Шаропрокатный стан

Шаропрока́тный стан — двухвалковый стан поперечной прокатки с калибрами винтового профиля, имеющими переменный шаг[1][2]. Предназначен для прокатки стальных шаров диаметром 25—125 мм из углеродистых и легированных сталей; такие шары используются для помола руды, угля и цемента в шаровых мельницах, а маленькие шарики диаметром 25—50 мм — для подшипников качения. Шары формуются из катаной заготовки круглого сечения посредством поперечно-винтовой прокатки в валках, вращающихся в одном направлении и расположенных под небольшим (2—7°) углом один к другому и к оси заготовки[3].

История шаропрокатного производства

undefined

Опытные работы по разработке технологии прокатки шаров в СССР были начаты ещё в 1939 г. совместно ЦНИИТМАШ и Государственным подшипниковым заводом № 1 (ГПЗ-1), а в 1950 г. на этом заводе начал работать первый стан для прокатки заготовок подшипниковых шаров 1ʺ—2ʺ (25—50). В дальнейшем шаропрокатные станы для шаров диаметром до 80 мм были установлены на подшипниковых заводах в Куйбышеве (в настоящее время Самара), Вологде и Курске, а также на машиностроительных заводах в Катав-Ивановске Челябинской области и в Калинине (ныне Тверь). На базе технического задания ВНИИМЕТМАШ на Электростальском заводе тяжелого машиностроения (ЭЗТМ) было организовано серийное производство шаропрокатных станов, которые в 1959—1977 гг. были введены в эксплуатацию на металлургических заводах в Жданове (в настоящее время Мариуполь), Днепропетровске, Нижнем Тагиле, Новокузнецке, Гурьевске Кемеровской области и Коммунарске (ныне Алчевск)[4].

Технология поперечно-винтовой прокатки шаров

Прутковая заготовка диаметром на 2—4 мм меньше диаметра прокатываемых шаров и длиной 3—6 м нагревается до температуры 950—1100 °С в газовой печи. При этом заготовки из калиброванных прутков из стали ШХ15 для прокатки шаров для подшипников нагревают в индукционной печи до более низкой температуры порядка 850 °С, чтобы избежать возможного осевого разрушения металла[5].

undefined

Нагретая заготовка подаётся в валки, установленные с перекосом относительно этой заготовки. После захвата металла заготовка продвигается вперед и одновременно валки, вращающиеся в одну сторону, придают ей вращение. Наличие на бочках валков винтовых гребней (реборд) с постепенно увеличивающейся высотой обеспечивает своего рода разрезание прокатываемой заготовки на равные фрагменты, а последующее обжатие на участках бочек между гребнями формирует из этих фрагментов шары. Таким образом, профиль и размеры калибра соответствуют форме и размерам прокатываемого шара. Валки изготавливают из стали 35ХГСА, а их гребни упрочняются твёрдым сплавом Т15К66.Количество шаров, которые могут быть изготовлены во время одного оборота валков варьируется от 1 до 4 в зависимости от калибровки (бывают одно-, двух-, трёх- и четырёхзаходные калибры переменного шага). Производительность шаропрокатных станов находится в пределах 60—150 шаров в минуту.

После прокатки шары подвергают ускоренному охлаждению для предотвращения образования карбидной сетки, закалке в воде и окончательной термообработке. В зависимости от режима прокатки, небольшие перемычки, остающиеся у готовых шаров, либо закатываются в тело шаров, либо легко удаляются перед закалкой при перекатывании массы шаров во вращающемся барабане[5][6][7][8].

Примеры шаропрокатных станов

undefined

Шаропрокатные станы конструкции ВНИИМЕТМАШ имеют градацию в зависимости от размера прокатываемых шаров, типовыми являются станы 15—30, 25—50, 40—80, 80—125. Конструкция непосредственно станов в основном одинаковая, отличия касаются только калибровки валков и характеристиками их приводов. На ряде металлургических заводов работают специализированные цехи, в который установлено по 2—3 разных шаропрокатных стана[8].

В России в настоящее время шаропрокатные станы работают на нескольких металлургических заводах. Два таких стана (один из них — новейший полностью автоматизированный стан 60—120, введённый в строй в 2018 г.) эксплуатируются на комбинате ЕВРАЗ НТМК, здесь выпускаются мелющие шары диаметром 40—125 мм (180 тыс. т/год). Также два шаропрокатных стана есть на Гурьевском металлургическом заводе (Кемеровская обл.), на них производят шары диаметром 20—120 мм (200 тыс. т/год). В 2020 г. на Оскольском электрометаллургическом комбинате (ОЭМК) был введён в эксплуатацию шаропрокатный стан для выпуска стальных шаров диаметром до 90 мм (проектная производительность 43 тыс. т/год). В 2023 г. на этом комбинате начался монтаж второго и третьего шаропрокатных станов конструкции ЭЗТМ для производства шаров диаметром 20, 40 и 60 мм с производительностью не менее 73 тыс. т/год.

Из других стран бывшего СССР, два стана 40—80 для выпуска шаров действовали на Днепровском металлургическом комбинате в Днепродзержинске (ныне Каменское). Кроме того, шаропрокатное производство есть на Узбекском металлургическом комбинате в Бекабаде, здесь работают два стана 40—80 и 80—120 для прокатки стальных шаров.

Преимущества поперечно-винтовой прокатки шаров

undefined

Существующие технологии изготовления шаров ковкой на прессах и молотах или литьём имеет ряд недостатков, связанных с большими отходами металла при последующей механической обработке (удаление облоя и заусенцев). В отличие от этих способов поперечно-винтовая прокатка шаров характеризуется большей экономичностью (экономия металла до 20 %) и производительностью (увеличение до 10 раз) за счет использования непрерывных автоматизированных процессов[6]. Достигаемая точность прокатки шаров составляет 0,2—0,4 мм[7].

Работы ВНИИМЕТМАШ и ЭЗТМ в области прокатки шаров были удостоены Государственной премии СССР в 1982 г.[4].

Направления развития шаропрокатных станов

Дальнейшее развитие шаропрокатных станов идёт по пути использования малоёмких калибровок валков и оптимизации изготовления винтовых калибров. Например, на заводе в Нижнем Тагиле проведены исследования по внедрению калибровок валков с непрерывно изменяющимся шагом и постоянной шириной реборды[9]. Это позволяет расширить размерный сортамент действующих станов без их реконструкции, увеличить скорость прокатки и число заходов валков. В этой связи были разработаны современные шаропрокатные станы 15—30, 20—60, 40—80 и 80—125[10].Еще одним направлением развития является производство мелющих шаров не из специализированных шаровых марок стали, а из отбракованных заготовок рельсовых сталей (например, стали К76Ф) или готовых рельсов[11]. При должной термообработке такие шары соответствуют необходимым требованиям по твёрдости и ударной стойкости.

Примечания

  1. Лопухов Г. А., Цирульников В. А., Куманин В. И., Фонштейн Н. М., Глинков Г. М., Ковалева Л. А., Самаров В. Н., Крашенинников А. И. Толковый металлургический словарь. Основные термины. — М.: Русский язык, 1989. — С. 351. — 480 с. — ISBN 5-200-00797-6.
  2. Энциклопедический словарь по металлургии в 2 томах. Том 2 / Главный редактор Н. П. Лякишев. — М.: Интермет Инжиниринг, 2000. — С. 239. — 410 с. — ISBN 5-89594-037-4.
  3. Новый политехнический словарь / Главный редактор А. Ю. Ишлинский. — М.: Научное издательство "Большая Российская энциклопедия", 2000. — С. 420. — 615 с. — ISBN 5-85270-322-2.
  4. 1 2 ВНИИМЕТМАШ и металлургическое машиностроение / Составители: Дрозд В. Г., Сивак Б. А., Протасов А. В.. — М.: Наука, 2009. — С. 348—353. — 552 с. — ISBN 978-5-02-036968-9.
  5. 1 2 Диомидов Б. Б., Литовченко Н. В. Технология прокатного производства. — М.: Металлургия, 1979. — С. 473—474. — 488 с.
  6. 1 2 Королёв А. А. Механическое оборудование прокатных цехов чёрной и цветной металлургии. — М.: Металлургия, 1976. — С. 533—536. — 544 с.
  7. 1 2 Грудев А. П., Машкин Л. Ф., Ханин М. И. Технология прокатного производства. — М.: Арт-Бизнес-Центр, Металлургия, 1994. — С. 639—643. — 656 с. — ISBN 5-7287-0088-8.
  8. 1 2 Целиков А. И., Полухин П. И., Гребеник В. М. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т. 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. — М.: Металлургия, 1988. — С. 174—176. — 680 с. — ISBN 978-5-02-036968-9.
  9. Рубцов В. Ю., Курочкин В. В., Шевченко О. И. Моделирование прокатки мелющих шаров с непрерывно изменяющимся шагом // Чёрные металлы. — 2020. — № 6. — С. 36—40. — ISSN 0132-0890.
  10. 60 лет научно-конструкторской и производственной деятельности ВНИИМЕТМАШ / Дрозд В. Г., Майоров А. И., Сивак Б. А.. — М.: Наука, 2005. — С. 213—215. — 512 с. — ISBN 5-02-033695-5.
  11. Уманский А. А., Симачёв А. С., Думова Л. В., Сафонов С. О. Исследования влияния параметров закалочной среды в процессе термообработки мелющих шаров из рельсовой стали на качество их микроструктуры и твёрдость // Чёрные металлы. — 2023. — № 9. — С. 54—59. — ISSN 0132-0890.

Литература

Книги

Статьи

© Правообладателем данного материала является АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».
Использование данного материала на других сайтах возможно только с согласия АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».