Как сделать прокатный стан
Обновлено: 05.07.2024
Идея заменить трудоёмкую ковку прокатом металла возникла в начале XVI в., и тогда же появились первые прокатные станы, придающие металлу форму обжатием его между вращающимися вальками. Мощности водяных колёс, приводивших в движение прокатные станы, хватало только на обработку мягких металлов — олова, свинца, меди. Появление парового двигателя позволило прокатывать твёрдую сталь. Развитие железных дорог повысило спрос на прокатную продукцию — стальные рельсы. Первый стан, прокатывавший стальные рельсы, заработал в 1828 г. в английском Бедлингтоне.
1. Украшения из золотой проволоки. Северная Европа. II — I тыс. до н. э. 2. Русская скань: золотой браслет XIII в. и серебряная пуговица XVI в.
Ювелирная мысль
Проволочные украшения в II тыс. до н. э. подтверждают, что уже тогда древние мастера помимо ковки — простейшего способа обработки металлов давлением — использовали волочение — протаскивание литых стержней мягких металлов через узкие отверстия волочильных дощечек, для их утончения и превращения в проволоку.
В Византии и на Руси выкладывание узоров из проволоки — скань — было особенно популярно. Проволоку для скани часто плющили, и, возможно, ещё в XV в. для этого стали использовать плющильные вальцы. Позднее, сделав в вальцах ручьи — выемки разной ширины и формы, нашли новый способ волочения проволоки: ручей обжимал заготовку, придавая ей нужную толщину и профиль. Плющильные ювелирные вальцы могли стать прообразом листового прокатного стана (для прокатки плоских металлических листов), а вальцы для волочения проволоки подсказали идею формовочного прокатного стана (для прокатки балок разного профиля).
Прокатный стан Леонардо да Винчи: рисунок 1495 г. и современный макет. Ручкой (1) вращался верхний валец (2), а через зубчатую передачу (3) из нескольких шестерёнок (для облегчения вращения) движение сообщалось и нижнему вальцу (4). Между вальцами прокатывалась литая оловянная плита, вальцы её сдавливали и утончали, превращая в лист.
Прокатный стан: история и современная классификация
Прокатный стан как устройство для обработки металлов и других материалов давлением нескольких вращающихся валков впервые упоминается в работах Леонардо да Винчи. Самый старый механизм, описанный великим мастером в 1495 году, предназначался для обработки олова. Прокатные устройства уже достаточно широко применялись в 17 веке, где работали на основе ручных приводов, которые позже были заменены на водные (водное колесо), а потом и на паровые. Сегодня прокатное оборудование с ручным приводом часто используется для проведения кустарных работ.
Прокатный стан в составе своего оборудования имеет основную часть (рабочая клеть, в которой может располагаться от двух до нескольких валков, электродвигатели и устройства, передающие энергию к валкам от двигателей) и вспомогательную (оборудование для перемещения заготовок, их резки, правки, кантовки и др.). Конструкция конкретного оборудования привязана к тому типу продукции, которую на нем выпускают.
Прокатная продукция в зависимости от типа поперечного сечения делится на несколько групп, в том числе:
— трубы (бесшовные или выполняемые с использованием сварки);
— листовой прокат (тонкие листы или толстолистовой прокат (более 4 мм));
— сортовой прокат (фасонный или простой);
— специальный прокат (угловой, С-образный, с изменяющимся профилем и др.).
Классификация прокатных станов по конструктивным особенностям выглядит следующим образом:
— одноклетьевые (в их состав входит клеть, дополненная, например, шестью электродвигателями, пятью муфтами, четырьмя редукторами, тремя шестеренными клетями и двумя шпинделями);
— линейные станы (клети расположены одна за другой, иногда в несколько линий, продукция обрабатывается в одном направлении);
— последовательные (несколько одноклетьевых станов расположены последовательно или в другом порядке);
— непрерывные (заготовка обрабатывается одновременно в ряде клетей);
— полунепрерывные (есть непрерывные участки и линейные компоненты оборудования).
Как работает прокатный стан? Сначала слиток металла разогревают в специальных колодцах (температура около 1800 С), после чего электрокар подает его на первичную обработку (на слябинг или блюминг), где из слитка получают бруски. Далее из них на другом оборудовании прокатного типа получают металлические листы или готовые изделия заданной формы, вроде рельс и др. Современное оборудование, как правило, представляет собой литейно-прокатные станы, которые могут обрабатывать заготовки в клетях со скоростью около 300 км в час.
Изготовление прокатных станов является сложным и дорогостоящим процессом, тем не менее сегодня в России существуют предприятия, которые выпускают такую продукцию. Помимо основного и вспомогательного оборудования для успешного функционирования комплекса необходима высокоточная автоматика, смазочное оборудование, а также обеспечение станов электроэнергией общей мощностью до 200-300 Мегаватт.
Скалки для металла
Ручной прокатный стан для получения тонких листов мягкого металла придумал Леонардо да Винчи в 1495 г. В XVI в. на таких станах с гладкими оббитыми железом вальцами, вращаемыми зубчатой, или червячной, передачей, стали прокатывать оловянные, свинцовые и медные полосы и листы для пивоваренных чанов, водосточных труб и желобов, бочарных ободов и других изделий. Вальцы, вращаемые водяным колесом, раскатывали эти мягкие металлы, как скалка тесто.
Прокатный стан
После того, как выплавили сталь и из нее отлили огромные слитки стали, их нужно превратить в станок, двигатель, рельсы, балки или другие изделия разных форм и размеров. Для этого слитку нужно придать удобную для производства деталей форму в виде бруса с разным поперечным сечением, балки, проволоки, стального листа и т. д. Все это делается на прокатных станках. Процесс раскатки металла стальными валками, которые вращаются навстречу друг другу, называют прокаткой. Между валками существует зазор, куда они втягивают, а затем обжимают металл, вытягивая его в длину и уменьшая в ширину. Благодаря этому улучшается структура металла и исчезают мелкие поры, которые были в слитке. Прокатка
Впервые изобразил и описал принцип работы ручного прокатного стана, имевшего плоские валики, Леонардо да Винчи в 1495 году. На оси приводного нижнего валка было червячное колесо. Валок вращался с помощью массивной рукоятки путем червячной передачи. На стане получали тонкие равномерные оловянные листы. В XVI веке появились и калиброванные валки для прокатки различных профилей. Прокатные станы использовали при создании тонких листов из мягкого металла (свинца, олова, золота, меди и серебра), которые прокатывали без предварительного нагрева вручную. Прокатка в горячем состоянии появилась только в начале XVIII столетия. Вначале прокатывали железные тонкие листы, с 1769 г. начали делать проволоку.
Первый прокатный стан для прокатывания железных болванок предложил Корт, разрабатывая метод пудлингования. Из печи крица подавалась под молот, где ее проковывали, а потом пропускали через вальцы. Постепенно вытесняя ковку, прокатка становится одним из важнейших звеньев производственного процесса. В XIX веке значительно усовершенствовалась техника проката, что было связано с возрастающим строительством железных дорог и потребностью в рельсах, вагонных колесах и т. д. Валки, которые вращались в противоположные стороны, захватывали раскаленную добела металлическую полосу, сжимали ее и проводили между своими поверхностями. Металл изделия при высокой температуре обжимался и заготовка принимала нужную форму. Ломкое и мягкое до этого железо приобретало прочность и упругость.
Техника проката все больше усовершенствовалась, в 1885 году братьями Меннесманами был найден способ прокатки бесшовных труб. До этого трубы из железного листа сваривали и сгибали. Теперь заготовку пропускали между двумя установленными косо друг к другу валками, она словно ввинчивалась в пространство между валками. Пропустив заготовку через валки, ее насаживали на оправку (специальный стержень), в результате внутренняя полость приобретала правильное круглое сечение и выходила толстостенная труба.
В настоящее время слиток пропускают через ряд прокатных станов. Вначале слиток обжимают на прокатных станах, называемых блюминги или слябинги, чтобы получить пластину (сляб) или длинный брус (блюм). Блюминг имеет два огромных валка. Поднимаясь и опускаясь, верхний валок увеличивает или уменьшает зазор до нижнего валка. У слябинга имеется четыре валка, два из них вертикальные, а еще два — горизонтальные. Валки обрабатывают слиток одновременно со всех сторон. Готовые слябы и блюмы поступают в другие прокатные цеха, где на специальных прокатных станах сделают из них профили или профильный металл. Листовые станы предназначены для прокатки сляб в лист. Они имеют гладкие валки, на них нельзя прокатать рельс и прочие изделия сложного профиля. В рельсобалочных станах валки имеют вырезы той формы, которая нужна для получения изделия. Сейчас большое распространение получают станы непрерывной прокатки, имеющие высокую производительность, некоторые из них металл прокатывают со скоростью 290 км в час, за год они способны обработать несколько миллионов тонн.
Осилить железо
В Швеции в 1707 г. прокатный стан с мощным гидравлическим двигателем прокатывал размягчённые в печи литые железные плиты 2 см толщиной, превращая их в тонкое листовое железо. В 1710-х гг. в Саксонии работали плющильные станы для прокатки полосового железа из литых прутков. Вальцы станов выдавливали из железа оставшиеся шлаки, повышая качество металла в изделии. В 1719 г. саксонский опыт перенял немецкий инженер на русской службе Г.В. де Геннин и наладил подобное производство на уральских заводах, заменив хрупкий чугун в вальцах кованым железом.
Прокатный стан де Геннина на уральских заводах. Рисунок XVIII в. Размягчённую в печи заготовку — железный прут (1) — рабочий (2) вставлял меж железными вальцами стана. Вальцы сжимались винтами (3), сдавливая заготовку. Водяное колесо (4) вращало нижний валец (5), который посредством зубчатой передачи (6) передавал вращение верхнему вальцу (7). Прут прокатывался, равномерно уплощаясь и утончаясь, и другой рабочий (8) вытаскивал из вальцов ровную тонкую полосу железа.
История
С развитием железнодорожного транспорта значительно увеличилась потребность в прокатной продукции. Первые рельсы были чугунными, однако в начале XIX века в Англии перешли на производство железных рельсов. В 1828 году появился первый прокатный стан для прокатки рельсов из пудлингового железа, а с 1825 года начали прокатывать рельсы из бессемеровской стали. Рельсы были главным продуктом прокатного производства. Помимо рельсов надо было производить различные детали паровозов, броня требовалась и для развития флота, в котором деревянные корабли заменялись металлическими бронированными. Первый броневой прокатный стан был сконструирован в 1859 году русским механиком В. С. Пятовым. До этого броневые листы получали сковывая между собой более тонкие листы. Все эти станы были довольно примитивными: валки станков приводились во вращение от водяного колеса, а позднее- паровой машины. Перемещение горячего металла к стану и от него осуществлялось вручную. В одном из музеев старого уральского завода имеется картина: по железному горячему настилу с помощью крючков бригада рабочих передает раскаленную болванку к стану. Труд прокатчика был самым тяжелым на заводе[1].
Первые станки
Считается, что первый прокатный стан (с деревянными валками) был сконструирован еще Леонардо да Винчи. Первые прокатные станы появились в конце XVI века По своему устройству они были весьма просты и представляли собой деревянные станки с двумя железными валками. Верхний валок насаживался на четырехгранную ось. На один конец этой оси надевалась большая крестовина. Между двумя валками вставляли одним концом нагретую до высокой температуры металлическую болванку, а затем начинали вращать крестовиной верхний валок. Болванка проходила между валками и сплющивалась. На таких станах прокатывали сначала свинцовые листы, идущие на изготовление органных труб, а затем стали прокатывать серебро и золото для чеканки монет[2].
Долгое время было распространено мнение,будто железо прокатывать нельзя. Нагретое железо быстро остывало от соприкосновения с валками при медленной работе. Остывшее же железо не поддавалось раскатке, его можно было только сгибать и резать.[2] Первые прокатные станы для производства полосового железа и мелкого сорта были изготовлены в XVIII в. Они приводились во вращение от водяных колес.
Дуо и Трио-станы
Дуо-станы
Трио-станы
Блюминг
Становление металлопроката
Становление металлопроката связано с самой быстроразвивающейся отраслью XIX в. — железнодорожным транспортом. В 1828 г. по заказу Дж. Стефенсона для железной дороги Ливерпуль-Манчестер на паровых формовочных прокатных станах Бедлингтонского завода начали прокатывать стальные рельсы. Делать рельсы целиком из пудлинговой стали было слишком дорого, поэтому заготовкой рельсов стал пакет (набор) разных видов железа: на подошву рельса шло кованое железо, а грибовидный выступ, по которому катились паровозные колёса, делался из пудлинговой стали.
Превратить этот пакет в монолитное изделие строго стандартной формы можно было только прокатом. Пакет раскаляли и несколько раз прокатывали в стане профильными ручьями: с каждым прокатом форма заготовки становилась ближе к заданной. После последней прокатки в ручье чистового стана получался гладкий стандартный рельс. На прокатных станах изготавливались и стальные листы для паровозных корпусов и паровых котлов.
Развитие идеи
Г. Бессемер, в 1856 г. открывший дешёвый способ получения качественной стали — бессемеровский процесс, вытеснивший пудлингование, совершил революцию и в металлопрокате, в 1857 г. запатентовав литейно-прокатные станы. Для бессемеровского стана не требовалась заготовка — выплавленная сталь сразу заливалась между прокатными вальцами, металл быстро застывал на вальцах, но, будучи совсем мягким, легко деформировался — так удавалось получить очень прочные стальные листы толщиной от 2 см до 1 мм.
Производство тонколистовой стали сразу произвело переворот в судостроении. К этому времени военный флот из парусного уже превратился в паровой. Но если парусному судну небольшая пробоина в борту не мешала продолжать бой, то пароход полностью обездвиживало любое повреждение паровой машины, а от снарядов двигатель защищала только деревянная обшивка борта. Обшивка из лёгкой и прочной листовой стали оказалась отличной бронёй для двигателя. Так появился новый класс кораблей — броненосцы. Вскоре и гражданские пароходы стали строить из металла.
Читайте также: