Основные вопросы технологии

1. Рассчитать на прочность рабочий валок стана 1150 горячей прокатки

На рисунке показаны диаметры калибров (ручьев) валка после их полной (максимально допустимой по условиям захвата металла валками и прочности валков) переточки. Результаты предварительно выполненного расчета усилия на валки показали, что наибольшее усилие будет при прокатке слябов во втором калибре (на гладкой бочке) Р₂=17 МН. В калибрах 1, 3, 4 и 5 прокатывают блюмы сечением 350X350, 300X300, 250X250 и 200Х200 мм; наибольшие усилия при этом будут в калибре 1—P₁ = 10 МН и в калибре 3—Р₃=8 МН.

Рис. 1.

• 1. Определяем максимальные моменты изгиба, согласно формуле:
  • а) при прокатке в калибре 1 при х = 0,68 м

М₁= 10•0,68(1−0,68/3,54) = 5,5 МН•м;

б) при прокатке в калибре 2 при х = 1,425 м.

М₂= 17•1,425(1 — 1,425/3,54)= 14,5 МН-м;

в) при прокатке в калибре 3 при х =1,39 м.

М₃ = 8•1,39(1 — 1,39/3,54) = 6,7 МН-м.

2. Находим моменты сопротивления в сечениях 1—7 в м3;

W₁₋₇ = 0,1D³ = 0,73; 1,15; 0,73; 0,73; 0,73; 0,32; 0,32.

• 3. Строим эпюры изгибающих моментов на миллиметровой бумаге и по масштабу определяем изгибающие моменты от сил P₁, P₂ и Р₃ в каждом сечении при прокатке в калибрах 1, 2 и 3; например, для первого калибра M₁₋₁; М₂₋₁; и М₃₋₁.
• 4. Определяем напряжения изгиба в каждом сечении от моментов M₁₋₁; М₂₋₁; М₃₋₁; M₂₋₁; М₂₋₂; и т. д. по формуле. Строим эпюры напряжений изгиба.
• 5. Максимальное напряжение изгиба будет в сечении 3 (третий калибр) при прокатке в калибре 2: у_из=130 МПа. Предыдущие подсчеты показали, что при этом к валку прикладывается крутящий момент от электродвигателя М_кр=3 МН•м; напряжение кручения в калибре 3

Результирующее напряжение в сечении 3

Валки изготовлены из кованой углеродистой стали, имеющей у_в= 650 МПа; запас прочности составит.

n = 650/135? 4,8.

6. Проверяем напряжение кручения в шейке валка (сечение 7). При прокатке слябов на гладкой бочке шейка передает максимальный крутящий момент Мкр = 3 МН•м, поэтому

что ниже допускаемого [ф]=80 МПа.

7. Определяем давление в подшипниках валка (текстолитовых)

При скорости шейки х=3 м/с сх=54 МПа•м/с. Допустимо для прокатных станов [р]=40 МПа и [сх]==200 МПа • м/с.

2. Каким требованиям должны соответствовать валки прокатных станов?

Прокатные валки выполняют основную операцию прокаткидеформацию (обжатие) металла и придание ему требуемых размеров и формы поперечного сечения. В процессе деформации металла вращающиеся валки воспринимают усилие, возникающее; при прокатке, и передают его на подшипники и другие детали рабочей клети стана.

Рис. 2.

Валок состоит из трех основных элементов (рис. а): рабочей части — бочки валка (диаметром D и длиной L), которая при прокатке непосредственно соприкасается с деформируемым металлом; опорной части — шеек (диаметром d_ш и длиной й_ш), расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипники валка; приводного конца валка. Валки сортового стана характеризуются рабочим диаметром D_p, диаметром буртов D_у и номинальным диаметром D_н. При вращении валков, осуществляемом с помощью универсальных шпинделей, приводной конец валка делают в виде плоской лопасти (вилки) или цилиндрическим для насадки на него (на шпонке) втулки с лопастью. При вращении валка с помощью трефовых шпинделей приводной конец в этом случае его часто называют трефом) имеет вид крестовины и служит для соединения валка со шпинделем через промежуточную трефовую муфту.

Прокатные валки можно разделить на две основные группы: листовые и сортовые.

Валки листовых станов служат для прокатки листов, полос ленты. Бочка этих валков имеет цилиндрическую форму и тогда их называют гладкими. При обточке на вальцетокарном станке бочку валков для горячей прокатки тонких листов часто делают немного вогнутой с таким расчетом, чтобы при прокатке горячего металла и большом разогреве при этом средней части валков бочка их стала цилиндрической. Тогда толщина прокатанного листа будет одинаковой по всей его ширине. Наоборот, бочку валков для холодной прокатки тонких листов делают немного выпуклой: при прокатке вследствие большого изгиба средней части валков по сравнению с крайними его частями образующая бочки в контакте с прокатываемым металлом станет цилиндрической, и в этом случае прокатанный лист также будет правильных геометрических размеров по всей ширине.

Валки сортовых станов служат для прокатки заготовок и сортового профильного металла. На поверхности бочки этих валков естц углубления, соответствующие профилю прокатываемого металла. Эти углубления называют ручьями (ручьи двух валко с зазором между ними образуют калибры), а валю — ручьевым (калиброванными).

Передаточные механизмы и устройства в зависимости от назначения и конструкции прокатного стана могут быть различными. На крупных станах (обжимных, толстолистовых), а также на станах, прокатывающих металл с большой скоростью, применяют индивидуальный привод рабочих валков от отдельных электродвигателей: в этом случае передаточным устройством являются универсальные шпиндели 2, промежуточные валы 15 и муфты.

На других станах предусмотрен общий привод рабочих валков от шестеренной клети 4 с передаточным числом Я = 1; в этом случае между электродвигателем и рабочей клетью в одну линию расположены моторная муфта 6, шестеренная клеть 4 и универсальные шпиндели 2 с устройством для их уравновешивания 8. Если частота вращения электродвигателя не соответствует частоте вращения валков, то в линии привода валков устанавливают редуктор 5 и коренную зубчатую муфту 7.

Главный электродвигатель прокатного стана является двигателем специального (металлургического) типа с воздушным продуваемым охлаждением. Для станов с постоянной скоростью прокатки (черновых клетей непрерывных станов) применяют синхронные (реже асинхронные) электродвигатели. Для станов с регулируемой скоростью прокатки используют электродвигатели постоянного тока большой мощности (5 — 7 тыс. кВт), питаемые от специальных машинных или тиристорных преобразователей в ряде случаев от ртутных выпрямителей.

Машины и агрегаты поточных технологических линий прокатного цеха, не входящие в главные линии станов, предназначены для подачи металла от печи или нагревательных колодцев к приемному рольгангу стана (слитковозы), поворота слитка на рольганге (поворотные устройства), транспортирования металла в соответствии с технологическим процессом (рольганги или транспортеры), передвижения металла вдоль бочки валков для задачи его в соответствующий калибр (манипуляторы), поворота металла относительно его продольной оси (кантователи), охлаждения металла (холодильники), травления металла (травильные установки), разматывания рулонов (разматыватели), сматывания полосы в рулон или проволоки в бунт (моталки), резки металла (ножницы и пилы), для отделки металла (правки и дрессировки, клеймения, укладки, промасливания, упаковки и других процессов).

Эти машины и агрегаты весьма разнообразны; общая масса их значительно превышает массу машин и механизмов, входящих в главные линии стана Машины и агрегаты прокатных цехов работают в тяжелых условиях больших статических и динамических нагрузок, высоких температур и интенсивного износа. Вследствие этого прокатные станы должны обладать высокой надежностью.

Характерной особенностью современного прокатного стана является тесная взаимосвязь между технологическим процессом, элементами конструкций, электроприводом и автоматикой.

В зависимости от конструкции и расположения валков рабочие клети прокатных станов можно разделить на несколько групп: двухвалковые, трехвалковые, четырехвалковые, многовалковые, универсальные и клети специальной конструкции.

Двухвалковые клети бывают реверсивные и нереверсивные.

Клети реверсивные периодически изменяют направление вращения валков и прокатываемый металл проходит через валки вперед и назад несколько раз.

Рассмотрим особенности двухвалковой рабочей клети блюминга 1300 конструкции УЗТМ. Клеть состоит из двух станин с плитовинами, валков 2 с подушками 3 и подшипниками, механизмов для перемещения верхнего валка 4 и устройств для его уравновешивания.

Диаметр рабочих валков 1300 мм (по буртам калибров D₆), длина бочки 2800 мм, минимальный диаметр бочки после переточки 1180 мм. Валки установлены в цельнопрессованных текстолитовых подшипниках, диаметр и длина шеек 750 мм.

Для смазки валков непрерывно подают фильтрованную воду и периодически — густую смазку. Каждый валок приводится от индивидуального электродвигателя мощностью 6800 кВт; номинальный момент двигателя 1,1 МН-м. Максимальный раствор валков 1150 мм. В окнах станин закреплены направляющие планки 5, по которым перемещаются подушки 3 верхнего валка. Подушки нижнего валка установлены неподвижно. После переточки валков под них подкладывают сменные прокладки для сохранения линии прокатки на постоянной отметке (+970 мм). Для восприятия осевых усилий от подушек верхнего валка с наружной стороны каждой стойки станины прикреплены массивные планки 6. Осевые усилия от подушек нижнего валка воспринимаются боковыми планками 7. В корпусе каждой подушки находится кассета с текстолитовыми вкладышами для восприятия радиальных и осевых усилий. Верхний валок с подушками уравновешен при помощи рычажного устройства с двумя контргрузами (на новых блюмингах применяют роликовые подшипники для валков и гидравлическое уравновешивание).

Нажимные винты приводятся от двух фланцевых вертикальных электродвигателей постоянного тока мощностью каждый 300 кВт; максимальная скорость установки верхнего валка 220 мм/с.

Общая масса рабочей клети 700 т. Клети двухвалковые нереверсивные с обоими приводными валками имеют постоянное направление вращения валков. В каждой клети этих станов осуществляется только по одному пропуску металла в одном направлении.

Рассмотрим конструкцию чистовой нереверсивной рабочей клети непрерывного проволочного стана 250. Нижний рабочий валок имеет привод от главного фланцевого электродвигателя 2 через универсальный шпиндель 3 с зубчатыми или шариковыми полумуфтами 4. Верхний рабочий валок 5 приводится вспомогательным фланцевым электродвигателем 6.

Для обеспечения точных размеров профиля необходима точная синхронизация окружной скорости обоих валков. Наиболее надежным способом синхронизации является привод от электродвигателя только одного валка; при прокатке металла скорость второго неприводного валка (даже при некоторой разнице диаметров валков) всегда равна скорости ведущего валка. Для улучшения условий захвата металла при входе профиля в валки второй валок имеет привод от небольшого вспомогательного электродвигателя мощностью 5 — 30 кВт. Таким образом, при холостом ходе (до захвата металла) оба валка являются приводными; после захвата металла валками основную работу деформации осуществляет один валок, имеющий привод от главного двигателя большой мощности; второй вспомогательный двигатель в этот период работает в двигательном или генераторном режиме.

.Валки установлены в подшипниках жидкостного трения. Подушки верхнего валка имеют пружинное уравновешивание. Станина представляет собой стальной литой моноблок с верхней и нижней поперечинами и фланцем для крепления главного электродвигателя. Нажимные винты приводятся вертикальными фланцевыми электродвигателями 7 через червячные передачи; скорость перемещения винтов 100—200 мм/с.

Рабочая клеть закреплена на плитовине коробчатого сечения; при установке калибра валков по оси прокатки рабочая клеть перемещается по направляющим плитовины при помощи червячно-винтового механизма, закрепленного на плитовине. При необходимости замены валков осуществляют комплектную смену всей клети.

Рабочая клеть вертикальных валков имеет аналогичную взаимозаменяемую конструкцию: клеть устанавливают на плитовине, имеющей вертикальную стойку.

В последние годы созданы бесстанинные двухвалковые клети предварительно-напряженного типа, которые успешно работают в составе сортовых станов.

Клети трехвалковые (нереверсивные). На валках сортовых трехвалковых клетей можно расположить больше калибров, чем на валках двухвалковых клетей. Металл движется в одну сторону между нижним и средним валками, а в обратную сторону — между средним и верхним. Для подъема прокатываемой полосы и задачи ее между верхним и средним валками перед клетью (а иногда и позади нее) устанавливают подъемно-качающиеся столы.

В листовых трехвалковых клетях средний валок (меньшего диаметра) — неприводной; он прижимается при прокатке то к верхнему, то к нижнему валку и вращается ими в результате трения.

Клети четырехвалковые. В четырехвалковой клети валки расположены один над другим: два рабочих валка меньшего диаметра (средние) и два опорных большего диаметра (крайние верхний и нижний). Опорные валки предназначены для увеличения жесткости системы валков и рабочей клети в целом. Станы с четырехвалковыми клетями получили широкое применение при прокатке тонких и толстых листов и полос.

Четырехвалковые клети для прокатки рулонов используют как нереверсивные в непрерывных станах и как реверсивные в одноклетевых станах горячей и холодной прокатки. В первом случае перед клетью устанавливают разматыватель рулонов, а за ней — моталку, создающую натяжение полосы и наматывающую ее на барабан. Во втором случае моталки устанавливают с обеих сторон клети, и прокатка происходит поочередно то в одном, то в другом направлении.

Рассмотрим конструкцию рабочей четырехвалковой клети 500×1400×1700 мм реверсивного стана конструкции УЗТМ для холодной прокатки полосы (шириной до 1500 мм и толщиной до 0,5 мм).

Рабочая клеть состоит из двух стальных литых станин 1, имеющих большую жесткость, рабочих и опорных валкой с подушками 2, гидравлических устройств для уравновешивания верхних валков 3 и нажимного механизма.

Станины соединены между собой траверсами и установлены на плитовинах. Рабочие валки вращаются в четырехрядных конических роликовых подшипниках. Опорные валки установлены в подшипниках жидкостного трения.

Уравновешивание верхнего опорного валка с подушками осуществляется гидравлическим цилиндром, расположенным на верхней траверсе между станинами, при помощи двух траверс, на концы которых подвешены верхние подушки.

Рабочие валки приводятся от электродвигателя постоянного тока через шестеренную клеть, передающую максимальный крутящий момент 0,4 МН-м, и универсальные шпиндели. Наибольшее усилие прокатки равно 18 МН.

Нажимные винты приводят от двух электродвигателей (соединенных электромагнитной муфтой) через глобоидные редукторы; скорость перемещения винтов 0,25 мм/с.

С обеих сторон валков установлены плоские проводковые столы, которые предназначены для подачи переднего конца полосы в валки и создания натяжения при прокатке заднего конца полосы (когда полоса полностью размотана с рулона на моталке). Масса клети 402 т.

Многовалковые клети. Широко применяют в прокатном производстве 20-валковые клети. Благодаря использованию рабочих валков малого диаметра и большрй жесткости всей рабочей клети и валковой системы на этих клетях успешно осуществляют рулонную прокатку тонкой и тончайшей ленты из высокоуглеродистой стали (толщиной 5—100 мкм и шириной 100—1500 мм) с допуском по толщине 1−5 мкм. Рабочие валки на этих станах являются неприводными (ввиду невозможности осуществить их привод при малом диаметре валков).

Основные размеры валков — диаметр и длина бочки. Диаметр бочки валков определяют исходя из сортамента проката, условий естественного захвата металла валками, их прочности и жесткости с тем, чтобы обеспечить устойчивый режим работы и необходимую точность размеров профиля.

Для обжимных, сортовых, толстолистовых станов, а также для черновых клетей широкополосовых станов горячей прокатки при выборе диаметров валков принимают во внимание допустимые (предельные) углы захвата, определяемые величиной коэффициента контактного трения, исходя из известного соотношения:

прокатный валок двигатель цех.

Для обеспечения при прокатке «естественного» захвата металла валками (без принудительного заталкивания металла в валки) необходимо соблюдение следующего условия:

Tg б? б < м_т

т. е. угол захвата (в радианах) должен быть меньше коэффициента контактного трения. Из уравнений и получим.

?h/R< мт где R — радиус валка.

При горячей прокатке слитков на обжимных станах (блюмингах и слябингах) применяют стальные валки с насечкой или наваркой швов на их поверхности (для улучшения условий захвата металла). Поэтому можно считать, что коэффициент трения при захвате является максимальным м_т = 0,5ч0,6 (в зависимости от температуры прокатываемого металла). В этом случае, согласно соотношению получим? h/R = 0,25ч0,36 при б_max = 28ч34.

При горячей прокатке сортового металла. и толстых листов используют стальные или чугунные валки с хорошим качеством поверхности, поэтому коэффициент контактного трения в этих случаях меньше: м_т= 0,3ч0,45 и? h/R = 0,1ч0,2 при б = 16ч180.

Для обеспечения необходимой производительности прокатного стана желательно применять повышенные обжатия металла? h за каждый проход его через валки. Однако величина максимального допустимого обжатия зависит от много факторов: качества (химического состава и механических свойств) прокатываемого металла, усилия прокатки, прочности валков, мощности главного двигателя и т. п. Поэтому в каждом конкретном случае для стана данного типа и назначения после выбора диаметра валков (D = 2R), исходя из их прочности, рассчитывают обжатия, согласно формулам и с учетом указанных выше соображений.

Для станов холодной прокатки (двух-, четырехи многовалковых) условие естественного захвата металла валками (б < м_т) не является лимитирующим, так как практически при прокатке тонких листов угол захвата, а всегда значительно меньше коэффициента трения (< м_т = 0,1). Основными факторами здесь являются прочность и жесткость валков, а также возможность прокатки листов (полосы) минимальной толщины.

При холодной прокатке тонких полос г и особенно при прокатке металла с высоким пределом текучести происходит значительное упругое сжатие валков при контакте с полосой. Величина радиального упругого сжатия валка может стать соизмеримой с толщиной прокатываемой полосы. Существует определенный предел толщины полосы h_пред, которая может быть прокатана из данного материала на валках заданного диаметра и в данных условиях.

Следовательно, возможность прокатки полосы минимальной толщины h_min зависит от упругого контактного сжатия рабочих валков в очаге деформации. В этом случае диаметр валка D может быть определен, например, по формуле А. А. Королева:

где к = 1,15 [(у_то + у_т1)/2] - средний предел текучести металла, упрочняющегося при прокатке (у_то — предел текучести металла на входе в очаг деформации; у_т1 — то же, на выходе); q_ср= (q₀ + q₁)/2 — среднее удельное натяжение полосы (q₀ — заднее натяжение; q₁ — переднее); м_т — коэффициент трения; С = 8 [(1 — х_2/в)/рЕ_в].

Для стальных валков (из углеродистой или легированной стали) можно принять коэффициент Пуассона х_в = 0,3 и модуль упругости первого рода Е_в = 21,5−10⁴ МПа. Тогда С = 1,08 X X 10^-5 МПа,.

Длина бочки валков листового стана определяется прежде всего максимальной шириной прокатываемого листа (полосы) b_mах:

где, а — различно в зависимости от ширины листа (при b = 400—1200 мм, а? 100 мм; при b > 1200 мм, а = 200 — 400 мм).

Длина бочки валков обжимных и сортовых станов зависит главным образом от условий калибровки и ширины раската. Одной из важных характеристик прокатных валков является отношение длины бочки L к ее диаметру D. При выборе рациональных отношений L/D следует стремиться к обеспечению высокой прочности валков при их минимальной упругой деформации.

Для прокатных станов различного назначения практикой установлены следующие соотношения между длиной бочки валков и ее диаметром (L/D) нa обжимных 2,2—2,7; на сортовых 1,6—2,5; на толстолистовых 2,0—2,8; на четырехвалковых: для рабочих валков 3—5; для опорных валков 0,9—2,5.

Диаметр шейки валков с подшипниками скольжения открытого типа выбирают в зависимости от диаметра бочки валка: для обжимных и сортовых станов d_m = (0,55 ч 0,63) D, для листовых d_m = (0,7 ч 0,75) D.

Длину шейки обычно принимают равной ее диаметру. Диаметр шейки валков с подшипниками качения и подшипниками скольжения закрытого типа принимают, исходя из конструктивных соображений, а в первом случае — ив зависимости от габаритов подшипников качения.

После определения основных размеров валков по приведенным выше формулам их окончательные размеры необходимо согласовать с данными по ГОСТ 5399– — 69 и затем провести проверочный расчет валков на прочность и деформацию.

Валки обжимных и сортовых прокатных станов классифицируют по назначению, материалу, твердости и изменению (спаду) твердости по поперечному сечению валка.

По назначению в соответствии с ГОСТ 9487–70 сортовые валки можно подразделить на: 1) валки блюмингов, слябингов и заготовочных станов; 2) рельсобалочных и крупносортных станов; 3) среднесортных станов; 4) мелкосортных станов; 5) проволочных станов; 6) штрипсовых станов.

Основной характеристикой сортовых валков являются номинальный (средний) диаметр D_и и длина бочки L. Если стан состоит из нескольких рабочих клетей с валками различных диаметров, то определяющим является номинальный диаметр валков чистовой клети.

Поскольку вследствие износа в процессе эксплуатации и последующих переточек диаметр валков изменяется, размер сортопрокатного стана иногда характеризуют диаметром шестеренных валков или расстоянием между их осями D_o. При нормальном положении валков номинальный диаметр D_н равен расстоянию между осями шестеренных валков D_о.

Номинальный диаметр DH сортового валка больше рабочего диаметра D_р, измеренного по дну ручья, по которому происходит соприкосновение с прокатываемым металлом. Обычно отношение номинального диаметра к рабочему, характеризующее глубину вреза ручья, во избежание чрезмерного ослабления поперечного сечения валка принимают равным D_н/D_p? 1,4.

Рабочий диаметр валка определяют с учетом допустимого угла захвата, используя соотношение.

По материалу сортовые валки подразделяют на стальные (кованые или литые) и чугунные.

Стальные валки, особенно кованые, обладают высокой проч-ностью^ поэтому их широко применяют прежде всего на блюмингах, слябингах, заготовочных станах, в черновых клетях сортовых станов. Стальные валки имеют повышенный коэффициент трения в контакте с прокатываемым металлом, что также положительно сказывается при их применении на клетях, где осуществляются высокие обжатия.

Чугунные валки характеризуются пониженной прочностью, но высокой износостойкостью, поэтому их применяют главным образом на предчистовых и чистовых клетях, а иногда и в промежуточных группах клетей.

Валки для ряда сортовых станов отливают в металлических формах с черновыми калибрами, приближающимися по форме к конфигурации ручьев будущих калибров. Такие валки особенно целесообразно отливать из чугуна, так как тогда по всему ручью будет определенная толщина отбеленного слоя.

Врез ручья в непрофилированную бочку валка приводит к снятию наиболее износостойкого слоя материала валка высокой твердости.

Материал прокатных валков имеет большое значение для обеспечения необходимого качества проката, заданных режимов обжатий заготовки и высокой стойкости валков. Материал валков выбирают в каждом конкретном случае с учетом фактических условий эксплуатации. Обычно для обжимных и черновых клетей валки изготавливают из стали (литые или кованые), для промежуточных — из полутвердого чугуна и для чистовых — из полутвердого или закаленного чугуна.

На современных сортовых станах, характеризующихся высоким темпом прокатки, для обеспечения заданной точности проката по допускам и качеству поверхности применяют прокатные валки повышенной прочности и износостойкости, изготовленные из заэвтектоидной стали (вместо стальных кованых и литых чугунных валков).

Следует отметить, что в практике работы зарубежных металлургических заводов кованые валки на сортовых станах горячей прокатки используют мало; применяют литые валки в основном из заэвтектоидных (так называемых адамитовых) марок сталей. В ряде случаев стальные литые валки применяют даже на блюмингах и слябингах.

Эффективным направлением повышения стойкости прокатных валков является применение технологических смазок при прокатке; износостойкость валков повышается в 1,5 — 2 раза.

По твердости (качеству) сортопрокатные валки подразделяют на мягкие, полутвердые, твердые и сверхтвердые.

Мягкие валки с твердостью ниже НВ 270 применяют в основном на обжимных станах, в обжимных клетях и в ряде случаев в черновых клетях сортовых станов. Их изготавливают из кованой и литой стали. Для повышения стойкости рабочие поверхности мягких валков обычно подвергают наплавке высокопрочными материалами (ЗХ2В8, 18ГСА и др.).

Для черновых клетей при небольших нагрузках мягкие валки могут быть изготовлены чугунными с перлито-графитным рабочим слоем.

Полутвердые валки с твердостью НВ 270ч~420 применяют на чистовых, предчистовых и черновых клетях сортовых станов. Это основной тип валков рельсобалочных и крупносортных станов. Кроме того, полутвердые валки широко применяют на среднесортных и черновых клетях мелкосортных и проволочных станов. Такие валки изготавливают из половинчатого чугуна, а также из заэвтектоидной стали.

Твердые валки с твердостью НВ 420ч-600 применяют на чистовых и предчистовых клетях проволочных и мелкосортных станов. Их изготовляют из отбеленного чугуна однослойными и двухслойными.

Сверхтвердые валки с твердостью по Шору более 100 изготовляют из металлокерамических сплавов на основе карбида вольфрама. Такие валки в ряде случаев применяют на чистовых клетях проволочных станов. Стойкость валков из металлокерамических сплавов в несколько десятков раз выше стойкости валков из отбеленного чугуна.

В процессе эксплуатации калибры сортовых прокатных валков изнашиваются. При выработке (износе) калибров валков нарушается расчетный режим обжатия и ухудшается качество поверхности проката. Поэтому выработанные валки подвергают переточке на специальных вальцетокарных станках.

Число переточек сортовых валков зависит от типа стана, качества валков и условий их эксплуатации и колеблется в широких пределах (от 3—4 до 8—9 и более). В результате многократных переточек валков их исходный (максимальный) диаметр D_max уменьшается до минимального D_min. Величина, или допустимый коэффициент переточки, определяется следующим соотношением:

К = (Dmax — Dmin)/Dн.

Прокатка листов, характеризуется большими усилиями и значительными термическими воздействиями на валки. В этих условиях предъявляются высокие требования к качеству прокатных валков — по механическим свойствам, структуре, износостойкости, качеству поверхности и твердости. Чем выше стойкость валков, тем меньше простоев при перевалке валков и, следовательно, тем выше производительность стана, меньше расход валков и лучше технико-экономические показатели производства.

Широкий сортамент листов по толщине и ширине, значительное число листовых станов, отличающихся по расположению, числу и конструкции рабочих клетей, предопределяют большое число размеров валков и соответствующие требования, предъявляемые к их качеству.

В зависимости от условий прокатки, сортамента и требований, предъявляемых к качеству готового листового проката, прокатные валки для листовых станов изготовляют стальными или чугунными.

Рабочие валки изготовляют цельнокованными или литыми, а опорные — цельнокованными, литыми или составными — с кованым или литым бандажом и кованой осью.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации валки изготовляют из сталей разных марок. Для стали каждой марки и валков каждого размера стандартом предусмотрены соответствующие виды термической обработки. Чугунные валки для листовых станов горячей прокатки изготовляют литыми (индекс Л) из нелегированного чугуна с пластинчатым графитом (ЛП), из нелегированного с шаровидным графитом (ЛШ) и из легированного чугуна с пластинчатым графитом (ЛПХН). Обозначения легирующих элементов ставят после первых двух букв. Если чугун легирован молибденом или только никелем, то после первых двух букв идут обозначения соответственно М или Н. Обозначение двухслойных валков, изготовленных с сердцевиной из низколегированного или нелегированного чугуна, дополняется индексом «д», например ЛПХНд.

Твердость поверхности бочек валков, глубина отбеленного (рабочего) слоя и химический состав являются основными показателями качества чугунных валков, определяющими эксплуатационную стойкость валков в работе. Эти требования с учетом условий работы, сортамента и нагрузок на валки оговариваются специальными стандартами или техническими условиями.

Цифры после буквенных обозначений типа и исполнения валков означают пределы твердости для валков в состоянии поставки. На валках листопрокатных станов твердость в соответствии с требованиями ГОСТ определяется на глубине от поверхности бочки 5 и 10 мм.

Валки листовых станов холодной прокатки по назначению делятся на две группы: рабочие и опорные.

Диаметр валка выбирают по результатам расчетов, при которых учитывают сортамент проката (прежде всего его толщину), условия эксплуатации, механические свойства материала, максимальные усилия, обжатия и конструкцию стана. Длина бочки рабочих валков зависит от ширины прокатываемых полос, листа, ленты.

Обычно приводными являются рабочие валки. В клетях с отношением длины бочки валка к диаметру, равным или больше 5:1, предназначенных для прокатки тончайшей ленты из легированной стали, а также в многовалковых станах приводными выполняют опорные валки.

У валков, работающих на подшипниках качения, шейки иногда выполняют ступенчатыми; в станах с подшипниками скольжения шейки валков, как правило, гладкие. Для снижения давления на подшипники и повышения прочности шеек валков, работающих на подшипниках жидкостного трения, шейки имеют максимальные диаметры, а места перехода шейки в бочку — закругленные. Радиус закругления R₃ = (0,05 ч0,12).

В рабочих валках с бочкой диаметром свыше 160 мм часто выполняют сквозные осевые каналы. В крупных валках эти каналы в зоне бочки переходят в так называемые камеры с диаметром, значительно большим, чем входные отверстия. При выполнении осевых каналов удаляют пористую ликвационную зону слитка, которая может явиться источником концентраторов напряжений при закалке и эксплуатации валка.

Осевые каналы используют также для охлаждения центральной зоны валка при закалке; это обеспечивает появление напряжений сжатия на поверхности осевого канала. Дополнительное охлаждение рабочих валков через осевой канал в процессе эксплуатации может способствовать созданию стабильного теплового режима и повышению стойкости валков.

Опорные валки изготовляют цельноковаными, литыми и бандажированными. К качеству обработки опорных валков предъявляют высокие требования, так как биение бочки опорного валка относительно шеек в значительной мере определяет разнотолщинность прокатываемой полосы. Наибольшее допустимое биение бочки относительно шеек валка диаметром 1500 мм равно 0,03 мм.

Валки для станов холодной прокатки изготавливают из высококачественных сталей, содержащих минимальное количество вредных примесей. Кроме механических свойств в термически обработанном состоянии, эти стали оценивают по технологическим характеристикам — закаливаемости, прокаливаемости, склонности к перегреву, чувствительности к деформации при закалке, обрабатываемости, шлифуемости и др.

Важнейшими характеристиками сталей, применяемых для изготовления валков, являются твердость и прокаливаемость. Твердость стали марки 9Х в закаленном состоянии достигает 100 единиц по Шору.

3. Приведите схему комплектной смены валков стана 2500. Перечислите основные механизмы

прокатный валок двигатель цех

Регулярная смена (перевалка) валков — необходимая операция при работе каждого прокатного стана. Особенно большое значение имеет своевременная смена рабочих валков на листовых станах холодной прокатки, так как от состояния и формы поверхности этих валков в значительной мере зависит качество готовой продукции. Практически на этих станах рабочие валки сменяют через каждые 4 — 8 ч.

Смена валков требует остановки стана на определенное время, в результате чего снижается его производительность. Поэтому смену валков следует выполнять в минимально короткое время.

На среднесортных, мелкосортных и проволочных станах часто применяют комплектную смену не валков, а всей рабочей клети. Запасные клети заранее подготавливают и настраивают на стенде около стана и потом с помощью крана весьма быстро меняют местами заменяемую и запасную клети. В рабочих клетях сортовых станов со станинами открытого типа смену валков выполняют также быстро, снимая краном крышки со станин и устанавливая новые валки иногда прямо вместе с подушками и подшипниками.

Значительно сложнее осуществить смену валков в больших рабочих клетях со станинами закрытого типа. В этом случае валки при помощи того или иного приспособления извлекают из клети в горизонтальном положении, переносят их краном, а на их место ставят другие.

На рисунке показан цепной механизм для комплектной смены валков блюминга 1300 конструкции УЗТМ. Механизм расположен ниже уровня пола цеха и накрыт сверху плитами. Сварная стальная рама одним концом опирается на поперечину 2 между плитовинами у станины, а другим — на корпус редуктора 3. Верхние направляющие плоскости на раме находятся на одном уровне с нижней поверхностью окна станины. По направляющим движется коромысло 4, шарнирно соединенное со звеньями цепи; в середине коромысла предусмотрено отверстие для шкворня 5, вставляемого в проушину на подушке нижнего валка.

Рис. 3.

Ведущие звездочки 6 для цепей, расположенные на концах тихоходного вала цилиндрического редуктора, приводятся от электродвигателя со скоростью 50 мм/с; ход коромысла 6125 мм. Холостые звездочки 7 для цепей установлены на переднем конце рамы в подшипниках, соединенных с винтовым устройством 8 для натяжения цепей.

Рис. 4 Механизм для комплектной смены рабочих (а) и опорных (б) валков четырехвалковой клети непрерывного широкополосового стана 2000

При смене валков между их подушками вставляют распорки 9, на которые опираются нижние части подушек верхнего валка (верхние части остаются подвешенными к нажимным винтам). Коромысло соединяют с проушиной нижней подушки, комплект валков вытягивают из рабочей клети цепным приводом и поднимают краном. Новый комплект валков вдвигают в рабочую клеть в обратном порядке. Смена валков занимает 30—40 мин и выполняется в ремонтные дни.

Аналогичное устройство применяют для смены валков блюминга 1150 и слябинга 1150.

Смену рабочих валков на четырехвалковых станах осуществляют муфтой с противовесом или при помощи специальной тележки (рис. а), перемещающейся по рельсам против рабочей клети. На тележке установлена каретка 2 с электроприводом (с кабельным барабаном 7) и реечным зацеплением с боковыми направляющими 3. Комплект валков с подушками извлекается из рабочей клети и устанавливается на платформу 4; эта платформа на своих катках 5 передвигается поперек основной тележки, при этом установленная ранее на платформе новая пара валков совмещается с осью рабочей клети и затем вводится в окна станин. На смену валков требуется 5 — 7 мин. Тележка по рельсам 6 перемещается вправо от рабочей клети, и сменный комплект валков убирается краном. Для точного совмещения лопастей на концах валков с головками шпинделей на последних имеется специальное устройство, позволяющее проворачивать шпиндели и устанавливать их в положение, соответствующее свободному сочленению головок шпинделей с лопастями при смене валков.

Смену опорных валков осуществляют 1 — 2 раза в месяц при помощи длинного гидроцилиндра (рис. б), шток 2 которого имеет ход 5 — 6 м. После извлечения рабочих валков (с подушками) верхний опорный валок опускается вниз, при этом его подушки соединяются с подушками нижнего опорного валка (при помощи штырей или промежуточных вставок). Конец штока 2 имеет постоянное сочленение (открытой скобой) с салазками 3, на которые опираются подушки нижних опорных валков: Комплект валков с подушками штоком извлекается из рабочей клети по боковым направляющим на поперечинах 4 и убирается краном. Новый комплект валков устанавливается краном на направляющие 4 и вталкивается штоком в окна станины. Вся операция смены комплекта валков занимает 15 — 20 мин. Давление жидкости в гидроцилиндре при извлечении комплекта валков 20 МПа, при вталкивании комплекта валков 10 МПа.

На рисунке ниже показан механизм для комплектной смены валков (с подушками) сортового стана 350.

Рис. 5.

Перед рабочей клетью ниже уровня пола (под плитным настилом) установлена тележка, на которой можно одновременно разместить два комплекта валков. Сменяемый комплект валков 2 на катках нижних подушек извлекают из рабочей клети при помощи длинного штока гидроцилиндра 1 и устанавливают на тележку, на которой сбоку заранее установлен новый комплект валков. При помощи второго (бокового) гидроцилиндра тележка перемещается по рельсам. Новый комплект валков точно устанавливают против окна станины и заталкивают в рабочую клеть штоком гидроцилиндра. Смену комплектов валков осуществляют за 10−12 мин, при этом необходимо предусмотреть устройства для точной фиксации шпинделей и приводных концов валков и быстрого присоединения маслопроводов к подушкам валков. Использование мостового крана при такой смене валков не требуется.

На мелкосортных и проволочных станах смена валков осуществляется путем подъема мостовым краном рабочей клети и установки на плитовину запасной (заранее подготовленной) клети с новыми рабочими валками.

Станины рабочей клети к плитовинам крепят четырьмя клиновыми пружинно-гидравлическими зажимами (по два на каждой станине).

4. Назовите достоинства и недостатки зубчатых муфт

Муфты главной линии рабочей клети предназначены для соединения валов главных электродвигателей с шестеренными валками или с ведущими валами редукторов, а также ведомых валов с шестеренными валками.

Благодаря простоте конструкции и возможности передачи больших крутящих моментов (до 3 МН•м) при некотором перекосе валов самое широкое применение в прокатных станах получили зубчатые муфты.

В зависимости от назначения и конструкции зубчатые муфты разделяют на два типа (рис.):

• 1) муфты для непосредственного соединения цилиндрических концов валов (типа МЗ);
• 2) муфты для соединения валов посредством промежуточного вала (типа МЗП).

Рис. 6 Зубчатые муфты: а — для непосредственного соединения концов валов; б — для соединения концов валов при помощи промежуточного вала; в — внутреннее зацепление зубьев; 1 — зубчатые обоймы; 2 — отверстия для проверки соосности валов; 3 — зубчатые втулки; 4 — крышка; 5 — уплотнение; в — промежуточный вал

В зависимости от технологии изготовления зубчатые муфты разделяются на кованые и литые.

Муфта типа МЗ состоит из двух зубчатых втулок с зубьями эвольвентного профиля и двух зубчатых полумуфт (обойм), соединенных между собой болтами и сцепляющихся с соответствующими зубчатыми втулками.

Муфта типа МЗП состоит из двух одинаковых полумуфт и промежуточного вала. Эти муфты применяют в тех случаях, когда расположение приводных валов не позволяет осуществить их непосредственное соединение нормальной муфтой типа МЗ (например, на блюминге 1000), когда главный двигатель установлен в машинном зале, а шестеренная клеть — в пролете стана.

Полумуфты (обоймы) по цилиндрической поверхности впадин в зубьях опираются на сферическую поверхность выступов зубьев втулок (радиальный зазор весьма незначителен). Сечение зубьев втулки — прямолинейной или эллиптической (бочкообразной) формы. Муфты с внутренним зубчатым зацеплением допускают реверсивное вращение валов.

Достоинством зубчатых муфт является то, что они могут передавать большие крутящие моменты при наличии перекоса валов до 0° 30' и при радиальном смещении осей валов от 1 до 10 мм.

Опыт эксплуатации зубчатых муфт показывает, что наряду с достоинствами (простота конструкции, компенсирующие свойства при перекосах валов) они имеют также недостатки: необходимость частой заправки смазкой, динамические нагрузки при выборе боковых зазоров в зубьях при реверсивной работе, ненадежность узлов уплотнения, сложность технологии изготовления.