Оборудование цехов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Прокатный стан

Прокатный стан - комплекс оборудования, в котором происходит пластическая деформация металла между вращающимися валками. Малогабаритный прокатный стан иногда называют вальцами или валками.

Машины и агрегаты цехов холодной прокатки можно подразделить на две группы: машины и механизмы главной линии прокатного стана и машины и агрегаты поточных технологических линий цеха. Состав передаточных устройств и механизмов в главной линии клети может изменяться. Валки приводятся во вращение непосредственно от электродвигателя через шпиндели и промежуточный вал. Очень часто частоты вращения валков прокатной клети и вала двигателя совпадают. В этом случае отсутствуют редуктор и коренная муфта.

Машины и агрегаты поточных технологических линий цехов холодной прокатки листовой стали включают транспортные устройства, агрегаты травления, разматывания рулонов и сматывания полосы в рулоны, резки металла и других видов отделки, а также упаковки металла. Общая масса этих машин и агрегатов значительно больше, чем у входящих в состав главных линий стана.

Основным устройством прокатного стана является клеть. В ее состав входят массивные стальные станины, в которых смонтированы валки, подшипники и подушки валков, а также устройства для перемещения верхнего валка по высоте и осевой фиксации валков, а также направляющие проводки для металла и т.д. Рабочие клети классифицируют по числу валков, расположению, назначению и осуществлению или отсутствию реверса вращения валков.

На станах холодной прокатки используют двухвалковые и, в основном, четырехвалковые и многовалковые клети, которые обладают значительной жесткостью и обеспечивают высокое качество проката. В цехах холодной прокатки работают только клети с горизонтальными валками.

2. Валки, их профилировка, эксплуатация и перевалка

Рабочим инструментом, производящим непосредственно деформацию металла, являются валки. Они состоят из бочки, контактирующей с металлом, двух шеек, которые располагаются в подшипниках, приводного и перевалочного концов, обеспечивающих связь с механизмами, передающими вращение от электродвигателя, и перевалочным устройством.

Валки классифицируют по назначению, конструкции и материалу изготовления. В случае использования валков в прокатных клетях с числом валков более двух, их подразделяют на рабочие и опорные. Опорные воспринимают основную долю усилия прокатки и предохраняют более тонкие рабочие валки от прогиба. По конструкции различают валки цельнолитые и цельнокованые и составные, основными составляющими которых являются стальные оси и стальные или чугунные бандажи, закрепленные на осях с помощью прессовой посадки или каким-либо другим способом. Применение бандажированных валков не только дает оптимальное соотношение механических свойств бочки и средней части валков, но и экономит легированную сталь, так как при большом износе меняют только бандажи.

Что касается материала валков, то они могут быть чугунные, стальные или из твердых сплавов. В случае холодной прокатки используют только стальные и твердосплавные валки большой твердости. Для изготовления валков применяют высокоуглеродистую среднелегированную сталь, содержащую хром, вольфрам, ванадий, которые в результате соответствующей термообработки стана или станов одного типа, не существует. Приходится рассчитывать и подбирать профилировку для каждого стана с учетом его сортамента.

Усилие противоизгиба Q может прикладываться между подушками рабочих валков, между подушками опорных и рабочих валков или к удлиненным шейкам только опорных валков.

В цехах холодной прокатки особое внимание уделяют вопросам эксплуатации и учета стойкости валков.

Поставку валков осуществляют по ГОСТ 3541-74. Рабочие валки должны иметь твердость бочки 95-100 НШ и рабочую поверхность с чистотой обработки не менее 6-8-го классов по ГОСТ 2789-73. В некоторых случаях чистоту обработки поверхности доводят до 9-11-го классов, а в других создают определенную шероховатость, для получения сталей с повышенной штампуемостью. Поверхностная твердость должна распространяться на определенную глубину, создавая активный слой, чтобы обеспечить длительную эксплуатацию валков при уменьшении диаметра. Глубина активного слоя, например, у рабочих валков диаметром 400-500 мм, составляет 10-20 мм. Твердость опорных валков обычно равна 70-80 НШ, чистота обработки 8-11-го классов. Эксплуатацию, учет и списание валков производят в соответствии с требованиями типовой технологической инструкции 5.28-16-07-79. Она регламентирует такие действия, как маршруты компании валков, порядок подбора пар валков, мероприятия по сохранению определенного температурно-напряженного состояния валков, работы по восстановлению и контролю, а также форму документации по учету стойкости.

Так, новые валки с твердостью не менее 95 НШ рекомендуется ставить в последнюю клеть непрерывных станов, а затем или в другие клети против хода прокатки, или в клети реверсивных станов. Валки с наивысшей твердостью используют в дрессировочных станах. При подборе пары должны соблюдаться условия по твердости и диаметрам. Разность диаметров валков в паре не должна превышать 0,1% при наличии шестеренной клети и 0,2% при индивидуальном приводе валков.

В мероприятия по созданию в валках определенного температурно-напряженного состояния входят требования их вылеживания в течение определенного срока после поставки, вылеживания в течение не менее 5 суток при плюсовой температуре, если они хранились на открытом воздухе зимой, а также действия по созданию и сохранению определенного рабочего температурного поля валков. Так, перед завалкой валков в клеть рекомендуется их подогрев до рабочей температуры на специальных установках индукционного нагрева или путем прокатки одного-двух рулонов на пониженных скоростях. Стабилизация температурного режима достигается применением систем охлаждения, часто совмещенным с системами подачи технологической смазки с регулированием расхода жидкости. Расход устанавливают такой, чтобы температура валков повышалась после прокатки рулона не более, чем на 5-8°С, а, вообще, составляла менее 60-70°С.

Поверхность валков изнашивается вследствие их взаимодействия с прокатываемой полосой и между собой. На величину износа оказывают влияние усилие прокатки, материалы валков и полосы, скорость прокатки, твердость и обработка поверхности валков и т.д. Износ неравномерен по длине бочки. Наибольший износ приходится на области, соответствующие краям прокатываемых полос. Однако анализ данных практики показывает, что только третья часть валков выходит из строя из-за естественного износа. Наиболее частой причиной выхода валков из строя является навар на них металла. Другими причинами бывают местный отслой твердого поверхностного слоя, трещины и поломки. По металлургическим причинам списывают только 4 - 9% валков, а остальные выходят из строя вследствие нарушения технологических режимов. Следовательно, основные резервы повышения долговечности валков заложены в совершенствовании технологического процесса прокатки.

В операции восстановления валков входят их обточка. шлифовка и, в некоторых случаях, термообработка. Поводом для восстановления является изнашивание поверхности, с потерей необходимой твердости и чистоты обработки поверхности, и появление вышеуказанных дефектов, а также в целях профилактики, чтобы напряжения в поверхностных слоях не достигли уровня, вызывающего образование дефектов. В качестве профилактической термообработки применяют отпуск при 300-400°С. Если твердость поверхности рабочих валков падает ниже 90 НШ, то производят повторную закалку валка. Часто, например, валки подвергают отпуску в масляной ванне после 5-6 перешлифовок.

Что касается перешлифовок, то съем металла при их проведении стараются свести к минимуму, чтобы уменьшить расход активного слоя рабочих и опорных валков. Так, при плановых перешлифовках съем металла на рабочих валках составляет 0,05-0,1 мм, а на опорных валках-1-3 мм. Данные по эксплуатации, например, опорных валков показывают, что на нормальные перешлифовки расходуется 35-80% активного слоя, на ликвидацию выкрошек 15-50% и 10-20% на ликвидацию других дефектов.

Весьма перспективным способом улучшения эксплуатационных характеристик рабочих валков является их хромирование слоем толщиной 10-12 мкм.

Стоимость валков составляет до 25% всех затрат на прокатку. Поэтому на всех заводах осуществляют строгий учет стойкости валков. В настоящее время используют несколько показателей: стойкость в тоннах проката на валок; стойкость в перешлифовках на валок и коэффициент использования активного слоя. Наиболее часто используют первый показатель, но лучше всего характеризует эффективность работы службы валков - третий. Показатели стойкости могут быть индивидуальными и средними для всего парка валков.

Масса проката, которая приходится на одну перевалку валков зависит от условий эксплуатации валков, материала валков и операций подготовки поверхности, марочного и размерного сортамента проката и требований к качеству проката. Так, на одном из четырехклетевых станов холодной прокатки листовой стали толщиной 0,7-2,0 мм она изменяется для рабочих валков от 2500 т для первой клети до 1000 т в последней клети. Стойкость опорных валков значительно выше, но также зависит от условий работы. Опыт эксплуатации показывает, что время работы опорных валков у первой и четвертой клети четырехклетевого стана составляет 2000 и 600 ч соответственно.

Перевалку валков производят в соответствии с графиком, который разрабатывают исходя из условий их работы и требований к качеству проката. Это отражается в карточке учета работы валка и в журнале учета перевалок.

Смену рабочих валков на относительно старых прокатных станах производят с помощью муфты-противовеса и электромостового крана. Однако этот процесс очень длительный. На современных станах, имеющих четырехвалковые клети, рабочие валки меняют в комплекте с помощью специальной тележки, перемещающейся по рельсам против рабочей клети. На тележке имеется каретка с электроприводом, которая извлекает комплект рабочих валков с подушками из станины и вставляет новый. Старый комплект перед сменой отводится в сторону платформой на катках, перемещающейся поперек тележки.

После окончания перевалки тележка отводится от клети и валки убираются краном. Весь процесс перевалки длится 5-7 мин.

Смену опорных валков осуществляют с помощью устройства, основными составляющими которого является гидроцилиндр со штоком, ход которого составляет 5-6 м, и направляющие, закрепленные на поперечинах станин. После извлечения рабочих валков верхний опорный валок опускают на нижний, а затем комплект штоком зацепляют и вытаскивают из станины по направляющим. Краном уносят старый комплект и ставят на направляющие новый, который штоком задвигают в станину. Вся операция смены занимает 15-20 мин.

В состав современного перевалочного устройства входят ролики, сухари, тележка для перевалки рабочих валков, гидроцилиндры выталкивания рабочих и опорных валков. На более старых станах перевалку часто производят с помощью муфты и дополнительного валка или специальной скобой.

На многовалковых станах смену валков осуществляют вручную или с помощью тельфера. Наиболее быстрым и прогрессивным является способ замены сразу всей кассеты валков, если это позволяет конструкция стана.

Подшипники и подушки

Валки вращаются в подшипниках. Особенностью работы подшипников прокатных станов являются очень тяжелые условия эксплуатации, которые получаются в связи с относительно небольшими размерами шеек валков и большими усилиями прокатки. В настоящее время используют подшипники качения и скольжения.

Для рабочих валков четырехвалковых клетей, а часто и для опорных, применяют многорядные роликовые подшипники. Наиболее распространены самоустанавливающиеся четырехрядные конические роликоподшипники, но все больше используют и подшипники с цилиндрическими роликами, которые можно изготавливать с высокой точностью. Основными достоинствами подшипников качения являются низкий коэффициент трения, высокая износостойкость и стабильное взаимодействие деталей, независимое от скорости режима прокатки. Последнее очень важно, так как способствует получению под давлением 0,1-0,3 МПа и засасываемой в зазор между втулкой-цапфой и втулкой-вкладышем за счет гидродинамического эффекта. Величина засасывания, а следовательно, толщина масляной пленки, высота расположения валка и величина межвалковой щели, зависит от скорости взаимного перемещения вышеуказанных деталей.

2) Это приводит к тому, что способность подшипника выдерживать большие нагрузки возрастает с увеличением частоты вращения валков. Но это вызывает и изменение межвалковой щели в процессах разгона и торможения клети, что отрицательно сказывается на качестве проката и требует, в ряде случаев, применения специальных масляных систем, предотвращающих это явление. Но этот недостаток ПЖТ, в большинстве случаев, компенсируется такими положительными характеристиками, как низкий коэффициент трения, способность воспринимать большие усилия, создание лучшего теплового режима валков за счет охлаждающего воздействия масла на шейку валка и др. Для восприятия осевых нагрузок в состав узла подшипника вместе с ПЖТ часто монтируют радиально упорный подшипник или это осуществляется буртом, упирающимся в крышку подшипника.

Для смазки подшипниковых узлов используют жидкие минеральные масла и реже густые смазки из минеральных масел со специальными мыльными загустителями.

Подшипники размещаются в подушках, которые представляют собой стальные отливки. Они предназначены для сохранения точного положения валков и передачи усилия прокатки от валков к станине рабочей клети. Обычно проектируют так, чтобы подушки рабочих валков помещались на выступах подушек опорных валков. Подушки перемещаются по направляющим, прикрепленным к станинам. Чтобы предотвратить перемещение подушек в направлении горизонтальных осей валков, применяют регулирующие планки и зажимы, которые скользят в пазах подушки и станины. Закрепляют подушки только со стороны, противоположной приводу, что позволяет им несколько перемещаться в осевом направлении, чтобы скомпенсировать термическое расширение валков.

Станины

Основой рабочей клети, в которой монтируются подшипники валков и механизмы установки валков, являются станины. В цехах холодной прокатки на двух- и четырехвалковых клетях применяют так называемые станины закрытого типа, представляющие собой литые массивные жесткие рамы с окном для установки подушек. Верхнюю и нижнюю части станины называют поперечинами, а боковые - стойками. В верхних поперечинах станин сделаны расточки для установки гаек нажимных устройств. Нижние поперечины имеют приливы с отверстиями для болтов крепления.

В многовалковых клетях станина одна. Она представляет собой или массивную монолитную отливку, или конструкцию из шарнирно-соединенных половин, в которых сделана расточка для установки валкового узла. Кроме того, в станине имеются отверстия для прохода ленты и установки нажимных устройств.

Нажимные винты изготовляют из высокопрочной легированной стали, а гайки - из бронзы.

В последнее время на клетях станов холодной прокатки находят все большее распространение гидравлические и комбинированные нажимные устройства, обладающие значительно меньшей инерционностью, чем электромеханические, в сочетании с высокой точностью установки и способностью воспринимать большие усилия прокатки.

В гидравлических нажимных устройствах усилие прокатки воспринимают гидравлические цилиндры, под поршни которых от аккумуляторов подается рабочая жидкость под постоянным давлением, так что рабочая клеть получается предварительно напряженной усилием, которое противоположно направлению усилия прокатки. Регулирование величины предварительного нагружения и межвалковой щели производят с помощью восьми гидроцилиндров, получающих команду на включение от измерителей толщины полосы.

В комбинированных устройствах грубое регулирование производится электромеханическим устройством, а тонкое - гидравлическим.

Для уравновешивания верхних валков и перемещения их вверх применяют пружинные и гидравлические устройства.

Пружинное уравновешивание, состоящее из тяг, зацепляющихся за выступы подушек, проходящих внутри станины и опирающихся на пружины, смонтированные на верхней траверсе, применяют в случае, если перемещение валков и массы уравновешиваемых деталей относительно невелики. В клетях современных конструкций осуществляют гидравлическое уравновешивание.

На листопрокатных станах нет надобности в осевой регулировке, а необходима только осевая фиксация валков. Валки фиксируют или с помощью планок, входящих в пазы подушек, или с помощью откидных щеколд. В этих случаях подушки опорных и рабочих валков в другом направлении удерживаются фланцами валков.

Устройства, направляющие движение раската

Для направления полосы в клеть в процессе работы и для задачи и создания небольшого заднего натяжения применяют роликовые проводки. Рама верхних холостых роликов может перемещаться в вертикальных направляющих на раме нижнего ряда холостых роликов. Специальными тянущими роликами передний конец полосы заводится между рядами роликов так, чтобы он почти касался валков. С боков полоса направляется роликами. При ходе поршней пневмоцилиндра вправо верхние ролики через рычажную систему вместе с колодкой 6 опускаются на полосу, прижимая ее. При последующем ходе поршней вправо рамы верхних и нижних роликов вместе с зажатой полосой, подаются к валкам. При встрече рычагов с упорами давление колодки 6 на полосу несколько уменьшается, а давление роликов увеличивается, обеспечивая небольшое заднее натяжение.

Жесткость рабочей клети

Для правильной настройки клети и создания необходимой профилировки необходимо знать ее упругую деформацию под влиянием усилия прокатки. Эта упругая деформация складывается из упругой деформации станин валков, подушек, подшипников и деталей нажимного устройства, причем, основную долю вносит валковый узел. Величина этой деформации достигает 2-3 мм. В практике обработки металлов давлением пользуются понятием «жесткость клети», которое характеризует упругие свойства клети.

мм, то при усилии прокатки Р=24 МН увеличение высоты межвалковой щели составит 3 мм и необходимо предварительное напряжение клети, чтобы получить более тонкий металл. В то же время надо учитывать, что изменение усилия в процессе прокатки, например, на 0,4 МН, создаст изменение толщины проката на 0,05 мм.

Однако требования к жесткости клети не однозначны. В некоторых случаях требуются более «мягкие» клети, например, при дрессировке, в других - более жесткие. Иногда в зависимости от качества исходных материалов требуется изменять жесткость клети. Такая возможность имеется, когда клеть оборудована гидравлическим нажимным устройством и гидроцилиндрами между подушками опорных валков, описанными ранее.

Привод валков рабочих клетей

Детали и механизмы привода валков рабочей клети можно подразделить на относящиеся к механическому приводу и электропривод. В механизмы и детали механического привода валков, предназначенного для передачи крутящего момента от электродвигателя на валки рабочих клетей, входят шестеренная клеть или комбинированный редуктор и соединительные устройства. Привод может быть индивидуальным, когда каждый валок приводится от одного электродвигателя, и групповой, когда все рабочие валки приводятся от одного электродвигателя.

Шестеренные клети и редукторы

Шестеренные клети предназначены для разделения и передачи крутящего момента, получаемого от электродвигателя, на валки. Во всех шестеренных клетях приводной является нижняя шестерня. Все шестерни называют шестеренными валками. Передаточные числа между ними равны 1 = 1, а их диаметр равен диаметру новых валков, которым они передают вращение.

В тех случаях, когда количество оборотов электродвигателя больше или меньше, чем требуется для вращения валков, то применяют понижающие или повышающие редукторы. Когда передаточное число меньше четырех и мощность привода относительно небольшая, то редуктор объединяют с шестеренной клетью в одном корпусе. Такие комбинированные шестеренные клети-редукторы применяют в приводе многовалковых и, иногда, четырехвалковых клетей. Приводным является нижний шестеренный валок, передаточное число каждой нижней пары шестерни i = 0,5 между ними равны 1 = 1, а их диаметр равен диаметру новых валков, которым они передают вращение.

МЗП аналогична по конструкции с добавлением промежуточного вала 5. МЗП применяют в тех случаях, когда требуется соединение большой длины.

Однако у зубчатых муфт имеются такие недостатки, как необходимость частой заправки смазкой, динамические нагрузки при реверсивной работе, сложность изготовления.

Размещают главные электродвигатели в машинных залах, но иногда и в пролете прокатного стана.

Для вспомогательных механизмов используют, в основном, серийное электрооборудование. Для механизмов, не требующих регулирования скорости, применяют электродвигатели переменного тока краново-металлургической серии. Для гидравлических и пневматических распределителей, предназначенных для управления гидравлическими и пневматическими приводами, применяют электромагниты переменного тока серии МИС и постоянного тока серии ЭУ, а также электромагнитные вентили постоянного тока ВВ.

Потребители переменного тока получают питание от сети, а постоянного тока - от автономных источников питания.

Для станов холодной прокатки с индивидуальным приводом рабочих валков для питания двигателей одной клети применяют один или два генератора. Выравнивание скоростей валков в последнем случае производят за счет регулирования напряжений генератора. Генераторы постоянного тока объединяют в преобразовательные агрегаты с приводом от синхронного двигателя.

валок прокатный стан подшипник

Размещено на Allbest.ru