Переверточные прокатные станы: обзор производства стали и основного оборудования

Большинство сталепродуктов получается прокаткой непрерывно отливаемых заготовок (блумов, блюмов, плит) через серию прокатных и финишных операций. Прокатка — главной процесс формовки металлов: более 95% черных и цветных металлов обрабатываются этим способом.

Принципы работы и виды прокатки

Горячая прокатка проводится выше температуры рекристаллизации (~1250 °C). Преимущества: снижение силы деформации (можно использовать станы меньшей мощности) и возможность больших деформаций без закачки. Процесс включает разогрев в печи, грубое, промежуточное и финишное прокатывание с последовательным увеличением скорости и удлинением изделия.

Холодная прокатка используется для точной финишной обработки и повышения механических свойств.

Конструкция переверточного (cross-country) прокатного стана

Характерная черта — оси валков всех станин параллельны, а заготовка переносится перпендикулярно направлению прокатки с помощью перегрузочных и коньковых столов. Заготовка должна выйти из одной станины до передачи следующей. Такая схема применяется для малого сечения (круг, сорт, полоса, профиль) при ограниченных площадях и позволяет прокатку в обе стороны, улучшая качество.

Типы станин

• Двухвальные (2-high): два вала (верхний и нижний). Прокатка в одну сторону или реверсивная. При нереверсивной схеме заготовка перебрасывается через валы (пуловер).
• Трехвальные (3-high): три вала (верхний, средний, нижний). Заготовка проходит через нижнюю и верхнюю пары поочередно, средний вал общий. Направление меняется без реверса двигателя. Переход между рядами — наклонным или подъемным столом.

В 2-high приводами могут быть один или оба вала; в 3-high — верхний и нижний (средний трением).

Основное оборудование стана

Разогревательная печь

Главный потребитель тепловой энергии. Типы: пакетные и непрерывные (толкательные, роторные, шагающие, валковые). Наиболее популярны толкательные: высокая удельная производительность, простота загрузки/разгрузки, плавный нагрев. Недостатки: ограничение поперечного сечения, сложность нагрева малых партий, износ водохлаждаемых коньков.

Печь разделена на зоны: прогрева, нагрева, пропарки. Двух- и трехзонные горения (фронтальное, боковое, верхнее/нижнее) улучшают температурный градиент и интенсивность нагрева.

Становое оборудование

• Стойки (корпуса): однолитые чугунные (закрытые) для грубых станин; разборные (открытые) с болтовым верхним перебором — для частой смены валов.
• Подшипники валов: скольжения (металлические/полимерные втулки — частые в малых станах), гидродинамические (для высоких скоростей и нагрузок), антифрикционные (конические роликовые — низкое трение на малых скоростях).
• Валы: основной расходный инструмент. Стальные (0,2–0,3% C, литые/кованые), чугунные (2,5–3,5% C: белые, неопределенного застывания, шаровидного графита, двойной заливки), ВК (кольца на стальных втулках — для финишных станин проволочных станов), композитные (арбор + нахлобучиваемое кольцо).
• Привод: АС-двигатели (синхронные, короткозамкнутые, фазные), муфты, маховики (сглаживание пульсаций нагрузки), ведомые шпиндели, шестеренные редукторы (1–3 ступени), пальцы (двухкосые зубья для плавности), соединительные шпиндели с вобблерами/муфтами.
• Направляющие: входные/выходные, стационарные (чуж) или валиковые (предотвращают царапины).
• Повторители (репитеры): автоматически поворачивают заготовку на 180° для подачи в соседнюю станину.
• Валковые столы: приводные (линейный вал/конические или прямые зубчатые передачи) или с индивидуальными двигателями. Соединяют станины, работают в тяжелых условиях ударов и перегрузок.
• Наклонные/подъемные столы: для перевода заготовки между рядами 3-high станин.
• Ножницы: гидравлические/электрические (обрезка концов), маятниковые (резка на ходу), летящие (разрезка на отрезки), обрезальные (коббл-шейр), хлопущие (пневматические, у репитеров).
• Двигатели и вспомогательные приводы: основные (постоянная скорость — АС, реверсивные/переменные — DC) и вспомогательные (вентиляторы, насосы, смазка). ВВВЧ-приводы для финишных станин.
• Охлаждающая грядка: ручная (склон) или механическая (граблевая/шагающая). Шагающая с зубчатой траекторией обеспечивает равномерное охлаждение всего сечения, предотвращая деформации.
• Централизованные системы смазки и охлаждения: замкнутые циклы с фильтрацией и охлаждением масла/воды.
• Электроснабжение и АСУ: трансформаторы, конденсаторные батареи, ПЛК/ПКУ, ВВВЧ-приводы, исполнительные механизмы ножниц, ТМТ-охлаждения.