Министерство образования и науки Украины
Национальная Металлургическая Академия Украины
Кафедра строительной механики
Контрольная работа по дисциплине
«История инженерной деятельности»
Разработал гр. РО-07-3зт
Маршак А.В.
Руководитель Кузьменок О.С.
Днепропетровск
2011
Содержание
Введение
1. История возникновения прокатного стана
2. Классификация и устройство
3. Краткая характеристика прокатного стана
4. Заготовительные прокатные станы
5. Листовые и полосовые прокатные станы
6. Сортовые прокатные станы
7. Литейно-прокатные станы
8. Трубоагрегатные станы
9. Станы холодной прокатки
10. Деталепрокатные станы
11. Конструкция основных деталей оборудования прокатныхстанов
12. Вспомогательное оборудование прокатногостана
13. Электрооборудование прокатных станов
14. Смазочное оборудованиепрокатных станов
15. Автоматика прокатного стана
Список литературы
Введение
Прокатный стан, машина для обработкидавлением металла и др. материалов между вращающимися валками, т.е. для осуществленияпроцесса прокатки, в более широком значении — автоматическая система или линия машин(агрегат), выполняющая не только прокатку, но и вспомогательные операции: транспортированиеисходной заготовки со склада к нагревательным печам и к валкам стана, передачу прокатываемогоматериала от одного калибра к другому, кантовку, транспортирование металла послепрокатки, резку на части, маркировку или клеймение, правку, упаковку, передачу насклад готовой продукции и др.
/>
Рис.1 Трубопрокатный стан.
1. История возникновения прокатного стана
Историческая справка. Время иместо появления первого прокатного стана неизвестны. Бесспорно, что раньше прокатчикижелеза применяли прокатку цветных металлов — свинца, олова, меди, монетных сплавови др. Наиболее ранний документ (рисунок с описанием), характеризующий устройстводля прокатки олова, оставлен Леонардо да Винчи (1495). Примерно до конца 17 веке.привод прокатный стан был ручным, в 18 веке. — водяным. Промышленная прокатка железаначалась примерно с 18 веке. В России она особенно широко развивалась на Урале.прокатные станы применялись для производства кровельного железа, плющения кричнойзаготовки в полосу или лист, разделения откованной полосы по длине на более мелкиепрофили квадратного или прямоугольного сечения (т. н. «резные» станы).
В конце 18 веке для привода прокатныйстан начали применять паровые машины; прокатка становится одним из трёх основныхзвеньев производственного цикла металлургических заводов, постепенно вытесняя менеепроизводительный способ ковки. К этому периоду относится промышленное применениепрокатного стана с калиброванными валками, сконструированного в 1783 Г. Кортом (Великобритания); прокатные станы постепенно дифференцируются на обжимные, листовые и сортовые.В 30-40-х гг. 19 веке. в связи с бурным развитием железных дорог в разных странахначинают прокатывать рельсы. В 1856-57 годах в Сааре (Германия) был установлен первыйпрокатный стан, предназначенный для прокатки крупных балок. Развитие конструкцийи специализация этих станов привели к появлению в США в конце 19 веке. блюмингови слябингов. В 1867 году Г. Бедсон (Великобритания) построил непрерывный проволочныйстан. В 1885 братья М. и Р. Маннесман (Германия) изобрели способ винтовой прокаткибесшовных труб в Прокатном стане с косо расположенными валками. В 1886 В. Эденборни Ч. Морган (США) применили быстроходную проволочную моталку с осевой подачей. Первыелетучие ножницы (конструкции В. Эдвардса) установлены в 1892 в США. В 1897 для приводапрокатного стана с успехом применен электродвигатель (Германия). В 1906 г. Тршинец (ныне Словакия) пущен прокатный стан с реверсивным электродвигателем. Принцип непрерывнойгорячей прокатки листов нашёл практическое применение в 1892 в г. Теплице (нынеЧехия), где был установлен полунепрерывный стан. Первый непрерывный широкополосовой(листовой) стан построен в 1923 в США. Начало холодной прокатки листов относитсяк 80-м гг. 19 века.; холодная прокатка труб освоена в 1930 в США.
В СССР первым достижением станостроенияявилось сооружение Ижорским заводом двух блюмингов, которые в 1933году введены вэксплуатацию на Макеевском и Днепродзержинском металлургических заводах. В 1940-60-хгг. Всесоюзным научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом металлургическогомашиностроения (ВНИИМЕТМАШ) создан ряд прокатных станов для новых технологическихпроцессов, обеспечивающих производство прокаткой многих изделий, которые ранее изготовлялисьдругими, менее эффективными способами (тонкостенные безрисочные трубы, листы переменнойтолщины по длине, профили круглого периодического сечения, шары, втулки, винты скрупным шагом, ребристые трубы и др.). В 1959-62 ВНИИМЕТМАШем и Электростальскимзаводом тяжёлого машиностроения созданы принципиально новые трубные станы с бесконечнымредуцированием труб (как при печной сварке, так и при радиочастотной), а также станыдля непрерывной прокатки бесшовных труб (стан 30-102) производительностью на порядоквыше по сравнению с действующими (около 550 тыс. т/год). В эти же годы пущены разработанныеВНИИМЕТМАШем, Научно-исследовательским институтом автомобильной промышленности иГорьковским автомобильным заводом первые станы для прокатки цилиндрических и коническихколёс.
В 60-е гг. в СССР, США, ФРГ иИталии начато создание литейно-прокатных агрегатов, в которых совмещены процессынепрерывного литья и прокатки в едином неразрывном потоке. Такие агрегаты уже получилиширокое применение для производства катанки из алюминиевых и медных сплавов, листовиз алюминиевых сплавов и заготовок из стали.2. Классификация и устройство
Классификация и устройство прокатныхстанов. Главный признак, определяющий устройство прокатного стана, — его назначениев зависимости от сортамента продукции или выполняемого технологического процесса.По сортаменту продукции прокатные станы разделяют на заготовочные, в том числе станыдля прокатки слябов и блюмов, листовые и полосовые, сортовые, в том числе балочныеи проволочные, трубопрокатные и деталепрокатные (бандажи, колёса, оси и т.д.). Потехнологическому процессу прокатные станы делят на следующие группы: литейно-прокатные(агрегаты), обжимные (для обжатия слитков), в том числе слябинги и блюминги, реверсивныеодноклетьевые, тандемы, многоклетьевые, непрерывные, холодной прокатки. Размер прокатногостана, предназначенного для прокатки листов или полос, характеризуется длиной бочкивалков, для заготовки или сортового металла — диаметром валков, а трубопрокатногостана — наружным диаметром прокатываемых труб.
Оборудование прокатного стана,служащее для деформации металла между вращающимися валками, называют основным, адля выполнения прочих операций — вспомогательным. Основное оборудование состоитиз одной или нескольких главных линий, в каждой из которых располагается 3 видаустройств (рис.2): рабочие клети (одна или несколько) — к ним относятся прокатныевалки с подшипниками, станины, установочные механизмы, плитовины, проводки; электродвигателидля вращения валков; передаточные устройства от электродвигателей к прокатным валкам,состоящие большей частью из шестерённой клети, шпинделей и муфт.
/>
Рис.2. Главная линия четырехвалковогостана для прокатки листов: 1 — рабочая клеть; 2 — электродвигатель; 3 — шестереннаяклеть; 4 — шпиндель; 5 — муфта.
Между шестерённой клетью и электродвигателемчасто устанавливают ещё редуктор. Если каждый валок имеет свой электродвигатель,передаточные устройства состоят лишь из шпинделей. Наибольшее распространение получилистаны с горизонтальными валками: двухвалковые (дуо), трёхвалковые (трио), четырёхвалковые(кварто) и многовалковые (рис.3). Для обжатия металла по боковым поверхностям используютклети с вертикальными валками, называемые эджерами. Станы, у которых вблизи горизонтальныхвалков расположены вертикальные, называются универсальными. Они служат для прокаткишироких полос и двутавровых балок с широкими полками. В станах винтовой прокаткивалки располагаются в рабочей клети косо — под углом подачи. Такие станы применяютдля прокатки труб, осей, шаров и т.д.
/>
Рис.3. Схема расположения валковв рабочей клети прокатного стана: а — двухвалкового; б — трехвалкового; в — четырехвалкового;г — шестивалкового; д — двенадцативалкового; е — двадцативалкового; ж — универсального.
Число и расположение рабочих клетейпрокатных станах определяются его назначением, требуемым числом проходов металламежду валками для получения данного профиля и заданной производительностью. По этомупризнаку прокатные станы подразделяются на 8 типов (рис.4). К одноклетевым станамотносится большинство блюмингов, слябинги, шаропрокатные станы, станы для холоднойпрокатки листов, ленты и труб.
/>
Рис.4. Схема расположения рабочихклетей прокатного стана: 1 — одноклетьевого; 2 — линейного; 3 — сдвоенного; 4 — ступенчатого; 5 — непрерывного (а — с групповым приводом, б — с индивидуальным);6 — полунепрерывного; 7 — последовательного («кросс-коунтри»); 8 — шахматного.
В случае, когда в одной рабочейклети не удаётся расположить необходимое число калибров (см. Калибровка прокатныхвалков) или когда требуется высокая производительность, применяют станы с несколькимирабочими клетями. Наиболее совершенный многоклетьевой стан — непрерывный, в которомметалл одновременно прокатывается в нескольких клетях (рис.5). Непрерывные станыслужат для горячей прокатки заготовки, полос, сортового металла, проволоки, труб,а также для холодной прокатки листов, жести, ленты и др. профилей.
/>
Рис.5. Непрерывный широкополосовойстан горячей прокатки.
Скорости прокатки весьма различныи зависят главным образом от требуемой производительности прокатного стана, сортаментапрокатываемой продукции и технологического процесса. У обжимных, заготовочных, толстолистовых,крупносортных станов скорость прокатки около 2-8 м/сек. Наибольшие скорости характерныдля непрерывных станов: при прокатке сортового металла 10-20 м/сек; полосового 25-35м/сек; проволоки 50-70 м/сек; при холодной прокатке жести 40 м/сек. Данные о производительности,мощности приводов и массе оборудования некоторых прокатных станов, получивших наибольшеераспространение в СССР для производства горячекатаной стали, приведены в таблице.3. Краткая характеристика прокатного стана
Краткая характеристика основныхстанов для горячей прокатки сталиТип стана Сортамент проката Производительность, тыс. т/год Общая мощность главных приводов, квт Масса оборудования, т Блюминг одноклетьевой дуо 1000-1300 Блюмы от 200´200 мм до 370´370 мм До 6 000 До 13 600 До 5 500 Листовой широкополосовой непрерывный 2000 Полосы толщиной 1,2-16 мм, шириной до 1850 мм 6 000 120 000 40 000 Толстолистовой сдвоенный 3600 Листы и плиты толщннэй 5-200 мм, шириной до 3200 мм 1 750 21000 60 000 Заготовочный непрерывный 900/700/500 Заготовки сечением от 80´80 мм до 200´200 мм 5 550 30 400 10 500 Рельсо-балочный ступенчатый трио 800 Рельсы, балки от № 24 до № 60, швеллеры от № 20 до №40 и др. 1 700 9 800 22 000 Крупносортный ступенчатый трио 650 Круглая сталь диаметром 70-220 мм, б. ллки от № 16 до № 30 и др. 750 8 700 6 500 Крупносортный полунепрерывный 600 Круглля сталь диаметром 50-120 мм, балки от № 10 до № 20 и др. 1 600 34 400 18 000 Среднесортный полунепрерывный 350 Круглая сталь диаметром 20-75 мм, балки и швеллеры до № 10 и др. 1000 16 000 7200 Мелкосортный непрерывный 250 Круглая сталь диаметром 8-30 мм, угловой профиль от 20´20 мм до 40´40 мм и др. 800 16 000 6 600 Узкополосовой непрерывный 300 Полоса толщиной 2-8 мм, шириной 120-460 мм Более 1000 15 200 2 700 Проволочный непрерывный 150 Катанка диаметром 5,5-12,5 мм 900 - - Трубопрокатный автоматический Бесшовные трубы дилметром 140-426 мм 50-70 т/ч 12 000 8000-12 000 Трубопрокатный непревывный 110 Бесшовные трубы диаметром 50-110 мм 50-80 т/ч 12 000 3 500-5 000
4. Заготовительные прокатные станы
Заготовочные станы строятся двухтипов в зависимости от исходного материала — слитков, отлитых в изложницах, илинепрерывно-литых заготовок. В первом случае заготовочный стан одновременно являетсятакже обжимным станом. Типичные представители таких станов — слябинг, когда требуетсяплоская заготовка крупных сечений (слябы), и блюминг с установленным за ним собственнозаготовочным непрерывным станом, если требуется прокатывать заготовку для сортовыхили трубопрокатных станов. За последней клетью этих станов находятся летучие ножницыдля разрезки заготовки на куски требуемой длины или пилы и стеллажи для разрезки,охлаждения и осмотра заготовки. При использовании непрерывно-литой заготовки заготовочныйстан устанавливается рядом с машиной для непрерывного литья в целях использованиятепла неостывшего металла. Некоторые заготовочные станы выполнены так, чтобы литаязаготовка поступала из кристаллизатора в валки непрерывного стана без разрезки,т.е. в этом случае осуществляется прокатка заготовки бесконечной длины и делениееё на куски требуемой длины летучими ножницами или пилами при выходе из валков стана.5. Листовые и полосовые прокатные станы
/>
Рис.6. Листопрокатный стан.
Листовые и полосовые станы горячейпрокатки предназначены для получения плит толщиной 50-350 мм, листов толщиной 3-50 мм и полос (сматываемых в рулоны) толщиной 1,2-20 мм. Толстолистовые станы обычно состоят из 1-2 клетей дуо и кварто с длиной бочки валков 3500-5500 мм (см. рис.2), иногда с установленными перед ними дополнительными клетями, имеющими вертикальныевалки для обжатия боковых кромок. Для прокатки полос наибольшее применение получилиширокополосовые непрерывные или полунепрерывные станы, состоящие из 10-15 клетейкварто с длиной бочки валков 1500-2500 мм и нескольких клетей с вертикальными валками. Весь прокатываемый материал сматывается в рулоны по 15-50 т. Эти станызначительно более производительны, чем толстолистовые, поэтому они используютсятакже и для прокатки толстых листов (4-20 мм), которые изготовляются путём разматывания рулонов и их последующей разрезки. Со стороны выхода прокатанного металлаиз валков устанавливаются выходные рольганги и большое количество др. вспомогательногооборудования для последующей обработки проката и его транспортирования: у толстолистовыхстанов — правильные машины, ножницы, печи для термической обработки и т.д., а уширокополосовых станов — моталки для сматывания полос в рулоны, конвейер для транспортированиярулонов и оборудование для разматывания рулонов, их правки и разрезки на карточки(листы).6. Сортовые прокатные станы
Сортовые станы весьма разнообразныпо своей характеристике и расположению оборудования. Основные типы: универсальныестаны для прокатки широкополочных балок, состоящие обычно из 3 или 5 клетей, расположенныхпоследовательно одна за другой, из которых 2 или 3 клети универсальные, с горизонтальнымивалками диаметром около 1350 мм, а 1 или 2 — дуо, с валками диаметром около 800 мм; рельсо-балочные станы ступенчатого типа из двух или нескольких линий с рабочими клетями трио идуо и валками диаметром около 800 мм; крупносортные станы ступенчатого и полунепрерывноготипа из двух или нескольких линий с рабочими клетями трио и дуо и валками диаметромоколо 650 мм; среднесортные станы ступенчатого типа в 2 или 3 линии, полунепрерывныеи непрерывные; мелкосортные станы, большей частью непрерывные или полунепрерывные;узкополосовые станы непрерывные; проволочные станы непрерывные.7. Литейно-прокатные станы
Для производства проволоки изалюминиевых и медных сплавов наиболее эффективны литейно-прокатные станы, в которыхосуществляется непрерывный процесс получения проволоки из жидкого металла. Вначалепроисходит кристаллизация бесконечного слитка между ободом вращающегося колеса иобтягивающей его стальной лентой, а затем прокатка его на непрерывном стане. Производительностьстана 5-8 т/ч (рис.7).
/>
Рис.7. Литейно-прокатный агрегатдля производства алюминиевой проволоки: 1 — роторный кристаллизатор; 2 — непрерывныйстан с трехвалковыми рабочими клетями; 3 — летучие ножницы; 4 — моталка с поочереднымсматыванием двух бунтов без остановки процесса; 5 — сечение бесконечного слитка;6 — сечения окатываемого изделия после первой и последующих клетей стана.
Сортовые станы, как и листовые,имеют разнообразное вспомогательное оборудование, установленное по движению потокапрокатываемого металла и выполняющее в общем ритме, без участия ручного труда, всевспомогательные технологические и транспортные операции, начиная с выдачи со складаисходной заготовки и кончая передачей проката на склад готовой продукции.8. Трубоагрегатные станы
Трубопрокатные агрегаты состоятобычно из 3 станов. Первый стан производит прошивку отверстия в заготовке или слиткеметодом винтовой прокатки, второй служит для вытяжки прошитой заготовки в трубуи третий — для калибровки (редуцирования), т.е. уменьшения диаметра прокатаннойтрубы. Конструкция трубопрокатных агрегатов определяется главным образом выбраннымтехнологическим процессом второго стана, т.е. вытяжного. Наиболее производительнымявляется непрерывный стан; находят применение также станы дуо, работающие на короткойоправке, пилигримовые и трёхвалковые винтовой прокатки.9. Станы холодной прокатки
Станы холодной прокатки сталии цветных металлов изготовляются следующих типов: листовые — для штучной прокатки;листовые широкополосовые — для рулонной прокатки; ленто-прокатные — для прокаткиленты толщиной от 1 мкм до 4 мм и шириной от 20 до 600 мм, сматываемой после прокатки в бунты или рулоны; фольгопрокатные — для прокатки полосы толщинойменее 0,1 мм; плющильные — для обжатия проволоки в узкую ленту; станы для холоднойпрокатки труб. При рулонной прокатке полос с обеих сторон рабочей клети устанавливаютсянамоточно-натяжные барабаны — моталки, которые служат для разматывания рулонов передподачей металла в валки и сматывания при выходе из валков. Наиболее производительныелистовые станы — непрерывные; они также выгоднее в отношении использования моталоки др. вспомогательного оборудования. Моталки у непрерывных станов располагаютсятолько сзади, а спереди находятся механизмы для подачи рулонов, разматывания ихи направления металла в валки первой рабочей клети.10. Деталепрокатные станы
Деталепрокатные станы работаютв основном на принципе поперечной и винтовой прокатки и служат для производстваточных заготовок деталей машиностроения — круглых периодических валов, шаров, винтов,ребристых труб, зубчатых колёс, а также инструмента — червячных фрез, свёрл и др.Эти станы разнообразны по конструкции и характеризуются высокой степенью механизациии автоматизации.11. Конструкция основных деталей оборудования прокатныхстанов
Оборудование прокатных станов.Конструкция основных деталей и механизмов прокатных станов, несмотря на их различноеназначение и многообразие, во многих случаях одинакова. Главные элементы рабочейклети — валки прокатные, подшипниковые узлы, механизмы для установки валков, станина,шпиндели, муфты и проводки.
Подшипники прокатных валков работаютпри очень больших нагрузках, доходящих на некоторых станах до 30-60 Мн (3000-6000тс) на валок. Возможные габариты их ограничиваются диаметром валков. Подшипники(качения или жидкостного трения) устанавливаются в массивных корпусах, называютсяподушками, которые располагаются в проёмах станины.
прокатный стан автоматика оборудование
Станина рабочей клети воспринимаетвсе усилия, возникающие при прокатке металла, и поэтому выполняется массивной — до 60-120 т и более. Материал станины — стальное литьё с 0,25-0,35% С. Станина устанавливаетсяна фундаментных стальных плитах (плитовинах), которые прикрепляются болтами к бетонномуили железобетонному фундаменту. Для сортовых станов получают распространение предварительнонапряжённые рабочие клети, в которых повышение жёсткости достигается не увеличениеммассивности станины, а с помощью специальных стяжных механизмов.
Передача вращения прокатным валкампроизводится посредством универсальных шпинделей с шарнирами Гука (см. рис.2).12. Вспомогательное оборудование прокатного стана
Вспомогательное оборудование прокатногостана предназначено для подачи металла от нагревательных устройств к приёмному рольгангустана (слитковозы), поворота слитка на рольганге (поворотные устройства), транспортированияметалла в соответствии с технологическим процессом (рольганги или транспортёры),перемещения металла вдоль валка для подачи 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), резкиметалла (ножницы и пилы), а также для отделки металла: правки (правильные машиныи прессы), дрессировки, клеймения, укладки, промасливания, упаковки и т.д.13. Электрооборудование прокатных станов
Электрооборудование прокатногостана характеризуется большими мощностями и размерами главных приводов (мощностьодного электродвигателя доходит до 6-7 Мвт и более, а общая мощность — до 200-300Мвт), сложностью систем управления электроприводами, вызываемой главным образомнеобходимостью автоматического регулирования в широких пределах скорости большинствамашин прокатных станов.14. Смазочное оборудование прокатных станов
Смазочное оборудование прокатногостана обеспечивает бесперебойную автоматическую подачу смазки ко всем трущимся деталяммеханизмов, а в станах для прокатки цветных металлов и холодной прокатки стали- также подачу технологической смазки к рабочей поверхности прокатных валков. Смазочныесистемы обычно располагаются в специальных подвалах.15. Автоматика прокатного стана
Автоматика крупных прокатных становсостоит из ряда объединённых локальных систем для управления всем ходом технологическогопроцесса, начиная от подачи исходного материала на склад и со склада и кончая поступлениемпроката на склад готовой продукции и погрузкой его в вагоны. Каждая локальная системаимеет многочисленные и разнообразные приборы-датчики, собирающие и передающие информациюо ходе технологического процесса, в том числе о температуре металла, давлении металлана валки Прокатный стан, параметрах обрабатываемого материала, в частности о размерахпрокатываемого профиля, его положении и характере перемещения. Вся эта информацияпоступает в вычислительные машины локальных систем, где перерабатывается, послечего выдаются команды для управления машинами и механизмами прокатного стана, относящимисяк данной локальной системе, а также информация общей вычислительной машине, объединяющейлокальные системы, для соответствующей корректировки работы машин и механизмов др.участков прокатного стана, управляемых остальными локальными системами. Одна изглавных задач автоматизации (и экономически наиболее выгодная) — автоматизация регулированияразмеров прокатываемого профиля, осуществляемая путём соответствующего автоматическогоизменения междувалкового пространства на основании показаний непрерывно действующегоизмерителя размеров профиля. Благодаря этому резко повышается точность размеровпрофиля, в связи с чем снижается поле допусков, повышается качество металла, снижаютсяудельные расходы металла. Особенно большой эффект достигается при производстве тонколистовойпродукции.
Успешное решение этой задачи сталовозможным благодаря использованию вычислительной техники, т.к. обычные адаптивныесистемы (самоприспосабливающиеся системы) вследствие высоких скоростей прокатки(около 30-40 м/сек) не обеспечивают своевременную корректировку междувалкового пространства.
Большой экономический эффект даёттакже автоматизация контроля качества готового проката и нанесения защитных покрытий.Прокатный стан в связи с непрерывностью процесса и выпуском однотипной продукциив больших количествах имеют все необходимые предпосылки, чтобы быть одними из первыхполностью автоматизированных промышленных объектов.
Список литературы
1. Рокотян Е.С. Прокатное производство. Справочник. т.1-2, М, Металлургиздат, 1962, 436 с;
2. Королев А.А. Прокатные станы и оборудование прокатных цехов. (Атлас)М, Металлургия, 1968, 203 с;
3. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных цехов 2-ое изданиеперераб. и доп. М, Металлургия, 1988, 680 с;
4. Целикова А.И. Специальные прокатные станы М, Металлургия, 1971, 336с;
5. Целиков А.И., Зюзин В.И. Современное развитие прокатных станов М,Металлургия, 1972, 324 с;