ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО, получение путём прокатки из стали и др. металлов различных изделий и полуфабрикатов, а также дополнит. обработка их с целью повышения качества (термич. обработка, травление, нанесение покрытий). В пром. странах прокатке подвергается больше 4/5 выплавляемой стали. П. п. обычно организуется на металлургич. з-дах (реже на машиностроит.); как правило, особенно в чёрной металлургии, является завершающим звеном цикла произ-ва (см. Металлургия; о П. п. как отрасли металлургич. пром-сти см. в статьях Чёрная металлургия, Цветная металлургия).

К осн. видам проката относятся: полупродукт, или заготовка, листовой и сортовой прокат, катаные трубы, заготовки деталей машин (особые виды проката) - колёса, кольца, оси, свёрла, шары, профили переменного сечения и др. Перечень прокатываемых изделий с указанием размеров наз. сортаментом проката, большая часть к-poro в СССР стандартизована. Осн. количество проката изготовляется из низкоуглеродистой стали, нек-рая часть - из легированной стали и стали с повышенным (больше 0,4%) содержанием углерода. Прокат цветных металлов производится гл. обр. в виде листов, ленты и проволоки; трубы и сортовые профили из цветных металлов изготовляются преим. прессованием (см. Прессование металлов).

Прокатка стали. Произ-во стального проката на совр. металлургич. з-де осуществляется двумя способами. При первом исходным материалом служат слитки (отлитые в изложницы), которые перерабатываются в готовый прокат обычно в 2 стадии. Сначала слитки нагревают и прокатывают на обжимных станах в заготовку. После осмотра заготовки и удаления поверхностных дефектов (закатов, трещин и т. п.) производят повторный нагрев и прокатку готовой продукции на специализир. станах. Размеры и форма сечения заготовки зависят от её назначения: для прокатки листового и полосового металла применяют заготовки прямоугольного сечения шир. 400 - 2500 мм и толщиной 75-600 мм, наз. слябами; для сортового металла - заготовки квадратного сечения размером примерно от 60 х 60 см до 400 х 400 мм, а для цельнокатаных труб - круглого сечения диаметром 80-350 мм.

При втором способе, применяемом с сер. 20 в., прокатка исходной заготовки заменяется непрерывным литьём (разливкой) на спец. машинах. После осмотра и удаления дефектов заготовка, как и при первом способе, поступает на станы для прокатки готовой продукции. Благодаря применению непрерывно-литой заготовки упраздняются слябинги и блюминги, повышается качество проката, устраняются потери на обрезку головной части слитка, доходящие у слитков спокойной стали до 15-20%.

Преимущества применения непрерывно-литой заготовки в произ-ве проката становятся ещё более значительными при совмещении процессов непрерывного литья и прокатки в одном неразрывном потоке. Для этой цели созданы литейно-прокатные агрегаты, в к-рых слиток на выходе из кристаллизатора не подвергается разрезке, проходит печь, где выравнивается темп-pa по сечению, и затем поступает в валки прокатного стана. Т. о. осуществляется процесс кристаллизации и прокатки бесконечного слитка, т. е. непрерывное произ-во проката из жидкого металла. Процесс получил широкое распространение при прокатке цветных металлов; он применяется также для произ-ва стальной заготовки небольших сечений (примерно менее чем 150 х х 150 мм) повышенного качества. Осн. трудность в развитии этого процесса состоит в относительно низкой скорости выхода слитка из кристаллизатора (1 -6 м/мин), что не позволяет в полной мере использовать производств. возможности непрерывного прокатного стана.

Прокатка листового металла производится из катаных или непрерывно-литых слябов и только листов толщиной св. 50-100 мм - непосредственно из слитков или кованых слябов. В технологич. процесс входят след. основные операции: подача слябов со склада к нагреват. печам; нагрев; подача по рольгангу к рабочей клети стана и прокатка в неск. проходов (пропусков между валками), причём в первые проходы для получения листов требуемой ширины сляб иногда подаётся в валки поперёк или под углом; правка на роликовых правильных машинах; охлаждение на холодильниках; контроль и разметка; обрезка продольных кромок; обрезка концов, разрезка на листы определённой длины; иногда термич. обработка и покраска; отправка на склад готовой продукции.

Листы толщиной от 4 до 50 мм и плиты толщиной до 350 мм прокатываются на толстолистовых или броневых станах, состоящих из одной или двух рабочих клетей, а листы толщиной от 1,2 до 20 мм - на значительно более производительных непрерывных станах, на к-рых листы получаются в виде длинных (более 500 м) полос; при выходе из последней клети стана полосы сматываются в рулон. Листы толщиной менее 1,5 - 3 мм выгоднее прокатывать в холодном состоянии, поэтому дальнейшее уменьшение толщины листа осуществляется обычно на станах холодной прокатки. Для этого рулоны после их получения на непрерывных станах горячей прокатки транспортируются в цех холодной прокатки, где с поверхности металла удаляется окалина (в линии непрерывного травления), затем обрезаются концы и производится стыковка (электрич. контактная сварка) для полной непрерывности дальнейшего процесса. Травленые рулоны разматываются и в неск. проходов обжимаются до требуемой толщины (общее обжатие для низкоуглеродистой стали доходит до 75-90% ). Прокатка осуществляется на непрерывных станах, состоящих из 4 или 6 четырёхвалковых клетей, или на одноклетевых реверсивных станах. После холодной прокатки полосу отжигают для устранения наклёпа, затем подвергают дрессировке, правке, резке на листы и упаковке (рис. 1).

Рис. 1. Технологическая схема цеха холодной прокатки для производства листов; 1 -конвейер горячекатаных рулонов; 2 - агрегат нормализации; 3 - непрерывно-травильный агрегат; 4 - агрегат комбинированной резки; 5 - непрерывный стан холодной прокатки; 6 - термическое отделение; 7 - агрегат нанесения защитного покрытия; 8 -дрессировочный стан; 9 - непрерывно-цинковальный агрегат; 10 - отделение упаковки готовой продукции.

Прокатка сортового металла включает след. осн. операции: нагрев до 1100-1250 ^оС; подачу нагретой заготовки к рабочим клетям и прокатку в неск. проходов в калибрах, постепенно приближающих сечение исходной заготовки к сечению готового профиля; резку проката на пилах или ножницах на части требуемой длины или сматывание в бунты; охлаждение на холодильниках; правку на роликовых правильных машинах; контроль и отправку на склад готовой продукции.

Число проходов выбирается в зависимости от размеров и формы сечения исходной заготовки и готового профиля и составляет: для рельсов обычно 9, балок 9-13, угловых и других сортовых профилей, напр. зетообразного (рис. 2), 5 - 12, проволоки 15-21. Выполнение указанных технологич. операций производится на специализир. сортовых прокатных станах, представляющих собой поточную автоматич. систему различных машин. Прокатка (горячая) труб состоит из 3 основных и неск. вспомогат. операций. Первая операция (прошивка)- образование отверстия в заготовке или слитке; в результате получается толстостенная труба, наз. гильзой. Вторая операция (раскатка) - удлинение прошитой заготовки и уменьшение толщины её стенки примерно до требуемых в готовой трубе размеров. Обе операции осуществляются с одного нагрева, но на различных прокатных станах, установленных рядом и входящих в общую систему машин трубопрокатного агрегата. Первая операция выполняется на прошивных станах винтовой прокатки между бочкообразными или дисковыми валками на короткой оправке, вторая - на различных прокатных станах: непрерывных, пилигримовых, автоматических и трёхвалковых станах винтовой прокатки. Третья операция - калибровка (или редуцирование) труб после раскатки. Калибровка осуществляется на калибровочных станах, затем трубы охлаждаются, правятся, контролируются и разрезаются на куски определённой длины. Трубы диаметром менее 65-70 мм подвергаются дополнит. горячей прокатке на редукционных станах. С целью уменьшения толщины стенки и диаметра, получения более высоких механич. свойств, гладкой поверхности и точных размеров трубы после горячей прокатки подвергаются холодной прокатке на спец. станах, а также волочению.

Рис. 2. Схема изменения сечения (калибровка) при прокатке зетового профиля.

Прокатка заготовок деталей машин (штучных изделий) находит широкое применение гл. обр. в произ-ве различных тел вращения и профилей переменного сечения: вагонных колёс, осей, бандажей, колец для подшипников качения, шаров, зубчатых колёс, винтов, свёрл и т. д. При этом иногда прокатка используется для выполнения лишь одной операции в комбинации с ковкой или штамповкой.

Прокатка цветных металлов. Наибольшее применение получила прокатка листов, ленты, фольги и проволоки из алюминия, меди, магния, цинка и их сплавов.

В технологич. процесс прокатки листов из алюминиевых сплавов входят след. осн. операции: предварит. прокатка плоских непрерывно-литых слитков массой 0,5-5 т с обжатием ок. 10% для выравнивания их поверхности; правка на роликовых правильных машинах; фрезерование для получения чистой и гладкой поверхности; накладывание с обеих сторон слитка алюминиевых листов; нагрев; горячая прокатка с плакированием до толщины 4-12 мм с последующим свёртыванием в рулоны; отжиг и холодная прокатка. После холодной прокатки рулоны разматываются и режутся на листы, к-рые затем закаливают, травят, прокатывают вторично в холодном состоянии для прогладки или получения наклёпа, травят, разрезают и упаковывают.

В нач. 60-х гг. 20 в. был разработан новый процесс прокатки листов из алюминия и его сплавов. Особенность этого процесса состоит в совмещении непрерывного литья с прокаткой. Исходным материалом служит жидкий алюминий, к-рый поступает через распределит. проводку в межвалковое пространство, образованное между двумя горизонтальными валками (рис. 3). Алюминий, соприкасаясь с валками, кристаллизуется, а образующаяся полоса непрерывно выходит из валков стана. Валки могут быть расположены как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной. В первом случае алюминий подводится сбоку, а во втором - снизу. Этим методом успешно изготовляются полосы толщиной 8-12 мм, шир. 1000-1600 мм, к-рые затем сматывают в рулоны. Применение такой технологии вместо прокатки полосы из крупных слитков даёт большой экономич. эффект.

Рис. 3. Схемы способов бесслитковой прокатки полос: а - подача металла сбоку; б - подача металла снизу: 1 - распределительная ванна; 2 - межвалковое пространство (кристаллизатор); 3 - валки; 4 - полоса.

Исходной заготовкой при прокатке листов и ленты из меди и латуни служат плоские слитки массой ок. 0,5-1 т, толщиной 100-150 мм, к-рые прокатываются в горячем состоянии до толщины 10-15 мм. Прокатанные листы фрезеруют для удаления поверхностных дефектов и затем подвергают холодной прокатке с промежуточными отжигами при 450-800 °С.

Для произ-ва катанки из алюминиевых и медных сплавов наиболее эффективен способ непрерывного литья, совмещённый с прокаткой на непрерывном стане.

Технич. прогресс в области П. п. характеризуется в первую очередь повышением качества прокатываемых изделий, к-рое обеспечивало бы наиболее эффективное использование металла потребителем. С этой целью прокатываемому изделию придаётся возможно более рациональная форма, способствующая снижению его массы, расширяется производство экономичных профилей проката, повышается точность его размеров, улучшаются прочностные и др. свойства металла, на его поверхность наносятся эффективные защитные покрытия. Одновременно снижается стоимость производств. затрат путём внедрения непрерывных процессов (от жидкого металла до готового проката), повышения скорости прокатки и автоматизации всех технологич. процессов.

Лит.: Прокатное производство. Справочник, под ред. Е. С. Рокотяна, т. 1 - 2, М., 1962; Прокатное производство, 2 изд., М., 1968; Нiggins R. A., Engineering metallurgy, 2 ed., pt 2, L., 1970; Holub J., Pzicne klinove valcovani, Praha, 1972.

А. И. Целиков.