В СССР первым достижением станостроения явилось сооружение Ижорским заводом двух блюмингов, которые в 1933году введены в эксплуатацию на Макеевском и Днепродзержинском металлургических заводах. В 1940-60-х гг. Всесоюзным научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом металлургического машиностроения (ВНИИМЕТМАШ) создан ряд прокатных станов для новых технологических процессов, обеспечивающих производство прокаткой многих изделий, которые ранее изготовлялись другими, менее эффективными способами (тонкостенные безрисочные трубы, листы переменной толщины по длине, профили круглого периодического сечения, шары, втулки, винты с крупным шагом, ребристые трубы и др.). В 1959-62 ВНИИМЕТМАШем и Электростальским заводом тяжёлого машиностроения созданы принципиально новые трубные станы с бесконечным редуцированием труб (как при печной сварке, так и при радиочастотной), а также станы для непрерывной прокатки бесшовных труб (стан 30-102) производительностью на порядок выше по сравнению с действующими (около 550 тыс. т/год). В эти же годы пущены разработанные ВНИИМЕТМАШем, Научно-исследовательским институтом автомобильной промышленности и Горьковским автомобильным заводом первые станы для прокатки цилиндрических и конических колёс.

В 60-е гг. в СССР, США, ФРГ и Италии начато создание литейно-прокатных агрегатов, в которых совмещены процессы непрерывного литья и прокатки в едином неразрывном потоке. Такие агрегаты уже получили широкое применение для производства катанки из алюминиевых и медных сплавов, листов из алюминиевых сплавов и заготовок из стали.

2. Классификация и устройство

Классификация и устройство прокатных станов. Главный признак, определяющий устройство прокатного стана, - его назначение в зависимости от сортамента продукции или выполняемого технологического процесса. По сортаменту продукции прокатные станы разделяют на заготовочные, в том числе станы для прокатки слябов и блюмов, листовые и полосовые, сортовые, в том числе балочные и проволочные, трубопрокатные и деталепрокатные (бандажи, колёса, оси и т.д.). По технологическому процессу прокатные станы делят на следующие группы: литейно-прокатные (агрегаты), обжимные (для обжатия слитков), в том числе слябинги и блюминги, реверсивные одноклетьевые, тандемы, многоклетьевые, непрерывные, холодной прокатки. Размер прокатного стана, предназначенного для прокатки листов или полос, характеризуется длиной бочки валков, для заготовки или сортового металла - диаметром валков, а трубопрокатного стана - наружным диаметром прокатываемых труб.

Оборудование прокатного стана, служащее для деформации металла между вращающимися валками, называют основным, а для выполнения прочих операций - вспомогательным. Основное оборудование состоит из одной или нескольких главных линий, в каждой из которых располагается 3 вида устройств (рис.2): рабочие клети (одна или несколько) - к ним относятся прокатные валки с подшипниками, станины, установочные механизмы, плитовины, проводки; электродвигатели для вращения валков; передаточные устройства от электродвигателей к прокатным валкам, состоящие большей частью из шестерённой клети, шпинделей и муфт.

Рис.2. Главная линия четырехвалкового стана для прокатки листов: 1 - рабочая клеть; 2 - электродвигатель; 3 - шестеренная клеть; 4 - шпиндель; 5 - муфта.

Между шестерённой клетью и электродвигателем часто устанавливают ещё редуктор. Если каждый валок имеет свой электродвигатель, передаточные устройства состоят лишь из шпинделей. Наибольшее распространение получили станы с горизонтальными валками: двухвалковые (дуо), трёхвалковые (трио), четырёхвалковые (кварто) и многовалковые (рис.3). Для обжатия металла по боковым поверхностям используют клети с вертикальными валками, называемые эджерами. Станы, у которых вблизи горизонтальных валков расположены вертикальные, называются универсальными. Они служат для прокатки широких полос и двутавровых балок с широкими полками. В станах винтовой прокатки валки располагаются в рабочей клети косо - под углом подачи. Такие станы применяют для прокатки труб, осей, шаров и т.д.

Рис.3. Схема расположения валков в рабочей клети прокатного стана: а - двухвалкового; б - трехвалкового; в - четырехвалкового; г - шестивалкового; д - двенадцативалкового; е - двадцативалкового; ж - универсального.

Число и расположение рабочих клетей прокатных станах определяются его назначением, требуемым числом проходов металла между валками для получения данного профиля и заданной производительностью. По этому признаку прокатные станы подразделяются на 8 типов (рис.4). К одноклетевым станам относится большинство блюмингов, слябинги, шаропрокатные станы, станы для холодной прокатки листов, ленты и труб.

Рис.4. Схема расположения рабочих клетей 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 рабочей клети не удаётся расположить необходимое число калибров (см. Калибровка прокатных валков) или когда требуется высокая производительность, применяют станы с несколькими рабочими клетями. Наиболее совершенный многоклетьевой стан - непрерывный, в котором металл одновременно прокатывается в нескольких клетях (рис.5). Непрерывные станы служат для горячей прокатки заготовки, полос, сортового металла, проволоки, труб, а также для холодной прокатки листов, жести, ленты и др. профилей.

Рис.5. Непрерывный широкополосовой стан горячей прокатки.

Скорости прокатки весьма различны и зависят главным образом от требуемой производительности прокатного стана, сортамента прокатываемой продукции и технологического процесса. У обжимных, заготовочных, толстолистовых, крупносортных станов скорость прокатки около 2-8 м/сек. Наибольшие скорости характерны для непрерывных станов: при прокатке сортового металла 10-20 м/сек; полосового 25-35 м/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 наибольшее распространение в СССР для производства горячекатаной стали, приведены в таблице.

3. Краткая характеристика прокатного стана

Краткая характеристика основных станов для горячей прокатки стали

Тип 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 двух типов в зависимости от исходного материала - слитков, отлитых в изложницах, или непрерывно-литых заготовок. В первом случае заготовочный стан одновременно является также обжимным станом. Типичные представители таких станов - слябинг, когда требуется плоская заготовка крупных сечений (слябы), и блюминг с установленным за ним собственно заготовочным непрерывным станом, если требуется прокатывать заготовку для сортовых или трубопрокатных станов. За последней клетью этих станов находятся летучие ножницы для разрезки заготовки на куски требуемой длины или пилы и стеллажи для разрезки, охлаждения и осмотра заготовки. При использовании непрерывно-литой заготовки заготовочный стан устанавливается рядом с машиной для непрерывного литья в целях использования тепла неостывшего металла. Некоторые заготовочные станы выполнены так, чтобы литая заготовка поступала из кристаллизатора в валки непрерывного стана без разрезки, т.е. в этом случае осуществляется прокатка заготовки бесконечной длины и деление её 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 горячей прокатки 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 вертикальные валки для обжатия боковых кромок. Для прокатки полос наибольшее применение получили широкополосовые непрерывные или полунепрерывные станы, состоящие из 10-15 клетей кварто с длиной бочки валков 1500-2500 мм и нескольких клетей с вертикальными валками. Весь прокатываемый материал сматывается в рулоны по 15-50 т. Эти станы значительно более производительны, чем толстолистовые, поэтому они используются также и для прокатки толстых листов (4-20 мм), которые изготовляются путём разматывания рулонов и их последующей разрезки. Со стороны выхода прокатанного металла из валков устанавливаются выходные рольганги и большое количество др. вспомогательного оборудования для последующей обработки проката и его транспортирования: у толстолистовых станов - правильные машины, ножницы, печи для термической обработки и т.д., а у широкополосовых станов - моталки для сматывания полос в рулоны, конвейер для транспортирования рулонов и оборудование для разматывания рулонов, их правки и разрезки на карточки (листы).

6. Сортовые прокатные станы

Сортовые станы весьма разнообразны по своей характеристике и расположению оборудования. Основные типы: универсальные станы для прокатки широкополочных балок, состоящие обычно из 3 или 5 клетей, расположенных последовательно одна за другой, из которых 2 или 3 клети универсальные, с горизонтальными валками 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 и дуо и валками диаметром около 800 мм; крупносортные станы ступенчатого и полунепрерывного типа из двух или нескольких линий с рабочими клетями трио и дуо и валками диаметром около 650 мм; среднесортные станы ступенчатого типа в 2 или 3 линии, полунепрерывные и непрерывные; мелкосортные станы, большей частью непрерывные или полунепрерывные; узкополосовые станы непрерывные; проволочные станы непрерывные.

7. Литейно-прокатные станы

Для производства проволоки из алюминиевых и медных сплавов наиболее эффективны литейно-прокатные станы, в которых осуществляется непрерывный процесс получения проволоки из жидкого металла. Вначале происходит кристаллизация бесконечного слитка между ободом вращающегося колеса и обтягивающей его стальной лентой, а затем прокатка его на непрерывном стане. Производительность стана 5-8 т/ч (рис.7).

Рис.7. Литейно-прокатный агрегат для производства алюминиевой проволоки: 1 - роторный кристаллизатор; 2 - непрерывный стан с трехвалковыми рабочими клетями; 3 - летучие ножницы; 4 - моталка с поочередным сматыванием 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 потока прокатываемого металла и выполняющее в общем ритме, без участия ручного труда, все вспомогательные технологические и транспортные операции, начиная с выдачи со склада исходной заготовки и кончая передачей проката на склад готовой продукции.

8. Трубоагрегатные станы

Трубопрокатные агрегаты состоят обычно из 3 станов. Первый стан производит прошивку отверстия в заготовке или слитке методом винтовой прокатки, второй служит для вытяжки прошитой заготовки в трубу и третий - для калибровки (редуцирования), т.е. уменьшения диаметра прокатанной трубы. Конструкция трубопрокатных агрегатов определяется главным образом выбранным технологическим процессом второго стана, т.е. вытяжного. Наиболее производительным является непрерывный стан; находят применение также станы дуо, работающие на короткой оправке, пилигримовые и трёхвалковые винтовой прокатки.

9. Станы холодной прокатки

Станы холодной прокатки стали и цветных металлов изготовляются следующих типов: листовые - для штучной прокатки; листовые широкополосовые - для рулонной прокатки; ленто-прокатные - для прокатки ленты 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 толщиной менее 0,1 мм; плющильные - для обжатия проволоки в узкую ленту; станы для холодной прокатки труб. При рулонной прокатке полос с обеих сторон рабочей клети устанавливаются намоточно-натяжные барабаны - моталки, которые служат для разматывания рулонов перед подачей металла в валки и сматывания при выходе из валков. Наиболее производительные листовые станы - непрерывные; они также выгоднее в отношении использования моталок и др. вспомогательного оборудования. Моталки у непрерывных станов располагаются только сзади, а спереди находятся механизмы для подачи рулонов, разматывания их и направления металла в валки первой рабочей клети.

10. Деталепрокатные станы

Деталепрокатные станы работают в основном на принципе поперечной и винтовой прокатки и служат для производства точных 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 механизации и автоматизации.

11. Конструкция основных деталей оборудования прокатных станов