книги / Технология производства проводов

ного сечения прокатываемого металла в n-й клети; Vn – скорость выхода металла из этой же клети.

Если секундные объемы металла не равны, то могут наблюдаться либо разрывы проката, либо чрезмерное петлеобразование. При правильном технологическом процессе должно быть обеспечено постоянство константы прокатки непрерывных групп клетей:

C = FnDn n,

где Dn – диаметр валка в n-й клети; n – скорость вращения валков. Из этого выражения можно определить катающий диа-

метр валка [1].

Прокатным станом называется технологический комплекс последовательно расположенных машин и агрегатов, предназначенных для пластической деформации металла в валках (собственно прокатки), дальнейшей его обработки и отделки (намотки, резки и др.) и транспортировки.

Прокатные станы подразделяются на обжимные, сортовые, листовые и трубные. Они состоят из одной, двух и большего количества клетей. В зависимости от расположения клетей станы делятся на несколько типов:

–линейные – клети расположены в одну, две или несколько нитей;

–непрерывные – состоят из нескольких клетей, через которые металл проходит последовательно, находясь одновременно в нескольких клетях;

–полунепрерывные – часть клетей расположена так же, как

унепрерывного стана, а часть имеет линейное расположение.

В кабельной промышленности в основном применяются проволочные непрерывные станы и линейные проволочно-мелко- сортные станы.

Большинство изделий, изготавливаемых на прокатных станах в кабельной промышленности, стандартизировано. В стандартах приведены типы профилей, размеры, площадь поперечного сечения и другие данные.

21

Сортамент профилей, прокатываемых на станах кабельной промышленности, представлен на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Сортамент профилей: 1 – катанка; 2 – квадратная заготовка; 3 – прямоугольный профиль (мелкий сорт и шинная заготовка); 4 – заготовка коллектор-ной меди; 5 – труба

На линейных и непрерывных прокатных станах получают: катанку диаметром 9–23 мм для алюминия, диаметром 7,2–20 мм для меди, прямоугольный прокат сечением (мм2) 6×14–6×27; 10×23; 8×16; 8×27 и др.; трубные заготовки диа-

метром 75–100 мм; заготовки сечением 60–1000 мм2 для шинной и коллекторной меди.

1.3. НАГРЕВ МЕТАЛЛА ПЕРЕД ПРОКАТКОЙ

Перед прокаткой медные слитки нагреваются в методической печи. Нагрев исходных материалов должен обеспечить высокую пластичность и наименьшее сопротивление металла деформации. Поэтому чем выше температура, тем меньше расход энергии надеформацию, режеломаютсявалкии другиедетали стана.

В методических печах нагреваемые слитки непрерывно перемещаются в горизонтальном направлении навстречу движущемуся газу. При слишком высоких температурах или нарушениях установленного режима нагрева могут возникать следующие явления: усиленное окисление, проникновение газов в толщу слитка, «водородная болезнь» (т.е. медь становится хрупкой и склонной к растрескиванию). При чрезмерном нагре-

22

ве может также произойти «перегрев» – рост крупных кристаллов меди, и «пережог» – окисление границ зерен. При горячей обработке металлов давлением выбор правильной температуры нагрева и обработки оказывает решающее влияние на качество готовой продукции.

Величина зерен металла после прокатки зависит от степени деформации, температуры, длительности (скорости) деформации и охлаждения. Если подвергать горячей обработке давлением металл с мелкозернистой структурой, то до некоторой вполне определенной деформации величина зерен при рекристаллизации не изменяется, а при достижении этой деформации происходит скачкообразный рост зерен. При дальнейшем увеличении степени деформации размеры зерен уменьшаются, и при больших деформациях получается снова мелкозернистая структура. На рис. 1.4 показана рекристаллизационная диаграмма меди.

Рис. 1.4. Диаграмма рекристаллизации меди

Деформация и температура прокатки, при которых в мелкозернистом металле происходит интенсивный рост зерен, например деформация 4–10 % и температура 700 °С, называются критической деформацией и критической температурой.

23

Технологические процессы необходимо строить таким образом, чтобы на каждом переходе степень деформации была больше или меньше критической. Катанка, полученная прокаткой при критической степени деформации, в дальнейшем при холодной обработке проявляет худшие качества, например имеет большую обрывность при волочении. Температура нагрева

итемпературный интервал прокатки могут различаться для разных прокатных станов, так как они зависят от калибровки стана, скорости прокатки и условий охлаждения металла. Медные слитки нагреваются в методических печах полунепрерывного прокатного стана со скоростью 9 °С/мин до 850–950 °С [1].

Впрокатных цехах чаще используются методические нагревательные печи и электрические печи сопротивления.

Методические печи представляют собой агрегаты, в которых происходят сжигание топлива, теплообмен, нагрев металла и другие теплотехнические процессы. Рабочее пространство этих печей вытянуто в длину; газы движутся по длине рабочего пространства, и их температура постепенно снижается в направлении движения; металл загружается в наиболее холодную часть печи и постоянно перемещается в ее более горячую часть навстречу движущемуся газу; тепловой и температурный режимы по зонам постоянны. Методические печи бывают двухрядные и однорядные, отапливаются газом или мазутом. На печах можно устанавливать рекуператоры – устройства для подогрева идущего на горение воздуха за счет тепла газов, отходящих из печи. Это экономит топливо и повышает коэффициент его использования.

Большинство алюминиевых слитков нагревается в электронагревательных печах. Конвейерные печи типа ОКБ-706 являются печами сопротивления с принудительной замкнутой циркуляцией воздуха. Нагрев слитков осуществляется потоком нагретого воздуха, который проходит через электрокалориферы

ирабочее пространство печи, обдувая загруженные слитки. Нагрев характеризуется температурой, скоростью и продолжи-

24

тельностью. Основой правильно выбранного режима нагрева является максимально допустимая скорость нагрева, которая обеспечивает заданную производительность и высокое качество нагрева при минимальной затрате тепловой энергии.

1.4.ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТКИ

1.4.1.Калибровка валков

После нагрева металл подается к клетям для прокатки. Для каждого стана составляются схемы обжатий и калиб-

ровки валков.

Калибровкой стана называется последовательность расположения калибров необходимой формы и размеров на валках всех клетей стана.

К основным критериям, определяющим правильность расчета схемы прокатки, относятся диаметр валков и допустимая (по условиям захвата металла валками) величина обжатия. Максимальное обжатие при любом диаметре валков не должно превышать 80 % [2].

При деформации металла в калибрах в той или иной мере происходит его расширение, поэтому необходимо предусматривать некоторый запас площади калибра, так как от этого зависит качество продукции. Если величина площади калибра занижена, то он переполняется металлом, что приводит к образованию «усов» и в конечном счете к браку. Если величина площади калибра завышена, то он не заполняется металлом, что является причиной неустойчивости металла в следующем калибре после кантовки и тоже ведет к браку.

Калибровка непрерывных станов имеет свои особенности. Число рабочих клетей равно числу проходов металла между валками. При прокатке металл находится одновременно в нескольких клетях, поэтому скорость валков подбирается таким

25

образом, чтобы во всех клетях соблюдалось постоянство секундных объемов металла:

FnVn = const .

Отсюда следует, что скорость прокатки по мере уменьшения сечения прокатываемого металла должна увеличиваться.

При калибровке учитывается константа прокатки:

C = Fn Dn n.

При константе непрерывной группы обеспечивается прокатка без натяжения и петлеобразования.

На прокатных станах применяется в основном система вытяжных калибров квадрат–овал, в которой лишь последний калибр обеспечивает получение катанки круглой формы.

1.4.2.Рабочие клети прокатных станов

Взависимости от конструкции и расположения валков рабочие клети прокатных станов можно разделить на три группы:

1)дуо; 2) трио; 3) специальные. На рис. 1.5 показано расположение валков в клетях, применяемых на прокатных станах в кабельной промышленности.

Рис. 1.5. Схема расположения валков в следующих клетях прокатных станов: 1 – дуо; 2 – трио; 3 – доппель-дуо; 4 – трехвалковая

с расположением валков под углом; 5 – с вертикальтными валками

26

Клети дуо (двухвалковые) используются в непрерывных, полунепрерывных, линейных проволочных и сортовых линейных станах. В каждой клети дуо производится только по одному проходу металла в одном направлении.

В клетях трио (трехвалковых) металл прокатывается между верхним и средним валками в одном направлении, а между средним и нижним валками – в противоположном. Эти клети используются в качестве черновых клетей полунепрерывных и линейных проволочных станов и являются основными рабочими клетями линейных сортовых станов.

Специальными клетями являются:

а) клети доппель-дуо (две пары валков в одной клети) – используются на старых сортовых станах;

б) клети дуо с вертикальными валками – применяются на современных непрерывных проволочных станах;

в) трехвалковые клети с расположением валков под углом 120° – применяются на установках непрерывного литья и прокатки меди и алюминия.

1.4.3.Прокатные станы

Вкабельной промышленности в настоящее время используются:

– непрерывные станы, имеющие последовательно расположенные клети с одним пропуском металла в каждой клети;

– полунепрерывные станы, имеющие обжимную клеть трио, прокатывающую металл в несколько проходов с изменением направления его движения, и непрерывную группу клетей;

– линейные (петлевые) станы, имеющие клети, расположенные по несколько штук в одну линию с приводом от одного двига-

теля, у которых движение металла изменяется на 180° (при помощи обводныхаппаратов или вручную) с образованиемпетель.

Медная и алюминиевая катанка и мелкосортовой прямоугольный прокат прокатываются на полунепрерывном, непре-

27

рывном и линейных проволочно-прокатных станах. Средне- и крупносортовой прокат (заготовка для шин и коллекторов) прокатывается на сортовых линейных станах.

Линейные прокатные станы конструктивно проще, но имеют меньшую производительность и более сложную технологию прокатки из-за петлевого движения металла, чем непрерывные станы с прямолинейным движением металла и отсутствием кантовки в чистой группе клетей.

Схема расположения оборудования современного полунепрерывного стана для горячей прокатки медной катанки приведена на рис. 1.6 [2].

Рис. 1.6. Схема расположения оборудования современного полунепрерывного стана горячей прокатки медной катанки

Отдельно стоящая клеть трио 3 является обжимной, остальные клети представляют собой непрерывную группу, в которой раскат одновременно может находиться во всех клетях.

Прокатка на стане производится следующим образом. Слитки мостовым краном подаются на загрузочную площадку 1, откуда они по печному рольгангу перемещаются партиями по 5–6 штук к печным толкателям 2, которые проталкивают их через методические печи.

28

Нагретые слитки по наклонному склизу попадают на рольганг 6, в конце которого установлен кантующий ролик 27. Этим рольгангом слитки транспортируются к подъемно-парал- лельному столу 5 обжимной клети 3, который находится в этот момент в верхнем положении. Рольгангом подъемного стола слиток подается в первый калибр, нарезанный на верхнем и среднем валках, и прокатывается в этом калибре. После прокатки раскат скользит под действием собственного веса по кантующему желобу 4 вниз и подается ко второму калибру, который нарезан на нижнем и среднем валке. В это время подъемный стол 5 опускается в нижнее положение.

Когда раскат полностью выходит из второго калибра, подъемный стол поднимается и подает его к третьему калибру, нарезанному на верхнем и среднем валках. После прокатки в нем раскат снова при помощи кантующего желоба скользит вниз и подается к четвертому калибру, который нарезан на нижнем и среднем валках.

После четвертого прохода раскат уже попадает не на подъемный стол, а на рольганг 28, при помощи которого он транспортируется от обжимной клети к непрерывной группе стана. В обжимной клети стана могут одновременно прокатываться несколько раскатов в разных калибрах.

Непрерывнуюгруппустанаможноразбитьнадвеподгруппы. Первая – промежуточная – состоит из 8 клетей дуо. В этой подгруппе прокатка производится в две нитки, т.е. одновременно в клети осуществляется обжатие двух раскатов на один и тот

же размер. Один двигатель служит для привода двух клетей. Вторая– непрерывная подгруппа– состоит из двух рядовчис-

товыхклетей, вкаждойизкоторыхпрокаткаведетсяводнунитку.

Вкаждом ряду клетей имеются две клети с вертикальными валками 20 и 22 и две клети с горизонтальными валками 19 и 21. Привод всех клетей этой группы индивидуальный.

Вконце рольганга 28 имеется стрелка 7, которая служит для направления раската, прокатанного в обжимной клети, в одну из

29

свободных ниток промежуточной группы. Передний конец раската попадает в клеть 8, затем в клеть 9, 10 и 11. За клетью 11 расположены летучие ножницы 12, предназначенные для обрезки переднегои заднего конца раскатабезпрекращения его движения.

После обрезки переднего конца раскат попадает в клети 13 и 14. Перед клетью 16 установлен петлеобразователь 15. После клети 17 раскат по проводке 18 попадает в чистовую группу, где прокатка производится в одну нитку. Однониточная прокатка в последних проходах необходима для получения катанки высокого качества. После выхода из последней клети передний конец раската попадает в моталки 23 или 24. Скорость намотки катанки в бухты синхронизирована со скоростью прокатки в последней клети. С моталок бухты катанки сбрасываются на пластинчатый транспортер 25, который находится в ванне с водой. В этой ванне происходит охлаждение металла. С транспортера бухты катанки передаются цепным конвейером 26 в травильное отделение или на погрузочную площадку.

Недостаток линейных многоклетьевых станов: меньшая, чем у полунепрерывных и непрерывных станов, производительность, а также невозможность значительного увеличения скорости прокатки в каждой последующей клети данной линии и необходимость поперечного перемещения раската при передаче из клети в клеть [2].

1.5.МЕТОД НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ И ПРОКАТКИ

Впоследнее время для производства алюминиевой и медной катанки применяются установки непрерывного литья и проката (НЛП). Схема такой установки показана на рис. 1.7.

Жидкий металл по желобу подается из миксера 1 (емкости для расплавленного металла при заданной температуре) в промежуточную ванну кристаллизатора 2. Уровень металла в ней поддерживается постоянным, так как изменение его в ту или

30