После того как сталь научились выплавлять, ее требовалось прокатать. Прокатные станы — одно из важнейших изобретений человека, благодаря которому стало возможным производство рельс и железных колес. Уже к концу XVIII в. прокат вытеснил ковку.
Прокатный стан — это машина, которая протягивает металлический слиток между вращающимися валками. Под давлением валок слитку можно придать любую форму, которая необходима для дальнейшего производства деталей: длинного бруса с поперечным сечением в виде квадрата, круга, балки или стального листа, проволоки.
Прокатку в горячем состоянии использовали уже в начале XVIII в., с помощью этого способа изготавливали более-менее тонкие железные листы. С 1769 г. на станах начали прокатывать проволоку.
Первый прокатный стан с вальцами для фасонного железа был запатентован в 1783 г. англичанином Генри Кортом. Он изобрел эту конструкцию, когда разрабатывал метод пудлингования. Процесс работы прокатного стана выглядел так: крица из пудлинговой печи подавалась под молот, ее ковали, придавая изделию первоначальную форму, а затем пропускали через вальцы.
В XIX в. техника проката стала применяться в производстве — этому способствовало интенсивное строительство железных дорог. В первую очередь были созданы прокатные станы для производства рельсов и вагонных колес, а потом уже и для других операций.
Устройство прокатного стана в XIX веке было несложным. Вращающиеся в противоположные стороны валки захватывали раскаленную добела металлическую полосу и, сжимая с определенным усилием, протаскивали ее между своими поверхностями. Металл подвергался сильному обжатию при высокой температуре, и заготовка приобретала необходимую форму. При этом, кстати, железо получало дополнительные свойства: зерна металла, которые до прокатки располагались в его массе в беспорядке, в процессе сильного обжатия вытягивались и образовывали длинные волокна. То есть после прокатки мягкое и ломкое железо становилось упругим и прочным.
К концу XIX в. техника проката была настолько разработана, что с ее помощью стали получать не только сплошные, но и пустотелые изделия. В 1885 г. братья Маннесманы изобрели способ прокатки бесшовных железных труб. На стане Маннесманов круглую болванку пропускали между двумя валками, поставленными косо друг к другу. Во-первых, вследствие сил трения между валками и заготовкой последняя начинала вращаться. Во-вторых, из-за формы валков точки средней их поверхности вращались быстрее крайних. Поэтому из-за косого расположения валков заготовка как бы ввинчивалась в пространство между ними. Если бы болванка была твердой, она не смогла бы пройти. Но так как ее предварительно разогревали до белого каления, металл заготовки начинал скручиваться и вытягиваться, а в осевой зоне он разрыхлялся — возникала полость, которая постепенно распространялась по всей длине заготовки. Пройдя через валки, заготовка насаживалась на специальный стержень (оправку), и внутренняя полость обретала правильное круглое сечение. Так, благодаря прокатным станам Маннесманов было налажено производство толстостенных труб.
Чтобы уменьшить толщину стенок, трубу пропускали через второй так называемый пилигримовый прокатный стан. Он имел два валка переменного профиля. При прокатке трубы расстояние между валками сначала постепенно уменьшалось, а затем становилось больше диаметра трубы.
Современные прокатные станы бывают разных видов. Слиток в процессе обработки обычно проходит через несколько станов. Самый мощные обжимные станы — блюминг и слябинг. Они обжимают слиток и превращают его в длинный брус (блюм) или пластину (сляб). Потом из бруса или пластины на других станах изготавливаются самые разнообразные изделия.
Перед обжимом слитки необходимо прогреть. Их выдерживают 4—6 часов в нагревательных колодцах, где установлена температура 1100—1300 °С. Затем слитки подаются к блюмингу или слябингу. Раскаленный слиток попадает на рольганг — транспортер из вращающихся роликов. Направление вращения валков блюминга и роликов рольганга постоянно меняется. Поэтому слиток движется через валки то вперед, то назад, и каждый раз все больше уменьшается зазор между валками, что ведет к более сильному обжатию слитков. Через каждые 5—6 проходов специальный механизм — кантователь — переворачивает слиток на 90°, чтобы он был обработан со всех сторон. В конце концов получается длинный брус, который по рольгангу направляется к ножницам. Здесь брус делят на куски — блюмы.
Почти так же происходит прокатка и на слябинге. Разница только в том, что у слябинга четыре валка — два горизонтальных и два вертикальных, которые обрабатывают слиток сразу со всех сторон. Затем полученную длинную пластину режут на плоские заготовки — слябы. Готовые блюмы и слябы отправляют в другие прокатные цехи, где на специальных прокатных станах из них изготавливают профильный металл: заготовки определенной толщины, формы, профиля.
Сталь неподатлива, поэтому деформировать ее приходится постепенно. Именно поэтому большинство станов имеет не одну пару валков, а несколько. Станины с валками (их называют клети) устанавливают либо параллельно, либо в ряд, либо в шахматном порядке. Раскаленная заготовка мчится по рольгангам из клети в клеть, да еще в каждой клети движется то вперед, то назад, достигая необходимых размеров.
Сейчас все большее распространение получают высокопроизводительные станы непрерывной прокатки. Здесь клети стоят последовательно одна за другой. Миновав одну клеть, заготовка попадает во вторую, третью, четвертую и т. д. После каждого обжатия заготовка вытягивается, и каждая последующая клеть должна за тот же промежуток времени пропустить через себя заготовку все большей длины. Некоторые непрерывные станы прокатывают металл со скоростью 80 м/с (290 км/ч), а за год они обрабатывают несколько миллионов тонн.
В последние годы на прокатных станах изготавливают не заготовки, а сразу готовые детали машин. К этому же направлению относятся и получившие в ХХ веке большое распространение профилегибочные станы, изготовляющие гнутые профили, и станы, прокатывающие фасонные профили высокой точности. Первые станы выгибают изделия сложной формы из стального листа, вторые — прокатывают сложные изделия с очень точными размерами. И в том, и в другом случае изделия не нуждаются в дальнейшей обработке на станках. Их режут на части нужной длины и используют в машинах, механизмах и строительных конструкциях.
Главная 
