Прокатные станы, их устройство и работа, Устройство прокатных станов

Идея заменить трудоёмкую ковку прокатом металла возникла в начале XVI в., и тогда же появились первые прокатные станы, придающие металлу форму обжатием его между вращающимися вальками. Мощности водяных колёс, приводивших в движение прокатные станы, хватало только на обработку мягких металлов — олова, свинца, меди. Появление парового двигателя позволило прокатывать твёрдую сталь. Развитие железных дорог повысило спрос на прокатную продукцию — стальные рельсы. Первый стан, прокатывавший стальные рельсы, заработал в 1828 г. в английском Бедлингтоне.

1. Украшения из золотой проволоки. Северная Европа. II — I тыс. до н. э. 2. Русская скань: золотой браслет XIII в. и серебряная пуговица XVI в.

Предназначение

Металлопрокатные станки — механические установки, предназначенные для создания металлических изделий при помощи деформирования сырья в валковых приспособлениях. Оборудование позволяет изготавливать изделия различного типа:

Сортового проката. К ним относятся прутки и полосы разной геометрической формы, а также фасонные детали, рессорные и ромбические.
Профиль специального назначения. Металлические изделия в виде уголков, швеллеров, двутавров, а также комбинированные заготовки с меняющимся сечением.
Прокат в форме тонкого листа до 4 мм, а также толстого листа более 4 мм.
Трубный профиль с соединением при помощи сварки и бесшовных стыков.

Это интересно: Токарный станок 1М63 — технические характеристики и устройство

Скалки для металла

Ручной прокатный стан для получения тонких листов мягкого металла придумал Леонардо да Винчи в 1495 г. В XVI в. на таких станах с гладкими оббитыми железом вальцами, вращаемыми зубчатой, или червячной, передачей, стали прокатывать оловянные, свинцовые и медные полосы и листы для пивоваренных чанов, водосточных труб и желобов, бочарных ободов и других изделий. Вальцы, вращаемые водяным колесом, раскатывали эти мягкие металлы, как скалка тесто.

Устройство и принцип работы

Прокатный пресс состоит из трех основных частей:

Клеть рабочая. В конструкцию данных элементов входят прокатные валки, плиты установки, станина основания, а также проводка.
Двигатели электрические для передачи движения рабочим элементам.
Механизмы распределения и преобразования движения. Состоят из шпинделя, муфт и шестерней.

Агрегаты различаются по количеству клетей и размеров рабочих валков:

Станки для толстого металла имеют в конструкции до двух рабочих отсеков с валками длиной от 3 м до 5,5 м. При этом дополнительно могут быть установлены вертикальные валки, которые служат для обработки боковых кромок.
Широкополосное оборудование содержит до 15 клетей, валки имеют длину до 2,5 м.
Универсальные прокатные прессы состоят из 5 отсеков, а длина валов до 1,5 м.

В промышленности выделяют три метода обработки металлического сырья до приобретения им необходимой геометрической формы:

В первом случае на литейный агрегат устанавливают приспособление для проката, получают начальный контур детали до полной кристаллизации. Недостатком способа считают необходимость сохранения высокой температуры до окончания обработки, а также дополнительная точная обкатка.
В результате проката через печи с температурой внутри камеры до 1350 С происходит самостоятельное сваривание краев. На выходе из оборудования получают готовый трубный профиль.
Третий способ подразумевает изготовление деталей при температуре заготовки соответствующей окружающей среде. Для предотвращения брака, в агрегатах применяют большое количество валков, которые вращаются в противоположном направлении.

Технические характеристики

Прокатные станки имеют характеристики, которые отличают их от аналогов:

вид изготавливаемого профиля на определенной установке может быть трубный, сортовой, а также тонко- и толстолистовой;
диапазон толщины металла, предназначенного для проката— от 0,4 мм до 200 мм;
необходимое сырье для проката;
показатель производительности, от данного фактора зависит выбор станка перед покупкой, а также подготовка сырья;
количество рабочих клеток с валками для необходимого профиля;
диаметр рабочих валов для проката, а также их полезная длина;
номинальное напряжение — 220 В/ 380 В;
показатель мощности применяемого электродвигателя — от 2,2 кВт и выше;
размеры установки в сборе;
полная масса всего оборудования в комплексе;
наличие реверсирования в прокатном стане.

Станок прокатный

Ювелирная мысль

Проволочные украшения в II тыс. до н. э. подтверждают, что уже тогда древние мастера помимо ковки — простейшего способа обработки металлов давлением — использовали волочение — протаскивание литых стержней мягких металлов через узкие отверстия волочильных дощечек, для их утончения и превращения в проволоку.

В Византии и на Руси выкладывание узоров из проволоки — скань — было особенно популярно. Проволоку для скани часто плющили, и, возможно, ещё в XV в. для этого стали использовать плющильные вальцы. Позднее, сделав в вальцах ручьи — выемки разной ширины и формы, нашли новый способ волочения проволоки: ручей обжимал заготовку, придавая ей нужную толщину и профиль. Плющильные ювелирные вальцы могли стать прообразом листового прокатного стана (для прокатки плоских металлических листов), а вальцы для волочения проволоки подсказали идею формовочного прокатного стана (для прокатки балок разного профиля).

Прокатный стан Леонардо да Винчи: рисунок 1495 г. и современный макет. Ручкой (1) вращался верхний валец (2), а через зубчатую передачу (3) из нескольких шестерёнок (для облегчения вращения) движение сообщалось и нижнему вальцу (4). Между вальцами прокатывалась литая оловянная плита, вальцы её сдавливали и утончали, превращая в лист.

Особенности эксплуатации прокатных станков

Предназначение

Оборудование позволяет изготавливать изделия различного типа:

Сортового проката. К ним относятся прутки и полосы разной геометрической формы, а также фасонные детали, рессорные и ромбические.
Профиль специального назначения. Металлические изделия в виде уголков, швеллеров, двутавров, а также комбинированные заготовки с меняющимся сечением.
Прокат в форме тонкого листа до 4 мм, а также толстого листа более 4 мм.
Трубный профиль с соединением при помощи сварки и бесшовных стыков.

Устройство и принцип работы

Прокатный пресс состоит из трех основных частей:

Клеть рабочая. В конструкцию данных элементов входят прокатные валки, плиты установки, станина основания, а также проводка.
Двигатели электрические для передачи движения рабочим элементам.
Механизмы распределения и преобразования движения. Состоят из шпинделя, муфт и шестерней.

Агрегаты различаются по количеству клетей и размеров рабочих валков:

Станки для толстого металла имеют в конструкции до двух рабочих отсеков с валками длиной от 3 м до 5,5 м. При этом дополнительно могут быть установлены вертикальные валки, которые служат для обработки боковых кромок.
Широкополосное оборудование содержит до 15 клетей, валки имеют длину до 2,5 м.
Универсальные прокатные прессы состоят из 5 отсеков, а длина валов до 1,5 м.

В первом случае на литейный агрегат устанавливают приспособление для проката, получают начальный контур детали до полной кристаллизации. Недостатком способа считают необходимость сохранения высокой температуры до окончания обработки, а также дополнительная точная обкатка.
В результате проката через печи с температурой внутри камеры до 1350 С происходит самостоятельное сваривание краев. На выходе из оборудования получают готовый трубный профиль.
Третий способ подразумевает изготовление деталей при температуре заготовки соответствующей окружающей среде. Для предотвращения брака, в агрегатах применяют большое количество валков, которые вращаются в противоположном направлении.

Технические характеристики

Прокатные станки имеют характеристики, которые отличают их от аналогов:

вид изготавливаемого профиля на определенной установке может быть трубный, сортовой, а также тонко- и толстолистовой;
диапазон толщины металла, предназначенного для проката— от 0,4 мм до 200 мм;
необходимое сырье для проката;
показатель производительности, от данного фактора зависит выбор станка перед покупкой, а также подготовка сырья;
количество рабочих клеток с валками для необходимого профиля;
диаметр рабочих валов для проката, а также их полезная длина;
номинальное напряжение — 220 В/ 380 В;
показатель мощности применяемого электродвигателя — от 2,2 кВт и выше;
размеры установки в сборе;
полная масса всего оборудования в комплексе;
наличие реверсирования в прокатном стане.

Разновидности

По количеству расположенных в рабочей клети валков и их размещению станки проката делятся на такие типы:

двухвалковые — в конструкции имеют парные механизмы для прессования, которые могут вращаться в разные стороны;
трехвалковые — содержат по три вала в каждой клети;
четырехвалковые — состоят из двух пар рабочих деталей;
многовалковые — имеют в конструкции от 4 и более валков, а в универсальных их используют в вертикальном положении, иногда их устанавливают в промежутках между горизонтальными;
валки, смонтированные под углом к поверхности металлической заготовки.

Прокатные прессы различают по расположению клетей:

оборудование с расположением рабочих механизмов в одну линию называют линейными;
в ступенчатых установках клети устанавливают в несколько линий параллельно основному потоку;
оборудование для непрерывного и полунепрерывного проката, с помощью таких станков в промышленности добиваются высокой производительности.

В зависимости от типа продукции, которую выпускают в процессе прессования заготовок установки делятся на такие разновидности:

Обжимное оборудование. Позволяют изготавливать слитки из стали весом до 25 тонн. Из рабочих клетей выходит деталь квадратного или прямоугольного сечения.
Станки непрерывного прессования для заготовительного материала. В результате эксплуатации таких механизмов дорабатывают плиты из стали в специальный профиль и листы.
Рельсобалочные прокатывают блюмы в рельсы, швеллера и балки больших размеров. В промышленности применяют станы ступенчатого и последовательного вида.
Сортовые станки используют для производства металлических деталей разного сорта.
В процессе изготовления проволоки в цехе устанавливают проволочные станы, они делятся на ступенчатые, полунепрерывные и непрерывные.
При помощи листопрокатного станка обрабатываются слябы. Применяются толстолистовые, широкополосовые, а также с моталками.
Трубопрокатное оборудование производит бесшовные и сварные трубы. В процессе проката применяют два уровня обработки. Первоначально из круглого бруска производят пустотелую гильзу, далее из нее изготавливают трубу необходимого диаметра.

Принцип выбора

При покупке оборудования обращают внимание на следующее:

Производительность выпуска готовой продукции, автоматизация процесса, надежность и качество профиля.
Применение дополнительных установок, для обеспечения автоматического проката.

Преимущества и недостатки

К достоинствам метода проката относят:

повышенную производительность;
широкий ассортимент готовой продукции;
использование программного управления для автоматизации процесса.

Среди отрицательных показателей стоит отметить:

Использование прокатных станков требует затрат на сырье и электроэнергию, а также обслуживание оборудования.
После проката необходима дополнительная обработка.
Для прессования заготовки следует разогревать.

Производители и цена

Цена прокатных станов зависит от изготовителя. Стоимость начинается от нескольких тысяч и доходит до 5–6 миллионов рублей. На цену также влияют производительность, тип готового профиля, а также количество клетей и валков.

Эксплуатация

Для обеспечения безопасной эксплуатации оборудования необходимо:

устанавливать автоматическую систему контроля за процессом проката;
перед запуском проверять исправность установки;
движущиеся части и механизмы следует ограждать;
проводить обслуживание подшипниковых соединений и роликов;
зоны подверженные действию высоких температур снабжать дополнительной вентиляцией.

Соблюдение требований безопасности при эксплуатации оборудования предупредит возможные травмы и несчастные случаи. В результате проката на исправных станках потребитель получает материал высокого качества.

Место и назначение прокатного цеха на металлургическом заводе

Современный металлургический завод с полным металлургическим циклом объединяют три основных производства: доменное, сталеплавильное и прокатное. Последнее включает обычно несколько самостоятельных цехов, выпускающих различную продукцию по сортаменту.

Чугун, получаемый в доменных цехах, перерабатывают в конверторах, мартеновских или электрических печах в сталь. Запас жидкого чугуна, обеспечивающий бесперебойную работу сталеплавильных цехов, содержится в отапливаемых хранилищах (миксерах).

Полученные в сталеплавильных цехах слитки поступают в стрипперное отделение, где их извлекают из изложниц и направляют в прокатные цехи.

Технологический процесс производства проката состоит из двух стадий: прокатки слитка в полупродукт и прокатки полупродукта в готовое изделие.

На рис. 42 представлен план расположения основных цехов металлургического завода с полным циклом.

Принцип выбора

При покупке оборудования обращают внимание на следующее:

Производительность выпуска готовой продукции, автоматизация процесса, надежность и качество профиля.
Применение дополнительных установок, для обеспечения автоматического проката.

Преимущества и недостатки

К достоинствам метода проката относят:

повышенную производительность;
широкий ассортимент готовой продукции;
использование программного управления для автоматизации процесса.

Среди отрицательных показателей стоит отметить:

Использование прокатных станков требует затрат на сырье и электроэнергию, а также обслуживание оборудования.
После проката необходима дополнительная обработка.
Для прессования заготовки следует разогревать.

Повышенная производительность

Производители и цена

На металлургических предприятиях применяют оборудование от зарубежных и отечественных производителей. Российские компании стараются не уступать иностранным конкурентам. Цена прокатных станов зависит от изготовителя. Стоимость начинается от нескольких тысяч и доходит до 5–6 миллионов рублей. На цену также влияют производительность, тип готового профиля, а также количество клетей и валков.

Это интересно: Плоскошлифовальные станки — конструкция и способы шлифовки металла

Основное оборудование прокатного производства

Основное оборудование прокатного производства — это прокатные станы и валки. Прокатным станом называется технологический комплекс последовательно расположенных машин и агрегатов, предназначенных для пластической деформации металла в валках (собственно прокатки), дальнейшей его обработки, отделки (правки, обрезки кромок, резки на мерные изделия и пр ) и транспортировки.

Рис. 5. Схема прокатки двумя валками

Прокатные валки (рис. 5) являются основной частью прокатного стана: они обжимают металл 1 и придают ему требуемую форму. Прокатный валок состоит из бочки 4 (гладкой или с ручьями), шеек 3, расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипник валка, трефов 2, предназначенных для соединения валка со шпинделем. Концы валков могут быть плоскими или цилиндрическими (со шлицами или шпоночными канавками)

Валки изготовляют из отбеленного чугуна или легированной стали (хромоникелевой и хромомолибденовой) и тщательно шлифуют; стальные валки калят. Валки имеют твердость от 150 до 800 НВ по Бринеллю. Стальные валки бывают литые или кованые. Кованые валки прочнее литых Применяют предварительно напряженные составные валки В настоящее время появились твердосплавные валки небольших размеров (например, из сплавов ВК6, ВК8 и др. ). Валки бывают диаметром от 3 до 1500 мм имеют длину бочки до 5000 мм.

Шейки прокатных валков вращаются во вкладышах из текстолита, пластифицированной древесины подшипников скольжения или в роликовых подшипниках качения, устанавливаемых в подушках клетей. Текстолитовые вкладыши смазывают и охлаждают водой.

Устройства, обеспечивающие деформацию металла в валках, называют основным оборудованием, а оборудование для остальных технологических операций — вспомогательным оборудованием.

К основному оборудованию относятся:

рабочая клеть и ее узлы и детали (валки, подшипники, нажимное и уравновешивающее устройство, установочные устройства валков в осевом направлении, валковая арматура и пр. ) . Определяющими характеристиками рабочей клети являются диаметр и длина бочки прокатных валков;
электродвигатель прокатного стана;
передаточные механизмы, обеспечивающие передачу вращения от двигателя к рабочим валкам (шпиндели, главные и коренные муфты, редукторы, маховики, шестеренная клеть)

Кинематическая схема прокатного стана представлена на рис. 6. В рабочей клети между валками 1, расположенными в подушках с подшипниками, прокатывается заготовка 2 Вращательное движение валкам передается от главного электродвигателя 8 через редуктор 7 с маховиками 6, муфты 5, шестеренную клеть 4 и шпиндели 3

Рис. 6. Кинематическая схема трехвалкового прокатного стана

Рис. 7. Классификация рабочих клетей прокатных станов: а — дуо; б — трио сортовые; в — трио листовые; г — кварто листовые; д — кварто для прокатки рулонов; е — многовалковая (шестивалковая); ж — многовалковая (двадцативалковая); з — универсальная; и — специальная

В зависимости от конструкции и расположения валков рабочие клети прокатных станов подразделяют на шесть групп: дуо, трио, кварто, многовалковые, универсальные и специальной конструкции. Клети дуо (двухвалковые) бывают реверсивные (прокатка ведется в обе стороны) и нереверсивные (в одну сторону) (рис. 7) .

Клети трио (трехвалковые) чаще всего нереверсивные. Прокатка на таких станах ведется вперед между нижним и средним валками и назад — между верхним и средним.

Клети кварто (четырехвалковые) имеют четыре валка (рис. 8), расположенных друг над другом, из них два рабочих валка меньшего диаметра и два опорных — большего диаметра.

Многовалковые клети имеют пять и более валков.

Рис. 8. Стан кварто для холодной прокатки ленты: 1 — привод подающей моталки; 2 — прокатываемая лента; 3 — электродвигатель привода валков; 4 — редуктор; 5 — шпиндели; 6 — поддерживающие валки; 7 — рабочие валки; 8 — барабан приемной моталки

Рис. 9. Непрерывный рельсобалочный стан на (КНР)

В зависимости от расположения рабочих клетей прокатные станы подразделяются на одноклетьевые, линейные, последовательные, полунепрерывные и непрерывные (рис. 9). Непрерывные станы являются наиболее совершенными. Благодаря автоматизации скорость прокатки может достигать 60 м/с.

Рабочая клеть является основным узлом прокатного стана. В клети осуществляется прокатка металла. Она состоит (рис 10) из двух станин 5 с приливами (лапами) 2, плитовин 1, на которые опираются станины, установочных труб 9, соединяющих станины, крышки 3, прокатных валков 10, подушек нижнего 7, среднего 6 и верхнего 4 валков и подшипников для них, механизма 8 для установки валков в вертикальной плоскости и в осевом направлении и устройства 11 для уравновешивания нижнего валка. Кроме этого есть валковая арматура (линейки, проводки, пропуски и пр. ), устройства для смазки, охлаждения или нагрева валков.

В опорах (подушках) находятся вкладыши скольжения или подшипники качения для шеек валков. Станины изготовляют двух типов — закрытые и открытые (с крышкой). Закрытые станины лучше обеспечивают точность прокатываемого профиля, но у такого стана затруднена замена валков Но есть конструкции открытых станин с клиновым креплением крышки (рис 1 61), имеющие высокую надежность и по жесткости приближающие открытую станину к станинам закрытого типа.

Рис. 10. Общий вид клети трио крупносортного стана 500

Рис. 11. Клиновое крепление крышки станины

Помимо прокатных клетей с горизонтально расположенными валками, широкое применение находят клети, в которых одновременно имеются горизонтальные и вертикальные валки для обжатия проката со всех сторон без кантования.

Для прокатных станов применяют двигатели постоянного или переменного тока (асинхронные и синхронные). Поскольку число оборотов быстроходных двигателей обычно не соответствует числу оборотов валков в прокатных клетях, между двигателями и клетями устанавливают редукторы. В прокатных клетях вращающий момент двигателя необходимо распределить между несколькими валками. Для этого применяют шестеренные клети. Крутящий момент от двигателя к валкам передается при помощи шпинделей и муфт.

Появление прокатных станов. Изобретатель Егор Кузнецов

Доменное производство Читать далее: Куренное дело

1.2.3 Появление прокатных станов. Изобретатель Егор Кузнецов

Но эти же рапорты наряду, разумеется, с другими архивными материалами помогли прояснить одно из таких «белых пятен» в истории русской горно-металлургической техники, как появление первых в России прокатных станов.

Несмотря на то, что историей прокатного дела в нашей стране занималось хотя и не специально довольно много исследователей, единой точки зрения по этому вопросу нет до сих пор. Одни историки, как, например, С. П. Сигов, считают, что прокатные станки с калибровочными ручьями для выделки железа непосредственно из криц, известные за границей еще с 1783 года, впервые нашли применение у нас лишь в 1826 –1827 годы. Другие, как, например, Н. Б. Бакланов, наоборот, появление первых в России прокатных станов относят на сто лет раньше, связывая изобретение их с именем В. И. Геннина: «Геннин устраивает на заводах совершенно новые фабрики и оборудует их еще небывалыми в России станками, заимствуя последние из Саксонии. Это были плющильная и железорезная фабрики с двумя видами станков: плющильным и железорезным. Оба они относятся к типу прокатных машин и являются, таким образом, прадедами современных блюмингов».

Действительно, как свидетельствует сам Геннин в своих «Абрисах», первые прокатные машины в России появились на построенном им Екатеринбургском заводе. Сохранилось и описание этих машин, которое говорит о том, что Геннин и использовал идею саксонских «плющильных машин», то значительно модернизировал их, приспособив к условиям производства уральских заводов. Это же описание говорит о том, что в принципе обе машины, как плющильная, так и железорезная, устроены были одинаково и довольно просто: на фундамент, изготовленный в виде сруба, обтянутых железными обручами, и уложенный на сваи, вбитые в грунт, ставились две массивные стойки. Под стойки укладывались, очевидно, для прочности, чугунные башмаки, а в самих стойках устанавливались передвижные при помощи вертикальных винтов подшипники, в которые и вставлялись прокатные или резальные валики. Длина регулировочных винтов, вращавшихся в продольных брусьях, позволяла регулировать зазор между валками в довольно больших размерах, однако прокатывать в такой плющильной машине можно было, конечно, лишь тонкий лист.

Необходимость в появлении на металлургических заводах таких плющильных машин была очевидной: полосовое и особенно «дощатое» железо, выходившее из-под колотушечных и отделочных молотов, каким бы мастерством ни обладали кузнецы, все равно «гуляло» как по толщине, так и по размерам. Да и вытянуть из-под молота длинную и совершенно ровную, аккуратную полосу было если не невозможно, то невероятно трудно. А техника того времени особенно в европейских странах, куда главным образом шло уральское железо, требовала железа точного и ровного по размерам. До нас дошло довольно много писем Геннина, где он, с трудом сдерживая раздражение, доказывает перекупщикам уральского железа, что их требования к чистоте и точности молотового железа абсурд, что само по себе высокое качество уральского железа вовсе не означает возможность такого же высокого качества и его отделки. Но письма письмами, а делать что-то надо было. И особенно с размерами полосового железа, ширину которого выдержать было под молотами труднее всего – этим, кстати, объясняется решительный протест Геннина против «второго опыта», то есть испытания полосового железа обвиванием вокруг столба: и без того сложно добиться точной геометрии полосы, а тут еще исправляй спирали! Поэтому для самого Геннина гораздо важно внедрить на уральских железных заводах плющильные машины, сколько «железорезательные», при помощи которых можно было бы получать полосы хотя бы ровные по ширине и с гладкими краями. И Геннин создает такую «железорезательную» машину, частично используя конструкцию плющильной машины, но с «резательными» валками, по своей конфигурации точно соответствующими сортаменту уральского железа.

И вот геннинская «железорезательная» машина по своему принципу уже гораздо ближе к современным прокатным станам с калибровочными ручьями, ее валки представляли своеобразные калибры, задававшие пропускаемым через них полосам точные размеры по ширине. Поэтому, очевидно, приоритет английского часовщика Д. Пейна на стан с калибровочными ручьями, датируемый обычно 1728 годом, должен быть поделен (если не уступлен совсем) с начальником Уральских горных заводов В. И. Генниным, который, как это можно понять из архивных материалов, построил свою «железорезательную» машину вскоре после пуска Екатеринбургского завода – то есть, где-то в 1725-26 годах.

Но и геннинская «железорезная машина», и цейтновский стан были еще, конечно, очень далеки от современных прокатных станов, что, очевидно, и дало основание некоторым историкам отнести появление первых «настоящих» прокатных станков в России к первой половине XIX века. Точно такая же картина наблюдается и с листопрокатными станами, «прадедом» которых геннинскую плющильную машину считает один лишь, пожалуй, Н. Б. Бакланов. Так, С. П. Сигов, например, пишет, что плющильная машина, вырабатывающая листовое железо (т.е. листопрокатный стан) появилась у нас, по-видимому, лишь в конце XVIII века.

Впрочем и Н. Б. Бакланов в этом отношении тоже почти солидарен с С. П. Сиговым: «Любопытно, что приспособить плющильные станы к изготовлению кровельного и котельного железа в XVIII веке не додумались. Лишь в начале XIX в. листы кровельного железа прокатываются выкованные, готовые, пачками, только для выпрямления”.

В какой-то степени оба эти историка, основывающие свои выводы только на машинах В.И.Геннина, правы : и плющильная, и железорезательная машины были по своей конструкции и по своим возможностям еще очень далеки от настоящих прокатных станов. Однако, когда тот же Н.Б.Бакланов утверждает, что “лишь с развитием железнодорожного строительства, когда появился спрос в большом количестве на рельсы, вопрос об их наиболее экономичном изготовлении был решен с помощью прокатного стана”, то (как теперь после исследований историков-краеведов Н. С. Боташова и Е. И. Гагарина стало ясно) он допускает ошибку. Ибо прокатные станы с калибровочными ручьями, причем в виде двухвалковых клетей почти “в современном виде”, появились уже в 70-х годах. И появились они в Нижнетагильском заводе.

Первым на широкое применение в Нижнем Тагиле “плющильных машин” указал академик П.С.Паллас. Не очень разбираясь в тонкостях кострукций этих машин, он, тем не менее, счел отметить, что на Нижнетагильском заводе имеется не только “плющильная, кою и для разделки употреблять можно”, но есть еще специальное “здание для плющения и деления железа”.

Уже одно только упоминание о плющильной машине, “кою и для разделки употреблять можно”, должно было насторожить более внимательного ученого, чем П.С.Паллас ( который не очень-то, судя по его запискам, жаловал русских механиков и мастеров, считая их подражателями “аглицким, швецким и саксонским механикусам”): а что за машина, которая обладает такими универсальными возможностями? И это не говоря уже о том, что в отличие от остальных заводов Нижнетагильский имел помимо “плющильной машмны” еще особую плющильную фабрику!

Чтобы полнее представить себе картину, не оставившую в памяти и сознании П.С.Палласа ничего, кроме чисто механического перечисления фактов, обратимся к более поздним источникам. Как сообщает И.Герман, уже в конце XVIII века на Урале насчитывалось 16 прокатных станов, причем 4 из них – на Нижнетагильском заводе.

И объяснялось это тем, что именно здесь работал русский конструктор прокатных станов, выдающийся уральский механик Егор Григорьевич Кузнецов, имя которого долгое время оставалось неизвестным.

Одним из первых, кто заинтересовался фигурой Егора Кузнецова, был тагильский краевед Н. С. Боташов. Начал он с надписи на знаменитых музыкальных дрожках, хранящихся в Эрмитаже. Эта надпись рядом с портретом самого механика сообщает, что «сих дрожек делатель» родился в 1725 году, над дорожками трудился «по самохотной выучке и любопытному знанию» с 1785 по 1801 год. Остальные сведения о жизни и деятельности Кузнецова удалось установить только после глубокого изучения личного архива Нижнетагильского завода.

Родился Е.Г.Кузнецов, очевидно, в семье кузнеца Выйского завода, так как по традиции того времени «с малолетства» был приучен к кузнечному делу (отсюда и фамилия) и довольно долго работал у горна. Видимо, уже тогда, работая кузнецом, будущий конструктор прокатных станов проявил недюжинную смекалку и любовь к машинам, возможно, кое-что и усовершенствовал, потому что в 1757 году был переведен в слесари, а еще спустя пять лет, в 1762 году «в угодность воли и желания его высокородия Никиты Акинфиевича, по принуждению…Нижнетагильской конторы» Кузнецов назначается на Нижнетагильский С этого момента и начинается деятельность Кузнецова на Нижнетагильском заводе как изобретателя и строителя «диковинных машин».

Первой такой машиной была водоотливная установка для медного рудника, работы на котором и, соответственно, выплавка меди на Выйском заводе были возобновлены Н.А. Демидовым в 1761 году.

Но водоотливная машина для Кузнецова была, видимо, делом эпизодическим, так как главное свое внимание в середине шестидесятых годов он сосредоточил на прокатном деле.

Начал Кузнецов, очевидно, с «плющильных машин», конструкция которых навела его на мысль приспособить ее не для «оглаживания», то есть выравнивания «дощатого» железа, а для самого изготовления. Это был принципиально новый подход к решению задачи, и можно только удивляться, как неграмотному слесарю при полном отсутствии каких бы то ни было знаний теории пластичности металла удалось довольно точно изготовить и валки, и сам стан новой «плющильной» машины без всяких расчетов и чертежей. Но, тем не менее, «плющильная» машина для «приготовления листового железа» была им построена, испытана в действии, а первые образцы проката летом 1766 года были отправлены «на досмотр» в Москву Н.А. Демидову.

Хозяин завода проявил к кузнецовской машине большой интерес, а поскольку довольно хорошо разбирался в горнозаводском деле, то и отписал на . А далее настаивал, чтобы валы плющильной машины были тщательно обточены и отшлифованы.

Естественно, приказ хозяина был выполнен, и с 1766 года на Нижнетагильском заводе началось производство «дощатого железа» при помощи первого в России листопрокатного стана. Его-то, очевидно, видал академик П. С. Паллас, назвав «плющильной, коею и для разделки употреблять можно». Но не исключено, что в данном случае он имел в виду другой прокатный стан – сортовой, который как раз к его приезду был создан и даже опробован.

История создания этого стана довольно интересна и показательна для всей деятельности Е. Г. Кузнецова на Нижнетагильском заводе.

Будучи неграмотным и не умея чертить, как, впрочем, большинство талантливых механиков-самоучек того времени, вышедших из простого народа, Кузнецов подумывал всю машину до малейших деталей в уме, а затем «дабы войти в угодность» хозяину строить модель. Так было и на этот раз.

Успех листопрокатного стана подсказал Кузнецову мысль получать таким же образом, прокаткой в горячем виде валков, «четвероугольное» железо – немногим менее трудоемкое при ковке его молотами. И вот в 1768 году контора Нижнетагильского завода отправляет в Москву модель новой «диковинной машины» слесаря Кузнецова. Стан, очевидно, понравился Демидову, но испугал своей сложностью: сумеет ли такую машину тагильский слесарь построить самостоятельно? Поэтому Демидов направляет на Нижнетагильский завод для постройки сортового стана по модели Кузнецова механика Шталмеера. А дальше происходит вполне обычная для того времени картина: Шталмеер, используя идею и модель Кузнецова, самого автора от работы отстраняет полностью, а чтобы закрепить за новым прокатным станом полностью свое авторство, изменяет соотношения между валками. При испытании стана в мае 1770 года «оный сразу же сломался, и от того надлежащего действия в порядок привесть учинено препятствие».

Пристыженный неудачей, Шталмеер переделывает отдельные оказавшиеся слабыми узлы стана, снова испытывает и… снова «оный сразу же сломался». Эта канитель тянулась, видимо, не менее четырех лет, пока наконец вернувшийся из заграничного путешествия Демидов не отозвал Шталмеера, приказав довести конструкцию самому Кузнецову. Кузнецов, очевидно, переработал сортовой стан в соответствии с отлично работавшей моделью, и в 1775 году новая кузнецовская машина начала выдавать прокат. О качестве железа и о производительности самого стана можно судить хотя бы по заказу одного из самых придирчивых заказчиков – Адмиралтейства, которое затребовало с Нижнетагильского завода в 1776 году 12400 пудов четвероугольного прокатного железа.

Интересна и реакция самого Демидова на этот очевидный успех «плющильный четвероугольного железа машины» нижнетагильского слесаря. В одном из писем в том же 1766 году Демидов пишет в Нижнетагильскую контору: «Жепинского (это заводская кличка изобретателя, пущенная в ход кем-то из приказчиков) обнадежить, ежели он постарается для сортового железа машину привести в хорошее действие, то моею милостью оставлен не будет. Наипаче не найдет ли способ, чтоб пропусках на тех же валках поаккуратнее прорезы провести, дабы можно было пропустить круглые и осьмигранные сорты. Буде же того нельзя, то и при одном четвероугольном останусь доволен».

Другими словами, Демидов поставил перед Кузнецовым задачу, которую техника сумела решить лишь в середине XX века, полтора столетия спустя. Видимо, ту же задачу можно было решить и гораздо проще – при помощи сменных валков с калибровочными ручьями. Но Демидов уже начал постепенно остывать к прокатному делу, ибо на новую модель ( на этот раз машины для резки железа) ответил, что «постройка оной будет коштовата, для чего оную и не делать». А изобретатель в это время, совершенствуя сортопрокатную машину, пришел к выводу, который предвосхитил идеи конструкторов прокатных станов уже следующего, XIX века.

Для того чтобы получить «доброе железо» при прокатке, заготовку нужно было пропускать через валки по крайней мере дважды – сначала в «черновых ручьях», а затем после перевалки, то есть смены валков, — уже в «чистовых ручьях». Собственно, эта процедура с перевалкой не изжита даже сейчас – на современных металлургических заводах. Но начиная с середины XIX века конструкторы прокатных станов бились над проблемой так называемой непрерывной прокатки, не требующей смены валков. Так вот впервые в мире проблема непрерывной прокатки была разрешена еще в семидесятых годах XVIII века, и разрешена простым слесарем Е. Г. Кузнецовым. Впрочем, после поездки на Тульские заводы Григория Демидова, где Кузнецов выполнил ряд «важных дел» по усовершенствованию прокатного дела, он назначается «заводам первым слесарным и кузнечным мастером», и ему выделяют избу-мастерскую с учениками.

К идее непрерывной прокатки Кузнецов шел поэтапно: сначала он решил, что проще, да и дешевле, будет прокатывать «четвероугольное» железо не в два приема, с перевалкой, а в двух поставленных друг за другом плющильных машинах. В этом случае отпадет необходимость во втором нагреве железа.

Но эта идея, сама по себе рациональная и правильная, на деле оказалась почти невыполнимой: скорость прокатки у машин получалась разной, железо между ними выгибалось или рвалось, да и попасть точно в «ручей» второго стана было очень трудно. И вот тогда Кузнецов и приходит к мысли объединить две «плющильных машины» в один стан непрерывной прокатки.

О сложности проблемы, которую так блестяще разрешил Кузнецов, говорит хотя бы то, что он не только соединил обе пары валков шестеренчатой передачей, но и точно подобрал размеры каждой пары. Над этой задачей – равномерной прокатки железа в двухвалковом непрерывном стане – бились позже многие инженеры и в конце концов пришли к решению, найденному тагильским мастером: валки должны быть разными по диаметру, причем вторая пара – больше первой. Только в этом случае двухвалковый стан может работать точно, без разрывов и сминания прокатываемого железа. Можно удивляться, каким образом Кузнецову только на основе интуиции удалось решить эту сложную инженерную задачу.

В феврале 1776 года модель двухвалкового стана непрерывной прокатки была уже в Москве рассмотрена Демидовым, и в Нижнетагильский .

Однако ни средств, ни людей для постройки «настоящей машины» Демидов не выделил, и Кузнецов вынужден был практически в одиночку, только со своими учениками в «слесарной избе», строить новую, теперь уже действующую модель будущего стана непрерывной прокатки. Фактически это уже была не модель, а стан для прокатки прутков небольшого диаметра, на котором Кузнецов, очевидно, проверял свои идеи и узлы – их размеры, прочность – будущей «настоящей машины».

Прокатанные на действующей модели прутки Кузнецов отослал опять Демидову, «на апробацию», и стал ждать ответа. Но с ответом Демидов на этот раз не спешил. Лишь в 1787 году Кузнецову, наконец, разрешили построить «настоящую машину», однако с приводом от обычного, «рядового» водяного колеса, мощность которого по оценкам современных гидротехников была не более 20 лошадиных сил.

Очевидно, Кузнецов понимал, что «рядовое» колесо двухвалковый стан не потянет, мощности его едва хватало на одновалковую плющильную машину, но ослушаться приказа хозяина завода, опасавшегося, что большие водяные колеса приведут к «оскуднению» воды в пруде, в конторе никто не посмел. Кузнецов приступил к работе над станом, видимо уже понимая, что в работе он свое детище так и не увидит.

Так оно и случилось: первый в мире стан непрерывной прокатки мог работать только вхолостую, и все попытки заставить его катать «четверогранное железо» закончились неудачей. Это была уже техника следующего века, парового, однако первые паровые машины на Нижнетагильском заводе появились лишь спустя тридцать лет.

Точно такая же история произошла и с изобретенными Кузнецовым ножницами для резки железа, приводить в действие которые тоже должно было довольно крупное водяное колесо, которое Демидов опять-таки строить не разрешил. Поэтому из всех изобретений Е. Г. Кузнецова на Нижнетагильском заводе получили внедрение «пилозубильная машина» – для насекания зубьев на пилах горячем виде, которую он построил в 1772 году, одновалковый стан для прокатки «четверогранного железа» и новый листопрокатный стан, построенный Кузнецовым взамен первой «листоплющильной машины» в 1774 году. Он мог катать листовое железо шириной в ¾ аршина, то есть до 53 сантиметров. Очевидно, эти три прокатных стана, да еще бездействующий двухвалковый непрерывной прокатки и попали в «ведомость» И. Германа по плющильному производству на уральских горных заводах.

Доменное производство Читать далее: Куренное дело

Информация о работе «История Нижнетагильского металлургического комбината в XVIII в.»

Раздел: Промышленность, производство Количество знаков с пробелами: 165772 Количество таблиц: 0 Количество изображений: 0