До и после Победы. Книга 1
Шрифт:
Причем упомянутый мной бронепрокатный стан был серьезным сооружением. Так, длина валков у него была - внимание!
– пять метров. Пять. Метров. Длина валка. Причем валков было четыре - два прокатных диаметром в метр, и два опорных диаметром полтора метра. И предназначался стан для проката бронеплит шириной до четырех с половиной метров и толщиной более полуметра - корабельная броня - весом одной плиты до ста тонн. И вот эта махинища занимала в длину всего пятьдесят метров. Причем сама клеть прокатного стана - всего семь метров, а остальное - опрокидыватель, подводящие и отводящие рольганги, поворотное устройство, ножницы - то есть вспомогательное оборудование. За двадцать минут он прокатывал слиток весом в семьдесят тонн в броневую плиту толщиной 550 миллиметров. Мощь. Сила и мощь.
Толстолистовой стан 3500 для прокатки листов толщиной до 50 миллиметров и шириной более трех метров был в длину со всей обвязкой уже 680 метров. Он мог катать листы длиной до 16 метров. Уж не знаю, для чего они были нужны, но производительность стана была адской. Так, в час он мог прокатать 200 тонн - если на танк уходит, скажем, 10 тонн прокатанного листа, то это получается прокат на 20 танков в час, или 160 танков в смену - то есть одна рабочая смена - и готово листа на танковую дивизию. Ну, это без учета потерь листа на раскрой. Да пусть даже две смены - производительность была немалой. Но и клетей у него было только на прокате - две на черновой и четыре - на чистовой обработке. Еще две клети - на разрыхлении окалины и одна - вертикального обжима.
Среднелистовой стан 2300 был уже скромнее - он выдавал прокат толщиной до 30 миллиметров и шириной до двух метров и состоял всего из двух клетей, причем реверсивных, отчего выдавал всего 50 тонн проката в час - то есть в смену отрабатывал "всего" на половину танковой дивизии.
Ближе всего по параметрам нам был универсальный одноклетьевой стан 1200 мм - он мог прокатывать слябы сечением 300х1000 миллиметров и длиной до трех метров в полосы толщиной 50 миллиметров и шириной в метр. Собственно, чертеж этого стана я и взял в качестве аргумента за переориентирование одного из наших прокатных станов на прокат брони - диаметр валков был у обоих 700 миллиметров, длина бочки - 1200. Правда, мощность двигателя у "образцового" была 4000 лошадиных силы - почти три мегаватта. Тогда как у нашего - в пять раз меньше. Ну так и не будем пока раскатывать в тонкие листы, и катать будем помедленнее - вот и хватит мощности. Ведь чем ниже скорость деформации - тем ниже сопротивление материала. Ну, получим не 60, а 5 тонн в проката час - два-три сляба - нам ведь и надо-то не делать танк целиком, а получить только лобовую броню для самоходок - если прокатывать листы под два сантиметра - как раз получим в час двуслойной брони на две самоходки, в сутки - на сорок, и за неделю-две как следует приоденем наши самоходки. Самое главное - этот стан уже установлен и используется, а еще главнее то, что в его линии мало того что есть рольганги по десять метров - подающий и принимающий, так еще и поворачиватель, который может повернуть прокатываемый лист на девяносто градусов - это важно, если заготовка узкая, а из нее надо получить широкий лист - тут только раскатывать поперек, так как уширение при продольной прокатке не очень большое - как писал немец Котель в своей книге "Основы прокатки", переведенной у нас в 1933 году - "Сущность процесса прокатки - это значительное удлинение и небольшое уширение". Ну или отливать широкие заготовки, но тут обычно отливали длинные узкие для прокатки балок и рельс, а вот как раз прокатка кровельного железа и шла на упомянутом стане.
Как я понял, длинные валки и были нужны в том числе для раскатки в поперечном направлении. Но и радиус валка имел значение - величина уширения при прокатке была пропорциональна корню из радиуса валка, поэтому - чем больше был у валка радиус, тем больше можно было получить уширение прокатываемого металла, так что поперечная раскатка порой становилась и ненужной. Но валок влиял своим радиусом на уширение не только напрямую, но и косвенно - через максимальную степень обжатия - чем больше обжатие, тем больше уширение. А чем больше радиус валка - тем больше можно получить обжатие, так как валок должен надежно захватить прокатываемый металл, а угол захвата не может быть бесконечно большим - он не должен превышать коэффициента трения между валком и металлом - эмпирическая формула дает величины максимального обжатия от 1/10 до 1/14 диаметра валков - в зависимости от коэффициента трения и температуры. То есть если валок диаметром один метр, то максимально обжать можно от 100 до 70 миллиметров за один проход. По тем же эмпирическим формулам, на валках возможно суммарное обжатие исходной полосы с толщиной не более половины диаметра валка. То есть на стане 250 (с диаметром валка 250 миллиметров) можно прокатывать слитки толщиной до 125 миллиметров, с обжатием за один проход не более 12,5 миллиметра - то есть каждый раз опуская верхний валок на эту высоту - это если он еще позволяет двигаться в вертикальном направлении - а то и протачиванием отдельных ручьев, что вообще-то снижает локальный радиус валка, а значит снизится и максимальное обжатие на проходе через этот ручей. Ну и - до кучи - стальные валки имели больший коэффициент трения по сравнению с чугунными, поэтому они и за счет этого могли увеличить степень обжатия и соответственно уширение прокатываемого металла.
Но нам все эти возможности не были доступны - 700 миллиметров - это был наш самый крупный валок. Правда, перед войной сюда начали завозить какое-то прокатное оборудование для завода сельхозмашин - собирались расширять его прокатное производство, но что там успели завезти нам пока было неясно - еще не добрались до всех этих ящиков, а уж об установке этого оборудования пока и речи не шло - пока мы старались по максимуму использовать то, что уже есть и работает.
Как раз присмотренный мною прокатник на 700 миллиметров имел поднимающийся и опускающийся верхний валок, что было более характерно для блумингов. У обычных дуо-станов валок как правило неподвижен, а обработка определяется самими валками - их калибрами - какие калибры выточили на поверхностях валков - то и отработают. Например, могут проточить несколько ручьев - то есть просветов, углублений в верхнем и нижнем валках - с последовательным обжатием квадратного хлыста в уголок - и будут последовательно пропускать одну и ту же заготовку через разные ручьи одной и той де пары валков - пропустят через самый левый - первый - ручей, включат реверс - пропустят обратно, но уже через второй, выточенный рядом с первым, затем снова включают прямую передачу и пропускают через третий, потом на реверсе - через четвертый. И, так как каждый из ручьев этой пары валков имеет свои геометрические размеры, то постепенно квадратный хлыст превращается в длинный уголок. А рабочие стоят с двух сторон от валков, ловят длинными клещами вылезающий хлыст и подпихивают его к следующему ручью - так и перекидывают этот стальной хлыст через валки туда-сюда - почти как теннис, только опаснее. Ну, если на предприятии много станов, то их могут установить последовательно, причем на их валках создают только часть ручьев, необходимую для прокатки на конкретном этапе - и тогда прокатка идет непрерывно, когда хлыст идет всегда в одном направлении, или полунепрерывно, когда на части станов он идет непрерывно, а на части - так же "туда-сюда".
В плане реверса более удобны станы трио, имеющие три валка и, соответственно, два зазора, причем в нижнем валки крутятся в одном направлении, а в верхнем - в другом, поэтому одновременно можно прокатывать два и более хлыстов, причем без включения реверса - в прямом направлении через четные ручьи между нижним и промежуточным валком, в обратном - через нечетные, между промежуточным и верхним валками, причем без реверсирования двигателей - количество одновременно прокатываемых полос ограничивается как мощностью двигателя, так и, в большей степени - способностью перенаправлять заготовки в нужные ручьи - их ведь надо поймать на выходе очередного ручья, поднять или опустить до уровня следующего ручья и запустить по этому ручью - если это делается вручную, то одновременно прокатывается один, максимум два хлыста - исходя из техники безопасности. А если хлысты попадают на качающиеся направляющие, то они сами, получив хлыст, поднимают его к очередному ручью и подают его в валки.
Но катать надо быстро - так, лист железа толщиной 10 миллиметров стынет с 1450 до 900 градусов менее чем за шесть минут. А температура напрямую влияет на усилия, необходимые для прокатки и, следовательно, на потребную мощность привода. Так, при нагреве стали свыше 1200 градусов сопротивление истечению стали падает до 2 килограммов на квадратный миллиметр, а при остывании до 800 градусов возрастает в пять раз - до 10 килограммов. Поэтому, чем быстрее катаешь сталь - тем больше захватишь "мягкого" металла. Но есть и особенности - при повышении температуры стали с более высоким содержанием углерода становятся хрупкими, что ограничивает верхнюю температуру, при которой их можно прокатывать, поэтому загонять температуру далеко вверх тоже не следует.
Еще момент - чем толще прокатываемый металл, тем он легче деформируется - трение на границе между металлом и валком удерживает поверхностные частицы прокатываемого металла, те, в свою очередь, придерживают частицы в глубине - возникает внутреннее трение, и чем больше глубина, тем меньше придерживают. Соответственно, в толстых прокатываемых плитах эти силы трения до середины уже могут вообще не доходить и течению металла препятствует только внутреннее трение между самими частицами, а трение с валком до них не доходит. В более же тонких прокатываемых листах это трение от валков, точнее, то, как оно придерживает поверхностные частицы, может доходить и до срединных слоев, и прокатка идет с увеличенными усилиями. То есть для проката толстых листов на ту же степень деформации требуется меньше усилий, чем для тонких листов.
Ну и диаметр валков также имеет значение, так как с его увеличением возрастает деформируемый объем - больше поверхности валка накатывается на металл, получается больше площадь соприкосновения, соответственно, частицам требуется пройти более длинные расстояния, прежде чем закончится деформирующее воздействие валка и частица наконец выйдет в составе прокатанной полосы с другой стороны. А раз увеличивается путь, то увеличивается и трение, которое произведет частица совместно с другими частицами - вот и увеличивается работа по деформации при увеличении диаметра валков. Соответственно, чем меньше этот диаметр - тем проще деформировать металл таким валком. Но напомню про то, что чем меньше диаметр, тем меньше и возможная за один проход деформация, то есть с валком меньшего диаметра может возникнуть ситуация, когда не успеем прокатать металл и его придется снова подогревать. При меньшем диаметре валка, напомню, меньше и уширение, то есть может возникнуть необходимость в повороте полосы на девяносто градусов и поперечная раскатка до требуемой ширины. Хотя, как я понял, на естественное уширение проката металлурги обычно и не рассчитывали, и если требовалось раскатать широкий лист из узкой заготовки, то его все-равно просто поворачивали на 90 градусов и раскатывали поперек.
Диаметр валка важен и для полезной работы по вытяжке металла - чем меньше диаметр валка - тем меньше и работа по уширению металла, так что наши сравнительно тонкие валки были выгодны в плане снижения требований к мощности двигателей. Правда, процент работы на уширение выше для мелкосортного железа, чем при прокатке листов - так как уширение идет только по краям, то при том же обжатии что узкая полоса, что широкий лист уширятся на одно и то же абсолютное значение - так, лист шириной 1000 миллиметров и полоса шириной 20 миллиметров той же толщины при обжатии на сантиметр уширятся на восемь миллиметров и станут шириной, соответственно, 1008 миллиметров и 28 миллиметров - абсолютное уширение одинаково, а относительное - очень различно - доли процентов и треть.