Прокатный стан

TL;DR

  • Назначение: Превращение слитков в листы, профили, проволоку
  • Оборудование: 6-клетьевой стан + волочильный стан
  • Производительность: 41 т Al + 10.7 т Fe-Mn стали → фольга, листы, проволока, профили
  • Выход: Фольга 50 мкм, листы 1-3 мм, проволока Ø1.6-2.0 мм

Обзор

Прокатный стан — ключевое оборудование для превращения слитков 100×100 мм в полезные полуфабрикаты. Металл проходит через серию валков, постепенно уменьшаясь в толщине.

Схема прокатного комплекса

flowchart TD
    subgraph INPUT["ВХОД"]
        BILLETS_AL["Слитки Al 41 т/день<br/>с МНЛЗ-Al"]
        BILLETS_FE["Слитки Fe-Mn 10.7 т/день<br/>с МНЛЗ-Fe"]
    end

    subgraph HEATING["НАГРЕВ"]
        FURNACE_AL["Инд. печь Al<br/>400-500°C"]
        FURNACE_FE["Инд. печь Fe<br/>1100-1200°C"]
    end

    subgraph ROLLING["ПРОКАТКА"]
        MILL["6-клетьевой стан<br/>100 мм → Ø20 мм"]
    end

    subgraph AL_FINISH["АЛЮМИНИЙ"]
        FOIL["Фольгопрокат<br/>→ 50 мкм"]
        SHEET["Листовой прокат<br/>→ 1-3 мм"]
        WIRE_AL["Волочение Al<br/>→ Ø1.6 мм"]
    end

    subgraph FE_FINISH["СТАЛЬ Fe-Mn"]
        PROFILE["Профили<br/>Ø20 мм"]
        WIRE_FE["Волочение Fe<br/>→ Ø1.6-2.0 мм"]
    end

    BILLETS_AL --> FURNACE_AL
    BILLETS_FE --> FURNACE_FE
    FURNACE_AL --> MILL
    FURNACE_FE --> MILL
    MILL -->|"Al 60%"| FOIL
    MILL -->|"Al 30%"| SHEET
    MILL -->|"Al 10%"| WIRE_AL
    MILL -->|"Fe 60%"| PROFILE
    MILL -->|"Fe 40%"| WIRE_FE

    style INPUT fill:#f0e68c
    style HEATING fill:#fff3cd
    style ROLLING fill:#d4edda
    style AL_FINISH fill:#b8e0d2
    style FE_FINISH fill:#cce5ff

Нагревательная печь

Перед прокаткой слиток нужно нагреть до пластичного состояния.

Параметр Алюминий Железо
Температура 400-500°C 1100-1200°C
Тип печи Индукционная Индукционная
Атмосфера Азот N₂ Азот N₂
Время нагрева 10-15 мин 30-40 мин
Мощность 200 кВт 500 кВт

Почему индукционная печь? - Быстрый нагрев (без ожидания прогрева печи) - Точный контроль температуры (±10°C) - Нет продуктов сгорания (чистая среда) - КПД ~90%

Атмосфера азота: Предотвращает окисление металла при нагреве.

Прокатный стан (6 клетей)

Серия валков, каждый из которых уменьшает толщину заготовки.

Параметр Значение
Количество клетей 6
Вход Слиток 100×100 мм
Выход Профиль Ø20 мм или лента 5 мм
Скорость прокатки 1-3 м/с (нарастает к последним клетям)
Усилие на клеть 50-200 тонн
Материал валков Сталь (закалённая) с Al₂O₃ покрытием

Последовательность клетей

Клеть Вход Выход Обжатие
1 100×100 мм 80×80 мм 20%
2 80×80 мм 60×60 мм 25%
3 60×60 мм 40×40 мм 33%
4 40×40 мм Ø30 мм 30%
5 Ø30 мм Ø25 мм 20%
6 Ø25 мм Ø20 мм 20%

Рольганг между клетями: Металл охлаждается на ~50-100°C между проходами.

Финишная обработка: алюминий

После 6-клетьевого стана алюминий разделяется на три потока.

1. Фольгопрокат (60% потока Al, ~25 т/день)

Алюминиевая фольга толщиной 50 мкм для зеркал.

Параметр Значение
Вход Лента 5 мм
Выход Фольга 50 мкм
Количество проходов 8-10
Скорость прокатки 10-20 м/мин
Смазка Минеральное масло + графит

Процесс: - Лента 5 мм проходит через серию валков с уменьшающимся зазором - Каждый проход уменьшает толщину на 30-40% - Финальная толщина: 50 мкм (0.05 мм)

Контроль качества: - Толщина: лазерный профилометр (±2 мкм) - Плоскостность: камера ИК (отклонение <0.1 мм/м) - Чистота: оптический контроль (нет царапин)

Примечание: 50 мкм — промежуточный полуфабрикат. Для зеркал Роя требуется фольга 4 мкм (см. Зеркала). Финишная прокатка 50 → 4 мкм выполняется на выделенном фольгопрокатном стане (ещё ~8-10 проходов с обжатием 30-40%). Промышленный референс: Novelis/UACJ производят фольгу 4.5 мкм серийно.

Применение: Зеркала

2. Листовой прокат (30% потока Al, ~13 т/день)

Алюминиевые листы толщиной 1-3 мм для корпусов роботов.

Параметр Значение
Вход Лента 5 мм или профиль Ø20 мм
Выход Листы 1-3 мм
Ширина листа 500-1000 мм
Скорость прокатки 5-10 м/мин

Резка листов: - Газовая резка: листы 1×2 м - Плазменная резка: сложные контуры (по шаблонам)

Применение: Сборка роботов, корпуса, радиаторы

3. Волочение проволоки Al (10% потока Al, ~4 т/день)

Проволока Ø1.6-2.0 мм для WAAM 3D-печати.

Параметр Значение
Вход Профиль Ø20 мм
Выход Проволока Ø1.6-2.0 мм
Количество проходов 11-15
Скорость волочения 5-10 м/с
Фильеры W (Bootstrap импорт) → Si₃N₄ (штатное местное, 3× срок службы)

Процесс: - Профиль Ø20 мм продавливается через фильеры с уменьшающимся диаметром - Каждая фильера уменьшает диаметр на 15-20% - При 15-20% редукции на проход: Ø20 → Ø1.6 мм требует 11-15 фильер - Финальная проволока: Ø1.6-2.0 мм

Смазка: MoS₂ (дисульфид молибдена) — работает в вакууме

Намотка: Проволока наматывается на бобины по 50-100 кг

Применение: WAAM 3D-печать

Финишная обработка: Fe-Mn сталь

После 6-клетьевого стана Fe-Mn сталь разделяется на два потока.

4. Профили (60% потока Fe, ~6.4 т/день)

Стальные профили Ø20 мм для каркасов и рам.

Параметр Значение
Вход Профиль Ø20 мм (после 6-клетьевого стана)
Выход Квадрат 20×20 мм / круг Ø20 мм
Длина отрезков 3-6 м
Резка Газовая / плазменная

Процесс: - Профиль после 6-клетьевого стана уже имеет финальное сечение Ø20 мм - Правка на роликоправильной машине - Резка на мерные длины 3-6 м - Маркировка и складирование

Применение: Каркасы роботов, рамы оборудования, несущие конструкции

5. Волочение проволоки Fe (40% потока Fe, ~4.3 т/день)

Проволока Ø1.6-2.0 мм для WAAM 3D-печати стальных деталей.

Параметр Значение
Вход Профиль Ø20 мм
Выход Проволока Ø1.6-2.0 мм
Количество проходов 11-15
Скорость волочения 3-5 м/с
Фильеры W (Bootstrap импорт) → Si₃N₄ (штатное местное, 3× срок службы)

Процесс: - Аналогичен волочению алюминиевой проволоки - Более высокое усилие волочения (сталь твёрже Al) - Промежуточный отжиг после 4-5 проходов (снятие наклёпа)

Смазка: MoS₂ (дисульфид молибдена)

Намотка: Бобины по 50-100 кг

Применение: WAAM 3D-печать стальных деталей

Материальный баланс

Распределение потоков алюминия (41 т/день):

Продукт Масса % Применение
Фольга 50 мкм ~25 т 60% Зеркала
Листы 1-3 мм ~13 т 30% Роботы, корпуса
Проволока Ø1.6 мм ~4 т 10% WAAM

Распределение потоков Fe-Mn стали (10.7 т/день):

Продукт Масса % Применение
Профиль (квадрат/круг) ~6.4 т 60% Каркасы, рамы
Проволока Ø1.6-2.0 мм ~4.3 т 40% WAAM

Энергопотребление

Компонент Мощность Назначение
Индукционная печь (Al) 200 кВт Нагрев Al до 500°C
Индукционная печь (Fe) 500 кВт Нагрев Fe до 1200°C
6-клетьевой стан 300 кВт Прокатка
Фольгопрокат 100 кВт Финишная прокатка фольги
Листовой прокат 50 кВт Резка листов
Волочильный стан 150 кВт Волочение проволоки
Рольганги 30 кВт Транспорт
Автоматика 10 кВт Датчики, управление
ИТОГО ~1340 кВт

Обслуживание

Операция Периодичность Исполнитель
Замена валков 2-3 недели Кентавр-М (4 робота)
Замена фильер 1 месяц Кентавр-М
Очистка рольгангов Ежедневно Краб-М
Калибровка датчиков Еженедельно Автоматика
Смазка оборудования Ежедневно Автоматика (капельная смазка)

Время на замену валка: 4-6 часов (включая охлаждение и разборку).

См. также