СПОСОБ НАСЕЧКИ РАБОЧИХ ВАЛКОВ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ Российский патент 1997 года по МПК B21B28/02 

Изобретение относится к прокатному производству и может найти применение в машиностроении и других областях техники.

Известно устройство для обработки прокатных валков, патент РФ N 2013146, В 21 В 28/02, 1994, содержащее установленную на станине ванну с электролитом, в которой размещен анод, опоры, привод вращения валка, катодную систему токоподвода, в котором для повышения надежности работы устройства путем повышения надежности токоподвода к валку катодная система выполнена в виде нескольких параллельно расположенных гибких шин. Недостаток устройства заключается в том, что при надежном токоподводе не решается проблема поддержания требуемой температуры электролита в ванне. В режиме электроразрядной обработки происходит не только нагрев катода (валка), но и электролита, выполняющего роль анода. При повышении температуры электролита выше 50^oC идет интенсивный процесс окисления поверхности валка, и в результате увеличения паровоздушного слоя между валком и электролитом снижается энергия электрических разрядов, воздействующих на поверхность валка. Кроме того, часть энергии расходуется на удаление образовавшейся окисной пленки (шубы). В результате этого резко падает эффективность действия электрических разрядов на обрабатываемую поверхность валка, и величина шероховатости уже не увеличивается, а вся энергия идет на нагрев электролита и валка, что еще сильно усугубляет процесс обработки.

Наиболее близким по технической сущности является способ насечки рабочих валков прокатных станов [авт. св. СССР N 1643130, В 21 В 28/03, 1991] включающий погружение валка в электролит и обработку электрическими разрядами, при этом обработку ведут при температуре электролита 40 50^oC.

Цель изобретения расширение технологических возможностей получения шероховатости валков высокого качества в пределах от 1,0 до 8,0 мкм путем стабилизации температуры электролита в рабочей ванне в пределах 30 35^oC.

Указанная цель достигается тем, что в рабочую ванну на расстоянии от верхнего уровня электролита при насечке, равном 1/3-1/5 части общей глубины рабочей ванны, помещают дополнительно на все сечение ванны сетчатый анод с площадью каждой ячейки 2,0 4,0 см² любой формы, желательно круглой. При этом подачу электролита в ванну осуществляют в количестве 15 25 м/ч, а в системе циркуляции электролита используют теплообменник, который гальванически развязан со всеми узлами установки.

На чертеже изображена схема реализации способа. Схема содержит рабочую ванну 2, в которую погружают валок 1, анодную систему, включающую рабочую ванну 2, электролит в ней и дополнительный сетчатый анод 3, циркуляционную систему, содержащую общий бак 4 с электролитом, насос 5 и теплообменник 6 с принудительным водяным охлаждением, соединенный с установкой нетокопроводящими трубопроводами 7 и 8.

Способ реализуется следующим образом.

Валок 1 устанавливают над рабочей ванной 2 с электролитом, выполняющим роль анода. Катодом служит обрабатываемый валок 1. Глубина анода, определяемая глубиной рабочей ванны, обладает определенным сопротивлением. Чем глубже ванна, тем большим сопротивлением обладает анодная цепь, тем быстрее идет нагрев электролита в рабочей ванне. На расстоянии, равном 1/3 1/5 части общей глубины ванны, установлен дополнительно сетчатый анод 3 на все сечение ванны. Площадь каждой ячейки сетчатого анода 2,0 4,0 см². Из общего бака 4 насосом 5 электролит закачивается под давлением в теплообменник 6 и после принудительного водяного охлаждения, через выходное устройство подается в нижнюю часть рабочей ванны. Для гальванической развязки теплообменника со всеми узлами установки трубопроводы 7 и 8 применяют из нетокопроводящих материалов, например резиновых или пластмассовых кислотостойких. Применение дополнительного анода 3 позволяет уменьшить анодное расстояние без уменьшения глубины рабочей ванны, а следовательно, и объема электролита в ней, при этом увеличить плотность тока и повысить тем самым энергию и количество электрических разрядов при обработке валка. В результате повышается эффективность обработки, снижается анизотропия шероховатости по длине бочки и образующей валка, и повышается верхний технологический предел получения шероховатости до 8,0 мкм.

Увеличение выделяемого на катоде тепла в результате увеличения плотности тока с применением дополнительного анода 3 приводит к разогреву электролита в рабочей ванне в большей степени между сетчатым анодом и валком, который нельзя компенсировать просто увеличением объема рабочей ванны. Повысить теплоотвод из зоны обработки электрическими разрядами по данному способу можно путем увеличения количества подаваемого электролита в рабочую ванну (повышение интенсивности циркуляции) до 15 25 м³/ч. Однако при этом бурлящий поток электролита на поверхности ванны без сетчатого анода не позволяет получать равномерную шероховатость по длине бочки и ее образующей. Применение дополнительного сетчатого анода 3 помимо увеличения плотности тока и уменьшения нагрева электролита по всему объему рабочей ванны позволяет погасить бурлящий поток подаваемого электролита и обеспечить его равномерный слой на контакте с валком.

Увеличение количества подаваемого электролита до 15 25 м³/ч способствует сменяемости электролита в рабочей ванне, обеспечивающей температуру электролита между дополнительным анодом и валком не выше 40^oC при температуре остального объема электролита в ванне в пределах 30 - 35^oC. Для обеспечения такой температуры электролита, подаваемого в рабочую ванну, применяется теплообменник с высокой эффективностью охлаждения рабочей жидкости (электролита). При интенсивности подачи электролита менее 15 м³/ч не обеспечивается требуемая сменяемость его в рабочей ванне между сетчатым анодом и валком. Исследования на электроразрядной установке для обработки валков, проведенные Научно-производственным институтом АО "НЛМК", показали, что уменьшение количества подаваемого электролита в ванну до 10 м³/ч приводит к нагреву до 60 65^oC.

Увеличение подачи электролита более 25 м³/ч ограничено по двум следующим причинам:
даже с более меньшей площадью ячеек дополнительный анод не обеспечивает гладкой рабочей поверхности электролита ванны, контактирующей с валком, что снижает качество насечки;
снижается эффективность охлаждения электролита в теплообменнике.

Нижний предел площади ячеек сетчатого анода 2 см² ограничен по соотношению общей пропускной способности анода к подаваемому объему электролита в ванну, т. к. это равнозначно сужению сечения, подающего электролит в зону обработки, и при циркуляции 15 25 м³/ч при меньших отверстиях формируются интенсивные потоки уже от самой ячейки. При сечении ячеек более 4,0 см нет полного гашения потока электролита, подаваемого в рабочую ванну. Для охлаждения подаваемого в рабочую ванну электролита до 30 - 35^oC применяют специальные, высокоэффективные теплообменники с принудительным охлаждением из кислотостойких материалов, обеспечивающих на выходе температуру электролита, равную температуре охладителя. Входной и выходной трубопроводы теплообменника для электролита с целью гальванической развязки теплообменника со всеми узлами установки применяют из кислотостойких нетокопроводящих материалов (например, резиновые, полипропиленовые). Гальваническая развязка необходима потому, что электролит (анод) -положительный полюс источника питания, а вся установка отрицательный полюс. Соединение токопроводящими трубопроводами приведет к тому, что наполненный водой теплообменник будет иметь между всеми элементами разность потенциалов.

Пример. Валки диаметром 440 мм, назначением на 4-ю клеть четырехклетевого стана 1400 в ЛПЦ 5 АО "НЛМК" мостовым краном устанавливали на установку электроразрядной обработки валков (ЭРУ 1), разработанную и изготовленную Научно производственным институтом АО "НЛМК". После включения системы циркуляции электролита идет заполнение системы циркуляции насосом 5 из бака 4 по резиновому кислотостойкому шлангу 7 в теплообменник 6, в которой подается проточная химочищенная вода температурой 30 32^oC. Через выходное отверстие теплообменника по шлангу 8 охлажденный электролит до температуры воды, подаваемой в теплообменник типа ТНГ 30-48-C/25-3-4, поступает в нижнюю часть рабочей ванны. Количество подаваемого электролита в рабочую ванну составляло 22 м³/ч, которое можно регулировать двигателем постоянного тока насоса 5 в пределах до 27 м³/ч. После прохождения потока электролита через сетчатый дополнительный анод 3, сделанный из нержавеющей стали, с круглыми отверстиями диаметром 2 см и межячеечными сплошными перегородками 1-2 см, после полного заполнения рабочей ванны и вытекания избытка электролита через боковые стенки ванны в общий бак 4, после подачи рабочего напряжения валок погружали в электролит. После соприкосновения валка с электролитом по всей линии контакта длины бочки валка возникает множество устойчивых электрических разрядов, которые, расплавляя микрократеры на поверхности валка, создают шероховатость на ней. Величина рабочего напряжения составляла 285 В, рабочего тока 1000 А, скорость вращения валка 0,06 м/с, глубина погружения валка составила 8 10 мм, концентрация электролита 30% Общее время обработки валка составило 15 мин, полученная шероховатость 3,2 мкм, изотропность шероховатости 0,95. Температура электролита в рабочей ванне после окончания обработки составила 38 40^oC, на выходе теплообменника 32 33^oC. Температура электролита, подаваемого в рабочую ванну, составила после 6-го обработанного валка 32 33^oC, в рабочей ванне 39^oC. Применение предлагаемого способа обработки валков позволяет повысить качество насечки шероховатости путем обеспечения поддержания температуры электролита до 40^oC, расширить технологическую возможность получения высокой шероховатости до 8,0 мкм без увеличения мощности системы электропитания, снизить температуру валка в процессе обработки, стабилизировать температуру электролита при длительной эксплуатации установки.

Использование: расширение технологических возможностей получения шероховатости валков в пределах 1,0 - 8,0 мкм путем стабилизации электролита в рабочей ванне в пределах 30 - 35^oC. Сущность: в рабочую ванну на расстоянии от верхнего уровня электролита при насечке, равном 1/3 - 1/5 части общей глубины, помещают дополнительно сетчатый анод с площадью каждой ячейки 2,0 - 4,0 см², при этом обработку ведут с подачей электролита в рабочую ванну с регламентированной скоростью с применением теплообменника в системе циркуляции, который гальванически "развязан" со всеми частями установки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ насечки рабочих валков прокатных станов, включающий погружение валка в рабочую ванну с подачей в нее электролита из водного раствора хромового ангидрида и обработку электрическими разрядами, отличающийся тем, что в рабочую ванну на расстоянии от верхнего уровня электролита при насечке, составляющем 1/3 1/5 общей глубины ванны, на все сечение ванны помещают дополнительный сетчатый анод с площадью ячеек 2,0 4,0 см². 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подачу электролита в ванну производят в процессе со скоростью 15 25 м³/ч. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что электролит в процессе насечки пропускают в системе циркуляции через теплообменник. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что теплообменник гальванически развязывают с узлами установки.