СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ Российский патент 2004 года по МПК B23P6/02 B21B28/02 B23K9/04 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для восстановления чугунных рабочих валков с поврежденными в процессе эксплуатации шейками.

В процессе эксплуатации прокатных валков происходит повреждение шеек валков из-за разрушения подшипниковых опор. Валки с поврежденными шейками не пригодны к дальнейшей эксплуатации, хотя рабочий слой их бочек еще не выработан.

Известен способ ремонта стальных прокатных валков, включающий механический съем поврежденного участка бочки посредством выполнения по месту дефекта кольцевой проточки с регламентированными размерами, зависящими от глубины и ширины дефекта. Затем валок нагревают и производят электродуговую наплавку по месту кольцевой проточки. После наплавки проводят термическую обработку валка [1].

Недостаток известного способа состоит в том, что нагрев бочки валка приводит к снижению твердости ее рабочего слоя. Это снижает стойкость валка, а в некоторых случаях является недопустимым. Известный способ не пригоден к восстановлению шеек чугунных валков.

Известен также способ восстановления прокатных валков, включающий механическое удаление дефектов бочки, предварительный и сопутствующий подогрев валка, электродуговую наплавку с последующими термической и механической обработками бочки [2].

Данный способ не пригоден для восстановления чугунных валков с поврежденными шейками, т.к. подогрев валка приводит к уменьшению твердости бочки и снижению его стойкости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ восстановления стальных прокатных валков с поврежденными шейками, по которому после механического съема поврежденного слоя шейки валка нагревают под наплавку до температуры 380-400°С со скоростью 50-80°С/ч, наплавку осуществляют стальным электродом со скоростью 20-40 м/ч при плотности электрического тока 25-35 А/мм², термическую обработку проводят путем нагрева до температуры 430-470°С и выдержки при этой температуре в течение 0,5-1,5 ч [3].

Недостатки известного способа состоят в том, что он предназначен для восстановления стальных валков. Кроме того, тепловое воздействие в процессах нагрева под наплавку, наплавки и последующей термообработки приводит к снижению твердости и прочности наплавленного металла на шейку валка, что ведет к снижению стойкости валков.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении стойкости чугунных валков.

Указанная задача решается тем, что в известном способе восстановления прокатных валков, включающем механический съем поврежденного слоя шейки, электродуговую наплавку по месту съема с подачей электрода в зону сварки и последующее охлаждение наплавленной шейки, согласно предложению при восстановлении чугунных валков наплавку производят со скоростью 40-50 м/ч при плотности электрического тока 35-45 А/мм², причем в процессе наплавки температуру шейки поддерживают не выше 400°С, а последующее охлаждение ведут до температуры окружающей среды со средней скоростью 5-20°С/ч.

Сущность изобретения состоит в следующем. Разрушение подшипниковой опоры прокатного валка в процессе прокатки сопровождается разогревом шейки и приваркой к ней внутренней обоймы, порчей поверхности чугунной шейки фрагментами разрушенного подшипника. Валок с поврежденной шейкой не пригоден к дальнейшей эксплуатации. Попытки восстановления валков с поврежденными шейками по известным способам приводили к тому, что вследствие низкой свариваемости чугуна происходило отслоение наплавленного металла, а тепловое воздействие при нагреве, электродуговой наплавке и термической обработке шейки оказывало отрицательное влияние на твердость и прочность наплавленного слоя шейки прокатного валка. Это приводило к снижению стойкости валков, а в отдельных случаях восстановленные валки оказывались полностью непригодными к дальнейшей эксплуатации.

При реализации предложенного способа вначале с шейки валка механической обработкой на токарном станке удаляют поврежденный слой глубиной 8-12 мм, т.к. на этой глубине дефекты чугунной шейки от разрушения подшипника гарантированно отсутствуют. Затем на шейку валка с кольцевой проточкой наносят электродуговой наплавкой стальным электродом слои металла до восстановления номинального размера шейки по режиму: скорость наплавки 40-50 м/ч, плотность электрического тока 35-45 А/мм², а температуру шейки поддерживают не выше 400°С. Благодаря этому улучшается свариваемость наплавляемого слоя с чугуном, исключается образование трещин в чугуне, повышается прочность и твердость наплавленного слоя.

Таким образом, предложенная технология обеспечивает полное восстановление геометрических размеров и служебных свойств поврежденной шейки валка без снижения твердости и прочности.

Экспериментально установлено, что снижение скорости наплавки менее 40 м/ч приводит к удлинению процесса и перегреву шейки валка выше допустимой температуры. При увеличении скорости наплавки более 50 м/ч возрастает количество несплошностей в металле, что ухудшает качество наплавки.

При плотности электрического тока менее 35 А/мм² из-за недостаточного проплавления качество наплавки ухудшается. Увеличение плотности электрического тока боле 45 А/мм² приводит к перегреву шейки, в особенности, низлежащего слоя, что недопустимо.

Увеличение температуры выше 400°С приводит к ухудшению свариваемости чугуна и уменьшению твердости и прочности наплавленного слоя.

При снижении средней скорости охлаждения менее 5°С/ч удлиняется производственный процесс восстановления, а стойкость валка не возрастает. Увеличение средней скорости охлаждения выше 20°С/ч вызывает образование трещин в чугуне, что ухудшает стойкость валка.

Примеры реализации способа

Рабочий валок из чугуна марки ЛПХНд-71 непрерывного широкополосного стана 2000 горячей прокатки, с поврежденной из-за разрушения подшипниковой опоры шейкой, устанавливают на токарном станке. С помощью резца производят механический съем поврежденного слоя с образованием на шейке валка кольцевой проточки шириной 400 и глубиной 10 мм. Затем валок устанавливают на наплавочный станок, приводят валок во вращение. Наплавку ведут под слоем флюса марки АН-60 стальной электродной проволокой диаметром 4,0 мм. Скорость наплавки составляет V_св=45 м/ч, плотность электрического тока при наплавке J=40 А/мм. В процессе наплавки температуру шейки поддерживают равной T=200°С за счет его охлаждения в паузах наплавки. Наплавку ведут до восстановления номинального размера шейки с припуском на механическую обработку. После наплавки валок охлаждают до температуры окружающей среды со средней скоростью V_охл=12°С/ч.

Указанные технологические режимы обеспечивают получение бездефектной наплавленной шейки восстановленного валка. После завершения наплавки валок устанавливают на вальцешлифовальный станок и шлифуют наплавленную шейку до номинального диаметра.

Восстановленный чугунный валок собирают с подшипниками и подушками, заваливают в чистовую клеть непрерывного широкополосного стана 2000 и осуществляют горячую прокатку стальных полос.

Варианты реализации предложенного способа и показатель стойкости рабочих валков (удельный расход восстановленных валков на тонну проката) приведены в таблице.

Как следует из данных, приведенных в таблице, при реализации предложенного способа (варианты 2-4) достигается повышение стойкости восстановленных чугунных прокатных валков с поврежденными шейками (удельный расход валков минимален). В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты 1 и 5) стойкость восстановленных валков снижается. Также более низкую стойкость имеют чугунные прокатные валки с поврежденными шейками, восстановленные по способу-прототипу (вариант 6).

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что регламентированные параметры электродуговой наплавки при восстановлении чугунных прокатных валков с поврежденными шейками обеспечивают одновременно получение высокого качества наплавки и исключают негативное термическое воздействие на наплавленный слой шейки валка, сохраняя его высокую твердость и прочность. Этим достигается повышение стойкости восстановленных валков.

В качестве базового объекта принят способ-прототип. Применение предложенного способа позволит повысить рентабельность восстановления чугунных прокатных валков с поврежденными шейками на 20-30%.

Источники информации

1. Авт.свид. СССР №1683834, МПК В 21 В 28/02, 1991 г.

2. Авт.свид. СССР №1579679, МПК В 23 К 9/04, 1990 г.

3. Патент РФ №2139156, МПК В 21 В 28/02, В 23 Р 6/00, 1999 г.

Способ может быть использован в прокатном производстве для восстановления чугунных рабочих валков с поврежденными в процессе эксплуатации шейками. После механического съема поврежденного слоя производят электродуговую наплавку по месту съема с подачей электрода в зону сварки и последующее охлаждение наплавленной шейки. Наплавку осуществляют со скоростью 40-50 м/ч при плотности электрического тока 35-45 А/мм². В процессе наплавки температуру шейки поддерживают не выше 400°С. Последующее охлаждение ведут до температуры окружающей среды со средней скоростью 5-20°С/с. Способ позволяет повысить стойкость чугунных валков за счет обеспечения высокой твердости и прочности наплавленного слоя. 1 табл.

Способ восстановления прокатных валков, включающий механический съем поврежденного слоя шейки, электродуговую наплавку по месту съема с подачей электрода в зону сварки и последующее охлаждение наплавленной шейки, отличающийся тем, что при восстановлении чугунных валков наплавку производят со скоростью 40-50 м/ч при плотности электрического тока 35-45 А/мм², причем в процессе наплавки температуру шейки поддерживают не выше 400°С, а последующее охлаждение ведут до температуры окружающей среды со средней скоростью 5-20°С/с.