СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ШЕЕК ЧУГУННЫХ ВАЛКОВ Российский патент 2006 года по МПК B21B28/02 B23P6/02 B23K9/04 B23K9/23 B23K103/06 

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

В процессе эксплуатации чугунных прокатных валков при разрушении подшипниковой опоры происходит повреждение шейки. Валки с поврежденными шейками не пригодны к дальнейшей эксплуатации, хотя активный 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 валка приводит к снижению твердости бочки. Это приводит к повышенному расходу валков, а в некоторых случаях является недопустимым. Кроме того, известный способ не пригоден к восстановлению чугунных валков с поврежденными шейками.

Известен также способ восстановления стальных 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. в процессе наплавки в чугунных шейках образуются трещины, отслоения наплавленного слоя, а подогрев валка приводит к уменьшению твердости бочки и снижению его стойкости.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ восстановления стальных прокатных валков с поврежденными шейками, по которому производят механический съема поврежденного слоя с образованием кольцевой проточки, шейку валка нагревают под наплавку до температуры 380...440°С со скоростью 50...80°С/ч, последующую наплавку вращаемого валка осуществляют по месту съема при подаче стального проволочного электрода в зону сварки и плотности электрического тока 25...35 А/мм², после чего проводят термическую обработку путем нагрева до температуры 430...470°С, выдержки при этой температуре в течение 0,5...1,5 ч и последующего самопроизвольного охлаждения [3] - прототип.

Недостатки известного способа состоят в том, что он предназначен для восстановления стальных валков, поэтому режимы наплавки не обеспечивают удовлетворительную свариваемость наплавляемого слоя с чугуном. При недостаточной глубине съема переходный слой между чугуном и наплавленным металлом склонен к разрушению. Кроме того, тепловое воздействие в процессах нагрева под наплавку, наплавки и последующей термообработки приводит к трещинообразованию, снижению твердости и прочности наплавленного металла на шейку валка и чугунной бочки. В результате увеличивается расход чугунных валков.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении расхода чугунных валков.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе восстановления шеек валков, поврежденных в процессе эксплуатации, включающем механический съем поврежденного слоя, электродуговую наплавку вращаемого валка по месту съема с подачей стального проволочного электрода в зону сварки и его перемещением вдоль оси валка, согласно предложению механический съем поврежденного слоя выполняют на глубину не менее 10 мм, наплавку ведут под слоем флюса марки АН-60 проволочным электродом из стали аустенитного класса при силе тока 300-500 А и напряжении на дуге 30-34 В, а электрод перемещают вдоль оси валка с шагом 8-12 мм, при этом в процессе наплавки шейку валка обдувают сжатым воздухом.

Сущность изобретения состоит в следующем. Разрушение подшипниковой опоры чугунного валка в процессе прокатки сопровождается разогревом шейки и приваркой к ней внутренней обоймы, порчей поверхности шейки фрагментами разрушенного подшипника. Валок с поврежденной шейкой не пригоден к дальнейшей эксплуатации. 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 и бочки прокатного валка.

Кроме того, поскольку механические напряжения в шейке при работе валка возрастают к поверхности, а переходный слой от чугуна к наплавленному металлу является наименее прочным, при недостаточной глубине механического съема не исключается отслоение наплавленного слоя, а в отдельных случаях восстановленные валки оказывались полностью не пригодными к дальнейшей эксплуатации. Это приводило к увеличению расхода валков.

При реализации предложенного способа вначале с шейки валка механической обработкой на токарном станке удаляют поврежденный слой глубиной не менее 10 мм, даже если повреждения шейки распространяются на меньшую глубину. За счет этого предотвращается образование трещин в переходном слое. Затем при вращении валка на кольцевую проточку электродуговой наплавкой электродом из аустенитной наносят стали наносят валики металла, перемещая электрод вдоль оси валка с шагом 8-12 мм на каждый оборот. Такой шаг перемещения обеспечивает плотное прилегание смежных валиков друг к другу и формирование плотного наплавленного слоя. Наплавка электродом из аустенитной стали под слоем флюса марки АН-60 при токе 300-500 А и напряжении на дуге 30-34 В обеспечивает качественное сплавление чугуна с наплавляемым металлом, наплавляемых слоев друг с другом и не приводит к перегреву шейки и бочки. Обдув шейки сжатым воздухом способствует подкаливанию наплавляемого металла с образованием вязкой аустенитной фазы, которая препятствует развитию зародышевых микротрещин. Помимо этого, охлаждение воздухом наплавляемой шейки позволяет увеличить скорость наплавки.

Таким образом, предложенная технология обеспечивает полное восстановление служебных свойств валков и снижение их расхода.

Экспериментально установлено, что при толщине снимаемого механически с поврежденной шейки слоя менее 10 мм наиболее механически непрочная зона сплавления чугуна с аустенитной сталью электрода находится слишком близко к поверхности и подвержена действию высоких механических напряжений, существующих при прокатке. Это может привести к отслоению наплавки, что недопустимо.

Также экспериментально установлено, что наплавка под флюсами других марок (АН-20, ЖСН-5 и др.) не позволяет избежать образования горячих и холодных трещин, что недопустимо.

При токе наплавки более 500 А или напряжении на дуге выше 34 В происходит расплавление чугуна шейки, который стекает из зоны дуги. Поэтому сплавление аустенитной стали электрода с чугуном некачественное. Уменьшение тока наплавки менее 300 А или напряжения на дуге ниже 30 В из-за недостаточного проплавления металла качество наплавки ухудшается, увеличивается расход валков.

При шаге перемещения электрода вдоль оси валка по месту кольцевой проточки менее 8 мм имеет место наплав смежных валиков друг на друга с образованием гребней. Поэтому дуга в процессе наплавки следующего слоя горит нестабильно, что ухудшает качество наплавки и способствует увеличению расхода валков. При шаге более 12 мм между смежными валиками нет проплавления. Прочность наплавленного слоя снижается, такой валок не пригоден к дальнейшей эксплуатации.

Примеры реализации способа

Рабочий валок непрерывного широкополосного стана 2000 горячей прокатки, активный слой бочки которого выполнен из высокохромистого чугуна, а шейки из серого чугуна, 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 h=15 мм. Затем валок устанавливают на наплавочный станок, приводят валок во вращение. Наплавку по месту кольцевой проточки ведут под слоем флюса марки АН-60 проволочным электродом из аустенитной стали класса 18-10. Состав флюса АН-60 приведен в табл.1.

Таблица 1
Химический состав флюса АН-60 (по ТУ 14-5-003-99)Содержание компонентов, мас.%SiO₂MnOCaF₂MgOAl₂O₃CaOFe₂О₃SPне более26-4236-415-936100,90,050,05

При диаметре электродной проволоки 4 мм ток дуги поддерживают равным I=400 А, напряжение на дуге V=32 В. После наплавки каждого валика на всю длину окружности кольцевой проточки электрод перемещают вдоль оси валка на шаг S=10 мм и производят наплавку смежного валика. В процессе наплавки шейку валка с наплавляемым участком непрерывно обдувают сжатым воздухом. Наплавку ведут до полного заполнения металлом кольцевой проточки с припуском 3 мм под механическую обработку.

Указанные технологические режимы обеспечивают получение бездефектной наплавленной шейки восстановленного валка, способной воспринимать рабочую нагрузку при прокатке. 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 черновую клеть непрерывного широкополосного стана 2000 и осуществляют горячую прокатку стальных полос.

Варианты реализации предложенного способа и удельный расход Q восстановленных валков (на тонну проката) приведены в табл.2.

Таблица 2
Режимы восстановления шеек и расход чугунных валков№ вариантаh, ммI, AV, ВS, ммQ, кг/т192902971,22103003080,831540032100,741850034120,851660035131,96не регл.21236не регл.2,8(прототип)     

Как следует из данных, приведенных в табл.2, при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается снижение расхода чугунных прокатных валков с поврежденными шейками (удельный расход валков минимален). В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты №1 и №5) расход восстановленных валков возрастает. Также более высокий расход имеет место при восстановлении чугунных рабочих валков с поврежденными шейками согласно 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 8-10%.

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, 1999г. - прототип.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для восстановления чугунных рабочих валков листопрокатных станов с поврежденными в процессе эксплуатации шейками. Механическим путем снимают поврежденный слой на глубину не менее 10 мм. Выполняют наплавку под слоем флюса марки АН-60 проволочным электродом из стали аустенитного класса при силе тока 300-500 А и напряжении на дуге 30-34 В. Электрод перемещают вдоль оси валка с шагом 8-12 мм. В процессе наплавки шейку валка обдувают сжатым воздухом. Это позволит повысить стойкость восстановленных валков за счет высокого качества наплавленного металла, обеспечиваемого высокой твердостью и прочностью наплавленного слоя. 2 табл.

Способ восстановления шеек чугунных валков, поврежденных в процессе эксплуатации, включающий механический съем поврежденного слоя, электродуговую наплавку вращаемого валка по месту съема с подачей стального проволочного электрода в зону сварки и его перемещением вдоль оси валка, отличающийся тем, что механический съем поврежденного слоя выполняют на глубину не менее 10 мм, наплавку ведут под слоем флюса марки АН-60 проволочным электродом из стали аустенитного класса при силе тока 300-500 А и напряжении на дуге 30-34 В, а электрод перемещают вдоль оси валка с шагом 8-12 мм, при этом в процессе наплавки шейку валка обдувают сжатым воздухом.