СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОПОРНЫХ ВАЛКОВ СТАНОВ КВАРТО ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ Российский патент 2009 года по МПК B21B28/02 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в клетях кварто для холодной прокатки и дрессировки листовой стали.

Известен способ эксплуатации опорного валка, включающий многократное чередование низкотемпературного отпуска после циклической упругомикропластической деформации поверхностного слоя бочки и определение предельной степени деформационного упрочнения по результатам измерения твердости [1].

Недостаток известного способа состоит в том, что он требует проведения низкотемпературных отпусков, при этом расходный коэффициент опорных валков остается высоким.

Известен также способ эксплуатации опорных валков станов кварто холодной прокатки и дрессировки стальных полос, включающий чередование их работы в клети с перешлифовками при регламентированной величине съема поверхностного слоя за проход шлифовального круга вдоль бочки валка. При этом продолжительность работы опорного валка в клети определяют по количеству тонн прокатанного металла [2].

Недостатки известного способа состоят в высоком расходном коэффициенте валков, низкой производительности прокатного стана, обусловленной необходимостью частых перевалок валков, а также повышенной отбраковке холоднокатаных полос из-за неплоскостности.

Наиболее близким аналогом по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ эксплуатации опорного валка листопрокатной клети кварто, включающий чередование его работы в клети в контакте со смежным рабочим валком с перешлифовками для снятия поврежденного наклепанного слоя, по которому величину съема при перешлифовке устанавливают равной 0,2-0,3 длины дуги контакта опорного валка со смежным рабочим валком [3] - прототип.

Известному способу присущи следующие недостатки. В процессе работы опорных валков в клети на контактных поверхностях их бочек образуются усталостные локальные дефекты в виде зародышевых трещин, которые в дальнейшем приводят к образованию выкрошек. Появление выкрошек на поверхности бочек опорных валков ухудшает качество прокатываемых полос, приводит к необходимости повышенного съема при перешлифовках, что увеличивает расходный коэффициент валков. В то же время проведение более частых перевалок опорных валков с целью исключения выкрошек активного слоя снижает производительность прокатного стана и увеличивает расходный коэффициент опорных валков вследствие нерационального расходования активного слоя бочек.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении расходного коэффициента валков, повышении производительности прокатного стана и качества холоднокатаных полос.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе эксплуатации опорных валков станов кварто холодной прокатки, включающем многократное чередование их работы в клети с перешлифовками при регламентированной величине съема поверхностного слоя, согласно предложению работу валков в клети ведут до достижения ими (8,6-22,1)·10⁵ циклов нагружения при погонной нагрузке 0,3-1,4 т/мм, а величину съема за перешлифовку устанавливают в пределах 0,4-1,5 мм. При эксплуатации опорных валков в дрессировочном стане работу в клети ведут до достижения ими (14,2-14,8)·10⁵ циклов нагружения.

Сущность предложенного технического решения состоит в следующем. Усталостное состояние поверхностного слоя опорных валков станов холодной прокатки стальных полос определяется как величиной погонной нагрузки на его контакте с рабочим валком, так и накопленным количеством циклов нагружения (числом оборотов опорного валка после завалки в клеть). С увеличением погонной нагрузки q интенсивность нарастания усталостных явлений возрастает.

Экспериментальным путем было установлено, что уменьшение погонной нагрузки q менее 0,3 т/мм требует снижения степени обжатия полосы валками и не позволяет прокатывать полосы малых толщин, в то время как непрерывный стан будет оставаться незагруженным по усилию и моменту прокатки. Увеличение погонной нагрузки q более 1,4 т/мм приводит к ускоренному образованию выкрошек, увеличению частоты, числа перевалок и перешлифовок опорных валков. Это увеличивает расходный коэффициент опорных валков и простои прокатного стана, снижает его производительность. Помимо этого при образовании выкрошки опорный валок портит поверхность контактирующего с ним рабочего валка, что ухудшает качество прокатываемых полос.

Уменьшение допустимого числа циклов нагружения N менее чем 8,6·10⁵ циклов приведет к неоправданному сокращению продолжительности работы опорных валков в клети, увеличению количества перевалок с перешлифовками, снижению производительности прокатного стана. Помимо этого при перешлифовках с поверхности бочек будет удаляться «здоровый» слой. В результате более частых перешлифовок и съема «здорового» слоя увеличивается расходный коэффициент опорных валков. В случае когда число циклов нагружения N опорных валков превышает 22,1·10⁵, накопленная усталость вызовет разрушение поверхности бочки, что приведет к увеличению расходного коэффициента опорных валков, повреждению бочек контактирующих с ними рабочих валков и ухудшению качества прокатываемых полос.

Стойкость опорных валков дрессировочных станов (допустимое число циклов нагружения N) помимо накопленной усталости поверхностного слоя зависит также от фрикционного износа бочки, который влияет на качество готовых холоднокатаных полос. Поэтому при дрессировке допустимое число циклов нагружения регламентировано диапазоном N=(14,2-18,8)·10⁵. При N<14,2·10⁵ износ бочки опорных валков еще не оказывает негативного влияния на качество холоднокатаных полос, их преждевременная перевалка и перешлифовка снизят производительность дрессировочного стана и увеличат удельный расход опорных валков. При N>18,8·10⁵ изношенные опорные валки негативно влияют на качество холоднокатаных полос, что недопустимо.

Экспериментально установлено, что в процессе прокатки происходит повышение твердости опорных валков вследствие наклепа поверхностного слоя. Глубина наклепанного слоя обычно составляет 3-6 мм. Повышение твердости бочки опорного валка само по себе повышает его износостойкость. Поэтому в случае съема при перешлифовке не всего наклепанного слоя, а только части его толщиной h=0,4-l,5 мм помимо прямого снижения расхода активного слоя валков на перешлифовки способствует удлинению его наработки в клети. В результате снижается удельный расход опорных валков, увеличивается производительность прокатного стана, улучшается качество прокатываемых полос.

Снижение величины съема h при перешлифовках менее 0,4 мм приводит к тому, что на поверхности сохраняются зародышевые усталостные трещины и следы фрикционного износа, которые в процессе работы опорного валка в клети распространяются в глубину бочки, инициируя выкрошки. Это увеличивает удельный расход опорных валков, снижает их наработку в клети и производительность прокатного стана, ухудшает качество полос. В тоже самое время увеличение съема h более 1,5 мм приводит к нерациональному расходу активного слоя опорных валков, ухудшению их износостойкости по причине падения твердости. Это также ведет к увеличению удельного расхода опорных валков, снижению качества прокатываемых полос.

Примеры реализации способа

1. Эксплуатация опорных валков в непрерывном стане кварто

В 4-ю клеть непрерывного четырехклетевого стана кварто 1700 заваливают пару опорных валков из стали марки 9×2 МФ с диаметром бочек D_пр=1300 мм, длиной бочек L_пр=1700 мм. Затем заваливают рабочие валки и осуществляют холодную прокатку полос. Усилие прокатки в 4-й клети поддерживают равным P_пр=1300 т. Погонная нагрузка на опорные валки при этом составляет:

В процессе прокатки происходит наклеп поверхностного слоя бочек опорных валков. Прокатку ведут до достижения опорными валками 4-й клети N=15,1·10⁵ циклов нагружения (оборотов). После этого производят вывалку опорных валков из клети и перешлифовку на вальцешлифовальном станке со съемом части наклепанного слоя толщиной h=1,0 мм.

Перешлифованные опорные валки вновь заваливают в 4-ю клеть непрерывного четырехклетевого стана кварто 1700 и осуществляют холодную прокатку полос. Периодические перевалки и перешлифовки опорных валков ведут до полной выработки активных слоев их бочек.

Благодаря такой эксплуатации опорных валков их удельный расход снижается и составляет k=0,17 кг на тонну проката, производительность Pr прокатного стана максимальна, выход годного повышается до S=95,8%.

2. Эксплуатация опорных валков в дрессировочном стане кварто

В рабочую клеть одноклетевого дрессировочного стана кварто 1700 заваливают пару опорных валков с диаметрами бочек D_др=1320 мм, длиной бочек L_др=1700 мм. После этого в клеть дрессировочного стана заваливают рабочие валки с диаметром бочек 480 мм. Поверхности бочек рабочих валков насечены колотой чугунной дробью для создания микрорельефа на поверхностях дрессируемых полос.

Отожженные холоднокатаные полосы толщиной 0,8 мм задают в рабочие валки и осуществляют их дрессировку (холодную прокатку в насеченных рабочих валках с относительным обжатием 1,5%). Дрессировку полос ведут при усилии Р_др=595 т. Погонная нагрузка на опорные валки составляет:

В процессе дрессировки происходит износ опорных валков, находящихся в силовом взаимодействии с насеченными рабочими валками. Поэтому после достижения опорными валками 16,5·10⁵ циклов нагружения (оборотов) дрессировку прекращают, изношенные опорные валки вываливают из стана и осуществляют их перешлифовку с частичным съемом наклепанного слоя толщиной h=0,6 мм. Затем опорные валки вновь заваливают в клеть дрессировочного стана и осуществляют дрессировку полос. Данный цикл повторяют до полной выработки активного слоя опорных валков.

Удельный расход опорных валков дрессировочного стана при такой эксплуатации снижается до k=0,17 кг на тонну проката, производительность Pr максимальна, выход годного повышается до S=96,9%.

В таблице приведены варианты реализации предложенного и известного способов эксплуатации опорных валков станов кварто холодной прокатки и дрессировки полос.

Из данных, приведенных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа достигается снижение удельного расхода опорных валков, повышение производительности прокатного стана и качества холоднокатаных полос как для случая непрерывного стана кварто (варианты №2-4), так и для дрессировочного стана кварто (варианты №8-10). При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1, №5 для непрерывного стана и №7, №11 для дрессировочного стана) удельный расход опорных валков возрастает, производительность прокатных станов кварто снижается, ухудшается качество холоднокатаных полос и выход годного. Также более высокий удельный расход валков при сниженных производительности стана кварто и качестве холоднокатаных полос имеет место в случаях реализации способа-прототипа (варианты №6, №12).

Таблица Режимы эксплуатации опорных валков и показатели их эффективности № варианта q, т/мм N, циклов h, мм k, кг/т Pr, % S, % Непрерывный четырехклетевой стан кварто 1. 0,20 8,3·10⁵ 0,3 0,23 92 92,7 2. 0,30 8,6·10⁵ 0,4 0,18 100 95,5 3. 0,76 15,1·10⁵ 1,0 0,17 100 95,8 4. 1,40 22,1·10⁵ 1,5 0,18 100 95,7 5. 1,50 23,5·10⁵ 1,6 0,26 89 93,1 6. не регл. 12 суток работы 1,3 0,21 85 93,6 Дрессировочный одноклетевой стан кварто 7. 0,20 13,9·10⁵ 0,3 0,24 88 93,1 8. 0,30 14,2·10⁵ 0,4 0,18 100 96,4 9. 0,35 16,5·10⁵ 0,6 0,17 100 96,9 10. 1,40 18,8·10⁵ 1,5 0,18 100 96,8 11. 1,50 19,2·10⁵ 1,6 0,23 87 93,3 12. не регл. 12 суток работы 1,3 0,24 85 93,5

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что регламентирование продолжительности кампании опорных валков по числу циклов нагружения с учетом величины погонной нагрузки при вращении взаимно прижатых опорных и рабочих валков в процессе прокатки позволяет определить допустимую наработку опорных валков, исключающую образование выкрошек и разрушений поверхностей их бочек в клети. Вместе с минимально достаточной величиной съема при перешлифовках 0,4-1,5 мм это обеспечивает снижение расходного коэффициента валков, повышение производительности прокатных и дрессировочных станов, повышение качества холоднокатаных полос.

В качестве базового объекта при определении эффективности предложенного способа принят способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства холоднокатаных полос на 5-7%.

Литературные источники

1. Авторское свидетельство СССР №1262959, МПК C21D 8/00, 1984 г.

2. Боровик Л.И., Добронравов А.И. Технология подготовки и эксплуатации валков тонколистовых станов. М.: Металлургия, 1984 г., с.54, 92-93.

3. Патент РФ №2113297, МПК В21В 28/02, 1998 г. - прототип.

Изобретение предназначено для снижения расходного коэффициента валков, повышения производительности прокатного стана и качества холоднокатаных полос. Способ включает многократное чередование работы опорных валков в клети с перешлифовками при регламентированной величине съема поверхностного слоя. Исключение возникновения процесса выкрошки и разрушения валков обеспечивается за счет того, что работу валков в клети ведут до достижения ими (8,6-22,1)·10⁵ циклов нагружения при погонной нагрузке 0,3-1,4 т/мм. При эксплуатации опорных валков в дрессировочном стане работу в клети ведут до достижения ими (14,2-18,8)·10⁵ циклов нагружения. Кроме того, величину съема за перешлифовку устанавливают в пределах 0,4-1,5 мм. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ эксплуатации опорных валков станов кварто холодной прокатки, включающий многократное чередование их работы в клети с перешлифовками при регламентированной величине съема поверхностного слоя, отличающийся тем, что работу валков в клети ведут до достижения ими (8,6-22,1)·10⁵ циклов нагружения при погонной нагрузке 0,3-1,4 т/мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при эксплуатации опорных валков в дрессировочном стане работу в клети ведут до достижения ими (14,2-18,8)·10⁵ циклов нагружения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину съема за перешлифовку устанавливают в пределах 0,4-1,5 мм.