ПРОКАТНЫЙ ВАЛОК И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2011 года по МПК B21B28/02 

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к конструкции рабочего валка и эксплуатации рабочих валков чистовых клетей кварто широкополосных станов горячей прокатки, у которых внутренний диаметр муфт привода чистовых клетей F3-F7 меньше внутреннего диаметра муфт привода клетей F1-F2.

Известен приводной прокатный рабочий валок с гладкой бочкой и трефами на обоих концах, которые имеют одинаковую форму при одной величине наружного диаметра трефа, соответствующего наибольшему внутреннему диаметру муфты привода рабочего валка [Зотов В.Ф. Производство проката. - М.: «Интермет Инжиниринг», 2000. - с.115]. При выходе из строя первого трефа привод рабочего валка через второй треф возможен перекладкой в одной и той же клети с переворотом валка и соединением второго трефа с муфтой, что позволяет увеличить срок службы валка и сократить время простоя стана.

Известный приводной рабочий валок не может эксплуатироваться с перекладкой из одной клети в следующую за ней по ходу прокатки клеть и в другие клети широкополосного стана горячей прокатки в случае, если в них муфты привода имеют другой диаметр внутренней поверхности, отличный от наружного диаметра трефа.

Известен приводной прокатный рабочий валок (патент GB №1339647 от 22.01.1971 г., патентовладелец - Gontermann-Peipers GmbH), изготовленный способом двухслойного центробежного или статического литья, содержащий бочку двухслойную с наружным износостойким слоем из высокохромистого чугуна при ограниченном соотношении толщины износостойкого слоя бочки к диаметру ее наружной поверхности, находящемся в интервале 0,10-0,15.

Износостойкий слой рабочего валка отлит из высокохромистого чугуна, имеющего следующее соотношение компонентов в мас.%:

  min, % max, % Cr 18,0 30,0 C 1,8 3,5 Ni 0,5 2,0 Мо 0,2 0,8 Si 0,3 0,8 S   0,03 Р   0,04

Известные валки фирмы Gontermann-Peipers GmbH имеют шейки и один треф или два трефа одинакового диаметра [http://www.gontermann-peipers.de/].

Наружный износостойкий слой прокатного валка марки AS II 80 XX чистовой группы широкополосного стана-2000 горячей прокатки может быть изготовлен из высокохромистого чугуна, имеющего следующий химический состав в мас.% [Разработка перспективных двухслойных прокатных валков фирмой «Гонтерманн-Пайперс», журнал «Сталь» №11′ 1998, с.40, колонка 2, сверху]:

Углерод от 2,5 до 3,2 Кремний от 0,4 до 0,8 Марганец от 0,6 до 1,2 Хром от 16,0 до 20,0 Молибден свыше 0,8 до 1,5 Ванадий от 0,2 до 0,5 Никель от 0,5 до 1,5 Фосфор   не более 0,08 Сера   не более 0,05 Железо остальное

Недостаток известных рабочих валков в том, что они имеют одинаковый диаметр трефов и не могут быть переставлены в клеть F3 или F4, имеющую муфту привода с диаметром, меньшим, чем у муфты привода клети F1 или F2. Это не позволяет повысить срок службы приводного рабочего валка, а в случае переточки одного из трефов существенно увеличивает время на его переустановку в клеть F3 или F4.

Известен способ эксплуатации рабочего валка стана листовой горячей прокатки, включающий его работу в клети, определение величины износа и перешлифовку бочки после каждой вывалки из клети. По мере уменьшения диаметра и твердости бочки валок переставляют против направления прокатки из чистовых клетей в черновые (а.с. SU №1342549 от 26.05.1986).

Указанный способ не обеспечивает высокую стойкость валка и качество горячекатаных листов. Эксплуатация рабочего валка с повышенным износом в клети кварто увеличивает износ контактирующего с ним опорного валка.

Известен способ эксплуатации центробежно-литого рабочего валка в клетях кварто черновой группы широкополосных станов горячей прокатки, при котором эксплуатацию валка начинают с первой клети, перестановки производят по направлению прокатки и вывод валка из эксплуатации производят при снижении диаметра бочки до величины не менее чем 0,905 ее начального диаметра (патент RU №2328355 от 10.03.2008).

Недостаток этого способа в том, что эксплуатация такого валка возможна только в черновой группе клетей с одинаковым внутренним диаметром муфты привода и в диапазоне от начального до конечного диаметра (0,905 от начального диаметра) рабочего валка этого типа клетей.

Известен способ эксплуатации рабочих валков в клетях чистовой группы широкополосных станов горячей прокатки, при котором новый рабочий валок устанавливают в последнюю по направлению прокатки клеть и по мере его изнашивания и перешлифовки переставляют в следующую против направления прокатки клеть; при этом новый валок изготавливают с наружным диаметром бочки, на 2-7% большим номинального (патент RU №2354469 от 23.08.2007).

Недостаток этого способа в том, что эксплуатация таких валков также возможна только в чистовой группе клетей с одинаковым внутренним диаметром муфты привода и в диапазоне от начального до конечного диаметра рабочего валка этого типа клетей.

Техническая задача изобретения - продление срока службы приводного рабочего прокатного валка и сокращение времени на его переустановку в клеть F3 или F4 чистовой группы клетей широкополосных станов горячей прокатки после эксплуатации в клетях F1-F2.

Техническая задача решена в конструкции прокатного валка, изготовленного способом двухслойного центробежного или статического литья, содержащего бочку двухслойную с наружным износостойким слоем из высокохромистого чугуна при ограниченном соотношении толщины слоя к диаметру ее наружной поверхности, находящемся в интервале 0,10-0,15; шейки и трефы, при этом трефы имеют различные наружные диаметры, больший наружный диаметр одного трефа соответствует большему внутреннему диаметру муфты привода валков первой и второй чистовой клети, а наружный диаметр другого (меньшего) трефа соответствует большему внутреннему диаметру муфты привода последующих чистовых клетей.

Поставленная техническая задача - продление срока службы приводного рабочего прокатного валка и сокращение времени на его переустановку в клеть F3 или F4 чистовой группы клетей широкополосных станов горячей прокатки после эксплуатации в клетях F1-F2 - решена при способе эксплуатации рабочего валка предложенной конструкции для непрерывной чистовой группы клетей кварто широкополосных станов горячей прокатки, включающем чередование работы валков в клети с перешлифовками и перестановки по клети по мере снижения диаметра бочки, при этом рабочий валок, имеющий начальные размеры бочки, сначала эксплуатируют в клетях F1 или F2 до достижения конечного диаметра, обусловленного конструкцией этих клетей, затем переставляют в одну из клетей F3-F4 так, что треф меньшего диаметра соответствует муфте привода этих клетей, и эксплуатируют в одной из клетей F3-F4 или с перестановками по клетям F3-F4 до предельного диаметра, обусловленного конструкцией этих клетей, или до предельно допустимого диаметра бочки, обусловленного прочностными свойствами и изгибной жесткостью валка.

Технический эффект достигается благодаря тому, что соотношение толщины износостойкого слоя бочки к диаметру ее наружной поверхности находится в интервале 0,10-0,15; трефы имеют различные наружные диаметры, при этом больший наружный диаметр одного трефа соответствует большему внутреннему диаметру муфты привода валков первой и второй чистовой клети, а наружный диаметр другого трефа соответствует большему внутреннему диаметру муфты привода последующих чистовых клетей.

Вышеуказанный технический эффект достигается в процессе эксплуатации рабочего валка, характеризуемого приведенными новыми признаками при условии его эксплуатации сначала в клетях F1 или F2 до достижения конечного диаметра бочки, обусловленного конструкцией этих клетей, затем перестановки в одну из клетей F3-F4 так, что треф меньшего диаметра соответствует муфте привода этих клетей, и эксплуатации в одной из клетей F3-F4 или с перестановками по клетям F3-F4 до предельного диаметра бочки, обусловленного конструкцией этих клетей, или до предельно допустимого наружного диаметра бочки, обусловленного прочностными свойствами и изгибной жесткостью валка.

Совокупности признаков прокатного валка и способа его эксплуатации, обеспечивающие достижение технического эффекта, являются новыми, так как не обнаружены при проведении патентно-информационных исследований, и соответствуют критерию «изобретательский уровень», так как не следуют явно из уровня техники.

На фиг.1 показан рабочий валок с трефами разных диаметров.

На фиг.2 - чистовая группа F1-F7 клетей кварто широкополосных станов горячей прокатки.

Приводной рабочий валок (фиг.1), изготавливаемый способом двухслойного центробежного или статического литья, состоит из двухслойной бочки 1 с наружным износостойким слоем 2 из высокохромистого чугуна при соотношении толщины слоя к наружному диаметру бочки, находящемуся в интервале 0,10-0,15; осевой части 3 валка, отлитой из высокопрочного чугуна, имеющей шейки 4 под подшипники (не показаны); трефов 5 и 6, при этом наружный диаметр трефа 6 меньше наружного диаметра трефа 5. Наружный диаметр трефа 5 соответствует диаметру муфты привода валков первой и второй чистовой клети, а наружный диаметр трефа 6 соответствует внутреннему диаметру муфты привода последующих чистовых клетей.

Способ эксплуатации рабочего валка непрерывной чистовой группы клетей кварто широкополосных станов горячей прокатки (фиг.2) включает чередование работы валков в клети с перешлифовками и перестановки по клети по мере уменьшения наружного диаметра бочки 1, при этом рабочий валок, имеющий начальные размеры бочки 1, сначала эксплуатируют в клетях F1 или F2 до достижения конечного диаметра, обусловленного конструкцией этих клетей, затем с переворотом переставляют в одну из клетей F3-F4 так, что треф меньшего диаметра соответствует муфте привода этих клетей, и эксплуатируют в одной из клетей F3-F4 или с перестановками по клетям F3-F4 до предельного наружного диаметра бочки 1, обусловленного конструкцией этих клетей, или до предельно допустимого наружного диаметра бочки 1, обусловленного прочностными свойствами и изгибной жесткостью валка.

Пример реализации способа в валках семиклетьевой непрерывной чистовой группы клетей кварто широкополосного стана-2000 горячей прокатки (ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»).

Рабочий валок с наружным диаметром бочки 858 мм, толщиной износостойкого слоя из высокохромистого чугуна, равной 86 мм, характеризуемый соотношением:

где Δ - толщина износостойкого слоя;

D_н - диаметр наружной поверхности бочки,

эксплуатируют в клетях F1 или F2 при количестве завалок (см. таблицу) до перешлифовки до наружного диаметра бочки 1, равного 808 мм, и перекладывают в одну из клетей F3 или F4 с переворотом для привода к трефу с меньшим диаметром, и эксплуатируют до диаметра бочки 760 мм, определяемого конструктивными особенностями клетей F3 или F4. При этом толщина рабочего слоя Δ_R определяется разницей между радиусом R наружной поверхности бочки (фиг.1) нового рабочего валка перед первой его завалкой в стан и радиусом R₁ наружной поверхности бочки выводимого из эксплуатации рабочего валка: Δ_R=R-R₁=429-380=49 мм, а соотношение толщины рабочего слоя к наружной поверхности бочки нового рабочего валка

Δ_R/R=49/404=0,12.

Результаты эксплуатации предложенной конструкции прокатного валка в сравнении с результатами эксплуатации известных прокатных валков показаны в таблице.

Таблица. Эксплуатационная стойкость рабочих валков с износостойким слоем из высокохромистого чугуна, эксплуатируемых в чистовой группе клетей кварто F1-F2 и F3-F4 широкополосного стана-2000 Листопрокатного цеха 10 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Рабочий валок из высокохромистого чугуна Кол-во завалок Масса полученного проката, т Среднее уменьшение диаметра бочки на 1 завалку, мм Валок марки AS II80 XX ⌀858×2000 с трефами одинакового наружного диаметра в клети F1 или F2 207 352200 0,28 Предложенный валок ⌀858×2000 с трефами разных диаметров в клети F1 или F2 178 295000 0,28 Тот же валок после перешлифовки до ⌀808×2000 и эксплуатации в клетях F3 или F4 123 191000 0,39 Суммарная наработка предложенного валка в клетях F1-F2 и F3-F4 301 486000 0,32

Использование предлагаемого рабочего валка с соотношением и с трефами различных наружных диаметров в клетях F1 или F2 и затем в клетях F3 или F4 позволяет увеличить срок его службы и достичь суммарной наработки около 486000 тонн на валок, что в 1,38 раза превышает наработку рабочего валка марки ASII80XX с трефами одинакового диаметра, эксплуатируемого в одной клети кварто F1 или F2.

В связи с тем, что для любого двухслойного валка при отношении толщины износостойкого слоя к наружному диаметру бочки, равном или большем 0,10, его износостойкость выше, чем у валка с этим соотношением, меньшим 0,10, технический эффект достигается на всем диапазоне соотношений

Изобретение предназначено для увеличения срока службы приводного рабочего прокатного валка чистовых клетей кварто широкополосных станов горячей прокатки, у которых внутренний диаметр муфт привода чистовых клетей F3-F7 меньше внутреннего диаметра муфт F1-F2. Увеличение ресурса валков, упрощение процедуры переустановки валка из первых в последующие клети обеспечивается за счет того, что валок изготовлен двухслойным центробежным или статическим литьем, содержит бочку двухслойную с наружным износостойким слоем из высокохромистого чугуна при отношении толщины слоя Д к радиусу R ее наружной поверхности 0,10-0,15, шейки и трефы, при этом трефы имеют различные наружные диаметры, больший наружный диаметр одного трефа соответствует большему внутреннему диаметру муфты привода валков первой и второй чистовой клети, а наружный диаметр другого (меньшего) трефа соответствует большему внутреннему диаметру муфты привода последующих чистовых клетей, при этом эксплуатация рабочего валка включает чередование работы валков в клети F1 или F2 с перешлифовками и после достижения конечного диаметра, обусловленного конструкцией этих клетей, переставляют в одну из клетей F3 или F4 так, что треф меньшего диаметра соответствует муфте привода этих клетей, и эксплуатируют в ней до предельного диаметра, обусловленного конструкцией этих клетей или прочностными свойствами и изгибной жесткостью валка, 2 ил., 1 табл.

Способ эксплуатации рабочего прокатного валка в непрерывной чистовой группе клетей кварто F1-F4 широкополосных станов горячей прокатки, включающий чередование работы валка в клети с перешлифовками и перестановку по клетям по мере снижения диаметра бочки, отличающийся тем, что используют рабочий валок, изготовленный двухслойным центробежным или статическим литьем, содержащий бочку двухслойную с наружным износостойким слоем из высокохромистого чугуна при отношении толщины износостойкого слоя к диаметру ее наружной поверхности 0,10-0,15, шейки и трефы с различными наружными диаметрами, где больший наружный диаметр одного трефа соответствует большему внутреннему диаметру муфты привода валков первой и второй чистовой клетей, а меньший наружный диаметр другого трефа - большему внутреннему диаметру муфты привода валков последующих чистовых клетей, при этом рабочий валок, имеющий начальные размеры бочки, сначала эксплуатируют в клетях F1 или F2 до достижения конечного диаметра, обусловленного конструкцией этих клетей, затем переставляют в одну из клетей F3-F4 таким образом, что треф меньшего диаметра соответствует муфте привода этих клетей, и эксплуатируют в одной из клетей F3-F4 или с перестановками по клетям F3-F4 до предельного диаметра, обусловленного конструкцией этих клетей, или до предельно допустимого диаметра бочки, обусловленного прочностными свойствами и изгибной жесткостью валка.