Способ термической обработки валков прокатных станов Российский патент 2024 года по МПК C21D9/38 C21D1/10 

Изобретение относится к области технологии индукционной термообработки бочек валков прокатных станов под закалку и может найти применение в машиностроении и металлургии.

Наиболее близким по технической сущности является способ термической обработки, включающий закалку бочки валка с индукционного нагрева с помощью индуктора и спрейера при горизонтальном положении валка и отпуск, индукционный нагрев под закалку осуществляют токами с частотой 100-980 Гц, а закалку проводят при поддержании расстояния между индуктором и спрейером, равного не менее 4 мм, перед индукционным нагревом под закалку производят дополнительный подогрев валка до 100-800°С с помощью газовых горелок или/и индуктора, осуществляют вращение валка со скоростью 10-260 об/мин и перемещение индуктора и спрейера вдоль бочки валка со скоростью 0,2-30,0 мм/с, отпуск проводят при 100-250°С в течение 2-180 ч (патент РФ №2163644, МПК C21D 9/38, 1/10, опубликовано в 2001 г.).

Недостатком известного технического решения является необходимость наличия вальцешлифовальных или вальцетокарных станков для обеспечения вращения валка в процессе закалки, что усложняет способ и ухудшает его энергоэффективность.

Технической задачей является повышение энергоэффективности процесса нагрева бочек валков прокатных станов под закалку с обеспечением требуемого качества закаленного слоя.

Техническая задача достигается тем, что, в способе термической обработки валков прокатных станов, включающем индукционную закалку бочки валка токами с помощью основного индуктора и спрейера при поддержании расстояния между ними равным не менее 4 мм и отпуск при 100-250°С в течение 2-180 ч, дополнительный подогрев валка перед индукционным нагревом под закалку, вращение валка со скоростью 10-260 об/мин и перемещение индуктора и спрейера вдоль бочки валка со скоростью 0,2-30,0 мм/с, согласно изобретению, вращение валка, дополнительный подогрев и индукционный нагрев под закалку осуществляют при вертикальном положении валка с применением дополнительного кольцевого индуктора с бегущим электромагнитным полем, питаемого током промышленной частоты 50 Гц, а основной индуктор питают током с частотой 500-4000 Гц.

Технический результат заключается в повышении энергоэффективности процесса нагрева бочек валков прокатных станов под закалку с обеспечением требуемого качества закаленного слоя.

Типовая конструкция валка прокатного стана представляет собой цельнометаллическое изделие, состоящее из следующих основных элементов: бочки (рабочей части)-наиболее ответственной части валка, непосредственно находящейся в соприкосновении с подвергаемым обработке металлом; шеек (опорных частей), расположенных по бокам от бочки, которыми валок опирается на подшипники; приводных концов, которыми оканчиваются шейки, служащих для передачи вращения и соединения валка со шпинделем прокатного стана.

Гарантией хорошего качества закаленного слоя бочки валка прокатного стана является обеспечение требуемой скорости нагрева и распределения температуры по сечению бочки валка, что позволяет уменьшить вероятность возникновения остаточных термических напряжений для чего перед нагревом под закалку бочку валка необходимо предварительно подогревать до 100-800°С, в зависимости от марки стали валка. Для улучшения распределения температуры при предварительном подогреве и закалке осуществляют вращение валка со скоростью 10-260 об/мин, в зависимости от его массогабаритных параметров. Применение дополнительного кольцевого индуктора с бегущим электромагнитным полем позволяет решить задачу предварительного подогрева без использования вальцешлифовальных или вальцетокарных станков, обеспечивающих вращение валка, так как бегущее электромагнитное поле вызывает появление электродинамических сил, которые вращают валок с заданной скоростью. Поскольку дополнительный кольцевой индуктор с бегущим электромагнитным полем питается током промышленной частоты 50 Гц, то глубина проникновения тока в металл, а, следовательно, и глубина нагретого слоя бочки валка будет максимальной. При этом не требуется применять дополнительное оборудование для повышения частоты.

Совместное использование дополнительного кольцевого индуктора с бегущим электромагнитным полем, питаемого током промышленной частоты 50 Гц, и основного индуктора, питаемого током с частотой 500-4000 Гц, в зависимости от необходимой глубины закаленного слоя, способствует более равномерному прогреву бочки валка за счет глубинного нагрева токами частотой 50 Гц и интенсивного поверхностного нагрева токами высокой частоты 500-4000 Гц, что в совокупности обеспечивает требуемое качество закаленного слоя при повышении производительности.

На этапе предварительного подогрева и в процессе индукционного нагрева под закалку осуществляют перемещение обоих индукторов и спрейера вдоль бочки валка со скоростью 0,2-30,0 мм/с, в зависимости от установленной мощности индукторов.

Закалку бочек валков целесообразнее выполнять в вертикальном положении при поддержании расстояния между основным индуктором и спрейером равным не менее 4 мм для того, чтобы избежать искривления оси валка при термической обработке, а также, чтобы вода, сливающаяся от спрейера вниз, не попадала на нижние витки основного индуктора и отдельные участки бочки валка в зоне нагрева, что имеет место при горизонтальном положении валка и, как следствие, снижает качество закалки.

Для транспортировки и установки валка в вертикальное положение можно использовать имеющиеся в наличии подъемно-транспортные механизмы, например, кран-балки, тельферы и др.

С целью снятия остаточных термических напряжений после закалки, валок подвергают отпуску при 100-250°С в течение 2-180 ч. Режимы отпуска зависят от марки стали и массы валка. При небольшой массе валка устанавливается выдержка в 2-25 ч, а при увеличении массы валка время выдержки необходимо увеличивать вплоть до 180 ч. Дальнейшее повышение времени выдержки не приводит к значительному снижению напряжений, увеличивает затраты на отпуск, поэтому является нецелесообразным. Нагрев ниже 100°С не приводит к значительному снижению напряжений, а при отпуске выше 250°С начинает резко падать твердость закаленного слоя.

Пример реализации предложенного способа.

Подлежащий термической обработке валок прокатного стана Дуо-Кварто, изготовленный из стали 9Х, имеющий следующие геометрические размеры: длина валка-2725 мм; диаметр и длина бочки валка 550 мм и 630 мм соответственно, устанавливают в вертикальном положении в закалочную установку, оснащенную подвижной платформой с размещенными на ней основным индуктором, питаемым током с частотой 1000 Гц, и спрейером, а также дополнительным кольцевым индуктором с бегущим электромагнитным полем промышленной частоты 50 Гц. Подвижная платформа имеет возможность с заданной скоростью перемещаться вдоль бочки валка.

Технологический процесс закалки начинают с цикла предварительного подогрева бочки валка до 500°С, для чего подают электропитание на дополнительный кольцевой индуктор с бегущим электромагнитным полем промышленной частоты 50 Гц. Подвижная платформа начинает перемещаться вдоль бочки валка из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение и обратно со скоростью 1,1 мм/с.При этом бегущее электромагнитное поле вызывает появление электродинамических сил, которые приводят валок во вращение со скоростью 30 об/мин. Скоростью вращения валка и температурой его нагрева можно управлять путем изменения силы тока в дополнительном кольцевом индукторе с бегущим электромагнитным полем.

По завершении цикла предварительного нагрева, когда температура на поверхности валка достигнет 500°С, начинают этап индукционного нагрева бочки под закалку. Для этого при включенном дополнительном индукторе с бегущим электромагнитным полем промышленной частоты 50 Гц подают электропитание на основной индуктор от источника с частотой 1000 Гц и включают подачу воды на спрейер для закалки, а после достижения края бочки 900°С подвижная платформа начинает перемещаться вдоль бочки валка из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение со скоростью 1,1 мм/с.

По завершении закалки подвижная платформа опускается вниз в исходное положение, а валок извлекают из установки. После закалки валок помещают в термостат с газовым нагревом или в печь сопротивления, где производят отпуск в защитной газовой среде при температуре 160°С в течение 96 ч.

Преимущества заявленного способа термической обработки валков прокатных станов заключаются в том, что способ не требует наличия вальцешлифовальных или вальцетокарных станков для вращения валка, применения газовых горелок для предварительного подогрева бочки валка, что повышает энергоэффективность процесса закалки с обеспечением требуемого качества закаленного слоя.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к индукционной термообработке бочек валков прокатных станов под закалку. Способ включает индукционную закалку бочки валка токами с помощью основного индуктора и спрейера при поддержании расстояния между ними равным 4 мм и отпуск при 100-250°C в течение 2-180 ч, дополнительный подогрев валка до 100-800°C перед индукционным нагревом под закалку, вращение валка со скоростью 10-260 об/мин и перемещение индуктора и спрейера вдоль бочки валка со скоростью 0,2-30,0 мм/с, при этом вращение валка, дополнительный подогрев и индукционный нагрев под закалку осуществляют при вертикальном положении валка с применением дополнительного кольцевого индуктора с бегущим электромагнитным полем. Технический результат - повышение энергоэффективности процесса нагрева бочек валков прокатных станов под закалку с обеспечением требуемого качества закаленного слоя. 1 пр.

Способ термической обработки валков прокатных станов, включающий индукционную закалку бочки валка токами с помощью основного индуктора и спрейера при поддержании расстояния между ними равным 4 мм и отпуск при 100-250°С в течение 2-180 ч, дополнительный подогрев валка до 100-800°С перед индукционным нагревом под закалку, вращение валка со скоростью 10-260 об/мин и перемещение индуктора и спрейера вдоль бочки валка со скоростью 0,2-30,0 мм/с, отличающийся тем, что вращение валка, дополнительный подогрев и индукционный нагрев под закалку осуществляют при вертикальном положении валка с применением дополнительного кольцевого индуктора с бегущим электромагнитным полем.