Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЧУГУННОГО ВАЛКА СОРТОПРОКАТНОГО СТАНА

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сортопрокатному производству, и может быть использовано на станах горячей прокатки стальных сортовых профилей.

Известен способ эксплуатации валка стана горячей прокатки, включающий монтаж валка, завалку в клеть и прокатку разогретой стальной полосы с подачей на валок охлаждающей воды. При этом чугунный валок имеет следующий химический состав, масс.%:

Недостатки указанного способа состоят в том, что вследствие действия контактных скольжений металла в очаге деформации и температурных циклических нагрузок происходит интенсивный износ валка. Это ухудшает качество прокатываемых стальных полос.

Известен также способ эксплуатации чугунного рабочего валка стана горячей прокатки, включающий его переточку, завалку в клеть и прокатку стальных полос с одновременной подачей охлаждающей жидкости. Валок выполнен из чугуна следующего состава, масс.%:

При таком способе эксплуатации также имеет место интенсивный износ сортопрокатных валков вследствие термической усталости. По мере накопления износа происходит ухудшение качества сортовых профилей.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ эксплуатации чугунного валка сортопрокатного стана, включающий удаление поврежденного слоя и восстановление первоначального профиля валка, т.е. ручьев на его бочке, завалку в клеть и деформирование стальной полосы в калибрах, образуемых ручьями смежных валков, с подачей на ручьи охлаждающей воды. Валок типа СШХН-50 изготовлен из чугуна следующего химического состава, масс.%:

Недостатки известного способа состоят в следующем. После завалки валка из чугуна известного состава в клеть, при прокатке сортового профиля его ручей в очаге деформации подвергается циклическому воздействию высоких температур, контактных давлений и фрикционному износу из-за пластического течения металла при его вытяжке. На выходе из очага деформации ручей резко охлаждается водой. Все это вызывает ускоренный износ валка, образование в нем трещин и отслоений. В результате снижаются стойкость валка и качество сортовых профилей.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении стойкости валка и качества сортовых профилей.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе эксплуатации чугунного валка сортопрокатного стана, включающем восстановление ручьев на его бочке, завалку в клеть и деформирование стальной полосы в калибрах, образуемых ручьями смежных валков, с подачей на ручьи охлаждающей воды, согласно предложению деформирование в калибрах ведут с коэффициентом относительной вытяжки не более 1,35 при температуре полосы 800-1100°С, причем чугун, из которого изготовлен валок, имеет следующий химический состав, масс.%:

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Стойкость чугунного валка сортопрокатного стана определяется комплексом его служебных свойств и условий работы. Поэтому для повышения стойкости валка необходимо одновременно оптимизировать как состав чугуна, так и параметры его нагружения. Валки из чугуна предложенного состава показали наилучшую стойкость против образования термических и усталостных трещин, фрикционного износа, окислительного износа, микросхватываний с металлом в очаге деформации только в случаях прокатки с коэффициентом относительной вытяжки не более 1,35 и температуре полосы 800-1100°С. Указанные ограничения по вытяжке и температуре выполняются при прокатке сортовых профилей из углеродистых, низколегированных и легированных марок сталей в промежуточных и чистовых клетях сортопрокатных станов. Следствием повышения стойкости валка является повышение качества сортовых профилей по точности размеров и отсутствию дефектов поверхности.

Экспериментально установлено, что увеличение коэффициента относительной вытяжки более 1,35 ведет к увеличению длины пути контактного трения в очаге деформации и температуры поверхности ручья из-за удлинения его времени контакта с нагретым металлом. Это приводит к увеличению износа ручья и интенсивности термического удара при попадании на ручей охлаждающей воды. В таких условиях чугун предложенного состава работает неудовлетворительно, снижаются стойкость валка и качество сортовых профилей.

Снижение температуры стальной полосы менее 800°С приводит к росту ее прочностных характеристик и механических нагрузок на прокатный валок, что снижает его стойкость. Повышение температуры полосы более 1100°С вызывает перегрев поверхности ручья и ускоренное образование термических трещин, что недопустимо.

При содержании в чугуне углерода менее 2,8% снижается степень его графитизации. Поскольку графит играет роль технологической смазки, уменьшение его количества увеличивает износ ручья валка. Увеличение содержания углерода более 3,5% приводит к снижению прочностных свойств и разрушению поверхности ручья валка при прокатке.

Кремний обеспечивает необходимую жидкотекучесть при отливке валка и повышает его упругость. Снижение содержания кремния менее 1,2% ухудшает износостойкость валка, а увеличение сверх 1,7% охрупчивает чугун, ведет к образованию сколов на ручье.

Марганец раскисляет чугун, связывает примесную серу в сульфиды, повышает прочность и износостойкость металлической матрицы. Снижение содержания марганца менее 0,35% приводит к повышенному износу ручья валка, а увеличение более 0,7% способствует развитию термических трещин вглубь валка, снижает его стойкость.

Фосфор является элементом, оказывающим при концентрации 0,04-0,11% благоприятное влияние на литейные свойства чугуна. Участки фосфидной эвтектики увеличивают твердость и износостойкость валка. Снижение содержания фосфора менее 0,04% ухудшает равномерность свойств литых валков и их стойкость. Увеличение содержания фосфора более 0,11% способствует развитию термических трещин на ручье валка.

Сера является вредной примесью, она снижает жидкотекучесть чугуна при отливке и ухудшает вязкостные свойства литого валка, поэтому его содержание ограничено величиной 0,16%, при которой отрицательное влияние серы проявляется слабо. При содержании серы в чугуне более 0,16% валок характеризуется неравномерными свойствами и низкой трещинностойкостью.

Хром и никель введены в чугун для повышения термической и фрикционной стойкости ручья валка. При содержании хрома менее 0,2% или никеля менее 2,8% снижается стойкость ручья. Увеличение концентрации хрома более 0,5% или никеля более 3,6% переупрочняет металлическую матрицу, способствуют развитию термических трещин вглубь валка. Это снижает его стойкость.

Молибден и ванадий повышают механическую прочность валка, стойкость против износа. При снижении содержания в чугуне молибдена менее 0,1% или ванадия менее 0,01% ручей валка имеет низкую твердость и износостойкость. Увеличение содержания молибдена более 0,5% или ванадия более 0,03% не приводит к дальнейшему повышению стойкости валка и качества сортовых профилей, а лишь увеличивает стоимость легирующих.

Медь введена для повышения износостойкости ручья валка. Под действием высоких температур в очаге деформации происходит выпаривание меди из приповерхностного слоя валка с образованием разделительного слоя между чугунным ручьем и прокатываемым металлом. При содержании меди менее 0,4% имеет место снижение стойкости валка и ухудшение качества сортовых профилей. Увеличение содержания меди более 0,8% приводит к ослаблению границ кристаллитов в литом чугунном валке и снижению его прочностных свойств, что недопустимо.

Примеры реализации способа

Для прокатки сортовых профилей на среднесортном стане 350 используют чугунные валки с диаметром бочки 400 мм и с химическим составом, приведенным в табл. 1.

Чугунные валки с ручьями в форме полукруга заваливают в 8-ю клеть стана 350. При этом ручьи смежных валков образуют калибр круглой формы. Площадь поперечного сечения полосы перед 8-й клетью составляет S=5770 мм², а площадь поперечного сечения полосы после 8-й клети составляет 4641,7 мм². Таким образом, коэффициент относительной вытяжки А в 8-й клети равен:

Температура полосы при прокатке в 8-й клети равна Т=950°С.

Горячую прокатку сортовых профилей ведут до достижения величины износа ручьев валков 8-й клети, равной 0,1 мм, после чего валки вываливают из клети и восстанавливают форму ручьев переточкой. Переточенные валки вновь заваливают в клеть для прокатки.

Удельный расход валков при этом составляет R=0,20 кг/т (кг на тонну проката) при выходе кондиционной продукции Q=97,5%.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в табл.2.

Из данных, приведенных в табл.1 и 2 следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается повышение стойкости валков и качества сортовых профилей. В этих случаях удельный расход валков минимальный при максимальном выходе кондиционного проката. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также при реализации способа-прототипа (вариант №6) имеет место снижение стойкости валков и качества сортовых профилей.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что одновременная оптимизация режимов эксплуатации и материала обеспечивает наиболее высокую стойкость чугунного валка сортопрокатного стана. Уменьшение износа ручьев валков благоприятно сказывается на качественных показателях сортовых профилей: точности размеров и качестве поверхности. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности сортопрокатного производства на 5-10%.

Литература:

1. Заявка Японии №63174706, МПК В 21 В 27/02, В 21 В 27/00, 1988 г.

2. Заявка Японии №62-160702, МПК В 21 В 27/00, С 22 С 37/00, 1989 г.

3. Н.А.Будагьянц, В.Е.Карсский. Литые прокатные валки. М., Металлургия, 1983 г., с.16-21, 56-61 - прототип.