18.05.2019
219.017.5533

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К ЭКСПЛУАТАЦИИ ВАЛКОВ ЛИСТОПРОКАТНОЙ КЛЕТИ КВАРТО

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области подготовки к эксплуатации рабочих валков листопрокатных клетей. Задача изобретения – повышение стабильности коэффициента трения в очаге деформации в процессе прокатки и повышение эксплуатационной стойкости валков. Для подготовки к эксплуатации валков листопрокатной клети кварто устанавливают комплект опорных и рабочих валков в клеть, прикладывают к ним усилия взаимного прижатия в плоскости осей валков, составляющее 95-100% усилия прокатки, совместно вращают валки под этой нагрузкой. Перед установкой в клеть рабочие валки шлифуют на шероховатость поверхности бочки, среднее значение которой превышает заданное по технологическим требованиям для прокатки нормативное значение шероховатости на 0,5-0,6 мкм. Кроме того, отшлифованные рабочие валки подбирают в пару с разницей диаметров бочек 2-2,5 мм. Кроме того, отшлифованные рабочие валки подбирают в пару с разницей твердостей их бочек не более 2-3 единиц по шкале Шора. Способ позволяет стабилизировать характеристики шероховатости поверхности рабочих валков в процессе их последующей эксплуатации и увеличить время их стабильной работы более чем в 2 раза. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к способам подготовки к эксплуатации рабочих валков листопрокатных клетей, используемых преимущественно на тонколистовых станах, в частности, - на станах холодной прокатки.

Одной из главных эксплуатационных характеристик рабочих валков стана холодной прокатки является полезно используемая шероховатость поверхности бочки, характеризуемая рядом показателей, самый распространенный из которых - среднее значение микронеровностей профиля Ra, измеряемое профилометрами-профилографами в микрометрах (мкм). Как правило, требуемые нормативные значения Ra задают в технологической инструкции стана в зависимости от варианта технологического режима производства листов, их сортамента и номера рабочей клети, в которую устанавливают валки.

От величины Ra зависит один из важнейших параметров режима прокатки - коэффициент трения в очаге деформации, влияющий на энергосиловые параметры этого режима - усилие, момент и мощность прокатки.

Заданное значение Ra обеспечивают операциями поверхностной обработки валков перед прокаткой - шлифовкой, насечкой, текстурированием и другими. При шлифовке значение Ra зависит от марки и типа шлифовального круга, а также от режима работы вальцешлифовального станка.

Наиболее часто рабочие валки для холодной прокатки шлифуют на шероховатость Ra=0,5-0,6 мкм. Главным недостатком эксплуатации валков, подготовленных по описанной общепринятой технологии, является низкая износостойкость исходной шероховатости поверхности бочки: через 1,5-2 часа после начала процесса прокатки исходная шероховатость рабочих валков Ra=0,5-0,6 мкм уменьшается до значений Ra=0,3-0,35 мкм, а в последующие 2-3 часа - до значений Ra=0,1-0,2 мкм, что не отвечает технологическим требованиям.

Быстрый износ микронеровностей (уменьшение шероховатости) рабочих валков ведет к уменьшению коэффициента трения и снижению усилия прокатки в рабочей клети против расчетных, что имеет и свои отрицательные последствия: нарушается стабильный силовой режим, на который рассчитана конструкция клети, недостаточное усилие прижатия в валковом узле приводит к неустойчивому положению валков в клети и, как следствие, к возникновению резонансных колебаний, “гудению” клети, что вызывает необходимость уменьшения скоростей прокатки, при этом ухудшается качество прокатываемых полос и снижается производительность стана.

Для повышения износостойкости профиля бочки валков ранее были предложены различные способы подготовки их к эксплуатации, задача которых - предварительное поверхностное упрочнение бочки.

Известен способ подготовки к эксплуатации валков листопрокатной клети, в котором поверхностное упрочнение осуществляют посредством обработки поверхности валка с помощью дробеметной установки (см. авторское свидетельство СССР №1424890, кл. В 21 В 28/02, 1988).

Данный способ не позволяет получить необходимую равномерность показателя Ra по всей поверхности бочки, требует большого расхода дроби, кроме того, с его помощью затруднительно обеспечить значения Ra меньше 1 мкм.

Известен способ подготовки к эксплуатации валков прокатной клети, в котором поверхностное упрочнение (наклеп) осуществляют посредством накатки роликом (см. авторское свидетельство СССР №1794513, кл. В 21 В 28/02, 1993).

Данный способ обеспечивает более равномерную шероховатость по поверхности бочки валка, однако при этом крайне сложно обеспечить достаточное, сопоставимое с усилием прокатки усилие прижатия ролика, а следовательно, не достигается и достаточная для существенного повышения износостойкости глубина наклепа.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ подготовки к эксплуатации валков листопрокатной клети кварто, описанный в патенте РФ №2131311, кл. В 21 В 28/02, 1999.

Указанный известный способ включает в себя установку опорных и рабочих валков в клеть, приложение к ним усилия взаимного прижатия в плоскости осей валков, превышающего усилие прокатки, и совместное вращение (обкатку) валков под нагрузкой с регламентированной скоростью и временем вращения.

Принципиальным, существенным недостатком этого способа, выявившимся при его использовании, является то, что он эффективен для упрочнения только опорных валков, а в отношении упрочнения рабочих валков он не дает требуемого эффекта. Это было установлено при эксплуатации валков и объясняется тем, что обкатка с нагрузкой на валки, превышающей усилие прокатки на нерегламентированную, не ограниченную верхним пределом величину (в описании к прототипу указано, что это превышение может составлять до 30-50% от усилия прокатки), приводила к возникновению микротрещин в поверхностном слое бочки рабочих валков из-за его высокой исходной твердости и, как следствие, повышенной хрупкости, а это, в свою очередь, вызывало аварийный выход их из строя в процессе эксплуатации. Поэтому на практике способ-прототип стали применять для обкатки только опорных валков, при этом в паре с ними используют комплект изношенных, выведенных из эксплуатации рабочих валков, которые после обкатки удаляют и для прокатки заваливают в клеть вновь отшлифованные и фактически не обкатанные рабочие валки. Таким образом, задача эффективной обкатки рабочих валков способом-прототипом на практике не решается и по-прежнему требует своего решения.

Другим, менее существенным недостатком способа-прототипа является отсутствие в нем каких-либо указаний на возможность использования дополнительных резервов достижения максимально возможного эффекта упрочнения поверхностного слоя рабочих валков, например, путем регламентации разницы диаметров и твердостей поверхностей бочек рабочих валков.

Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, то есть достижение достаточной по требованиям эксплуатации степени упрочнения поверхностей бочек рабочих валков с получением нужного микрорельефа их поверхности и исключением при этом возникновения микротрещин и, как результат, обеспечение стабильного коэффициента трения в очаге деформации в процессе прокатки и повышение эксплуатационной стойкости рабочих валков.

Указанная задача решается тем, что в способе подготовки к эксплуатации валков листопрокатной клети кварто, включающем установку опорных и рабочих валков в клеть, приложение к ним усилия взаимного прижатия в плоскости осей валков, соизмеримого с усилием прокатки, совместное вращение валков под нагрузкой с регламентированной скоростью и временем вращения, согласно изобретению перед установкой в клеть рабочие валки шлифуют на шероховатость поверхности бочки, среднее значение которой превышает заданное по технологическим требованиям для прокатки нормативное значение шероховатости на 0,5-0,6 мкм, и обкатку ведут при усилии взаимного прижатия валков, не превышающем усилия прокатки, а именно: в диапазоне 95-100% от усилия прокатки.

Кроме того, отшлифованные рабочие валки подбирают в пару с разницей диаметров бочек 2-2,5 мм.

Кроме того, отшлифованные рабочие валки подбирают в пару с разницей твердостей их бочек не более 2-3 единиц по шкале Шора.

Шлифовка рабочих валков на шероховатость, превышающую заданное для прокатки нормативное значение шероховатости Ra на 0,5-0,6 мкм, обеспечит после завершения обкатки заданное для прокатки нормативное значение Ra, так как многочисленные измерения профиля бочки валков до и после обкатки показали, что в результате совместного вращения рабочих валков, прижатых друг к другу с усилием, близким по величине к усилию прокатки (но не превышающим его), исходная высота микронеровностей профиля их бочки уменьшается как раз на 0,5-0,6 мкм. Это связано с тем, что при обкатке происходят смятие, истирание, износ острых пиков микронеровностей, имеющих высоту 0,5-0,6 мкм, микронеровности сглаживаются, площади их опорных поверхностей увеличиваются, и местные контактные напряжения, распределяясь на большей площади, уменьшаются, дальнейшее уменьшение величины микронеровностей приостанавливается. Поэтому после завершения процесса обкатки сглаженный профиль микрогеометрии бочки, имеющий нормативный показатель Ra, заданный для прокатки, сохраняет этот показатель на более длительное время в процессе прокатки по сравнению с не обкатанными рабочими валками. Численные значения рекомендованного превышения величины Ra над нормативной определены с учетом фактической твердости поверхности бочек рабочих валков, составляющей 90-100 по Шору (что значительно выше твердости поверхности бочек опорных валков).

При этом установлено также, что если шлифовать рабочие валки перед обкаткой на шероховатость, превышающую заданное нормативное значение Ra меньше, чем на 0,5 мкм или больше, чем на 0,6 мкм, то после обкатки шероховатость уменьшится на указанную выше величину: 0,5-0,6 мкм, и величина шероховатости окажется меньше или больше нормативной, следовательно, будут нарушены требуемые технологические условия прокатки, и такие валки при установке в клеть будут преждевременно выходить из строя.

Установка усилия взаимного прижатия валков в диапазоне, не превышающем усилие прокатки, конкретно: 95-100% от усилия прокатки позволит надежно предохранить рабочие валки от возникновения микротрещин, которые в противном случае (когда усилие взаимного прижатия нерегламентированно превышает усилие прокатки) могли бы явиться причиной их преждевременного усталостного разрушения во время прокатки.

В то же время диапазон 95-100% обеспечивает близость усилия взаимного прижатия валков при обкатке к рабочему усилию в процессе прокатки, в результате смятие и истирание острых пиков микронеровностей профиля бочки происходит предварительно, заранее, до начала прокатки, и сглаженный профиль во время прокатки будет ввиду этого значительно меньше подвергаться износу в дальнейшем.

Однако значительное отклонение усилия взаимного прижатия валков при обкатке от величины усилия прокатки, как показали исследования, также нежелательно. Если установить величину усилия взаимного прижатия валков при обкатке меньше чем 95% от усилия прокатки, то смятие и истирание острых пиков микронеровностей произойдет на меньшую высоту, чем необходимо, вследствие чего значения Ra в начале процесса прокатки будут выше заданных, а затем под воздействием усилия прокатки в процессе ее произойдет дальнейший неуправляемый износ микронеровностей (уменьшение шероховатости) и в результате из-за нестабильности коэффициента трения нарушится стабильность режима прокатки.

Подбор отшлифованных рабочих валков в пару с разницей диаметров бочек 2-2,5 мм обеспечит способу согласно изобретению дополнительное преимущество, состоящее в том, что в процессе обкатки и силового контакта рабочие валки будут вращаться с разными окружными скоростями бочки.

Действительно, главный привод рабочей клети сконструирован так, что угловые скорости вращения обоих валков со всегда одинаковы, а их окружные скорости равны:

где V1 и V2 - окружные скорости первого и второго валков, м/с;

D1 и D2 - диаметры бочек первого и второго валков, м.

Если D1>D2, то и V1>V2, то есть в силовом контакте рабочих валков будет иметь место не только трение качения, но и трение скольжения, обусловленное относительным проскальзыванием бочек из-за разности скоростей V=V1-V2.

В результате износ, истирание острых пиков микронеровностей бочек валков будут происходить более интенсивно, что позволит сократить время обкатки, необходимое для уменьшения высоты острых пиков до заданного значения Ra. В конечном итоге уменьшится доля вспомогательного и увеличится доля машинного времени в цикле прокатки, то есть возрастет производительность стана.

Следует заметить, что технологическими инструкциями большинства станов холодной прокатки допускается использование при прокатке пары рабочих валков с разностью диаметров бочек до 2 мм. Описываемый способ подготовки валков, ориентируясь в целом на это положение инструкций, использует и незначительно (на 0,5 мм) расширяет допустимый диапазон разности диаметров бочек именно при обкатке, чтобы эффект от трения скольжения при обкатке проявился более четко: при разности диаметров бочек менее 2 мм разность окружных скоростей валков составляет величину менее 0,4%, и эффект от трения скольжения незначителен.

То, что в процессе последующей прокатки указанная разность диаметров бочек рабочих валков сохраняется, не противоречит, как уже сказано, большинству технологических инструкций и, следовательно, по крайней мере, не повлияет в целом отрицательно на технологический режим, так как многие исследования подобных режимов (называемых в теории прокатки “асимметричными”) показали, что они, напротив, только улучшают условия пластической деформации полосы.

Ограничение разности твердостей бочек подбираемых в пару валков значением 2-3 ед. по шкале Шора дает еще одно дополнительное преимущество описываемому способу:

обеспечивается одинаковая скорость износа острых пиков микронеровностей обеих валков в процессе обкатки, в результате перед прокаткой оба валка будут иметь одинаковые значения показателя Ra и процесс прокатки станет более стабильным.

Далее изобретение поясняется на конкретном примере реализации способа.

Способ был осуществлен на 4-й клети 5-клетевого стана “1700” холодной прокатки. Последовательность операций при реализации способа была следующая.

1. Несколько рабочих валков, предназначенных для установки в данную клеть, шлифовали на шероховатость Ra=1,1-1,2 мкм, превышающую заданную нормативную шероховатость рабочих валков для данной клети Ra=0,6 мкм на 0,5-0,6 мкм.

2. Из числа отшлифованных рабочих валков комплектовали в пару валки с разницей диаметров бочек 2-2,5 мм (конкретно: D1=496 мм, D2=493,5 мм) и с разницей твердости поверхностей бочек не более 2 ед. по шкале Шора (конкретно: HSh1=94 ед., HSh2=95 ед.), осуществляли их сборку с подушками и подготавливали к установке в клеть.

3. Заваливали в рабочую клеть с находящимися в ней опорными валками пару подготовленных согласно п.п.1 и 2 рабочих валков;

4. С помощью нажимного устройства валки сдавливали с усилием Р, не превышающим заданного усилия прокатки (в конкретном примере Р=10,5 МИ, что составляет 99% от усилия прокатки), и начинали вращать их с регламентированной окружной скоростью (4-5 м/с), одновременно через коллекторы подавали на валки смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ);

5. Процесс обкатки в режиме, указанном в п.4, продолжали в течение 10-15 мин. После этого в валки задавали полосу и начинали плановую прокатку.

В результате реализации описанного способа подготовки рабочих валков скорость износа микронеровностей (уменьшения шероховатости) валков уменьшилась в 2,4 раза по сравнению с износом рабочих валков, предварительно якобы обкатанных по способу-прототипу, а фактически не подвергшихся обкатке. Это позволило вести устойчивый, эффективный процесс прокатки без нарушений его стабильности на скорости 17-18 м/с в течение 7 часов, в то время как на валках, подвергавшихся обкатке по способу-прототипу, такой процесс вели на скоростях 13-15 м/с в течение 3 часов, после чего из-за износа микронеровностей (изменение шероховатости) на поверхности бочек валков вынуждены были снизить скорость до 10-12 м/с, так как уменьшение коэффициента трения в очаге деформации привело к возникновению вибраций в указанной 4-й клети, которые прекратились только после нежелательного снижения скорости прокатки.

Результаты обкатки рабочих валков по описанному способу и сравнение этих результатов с эксплуатационными характеристиками рабочих валков, не подвергавшихся обкатке по описанному способу, приведены ниже.

В таблице 1 показаны данные по динамике износа микронеровностей (изменению шероховатости) в процессе эксплуатации рабочих валков, подготовленных к эксплуатации по способу-прототипу.

Таблица 1.
Изменение шероховатости рабочих валков, подготовленных к эксплуатации по способу-прототипу, в зависимости от длины прокатываемой полосы и от времени
Шероховатость рабочих валков, мкм0,60,50,40,350,30,30,3
Время с начала завалки, час: мин0:001:141:522:253:264:535:53
Длина полосы, км021,647,772,6122179220,4

Из таблицы 1 видно, что первоначальная шероховатость Ra=0,6 мкм снизилась в течение первых 2,5 часов после перевалки (после прокатки примерно 73 км полосы) до уровня 0,35 мкм, а еще через 1 час до уровня 0,3 мкм. Это привело к тому, что скорость прокатки 15-20 м/с, которую установили после перевалки, примерно через 3 часа работы снизили из-за возникновения вибраций до 14-15 м/с.

Для уменьшения износа микронеровностей рабочих валков 4-й клети был разработан и реализован специальный режим их подготовки (обкатки), состоящий из следующих операций:

подбор валков в пару с разницей диаметров 2 мм;

шлифовка их на шероховатость Ra=1,1-1,2 мкм;

обкатка их в рабочей клети с усилием 10-11 МН (1000-1100 тс) на заправочной скорости в течение 15-20 мин.

Данные по динамике износа микронеровностей (изменению шероховатости) в процессе эксплуатации рабочих валков, подготовленных к эксплуатации по способу согласно изобретению показаны в таблице 2.

Таблица 2.
Изменение шероховатости рабочих валков, подготовленных к эксплуатации по описываемому способу, в зависимости от длины прокатываемой полосы и от времени
Шероховатость рабочих валков, мкм0,60,60,550,450,40,35
Время с начала завалки, час: мин0:000:421:202:103:055:45
Длина полосы, км0245384120178

Из таблицы 2 видно, что после обкатки по описываемому способу рабочий валок приобретает требуемую нормативную шероховатость 0,5-0,6 мкм, а шероховатость рабочих валков снизилась до значения 0,35 мкм не через 2 ч 25 мин, а через 5 ч 45 мин, т.е. время стабильной работы валков увеличилось более чем в 2 раза.

В результате в конце кампании рабочих валков через 6 часов после завалки прокатка происходила без возникновения нежелательных вибрационных процессов в клетях, на сортаменте толщиной 0,3-0,5 мм с предусмотренными высокими скоростями 15-20 м/с.

1.Способподготовкикэксплуатациивалковлистопрокатнойклетикварто,включающийустановкуопорныхирабочихвалковвклеть,приложениекнимусилиявзаимногоприжатиявплоскостиосейвалков,соизмеримогосусилиемпрокатки,исовместноевращениевалковподнагрузкойсрегламентированнойскоростьюивременемвращения,отличающийсятем,чтопередустановкойвклетьрабочиевалкишлифуютнашероховатостьповерхностибочки,среднеезначениекоторойпревышаетзаданноепотехнологическимтребованиямдляпрокаткинормативноезначениешероховатостина0,5-0,6мкм,иобкаткуведутприусилиивзаимногоприжатиявалков,непревышающемусилияпрокатки,аименновдиапазоне95-100%отусилияпрокатки.12.Способпоп.1,отличающийсятем,чтоиспользуютотшлифованныерабочиевалкисразницейдиаметровихбочеквпаре2-2,5мм.23.Способпоп.1,отличающийсятем,чтоиспользуютотшлифованныерабочиевалкисразницейтвердостиихбочеквпаренеболее2-3единицыпошкалеШора.3
Источник поступления информации: Роспатент

Всего документов: 91
Всего документов: 58

Похожие РИД в системе