Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЧУГУННЫХ РАБОЧИХ ВАЛКОВ

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при эксплуатации чугунных рабочих валков диаметром 750-950 мм в непрерывных чистовых группах клетей кварто листовой горячей прокатки.

Известен способ эксплуатации S-образных рабочих валков листовых клетей кварто горячей прокатки, включающий их вывалку из клети, измерение температуры поверхности по длине бочки валка не менее чем в трех точках, шлифование бочки по плавной вогнутой образующей с учетом поправки, определяемой по результатам измерения температуры [1].

Известен также способ эксплуатации чугунных рабочих листопрокатной клети кварто горячей прокатки, включающий их вывалку из клети, охлаждение, черновое шлифование, чистовое шлифование по плавной вогнутой образующей с учетом тепловой поправки, с подачей к валкам смазочно-охлаждающей жидкости, и последующую завалку в клеть [2].

Недостатки известных способов состоят в том, что они не пригодны для подготовки к работе валков с условно цилиндрической формой бочки. Кроме того, только измерение температуры на поверхности бочки не позволяет точно определить текущее значение тепловой выпуклости валка, которая в процессе его шлифования изменяется. Это снижает качество полос, приводит к увеличению их неплоскостности и искажениям формы поперечного сечения.

Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению является способ подготовки рабочих валков широкополосного стана горячей прокатки, включающий их вывалку из клети, измерение температуры по длине бочки валка, шлифование с профилированием по плавной вогнутой образующей с учетом тепловой поправки на расчетный профиль, с подачей к валкам смазочно-охлаждающей жидкости, и последующую завалку в клеть, причем величину тепловой поправки устанавливают по математическим зависимостям с учетом средневзвешенной ширины проката и времени между перевалкой и шлифовкой [3].

Недостатки известного способа состоят в следующем. Охлаждение чугунных рабочих валков диаметром 750-900 мм листопрокатной клети кварто до начала шлифования происходит в течение 10-18 ч. По этой причине для бесперебойной подготовки перешлифованных рабочих валков в эксплуатации одновременно необходимо иметь их 3÷4-кратный запас. Это приводит к «замораживанию» средств, израсходованных на их приобретение, следствием чего является повышение себестоимости производства листового проката. Кроме того, не учет постоянного изменения температуры рабочих валков в процессе шлифования приводит к нарушению оптимальной формы вогнутой образующей бочки. В результате искажается профиль поперечного сечения полос, появляется неплоскостность, ухудшается их качество.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении количества рабочих валков, находящихся в эксплуатации, при одновременном повышении качества горячекатаных полос.

Для решения технической задачи в известном способе эксплуатации рабочих валков чистовой группы листопрокатных клетей кварто горячей прокатки, включающем вывалку валка из клети, измерение температуры по длине бочки валка, шлифование с профилированием по плавной вогнутой образующей с учетом тепловой поправки к заданному значению вогнутости образующей линии, с подачей к валкам смазочно-охлаждающей жидкости, и последующую завалку в клеть, согласно изобретению тепловую поправку устанавливают по соотношению:

δ=(k₁·947,2·Δt-k₂·4,486·Δt²-k₃·876,4)·10^-5 (мм),

где k₁=1,0-1,4 (мм/°C); k₂=1,0-1,4 (мм/°C²); k₃=1,0-1,4 (мм) - коэффициенты, зависящие от номера клети чистовой группы, в которой установлен рабочий валок;

t_c - температура поверхности на середине бочки валка, °C,

t₁ и t₂ - температура поверхности на концевых участках бочки валка, °C,

при этом удельный расход смазочно-охлаждающей жидкости устанавливают равным 1-8 л/мин.

Сущность изобретения состоит в следующем. Сокращение в 1,5-2 раза количества чугунных рабочих валков, вовлеченных в производственный процесс, может быть достигнуто за счет их шлифования в горячем состоянии. Причем для определения температурной поправки имеет значение не само значение температуры, а разность температур на краю бочки и в ее середине, что характеризует величину тепловой выпуклости образующей линии.

Исходный тепловой профиль рабочего валка перед шлифованием существенно зависит от порядкового номера клети чистовой группы, в которой он эксплуатировался. Кроме того, в процессе шлифования, проводимого с подачей смазочно-охлаждающей жидкости, происходит непрерывное изменение температурного поля валка, обусловленное его разогревом от трения с абразивным кругом и охлаждением при поливе смазочно-охлаждающей жидкостью. Учесть все факторы, влияющие на профиль рабочего валка в процессе его шлифования в нагретом состоянии, с достаточной для практического использования точностью, оказалось возможным путем экспериментальных исследований влияния перечисленных параметров на фактическую форму образующей линии после охлаждения валка до комнатной температуры.

Исходя из экспериментальных исследований параметров состояния и шлифования горячих чугунных рабочих валков диаметром 750-950 мм, вываленных из различных клетей чистовой группы (номер клети чистовой группы, продолжительность паузы перед шлифованием, исходное распределение температуры по поверхности бочки, обобщенный режим шлифования с подачей смазочно-охлаждающей жидкости, ее удельный расход), опытным путем было определено значение тепловой поправки, величина которой определяется эмпирическим уравнением:

δ=(k₁·947,2·Δt-k₂·4,486·Δt²-k₃·876,4)·10^-5.

При этом, как показали эксперименты, для предпоследней и последней клетей чистовой группы эмпирические коэффициенты k₁; k₂; k₃ принимают минимальное значение k₁=1,0 (мм/°C); k₂=1,0 (мм/°C²); k₃=1,0 (мм), а для первой и второй клетей - максимальное значение k₁=1,4 (мм/°C); k₂=1,4 (мм/°C); k₃=1,4 (мм). Для промежуточных клетей чистовой группы k₁=1,2 (мм/°C); k₂=1,2 (мм/°C²); k₃=1,2 (мм).

Экспериментально установлено, что при снижении удельного расхода смазочно-охлаждающей жидкости менее 1 л/мин при шлифовании горячего чугунного валка на его бочке образуются дефекты в виде прижогов, сопровождающихся локальным разупрочнением и разрушением поверхности бочки. Валки с прижогами перешлифовывают, что увеличивает их расход. Увеличение удельного расхода более 8 л/мин приводит к дополнительному локальному охлаждению и искажению формы образующей бочки. Это увеличивает неплоскостность горячекатаных полос.

Примеры реализации способа

1. На непрерывном широкополосном стане 2000 горячей прокатки для обеспечения высокой плоскостности полос при минимальной поперечной разнотолщинности в последней, 7-й клети чистовой группы, используют чугунные рабочие валки диаметром D_н=800 мм, которые в холодном состоянии, т.е. при температуре +20°C, профилируют по оптимизированной плавной вогнутой образующей линии в виде ветви параболы с амплитудой вогнутости δ_з=0,50 мм.

На вываленном из 7-й клети рабочем валке производят измерение температуры поверхности бочки в трех точках: на левом краю бочки t₁=61°C; в средней части t_c=80°C; на правом краю бочки t₂=59°C.

По результатам измерений рассчитывают разность температур:

С учетом того, что для чугунных рабочих валков последней клети чистовой группы эмпирические коэффициенты k₁=1,0 (мм/°C); k₂=1,0 (мм/°C); k₃=1,0 (мм), производят расчет тепловой поправки:

δ=(1·947,2·Δt-1·4,486·Δt²-1·876,4)·10^-5=(1·947,2·20-1·4,486·20²-1·876,4)·10⁵=0,16 (мм).

Вываленный из клети горячий рабочий валок без охлаждения до комнатной температуры устанавливают на вальце-шлифовальном станке и производят его черновое шлифование (обдирку) и чистовое шлифование (профилирование) вращающимся абразивным кругом. В процессе шлифования в зону резания подают смазочно-охлаждающую жидкость с удельным расходом q=4,5 л/мин, в качестве которой используют 0,5-1,7%-ный раствор кальцинированной соды в воде. Профилирование бочки неостывшего валка производят по плавной вогнутой образующей в виде ветви параболы с амплитудой вогнутости δ_г, с учетом тепловой поправки δ, учитывающей увеличение вогнутости до ее оптимального заданного значения δ_з по мере остывания валка:

δ_г=δ_з-δ=0,50-0,16=0,34 (мм).

После полного охлаждения рабочего валка производят контрольное измерение максимального значения вогнутости, которая в результате термического сужения снижается до заданного значения δ_з=0,50 мм.

Отшлифованный валок заваливают в паре с таким же рабочим валком в 12-ю клеть стана и осуществляют горячую прокатку полос из углеродистых сталей толщиной от 1,0 до 12,0 мм.

При промышленной реализации предложенного способа в экспериментах осуществляли варьирование удельного расхода смазочно-охлаждающей жидкости, подаваемой в зону резания при шлифовании, и оценивали его эффективность. Результаты представлены в таблице. Из данных, представленных в таблице, следует, что при удельном расходе смазочно-охлаждающей жидкости q=1-8 л/мин достигаются наилучшие показатели стойкости валков и качества горячекатаных полос.

2. Изношенный чугунный рабочий валок вываливают из 1-й клети чистовой непрерывной группы и производят измерение температуры в трех точках на его бочке: на левом краю t₁=69°C, в средней части t_c=90°C и на правом краю t₂=71°C. Затем рассчитывают усредненную разность температур на краях бочки и в середине:

.

Для шлифования горячего валка по предложенной формуле производят расчет тепловой поправки δ, принимая во внимания, что для первых клетей чистовой группы эмпирические коэффициенты k₁=1,4 (мм/°C); k₂=1,4 (мм/°C²); k₃=1,4 (мм):

δ=k·(947,2·Δt-4,486·Δt²-876,4)·10^-5=

=1,4·(947,2·20-4,486·20²-876,4)·10^-5=0,23 мм.

Вываленный из клети неостывший рабочий валок устанавливают на вальце-шлифовальном станке и производят его черновое шлифование (обдирку) и чистовое шлифование (профилирование) вращающимся абразивным кругом с подачей смазочно-охлаждающей жидкости при ее удельном расходе q=6,0 л/мин.

Для получения прокатываемых полос с высокой плоскостностью чугунный рабочий валок 1-й клети чистовой группы при комнатной температуре +20°C должен иметь оптимальный профиль в виде плавной вогнутой образующей линии (параболы) с амплитудой вогнутости δ_з=0,60 мм.

Профилирование бочки неостывшего рабочего валка производят с учетом тепловой поправки δ по плавной вогнутой образующей в виде ветви параболы с амплитудой вогнутости δ_г, учитывающей увеличение вогнутости до ее оптимального значения 53 по мере остывания валка:

δ_г=δ_з-δ=0,60-0,23=0,37 (мм).

После завершения шлифования рабочий валок вновь заваливают в 1-ю клеть непрерывной чистовой группы и производят горячую прокатку полос. Благодаря тому что рабочий валок в результате шлифования приобретает оптимальную профилировку, прокатанные полосы имеют минимальную неплоскостность.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что измерение фактической температуры бочки валка в трех точках перед шлифованием и расчет тепловой поправки к заданному значению вогнутости образующей линии по предложенной эмпирической формуле позволяет реализовать шлифование чугунных рабочих валков непрерывной чистовой группы клетей в горячем состоянии, не дожидаясь их охлаждения до комнатной температуры. Благодаря этому общий оборотный парк рабочих валков стана 2000, одновременно находящихся в эксплуатации, может быть сокращен на 15-20%. Это позволяет экономить «замороженные» оборотные средства предприятия и обеспечивает повышение рентабельности производства горячекатаной листовой стали на ~3%.

Литература

1. Патент Российской Федерации №2301123, МПК B21B 28/00, 2007 г.;

2. Л.И. Боровик, А.И. Добронравов. Технология подготовки к эксплуатации валков тонколистовых станов. М., Металлургия, 1984 г., с.40-44, 86-87;

3. Авт. свид. СССР №1600881, МПК B21B 28/02, 1990 г.