Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАБОЧЕГО ВАЛКА

Изобретение относится к листопрокатному производству и может быть использовано для эксплуатации рабочих валков четырехвалковых клетей станов холодной прокатки.

Известен способ эксплуатации рабочего валка непрерывного четырехвалкового стана холодной прокатки. Способ включает в себя чередование завалок рабочего валка в клети с перешлифовками. По мере износа валка и перешлифовки, валок переставляют по клетям, начиная с последней против направления прокатки [Полухин П.И. и др. Тонколистовая прокатка и служба валков. - М.: Металлургия, 1967, с.284-285].

Недостаток известного способа состоит в низкой стойкости рабочего валка.

Известен также способ эксплуатации рабочего валка, включающий его работу в клети, определение величины износа и перешлифовку со съемом 1,7-2,2 от максимальной величины износа. По мере уменьшения диаметра и твердости валок переставляют против направления прокатки из чистовых клетей в черновые [Авт. Свидетельство СССР №1342549, МПК В 21 В 202, 1987].

Указанный способ также не гарантирует высокой стойкости валка, но затрудняет эксплуатацию валкового хозяйства прокатного отделения. Для его реализации необходим тщательный замер профиля каждого изношенного валка, что требует больших затрат времени.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ эксплуатации рабочего валка непрерывного многоклетьевого стана, включающий чередование его работы в клетях стана с перешлифовками и перестановками по клетям, начиная с последней, по мере снижения твердости бочки, отличающийся тем, что перестановку производят при снижении твердости бочки на 1-4 ед. HSD, причем после работы в последней клети валок переставляют во вторую клеть и далее последовательно по клетям по направлению прокатки и завершают его эксплуатацию после перестановки из предпоследней в первую клеть стана [Патент РФ №2131312, МПК В 21 В 28/02, Опубл. 10.06.99 г. Бюллетень №16] - прототип.

Указанный способ также не обеспечивает достижение требуемой задачи, связанной с повышением стойкости валка из-за трудностей при его практической реализации и ограниченной области применения.

Недостатки известного способа заключаются в следующем.

1. Использование данного способа значительно усложняет эксплуатацию валков в связи с необходимостью контроля на каждом валке твердости бочки. Замер твердости валка - это дополнительная операция. Ее нельзя производить после вывалки валков из клети по причине известного наклепа поверхности бочки валка и износа его поверхности, полученных при работе в клети. В обоих случаях возможны неточности замера. Следовательно, производить замеры необходимо на вальцешлифовальных станках (ВШС) после окончания цикла шлифовки. На выполнение такого замера требуется от 6 до 10 минут, что дополнительно удлиняет на указанное время цикл шлифования валка и снижает производительность ВШС. Введение в технологию тотального замера твердости всех валков влечет за собой необходимость дополнительного увеличения штата вальцешлифовальной мастерской (ВШМ) для выполнения этой операции.

Кроме того, рабочий валок для каждой клети имеет свою индивидуальную профилировку. Как было указано выше, замер твердости валков можно производить только после окончания их шлифования, т.е. после придания валку требуемой профилировки и если после замеров выявится, что его твердость снизилась более чем на 1-4 ед. HSD, то потребуется дополнительная непроизводительная перешлифовка этого валка на другую профилировку, для другой клети.

Следует также отметить, что подавляющее количество моделей и типов твердомеров оставляет на поверхности бочки шлифованного валка следы от замеров, что также может служить причиной еще одной дополнительной перешлифовки.

2. Второй недостаток известного способа заключается в трудности обеспечения условия перестановки валков по узкому диапазону изменения твердости 1-4 ед. HSD, соизмеримому с ошибкой (±2 ед. HSD) замера твердости шариковыми твердомерами. В этих условиях нет полной гарантии соблюдения правильности выполнения указанного условия перестановки валка в следующую клеть.

3. Третий недостаток известного способа заключается в снижении диапазона его применимости при использовании на стане валков, изготовленных с применением современных технологий закалки (изготовленных на фирмах "НКМЗ", "Stemhoff, "JSW" и др.), у которых на глубину более половины глубины рабочего слоя твердость равномерная (ее изменение не превышает 2 ед. HSD). Для этих валков известный способ не применим. Область применения известного способа - для валков с глубиной рабочего слоя не более 50 мм.

4. Начало эксплуатации рабочего валка с последней клети непрерывного стана холодной прокатки, усилие прокатки в которой находится на уровне остальных клетей стана не способствует релаксации внутренних напряжений, образовавшихся в процессе закалки на заводе-изготовителе валков при термической обработке. Следствием этого является снижение стойкости валка.

Предлагаемый ниже способ эксплуатации рабочего валка устраняет вышеупомянутые недостатки.

Техническая задача изобретения состоит в дальнейшем повышении стойкости валков при упрощении способа перестановки валков по клетям непрерывного и дрессировочного станов, решается техническая задача за счет регламентации момента перестановки валков по клетям станов исходя из глубины выработанного при перешлифовках рабочего слоя валка, чем достигается технический эффект повышения стойкости прокатного валка и снижения его удельного расхода на 1 т холоднокатаного проката.

Здесь и далее по тексту под глубиной рабочего слоя валка (на радиус или диаметр) понимают разницу между радиусами (диаметрами) нового рабочего валка перед первой его завалкой в стан и выводимого из эксплуатации валка при последней его завалке.

Задача решается тем, что при эксплуатации рабочего валка, включающем чередование его работы в клетях непрерывного пятиклетьевого и дрессировочного станов с перешлифовками и перестановками по клетям, начиная с рабочей клети дрессировочного стана, по мере сошлифовки рабочего слоя согласно изобретению перестановку валка в пятую клеть непрерывного стана производят после выработки и сошлифовки максимум 14% глубины рабочего слоя, после работы валка в последней клети стана, где он эксплуатируется до выработки 15-28% рабочего слоя, его переставляют во вторую клеть, где он эксплуатируется до 29-39% выработки рабочего слоя, после чего валок переставляют в третью клеть непрерывного стана, где его эксплуатируют по достижению 40-50% выработки рабочего слоя и переставляют в четвертую клеть, где он эксплуатируется до 51-80% выработки рабочего слоя. Свою эксплуатацию валок заканчивает в первой клети стана и выводится из эксплуатации либо по полностью выработанному рабочему слою, либо по минимальному конструктивному диаметру.

Известное и предложенное технические решения имеют следующие общие признаки.

1. Оба технических решения являются способами эксплуатации рабочего валка.

2. Оба технических решения предполагают чередование работы валка в клетях непрерывного стана с перешлифовками.

3. Маршрут движения валков по клетям непрерывного стана (применительно к пятиклетьевому стану) в обоих технических решениях одинаков: 5→2→3→4→1.

Отличия предложенного способа от прототипа заключаются в следующем:

1. Эксплуатацию вновь введенного в эксплуатацию рабочего валка начинают не с пятой клети непрерывного стана, а с рабочей клети дрессировочного стана (при условии, что диаметр рабочих валков дрессировочного стана конструктивно равен диаметру рабочих валков непрерывного стана). Малое обжатие при дрессировке (<2.5%), возможность релаксации внутренних напряжений и низкая вероятность обрыва полосы обеспечивают валку относительно легкие и безопасные условия эксплуатации по достижению максимум 14% выработки активного рабочего слоя. По прототипу эксплуатацию валка начинают с последней клети непрерывного стана с небезопасными для валка условиями эксплуатации, что может снизить его стойкость.

2. Перевод валка в последнюю клеть непрерывного стана из дрессировочного и каждую последующую перестановку валков по клетям непрерывного стана производят по достижению заданного процента выработки рабочего слоя, установленного опытным путем, что исключает процедуру замера твердости всех заваливаемых в клети валков (как это выполняется по прототипу) со всеми упомянутыми выше недостатками и упрощает эксплуатацию валкового хозяйства.

3. Эксплуатацию валка в первой клети стана продолжают до достижения минимального конструктивного диаметра, а не до полной выработки рабочего слоя (если валок прокален на большую глубину).

Указанные отличительные признаки проявляют во всей совокупности новые свойства, не присущие им в известных совокупностях признаков, и состоящие в повышении стойкости прокатного валка при упрощении процедуры перестановки валков по клетям станов и более широкой области применения способа.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.

Маршрут перестановок валков по клетям стана должен обеспечивать решение следующих задач: обеспечивать высокое качество поверхности прокатываемых полос, высокую стойкость валка, не лимитировать производительность стана по сниженной линейной скорости валков предпоследней клети из-за малых их диаметров, особенно если прокатку в последней клети стана производят с малыми обжатиями и линейная скорость полосы в последней клети стана незначительно отличается от скорости предпоследней клети.

Кроме естественного износа валок при эксплуатации в клетях стана получает различные повреждения (навары, порезы, наколы) вследствие травмирования его бочки при обрывах полосы. Для удаления вышеупомянутых дефектов необходимо незапланированно снимать с бочки валка значительные объемы рабочего слоя. Следует принять во внимание и тот факт, что при снижении твердости бочки валка глубина проникновения повреждений вглубь валка уменьшается.

Вероятность обрыва полосы в межклетьевых промежутках непрерывного стана увеличивается с ростом номера межклетьевого промежутка при движении по линии стана от первой клети к пятой. По этой причине целесообразно для повышения стойкости валка устанавливать его в первые по ходу стана клети. С другой стороны - в последней (чистовой) клети стана необходимо иметь валки с максимальной твердостью, противостоящей появлению отпечатков на поверхности бочки валка и для обеспечения высокого качества поверхности полос.

Операция дрессировки холоднокатаных полос является отделочной операцией. По этой причине новые валки с максимальной твердостью устанавливают в дрессировочный стан. Кроме обеспечения высокого качества поверхности холоднокатаных полос, это способствует релаксации внутренних напряжений, образовавшихся в валках при закалке на заводе-изготовителе валков в ходе термической обработки и не устраненных полностью при вылеживании валков до ввода их в эксплуатацию.

Там валки эксплуатируются в сравнительно безопасных условиях (низкая вероятность обрывов, малые контактные нагрузки) по достижению максимум 14% съема рабочего слоя. В ходе эксплуатации достигается максимум релаксации внутренних напряжений в теле валков.

После эксплуатации в дрессировочном стане такой валок имеет твердость бочки, практически равную твердости бочки вновь введенного в эксплуатацию валка, и его переставляют в пятую клеть непрерывного пятиклетьевого стана.

По мере эксплуатации валка в последней клети стана из-за обрывов полосы и травмирования поверхности валка в активном слое бочки валка происходит накопление усталостных напряжений. Если валок далее эксплуатировать в этой клети, то поверхность валка начнет разрушаться, его стойкость и качество холоднокатаных полос снизятся. Однако в процессе работы в перерывах между завалками валок перешлифовывается, часть поврежденного слоя снимается и это устанавливает определенный паритет между накоплением внутренних напряжений и их релаксацией. Экспериментально установлено, что если продолжать работу валка в пятой клети стана до использования более чем 28% рабочего слоя, удаляемого при перешлифовках, то в теле валка произойдет необратимое накопление внутренних напряжений, которое может привести к его поломке, отслою и преждевременному выводу из эксплуатации.

Во избежание этого после работы в пятой клети и сошлифовки свалка 15-28% рабочего слоя валок переводят во вторую клеть стана, работающую при более низких скоростях, обжатиях и меньшем уровне контактных напряжений.

При работе во второй клети валок не получает повреждений, сохраняя высокую твердость, т.к. вероятность обрывов полосы в первом межклетьевом промежутке из-за большой толщины полосы минимальна. Для наиболее полного удаления накопленных усталостных напряжений и повреждений валок эксплуатируют в этой клети, чередуя завалки с перешлифовками до удаления с бочки сошлифовкой 29-39% рабочего слоя. Затем валок переводят в третью клеть стана. Вероятность повреждения поверхности валка в этой клети несколько возрастает, но валок потерял уже до 39% своего рабочего слоя, твердость его уменьшилась, а следовательно, глубина проникновения повреждений бочки валка, получаемая им при возможных обрывах полосы, уменьшается. К тому же, по мере эксплуатации валка следы повреждений постепенно сошлифовываются, что не дает возможности значительно увеличиться внутренним напряжениям. Эксплуатацию валка в третьей клети стана продолжают по достижении 40-50% общего съема активного рабочего слоя валка, после чего валок переводят в четвертую клеть стана. Экспериментально подтверждено, что при увеличении съема рабочего слоя с поверхности валка свыше 50% твердость бочки валка уменьшается до величины меньшей 90 ед. HSD, и он уже не пригоден для эксплуатации в предпоследней клети непрерывного стана.

При выполнении данного условия по указанному проценту сошлифовки рабочего слоя в четвертую клеть стана валок поступает с высокой твердостью (более 90 ед. HSD), достаточной для обеспечения качества поверхности холоднокатаных полос и имеющей до 50% активного рабочего слоя, в меньшей степени склонного к хрупкому повреждению. Поскольку именно на этом участке кривой изменения твердости бочки валка от глубины рабочего слоя начинается интенсивное снижение твердости бочки, валок эксплуатируют только до достижения съема 51-80% от глубины рабочего слоя валка, в зависимости от технологии закалки валков, принятой на заводе-изготовителе. Дальнейшая эксплуатация валка в этой клети привела бы к ухудшению качества поверхности холоднокатаных полос из-за значительного снижения его твердости. Кроме того, из-за снижения его диаметра при перешлифовках возможно ограничение максимальной скорости прокатки и снижение производительности стана, т.к. в случае малого обжатия в последней клети стана разница скоростей между последней и предпоследней клетями стана незначительна и фактически четвертая клеть стана определяет максимальную скорость прокатки. Поэтому валок переводят в первую клеть, где он полностью вырабатывает закаленный слой. Уровень контактных напряжений в первой клети невысок, т.к. она обжимает горячекатаную ненаклепанную полосу, уменьшение твердости валка на качество поверхности прокатываемых полос существенного влияния не оказывает. В ней валок эксплуатируется с перешлифовками и завалками до полного удаления сошлифовкой (в ходе эксплуатации валка) рабочего слоя или выводится из эксплуатации по достижению минимального конструктивного диаметра, если валок прокален на большую глубину.

Все вышеперечисленное свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "существенных отличий".

Пример реализации изобретения

Два новых рабочих валка с диаметром бочки 615 мм и глубиной закаленного слоя 70 мм на диаметр по сертификатным данным завода-изготовителя (НКМЗ) заваливают в рабочую клеть дрессировочного стана 2030 и производят дрессировку холоднокатаных отожженных полос толщиной 0,5-2.5 мм с периодическими перешлифовками. Рабочий слой валков при этом составляет 615/2-550/2=65 мм на диаметр, где 550 мм - минимальный конструктивный диаметр валка.

После 18 перешлифовок глубина рабочего слоя валка уменьшается на 9 мм по диаметру или на 13.8% и валки переставляют в пятую клеть непрерывного пятиклетьевого стана 2030, где продолжают эксплуатацию с периодическими перешлифовками. Диаметр валков на момент перестановки валков в пятую клеть составил 606.0 мм.

За время эксплуатации валков в пятой клети стана выполняют 18 перешлифовок. Диаметр валков при этом уменьшается до 597.0 мм. Общий съем рабочего слоя при перешлифовках с момента начала эксплуатации валков составил 18.0 мм на диаметр или 27.7%. В ходе эксплуатации валков они получили повреждения поверхности и дальнейшая их эксплуатация в условиях высоких скоростей и высоких контактных нагрузок могла привести к усталостному разрушению поверхности и преждевременному выводу валков из эксплуатации. Во избежание этого валки из пятой клети переставляют во вторую клеть стана и продолжают их эксплуатацию. После 29 перешлифовок валков и общего съема рабочего слоя валков в 25.2 мм по диаметру или 38.8% валки приобрели диаметр, равный 589.8 мм. Поврежденный при работе в пятой клети стана участок рабочего слоя оказался полностью удален при перешлифовках. Поскольку общий съем активного рабочего слоя с валка составил по 38.8% их переводят в третью клеть стана. При эксплуатации валки в третьей клети претерпевают 2 обрыва полосы и их поверхность частично травмируется. Однако за счет уменьшения твердости бочки валка обрывы полосы перед третьей клетью не вызывают глубокого повреждения их рабочего слоя и за счет постепенного съема повреждений при перешлифовках дополнительные внутренние напряжения в теле валка не накапливаются. Работу валка в третьей клети чередуют с перешлифовками. После 16 перешлифовок диаметр валков уменьшается до 582.6 мм. По окончании эксплуатации валков в клети общая глубина сошлифованного слоя составила 32.4 мм или 49.8% от первоначальной глубины рабочего слоя и валки переводят в четвертую клеть стана. Работу валков в клети также чередуют с перешлифовками с уменьшением диаметра до 567 мм. После 31 перешлифовки общий съем наклепанного слоя составил 73.8%. Факультативно проведенный замер твердости показал, что она снизилась до 86 ед. HSD. Дальнейшая эксплуатация валка в этой клети привела бы к ухудшению поверхности холоднокатаных полос и в первую очередь по дефекту "отпечатки" из-за пониженной твердости поверхности бочек валков и возможности продавов и травмирования поверхности валков при высоком уровне контактных напряжений в очаге деформации клети из-за высокого наклепа прокатываемого металла.

По этой причине (из-за невозможности дальнейшей эксплуатации валков без снижения качества поверхности холоднокатаных полос) валки были переведены в первую клеть стана. В первой клети стана эксплуатацию валков осуществляли по достижению минимального конструктивного диаметра 550 мм и были списаны в металлолом. При указанном способе эксплуатации валков удельный расход валков на 1 т проката составил 1.0 кг/т.

Другие варианты реализации способа, включая рассмотренный выше, и показатели их эффективности приведены в таблице.

Как следует из данных, приведенных в таблице, наименьший удельный расход валков на 1 т проката (0,79-1.0 кг/т) и средний процент отсортировки холоднокатаных полос по дефектам поверхности (0.1-0.32%) обеспечивают заявляемый способ эксплуатации рабочего валка (варианты 4-7).

При эксплуатации валков по вариантам 1 и 2 в ходе перестановки валков с меньшим процентом сошлифовки рабочего слоя в рабочей клети дрессировочного стана и в 5, 2, 3 клетях непрерывного пятиклетьевого стана, удельный расход валков на 1 т проката увеличивается и составляет 1.38-1.45 кг/т проката. Однако уровень отсортировки холоднокатаных полос по дефектам поверхности минимален и составляет 0.11-0.14%. Повышенный расход рабочих валков на 1 т холоднокатаного проката связан с малым (по сравнению с заявляемым вариантом) уровнем сошлифовки рабочего слоя валков до момента завалки их в клеть 4. Дальнейшая эксплуатация таких валков с повышенной твердостью привела к их повреждениям, значительным съемам для снятия повреждений, а в некоторых случаях и к отслоению валков с преждевременным выводом их из эксплуатации. Однако при эксплуатации валков в клети 4 с высокой твердостью бочки (в силу малого уровня сошлифовки рабочего слоя) рабочие валки в меньшей степени подвержены местным повреждениям, которые служат причиной появления дефектов периодического характера. Именно этим и объясняется самый низкий процент отсортировки холоднокатаных полос по дефектам поверхности.

При эксплуатации валков по варианту 3 их удельный расход на 1 т проката и уровень отсортировки по дефектам поверхности холоднокатаных полос приближается к заявляемому варианту.

При эксплуатации валков по вариантам 8-10 и перестановке валков по клетям станов с большим процентом сошлифовки рабочего слоя в рабочей клети дрессировочного стана и в 5, 2, 3 клетях непрерывного пятиклетьевого стана (по сравнению с заявляемым вариантом) удельный расход валков на 1 т проката также увеличивается и составляет 1.32-1.14 кг/т проката. Одновременно с этим увеличивается и уровень отсортировки холоднокатаного проката по дефектам поверхности, полученным из-за снижения твердости бочки рабочих валков в клети 4. Снижение удельного расхода валков объясняется большей длительностью эксплуатации валков в клетях 5 и 3, при которых валки получили повреждения, а некоторые из них преждевременно были выведены из эксплуатации по отслоению.

При эксплуатации рабочих валков по прототипу стойкость валков составила в среднем 1.22 кг/т, отсортировка холоднокатаных полос по дефектам поверхности находилась на уровне эксплуатации валков по предлагаемому техническому решению.

Технико-экономические преимущества предложенного способа эксплуатации рабочего валка заключаются в повышении его стойкости, снижении отсортировки холоднокатаных полос по дефектам поверхности и уменьшении удельного расхода валков на 1 т проката, а также в целом позволят повысить рентабельность производства на 3-7%.