Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для восстановления чугунных рабочих валков с поврежденными в процессе эксплуатации шейками.

В процессе эксплуатации прокатных валков происходит повреждение шеек валков из-за разрушения подшипниковых опор. Валки с поврежденными шейками не пригодны к дальнейшей эксплуатации, хотя рабочий слой их бочек еще не выработан.

Известен способ ремонта стальных прокатных валков, включающий механический съем поврежденного участка бочки посредством выполнения по месту дефекта кольцевой проточки с регламентированными размерами, зависящими от глубины и ширины дефекта. Затем валок нагревают и производят электродуговую наплавку по месту кольцевой проточки. После наплавки проводят термическую обработку валка [1].

Недостаток известного способа состоит в том, что нагрев бочки валка приводит к снижению твердости ее рабочего слоя. Это снижает стойкость валка, а в некоторых случаях является недопустимым. Известный способ не пригоден к восстановлению шеек чугунных валков.

Известен также способ восстановления прокатных валков, включающий механическое удаление дефектов бочки, предварительный и сопутствующий подогрев валка, электродуговую наплавку с последующими термической и механической обработками бочки [2].

Данный способ не пригоден для восстановления чугунных валков с поврежденными шейками, т.к. подогрев валка приводит к уменьшению твердости бочки и снижению его стойкости.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ восстановления стальных прокатных валков с поврежденными шейками, по которому после механического съема поврежденного слоя шейки валка нагревают под наплавку до температуры 380...440°С со скоростью 50...80°С/ч, наплавку осуществляют стальным электродом со скоростью 20...40 м/ч при плотности электрического тока 25...35 А/мм², термическую обработку проводят путем нагрева до температуры 430...470°С и выдержки при этой температуре в течение 0,5...1,5 ч [3] - прототип.

Недостатки известного способа состоят в том, что он предназначен для восстановления стальных валков, поэтому режимы наплавки не обеспечивают удовлетворительную свариваемость с чугуном. Кроме того, тепловое воздействие в процессах нагрева под наплавку, наплавки и последующей термообработки приводит к снижению твердости и прочности наплавленного металла на шейку валка. В результате происходит снижение стойкости валков.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении стойкости чугунных валков.

Указанная задача решается тем, что в известном способе восстановления прокатных валков с поврежденными шейками, включающем механический съем поврежденного слоя, электродуговую наплавку вращаемого валка по месту съема с подачей стального проволочного электрода в зону сварки, согласно изобретению, при восстановлении чугунных валков наплавку производят проволочным электродом диаметром 3-5 мм из стали аустенитного класса при плотности электрического тока 30...40 А/мм² и скорости его подачи 80...110 м/ч, причем температуру шейки поддерживают не выше 400°С, валок вращают с окружной скоростью 30...40 м/ч, а после наплавки осуществляют самопроизвольное охлаждение наплавленной шейки.

Сущность изобретения состоит в следующем. Разрушение подшипниковой опоры прокатного валка в процессе прокатки сопровождается разогревом шейки и приваркой к ней внутренней обоймы, порчей поверхности чугунной шейки фрагментами разрушенного подшипника. Валок с поврежденной шейкой не пригоден к дальнейшей эксплуатации. Попытки восстановления валков с поврежденными шейками по известным способам приводили к тому, что вследствие низкой свариваемости чугуна происходило отслоение наплавленного металла, а тепловое воздействие при нагреве, электродуговой наплавке и термической обработке шейки оказывало отрицательное влияние на твердость и прочность наплавленного слоя шейки прокатного валка. Это приводило к снижению стойкости валков, а в отдельных случаях восстановленные валки оказывались полностью непригодными к дальнейшей эксплуатации.

При реализации предложенного способа восстановления чугунных валков соотношение указанных параметров наплавки и применения стального электрода аустенитного класса приводит к образованию в переходном слое пластичного и прочного металла, который не образует трещины в основном (шейке) и наплавленном металле. Вначале с шейки валка механической обработкой на токарном станке удаляют поврежденный слой глубиной 10...15 мм, т.к. на этой глубине дефекты чугунной шейки от разрушения подшипника гарантированно отсутствуют. Затем на шейку валка с кольцевой проточкой наносят электродуговой наплавкой стальным электродом слои металла до восстановления номинального размера шейки предложенному режиму.

Выполнение режимов окружной скорости вращения валка 30...40 м/ч, плотности электрического тока 30...40 А/мм² и скорости подачи электрода 80...110 м/ч позволяют регламентировать величину проплавления в чугунной шейке и перемешивание основного металла со стальным электродом. Это приводит к фиксированию химического состава переходного слоя и получению оптимального по механическим свойствам переходного слоя. Самопроизвольное охлаждение валка от температуры не выше 400°С не приводит к образованию трещин в наплавленном слое.

В процессе экспериментов выявлено, что температура шейки в процессе наплавке необходимо поддерживать не выше 400°С из-за фазовых превращений в наплавленном слое. Указанные режимы наплавки позволяют вести процесс в температурном диапазоне не выше 400°С. Благодаря этому улучшается свариваемость наплавляемого слоя с чугуном, исключается образование трещин в чугуне. При последующей наплавке остальных слоев указанные режимы позволяют получить необходимую прочность и твердость наплавленного слоя для работы в подшипнике качения.

Таким образом, предложенная технология обеспечивает полное восстановление геометрических размеров и служебных свойств поврежденной шейки валка без снижения твердости и прочности.

Экспериментально установлено, что снижение окружной скорости вращения валка менее 30 м/ч приводит к удлинению процесса и перегреву шейки валка выше допустимой температуры. При увеличении скорости вращения более 40 м/ч возрастает количество несплошностей в металле, что ухудшает качество наплавки.

Подача электрода в зону сварки диаметром менее 3 мм удлиняет процесс наплавки, а применение электрода диаметром более 5 мм приводит к нестабильности сварочной дуги из-за недостатка энергии для расплавления электрода и появлению дефектов наплавки. При плотности электрического тока менее 30 А/мм из-за недостаточного проплавления качество наплавки ухудшается. Увеличение плотности электрического тока боле 40 А/мм² приводит к перегреву шейки, в особенности, низлежащего слоя, что недопустимо.

Уменьшение скорости подачи электродной проволоки ниже 80 м/ч приводит к нестабильности сварочной дуги, а увеличение скорости подачи выше 110 м/ч влечет увеличение сварочного тока и перегрев шейки валка.

Увеличение температуры выше 400°С приводит к ухудшению свариваемости чугуна и уменьшению твердости и прочности наплавленного слоя.

Применение стальной проволоки аустенитного класса обусловлено тем, при перемешивании материала валка (чугуна) и наплавочной проволоки в процессе наплавки образуется переходной слой, обладающий высокой пластичностью и вязкостью. Благодаря этому не возникают трещины в чугуне и наплавленном слое, поверхность наплавленной шейки не имеет дефектов наплавки.

Примеры реализации способа

Рабочий валок из чугуна марки ЛПХНд - 71 непрерывного широкополосного стана 2000 горячей прокатки, с поврежденной из-за разрушения подшипниковой опоры шейкой, устанавливают на токарном станке. С помощью резца производят механический съем поврежденного слоя с образованием на шейке валка кольцевой проточки шириной 400 и глубиной 15 мм. Затем валок устанавливают на наплавочный станок, приводят валок во вращение с окружной скоростью V_ок=35 м/ч. Наплавку ведут под слоем флюса марки АН-60 стальной электродной проволокой аустенитного класса диаметром 4,0 мм со скоростью подачи V_под=95 м/ч. Плотность электрического тока при наплавке J=35 А/мм². В процессе наплавки температуру шейки поддерживают равной Т=200°С за счет его охлаждения в паузах наплавки. Наплавку ведут до восстановления номинального размера шейки с припуском на механическую обработку. После наплавки валок самопроизвольно охлаждают до температуры окружающей среды.

Указанные технологические режимы обеспечивают получение бездефектной наплавленной шейки восстановленного валка. По завершении наплавки валок устанавливают на вальцешлифовальный станок и шлифуют наплавленную шейку до номинального диаметра.

Восстановленный чугунный валок собирают с подшипниками и подушками, заваливают в чистовую клеть непрерывного широкополосного стана 2000 и осуществляют горячую прокатку стальных полос.

Варианты реализации предложенного способа и показатель стойкости рабочих валков (удельный расход восстановленных валков на тонну проката) приведены в таблице.

Как следует из данных, приведенных в таблице, при реализации предложенного способа (варианты 2-4) достигается повышение стойкости восстановленных чугунных прокатных валков с поврежденными шейками (удельный расход валков минимален). В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты 1 и 5) стойкость восстановленных валков снижается. Также более низкую стойкость имеют чугунные прокатные валки с поврежденными шейками, восстановленные по способу - прототипу (вариант 6).

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что регламентированные параметры электродуговой наплавки при восстановлении чугунных прокатных валков с поврежденными шейками обеспечивают одновременно получение высокого качества наплавки и исключают негативное термическое воздействие на наплавленный слой шейки валка, сохраняя его высокую твердость и прочность. Этим достигается повышение стойкости восстановленных валков.

В качестве базового объекта принят способ - прототип. Применение предложенного способа позволит повысить рентабельность восстановления чугунных прокатных валков с поврежденными шейками на 20-30%.

Литературные источники

1. Авт. свид. СССР №1683834, МПК В 21 В 28/02, 1991 г.

2. Авт. свид. СССР №1579679, МПК В 23 К 9/04, 1990 г.

3. Патент РФ №2139156, МПК В 21 В 28/02, В 23 Р 6/00, 1999 г.