СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К ЭКСПЛУАТАЦИИ ВАЛКОВ ЛИСТОПРОКАТНОЙ ЧЕТЫРЕХВАЛКОВОЙ КЛЕТИ

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на станах холодной прокатки листовой стали.

Известен способ подготовки [патент РФ, RU, 2147945, МПК В 21 В 28/02] к эксплуатации валков листопрокатной клети кварто, включающий завалку рабочих и опорных валков в клеть и совместное вращение взаимно прижатых рабочих и опорных валков, причем совместное вращение валков ведут с погонным усилием прижатия 1,1-1,9 т/мм при отношении диаметров смежных опорного и рабочего валков, равном 2,8-3,6.

Недостаток известного способа заключается в том, что не регламентирован режим обкатки рабочих и опорных валков по длительности и частоте оборотов рабочего валка, т.е. нет параметров, от которых зависит величина упрочнения обкатываемых валков.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ [патент РФ, RU, 2096103 С1, 6 В 21 В 28/02] подготовки к эксплуатации валков листопрокатной клети кварто, включающий завалку рабочих и опорных валков в клеть и совместное вращение взаимно прижатых рабочих и опорных валков, при этом усилие взаимного прижатия валков устанавливается в 1,3-1,5 раза больше усилия прокатки, а вращение ведут в течение 360-580 с при частоте вращения рабочих валков 7,5-8,7 с с одновременной подачей к рабочим и опорным валкам смазочно-охлаждающей жидкости.

Указанный способ не обеспечивает однозначности в выборе усилия взаимного прижатия валков, которое определяется величиной усилия прокатки, т.к. последнее зависит от множества факторов: толщины на входе в клеть, толщины на выходе из клети, ширины полосы, скорости прокатки, типа, концентрации применяемой технологической смазки или эмульсии, шероховатости валков, шероховатости полосы, диаметров рабочих валков, пластических свойств прокатываемой полосы, уровня переднего, заднего натяжений и т.п. Фактически усилие прокатки для каждой из клетей непрерывного стана холодной прокатки изменяется в широких пределах технологически разрешенного диапазона. В силу этого обстоятельства осуществить к нему привязку не представляется возможным.

Вторым существенным недостатком данного способа является то, что частота вращения рабочих валков, указанная в предлагаемом изобретении, равная 7,5-8,7 с^-1, не является универсальной для большинства известных станов холодной прокатки и не может быть достигнута на первых двух клетях многих непрерывных станов холодной прокатки в силу высоких передаточных отношений приводных линий.

Так, например, для непрерывного четырехклетьевого стана 1400 ОАО "НЛМК" в первых двух клетях максимальное число оборотов двигателей главного привода составляет 650 об/мин (10,83 с^-1) с учетом передаточного отношения приводных линий клетей 1 и 2, равного 1,737, реальная частота вращения рабочих валков в клети составляет 6,23 с^-1, что ниже нижней границы, указанной в данном изобретении.

Перечисленные выше недостатки устраняются в предлагаемом ниже изобретении.

Техническая задача изобретения состоит в расширении применения способа и в повышении стойкости рабочих и опорных валков.

Поставленная техническая задача решается за счет подготовки валков четырехвалковой листопрокатной клети, включающей завалку рабочих и опорных валков в клеть, совместное вращение прижатых рабочих и опорных валков согласно выставленному усилию взаимного прижатия, составляющему 60-85% от максимально допустимого (паспортного) усилия на клеть, при вращении валков одной клети или группы клетей до достижения суммарной длины наработки рабочими валками, равной 4,5-17 км, с одновременной подачей к рабочим и опорным валкам смазочно-охлаждающей жидкости и разгрузкой кромки валков усилием противоизгиба, составляющим 40-90% от допустимого (паспортного) значения на клеть, чем достигается эффект упрочнения приповерхностного слоя обкатываемых валков при улучшении чистоты их поверхности вне зависимости от соотношения диаметров рабочего и опорного валков и частоты их вращения.

Вариант способа, по которому в непрерывном стане вращение взаимно прижатых валков ведут одновременно в группе клетей или во всех клетях непрерывного стана, обеспечивает повышение стойкости валков и сокращение длительности их подготовки к эксплуатации.

Известное и предложенное технические решения имеют следующие общие признаки. Оба способа являются способами подготовки к эксплуатации валков четырехвалковой листопрокатной клети, оба предусматривают завалку валков в клеть, совместное вращение рабочих и опорных валков с усилием взаимного прижатия при одновременной подаче к валкам смазочно-охлаждающей жидкости.

Отличия предложенного способа состоят в следующем.

1. По предлагаемому способу усилие взаимного прижатия валков устанавливают в диапазоне 60-85% от допускаемого (паспортного) усилия на клеть. В известном способе усилие взаимного прижатия валков (обкатки) выставляют в 1,3-1,5 раза большим усилия прокатки, которое трудно идентифицируемо по указанным выше причинам.

2. В предлагаемом способе жестко не нормируется ни время обкатки валков, ни скорость их вращения, а лишь суммарная длина наработки валков в километрах, что является более гибким технических решением, т.к. в конечном итоге один и тот же результат - упрочнение поверхности рабочих и опорных валков, косвенно оцениваемый по суммарной наработке валка в процессе обкатки в километрах, может быть получен путем обкатки за разное время и при разных скоростях вращения рабочих валков, присущих индивидуальным характеристикам приводной линии каждой клети отдельно взятого стана.

3. В предлагаемом способе для исключения защемления краев рабочих и опорных валков при обкатке с высокими значениями усилия взаимного прижатия валков вследствие прогиба шеек валков под нагрузкой предлагается использовать усилие противоизгиба, составляющего 40-90% от допустимого усилия противоизгиба на клеть. В известном способе противоизгиб рабочих валков не используется и всегда есть риск защемления и травмирования кромок рабочих валков.

4. В предлагаемом способе обкатка валков может осуществляться одновременно на нескольких клетях, что экономит время обкатки и непроизводительные расходы стана на обкатку.

Указанные отличительные признаки проявляют во всей совокупности новые свойства, не присущие им в известных совокупностях признаков и состоящие в повышении стойкости рабочих и опорных валков при одновременном повышении твердости поверхностного слоя и чистоты их поверхности после обкатки.

Это свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения состоит в следующем.

При вращении взаимно прижатых рабочих и опорных валков по предложенным режимам в межвалковом контакте "рабочий валок - опорный валок" при обкатке создаются напряжения сжатия, которые порождают в поверхностном слое рабочих валков пластические микросдвиги. В результате активизации пластических микросдвигов изменяется величина энергии искажения микрообъемов поверхностного слоя валков, следствием чего является превращение остаточного аустенита закаленного слоя поверхности рабочих валков в мартенсит отпуска, что влечет за собой повышение их поверхностной твердости и износостойкости, так как твердость мартенсита отпуска выше твердости остаточного аустенита.

Одновременно с этим пластические микросдвиги способствуют стабилизации остаточного аустенита поверхностного слоя валков. Процесс увеличения износостойкости валков является управляемым и имеются реальные возможности его регулирования.

Поскольку ширина площадки контакта между рабочими валками намного меньше, чем ширина площадки контакта между опорным и рабочим валками, то в процессе обкатки в большей степени упрочняются рабочие валки.

Величина напряжений, создаваемых в межвалковом контакте "рабочий валок - опорный валок", зависит от усилия сжатия валков (усилия взаимного прижатия) и суммарной накатанной длины, определяемой скоростью вращения рабочих валков и временем обкатки. Таким образом, достичь одного и того же результата в повышении стойкости и твердости валков можно либо за счет использования форсированных режимов обкатки и меньшей длительности при большем количестве оборотов рабочих валков, либо при щадящих режимах по усилию на пониженных оборотах и более длительном процессе обкатки.

Экспериментально установлено, что наиболее оптимальные результаты получаются при суммарной наработке (длине) на рабочих валках 4,5-17 км. Причем большая длина наработки относится к минимальному (переточенному) диаметру рабочего валка, а меньшая - к большему (новому валку в начале эксплуатации). Это связано с тем, что переточенные рабочие валки с малой глубиной закаленного слоя требуют большей длины накатки для своего упрочнения, в то время как для рабочих валков большего диаметра, имеющих большую глубину закаленного слоя, эффект упрочнения от накатки будет менее ощутим.

По условиям эксплуатации станов вращение валков с усилием взаимного прижатия, близким к предельно допустимому, для любого стана нежелательно. С этих позиций целесообразно использовать обкатку валков с щадящим уровнем усилия, выбираемым индивидуально исходя из технического состояния каждого конкретного стана. Для сокращения времени обкатки в этих условиях необходимо увеличить скорость вращения рабочих валков клети.

Суммарная накатанная рабочими валками длина (L_km) выражается уравнением:
L_km=πDnτ10^-3, (1)
где π=3,1415;
D - диаметр рабочего валка, м;
n - скорость вращения рабочих валков клети, с^-1;
τ- длительность вращения валков клети, с.

Таким образом, накатанная рабочими валками клети длина может быть получена при большей интенсивности обкатки на высокой скорости за меньшее время или на низкой скорости за более продолжительный период времени. Скорость вращения рабочих валков каждой клети стана выбирается исходя из конструктивных особенностей и передаточного отношения приводной линии при значении усилия взаимного прижатия валков, составляющего 60-85% от паспортного усилия на клеть. А время вращения выбирается из соотношения (2) при известной частоте вращения рабочего валка и его реальном диаметре:
τ ==1000 L_km /(πDn), (2)
Причем для переточенных валков с большей глубиной сошлифованного рабочего закаленного слоя выбирают большую величину наработанной длины, а для непереточенных - меньшую величину из ряда длин наработки.

В вариантах реализации способа для исключения защемления краев рабочих и опорных валков при обкатке на высоких значениях усилия обкатки вследствие прогиба шеек валков под нагрузкой предлагается использовать усилие противоизгиба. Это разгружает кромки валков и предотвращает их от повреждения в процессе прокатки. Из практики обкатки валков установлено, что оптимальным диапазоном усилия противоизгиба является 40-90%.

Для уменьшения суммарного времени на подготовку валков непрерывного стана процесс обкатки производят одновременно на всех или группе обкатываемых клетей.

Экспериментально установлено, что минимальная накатанная длина на рабочих валках должна быть не менее 4,5 км. Если накатка рабочих валков производится до величины, не превышающей 4,5 км, то эффект от упрочнения валков обкаткой незначителен. При увеличении же наработки свыше 17 км твердость валков и их износостойкость увеличивается слабо, т.к. процесс выделения мартенситных частиц из остаточного аустенита вступает в фазу насыщения. Дальнейшее упрочнение материала валков может быть получено при задании больших значений усилия прижатия валков и при длительности обкатки, на порядок превышающей указанную в таблице, что создает потенциальную опасность появления в упрочняемом слое зародышевых микротрещин, приводящих к преждевременному выводу из строя валков. Длительные обкатки экономически нецелесообразны, так как снижают время полезного использования стана.

Задание усилия взаимного прижатия валков более 85% от предельно допустимого ведет к преждевременному зарождению в валках усталостных микротрещин. Снижение этого усилия до уровня менее 60% не позволяет эффективно упрочнить валок, т.е. в обоих случаях стойкость валков снижается.

Также установлено, что скоростные режимы вращения и соотношения диаметров валков при использовании предложенных режимов не влияют на механизм упрочнения валков, т.е. способ становится более универсальным и применяемым для всех типов четырехвалковых станов, в том числе и непрерывных.

При усилии противоизгиба менее 40% от предельно допустимого для данной клети не достигается создание локальных участков повышенной прочности на бочках валков, что снижает их стойкость. Повышение этого усилия сверх 90% от предельного ведет к переупрочнению локальных участков бочек опорных валков и к преждевременному выходу их из строя.

Примеры реализации способа
1. В четвертую клеть непрерывного пятиклетьевого стана 2030 бесконечной прокатки заваливают опорные валки диаметром 1560 мм из стали 75ХМ, с поверхности которых переточкой был удален наклепанный слой, и рабочие валки из стали 9Х2МФ с диаметром бочек 581 мм. Затем на рабочие и опорные валки клети стана подают эмульсию на основе 2,5% стандартного эмульсола, используемого на стане в качестве смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Рабочие валки сводят до появления усилия предварительного сжатия, исключающего проскальзывание рабочего валка по опорному в момент пуска привода клети, а затем приводят во вращение валки и увеличивают усилие прижатия до 1800 т, что составляет 66% от максимально допустимого (паспортного) усилия (3000 т) на клеть.

Время вращения валков определяют исходя из максимальных оборотов электропривода клети, передаточного отношения привода клети и фактического диаметра установленных в клеть валков.

Максимально допустимая частота вращения роторов двигателей главного привода клети 4 этого стана составляет 810 об/мин (13,5 с^-1), а передаточное отношение приводной линии клети 1,0256. С учетом передаточного отношения привода клети максимально возможная скорость вращения рабочих валков составляет 13,5/1,0256 = 13,163 с^-1. Выбираем форсированный режим вращения прижатых валков на начальной скорости вращения рабочих валков для уменьшения времени обкатки и снижения непроизводительных затрат времени. Суммарную наработку для валков 4-ой клети устанавливают исходя из глубины (сточенного) закаленного слоя, равной 14 км. Тогда общее время вращения валков составит:
τ ==L_km 1000/(πDn)=14000 м/(3,1415•0,581 м•13,163 с^-1)=583 с.

В процессе вращения взаимно прижатых валков в течение 583 с в их поверхностных слоях происходит упрочнение, равномерное по длине их бочек, а твердость возрастает до насыщения.

По окончании процесса обкатки валков скорость вращения валков клети замедляют до 50 м/мин, клеть разгружают по усилию сжатия валков, затем снимают усилие противоизгиба и останавливают вращение рабочих валков.

По окончании процесса подготовки валков производят заправку полосы в клети стана и прокатку металла.

После прокатки 400 км рабочие валки клети 4 вываливают из клети. После охлаждения их шлифуют, а затем вновь заваливают в четвертую клеть стана и продолжают их эксплуатацию. Стойкость валков при прокатке холоднокатаных полос по предлагаемому варианту составляет 0,8 кг/т.

Опорные валки из клети вываливают после прокатки 50000 т металла. После остывания опорные валки шлифуют и вновь заваливают в клети стана. В результате подготовки валков по предложенным режимам их стойкость в клети достигает 3000 тыс. т. холоднокатаных полос при удельном расходе опорных валков 0,4 кг/т.

2. Те же операции, что и в примере 1, только одновременно с нагружением валков до усилия 1800 т между шейками рабочих валков создают усилия противоизгиба Р_пр=50 т, что составляет 59% от максимально допустимого.

3. Те же операции, что и в примере 1, только совместное вращение взаимно прижатых рабочих и опорных валков производят одновременно в первых четырех клетях стана 2030 бесконечной холодной прокатки.

При реализации предложенного способа достигается расширение применимости способа (ограничений по применению нет) при одновременном снижении удельного расхода рабочих и опорных валков. В случаях запредельных значений заявленных параметров, а также способа-прототипа возможности применения способа сужаются, возрастает удельный расход рабочих и опорных валков.

При реализации предложенного способа по 3-му варианту время на подготовку валков для стана 2030 бесконечной холодной прокатки минимально и составляет 9,72 мин.

Технико-экономичекие преимущества предложенного способа состоят в расширении возможностей его применения, увеличении стойкости рабочих и опорных валков, сокращении времени подготовки валков непрерывного стана.

В качестве базового объекта при определении технико-экономической эффективности предложенного способа принят способ-прототип.

Использование предложенного способа позволит повысить рентабельность холоднокатаной листовой стали на 12-15%.