Прокатный валок

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве прокатных валков. Цель изобретения - повышение стойкости валка. Стойкость валка увеличивается за счет того, что его бандаж выполнен двухслойным, причем нижний слой в 2,5 - 3,2 раза пластичнее верхнего слоя, а коэффициент линейного расширения нижнего слоя больше, чем у верхнего слоя, в 1,3 - 1,6 раза. Верхний слой бандажа имеет неравномерную твердость по длине бочки: наиболее твердая зона расположена в центре бочки, а крайние зоны имеют твердость, составляющую 0,85 - 0,95 твердости средней зоны. При нагреве в процессе прокатки нижний слой бандажа расширяется на большую величину, чем ось валка и верхний слой бандажа, что создает распорное внутреннее давление как на ось валка, так и на верхний слой бандажа. Образуется благоприятное напряженное состояние в верхнем слое бандажа, что компенсирует деформации, вызываемые усилиями со стороны привода. 4 ил.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на заводах черной металлургии. Целью изобретения является повышение стойкости валка за счет компенсации деформирования бандажа, вызываемого усилиями со стороны привода. На фиг. 1 изображен схематический прокатный валок, разрез; на фиг. 2 - схема усилий, действующих на бандаж; на фиг. 3 и 4 - схема распределения нормальных и касательных напряжений. Валок содержит ось 1 и бандаж, имеющий два слоя: внутренний слой 2 и наружный слой. Наружный слой бандажа имеет зоны 3 пониженной твердости, размещенные в крайних зонах бочки, и зону 4 повышенной твердости, расположенную в центре бочки. Твердость крайних зон составляет 0,85-0,95 твердости зоны в центре бочки. Внутренний слой бандажа выполнен из более пластичного материала. Его пластичность превышает пластичность наружного слоя в 2,5-3,2 раза, а коэффициент его линейного расширения больше коэффициента наружного слоя в 1,3-1,6 раза. Прокатный валок работает следующим образом. В процессе эксплуатации валок подвержен нагреву. При этом происходит нагрев рабочего и внутреннего компенсационного слоев бандажа, причем температура компенсационного слоя в период теплового насыщения несколько выше средней температуры рабочего слоя вследствие периодического охлаждения поверхности бандажа. При нагреве в процессе прокатки нижний компенсационный слой бандажа расширяется на большую величину, чем ось валка и рабочий слой, и этим создает распорное внутреннее давление одновременно на ось валка и рабочий слой бандажа. Это, в свою очередь, приводит к благоприятному напряженному состоянию в рабочем слое бандажа с невысоким уровнем растягивающих напряжений и большим запасом пластичности, что исключает повреждения при значительных деформациях. Рабочий слой бандажа имеет два участка разной твердости, но с близкими между собой и с осью валка значениями коэффициентов линейного расширения. Центральная зона рабочего слоя бандажа обладает высокой твердостью и износостойкостью, а участки, разнесенные к торцовым поверхностям бочки, обладают большей пластичностью, но меньшей износостойкостью и твердостью в пределах 0,85-0,95 твердости центральной части. Такая структура компенсирует деформации, вызываемые усилиями со стороны привода, и создает условия равномерного по всей длине износа бандажа. В зонах, расположенных на расстоянии 2/10-1/5 от торца бандажа, напряженное состояние близко к всестороннему сжатию (в частности на глубине более 0,75 В, где В - ширина контакта между валками, от поверхности бандажа находится максимум касательных напряжений). Однако металл в этих зонах обладает небольшим сопротивлением деформациям, и значительные внутренние напряжения в указанных зонах существенно не снижают предела выносливости материала и не приводят к усталостному разрушению (в виде отслоений и выкрашиваний), так как они попадают в пластичный компенсационный слой, способный выдержать значительные деформации без повреждений. Рабочий слой в этих зонах также имеет повышеную пластичность и способен сопротивляться спадающим к поверхности бандажа деформациям. Дискретное изменение твердости в рабочем слое не приводит к неравномерному износу, поскольку район плавного перехода от максимальных нормальных напряжений (фиг. 3) полностью располагается на участках бандажа l₂. В процессе эксплуатации в рабочем слое бандажа с твердостью 0,85-0,95 твердости центральной зоны происходит пропорционально приложенным давлениям упрочнение поверхностного слоя. Этому процессу способствуют демпфирующие свойства компенсационного слоя, зависящие от приложенного усилия (с увеличением усилия от привода растет усилие по рабочему слою бандажа), что способствует пропорциональному упрочнению рабочего слоя бандажа. Вследствие этого в процессе эксплуатации в условиях неравномерных нагрузок происходит равномерный по всей образующей износ бандажа. Это обусловливает повышение производительности прокатки за счет уменьшения количества перешлифовок, сокращение перевалок и улучшение качества проката за счет уменьшения разнотолщинности. Элементы бандажа могут быть изготовлены как единое целое между собой и осью валка, тогда отпадает необходимость сборки и разборки этих элементов и соответственно необходимость в приспособлениях для перешлифовок и переточек, в изготовлении поковок, колец, кольцевых выточек, что также повышает производительность. При значительном износе рабочего бандажа он подвергается реставрации и вновь эксплуатируется. Бандаж содержит компенсационный слой с повышенными коэффициентами линейного расширения и пластичностью - соответственно в 1,3-1,6 раза и 2,5-3,2 раза больше, чем у рабочего слоя, а рабочий слой имеет пониженную твердость поверхности по краям бочки валка в пределах 0,85-0,95 твердости центральной зоны. П р и м е р 1. Бандаж прокатного валка имел следующие параметры: D = 1600 мм; d = 1565 мм; Н = 35 мм; h = 10 мм; L_б = 2000 мм. Рабочий слой на участке 11 протяженность 1000 мм имел твердость 52 НRC; на двух участках l₂, примыкающих к участку l₁ и торцовым поверхностям, твердость 48 НRC. Протяженность участка l₂ = 500 мм. Протяженность компенсационного слоя равна L_б = 2000 мм. В качестве базового материала для изготовления компенсационного слоя бандажа использовалась сталь 07Х25Н18Г7 с твердостью 25 НRCэ, ударной вязкостью А_к = 150 Дж/см², относительным удлинением 45%, коэффициентом линейного расширения α = 18 ˙10^-6 1/^оС. Участок l₁ рабочего слоя бандажа изготовляется из стали 30Х7МФС; вязкость А_к = 44 Дж/см², относительное удлинение 14%, коэффициент линейного расширения α= 13 ˙10^-6 1/^оС. Участок l₂ изготовлялся из стали 17Х6МФС, вязкость А_к = 4,7 Дж/см², относительное удлинение 27%, коэффициент линейного расширения α= 12,6˙ 10^-6 1/^оС. Компенсационный и рабочий слой бандажа формировались непосредственно на оси прокатного валка методом электродугового переплава. Таким образом изготовлялся комбинированный бандаж с особыми свойствами, позволяющими в процессе эксплуатации получить равномерный износ и сохранить постоянный профиль, а также предотвратить поломки бандажа. П р и м е р 2. Бандаж прокатного валка имел следующие параметры: D = 420 мм; d = =390 мм; L_б = 2000 мм; L₂ = 500 мм; Н = 30 мм; h = 10 мм. При эксплуатации имелось два участка разной твердости, но с равномерным износом участков l₁ и l₂. Для получения компенсационного слоя бандажа бралась труба толщиной 10 мм, длиной 2000 мм с внутренним диаметром 390 мм, изготовленная из аустенитного жаропрочного сплава 30Х28Н20Г6, которая надевалась на ось валка. Непосредственно на трубе - компенсационном слое формировался рабочий слой бандажа методом электродуговой наплавки с характеристиками, указанными в примере 1. Измерения подтвердили наличие разности в коэффициентах линейного расширения при температуре 250-320^оС и создание в бандаже благоприятного напряженного состояния. Бандаж сохранял при эксплуатации постоянный профиль. П р и м е р 3. Бандаж прокатного валка имел следующие параметры: D = 160 мм; d = =145 мм; L_б = 500 мм; l₁ = 300 мм; l₂ = 150 мм; Н = 15 мм; h = 5 мм. Характеристики рабочего слоя аналогичны примеру 1. Компенсационный слой наносился на ось валка специальным методом в аргоне. Материал слоя - нитинол. При эксплуатации валка и его нагреве вязкий компенсационный слой увеличился в объеме (сплав обладает памятью формы), этим создавалось в рабочем слое напряженное состояние, компенсирующее нагрузки от привода. Износ рабочего слоя бандажа и его профиль оставались постоянными в процессе эксплуатации. По сравнению с известным износ уменьшался в 6 раз. П р и м е р 4. Производилось испытание предлагаемого бандажа прокатного валка в непрерывном широкополосовом стане "2000" горячей прокатки. Бандажи изготовлялись на осях валков, выполненных из стали 9ХФ. Характеристики бандажей такие же, как в примерах 1 и 2.

Формула изобретения

ПРОКАТНЫЙ ВАЛОК, содержащий двухслойный бандаж с внутренним слоем из более пластичного материала, чем наружный, и с переменной твердостью по длине бочки, причем зона с наибольшей твердостью расположена в центре, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости валка, внутренний слой бандажа выполнен с пластичностью, превышающей пластичность наружного слоя в 2,5 - 3,2 раза, а коэффициент его линейного расширения больше коэффициента линейного расширения наружного слоя в 1,3 - 1,6 раза, причем твердость крайних зон наружного слоя бандажа составляет 0,85 - 0,95 твердости зоны в центре бочки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 11-2002

Извещение опубликовано: 20.04.2002        

---