Способ эксплуатации центробежно-литого рабочего валка в клетях кварто черновой группы стана горячей прокатки

Изобретение относится к сфере использования двухслойных центробежно-литых рабочих валков в клетях кварто черновой группы непрерывного широкополосного стана горячей прокатки. Способ предполагает чередование работы валка в клети с перешлифовками активного слоя бочки, перестановки по клетям по мере снижения диаметра бочки и вывод изношенного валка из эксплуатации. Повышение стойкости валков и качества проката обеспечивается за счет того, что эксплуатацию валков начинают с первой клети, а перестановки производят по направлению прокатки, причем перестановку в каждую последующую клеть осуществляют при снижении диаметра бочки не более чем на 6%, а вывод валка из эксплуатации производят при снижении диаметра бочки до величины не менее чем 0,905 от ее начального диаметра. В качестве материала для активного слоя валков применяют сплав регламентируемого химического состава, эксплуатацию валков производят при температуре металла, прокатываемого в черновой группе клетей, не более 1250°С. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к прокатному производству, конкретнее к эксплуатации двухслойных центробежно-литых рабочих валков в клетях кварто черновой группы непрерывного широкополосного стана горячей прокатки.

Известен способ эксплуатации рабочего валка непрерывного стана кварто. Способ включает чередование работы валка в клети с перешлифовками. По мере снижения диаметра бочки (вследствие износа и перешлифовок) валок переставляют по клетям, начиная с последней, против хода прокатки [1].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не обеспечивает высокой стойкости рабочего валка при работе в черновой группе клетей стана горячей прокатки.

Известен также способ эксплуатации валка, включающий его работу в клети, определение величины износа и перешлифовку бочки после каждой вывалки из клети, причем съем при перешлифовке составляет 1,7-2,2 максимальной величины износа. По мере уменьшения диаметра и твердости бочки валок переставляют против направления прокатки из чистовых клетей в черновые [2].

Указанный способ также не обеспечивает высокую стойкость валка при работе в черновой группе клетей стана горячей прокатки.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ эксплуатации рабочего валка непрерывного стана кварто, включающий чередование его работы в клети с перешлифовками и перестановками по клетям, начиная с последней, по мере снижения диаметра. Перестановку рабочего валка в другую клеть производят при снижении твердости бочки на 1-2 ед. HSD по следующему маршруту: клеть 4 - клеть 1 - клеть 3 - клеть 2 - вывод из эксплуатации [3] (прототип).

Указанный способ не пригоден для использования в черновой группе клетей кварто непрерывного стана горячей прокатки из-за низких стойкости валка и качества прокатываемых.

Цель изобретения состоит в повышении стойкости валка и качества прокатываемых полос.

Поставленная цель достигается тем, что в способе эксплуатации центробежно литого рабочего валка в клетях кварто черновой группы стана горячей прокатки, включающем чередование его работы в клети с перешлифовками активного слоя бочки, и перестановки по клетям по мере снижения диаметра бочки, и вывод изношенного валка из эксплуатации, согласно изобретению эксплуатацию начинают с первой клети, а перестановки производят по направлению прокатки, причем перестановку в каждую последующую клеть осуществляют при снижении диаметра бочки не более чем на 6% и вывод валка из эксплуатации производят при снижении диаметра бочки до величины не менее чем 0,905 от ее начального диаметра. Кроме того, активный слой бочки выполнен из сплава следующего химического состава, мас.%:

Углерод	1,1-2,4
Кремний	0,4-1,2
Марганец	0,6-0,9
Хром	9,0-12,0
Никель	0,6-1,4
Молибден	2,0-4,0
Ванадий	0,1-1,0
Железо	остальное

а температура металла, прокатываемого в черновой группе клетей, не превышает 1250°С.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Исследования показали, что центробежно-литые рабочие валки с активным слоем из высокохромистого сплава имеют толщину активного слоя около 12% от радиуса бочки. Установлено, что скалывающие напряжения в разных клетях находятся на разной глубине. Наибольшая глубина их залегания в 1-й клети кварто. Поэтому эксплуатацию новых рабочих валков с максимальной толщиной активного слоя в черновой группе следует начинать именно с 1-й клети.

Исследованиями установлено, что в последней черновой клети кварто глубина залегания максимальных скалывающих напряжений наименьшая, и для наиболее полного использования толщины активного слоя завершать эксплуатацию рабочих валков необходимо именно в 5-й клети.

Опыт эксплуатации высокохромистых валков позволил установить, что основной причиной увеличения съема при перешлифовках являются трещины разгара. Возникновение трещин разгара зависит от температура прокатываемого металла. При прокатке температура прокатываемого металла уменьшается от первой клети к последней. Поэтому в первой клети, где температура поверхности прокатываемого металла максимальна, увеличивается вероятность возникновения трещин разгара. Но так как активный слой бочки в этой клети в соответствии с изобретением имеет максимальную толщину, трещины разгара не приводят к необходимости вывода валка из эксплуатации и удаляются при перешлифовках.

Также установлено, что фрикционный и термический износ рабочих валков с высокохромистым активным слоем зависит от его механических свойств. В начале эксплуатации, когда активный слой имеет мелкозернистую, гомогенную структуру и при отсутствии в нем свободного графита стойкость к фрикционному износу максимальна.

В процессе эксплуатации изношенный активный слой бочки удаляют при перешлифовках. В глубине активного слоя бочки появляется свободный графит, который, хотя и снижает твердость бочки, но тормозит развитие трещин разгара, не позволяя им распространяться в глубину активного слоя. Именно на графитовых включениях происходит замыкание трещин и торможение их развития. Механизм этого явления состоит в том, что трещина, достигая графитового включения, замыкается на округлой полости и не распространяется дальше.

Уменьшение температуры прокатки от первой клети к последней и появление свободного графита в структуре рабочего слоя приводит к уменьшению вероятности появления и развития трещин по мере расхода активного слоя и перестановок валка в последующие, менее температурно нагруженные клети.

Экспериментально установлено, что если перестановку валка в следующую по ходу прокатки клеть, где температура прокатываемого металла ниже, производить при уменьшении диаметра более чем на 6% из-за накопленных усталостных и термических напряжений в предыдущей клети, не исключено разрушение поверхности бочки при прокатке. Стойкость валка снижается.

Если эксплуатацию рабочего валка завершить на диаметре бочки менее 0,905 от ее начального диаметра, это приводит к отслоению оставшегося активного слоя и аварийному выходу валка из строя, так как максимальные скалывающие напряжения развиваются в ослабленном переходном слое от высокохромистого активного слоя к сердцевине валка из серого чугуна. Завершение эксплуатации валка с диаметром бочки более 0,905 приведет к недоиспользованию активного слоя и ресурса работы валка, повышенному расходу рабочих валков.

Рабочие валки черновой группы эксплуатируются в условиях больших степеней обжатия, фрикционного и термического износа, многоцикловой механической нагрузки и тепловых ударов при контакте с прокатываемым металлом и охлаждающей водой. В таких условиях, как показали эксперименты, наиболее устойчивыми оказались валки, активный слой бочки которых выполнен из сплава следующего химического состава, мас.%: углерод 1,1-2,4; кремний 0,4-1,2; марганец 0,6-0,9; хром 9,0-12,0; никель 0,6-1,4; молибден 2,0-4,0; ванадий 0,1-1,0; железо остальное.

Углерод обеспечивает матричное упрочнение металла рабочего слоя. Он усиливает способность образовывать твердую и прочную структуру активного слоя бочки. Содержание углерода менее 1,1% недостаточно для упрочнения активного слоя. При содержании углерода выше 2,4% активный слой при эксплуатации теряет пластичность и подвержен растрескиванию.

Марганец упрочняет матрицу сплава и значительно улучшает его пластичность при термоциклах. Минимальная концентрация марганца, необходимая для достижения требуемой прочности, равна 0,6%. Подобно углероду, марганец в избытке ухудшает вязкость и пластичность сплава и также вызывает появление трещин, поэтому его верхний предел ограничен 0,9%.

Кремний вводится в сплав активного слоя в качестве раскислителя в количестве 0,4-1,2%. С понижением количества кремния менее 0,4% возможно появление пор при центробежной отливке активного слоя бочки валка. Взятый в избытке кремний отрицательно влияет на вязкость сплава, которая при его концентрациях более 1,2% снижается до неприемлемого уровня.

Хром повышает прочность активного слоя бочки валка при прокатке. При содержании хрома менее 9,0% не обеспечивается прочность сплава активного слоя до приемлемого уровня. При содержании хрома свыше 12,0% не обеспечивается оптимальная структура сплава из-за появления остаточного аустенита, что способствует повышенному износу бочки.

Никель повышает вязкость и термическую стойкость. Однако при содержании никеля более 1,4% снижается контактная выносливость активного слоя бочки, а уменьшение содержания никеля менее 0,6% ухудшает термическую стойкость валка.

Ванадий повышает прочность сплава активного слоя с образованием упрочненной матрицы и дополнительно обеспечивает дисперсионное упрочнение при отпуске вследствие выпадения частиц VC. Избыток ванадия способствует появлению трещин при центробежной отливке и ухудшает вязкость сплава, поэтому верхний предел установлен 1,0%. При содержании ванадия менее 0,1% износостойкость активного слоя бочки снижается.

Молибден добавлен для дисперсионного упрочнения и увеличения износостойкости сплава активного слоя. Верхний предел 4,0% установлен потому, что избыток молибдена приводит к ухудшению вязкостных свойств сплава. С понижением содержания молибдена меньше 2,0% износостойкость активного слоя снижается, что неприемлемо.

Увеличение температуры прокатки в черновой группе более 1250°С приводит к появлению трещин разгара, увеличению расхода валков с активным слоем из сплава предложенного состава, ухудшению качества прокатываемого металла, что ограничивает температурный интервал их применения.

Примеры реализации способа

В черновой группе стана 2000, содержащей 4 клети кварто, эксплуатировали центробежно-литые рабочие валки с различным химическим составом активного слоя (табл. 1). Сердцевина всех рабочих валков была отлита из серого чугуна.

Сплав активного слоя состава I имеет концентрацию химических элементов меньше заявленных пределов. В составах II-IV концентрация химических элементов соответствует заявленным пределам. В составе V концентрация химических элементов превышает заявленные пределы.

Таблица 1
№ состава	Химический состав сплавов, мас.%
С	Mn	Si	Cr	Ni	V	Mo
I	1,0	0,5	0,3	8,9	0,5	0,05	1,9
II	1,1	0,6	0,4	9,0	0,6	0,1	2,0
III	1,7	0,7	0,8	10,5	1,0	0,14	3,0
IV	2,4	0,9	1,2	12,0	1,4	0,5	4,0
V	2,5	1,0	1,3	12,1	1,5	0,6	4,1
Примечание: в сплавах всех составов железо - основа.

Пару новых рабочих валков с составом III и с диаметром бочки D_н=1200 мм заваливают в 1-ю клеть кварто непрерывного широкополосного стана 2000 горячей прокатки и производят прокатку слябов толщиной 200 мм из стали марки 09ГФБ до толщины 140 мм. Температура слябов в 1-й клети составляет Т=1180°С. В процессе эксплуатации рабочих валков при износе поверхности их бочек производят вывалку валков из клети, перешлифовку, завалку в клеть и дальнейшую прокатку. После 9 перешлифовок диаметр бочки валка снижается до D_т=1170,2 мм. Поскольку диаметр валков уменьшился на 2,48%, то валки переставляют по направлению прокатки во 2-ю клеть кварто.

После 12 перешлифовок при эксплуатации во 2-й клети при температуре металла Т=1150°С диаметр бочки валков составляет D_т=1150,8 мм. Поскольку диаметр валков уменьшился на 1,65%, валки из 2-й клети переводят для работы в предпоследнюю 3-ю клеть черновой группы стана.

В процессе эксплуатации в 3-й клети после 10 перешлифовок диаметр бочки валков составляет D_т=1120,0 мм, т.е. диаметр валков уменьшился на 2,67%. Поэтому рабочие валки для дальнейшей работы переводят в последнюю, 4-ю, клеть черновой группы. Температура прокатываемого металла в 4-й клети составляет Т=1140°С.

В 4-й клети после 11 перешлифовок диаметр бочки валков снижается на 2,85% и составляет D_т=1084,4 мм. Температура прокатываемого металла в 4-й клети кварто равна Т=1120°С.

Поскольку после 11 перешлифовок при работе в 4-й клети диаметр бочек снизился до предельно допустимого значения D_т=1084,8 мм, что составляет λ=0,904 от их начального диаметра D_н=1200 мм: изношенные рабочие валки, для исключения аварийного разрушения в клети, выводят из эксплуатации и утилизируют.

При таком регламенте эксплуатации удельный расход валков снижается до k=1,30 кг на тонну проката, а выход годных горячекатаных полос максимален: Q=99,9%.

Варианты реализации предложенного и известного способов эксплуатации валка представлены в табл. 2.

Таблица 2
Режимы эксплуатации рабочих валков и их эффективность
№ п/п	№ состава активного слоя	Маршрут перестан. валков по клетям	Уменьшение диаметра валков перед перестановкой, %	λ	Т, °С	k, кг/т	Q, %
1.	I	1-4-2-3	7,8-0-0-13,85	0,908	1260-1200	1,65	87,9
2.	II	1-2-3-4	4,6-1,5-2,1-5,85	0,907	1250-1150	1,45	99,8
3.	III	1-2-3-4	2,48-1,65-2,67-2,85	0,906	1180-1120	1,30	99,9
4.	IV	1-2-3-4	2,3-4,5-5,7-6,00	0,905	1210-1100	1,47	99,6
5.	V	4-2-3-1	6,1-3,6-3,2-10,0	0,904	1200-990	1,68	87,4
6.	II	4-1-3-2	не регл.	не регл.	1260-1220	1,95	75,7

Из табл. 2 следует, что при реализации предложенного способа (варианты 2-4) стойкость валков возрастает. В случаях запредельных значений химических составов активного слоя бочки и режимов эксплуатации рабочих валков (варианты 1 и 5), а также реализации способа-прототипа (вариант 6) стойкость валков снижается, о чем свидетельствует увеличение удельного расхода валков. Снижение стойкости валков сопровождается уменьшением выхода годного листового проката.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что за счет использования центробежно-литых рабочих валков с заданным химическим составом активного слоя в черновой группе клетей непрерывного широкополосного стана, а также при перестановке рабочих валков по маршруту: первая клеть кварто - и далее по порядку по направлению прокатки, причем, когда перестановку в последующую клеть производят при уменьшении диаметра валков не более чем на 6%, а вывод валка из работы - когда диаметр его бочки снижается до величины 0,905 от исходного диаметра, достигается наиболее полное использование ресурса валка при одновременном повышении годного листового проката. Указанные преимущества предложенного способа имеют место при температуре прокатываемого металла не выше 1250°С.

За базовый объект принят способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечит повышение уровня рентабельности производства горячекатаной листовой стали на 5-10%.

Источники информации

1. Полухин П.И. и др. Тонколистовая прокатка и служба валков. - М., Металлургия, 1967, с.284 и 285.

2. Авторское свидетельство СССР №1342549, МПК В21В 28/02, 1987.

3. Патент РФ №2124956, МПК В21В 28/02, 1998 - прототип.

1. Способ эксплуатации центробежно-литого рабочего валка в клетях кварто черновой группы стана горячей прокатки, включающий чередование его работы в клети с перешлифовками активного слоя бочки и перестановки по клетям по мере снижения диаметра бочки и вывод изношенного валка из эксплуатации, отличающийся тем, что эксплуатацию начинают с первой клети, а перестановки производят по направлению прокатки, причем перестановку в каждую последующую клеть осуществляют при снижении диаметра бочки не более чем на 6%, и вывод валка из эксплуатации производят при снижении диаметра бочки до величины не менее чем 0,905 ее начального диаметра.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что активный слой бочки выполнен из сплава следующего химического состава, мас.%:

Углерод	1,1-2,4
Кремний	0,4-1,2
Марганец	0,6-0,9
Хром	9,0-12,0
Никель	0,6-1,4
Молибден	2,0-4,0
Ванадий	0,1-1,0
Железо	остальное

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что температура металла, прокатываемого в черновой группе клетей, не превышает 1250°С.