СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЧУГУННЫХ РАБОЧИХ ВАЛКОВ
METHOD OF OPERATING CAST IRON WORKING ROLLS

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при эксплуатации чугунных рабочих валков диаметром 750-950 мм в непрерывных чистовых группах клетей кварто листовой горячей прокатки.
Известен способ эксплуатации S-образных рабочих валков листовых клетей кварто горячей прокатки, включающий их вывалку из клети, измерение температуры поверхности по длине бочки валка не менее чем в трех точках, шлифование бочки по плавной вогнутой образующей с учетом поправки, определяемой по результатам измерения температуры [1].
Известен также способ эксплуатации чугунных рабочих листопрокатной клети кварто горячей прокатки, включающий их вывалку из клети, охлаждение, черновое шлифование, чистовое шлифование по плавной вогнутой образующей с учетом тепловой поправки, с подачей к валкам смазочно-охлаждающей жидкости, и последующую завалку в клеть [2].
Недостатки известных способов состоят в том, что они не пригодны для подготовки к работе валков с условно цилиндрической формой бочки. Кроме того, только измерение температуры на поверхности бочки не позволяет точно определить текущее значение тепловой выпуклости валка, которая в процессе его шлифования изменяется. Это снижает качество полос, приводит к увеличению их неплоскостности и искажениям формы поперечного сечения.
Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению является способ подготовки рабочих валков широкополосного стана горячей прокатки, включающий их вывалку из клети, измерение температуры по длине бочки валка, шлифование с профилированием по плавной вогнутой образующей с учетом тепловой поправки на расчетный профиль, с подачей к валкам смазочно-охлаждающей жидкости, и последующую завалку в клеть, причем величину тепловой поправки устанавливают по математическим зависимостям с учетом средневзвешенной ширины проката и времени между перевалкой и шлифовкой [3].
Недостатки известного способа состоят в следующем. Охлаждение чугунных рабочих валков диаметром 750-900 мм листопрокатной клети кварто до начала шлифования происходит в течение 10-18 ч. По этой причине для бесперебойной подготовки перешлифованных рабочих валков в эксплуатации одновременно необходимо иметь их 3÷4-кратный запас. Это приводит к «замораживанию» средств, израсходованных на их приобретение, следствием чего является повышение себестоимости производства листового проката. Кроме того, не учет постоянного изменения температуры рабочих валков в процессе шлифования приводит к нарушению оптимальной формы вогнутой образующей бочки. В результате искажается профиль поперечного сечения полос, появляется неплоскостность, ухудшается их качество.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении количества рабочих валков, находящихся в эксплуатации, при одновременном повышении качества горячекатаных полос.
Для решения технической задачи в известном способе эксплуатации рабочих валков чистовой группы листопрокатных клетей кварто горячей прокатки, включающем вывалку валка из клети, измерение температуры по длине бочки валка, шлифование с профилированием по плавной вогнутой образующей с учетом тепловой поправки к заданному значению вогнутости образующей линии, с подачей к валкам смазочно-охлаждающей жидкости, и последующую завалку в клеть, согласно изобретению тепловую поправку устанавливают по соотношению:
1
2
3
2
-5
δ=(k·947,2·Δt-k·4,486·Δt-k·876,4)·10 (мм),
1
2
3
2
где k=1,0-1,4 (мм/°C); k=1,0-1,4 (мм/°C); k=1,0-1,4 (мм) - коэффициенты, зависящие от номера клети чистовой группы, в которой установлен рабочий валок;
<mrow><mi>Δ</mi><mi>t</mi><mo>=</mo><msub><mi>t</mi><mi>c</mi></msub><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
c
t - температура поверхности на середине бочки валка, °C,
1
2
t и t - температура поверхности на концевых участках бочки валка, °C,
при этом удельный расход смазочно-охлаждающей жидкости устанавливают равным 1-8 л/мин.
Сущность изобретения состоит в следующем. Сокращение в 1,5-2 раза количества чугунных рабочих валков, вовлеченных в производственный процесс, может быть достигнуто за счет их шлифования в горячем состоянии. Причем для определения температурной поправки имеет значение не само значение температуры, а разность температур на краю бочки и в ее середине, что характеризует величину тепловой выпуклости образующей линии.
Исходный тепловой профиль рабочего валка перед шлифованием существенно зависит от порядкового номера клети чистовой группы, в которой он эксплуатировался. Кроме того, в процессе шлифования, проводимого с подачей смазочно-охлаждающей жидкости, происходит непрерывное изменение температурного поля валка, обусловленное его разогревом от трения с абразивным кругом и охлаждением при поливе смазочно-охлаждающей жидкостью. Учесть все факторы, влияющие на профиль рабочего валка в процессе его шлифования в нагретом состоянии, с достаточной для практического использования точностью, оказалось возможным путем экспериментальных исследований влияния перечисленных параметров на фактическую форму образующей линии после охлаждения валка до комнатной температуры.
Исходя из экспериментальных исследований параметров состояния и шлифования горячих чугунных рабочих валков диаметром 750-950 мм, вываленных из различных клетей чистовой группы (номер клети чистовой группы, продолжительность паузы перед шлифованием, исходное распределение температуры по поверхности бочки, обобщенный режим шлифования с подачей смазочно-охлаждающей жидкости, ее удельный расход), опытным путем было определено значение тепловой поправки, величина которой определяется эмпирическим уравнением:
1
2
3
2
-5
δ=(k·947,2·Δt-k·4,486·Δt-k·876,4)·10.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
2
2
При этом, как показали эксперименты, для предпоследней и последней клетей чистовой группы эмпирические коэффициенты k; k; k принимают минимальное значение k=1,0 (мм/°C); k=1,0 (мм/°C); k=1,0 (мм), а для первой и второй клетей - максимальное значение k=1,4 (мм/°C); k=1,4 (мм/°C); k=1,4 (мм). Для промежуточных клетей чистовой группы k=1,2 (мм/°C); k=1,2 (мм/°C); k=1,2 (мм).
Экспериментально установлено, что при снижении удельного расхода смазочно-охлаждающей жидкости менее 1 л/мин при шлифовании горячего чугунного валка на его бочке образуются дефекты в виде прижогов, сопровождающихся локальным разупрочнением и разрушением поверхности бочки. Валки с прижогами перешлифовывают, что увеличивает их расход. Увеличение удельного расхода более 8 л/мин приводит к дополнительному локальному охлаждению и искажению формы образующей бочки. Это увеличивает неплоскостность горячекатаных полос.
Примеры реализации способа
н
з
1. На непрерывном широкополосном стане 2000 горячей прокатки для обеспечения высокой плоскостности полос при минимальной поперечной разнотолщинности в последней, 7-й клети чистовой группы, используют чугунные рабочие валки диаметром D=800 мм, которые в холодном состоянии, т.е. при температуре +20°C, профилируют по оптимизированной плавной вогнутой образующей линии в виде ветви параболы с амплитудой вогнутости δ=0,50 мм.
1
c
2
На вываленном из 7-й клети рабочем валке производят измерение температуры поверхности бочки в трех точках: на левом краю бочки t=61°C; в средней части t=80°C; на правом краю бочки t=59°C.
По результатам измерений рассчитывают разность температур:
<mrow><mi>Δ</mi><mi>t</mi><mo>=</mo><msub><mi>t</mi><mi>c</mi></msub><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>=</mo><mn>80</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><mn>59</mn><mo>+</mo><mn>61</mn></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>=</mo><mn>20</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><msup><mrow /><mo>∘</mo></msup><mi>C</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo></mrow>
1
2
3
С учетом того, что для чугунных рабочих валков последней клети чистовой группы эмпирические коэффициенты k=1,0 (мм/°C); k=1,0 (мм/°C); k=1,0 (мм), производят расчет тепловой поправки:
2
-5
2
5
δ=(1·947,2·Δt-1·4,486·Δt-1·876,4)·10=(1·947,2·20-1·4,486·20-1·876,4)·10=0,16 (мм).
г
з
Вываленный из клети горячий рабочий валок без охлаждения до комнатной температуры устанавливают на вальце-шлифовальном станке и производят его черновое шлифование (обдирку) и чистовое шлифование (профилирование) вращающимся абразивным кругом. В процессе шлифования в зону резания подают смазочно-охлаждающую жидкость с удельным расходом q=4,5 л/мин, в качестве которой используют 0,5-1,7%-ный раствор кальцинированной соды в воде. Профилирование бочки неостывшего валка производят по плавной вогнутой образующей в виде ветви параболы с амплитудой вогнутости δ, с учетом тепловой поправки δ, учитывающей увеличение вогнутости до ее оптимального заданного значения δ по мере остывания валка:
г
з
δ=δ-δ=0,50-0,16=0,34 (мм).
з
После полного охлаждения рабочего валка производят контрольное измерение максимального значения вогнутости, которая в результате термического сужения снижается до заданного значения δ=0,50 мм.
Отшлифованный валок заваливают в паре с таким же рабочим валком в 12-ю клеть стана и осуществляют горячую прокатку полос из углеродистых сталей толщиной от 1,0 до 12,0 мм.
При промышленной реализации предложенного способа в экспериментах осуществляли варьирование удельного расхода смазочно-охлаждающей жидкости, подаваемой в зону резания при шлифовании, и оценивали его эффективность. Результаты представлены в таблице. Из данных, представленных в таблице, следует, что при удельном расходе смазочно-охлаждающей жидкости q=1-8 л/мин достигаются наилучшие показатели стойкости валков и качества горячекатаных полос.
Таблица
№п/п
q, л/мин
Наличие прижогов бочки
Неплоскостность полос, мм/м
1
0,9
есть
6-15
2
1,0
нет
5
3
4,5
нет
4
4
8,0
нет
5
5
9,0
нет
7-17
1
c
2
2. Изношенный чугунный рабочий валок вываливают из 1-й клети чистовой непрерывной группы и производят измерение температуры в трех точках на его бочке: на левом краю t=69°C, в средней части t=90°C и на правом краю t=71°C. Затем рассчитывают усредненную разность температур на краях бочки и в середине:
<mrow><mi>Δ</mi><mi>t</mi><mo>=</mo><msub><mi>t</mi><mi>c</mi></msub><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>=</mo><mn>90</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><mn>69</mn><mo>+</mo><mn>71</mn></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>=</mo><mn>20</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><msup><mrow /><mo>∘</mo></msup><mi>C</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
.
1
2
3
2
Для шлифования горячего валка по предложенной формуле производят расчет тепловой поправки δ, принимая во внимания, что для первых клетей чистовой группы эмпирические коэффициенты k=1,4 (мм/°C); k=1,4 (мм/°C); k=1,4 (мм):
2
-5
δ=k·(947,2·Δt-4,486·Δt-876,4)·10=
2
-5
=1,4·(947,2·20-4,486·20-876,4)·10=0,23 мм.
Вываленный из клети неостывший рабочий валок устанавливают на вальце-шлифовальном станке и производят его черновое шлифование (обдирку) и чистовое шлифование (профилирование) вращающимся абразивным кругом с подачей смазочно-охлаждающей жидкости при ее удельном расходе q=6,0 л/мин.
з
Для получения прокатываемых полос с высокой плоскостностью чугунный рабочий валок 1-й клети чистовой группы при комнатной температуре +20°C должен иметь оптимальный профиль в виде плавной вогнутой образующей линии (параболы) с амплитудой вогнутости δ=0,60 мм.
г
Профилирование бочки неостывшего рабочего валка производят с учетом тепловой поправки δ по плавной вогнутой образующей в виде ветви параболы с амплитудой вогнутости δ, учитывающей увеличение вогнутости до ее оптимального значения 53 по мере остывания валка:
г
з
δ=δ-δ=0,60-0,23=0,37 (мм).
После завершения шлифования рабочий валок вновь заваливают в 1-ю клеть непрерывной чистовой группы и производят горячую прокатку полос. Благодаря тому что рабочий валок в результате шлифования приобретает оптимальную профилировку, прокатанные полосы имеют минимальную неплоскостность.
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что измерение фактической температуры бочки валка в трех точках перед шлифованием и расчет тепловой поправки к заданному значению вогнутости образующей линии по предложенной эмпирической формуле позволяет реализовать шлифование чугунных рабочих валков непрерывной чистовой группы клетей в горячем состоянии, не дожидаясь их охлаждения до комнатной температуры. Благодаря этому общий оборотный парк рабочих валков стана 2000, одновременно находящихся в эксплуатации, может быть сокращен на 15-20%. Это позволяет экономить «замороженные» оборотные средства предприятия и обеспечивает повышение рентабельности производства горячекатаной листовой стали на ~3%.
Литература
1. Патент Российской Федерации №2301123, МПК B21B 28/00, 2007 г.;
2. Л.И. Боровик, А.И. Добронравов. Технология подготовки к эксплуатации валков тонколистовых станов. М., Металлургия, 1984 г., с.40-44, 86-87;
3. Авт. свид. СССР №1600881, МПК B21B 28/02, 1990 г.