Стойкость и расход прокатных валков на станах горячей прокатки ОАО "ЧМЗ"

 

     Наплавка  — весьма перспективный способ повышения  стойкости и уменьшения расхода стальных валков. Связанное с износом уменьшение диаметра бочки валков, обычно весьма небольшое, никогда не является причиной смены валков. Основная причина, по которой приходится выполнять периодические переточки валков, состоит в том, что калибры вырабатываются по ширине.

     Наплавка  позволяет восстанавливать первоначальные размеры валков и одновременно достигать большего увеличения их стойкости.

     Получение в процессе наплавки высоколегированного износостойкого слоя наплавленного металла позволило повысить производительность прокатных станов 250 и 370 за счет сокращения числа перевалок обжимных клетей, сократить расход валков, прокатывать металл на валках с максимальным диаметром бочки и, следовательно, с максимальной скоростью прокатки.

     Перед наплавкой бочки валка, соответствующие  ручьи нагреваются в индукторе до 350-400°С.

      Наплавка производится при помощи плавящегося металлического электрода. При сварке дуга образуется между основным металлом и проволокой. Дуга расплавляет металл изделия и проволоку. Для защиты расплавленного металла от вредного действия воздуха, сохранения тепла дуги и предотвращения разбрызгивания жидкого металла служит сыпучий флюс, толстым слоем которого покрывают наплавленный участок. Расплавленный флюс изолирует дугу от воздуха, концентрирует тепло, создаваемое дугой, предотвращает окисление наплавленного металла, облегчает хорошее формирование наплавляемого валика, определенного химического состава и физико-механических свойств. Электродная проволока и флюс поступают с постоянной скоростью. При расплавлении металл электрода смешивается с расплавленным металлом изделия, образуя ванну жидкого металла. Поверхность расплавленного металла покрывает жидкий флюс. После кристаллизации получается наплавленный валик, покрытый шлаковой коркой и нерасплавившимся флюсом. Схема процесса наплавки под флюсом представлена на рис.7.

     Наплавка  стальных прокатных валков, при неоднократном  восстановлении изношенных калибров, дает значительный экономический эффект. Как показывает практика, стойкость наплавленных валков в 2-3 раза выше стойкости не-наплавленных. Например, на стане 250 стойкость валков обжимной клети составляет 3500 т без наплавки и 10000 т с наплавкой.

     В настоящее время закуплен еще  один наплавочный станок для наплавки стальных валков массой до 12 т, диаметром  бочки 560-890 мм, длиной бочки 1500-2200 мм для  станов 550 и 800.

     Технология  наплавки стальных валков в сущности не изменится, поменяется способ нагрева валка перед наплавкой. Соответствующие ручьи бочки валка будут нагреты с использованием инфракрасных панельных нагревателей до 350-400°С. Питание панельных нагревателей производится от самостоятельных источников питания с регулируемой мощностью. Схема расположения нагревателей в рабочем положении и в положении загрузки валка показана на рис.8.

      Наплавка производится на установке, которая включает вращатель валка  с плавнорегулируемой скоростью  на базе лоботокарного станка типа РТ-267, наплавочную головку УНВ 3-5, оборудованную модулем продольного перемещения, безлюфтовыми суппортами горизонтального и вертикального перемещения, модулем подачи проволоки или ленты, выпрямителем. Управление выпрямителем, модулем подачи проволоки, модулем перемещения, модулем вращения валка цифровое от одного выносного пульта. Реализована система зажигания дуги и заварки кратера. Привязка режима наплавки, скорости перемещения к скорости вращения валка для регулирования ширины валиков и высоты наплавленного металла, реализации режима раскладки валиков при восстановлении бочки валка, возможность наплавки по спирали и с отшагиванием, наплавка вертикальных участков калибров будет осуществляться по специальным программам, встроенным в установку.

     Наплавка будет производится под слоем флюса проволокой 3,5-6 мм, лентой 0,5x40 мм различного состава в зависимости от требований для конкретного валка. Производительность наплавки в зависимости от применяемых материалов составит 5-30 кг/ч.

 

ПЛАЗМЕННАЯ  ЗАКАЛКА ЧУГУННЫХ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ

 

     Низкотемпературная  плазма (5000...50000 °К) относится к концентрированным  источникам энергии и находит  все большее применение для поверхностного упрочнения прокатных валков, деталей машин и инструмента из различных сплавов.

     Сущность плазменной закалки заключается в локальном нагреве участка поверхности со скоростями 10³...10⁴ °С/с до высоких температур с последующим охлаждением со сверхкритической скоростью за счет теплоотвода во внутренние слои изделия. При этом формируется специфическая мелкодисперсная структура с высокими эксплуатационными характеристиками.

     При закалке концентрированными источниками  энергии в силу специфичности обработки (высокие скорости нагрева и охлаждения) удается получить такую структуру и свойства поверхностного слоя, которые недостижимы при традиционных способах термической обработки.

     Установка для плазменной закалки состоит  из:

         ♦ Плазмотрона (или нескольких плазмотронов);

         ♦ Источника питания;

         ♦ Осциллятора для зажигания плазменной дуги;

         ♦ Пульта управления с контрольно-измерительными приборами;

         ♦ Станка, вращателя или манипулятора, обеспечивающего рабочую скорость перемещения плазменной дуги относительно поверхности упрочняемого изделия;

         ♦ Системы водоснабжения для охлаждения узлов плазмотрона;

         ♦ Системы газоснабжения для подачи плазмообразующего газа или смеси газов.

     Основной  исполнительный орган — плазмотрон, в котором генерируется низкотемпературная плазма.

     Эксперимент проводится совместно с сотрудниками Плазменной лаборатории Нижнетагильского филиала УГТУ-УПИ (рук. Бердников А.А.). Для стана 550 подвергли закалке чугунные валки черновой и чистовой клетей для прокатки швеллера №10 и 12. Материал валков — чугун СШХН-47. Основная часть валков (70% от количества закаленных) закалена диаметрами 535...540 мм, т.е. валки последней постановки, у которых стойкость ниже, так как по мере переточек отбеленный слой валка уменьшается и калибр все более углубляется в переходной слой чугуна.

     Для закалки использовался плазмотрон прямого действия. Плазмообразующий газ — аргон. В качестве источника питания использовали обычный сварочный выпрямитель ВДУ-506.

     Перед закалкой поверхность ручьев прокатного валка очищается от загрязнений. Процесс закалки после зажигания дуги происходит при перемещений плазменной дуги (струи) относительно поверхности ручья прокатного валка. Закалка производилась без оплавления поверхности

     При помощи переносного твердомера УЗИТ-ЗМ измерена твердость поверхности  чистовых валков 3-й клети, которая  составила 38...40 HRC до закалки и 57...59 HRC после закалки.

     Стойкость калибров увеличилась на 25...56%. При  одинаковой стойкости закаленных и  незакаленных валков снижается их расход за счет меньшего снятия при переточках.

     Вывод: применение переточки отработанных валков, использование комбинированных шаблонов, рациональное расположение калибров на бочке валка, упрочнение поверхности калибров обкаткой, их наплавка и плазменная закалка в условиях Чусовского металлургического завода позволили существенно повысить стойкость калибров и снизить расход валков.

 
 

ВЫВОДЫ

 

     Были  рассмотрены такие особенности эксплуатации валков на прокатных станах ОАО «ЧМЗ» как: использование минусовых, номинальных и плюсовых шаблонов, использование отработанных валков, оптимизация режимов сортовой прокатки направленное на повышения стойкости прокатных валков. Описаны устройства для наплавки валков и для плазменной закалки валков и результаты опытной эксплуатации последнего.

 
 
 
 
 
 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

     1.  Чекмарев А. П. Износ прокатных валков. / А. П. Чекмарев, Р. А. Машковцев – М.: Металлургиздат, 1955. – 147 с.

     2.  Илюкович Б.М. Стойкость и расход прокатных валков. / Б.М. Илюкович – М.: Металлургия, 1964. – 110 с.

     3.  Илюкович Б.М. Калибровка швеллера на стане 550 по методу сгибания. / Б.М. Илюкович – Сталь, 1961, № 7.

     4.  Илюкович Б. М. Прокатка и калибровка фасонных профилей. Т. 1. (справочник). / Б. М. Илюкович – М.: Металлургия, 1999. – 477 с.

     5.  Воронцов Н.М. Эксплуатация валков обжимных и сортовых станов. / Н.М. Воронцов, В. Т. Жадан, Б. Я. Шнееров и др. – М.: Металлургия, 1973. – 288 с.

     6.  Безнос М.П. Валки крупносортных и рельсобалочных станов. / М.П. Безнос – М .: Металлургия, 1966. – 124 с.

     7.  Просвирнин М. Г. Сборник трудов 1-й международной конференции молодых специалистов. / М. Г. Просвирнин – М.: ВНИИМЕТМАШ, 2005. – 211 с.