способ эксплуатации чугунного валка сортопрокатного стана
Классы МПК: | B21B28/02 поддерживание валков в рабочем состоянии, например ремонт |
Автор(ы): | Луценко Андрей Николаевич (RU), Монид Владимир Анатольевич (RU), Ровкин Анатолий Михайлович (RU), Гаврилов Сергей Анатольевич (RU), Галяткин Владимир Михайлович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Северсталь" (RU), Общество с ограниченной ответственностью "ССМ-Тяжмаш" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-11-10 публикация патента:
10.09.2008 |
Изобретение предназначено для использования в черновых клетях станов горячей прокатки стальных сортовых профилей. Способ включает проточку ручьев на бочке валка, завалку в клеть и деформирование стальной полосы в калибрах, образуемых ручьями смежных валков, с подачей на ручьи охлаждающей воды. Повышение стойкости валков и качества сортовых профилей обеспечивается за счет того, что деформирование в калибрах ведут с коэффициентом вытяжки не более 1,75 при температуре полосы не выше 1170°С, охлаждающую воду на ручьи подают как со стороны входа полосы в валки, так и со стороны выхода, валок изготавливают из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом регламентируемого химического состава. Перед началом эксплуатации валок подвергают отжигу путем нагрева до температуры 600-670°С, выдержки при этой температуре в течение 8-30 ч и охлаждения со скоростью 5-20°С/ч. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Формула изобретения
1. Способ эксплуатации чугунных валков сортопрокатного стана, включающий проточку на бочках валков ручьев, образующих калибры, завалку их в клеть и деформирование стальной полосы в калибрах с подачей на ручьи охлаждающей воды, отличающийся тем, что деформирование в калибрах ведут с коэффициентом вытяжки не более 1,75 при температуре полосы не выше 1170°С, охлаждающую воду на ручьи подают со стороны входа полосы в валки и со стороны выхода из валков, при этом для изготовления валков используют высокопрочный чугун с шаровидным графитом следующего химического состава, мас.%:
Углерод | 3,1-3,3 |
Кремний | 0,9-1,19 |
Марганец | 0,5-0,6 |
Хром | 0,3-0,4 |
Никель | 3,0-3,5 |
Молибден | 0,3-0,4 |
Фосфор | не более 0,10 |
Сера | не более 0,02 |
Железо | остальное. |
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед началом эксплуатации валки подвергают отжигу путем нагрева до температуры 600-670°С, выдержке при этой температуре в течение 8-30 ч и охлаждению со скоростью 5-20°С/ч.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сортопрокатному производству, и может быть использовано в черновых клетях станов горячей прокатки стальных сортовых профилей.
Известен способ эксплуатации валка стана горячей прокатки, включающий монтаж валка с подушками, завалку в клеть и прокатку разогретой стальной полосы с подачей на валок охлаждающей воды. При этом чугунный валок имеет следующий химический состав, мас.%:
Углерод | 2,5-3,7 |
Кремний | 0,2-2,2 |
Марганец | 0,2-1,5 |
Фосфор | не более 0,1 |
Сера | не более 0,08 |
Никель | 0,8-4,5 |
Хром | 0,5-5,0 |
Молибден | 0,2-1,5 |
Железо | Остальное [1]. |
Недостатки указанного способа состоят в том, что вследствие действия контактных скольжений металла в очаге деформации и температурных циклических нагрузок происходит интенсивный износ валка. Это снижает стойкость валка и ухудшает качество прокатываемых стальных полос.
Известен также способ эксплуатации чугунного рабочего валка стана горячей прокатки, включающий его переточку, завалку в клеть и прокатку стальных полос с одновременной подачей охлаждающей жидкости. Валок выполнен из чугуна следующего состава, мас.%:
Углерод | 2,8-4,0 |
Кремний | 0,5-1,5 |
Марганец | 0,5-1,0 |
Фосфор | не более 0,08 |
Сера | не более 0,06 |
Никель | 3,0-5,0 |
Хром | 1,0-3,0 |
Молибден | 1,5-5,0 |
Железо | Остальное [2]. |
При таком способе эксплуатации также имеет место интенсивный износ сортопрокатных валков вследствие термической усталости. По мере накопления износа происходит ухудшение качества сортовых профилей.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ эксплуатации чугунного валка сортопрокатного стана, включающий проточку ручьев на его бочке, завалку в клеть и деформирование стальной полосы в калибрах, образуемых ручьями смежных валков, с подачей на ручьи охлаждающей воды, согласно которому деформирование в калибрах ведут с коэффициентом относительной вытяжки не более 1,35 при температуре полосы 800-1100°C, причем чугун, из которого изготовлен валок, имеет следующий химический состав, мас.%:
Углерод | 2,8-3,5 |
Кремний | 1,2-1,7 |
Марганец | 0,35-0,70 |
Фосфор | 0,04-0,11 |
Сера | не более 0,16 |
Хром | 0,2-0,5 |
Никель | 2,8-3,6 |
Молибден | 0,1-0,5 |
Ванадий | 0,01-0,03 |
Медь | 0,4-0,8 |
Железо | Остальное [3]. |
Недостатки известного способа состоят в следующем. После завалки в клеть валка с проточенными ручьями из чугуна известного состава при прокатке сортового профиля его ручей в очаге деформации подвергается циклическому воздействию высоких температур, контактных давлений и фрикционному износу из-за пластического течения металла при его вытяжке. В результате термические трещины распространяются вглубь валка, уменьшая его стойкость. Все это вызывает ускоренный износ валка, особенно в черновых клетях, образование в нем трещин и отслоений. Это снижает стойкость валка и качество сортовых профилей.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении стойкости валков и качества сортовых профилей.
Для решения поставленной технической задачи в известном способе эксплуатации чугунного валка сортопрокатного стана, включающем проточку ручьев на его бочке, завалку в клеть и деформирование стальной полосы в калибрах, образуемых ручьями смежных валков, с подачей на ручьи охлаждающей воды, согласно предложению деформирование в калибрах ведут с коэффициентом вытяжки не более 1,75 при температуре полосы не выше 1170°C, охлаждающую воду на ручьи подают как со стороны входа полосы в валки, так и со стороны выхода, причем для изготовления валка используют высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ), имеющим следующий химический состав, мас.%:
Углерод | 3,1-3,3 |
Кремний | 0,9-1,19 |
Марганец | 0,5-0,6 |
Хром | 0,3-0,4 |
Никель | 3,0-3,5 |
Молибден | 0,3-0,4 |
Фосфор | не более 0,10 |
Сера | не более 0,02 |
Железо | Остальное. |
Кроме того, перед началом эксплуатации валок подвергают отжигу путем нагрева до температуры 600-670°C, выдержки при этой температуре в течение 8-30 ч и охлаждения со скоростью 5-20°C/ч.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Стойкость чугунного валка сортопрокатного стана определяется как комплексом его служебных свойств, так и условиями работы в клети. Поэтому для повышения стойкости валка необходимо одновременно оптимизировать химический состав, микроструктуру чугуна, и снизить в нем механические напряжения, возникающие в процессе кристаллизации после отливки. Валки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом предложенного состава показали наилучшую стойкость против фрикционного износа, а также против образования и развития усталостных и термических трещин. Объясняется это тем, что зарождающиеся на поверхности ручья микротрещины доходят в глубину лишь до ближайшего графитового глобуля, где происходит остановка их дальнейшего развития. Легированная металлическая матрица, в которой расположены графитовые глобули, имеет повышенную твердость и стойкость против фрикционного износа. Отсутствие в ней в результате отжига перед началом эксплуатации валка остаточных механических напряжений снижает вероятность поломок валка и разрушений поверхности, а подача охлаждающей воды на ручьи как со стороны входа полосы в валки, так и со стороны выхода, обеспечивает улучшение теплосъема и термических напряжений, уменьшает потерю твердости ручья из-за перегрева при контакте с прокатываемым металлом. Благодаря этому температура прокатываемого металла и коэффициент вытяжки могут быть увеличены до Т=1170°C и =1,75 (против Т=1100°C и
=1,35 в способе-прототипе) при повышении стойкости валка. Следствием повышения стойкости валка является повышение качества сортовых профилей по точности размеров и отсутствию дефектов поверхности.
Экспериментально установлено, что увеличение коэффициента относительной вытяжки более 1,75 ведет к увеличению длины пути контактного трения в очаге деформации росту температуры поверхности ручья из-за удлинения его времени контакта с нагретым металлом. Это приводит к увеличению износа ручья.
Повышение температуры полосы более 1170°C при одновременном увеличении протяженности очага деформации за счет повышения коэффициента вытяжки вызывает перегрев поверхности ручья, его повышенный износ, что недопустимо.
При подаче охлаждающей воды на ручей только с одной стороны (входа или выхода металла) приводит к перегреву валка, потере твердости поверхности ручья и повышенному его износу.
При содержании в чугуне углерода менее 3,1% снижается твердость металлической матрицы, она обедняется карбидами, т.к. часть углерода уходит на образование графитовых глобулей. В результате увеличивается фрикционный износ ручья. Увеличение содержания углерода более 3,3% приводит к снижению прочности валка и образованию выкрошек при прокатке.
Кремний обеспечивает необходимую жидкотекучесть при отливке валка и повышает его упругость. Снижение содержания кремния менее 0,9% ухудшает износостойкость валка, а увеличение сверх 1,19% охрупчивает металлическую матрицу ВЧШГ, ведет к образованию сколов на ручье.
Марганец раскисляет чугун, связывает примесную серу в сульфиды, повышает прочность и износостойкость металлической матрицы. Снижение содержания марганца менее 0,5% приводит к повышенному износу ручья валка, а увеличение более 0,6% способствует развитию термических трещин вглубь металлической матрицы валка, снижает его стойкость.
Хром и никель введены в ВЧШГ для повышения термической и фрикционной стойкости ручья валка. При содержании хрома менее 0,3% или никеля менее 3,0% снижается прочность металлической матрицы и стойкость ручья. Увеличение концентрации хрома более 0,4% или никеля более 3,5% переупрочняет металлическую матрицу, способствует развитию термических трещин вглубь валка. Это снижает его стойкость.
Молибден повышает механическую прочность валка, стойкость против износа. При снижении содержания в чугуне молибдена менее 0,3% ручей валка имеет низкую твердость и износостойкость. Увеличение содержания молибдена более 0,4% не приводит к дальнейшему повышению стойкости валка и качеству сортовых профилей, а лишь увеличивает стоимость легирующих.
Фосфор является элементом, оказывающим при концентрации не более 0,10% благоприятное влияние на литейные свойства чугуна. Участки фосфидной эвтектики увеличивают твердость и износостойкость валка. Однако увеличение содержания фосфора более 0,10% способствует развитию фрикционного и температурного износа ручьев валка.
Сера является вредной примесью, она снижает жидкотекучесть чугуна при отливке и ухудшает вязкостные свойства литого валка из ВЧШГ, поэтому его содержание ограничено величиной 0,02%, при которой отрицательное влияние серы проявляется слабо. При содержании серы в ВЧШГ более 0,02% валок характеризуется неравномерными свойствами и низкой трещинностойкостью.
Отжиг перед началом эксплуатации валка, отлитого из ВЧШГ предложенного состава при температуре ниже 600°C и времени выдержки менее 8 ч, не обеспечивает снятия внутренних напряжений, возникших в процессе кристаллизации расплава. Остаточные напряжения, суммируясь с температурными и силовыми напряжениями в процессе прокатки, приводят к поломке валка и сколам участков ручья. Увеличение температуры отжига более 670°C или времени выдержки более 30 ч приводят к потере твердости металлической матрицы ВЧШГ, снижению износостойкости ручья, ухудшению качества сортовых профилей.
Охлаждение отожженного валка из ВЧШГ со скоростью более 20°С/ч приводит к появлению термических напряжений и снижению стойкости валка. Уменьшение скорости охлаждения менее 5°C/ч не повышает стойкость валка, а лишь удлиняет цикл его отжига, что нецелесообразно.
Примеры реализации способа
Для прокатки сортовых профилей на среднесортном стане 350 используют чугунные валки с диаметром бочки 600 мм и с химическим составом, приведенным в табл.1.
Таблица 1. Химический состав ВЧШГ для литых валков сортопрокатного стана | |||||||||
№ состава | Содержание химических элементов, мас.% | ||||||||
С | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Р | S | Fe | |
1. | 3,0 | 0,80 | 0,40 | 0,20 | 2,90 | 0,20 | 0,07 | 0,011 | остальн. |
2. | 3,1 | 0,90 | 0,50 | 0,30 | 3,00 | 0,30 | 0,08 | 0,012 | -:- |
3. | 3,2 | 1,50 | 0,55 | 0,35 | 3,25 | 0,35 | 0,09 | 0,016 | -:- |
4. | 3,3 | 1,19 | 0,60 | 0,40 | 3,50 | 0,40 | 0,10 | 0,020 | -:- |
5. | 3,4 | 1,20 | 0,70 | 0,50 | 3,60 | 0,50 | 0,20 | 0,030 | - - |
6. (прототип) | 3,5 | 1,70 | 0,70 | 0,50 | 3,60 | 0,50 | 0,11 | 0,16 | -:- |
Чугуны всех составов выплавляли в электродуговой печи. Выплавленный чугун для получения шаровидного графита обрабатывали магниевой лигатурой. Отливку валков из ВЧШГ проводили при температуре расплава в ковше 1310°C.
Отлитые валки подвергали отжигу по режиму: нагрев до температуры отжига Т о=635°C, выдержка в течение времени о=19 ч, охлаждение со скоростью V o=12°C/ч.
На бочках валков выполняли ручьи трапециевидного сечения, образующие открытые ящичные калибры, и заваливали в 3-ю клеть черновой группы стана 350. В клетях черновой группы осуществляли прокатку непрерывнолитой заготовки сечением 150Х150 мм. Температура полосы в 3-й клети составляла Т=1150°C. В процессе прокатки на ручьи валков подавали охлаждающую воду как со стороны входа полосы в валки, так и со стороны выхода. Прокатку полос в 3-й клети вели с коэффициентом вытяжки =1,45 до достижения величины выработки ручья, равной 0,1 мм. После этого валки вываливали из клети и восстанавливали форму ручьев проточкой. Проточенные валки вновь заваливали в клеть для прокатки.
Удельный расход валков при этом составляет R=0,16 кг/т (кг на тонну проката) при выходе кондиционной продукции Q=99,4%.
Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в табл.2.
Из данных, приведенных в табл.1 и табл.2 следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается повышение стойкости валков и качества сортовых профилей. В этих случаях удельный расход валков минимальный при максимальном выходе кондиционного проката. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также при реализации способа-прототипа (вариант №6) имеет место снижение стойкости валков и качества сортовых профилей.
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что одновременная оптимизация режимов эксплуатации (режим отжига валков, допустимая вытяжка при прокатке и температура полосы, охлаждение валков) и применение валков из ВЧШГ заданного химического состава обеспечивают наиболее высокую стойкость валков в черновых клетях сортопрокатного стана. Уменьшение износа ручьев валков благоприятно сказывается на качественных показателях сортовых профилей: точности размеров и качестве поверхности. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности сортопрокатного производства на 10-12%.
Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения:
1. Заявка Японии №63174706, МПК В21В 27/02, В21В 27/00, 1988 г.
2. Заявка Японии №62-160702, МПК В21В 27/00, С22С 37/00, 1989 г.
3. Патент РФ №2259243, МПК В21В 1/22, 2005 г.
Таблица 2. Режимы эксплуатации чугунных валков и их эффективность | ||||||||
№ п/п | № состава | Режим отжига | Режим прокатки | R, кг/т | Q,% | |||
То, °C | V o, °C/ч | Т, °С | | |||||
1. | 5 | 590 | 7 | 4 | 980 | 1,32 | 0,22 | 97,6 |
2. | 2 | 600 | 8 | 5 | 990 | 1,39 | 0,15 | 99,3 |
3. | 3 | 635 | 19 | 12 | 1000 | 1,45 | 0,16 | 99,4 |
4. | 4 | 670 | 30 | 20 | 1160 | 1,75 | 0,15 | 99,2 |
5. | 1 | 680 | 31 | 21 | 1170 | 1,76 | 0,23 | 97,5 |
6. (прототип) | 6 | не регл. | не регл. | не регл. | 1100 | 1,35 | 0,22 | 97,3 |
Класс B21B28/02 поддерживание валков в рабочем состоянии, например ремонт