Исследование износа сортовых прокатных валков (А. Б. Стеблов) // Производство проката, 2010, № 10, с. 21-23

А.Б. Стеблов ( Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. ) ОАО АКХ «ВНИИМЕТМАШ»

 

Предложена методика расчета износа сортовых прокатных валков в зависимости от фактора формы калибра и химического состава прокатываемой стали.

Ключевые слова: сортовые валки, калибры, износ, расчеты.

В технической литературе данные по стойкости прокатных валков и износу калибров приводятся крайне редко. Трудность оценки влияния каждого из многих факторов, влияющих на износ, связана также с тем, что на одном комплекте валков, как правило, прокатываются различные марки стали.

В данной работе сделана попытка расчетным путем установить величину износа валков, основываясь на данных по стойкости валков стана 850 ОАО «Белорусский металлургический завод» (БМЗ), изготовленных из стали 150ХНМ. Норма расхода валков по цеху принята равной R_H = 0,5 кг/т. Данные из производственных отчетов показывают, что в отдельные периоды времени наблюдается превышение установленной нормы, но в целом за год списано изношенных валков в пределах нормы.

Согласно работе [1] износ валков из стали 150ХНМ по дну калибра составляет 2,48 мм на 1000 т проката, но нет данных по его профилю и марке стали, а также форме калибра.

Для случая износа калибра, изображенного на рисунке, используем известное выражение [2]

 

где Dh_c — выработка по стенке калибра; DD = D- D_H — разница диаметров валков до и после переточки. Определим износ боковой поверхности калибра и вес снятого при переточке металла на всю длину рабочей зоны валка. Расчетное значение износа валка весом 12,6 т при пересчете составит R_K = 0,036 кг/т. Расчет сделан для калибровки валка при прокатке квадрата 125x125 мм из непрерывнолитой заготовки сечением 300x400 мм. Так как данные по коэффициенту трения или сопротивлению деформации при различных температурах прокатки для многих сталей отсутствуют, попытаемся связать износ калибра с углеродным эквивалентом прокатываемой стали.

Схема переточки калибра 

Для упрощения решения задачи разобьем условно все прокатанные в 2009 г. марки стали по углеродному эквиваленту С_i на три группы:

1. С₁ — сюда входит сталь марок 70, 80, 85, 90К, 65Г, 70Г;
2. С₂- сталь марок 35,45,40Х, 25ХГТ, 38ХГМ, 35ХГСА, 20ХНЗА, 20ХГНМ2ТА, ШХ15СГ;
3. С₃ - сталь марок Зсп, 10, 20, 25Г2С, 20Г2, 35Г, 08ГС.

Углеродный эквивалент находим по формуле:

С_i = C + 0,17Mn + 0,1Si + 0,2(Cr+Ti+Mo) + 0,06(Cu+Ni).              (2)

В качестве другого фактора, влияющего на износ калибра, примем коэффициент формы поперечного сечения раската — отношение периметров заготовки и готового проката;

K_i = П₀/П_i                    (3)

На БМЗ используют заготовки сечением 250x300 и 300x400 мм. Значения коэффициента K_i для основных профилей приведены в таблице. Установленная норма износа валка R_H = 0,5 кг/т относится ко всей массе списанного валка, тогда как для расчетного установления зависимости износа калибра от С_i и К_i необходимо учитывать только ту часть валка, которая изнашивается в процессе прокатки или снимается во время переточки калибров. Так, например, за семь переточек калибров валка с диаметра 850 до 740 мм снимается 2370 кг металла. После седьмой переточки и последующей прокатки до такого износа калибров, при котором начинает превышаться предельное плюсовое отклонение размера раската, валок списывается. При этом валок теряет в весе 18,8%. Анализ производственных данных за 2009 г. показал, что фактический расход списанных валков R_Hсоставляет 0,42 кг/т. Если износ, составляющий 18,8%, отнести к рабочей части валков, то их расход R_K равен 0,082 кг/т.

В 2009 г. в цехе было прокатано 410 737 т металла на квадрат 125x125 и 100x100 мм и круг диаметром от 80 до 167 мм с шагом 5 мм, причем из значительно большего числа марок стали, чем указано в таблице, в том числе и по зарубежным стандартам. В этой таблице показаны относительные доли производства разных профилей, когда годовой объем проката принят за 1, т.е. SP_i=1.

С использованием формулы (2) были получены расчетные данные для каждой группы марок стали с учетом их доли Р_i  в годовом выпуске:

 C₁=0,924; C₂=0,69; C₃=0,47.

 Указанный выше расчетный расход валков по калибрам R_K =0,082 кг/т относится ко всему объему проката за год при средних значениях K=2,977 и С= 0,705.

 Доля (Р_i ) профилей в общем производстве

			В том числе Pi
Вид профиля	Ki	Pi	по группам сталей
			C1	C2	C3
Квадрат 125	2,8	0,634	0,263	0	0,41
Квадрат 100	3,5	0,062	0	0	0,061
Круг 80-100	3,95	0,036	0,0011	0,025	0,01
Круг 105-140	2,34	0,108	0	0,041	0,014
Круг 145-167	2,87	0,159	0	0,16	0,0015

 

Представим это в виде: К; C→RK ; (2,977; 0,705) ® 0,082. Найдем значения R_расч для каждой группы профилей с коэффициентом формы К_i для каждой группы С_i с учетом доли Р_i данного профиля и марки стали в годовом объеме проката. Для этого после составления таблицы данных для анализа и последующей их статистической обработки получим средневзвешенную расчетную величину расхода изнашиваемой части валка R_{K расч} = 0,091 кг/т.

Расчетная норма расхода валков в пересчете на весь валок будет:

 R_{H расч} = 0,091 ´ 0,188 = 0,484 кг/т.

 Расчет показывает, что теоретический расходный коэффициент R_Hрасч близок к установленному заводскому нормативу.

Проварьируем все возможные изменения K_iи С_i, от минимума до максимума. Коэффициент формы K_i по всему объему проката за год изменяется в интервале 2,8—3,95, а углеродный коэффициент — в интервале 0,305—0,955. Для каждого сочетания K_i и С_i определим R_расч. После статистической обработки массива данных получим уравнение регрессии для расчета износа рабочей части валка:

 R_{K расч} = (7,620 + 0,925 K_i)/100                        (5)

 и для всей массы валка:

 R_{Н расч} = (0,4 С_i + 0,0486 K_i).                             (6)

При исследовании стойкости валков установлено, что при прокатке трубной заготовки диаметром 150 мм из стали 20 на одном чистовом калибре до переточки прокатывают около 5000 т металла. Согласно выражению (1) износ по боковой стенке калибра в этом случае составит 0,24 мм на 1000 т металла. Используя данные работы [1], получим расчетное значение износа боковой стенки калибра, равное 70,226 мм, т.е. указанные данные сопоставимы.

Базируясь на этих данных, найдем выражение для расчета износа боковой стенки калибра от R_{Б расч} на 1000 т проката (мм):

Dh_c = 3,81R_{Б расч}                                                         (7)

Указанные в таблице профили должны по точности геометрических параметров (±Δ, мм) соответствовать требованиям ГОСТ 2590—91. С учетом этих требований в результате расчета по формуле (1) определим, что за одну переточку валка снимается около 320 кг металла. Расхождение расчетных и фактических данных составляет ±7%.

Используя полученные расчетные данные и выражения (5) и (7), получим формулу для расчета объема металла Q_i, который можно прокатать на одном чистовом калибре до переточки. Так как длина дуги валка и, соответственно, износ калибра на 1 т проката изменяются от первой до седьмой переточки на 13%, то выражение для расчета Q_i, примет вид:

Qi=∆hmax∙1000∆hрасч1-0,0185N ,                                          (8)

где N — номер переточки от 1 до 7;  1/2 — сумма предельных отклонений от сечений профиля.

В качестве примера произведем расчет возможного объема проката для трубной заготовки диаметром 130 мм из стали 20 после 3-й переточки: С = 0,351; К = 3,41. По выражению (5) найдем R_{K расч} = 0,0583 кг/т, а по выражению (7) найдем = 0,222 мм на 1000 т проката; тогда при =1,2 мм на сторону объем металла будет равен:

Qi=1,2∙10000,2221-0,0185∙3=5105  т.

 Учитывая, что существующая калибровка валков основывается на принципе «один профиль равен одному комплекту валков» и на одном комплекте валков нарезалось два чистовых калибра, то в данном случае с двух чистовых калибров можно снять 10 200 т   до следующей переточки. При переточке изношенных калибров (в среднем 7 раз) от диаметра 850 до 740 мм (при С = 0,705 и К= 2,977) с учетом нарезки на минусовый допуск можно прокатать не менее 50 000 т металла, после чего комплект валков списывается.

Анализ программы загрузки стана в 2009 г. показал, что 63% всего выпуска приходится на квадрат 125 мм, перекатываемый на станах 320 и 150.

В структуре товарного проката круг 150 мм составляет 8,71%; круг 160 мм — 7,04%; круг 140 мм - 6,10%; квадрат 100 мм - 6,16%; на круги 90, 100, 120,130 мм в целом приходится 4,8%. На долю остальных профилей диаметром 80, 85, 105, 110, 115, 125, 135, 145, 167 мм остается 4,2%. Из них меньше всего (0,02%) приходится на круг 167 мм.

Таким образом, можно рекомендовать либо не принимать заказы с объемом менее 50 000 т в год, либо для малотоннажных профилей использовать универсальную калибровку для прокатки двух-трех профилей на одном комплекте валков.

Возможно другое известное решение, когда после очередного износа чистового калибра переточка производится не вглубь валка на тот же размер калибра, а растачивается на калибр большего размера. Опыт работы на заготовочных станах металлургических предприятий свидетельствует о такой возможности, тем более что на валках стана 850 БМЗ нарезаются два чистовых калибра.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гун Г.С., Соколов В.Е., Огарков Н.Н. Обработка прокатных валков. М.: Металлургия, 1983. 110 с.

2. Диомидов Б.Б., ЛитовченкоН. В. Калибровка прокатных валков. М.: Металлургия. 1970, 312 с.

• < Назад
• Вперёд >