Валки многовалковых станов

Шаврин О.И.

Металлургия, 1983 г.

Г л а в а 1.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

МНОГОВАЛКОВЫХ СТАНОВ

1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КАЧЕСТВУ ВАЛКОВ

Процесс производства валков на машиностроительных и металлургических предприятиях является чрезвычайно сложным и длительным, что обусловливает их высокую стоимость. Исключительно важным для народного хозяйства является повышение эксплуатационной стойкости валков. При этом, кроме снижения затрат на воспроизводство парка валков, находящихся в эксплуатации, прокатное оборудование может быть использовано с большим экономическим и техническим эффектом.

Качество поверхности и точность размеров полосы находится в прямой зависимости от качества валков. Преждевременный износ прокатных валков приводит к уменьшению точности размеров прокатываемого профиля и ухудшению качества поверхности проката. Это вызывает необходимость периодических настроек стана и увеличивает долю внеплановых перевалок, что особенно нежелательно для современных высокопроизводительных станов. Проблеме повышения долговечности валков станов холодной прокатки посвящены многие работы, выполненные в СССР и за  рубежом .[1-11].

Развитие автомобильной, электротехнической, радиотехнической промышленности потребовало большего количества не только тонкой (0,01 мм), но и тончайшей (до 0,001 мм) металлической ленты. В СССР и за рубежом для прокатки тончайшей ленты из прецизионной, высокоуглеродистой стали, тугоплавких, цветных и благородных металлов созданы многовалковые станы с клетями высокой жесткости и рабочими палками малого диаметра.

В случае 20-валкового стана каждый из двух рабочих валков опирается на два промежуточных валка первого ряда, которые опираются на три промежуточных валка второго ряда, находящихся на четырех опорных V max, передающих усилие прокатки станине клети. Такая схема обеспечивает исключительную жесткость всей валковой системы и практически ионное отсутствие прогиба рабочих валков. Крутящий момент от четырех промежуточных валков второго ряда передается всем промежуточным и рабочим валкам по всей длине, не вызывая каких-либо скручивающих деформаций. Эта важная особенность имеет большое значение при выборе материала для изготовления рабочих валков многовалковых прокатных станов. .

Многовалковые прокатные станы позволяют получать листовой металл с минимальными допусками по ширине и длине прокатываемой ленты. На 20-валковых станах прокатывают листы электротехнических сплавов, минимальная толщина которых равна 0,001 мм, в то время как минимальная толщина для этого типа сплавов до настоящего времени находилась в пределах 0,01 — 0,1 мм при прокатке на станах другого типа.

Существенными преимуществами 20-валковых станов является возможность достижения значительных обжатий в очередных проходах, особенно  при прокатке ферритных и аустенитных сталей, где можно достичь 97 % обжатия, а также возможность варьирования диаметрами рабочих валков. Например, диаметр можно изменять от 152 до 80 мм за счет подбора соответственно больших размеров промежуточных валков.

Многовалковые станы в отличие от других конструкций позволяют прокатывать высокоуглеродистые и нержавеющие стали без промежуточного отжига. Для сравнения необходимо указать, что, например, для хромоникелевой стали необходимо применять от 3 до 5 промежуточных отжигов и обезжириваний при прокатке ленты толщиной от 3 до 0,4 мм. Эта особенность станов предполагает использование сталей для изготовления рабочих валков, обеспечивающих сквозную их прокаливаемость.

Высокие требования к качеству поверхности холоднокатаного листа обусловливают шероховатость поверхности бочки валков не ниже 10 — 11 классов (ГОСТ 2789 — 73>. Шероховатость поверхности валка должна быть классом выше требуемой шероховатости поверхности полосы. На рабочей поверхности валков не допускаются трещины, вмятины, неметаллические включения, коррозия и другие дефекты.

Диаметр рабочих валков клетей многовалковых станов составляет 3-152 мм в зависимости от толщины и ширины прокатываемой полосы. Применение рабочих валков малого диаметра, опирающихся на приводные валки большого диаметра, изменило условия их работы по сравнению с работой валков крупных размеров. Это сказалось прежде всего в том, что рабочие валки многовалковых станов оказались менее стойкими. Данные разных исследователей по износостойкости крупных валков позволяют лишь наметить общие пути решения этой проблемы.

Свойства материала валков существенно влияют на процесс прокатки. Большая твердость поверхности валков из легированной закаленной стали позволяет обеспечить получение необходимых размеров полос по толщине. Прочность валков и сопротивление изнашиванию во многом определяет качество холоднокатаной полосы и производительность станов.

Разрушение валков вызывает увеличение брака проката и неплановые перевалки. Простои Из-за повреждений и разрушений валков снижают коэффициент использования станов, нарушают ритм прокатки и ухудшают технико-экономические показатели работы цехов холодной прокатки. Уменьшение допусков на разнотолщинность листа, чистота его поверхности и более высокие требования, предъявляемые к качеству листа приводят к ужесточению условий работы валков.

Усилие прокатки вызывает переменные контактные напряжения, достигающие 3000 МН/м², при этом к рабочей поверхности валка одновременно прикладываются нормальное и касательное напряжения. Анализ  напряженного состояния валков показывает, что рабочие валки многовалковых станов холодной прокатки, благодаря поддерживающему действию опорных валков, практически не подвергаются изгибающим усилиям. Валки двухвалковых и четырехвалковых станов подвергаются одновременному воздействию контактных и изгибающих нагрузок.

Рабочие валки в основном испытывают контактные напряжения. В случае появления изгибающих напряжений в рабочих валках многовалковых станов (например/ в результате разнотолщинности полосы, навара и др.) рабочий валок часто разрушается. Кроме того, во время работы возникает скольжение металла по поверхности валков в очаге деформации, скольжение рабочих валков по опорным и взаимное проскальзывание рабочих валков.

Тяжелые условия эксплуатации рабочих валков многовалковых станов предъявляют высокие требования к их качеству. Исследования и практикаэксплуатации валков [2, 11] свидетельствует, что качество и стойкость их зависят от большого числа производственных и эксплуатационных факторов, а также от исходных свойств самих валков. При этом только комплекс необходимых свойств в состоянии обеспечить закаленным валкам необходимую прочность и стойкость в эксплуатации.

Основное назначение рабочих валков — пластическая деформация (обжатие) прокатываемого материала и восприятие усилия прокатки, возникающего при этом. Промежуточные валки и опорные ролики служат для подбора рабочих валков, восприятия усилия прокатки, перераспределения усилия в пирамиде валков и передачи на станину через опорные ролики. Валок состоит из бочки диаметром Dи длиной L, шеек (цапф) диаметром dи длиной /, расположенных с обеих сторон валка концевых частей приводных и первых промежуточных валков. На некоторых 20-валковых станах применяют рабочие валки без шеек, приводными являются крайние промежуточные валки второго ряда (четыре приводных валка).

Основными параметрами являются диаметр и длина бочки, определяющие размеры прокатного валка. Диаметр валка выбирают в результате предварительного расчета с учетом толщины прокатываемых полос и лент, условий эксплуатации, механических свойств прокатываемого металла, максимальных усилий, обжатий и конструкций стана.