Эксплуатация валков

Основной причиной поломок валков являются недостатки их изготовления и эксплуатации. Первая из этих причин по мере усовершенствования производства валков постепенно оказывает все меньшее влияние на поломки, вторая же по прежнему дает высокий процент выбытия валков из строя в результате частичного повреждения их бочек (трещин, отслаивания закаленной поверхности и пр.) в осо­бенности на станах холодной прокатки.

По классификации Даусона с коррективами Вельского [115] изломы (фиг. 195) можно объяснить следующими основными причинами: конструктивные недостатки валков; наличие вибраций, вследствие неправильной установки валков; чрезмерная величина изгибающего момента; внезапное возникновение высоких давлении; пере­грев валков; резкое охлаждение сильно нагретых валков.

За исключением конструктивных, все остальные недостатки зависят от условии эксплуатации и могут быть легко предотвращены при внимательном уходе за валками.

Фиг. 195. Виды изломов прокатных валков: 1— поломки шейки по при­чине перегрева или конструктивных недостатков; 2 — излом шейки по причине наличия вибраций в валках; 3 — косой излом шейки, вызван­ный увеличением крутящего момента; 4—поломка валка, прокатываю­щего остывший металл; 5 — косой излом бочки, вызванный неправиль­ной установкой валка; 6—излом имеет обгоревшие края по причине недостаточного охлаждения (перегрев), излом трефа вызван конструк­тивными недостатками; 7 — отщепление курков бочки валка, вызванное перегревом; 8 — излом, вызванный активным охлаждением сильно на­гретого валка

а) Поломки и быстрый износ валков в условиях эксплуатации вызываются неправильной их установкой и настройкой (вибрации, удары, повышенные напряже­ния); неправильным режимом прокатки (остывшая полоса, неудачная задача заго­товки); чрезмерным нагревом валков (плохая подача воды); внезапным их охлаж­дением (обильная подача воды при остановке стана) и т. д.

При правильном уходе за валками должна прежде всего предупреждаться возможность неравномерного нагрева и внезапного охлаждения, оставления валков под давлением после остановки, возникновения сквозняков, в особенности в зимнее время, прокатки по одной «дорожке» в течение нескольких смен, отсутствия гра­фиков смены валков и паспорта учета их работы и т. д.

К этому необходимо добавить, что при перевалках и транспортировке валков нельзя допускать ударов и толчков, нельзя укладывать валки на холодный и сы­рой пол и пр.

Перед началом работы валки нужно подогревать до их рабочей температуры, а после работы постепенно охлаждать во избежание резких перепадов температуры, приводящих к внутренним напряжениям.

б) Подогрев валков применяется в качестве меры, устраняющей термические напряжения, вызываемые внезапным подъемом или падением температур, что ведет к местным разрушениям или даже поломкам валков.

На ряде заводов подогрев валков для станов горячей прокатки производится путем предварительной прокатки сутунки тяжелого развеса или путем провертыва­ния валков, находящихся под сильным давлением. Однако обе эти меры, с одной стороны, дают неравномерный прогрев наружных слоев валка, с другой — приводят к перенапряжениям и даже поломкам.

Более совершенным и надежным является подогрев валков горячей водой, паром, газовыми горелками и электрическими нагревателями.

При полых валках горячая вода пропускается во внутреннюю полость и нагре­вает прежде всего близлежащие (внутренние) слои и только затем—наружные. При этом способе нагрева на него затрачивается много времени и между внутренними и наружными слоями имеется большой температурный перепад, приводящий к на­пряжениям в валке.

Стремясь найти более эффективный метод, стали применять наружный нагрев валков снова при помощи горячей воды и пара, но и этот способ обладал теми же недостатками, что и первый. Наружный подогрев валков в течение 5—6 час. до температуры 200—250° при помощи генераторного газа давлением около 60 мм вод. ст., подводимого к газовым горелкам, имеет те же недостатки, что и пред­шествующие способы.

Значительно более совершенным является метод прогрева валка от его наруж­ных слоев к центру при помощи специальных приспособлений, огибающих наруж­ную поверхность валка, или при помощи приспособлений, производящих нагрев со стороны внутренней полости валка.

Электрический подогрев применяется двух систем: нагрев сопротивлением и ин­дукционный нагрев при помощи соленоида, питаемого переменным током.

К электронагревателям первого типа относятся [116] конструкция фирмы Фрейн, несколько видоизмененная система Электропрома, устройство инж. Крупника и др.

Электронагреватель фирмы Фрейн, установленный на Новомосковском жестекатальном заводе, представляет собой железную разборную раму, в которой располо­жены нагревательные элементы. Эта рама (фиг. 196, а), имеющая вид восьмерки и покрывающая валки с обеих сторон, может быть припасована к валкам, поме­щенным в рабочей клети или находящимися на стенде.

Стеллажи, на которых помещаются валки при нагреве их методом сопротивления, изображены на фиг. 196, б и в, причем между шейками валков устанавливается домкрат (фиг, 196, в), дающий возможность получить между валками необходимый зазор.

Нагревательный элемент, который крепится к кожуху, представляет собой тон­костенную трубу из жароупорной стали с помещенным в нее проводником, имеющим форму спирали с большим удельным сопротивлением; в качестве изоляции служит порошок магнезии. Элементы нагреваются до 400—500°.

При пользовании нагревателем видоизмененной системы Электропрома можно при помощи переключателя более интенсивно нагревать среднюю часть валка, где при прокатке температура выше, чем по краям. Питание нагревателя может про­изводиться от сети с напряжением в 220—380 V постоянного, однофазного пере­менного и трехфазного тока (фиг. 196, г).

Устройство инж. Крупника [117], впервые примененное на заводе им. Комин­терна, дает возможность нагревать валок со стороны его внутренней полости, для чего в центре валка просверливается отверстие диаметром в 100—120 мм, в которое помещается электронагреватель (фиг. 197, а).

Недостатки устройства инж. Крупника: наличие больших напряжений вследствие сильного разогрева внутренней полости при холодной поверхности валка и трудность концентрации большой мощности тока в малом объеме канала что приводит к весьма продолжительному нагреву. Этот тип нагревателя целесообразно применять, когда валки соприкасаются с горячим металлом и тепловые потоки направлены друг другу.

К индукционным электронагревателям относятся английский нагреватель разборного типа нагреватель системы Жукова, применяемый на Верхисетском заводе, и нагреватель Харьковского Электропрома.

Индукционный нагреватель разборного типа (фиг. 197, б), впервые применен­ный в Англии, основан на принципе возбуждения надевающих валок вихревых токов при помощи соленоида (катушка из небольшого числа витков), по которому пропускается переменный ток силой в 1000 А и напряжением в 110-120 V. Этот нагреватель (соленоид) в верхней части состоит из шинной меди, в нижней - из гибкого кабеля. Перед надеванием его на валки последние покрывают листом асбеста.

Фиг. 196. Нагреватель валков, основанный на принципе сопротивления: а – общий вид нагревателя; б – вид стенда (спереди и сбоку); в – домкрат, установленный на шейках валков (1 – домкрат; 2 – контур шейки валка); г – схема соединения электродвигателя валков (трехфазный ток): 1 – нагреватели; 2 – штепсельные соединения; 3 – двужильный рудничный кабель; 4 – штепсельные соединения; 5 – сигнальные лампы; 6 – номинальная сила тока на зажимах; 7 - безопасный полюсный рубильник, 8 —предохранители, соответствующие номинальному току на зажимах; 9 и 10 —номинальная сила тока на зажимах

При полном нагреве: положение ножей - вверх; обе половины нагревателя включены параллельно.

При половинном нагреве: положение ножей-вниз; обе половины нагревателя соединены последовательно

В отличие от предыдущего, устройство системы Жукова, основанное на том же принципе, представляет собой закрытую конструкцию (фиг. 197, в) с расположением электронагревательных элементов на деревянном остове; по отзывам это устройство работает вполне удовлетворительно. Нагрев валков производится в отдельной камере размером 6 5 4 м, куда закатываются валки, укрепленные скобами на специальной тележке (фиг. 197, г), затем при помощи тельфера надевается соленоид в течение 5—б час. производится нагрев.

Конструкция электронагревателя валков Харьковского Электропрома имеет более удачное расположение шин, чем предыдущая, не содержит дерева, благодаря наличию направляющих облегчает надевание соленоида на валки. Проводник — алюминиевый.

Преимущества индукционного нагрева валков по сравнению с нагревом сопротивлением заключаются в следующем. Температура благоприятно распределяется по длине бочки валка соответственно распределению их при прокатке (посредине валка температура выше, чем по краям); тепло при нагреве возникает в самом валке, тогда как соленоид остается холодным; благодаря более равномерному нагреву валка отсутствуют местные перегревы; конструкция надежна и прочна; отсут­ствует необходимость в тщательной припасовке.

Вместе с тем, учитывая, что при пользовании этим нагревателем теплообразо­вание происходит в наружном слое валка примерно на глубине 10—12 мм, нельзя во избежание поломок валка сильно форсировать нагрев. Обычно при нагреве часовое приращение температуры не превышает 50—60°, следовательно, для нагрева до 250—300° требуется 5—6 час, тогда как в электронагревателе сопротивления для этого требуется около 10 час.

Считается целесообразным нагрев валков производить заранее, вне стана, чтобы ко времени перевалки валки были нагреты до температуры, превращающей на 50—60° их рабочую температуру в период прокатки, так как в процессе перевалки тепло, соответствующее этой разнице температур, расходуется при остывании валка и для обеспечения равномерного распределения его (тепла) по толщине валка.

Фиг. 197. Электронагреватели для валков: а — устройство для подогрева валков инж. Крупника; б — индукционный нагреватель разборного типа (английский); в — разрез нагревателя системы Жукова, применяемого на Верхисетском заводе: (1— рама из углового железа; 2 — деревянные прокладки; 3 — соленоид); г — вид сбоку и спереди вагонетки для прокатных валков (1— тележка; 2 — стойки, под­держивающие валок; 3 — хомут, захватывающий треф валка)

Фиг. 198. Вид спереди (а) и сбоку (б) автоматического регулятора тем­ператур электронагревателя валков: 1— термометр-термостат; 2 — па­нель управления; 3 — питание панели; 4 — питание электронагревателя; 5 — гибкий кабель; 6 — груша для измерения температуры

Когда необходимо подогревать валки, находящиеся в рабочей клети; рекомендуется пользоваться разборным электронагревателем, который можно с успехом применить для подогрева валков при длительной остановке клети.

В случае, когда нет доступа к валкам, находящимся в клети, рекомендуется вести предварительный подогрев при помощи индукционного устройства, в период же остановок клети пользоваться помещаемым внутри валка подогревателем, рабо­тающим по принципу сопротивления.

Для постоянного выравнивания температур валка рекомендуется [116] приме­нять автоматизированное выключение и включение электронагревателя (фиг. 198, а и б), если валки достигли необходимой температуры или если эта температура опустилась ниже требуемого уровня.

Примерное распределение температур [118] вдоль оси валка после электриче­ского подогрева показано на фиг. 199, а и б. Разница температур по кривой между серединой бочки и ее краями достигает примерно 60°.

в) Охлаждение валков, как и их подогрев, преследует цель выровнять температуру валка и избавить его от внутренних напряжений.

Подогрев валков не всегда оказывается эффективным из-за продолжитель­ности и затруднительности осуществления его в процессе работы валков. Поэтому в последнее время в холодной прокатке начали применять вместо нагревания охлаж­дение валков.

Существуют два метода охлаждения валков — внутренний и наружный.

Внутреннее охлаждение осуществляется циркулирующей водой, подаваемой сквозь отверстие в валке, причем валок охлаждается весьма неравномерно. Наиме­нее нагреваемая часть валка (внутренняя) получает наибольшее охлаждение. Температурный градиент у валка диаметром в 200 мм вдвое меньше, чем у валка диаметром в 500 мм, тогда как поперечное сечение, определяющее сопротивление термическим напряжением, меньше вчетверо.

Фиг. 199. Кривые распределения температур на рабочих валках стана холодной прокатки системы «кварто»: а — после 12-часового нагрева; б — после 6-часового нагрева

Фиг. 200. Схема автоматического охлаждения и смазки валков стана холодной прокатки

По этой причине многие заводы отказались от внутреннего охлаждения и перешли на наружное, в результате чего добились резкого уменьшения поломок валков.

Наружное охлаждение поверхности валка осуществляется при помощи воды и масляной эмульсии. В последнем случае получается не только охлаждение, но и смазка валков.

При наружном охлаждении валков эмульсией, применяемом в современных станах холодной прокатки по методу фирмы Блисс (фиг. 200), бочка валка разделена на участки 1, 2, 3, 4 и, т. д., имеющие регулировочные клапаны, к которым подводится как холодная, так и горячая эмульсия. Для поддержания определенной темпера­туры каждый клапан управляется специальными приборами, регулирующими соотно­шение холодной и горячей эмульсии. Особенностью данной системы охлаждения валков является возможность получения за счет температурного расширения выпу­клости, аналогичной той, которая достигается путем обточки.

Отработанная эмульсия, собранная в ванне под станом, прогоняется насосом через очистительную и охладительную (или нагревательную) системы и снова ис­пользуется для охлаждения валков.

Разобранные нами способы охлаждения касаются бочки валка, тогда как весьма серьезной причиной, приводящей к поломке валка, является также перегрев шеек, приводящий к нагреву близлежащей части бочки валка, местному увеличению ее диаметра и связанному с этим повышению давления, что в результате приводит к откалыванию металла от поверхности бочки. Поверхность самой шейки в ре­зультате перегрева растрескивается; на ней появляются тонкие продольные волосо­вины, постепенно увеличивающиеся и впоследствии образующие трещины. Разруше­ние шейки вызывает продольное растрескивание всего валка.

По данным Мариупольского завода [118] температура поверхности рабочих вал­ков к концу смены достигает 70°, тогда как в центральной части она повышается лишь на 40°.

Падение температуры от середины бочки валка к шейкам (фиг. 199) обуслов­ливается отбором тепла от валков станинами, подшипниками, а также прокатывае­мыми полосами, ширина которых меньше длины бочки. При системе внутреннего охлаждения водой температура поверхности валка не; превышает 35°.

При прокатке листов со смазкой нагревание валков благодаря пониженному трению значительно слабее, чем в случае прокатки без смазки.

Управление подачей воды для охлаждения валков должно быть весьма гибким, обеспечивающим постепенность и равномерность охлаждения. Во избежание пере­охлаждения валков подача воды в случае остановки стана должна прекращаться.

Охлаждение валков (бочек и шеек) на станах горячей прокатки приобретает еще большее значение, предохраняя их от чрезмерного нагревания, могущего выз­вать поломки.

На слябинге «Запорожстали» [4] горизонтальные и вертикальные валки охлаж­даются водой, подводимой под давлением в 5—6 ат от водопровода низкого давле­ния, питание Которого осуществляется от общей 2-дюймовой магистральной трубы, присоединяемой к промышленной сети при помощи соленоидного клапана.

Магистральная труба присоединяется к клапану тройника, от которого идут две ветви к бочкам горизонтальных и (отдельно) вертикальных валков. К шейкам горизонтальных валков вода подается по отдельной магистральной трубе, также присоединенной к промышленной сети, и через такой же конструкции соленоидный клапан.

Бочка верхнего горизонтального валка (фиг. 201, а и б) орошается брызгалом, состоящим из 3-дюймовой трубы с 50 отверстиями диаметром в 5 мм каждое. Это брызгало соединено патрубком через вентиль с трубой-коллектором, при­крепленной к траверсе, на которой подвешен верхний валок.

Фиг. 201. Схема расположения водопроводных труб для охлаждения горизонтальных и вертикальных валков слябинга: а — вид клети спереди; б — вид сверху

Фиг. 201. Схема расположения водопроводных труб для охлаждения горизонтальных и вертикальных валков слябинга: в и г - боковые виды ( — ветвь бочек валков; — ветвь шеек валков)

Бочка нижнего горизонтального валка охлаждается таким же брызгалом, как и бочка верхнего валка, но отверстия в брызгале направлены не по вертикали, как у брызгала верхнего валка, а под углом в 45° к поверхности последнего. Брызгало закреплено на станине в рабочей клети неподвижно.

Каждая из шеек горизонтальных валков охлаждается водой с двух сторон при помощи двух вставленных в подушки брызгал-труб диаметром 11/4", заглушенных с одной стороны. Брызгала имеют по 15 отверстий диаметром в 5 мм каждое, расположенных вдоль шейки вала. Магистральная труба, служащая для охлажде­ния поверхностей шеек, имеет самостоятельные отводы (фиг. 201, в и г): 1) отвод для охлаждения поверхностей шеек, обращенных к вертикальным валкам со сто­роны привода; 2) отвод для охлаждения поверхностей; шеек, обращенных тоже к вер­тикальным валкам, но со стороны устройства для смены валков; 3) отвод для охла­ждения поверхностей шеек, обращенных к ножницам, и для охлаждения направля­ющих планок в станине со стороны привода; 4) отвод для охлаждения поверхностей шеек, обращенных тоже к ножницам, но со стороны устройства для смены валков.

К каждому из двух последних отводов прикреплено по два брызгала (имеющих по 15 отверстий диаметром в 5 мм каждое) для охлаждения направляющих пластин.

Каждая из бочек вертикальных валков охлаждается отдельным брызгалом, представля­ющим собой заглушенную с обеих сторон тру­бу, имеющую 25 отверстий диаметром в 5 мм и прикрепленную к раме валка так, что от­верстия брызгала направлены к поверхности бочки под углом в 45°. Управление клапанами осуществляется оператором от главного пульта управления.

г) Шлифовку валков в процессе их работы без снятия с клети впервые стали применять (см. главу I, § 3) в США несколько лет назад на тонколистовых станах горячей прокатки.

Устранение «надавов», вызванных заворо­тами концов полосы и привариванием к валку частиц прокатываемого металла, а также устра­нение царапинки мелких поверхностных тре­щин достигается полировкой при помощи ав­томатического шлифовального приспособления, устанавливаемого непосредственно у рабочих валков и приводимого в движение кривошипом и кулисой, связанными с трефом верхнего валка (фиг. 202). Это приспособление, как упо­миналось выше, состоит из кривошипно-кулисного механизма, шлифовальных кругов и смещенных позади них стальных закаленных роликов, предназначенных для удаления мелкой пыли от шлифовальных камней, образующейся в процессе полировки и могущей вызвать царапины на поверхности валков. Ролики имеют мелкие зазубрины и вращаются одновременно с шлифоваль­ными кругами.

Существует ряд других приспособлений для шлифовки валков в процессе ра­боты (например, рычаг с колодкой, посыпаемой наждачным порошком и др.), но они весьма примитивны, перемещаются вручную и не обеспечивают вследствие этого высококачественной полировки валка.

Фиг. 202. Кривошипно-кулисное приспособление для шли­фовки валков, без выемки по­следних из клети