РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО СНИЖЕНИЮ РАСХОДА ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ НА НЕПРЕРЫВНОМ МЕЛКОСОРТНОМ СТАНЕ 250-1 АО «ЕВРАЗ ЗСМК»

АННОТАЦИЯ

Анализ работы непрерывного мелкосортного стана 250-1 АО «ЕВРАЗ ЗСМК» показал наличие повышенного расхода прокатных валков. На основании проведенного анализа литературных и производственных данных обоснован оптимальный материал прокатных валков клетей 12-22 при производстве арматурного проката №10 и №12.

Ключевые слова: непрерывный мелкосортный стан, арматурный прокат, прокатные валки, износ, калибры, трещины.

Мелкосортный непрерывный стан «250-1» введен в эксплуатацию в 1972 г. Основное оборудование стана, кроме нагревательных печей, включая механическое и электрическое оборудование, а также системы автоматизации, поставлено фирмой «SKET» (ГДР).

С учётом проведенной реконструкции и принятой специализации в настоящий момент в сортамент мелкосортного стана «250-1» входят следующие профили:

– сталь круглая диаметром от 10 мм до 14 мм;

- сталь арматурная периодического профиля от №8 до №14 по технологии прокатки с продольным разделением полосы (слиттинг-процесс);

– сталь угловая равнополочная шириной полки от 25 мм до 45 мм.

Проектное годовое производство стана 800 тыс. т. Фактическое годовое производство, с учётом принятой специализации стана, 620 тыс. тонн. Прокат производится из заготовки сечением 100×100 мм, длиной от 10,5 до 11,8 м, поставляемой из обжимного цеха. Прокат производится из углеродистых сталей обыкновенного качества, качественных конструкционных углеродистых, легированных и низколегированных сталей. Готовая продукция поставляется потребителям в прутках мерной длины размерами от 6 до 12 м, увязанных в пачки весом от 2 тонн до 10 тонн.

Проведенным анализом установлено, что на стане 250-1 имеются следующие технологические проблемы:

- высокий расход чугунных валков;

- высокие затраты на калибровку и ремонт прокатных валков, недостаточная пропускная способность вальцетокарного цеха.

Анализ литературных данных показывает, что значительное увеличение стойкости прокатных валков может быть достигнуто за счет совершенствования материала прокатных валков [1-7].

В настоящее время в качестве материала валков в клетях 12-22 используется чугун СПХН-60, а в клетях 15, 23 – чугун СШХНФМ.

Показано, что при первом использовании прокатных валков из чугуна марки СПХН-60 образуются глубокие трещины (рисунок 1). Механизм образования данных трещин следующий [8]. На поверхности нового калиброванного валка всегда имеются микродефекты (риски), которые выступают в роли концентраторов напряжений. Имеющие место в процессе эксплуатации валков многократные циклические силовые и термические нагрузки приводят к соединению микротрещин и образованию единой трещины, глубоко проникающей в поверхностный слой валка (на валках с высокой твердостью – до 15 мм после первой завалки комплекта).

Рисунок 1. Трещины в рабочей поверхности калибра валка из чугуна СПХН-60 для прокатки арматуры № 12

По полученным данным (таблица 1) наибольшей стойкостью обладают прокатные валки из чугуна марки СШХНФМ и валки из бейнитного чугуна SGA II производства SinoSteel (КНР). В обоих случаях наилучшая стойкость достигнута при использовании валков из чугуна с шаровидным графитом, легированного хромом, никелем, молибденом и ванадием.

Полученные данные свидетельствуют, что на рабочей поверхности калибров валков из указанных марок чугуна за весь период эксплуатации не отмечено крупных выкрашиваний и трещин, а замена калибров валков производилась в большинстве случаев из-за износа их рабочей поверхности. Данный факт объясняется следующими моментами:

– валки из чугунов СШХНФМ и SGA II обладают неявным отбелом, в рабочем слое присутствует структурно свободный графит, что препятствует распространению трещин и делает износ более равномерным;

– присутствующие в чугуне ванадий и молибден способствуют измельчению зерна матрицы, повышению стойкости к образованию термических трещин.

Таблица 1

Стойкость калибров валков из различных материалов

Одним из методов совершенствования конструкций прокатных валков является применение бандажированных валков. Применение бандажированных валков эффективно даже при однократном использовании оси, так как стойкость материала бандажа в 3-4 раза выше цельнокованых или литых [2], а применение твердых сплавов повышает износостойкость валков в 8-10 раз, особенно валков прокатных станов горячего металла [3, 4]. Твердосплавные бандажи напрессовывают на оси валков или заливают жидкий металл в осевое пространство валка. Однако нарушение сопряжения бандажа и оси валка сдерживает применение этих способов [5]. Получение бандажированного валка, состоящего из высокохромистого износостойкого чугунного бандажа и высокопрочной, пластичной стальной сердцевины (оси) валка, устраняет указанные недостатки [6, 7]. Схема размещения твёрдосплавного бандажа представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема размещения твёрдосплавного бандажа на валках

Следует отметить, что в текущих условиях использование бандажных твердосплавных валков является экономически целесообразным по следующим причинам:

- наличие малотоннажных партий заказов на прокатные профили;

- широкий сортамент прокатываемых профилей,

Более предпочтительным вариантом является замена материала валков на чугун СШХНФМ, так как валки из данного материала могут производиться на «ЕВРАЗ ЗСМК» (рисунок 3), поэтому не будет присутствовать зависимость от внешних поставщиков.

Экономический эффект от внедрения валков из нового материала составит:

Пр (Р_в(СПХН) ∙ Ц_В(СПХН) – Р_{в(СШХНФМ)} ∙ Ц_{В(СШХНФМ)}) =

= 620000 ∙ (0,00151 ∙ 1000000 – 0,00096 ∙ 1400000) = 103 млн. руб/год,

где Пр – объем производства проката на мелкосортном стане 250-1;

Р_в(СПХН) и Р_{В(СШХНФМ)} – удельный расход прокатных валков из чугуна марки СПХН и СШХНФМ соответственно;

Ц_в(СПХН) и Ц_{В(СШХНФМ)} – цена 1 т прокатных валков из чугуна марки СПХН и СШХНФМ соответственно.

Рисунок 3. Чугунные валки СШХНФМ-60 для чистовых клетей стана 250-1

Список литературы:

1. Гарбер Э.А. Технический прогресс систем охлаждения прокатных станов / Э.А. Гарбер, А.А. Гончарский, М.П. Шаравин. – М.: Металлургия, 1991. – 256 с.
2. Чигарев В. В.   Повышение трещиностойкости бандажированных опорных валков / В.В. Чигарев, Щетинина В.И., Щетинин С.В. // Сталь. – 2014. – № 2. – С. 45-47.
3. Термопрочность цельнокованых и бандажированных прокатных валков / А.М. Покровский. – М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. – 271 с.
4. Соколов П. Б.   Эффективность использования бандажированных валков на прокатных станах / П. Б. Соколов // Тяжелое машиностроение. – 2016. – № 6. – С. 27-31.
5. Поляков Б.Н. Проектирование и изготовление бандажированных валков и применение горячих посадок / Б.Н. Поляков // Машиностроитель. – 2008. – №8. – С. 16-21.
6. Бровман М.Я. Повышение надежности бандажированных валков и роликов / М.Я. Бровман, Полухин В.П. // Сталь. – 2007. – №6. – С.43-45.
7. Тахаутдинов Р.С. Изготовление составных опорных валков и восстановление их методом бандажирования / Р.С. Тахаутдинов, И.В. Судоргин, А.Ф. Фиркович, В.И. Барбаев // Металлург. – 2003. – №7. – С.62-65.
8. Вьюнцов Ю.О. Освоение перспективных валковых материалов в прокатном производстве ЕВРАЗ ЗСМК / Ю.О. Вьюнцов, А.М. Коверзин, А.Ю. Ромадин, В.В. Саломыкин, Е.В.  Сапрыкин // Сталь. – 2014. - №7. – С. 46-48.