Способ охлаждения прокатных валков из чугуна с шаровидным графитом

 

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к способам охлаждения прокатных валков станов горячей прокатки. Целью изобретения является повышение стойкости валков за счет уменьшения износа поверхностного слоя. Способ состоит в том, что подачу охладителя на поверхность валка осуществляют в промежутке между выходом раската из клети и входом очередной заготовки металла в клеть.

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к способам охлаждения прокатных валков станов горячей прокатки.

Известен способ охлаждения калиброванных прокатных валков, который включает подачу воды в виде плоского веерообразного факела по оси симметрии ручья перпендикулярно поверхности валка [1] Однако этот способ имеет недостатки.

При нарушении симметричности подачи факела относительно поверхности ручья и его параллельности относительно радиальной плоскости валка происходит неравномерное охлаждение валка по ширине ручья калибра, попадание охладителя на поверхность прокатываемого металла, его охлаждение, образование окалины и в конечном счете разрушение поверхности валка.

Hаиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ охлаждения прокатных валков, включающий подачу охладителя на поверхность прокатного валка со стороны выхода металла из очага деформации по касательной к поверхности валка и очистку поверхности валка сжатым воздухом перед входом в очаг деформации [2] Известный способ имеет следующие недостатки. При смачивании охладителем поверхности валка силы адсорбционного сцепления превосходят давление, развиваемое подаваемым через сопла воздухом. Поэтому на поверхности валка постоянно находится пленка воды, попадающая в очаг деформации. Под воздействием резких перепадов температуры и давления вода вызывает кавитационную и другие формы разрушения.

Задачей изобретения является повышение стойкости прокатных валков за счет уменьшения износа поверхностного слоя валка.

Указанная задача достигается тем, что в способе, включающем подачу охладителя на поверхность валка со стороны выхода металла из очага деформации и очистку поверхности валка сжатым воздухом, перед входом металла в очаг деформации подачу охладителя на поверхность валка осуществляют в промежутке между выходом раската из клети и входом очередной заготовки металла в клеть.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что подачу охладителя на поверхность валка осуществляют в промежутке между выходом раската из клети и входом очередной заготовки металла в клеть.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

В практике прокатного производства общепринято охлаждение валка осуществлять непрерывно, в течение всего процесса прокатки металла. В заявляемом способе повышение стойкости валков достигается прекращением подачи воды на поверхность валка в течение времени, когда заготовка находится в клети. Это приводит к одновременному уменьшению интенсивностей термоциклирования, водородного насыщения, устраняет эффект кавитации, микровзрывов на поверхности и т. д. Уменьшение количества воды, подаваемой в очаг деформации, приводит к уменьшению количества термоциклов, а также динамических нагрузок на микроуровне (в виде микровзрывов, кавитации и т. п.), что в конечном итоге приводит к повышению стойкости прокатных валков за счет уменьшения износа поверхностного слоя валка.

Сравнение заявляемого технического решения с другими известными в науке и технике решениями не позволило выявить в них признаки, сходные с теми, которые отличают заявляемое решение от прототипа. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Заявляемый способ охлаждения прокатных валков заключается в том, что непосредственно после выхода раската из клети осуществляют подачу охладителя на прокатный валок до момента входа очередной заготовки металла в клеть, производят очистку поверхности валка сжатым воздухом и снова осуществляют подачу очередной заготовки в клеть.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

После выхода раската из клети включаются устройства, подающие охладитель на прокатный валок, и охладитель отбирает тепло, накопленное в поверхностном слое валка за время контакта и деформации металла. Перед входом очередной заготовки металла в клеть подача охладителя прекращается, и 1-2 оборота валок делает вхолостую. Струя воздуха удаляет адсорби- рованный на поверхности слой воды до минимума. Таким образом, в работу валок входит с минимальным количеством воды на поверхности, являющейся не только охладителем, но и источником разрушения, как указывалось выше (микровзрывы при захлопывании капли воды в очаге деформации, водородное насыщение поверхностного слоя валка, электрохимическая коррозия и т. п.). Деформация металла происходит без охлаждения валков и полосы после окончания деформации раската валками, снова включаются устройства охлаждения, и температура поверхности валка понижается. Таким образом, удается резко уменьшить количество термоциклов от 5 ˙ 10⁴ до 2 ˙ 10³ (использованы данные применительно к стану 550, имеющему 8 клетей, для других станков оценки будут иметь другие значения, однако тенденции являются общими для всех станков.

П р и м е р Производительность стана 550 составляет около 60 тыс. т. проката в месяц, т. е. 1 тыс т. в сутки или 300 т. в смену. Вычитают время различных ремонтов, простоев и т. п. 2 ч в смену, тогда производительность стана 50 т/ч или 100 заготовок за 3600 с. При скорости прокатки ≈5 м/с заготовка длиной 30 м проходит чистовую клеть за 6 с. Таким образом, за 1 ч непосредственно прокаткой клеть занята 600 с. Разность 3600-600=3000 с, деленная на число заготовок n (n=100), является временем, остающимся на охлаждение в интервале между заготовками металла, т. е. 3000/100=30 с. За один проход заготовки поверхностный слой валка толщиной в l l где κ -температуропроводность материала валка; t время воздействия теплового потока, как показывают несложные оценки, разогревается до 100-150^оС. В условиях имеющей место скважности (равной примерно 6) не представляет большого труда эффективно охладить поверхность валка. Анализ простой теплофизической модели явления подтверждает это.

Использование предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет повысить стойкость прокатного валка по сравнению с существующими способами, поскольку отсутствует главная причина разрушения поверхностного слоя валка вода. Попадая в очаг деформации, имеющий высокую температуру, она диссоциирует на водород и кислород, причем водород, обладающий большим коэффициентом диффузии, способен проникать в кристаллическую решетку и насыщать ее, создавая внутренние напряжения. Одновременное воздействие давлений в неоднородностях кристаллической решетки с контактным давлением в очаге деформации приводит, как это следует из кинетической природы прочности, к уменьшению времени работы валка. Заявляемый способ позволяет уменьшить число циклов, с которыми попадает вода в очаг деформации, с 3 ˙ 10⁴ до 2 ˙ 10³, т. е. в 15 раз. Это уменьшает разрушающее действие температуры и среды (воды и пара), повышает стойкость валка.

Постоянное охлаждение валка водой приводит к ее попаданию в зону деформации и диссоциации, сопровождающейся образованием таких агрессивных компо- нентов, как атомарный кислород 0 и гидроксильная группа ОН^-. Энергия активации реакций окисления и образования гидроокиси железа меньше по сравнению с реакцией окисления железа на воздухе. Толщина пленки окисла железа при прочих разных условиях растет быстрее, чем по логарифмическому закону, что объясняется особенностями кинетики.

Отсутствие воды на поверхности валка в процессе деформации металла ведет к устранению еще одного отрицательного эффекта микровзрывов при захлопывании капли воды в зоне деформации и кавитации. Это наилучшим образом сказывается на состоянии поверхностей эксплуатационных характеристиках как валка, так и проката.

Таким образом, отсутствие возмущающего воздействия воды и ее продуктов разложения при высокой температуре в зоне контактного давления приводит к улучшению качества поверхности металлопроката за счет меньшей толщины окалины и более высокого качества поверхности, что в конечном счете сказывается на конкурентноспособности продукции.

Формула изобретения

СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ ИЗ ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ, включающий подачу охладителя на поверхность валка стана горячей прокатки со стороны выхода металла из очага деформации и очистку поверхности валка сжатым воздухом перед входом металла в очаг деформации, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости валков путем уменьшения износа поверхностного слоя, охладитель при неизменном его расходе подают на поверхность валка в промежутке времени между выходом раската и входом последующей заготовки в тот же очаг деформации.