Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Manufacturing Technology >> Производственный процесс

Ролики прокатных станов и ролл-шоп: экспертные решения для производительности и долговечности

Ролики — главные и очень затратные расходники на прокатном стане. Они используются для проката стали, и их производительность зависит от множества факторов, включая материалы и нагрузки, которым они подвергаются в эксплуатации. Конструкция ролика определяется ограничениями, накладываемыми прокатной нагрузкой, прочностью ролика и доступным прокатным моментом. В случае плоского проката на конструкцию также влияют допуск на изгиб роликов и их камерность. Проект ролика должен учитывать нагрузку и момент, необходимые для любого прохода. Кроме того, он должен гарантировать, что физические размеры и материал ролика способны выдерживать максимальные нагрузки, возникающие в процессе прокатной последовательности. Еще один важный фактор, влияющий на ресурс ролика — износостойкость материала.

Материалы роликов

При прокате сталей материал ролика должен быть способен выдерживать нагрузки, пластически деформирующие прокатываемое металло, без собственной пластической деформации. При горячем прокате это не представляет сложности, и чугунные или стальные ролики подходят, если они работают при температуре значительно ниже температуры прокатываемого металла. Выбор чугунных или стальных роликов в конкретном случае зависит от конкретных обязанностей, которые они должны выполнять, и от того, что важнее: вязкость, устойчивость к термическим трещинам или ударным нагрузкам, или высокие износостойкие свойства.

Ролики можно классифицировать по материалу (рис. 1) и способу изготовления. Первое основное подразделение: (i) чугунные ролики и (ii) стальные ролики. Это разделение основано на углеродистости материала. Для роликов границу обычно проводят при ~2,4% C. Обычно ролики называют стальной базы ниже этой цифры и чугунной базы — выше. Между этими типами существует заметная структурная разница: в стальных роликах нет свободного графитного углерода. Стальные ролики могут быть литыми или коваными, что дает дополнительное подразделение. Еще одно разделение, пересекающее приведенную классификацию — двуслойные дуплекс-ролики, отливаемые с твердой внешней поверхностью и более вязким, прочным металлом в центре.

Ролики прокатных станов и ролл-шоп: экспертные решения для производительности и долговечности
Рис. 1. Классификация роликов по материалу

Чугунные ролики

Стальные ролики

Стальные ролики могут быть литыми или коваными. Они намного прочнее и вязче чугунных и используются там, где чугунный ролик считается недостаточно прочным. Позволяют использовать большие деформации, особенно где нужны глубокие пазы. Обрывы из-за ударных нагрузок гораздо менее вероятны, свойства можно широко варьировать подходящей термообработкой. Однако углеродистые стальные ролики изнашиваются быстрее чугунных из-за низкой твердости.

Карбидные ролики

Вольфрамовый карбид, WC или W₂C — химическое соединение вольфрама и углерода. Его экстремальная твердость делает его полезным для изготовления прокатных роликов для увеличенного ресурса в приложениях, требующих длительные прокатные кампании. WC в сочетании со связующими материалами в порошковой форме смешивают, измельчают, гранулируют, прессуют в заготовки близкие к нетто-размерам, которые затем спековают в вакуумной печи. Некоторые ролики затем горяче изостатически прессуют (HIP). Ролики шлифуют алмазными кругами или точат на токарных станках с сверхтвердыми режущими пластинами до требуемых размеров. Обычно используются в финишных блоках проволочных станов и некоторых профильных приложениях. Требуют высококачественной охлаждающей воды в узком pH-диапазоне и ограниченной жесткости. Использование воды вне рекомендуемого pH выщелачивает связующее из ролика, вызывая преждевременный отказ рабочей поверхности. Доступны различные марки карбидных роликов по размеру зерна, содержанию и составу связующего. В последние годы сфера применения расширилась в промежуточные стана за счет использования карбидной втулки на стальном валу. Монтаж механическим способом или созданием композитного ролика прессованием и спеканием карбидного кольца на валу.

Влияние легирующих элементов на свойства роликов

Влияние легирующих элементов на ролики приведено в табл. 1.

Табл. 1. Влияние легирующих элементов на ролики
ЭлементЛегированные чугунные роликиЛегированные стальные ролики
Углерод (C)Повышает твердость, хрупкость, износостойкость. Снижает вязкость, глубину отбелаПовышает твердость, хрупкость, износостойкость. Снижает ударную вязкость
Кремний (Si)Повышает графит, улучшает чистоту, снижает глубину отбелаОчищает сталь в пропорции 0,20–0,35%, повышает твердость, деоксидизатор, способствует качественной заливке
Фосфор (P)Повышает твердость и хрупкостьПовышает твердость и хрупкость, снижает вязкость, склонен к сегрегации
Сера (S)Повышает твердость, хрупкость и глубину отбелаПовышает твердость и хрупкость, снижает вязкость. Использовать с осторожностью
Марганец (Mn)Снижает отбел в нижних диапазонах, повышает в верхних, повышает твердость в сочетании с Ni и Cr, повышает хрупкостьПовышает твердость и хрупкость. Очиститель для прочности на разрыв и износостойкости
Никель (Ni)Повышает прочность, твердость, износостойкость. Снижает глубину отбелаПовышает прочность, твердость и устойчивость к огневым трещинам в сочетании с Cr и др.
Молибден (Mo)Повышает прочность, твердость, устойчивость к огневым трещинам, измельчает зерноПовышает прочность и твердость
Ванадий (V)Повышает глубину отбела, прочность, устойчивость к огневым трещинам, снижает вязкостьПовышает вязкость, твердость и восприимчивость к термообработке
Хром (Cr)Упручнитель всегда; в сочетании с Ni или Mo или обоими, повышает глубину отбелаУпручнитель — лучше работает в сочетании с Ni или Mo или обоими
Медь (Cu)В малых количествах похож на NiПохож на Ni
Бор (B)Упручнитель, использовать с осторожностьюПовышает твердость

Типы роликов для различных горячепрокатных станов

Типы роликов для раздувально-плитных, струпно-сортовых, сечевых, листового и ленточного станов приведены в табл. 2–6. Выбор конкретного ролика зависит от производственных требований, начальной стоимости, специфических качеств и т.д. Тесное сотрудничество с производителем роликов желательно для максимального удовлетворения требований.

Табл. 2. Типы роликов для раздувально-плитных станов
Тип роликаПоверхностная твердость (° по Шору)
Кованые стальные, 0,4% C24–30
Литые стальные, 0,4–0,9% C, вязкие28–36
Литые легированные стальные, 0–0,5% Mo + Ni, Cr, Mn, прочные, вязкие, устойчивые к огневым трещинам30–42
Адамит литые стальные, высокий C в полном растворении + Ni, Cr, хороший износ, но нужно обильное водяное охлаждение для предотвращения температурных колебаний30–48
Табл. 3. Типы роликов для струпно-сортовых станов
Тип роликаПоверхностная твердость (° по Шору)
Кованые стальные 0,75% C, ролики грубильных проходов35
Литые стальные — 0–0,5% Mo + Ni, Cr, Mn, прочные, вязкие, устойчивые к огневым трещинам30–42
Перлитнозернистые ролики, литой чугун, прочные, вязкие, устойчивые к огневым трещинам, ролики нитяных проходов30–38
Спецзернистые ролики, улучшение вышеуказанных35–40
Адамит литые стальные, высокий C в полном растворении + Ni, Cr, хороший износ, но нужно обильное охлаждение, ролики грубильных проходов30–48
Углеродистые неопределенный отбел, температурные колебания избегать, ролики промежуточных проходов35–40
Адамит легированные зернистые ролики, очень хорошее проникновение твердости, требуют температурного контроля, широкий диапазон твердости и прочности, ролики нитяных проходов35–50
Углеродистые отбеленные ролики, высокая устойчивость к температурным перепадам, обрывам и поверхностному трещинобразованию, ролики мелких сечений55–65
Адамит легированные неопределенный отбел, улучшение вышеуказанных, овальные и воротковые ролики55–70
Полностью закаленные легированные неопределенный отбел, улучшение Адамита, напр. Ниронит65–85
Высоколегированные чугунные отбеленные ролики с хорошим рабочим упрочнением, ролики воротковых станов65–90
Сфероидальный графит, ролики грубильных проходов струпного стана55
Сфероидальный графит, сортовой стан. Большинство проходов устойчивы к огневым трещинам, ролики грубильных проходов60–65
Табл. 4. Типы роликов для сечевых станов
Тип роликаПоверхностная твердость (° по Шору)
Кованые стальные ролики, грубильные, промежуточные и финишные ролики24–30
Литые стальные, 0,4–0,9% C, грубильные ролики28–36
Перлитнозернистые ролики, прочные, вязкие, устойчивые к огневым трещинам, грубильные, промежуточные и финишные30–38
Литые стальные, 0–0,5% Mo + Ni, Cr, Mn, прочные, вязкие, с хорошей устойчивостью к огневым трещинам, грубильные30–42
Адамит литые стальные, высокий C в полном растворении + Ni, Cr, хороший износ, но нужно обильное охлаждение для избежания температурных колебаний, грубильные30–48
Спецзернистые ролики — улучшение вышеуказанных35–40
Гиперевтектойдная сталь с Ni, Cr, Mo, износостойкость и прочность в примерно равных пропорциях, грубильные и полуфинишные35–45
Углеродистые неопределенный отбел, температурные колебания избегать, ролики промежуточных проходов38–40
Адамит легированные ролики, очень хорошее проникновение твердости, требуют температурного контроля, изготавливаются в широком диапазоне твердости и прочности, промежуточные и финишные38–50
Литые стальные с Cr и W, высокая устойчивость к трещинобразованию и огневым трещинам, полуфинишные40–50
Адамит легированные неопределенный отбел, улучшение вышеуказанных, промежуточные и финишные55–70
Сфероидальный графит для обратимых грубильных роликов45
Сфероидальный графит для мелких сечевых станов60–65
Табл. 5. Типы роликов для листового стана
Тип роликаПоверхностная твердость (° по Шору)
Перлитнозернистые ролики, литой чугун, прочные, вязкие, устойчивые к огневым трещинам, грубильные30–38
Литые чугунные, 0–0,5% Mo + Ni, Cr, Mn, прочные, вязкие, с хорошей устойчивостью к огневым трещинам40–42
Спецзернистые ролики, улучшение перлитнозернистых35–40
Углеродистые отбеленные ролики, высокая устойчивость к температурным перепадам, обрывам и поверхностному трещинобразованию55–65
То же, но с 0,4–1,0% Mo, рабочие ролики, условия стана должны быть стабильны55–65
Легированные неопределенный отбел. Температурные колебания избегать охлаждением, рабочие и финишные ролики65–85
Легированные отбеленные ролики, литой Ni-легированный чугун, хорошее рабочее упрочнение, финишные ролики65–90
Композитные легированные отбеленные ролики, внешняя оболочка из легированного белого чугуна, формирующая рабочую поверхность, остальное — вязкий серый чугун, хороши для сверхтонких финишей, преимущество оболочки в самоупручнении, рабочие ролики75–95
Табл. 6. Типы роликов для горячепрокатных ленточных станов
Тип роликаПоверхностная твердость (° по Шору)
Кованые стальные ролики, рабочие ролики24–30
Адамит литые стальные, высокий C в полном растворении с Ni, Cr, хороший износ, но нужно температурное управление охлаждением, рабочие ролики30–38
Гиперевтектойдная сталь с Ni, Cr, Mo, износостойкость и прочность в равных пропорциях, грубильные ролики35–45
Углеродистые неопределенный отбел, температурные колебания избегать, ролики промежуточных проходов38–40
Адамит легированные зернистые ролики, очень хорошее проникновение твердости, но требуют температурного контроля, изготавливаются в широком диапазоне твердости и прочности, промежуточные и финишные ролики35–50
Литые стальные с Cr и W, высокая устойчивость к трещинобразованию и огневым трещинам, грубильные ролики40–50
Углеродистые отбеленные ролики, высокая устойчивость к температурным перепадам, обрывам и поверхностному трещинобразованию55–65
То же, но с 0,4–1,0% Mo, условия стана должны быть более стабильными и контролируемыми, рабочие ролики55–65
Адамит легированные неопределенный отбел, улучшение вышеуказанных, горячие финишные и планешные ролики55–70
Легированные неопределенный отбел, улучшение Адамита, рабочие ролики65–85
Легированные отбеленные ролики чугунные, похожие, но улучшенные качества по сравнению с легированными неопределенным отбелом65–90
Манитит легированные неопределенный отбел, очень устойчивы к огневому трещинобразованию, хвостовым меткам, ушибкам и отслаиванию, рабочие ролики цеха75–85
Сфероидальный графит, грубильные ролики60–65
Сфероидальный графит, финишные ролики65–70
Сфероидальный графит, подкладные ролики50–55

Ролл-шоп (цех роликов)

Функции ролл-шопа включают:

Осмотр чоков и подшипников проводится периодически. Функции ролл-шопа также включают шлифовку ножей гильотин, ставших тупыми при использовании на прокатном стане. Современный ролл-шоп на прокатном стане имеет следующее оборудование:

Ролл-шоп ведет индивидуальные данные о производительности каждого ролика и проводит их глубокий анализ для увеличения ресурса. Для этого цех тесно сотрудничает с поставщиками роликов для улучшения химических и физических спецификаций в следующем закупочном цикле. Ролл-шоп также сотрудничает с расследующим органом при анализе причин поломки ролика, предоставляя исторические данные из своих записей.

Функции ролл-шопа также включают своевременные закупочные действия для обеспечения стана роликами по графику. Закупка планируется с учетом контроля запасов роликов.

Когда ресурс ролика исчерпан и достигнут диаметр утилизации, он перемещается в зону утилизации. Аналогично, сломанные ролики перемещаются туда после завершения расследования причины поломки.

В современных ролл-шопах используются два программных решения: система управления ролл-шопом (RSMS) и система управления дефектами роликов (RDMS) для полного контроля и анализа операций. RSMS позволяет анализировать от мониторинга реального процесса шлифовки/пазковки до сбора и обработки данных о производстве, потреблении и потребностях с минимальными затратами ресурсов. RDMS — мощный инструмент, повышающий и оптимизирующий производительность через глубокое управление дефектами и автоматические корректирующие действия. Кроме того, ролл-шоп должен быть полностью интегрирован с прокатным станом и обеспечивать обмен данными между системами стана и ролл-шопа.

Планировка ролл-шопа очень важна для оптимизации логистики перемещения роликов. Дорожки должны обеспечивать свободное движение вилочных погрузчиков.

Автоматизация перемещения роликов в ролл-шопе требует применения мер безопасности для ограничения доступа персонала в зоны автоматических операций, не контролируемые напрямую. Необходимы барьеры, обозначающие границы зоны автоматической работы. В этой зоне доступ только для обслуживания или аварийных целей.

Производственный процесс

  1. Литье тонких плит и прокатка (TSCR): интенсификация производства плоского проката
  2. Калибр прокатного стана: генерация, транспорт и практические применения в сталелитье
  3. Универсальные (I/H) балки: дизайн, прокатка и применения
  4. Горячая прокатка на профильном стане: от перегрева до намотки
  5. Освоение процесса прокатки на станах длинного проката
  6. Основы прокатки стали: от литья к готовым изделиям
  7. Шплинтовые штампы: ключевые применения и промышленное использование
  8. Понимание фрезерно-токарных и токарно-фрезерных станков: подробное руководство
  9. Понимание фрезерных станков: типы, функции и применения
  10. Горячая и холодная прокатка: понимание процессов формовки металла