RU2095167C1

RU2095167C1 - Method for treating forming rolls before operation

Info

Publication number: RU2095167C1
Authority: RU
Inventors: Андрей Дмитриевич Белянский; Руслан Константинович Велецкий; Владимир Абрамович Ботштейн; Зиновий Петрович Каретный; Николай Иванович Самохвалов; Николай Гаврилович Щекин; Арнольд Зиновьевич Рыжавский; Владлен Натанович Попок; Виктор Федорович Ходаков; Рубин Ошерович Перельман
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Гипромез"; Новолипецкий металлургический комбинат
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1997-11-10

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: invention relates to technology of hot rolling on continuous wide-sheet mills and may be used in setting-up rolls for charging into mill. Method involves measuring temperature of rolls displaced out of stand, their cooling, and refacing. Once refaced, rolls are heated to temperature which they had after displacement from stand, slightly cooled by water with sprinkling density 10-40 cu.m/sq.m per 1 h, water temperature being by 50-60 C below maximum temperature of roll overheated after refacing, and cooling operation lasting for 4-8 min. EFFECT: increased endurance of rolls. 4 tbl

Description

Изобретение относится к технологии горячей прокатки на непрерывных широкополосных станах и может быть использовано при подготовке валков к завалке в стан. The invention relates to the technology of hot rolling on continuous broadband mills and can be used in the preparation of rolls for filling in the mill.

Цель изобретения повышение стойкости валков путем снижения в них уровня термонапряжений. The purpose of the invention is to increase the resistance of the rolls by reducing the level of thermal stresses in them.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе подготовки прокатных валков к эксплуатации, включающем вывалку их из клетки, охлаждение, перешлифовку и разогрев перед следующей эксплуатацией, согласно изобретению после разогрева осуществляют подстуживание поверхностного слоя валков с плотностью орошения 10 40 м³/м²ч жидкостью с температурой на 50 60^oC ниже температуры поверхности разогретого валка в течение 4 8 мин.This goal is achieved by the fact that in the known method of preparing the rolls for use, including dumping them from the cage, cooling, resurfacing and heating before the next operation, according to the invention, after heating, the surface layer of the rolls is irrigated with an irrigation density of 10 40 m ³ / m ² h liquid with a temperature of 50-60 ^o C below the surface temperature of the heated roll for 4 to 8 minutes

Сущность предлагаемого способа подготовки валков к эксплуатации заключается в том, что после разогрева валков перед завалкой производят "мягкое" подстуживание узкого приповерхностного слоя валков, при этом подачу охлаждающей воды осуществляют с плотностью орошения значительно меньшей, чем плотность орошения валка, работающего в клети, а температура воды при этом, как правило, более высокая, чем у воды, используемой при охлаждении валков в клети. При этом процесс проводят в течение 4 8 мин и за это время общее теплосодержание массы валка (его энтальпия) существенно не уменьшается. Такой способ подготовки валков позволяет существенно уменьшить уровень термических напряжений, возникающих в поверхностных слоях валков в начальный период работы стана после перевалки, т. е. обеспечивает существенное повышение стойкости валков. The essence of the proposed method of preparing the rolls for operation is that after heating the rolls before filling, they make a “soft” tinning of the narrow surface layer of the rolls, while the supply of cooling water is carried out with an irrigation density much lower than the irrigation density of the roll working in the cage, and the temperature water in this case, as a rule, is higher than that of water used for cooling the rolls in the stand. The process is carried out for 4-8 minutes and during this time the total heat content of the mass of the roll (its enthalpy) does not significantly decrease. This method of preparation of the rolls can significantly reduce the level of thermal stresses that occur in the surface layers of the rolls in the initial period of operation of the mill after transshipment, that is, it provides a significant increase in the resistance of the rolls.

С целью определения оптимальных параметров подстуживания валков были проведены машинные эксперименты на ЭВМ. В основе экспериментов лежала разработанная математическая модель тепловых процессов в валке. По комплексу программ, реализованных на ЭВМ, определяли температурное распределение в теле валка и соответствующие ему термонапряжения при различных режимах подстуживания валков. In order to determine the optimal parameters of the underlining of the rolls, computer experiments were conducted on a computer. The experiments were based on the developed mathematical model of thermal processes in the roll. Using a set of computer programs, we determined the temperature distribution in the roll body and the corresponding thermal stresses under various modes of roller coiling.

В чистовых клетях станов горячей прокатки используют двухслойные чугунно-хромоникелевые валки типа ЛПХН_д-70, механические свойства которых благодаря легированию близки к свойствам чугуна типа ВЧ 60-2; ВЧ 50-1, 5. При термоупругих разрушениях валков наиболее опасны тангенциальные напряжения. Известно, что продольные тангенциальные напряжения цилиндрического типа на порядок меньше, чем предел прочности на изгиб. Предел прочности на изгиб (см. Справочник конструктора-машиностроителя. М. Машиностроение, 1973 г. Справочник конструктора. М. Машгиз, 1963 г.) указанных марок чугуна 55 60 кгс/мм² или 550 600 МПа. Следовательно, допустимые тангенциальные напряжения в поверхностных слоях валков при подстуживании не должны превышать 55 60 МПа.In the finishing stands of hot rolling mills, two-layer pig-iron-chromonickel rolls of the LPHN _d -70 type are used, the mechanical properties of which due to alloying are close to the properties of cast iron of the VCh 60-2 type; VCh 50-1, 5. At thermoelastic destruction of rolls the most dangerous are tangential stresses. It is known that the longitudinal tangential stresses of a cylindrical type are an order of magnitude smaller than the ultimate flexural strength. The bending strength (see the Handbook of the designer-machine builder. M. Mechanical Engineering, 1973. The handbook of the designer. M. Mashgiz, 1963) of the indicated grades of cast iron 55 60 kgf / mm ² or 550 600 MPa. Therefore, the permissible tangential stresses in the surface layers of the rolls during reinforcement should not exceed 55 60 MPa.

В табл. 1 представлены значения тангенциальных термонапряжений на поверхности валка, возникающие в процессе подстуживания при различных значениях плотностей орошения. Так как наибольшее напряжения возникают при минимальной температуре охлаждающей воды, то в машинный эксперимент была заложена температура воды 20^oC. Диаметр валка выбрали равным 800 мм, т. к. такой диаметр у рабочих валков непрерывных широкополосных станов последнего поколения: 2000 НЛМК, ЧерМК, ММК. До подстуживания валок имел распределение температуры в массе, соответствующее установившемуся температурному распределению при работе в клети. Максимальная температура на поверхности валка составляла 95^oC.In the table. Figure 1 shows the values of the tangential thermal stresses on the surface of the roll that arise in the process of undermining at various values of the irrigation densities. Since the greatest stresses occur at a minimum temperature of cooling water, a water temperature of 20 ^o C was included in the machine experiment. The diameter of the roll was chosen to be 800 mm, since this diameter of the working rolls of the latest generation continuous broadband mills: 2000 NLMK, CherMK, MMK. Before undermining, the roll had a temperature distribution in the mass corresponding to the steady-state temperature distribution when working in the stand. The maximum temperature on the surface of the roll was 95 ^o C.

В ходе машинного эксперимента изменяли один параметр плотность орошения в пределах от 10 м³/м²ч до 300 м³/м²ч. Результаты эксперимента показали, что при плотностях орошения тангенциальные термические напряжения могут привести к растрескиванию валков и преждевременному выходу их из строя. Из этой же таблицы видно, что через 8 мин после начала подстуживания уровень термических напряжений на поверхности валка стабилизируется и при дальнейшем продолжении подстуживания не возрастает. В дальнейшем продолжать процесс подстуживания валка не эффективно, т. к. это приведет лишь к уменьшению общего теплосодержания (энтальпия), что окажется отрицательно при его работе в клети.During a machine experiment, one parameter was changed in the irrigation density in the range from 10 m ³ / m ² h to 300 m ³ / m ² h. The experimental results showed that at irrigation densities tangential thermal stresses can lead to cracking of the rolls and their premature failure . It can be seen from the same table that 8 minutes after the beginning of the reinforcement, the level of thermal stresses on the surface of the roll stabilizes and does not increase with a further continuation of reinforcement. In the future, it is not effective to continue the process of undermining the roll, since this will only lead to a decrease in the total heat content (enthalpy), which will be negative when it is working in the cage.

Для определения минимального времени, необходимого для подстуживания валка, провели эксперимент по определению характера изменения температуры поверхности двух валков в процессе подстуживания. Валки имели начальную температуру 94,2^oC и 80,1^oC (см. табл. 2.). Температура воды составляла 38^oC, плотность орошения 20 м³/м²ч.To determine the minimum time required for reinforcing the roll, an experiment was conducted to determine the nature of the change in the surface temperature of two rolls during reinforcing. The rolls had an initial temperature of 94.2 ^o C and 80.1 ^o C (see table. 2.). The water temperature was 38 ^o C, the irrigation density of 20 m ³ / m ² hours

Как видно из табл. 2, валок, имевший начальную температуру 94,2^oC, за первые 4 мин снизил свою температуру до 41,1^oC, что составляет 84,7% от уменьшения температуры за 8 мин; валок, имевший начальную температуру 80,1^oC, снизил свою температуру до до 39,7^oC, что составляет 82,1% от уменьшения температуры за 8 мин. Таким образом, наиболее эффективное уменьшение температуры валка происходило в первые 4 мин его подстуживания и это значение времени является минимальным для осуществления этого приема.As can be seen from the table. 2, the roll, having an initial temperature of 94.2 ^o C, in the first 4 minutes reduced its temperature to 41.1 ^o C, which is 84.7% of the decrease in temperature in 8 minutes; the roll, having an initial temperature of 80.1 ^o C, reduced its temperature to 39.7 ^o C, which is 82.1% of the decrease in temperature in 8 minutes Thus, the most effective decrease in the temperature of the roll occurred in the first 4 minutes of its undercooling and this value of time is minimal for this technique.

Для определения минимальных значений плотностей орошения, применяемых при подстуживании, был проведен эксперимент по определению изменения температуры поверхности валка, имеющего температуру поверхности 95^oC; температура воды равнялась 38^oC, т. е. значения эти близки к мксимальным в реальных условиях. Плотность орошения изменяли от 3 до 20 м³/м²ч. Результаты представлены в табл. 3, из которой видно, что при плотности орошения меньше, чем 10 м³/м²ч, скорость изменения температуры поверхности валка значительно падает, что свидетельствует о неэффективности приема подстуживания при плотностях орошения, меньших 10 м³/м²ч.To determine the minimum values of the densities of irrigation used for undercoating, an experiment was conducted to determine the temperature change of the surface of the roll having a surface temperature of 95 ^o C; the water temperature was 38 ^o C, that is, these values are close to maximum in real conditions. The irrigation density was varied from 3 to 20 m ³ / m ² h. The results are presented in table. 3, from which it can be seen that when the irrigation density is less than 10 m ³ / m ² h, the rate of change of the surface temperature of the roll drops significantly, which indicates the ineffectiveness of receiving reinforcement at irrigation densities less than 10 m ³ / m ² h.

Важным параметром, влияющим на уровень термических напряжений и, как следствие, на стойкость валков в процессе охлаждения, является температура воды. При фиксированных значениях, плотностей орошения и температуры поверхности валка разность температур валка и воды (ΔT) является величиной, определяющей уровень термических напряжений, возникающих в поверхностных слоях валка. В табл. 4 приведены данные об изменении термонапряжений в зависимости от Т. Плотность орошения составляла 30 м³/м²ч, температура валка 85^oC.An important parameter that affects the level of thermal stresses and, as a consequence, the roll resistance during cooling, is the water temperature. At fixed values, irrigation densities and temperature of the roll surface, the temperature difference between the roll and water (ΔT) is a value that determines the level of thermal stresses that occur in the surface layers of the roll. In the table. 4 shows data on changes in thermal stresses depending on T. The irrigation density was 30 m ³ / m ² h, roll temperature 85 ^o C.

(σ_ΦΦ- тангенциальные напряжения на поверхности валка).(σ _ΦΦ - tangential stresses on the surface of the roll).

Из табл. 4 видно, что при DT > 60^oC, значения термонапряжений близки (или превышают) к пределу прочности на изгиб. При меньших значениях ΔT Т (более высокая температура воды) уровень термонапряжений значительно ниже, чем однако эффективность подстуживания уменьшится.From the table. 4 it can be seen that at DT> 60 ^o C, the values of thermal stresses are close to (or exceed) the ultimate tensile strength. At lower values of ΔT T (higher water temperature), the level of thermal stresses is much lower than, however, the effectiveness of undermining decreases.

Пример реализации предлагаемого способа. An example implementation of the proposed method.

Подготовка рабочих валков для стана 2000 (диаметр рабочих валков 800 мм) проводилась следующим образом. Preparation of work rolls for mill 2000 (diameter of work rolls 800 mm) was carried out as follows.

После вывалки валка из клетки измерили распределение температуры по длине его бочки. Ммаксимальная температура в середине бочки валка составляла 95^oC. После охлаждения до температуры цеха валок перешлифовали. Перешлифованный валок установили в камеру для тепловой подготовки, снабженную системой форсуночных коллекторов, двумя резервуарами для подготовки горячей и холодной воды, насосами и соответствующей контрольно-измерительной аппаратурой. Особенностью форсуночных коллекторов было то, что форсунки, подающие воду на середину бочки валка, имели большую производительность и распределение плотности орошения на поверхности валка при его нагреве плавно убывало от середины бочки валка к его краю. Это позволяет получить прогретый валок с максимальной температурой в середине бочки.After the roll was rolled out of the cage, the temperature distribution was measured along the length of its barrel. The maximum temperature in the middle of the roll barrel was 95 ^o C. After cooling to the temperature of the workshop rolls were polished. The regrind roll was installed in the chamber for thermal preparation, equipped with a nozzle manifold system, two tanks for the preparation of hot and cold water, pumps and the corresponding instrumentation. The peculiarity of the nozzle collectors was that the nozzles supplying water to the middle of the roll barrel had greater productivity and the distribution of the irrigation density on the surface of the roll when it was heated gradually decreased from the middle of the roll barrel to its edge. This allows you to get a heated roll with a maximum temperature in the middle of the barrel.

Резервуары для подготовки воды оснащены нагревательными устройствами и датчиками контроля температуры. На входе в установку для тепловой подготовки валков имеется регулирующий клапан, позволяющий изменять расход воды и соответственно плотность орошения поверхности валка. Рядом с регулирующим клапаном имеется расходомер. Water treatment tanks are equipped with heating devices and temperature control sensors. At the entrance to the installation for thermal preparation of the rolls there is a control valve that allows you to change the water flow rate and, accordingly, the irrigation density of the surface of the roll. There is a flow meter next to the control valve.

После перешлифовки валок поместили в установку для тепловой подготовки. В резервуаре для подготовки горячей воды установили температуру воды 95^oC. Валок нагревали в течение 1,5 ч. Максимальная температура валка в середине бочки, измеренная после нагрева, составляла 94,3^oC.After regrinding, the roll was placed in the installation for thermal preparation. In the tank for the preparation of hot water, the water temperature was set to 95 ^o C. The roll was heated for 1.5 hours. The maximum temperature of the roll in the middle of the barrel, measured after heating, was 94.3 ^o C.

В резервуаре для подготовки холодной воды для подстуживания валка установили температуру 38^oC. Подстуживание валков осуществляли путем подачи воды из той же системы форсуночных коллекторов, что и при нагреве валка. С помощью регулирующего клапана установили плотность орошения в середине бочки, равную 32 м³/м²ч (ввиду конструктивных особенностей форсуночных коллекторов плотность орошения на краю бочки составляла 18 м³/м²ч). Подстуживание осуществляли в течение 8 мин.A temperature of 38 ^° C was set in the cold water preparation tank for cooling the roll. The cooling of the rolls was carried out by supplying water from the same nozzle manifold system as when heating the roll. Using the control valve, the irrigation density in the middle of the barrel was set to 32 m ³ / m ² h (due to the design features of the nozzle collectors, the irrigation density at the edge of the barrel was 18 m ³ / m ² h). Stirring was carried out for 8 minutes

Подготовленный таким образом валок заваливали в клети. После кампании работ (от завалки до вывалки) валок перевалили и произвели визуальный осмотр. Состояние валка было удовлетворительное, сетка "трещин разгара" на поверхности валков отсутствовала. На валках, которые не подвергались подстуживанию, сетка "трещин разгара" наблюдалась. The roll prepared in this way was piled up in the stand. After the campaign of works (from filling to dumping), the roll was exceeded and visual inspection was performed. The state of the roll was satisfactory; there was no grid of “crack cracks” on the surface of the rolls. On rolls that were not subjected to undercrusting, a grid of “mid-crack” was observed.

Заявляемый способ может быть реализован с помощью специальной установки для тепловой подготовки валков. The inventive method can be implemented using a special installation for thermal preparation of the rolls.

Согласно данным промышленных экспериментов изобретение в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами:
повышает стойкость прокатных валков;
позволяет сократить выход листа 11 сорта за счет износа валков, и как следствие, разнотолщинности по ширине полосы;
повышает устойчивость процесса прокатки.According to industrial experiments, the invention in comparison with the prototype has the following advantages:
increases the resistance of rolling rolls;
allows you to reduce the output of sheet grade 11 due to wear of the rolls, and as a result, the thickness difference across the width of the strip;
increases the stability of the rolling process.

Заявляемый способ подготовки прокатных валков представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволит:
улучшить качество проката;
увеличить производительность стана за счет сокращения числа перевалок рабочих валков.The inventive method of preparing rolling rolls is of significant interest to the national economy, as it will allow:
to improve the quality of rental;
increase mill productivity by reducing the number of work roll transshipments.

Claims

A method of preparing the rolls for use, including dumping them from the cage, cooling, regrinding and heating before subsequent operation, characterized in that, in order to increase the roll resistance by lowering the thermal stress level in them, after heating, the surface layer of the rolls with irrigation density 10 is reinforced 40 m ³ / m ² / h with a liquid with a temperature of 50 to 60 ^o C below the surface temperature of the heated roll for 4 to 8 minutes