Валки прокатного стана: типы, материалы и руководство по выбору

Валки прокатного стана являются основными рабочими компонентами любого прокатного стана, непосредственно придающими форму металлу путем приложения сжимающей силы при прохождении материала между ними. Выбор подходящего материала, твердости и профиля валков является одним из наиболее важных решений, влияющих на качество продукции, эффективность стана и эксплуатационные расходы. Независимо от того, обрабатываете ли вы стальные слябы, алюминиевые листы или медные стержни, производительность валков определяет все: от качества поверхности до точности размеров.

Что такое валки прокатного стана?

Валки прокатного стана представляют собой цилиндрический инструмент, установленный парами или комплектами внутри клети прокатного стана. Когда металлические заготовки проходят между вращающимися валками, зазор между ними, называемый проходом валков, уменьшает толщину материала или формирует его поперечное сечение. Валки должны одновременно выдерживать огромные сжимающие напряжения, термоциклирование и абразивный износ.

Стандартный рулон состоит из трех основных частей: бочка (рабочая поверхность, контактирующая с металлом), шея (зона контакта подшипника) и воблеры или приводной конец (где передается крутящий момент). Размеры валков сильно различаются — от небольших валков кластерных станов диаметром менее 50 мм до крупных валков диаметром более 1500 мм, используемых на станах горячей прокатки.

Основные типы валков прокатных станов

Валки классифицируются по их положению в стане, функциям и продукту, который они обрабатывают. Понимание этих категорий помогает выбрать правильный рулон для каждого приложения.

По позиции мельницы

• Рабочие рулоны: Непосредственный контакт с металлом. Требуется высокая твердость поверхности, обычно 65–85 по Шору C (HSC), и гладкая поверхность.
• Резервные рулоны: Поддерживайте рабочие валки и предотвращайте прогибание под нагрузкой. Чем больше диаметр, тем важнее прочность, а не твердость.
• Промежуточные рулоны: Используется в кластерных станах с 6 или 20 валками между рабочими и опорными валками для передачи усилия и контроля плоскостности полосы.

Путем прокатки

• Горячие прокатные рулоны: Работают при температуре полосы 900–1200°С. Должен противостоять термическому удару и окислительному образованию накипи.
• Холоднокатаные валки: Требуются сверхгладкие поверхности цилиндра (Ra ≤ 0,1 мкм для дрессировочных станов) и постоянная твердость для поддержания точности калибра.
• Профильные и стержневые валки: Используйте цилиндрические профили с канавками для придания формы стержням, катанке, рельсам или профилям конструкций.

Рулонные материалы и их эксплуатационные характеристики

От выбора материала валков прокатных станов напрямую зависит срок службы, качество поверхности изделия, устойчивость к термической и механической усталости. Ниже приведены наиболее распространенные рулонные материалы.

Валки из быстрорежущей стали стали доминирующим выбором для чистовых клетей стана горячей прокатки. потому что они могут прокатывать в 3–5 раз больше тоннажа за кампанию по сравнению с традиционными валками ICCI, что значительно снижает частоту замены валков и время простоя стана.

Ключевые факторы, вызывающие износ и выход из строя валков

Деградация валков неизбежна, но скоростью и характером износа можно управлять. К основным механизмам износа валков прокатных станов относятся:

• Абразивный износ: Вызывается твердыми частицами окалины, попавшими в прокат. Распространен при горячей прокатке, где прокатная окалина может достигать твердости 1200 HV.
• Термическая усталость (огневое растрескивание): Многократный нагрев и охлаждение поверхности валков создают мелкие поверхностные трещины, которые в конечном итоге приводят к растрескиванию. Основной причиной является недостаточный расход охлаждающей воды.
• Механическая усталость: Высокие циклические контактные напряжения, особенно в опорных валках, вызывают распространение подповерхностных трещин. Контактные напряжения в больших опорных валках стана горячей прокатки могут превышать 800 МПа. при полной прокатной нагрузке.
• Адгезионный износ (подхват): Материал проката прилипает к поверхности валков, ухудшая качество поверхности. Особенно проблематична холодная прокатка алюминия.
• Откол: Внезапная потеря крупных фрагментов поверхности, часто в результате подповерхностных дефектов, неправильного шлифования или выхода валка за пределы безопасного предела износа.

Данные отрасли показывают, что На долю отказов валков приходится 15–25% незапланированных простоев станов горячей прокатки. , что делает мониторинг состояния валков и дисциплинированное управление валками необходимыми для производительности стана.

Валковое шлифование: сохранение качества и профиля поверхности

Между прокатными кампаниями изношенные валки перешлифовывают в вальцешлифовальном цехе для восстановления качества поверхности и коррекции профиля бочки. Это одна из наиболее важных операций технического обслуживания на любом прокатном стане.

Припуск на шлифование и срок службы валков

Каждый рулон имеет определенный минимальный безопасный диаметр. Для типичного рабочего валка стана горячей прокатки с первоначальным диаметром 750 мм полезный припуск на шлифование может составлять 75–100 мм, что позволяет выполнить 30–50 циклов шлифования, прежде чем валок будет отправлен на слом. Сведение к минимуму съема материала при шлифовке — при полном устранении всех повреждений поверхности — напрямую продлевает общий срок службы валков и снижает затраты на тонну проката.

Контроль короны и профиля

Профиль бочки валка (коронка) специально пришлифован на рабочие и опорные валки, чтобы компенсировать упругие прогибы и тепловые расширения при прокатке. Типичный рабочий валок стана горячей прокатки может быть отшлифован с положительным выступом 0,1–0,3 мм, чтобы обеспечить равномерную плоскостность полосы по ширине. Неправильная шлифовка коронки является основной причиной дефектов плоскостности полосы и волнистости кромки.

Как выбрать правильный рулон для вашего применения

Выбор валков должен основываться на структурированной оценке нескольких рабочих переменных. Наиболее решающими являются следующие критерии:

1. Температура прокатки: Горячая прокатка при температуре выше 700°C требует материалов с высокой термостойкостью (например, ICCI, HSS). Холодная прокатка требует максимальной твердости и качества поверхности.
2. Раскатываемый материал: Твердая нержавеющая сталь требует более жестких валков, чем мягкий алюминий. Абразивные материалы с поверхностной окалиной требуют более высоких марок износостойкости.
3. Нагрузка прокатки и тип стана: Станам-тандемам с высокими нагрузками необходимы валки с высокой усталостной прочностью. На кластерных мельницах используются валки малого диаметра, которые должны иметь чрезвычайную твердость, чтобы противостоять прогибу.
4. Требуемая обработка поверхности изделия: Дрессировочные и дрессировочные станы требуют валков со значением Ra ниже 0,1 мкм для получения продукции с блестящей отделкой. Текстурированные валки (EDT или дробеструйная обработка) используются для автомобильных листов, требующих определенной шероховатости для адгезии краски.
5. Продолжительность кампании и частота смены роликов: Там, где для повышения производительности необходимы длительные кампании, предпочтительны валки из быстрорежущей стали или с высоким содержанием хрома, несмотря на более высокую первоначальную стоимость, поскольку их общая стоимость за тонну ниже.

Полезный тест: на станах горячей прокатки переход с рабочих валков ICCI на рабочие валки из быстрорежущей стали обычно снижает расход валков на 40–60 %. и улучшает качество поверхности готовой полосы, что делает инвестиции очень рентабельными при больших объемах производства.

Лучшие практики управления рулонами

Даже самые лучшие валки будут работать хуже без дисциплинированной системы управления рулонами. Ключевые практики, которым следуют ведущие заводы, включают:

• Электронное отслеживание истории валков — запись каждой кампании, шлифования и результатов проверки для выявления характера износа и оптимизации циклов шлифования.
• Использование ультразвукового контроля (УЗК) и вихретокового контроля для обнаружения подповерхностных трещин до того, как произойдет растрескивание.
• Соблюдение строгих норм расхода и качества охлаждающей воды — загрязненная или недостаточная охлаждающая вода является основной причиной термического усталостного растрескивания при горячей прокатке.
• Установка максимально допустимых пределов износа для каждой кампании и их соблюдение — выполнение рабочего пробега за пределами безопасного предела износа экспоненциально увеличивает риск растрескивания.
• Правильное сопряжение валков: рабочие валки соответствующего диаметра и твердости должны быть спарены во избежание неравномерного распределения нагрузки и одностороннего износа.

Предприятия, реализующие структурированные программы управления валками, обычно сообщают Сокращение затрат на расход рулонов на 10–20 %. и измеримые улучшения качества поверхности продукции без капиталовложений в новое оборудование.

Заключение

Валки прокатного стана – это прецизионные инструменты, а не простые расходные материалы. Правильное сочетание материала валков, профиля твердости, технологии шлифования и управления производством определяет качество продукции и стоимость прокатки больше, чем любой другой параметр в работе стана. Чугуны из быстрорежущей стали и высокохромистого чугуна доминируют в современных требовательных областях применения благодаря превосходному сроку службы, в то время как кованая сталь остается незаменимой там, где прочность имеет первостепенное значение. Инвестиции в правильную спецификацию валков, дисциплинированное шлифование и систематическое отслеживание валков быстро окупаются — обычно в течение нескольких месяцев при больших объемах производства.