Valec valcovacej stolice: Typy, výroba a sprievodca výkonom

Čo je valec valcovacej stolice

A valec valcovacej stolice je primárna pracovná zložka v zariadení na valcovanie kovov, ktorá tvaruje a zmenšuje hrúbku kovu rotačným tlakom . Tieto valcové nástroje sú namontované v pároch alebo skupinách vo valcovacích stoliciach na stlačenie a predĺženie kovových predvalkov, dosiek alebo pásov do požadovaných tvarov a rozmerov. Valce valcovacej stolice pracujú pri vysokých teplotách a tlakoch, vďaka čomu sú rozhodujúce pre úspech výroby ocele, spracovania hliníka a iných operácií tvárnenia kovov.

Základný princíp valcov valcovacej stolice zahŕňa plastická deformácia kovu medzi dvoma protibežnými valcami . Keď kov prechádza cez medzeru (nazývanú "medzera medzi valcami" alebo "prechod"), valce aplikujú tlakové sily, ktoré znižujú hrúbku a zároveň zväčšujú dĺžku. Moderné valcovne dokážu spracovať materiály od masívnych oceľových plátov s hmotnosťou niekoľkých ton až po tenké hliníkové fólie s hrúbkou len 0,006 mm.

Typy valcovacích valcov a ich aplikácie

Pracovné rolky vs. záložné rolky

Konfigurácie valcovacej stolice typicky využívajú dva odlišné typy valcov. Pracovné valce majú priamy kontakt so spracovávaným kovom , ktoré nesie hlavný nápor tepelného a mechanického namáhania. Tieto kotúče s menším priemerom (zvyčajne 300-800 mm) umožňujú lepšiu kontrolu tvaru a povrchovú úpravu. Záložné kotúče s priemerom dosahujúcim 1 200-1 800 mm podopierajú pracovné valce a zabraňujú vychýleniu pri veľkom zaťažení, najmä v konfiguráciách so štyrmi a šiestimi hlavami.

Materiálové klasifikácie

Výrobný proces valcovacích valcov

Výroba valcovacích valcov zahŕňa sofistikované metalurgické procesy určené na dosiahnutie optimálnej tvrdosti, odolnosti proti opotrebeniu a tepelnej stability. Výroba zvyčajne prebieha v týchto kritických fázach:

• Výber materiálu a tavenie - Vysokokvalitné zliatinové kompozície sa tavia v elektrických oblúkových peciach pri teplotách nad 1 600°C
• Odlievanie alebo kovanie - V závislosti od typu valca sa roztavený kov odlieva buď do odstredivých alebo statických foriem, alebo sa kuje na hydraulických lisoch s tlakom 10 000 ton
• Tepelné spracovanie - Riadené cykly ohrevu a chladenia vytvárajú požadované mikroštruktúry s teplotou kalenia v rozsahu od 850 do 1 050 °C
• Obrábanie a brúsenie - Presné brúsenie dosahuje hodnoty drsnosti povrchu Ra 0,2-0,8 mikrometra a rozmerové tolerancie v rozmedzí ±0,02 mm
• Povrchová úprava - Pokročilé valce môžu byť pochrómované, vytvrdené laserom alebo keramické povlaky na zvýšenie odolnosti proti opotrebovaniu o 30-50%

V prípade pracovných valcov z rýchloreznej ocele používaných pri valcovaní za studena trvá výrobný cyklus približne 6-8 mesiacov od počiatočného odlievania až po konečnú dodávku, čo odráža požadované rozsiahle tepelné spracovanie a procesy kontroly kvality.

Kľúčové výkonnostné faktory a mechanizmy opotrebovania

Tepelné a mechanické namáhanie

Valce valcovacej stolice odolávajú extrémnym prevádzkovým podmienkam. Pri aplikáciách valcovania za tepla, povrchové teploty môžu dosiahnuť 600-700°C zatiaľ čo jadro valca zostáva pri teplote 100-150 °C, čo vytvára silné tepelné gradienty. Toto cyklické zahrievanie a ochladzovanie spôsobuje tepelnú únavu, ktorá sa prejavuje ako požiarne trhliny na povrchu valca. Operácie valcovania za studena, aj keď majú nižšiu teplotu, spôsobujú prekračujúce kontaktné tlaky 1 500 MPa (megapascalov) čo vedie k podpovrchovej únave a odlupovaniu.

Primárne režimy opotrebovania

Životnosť valcov valcovacej stolice je obmedzená niekoľkými degradačnými mechanizmami:

1. Abrazívne opotrebovanie - Častice okoviny a tvrdé inklúzie vo valcovanom materiáli pôsobia ako rezné nástroje s mierou opotrebovania 0,05 – 0,15 mm na 1 000 ton pri valcovaní za tepla
2. Opotrebenie lepidla - Pri vysokých teplotách a tlakoch dochádza k prenosu kovu medzi valcom a obrobkom, čo je obzvlášť problematické pri valcovaní nehrdzavejúcej ocele
3. Oxidačné opotrebovanie - Chemické reakcie pri zvýšených teplotách vytvárajú oxidové vrstvy, ktoré sa odlupujú, čo prispieva 20-30% k celkovému opotrebovaniu valcov za tepla
4. Plastická deformácia - Opakované cykly namáhania spôsobujú zväčšenie priemeru valca v strede valca, čím sa vytvárajú nepriaznivé profily valcov

Moderné mlyny implementujú online systémy na brúsenie valcov ktorý dokáže obnoviť profily valcov bez odstavenia frézy, čím sa predlžuje životnosť kampane o 15 – 25 % a zlepšuje sa konzistentnosť kvality produktu.

Roll Design Inovácie a technologické trendy

Crown Control Technologies

Udržiavanie rovnomernej hrúbky po celej šírke pásu si vyžaduje sofistikované konštrukcie valcovej koruny. Valčeky CVC (Continuously Variable Crown). majú profil polynomickej krivky tretieho rádu, ktorý je možné počas valcovania axiálne posúvať, aby sa kompenzovala tepelná rozťažnosť a opotrebovanie. Táto technológia, ktorú predstavila skupina SMS, dosahuje tolerancie rovinnosti ±5 jednotiek I (špecializované meranie rovinnosti) na moderných valcovniach za studena.

Alternatívne systémy zahŕňajú:

• Dvojité krížové valcovanie - Pracovné valce sú prekrížené v uhloch do 3 stupňov, aby sa vytvorilo priaznivé rozloženie napätia
• Ohýbanie pracovného valca - Hydraulické valce aplikujú sily až do 1 500 kN na klin, aby upravili vychýlenie kotúča v reálnom čase
• Ovládanie tepelnej korunky - Vnútorné chladiace kanály regulujú teplotné profily valcov s presnosťou ±2°C

Pokročilé náterové systémy

Povrchové inžinierstvo sa stalo kľúčovým pre predĺženie životnosti valcov. Povlaky na fyzikálne nanášanie pár (PVD). aplikujte vrstvy nitridu titánu alebo nitridu chrómu s hrúbkou 2-5 mikrometrov, čím sa zníži koeficient trenia z 0,3 na 0,15 a zvýši sa odolnosť proti opotrebovaniu až o 300 %. Pri valcovaní hliníka za studena sa dosiahli pracovné valce potiahnuté PVD životnosť kampane presahuje 80 000 ton v porovnaní so 40 000 tonami v prípade nepotiahnutých kotúčov.

Laserové povrchové úpravy vytvárajú kalené zóny s hĺbkou 0,5 – 2 mm a zvýšením tvrdosti o 200 – 400 HV, čo je obzvlášť účinné pre miesta s lokalizovaným opotrebovaním, ako sú hrany valcov.

Stratégie údržby a rolovania

Efektívne riadenie rolí priamo ovplyvňuje efektivitu výroby a kvalitu produktu. Poprední výrobcovia ocele implementujú komplexné rolovacie programy ktoré optimalizujú tieto aspekty:

Brúsenie a prebrusovanie

Pracovné valce prechádzajú po každom prebrúsení 8-24 hodín prevádzky vo valcovniach za tepla, pričom sa odstráni 0,3-0,8 mm materiálu na jedno mletie. Typický pracovný valec s počiatočným priemerom valca 650 mm môže byť prebrúsený 30-50-krát, kým sa dosiahne minimálny povolený priemer 550 mm. Presné brúsky si zachovávajú valcovitosť v rozmedzí 0,01 mm a špecifikácie drsnosti kritické pre aplikácie citlivé na povrch, ako sú panely karosérií automobilov.

Technológie prediktívnej údržby

Moderné mlyny využívajú senzorové systémy monitorujúce stav valcov v reálnom čase:

• Analýza vibrácií zisťuje degradáciu ložísk a excentricitu valenia s presnosťou 0,001 mm
• Termovízne kamery identifikuje horúce miesta a poruchy chladiaceho systému s teplotným rozlíšením 0,1 °C
• Ultrazvuková kontrola odhaľuje podpovrchové trhliny a odlupovanie skôr, ako dôjde ku katastrofálnej poruche
• Modely predpovede opotrebovania založené na AI predpovedať zostávajúcu životnosť kotúča s presnosťou 85 – 90 %, čo umožňuje optimalizované plánovanie

Tieto systémy znížili neplánované zmeny kotúča o 40 – 60 % v zariadeniach, ktoré zaviedli komplexné programy prediktívnej údržby, čo sa premietlo do ročných úspor 2-5 miliónov USD pre typickú integrovanú oceliareň.

Ekonomický vplyv a úvahy o nákladoch

Valce valcovacej stolice predstavujú značné prevádzkové náklady. Kompletná sada pracovných a záložných valcov pre štvornásobne vysoké náklady na valcovňu za studena 1,5 až 3,5 milióna dolárov , zatiaľ čo zásoby valcov valcov za tepla môžu prekročiť 15-20 miliónov dolárov pre zariadenie produkujúce 3-5 miliónov ton ročne.

Spotreba na tonu kotúča sa výrazne líši podľa aplikácie:

• Frézy na pásy za tepla: 0,80 – 1,50 USD za tonu valcovaného výrobku
• Valcovne za studena: 2,50 – 4,00 USD za tonu kvôli vyšším požiadavkám na presnosť
• Mlyny na špeciálne produkty (kremíková oceľ, nehrdzavejúca): 5,00 – 8,00 USD za tonu odráža náročné materiálové vlastnosti

Strategické programy riadenia valcov zamerané na optimálne intervaly brúsenia, správne mazanie a preventívnu výmenu môžu znížiť náklady na valce 15 – 25 % pri súčasnom zlepšení výnosu a znížení kvalitatívnych chýb. Pre stredne veľký závod s produkciou 2 miliónov ton ročne to znamená úsporu 600 000 – 1 000 000 USD ročne.