Рабочий валок прокатного стана

Когда слышишь ?рабочий валок?, многие представляют просто массивный цилиндр, который давит металл. На деле, это сердце стана, и его поведение — целая наука. Частая ошибка — считать, что главное это твердость. Твердость важна, да, но если забыть про вязкость и остаточные напряжения, валок может попросту расколоться на третьей смене, особенно при горячей прокатке легированных сталей. У нас на стане 850 такое было — поставили партию валков, вроде по сертификатам всё идеально, а они начали давать мелкие сколы на бочке. Потом разбирались — проблема оказалась в режиме окончательной термообработки, не учли специфику наших переходов с толстолистовой на сортовую прокатку.

Из чего рождается надежный валок

Материал — это основа основ. Для разных задач — разная сталь. Для обжимных клетей блюмингов, где ударные нагрузки колоссальные, традиционно шли на сталь 9ХФ, с её высокой сопротивляемому излому. Но для чистовых клетей тонколистовых станов, где критична точность профиля и стойкость против абразивного износа, уже нужны стали типа 60ХН или даже с поверхностным упрочнением, например, электропереплавом. Здесь как раз видна разница в подходах производителей. Отечественные предприятия, вроде ООО Дэян Хунгуан Интеллектуальное Оборудование, которые плотно интегрированы в процессы литья и проката цветмета, часто предлагают более гибкие решения по химсоставу. Они понимают, что прокатка медного сплава или титана — это совсем другие температуры и силы трения, нежели для черного металла.

Литье и ковка — вот где закладывается ?здоровье? валка. Казалось бы, литая заготовка дешевле. Но если в теле останется раковина или ликвация, это бомба замедленного действия. Мы однажды попробовали сэкономить на паре литых валков для клети черновой группы. Вскрытие после первой поломки показало крупную газовую раковину прямо под поверхностью бочки. С тех пор для ответственных применений — только кованые заготовки, и желательно от проверенных поставщиков, кто контролирует весь цикл от слитка до готового изделия. На сайте dyhgzn.ru видно, что компания делает акцент на полном цикле — от разработки до продажи. Это важный сигнал, потому что контроль на всех этапах снижает риски скрытых дефектов.

Термичка — это уже магия. Закалка, отпуск. Тут градус и минута решают всё. Недоотпустишь — будет хрупким, переотпустишь — быстро сносится. Самый сложный момент — добиться равномерной твердости по всей глубине бочки и при этом не ?повести? цапфы. Для валков большого диаметра это отдельная задача. Часто применяют индукционный нагрев с последующим интенсивным охлаждением, но тут нужно точно рассчитать глубину закаленного слоя. Помню, экспериментировали с режимом для валков прокатки нержавейки — нужна была особая стойкость к схватыванию. Поднимали температуру закалки, но тогда начинала падать вязкость сердцевины. Пришлось искать компромисс через двухстадийный отпуск.

Монтаж, эксплуатация и коварство мелочей

Поставишь валок в клеть — и, кажется, главное сделано. Ан нет. Посадка на шейку подшипника — критичный узел. Зазор должен быть в пределах строжайших допусков. Слишком туго — будет перегрев буксы, слишком свободно — биение и ускоренный износ шейки. У нас был случай на стане 500, когда после замены валков появилась вибрация. Долго искали причину в балансировке самих валков, а оказалось, что монтажники при сборке буксы немного перетянули посадку, вызвав местный наклеп на шейке, что привело к ее неравномерному тепловому расширению в работе.

Охлаждение во время прокатки — тема для отдельного разговора. Струи воды должны попадать точно в нужные точки, равномерно. Если где-то образуется ?паровая рубашка? — локальный перегрев гарантирован. А это ведет к термическим трещинам, так называемым ?огненным? трещинам. Особенно это актуально для чистовых клетей, где валки раскалены докрасна от контакта с металлом. Неправильная настройка форсунок может за неделю убить дорогой рабочий валок. Мы обычно после каждого планового ремонта клети проверяем геометрию охлаждающих коллекторов и чистоту форсунок. Мелочь, а последствия огромные.

Валковый ремонт и перешлифовка. Со временем на бочке появляется износ, профиль теряет форму. Валок снимают и везут на шлифовку. Тут главное — не переборщить со съемом металла. Каждая перешлифовка уменьшает диаметр и меняет жесткость валка, его прогиб под нагрузкой. Есть предел, после которого валок уже нельзя ставить в свою родную клеть — его жесткостные характеристики не будут соответствовать расчетным. Поэтому ведется строгий учет: диаметр до и после шлифовки, остаточный ресурс. Иногда выгоднее не гнаться за десятой перешлифовкой, а отправить валок на восстановление наплавкой, особенно если износ неравномерный или есть глубокие выбоины.

Специфика для цветных металлов

Вот здесь опыт ООО Дэян Хунгуан в области прокатки цветных металлов очень показателен. Прокатка меди, латуни, алюминиевых сплавов — это другой мир. Температуры ниже, но некоторые сплавы (та же оловянная бронза) могут сильно налипать на бочку валка. Требуется не просто стойкость к износу, а стойкость к адгезии. Иногда помогает специальная шлифовка поверхности валка до определенной шероховатости или даже нанесение тонкого износостойкого покрытия. Но покрытие — палка о двух концах: если оно отслоится куском, можно испортить всю полосу.

Еще момент — точность профиля. При прокатке тонкой фольги или точных прецизионных сплавов малейшая эллипсность валка или отклонение в профиле бочки (бочка, гриб, выпуклость) приводит к разнотолщинности по ширине полосы. Поэтому для таких станов валки не только шлифуют на высокоточных станках, но и проводят ультразвуковой контроль на предмет внутренних дефектов после каждой термообработки. Качество поверхности бочки должно быть почти зеркальным, без малейших рисок.

Подбор пары валков (верхний/нижний) тоже имеет свои тонкости. Желательно, чтобы они были из одной плавки, прошли абсолютно идентичные циклы обработки. Это минимизирует разницу в тепловом расширении в работе. Для станов горячей прокатки цветмета, где часто идут короткие серии разных сплавов, это особенно важно, чтобы не было проблем с настройкой клети при смене программы.

Цена вопроса и ложная экономия

Стоимость нового рабочего валка прокатного стана может быть запредельной, особенно для крупногабаритных клетей. Соблазн купить подешевле или взять б/у всегда велик. Но экономия на валке — это самый рискованный вариант. Простой стана из-за поломки валка, порча нескольких тонн металла в рулоне из-за дефекта профиля, внеплановый ремонт клети с возможным повреждением подшипниковых узлов — убытки на порядки превысят разницу в цене. Поэтому грамотные начальники прокатных цехов всегда держат в уме не цену за тонну валковой стали, а стоимость тонкопроката, произведенного за межремонтный цикл валка.

Надежный поставщик, который не просто продает изделие, а понимает технологический процесс, в котором оно будет работать — это половина успеха. Когда компания, как упомянутая Дэян Хунгуан, сама занимается разработкой и проектированием в этой сфере, с ней можно обсуждать не просто размеры по чертежу, а конкретные условия эксплуатации: марки прокатываемого металла, температуры, скорости, усилия. Часто они могут дать совет по оптимальному материалу или конструкции, который сэкономит деньги в долгосрочной перспективе.

Ведение истории валка — от приемки до списания — кажется бюрократией, но это бесценная информация. Записывай всё: дата установки, на какой клети, что прокатывали, когда сняли, причина снятия (износ, скол, перешлифовка), результаты замеров. Эта история помогает прогнозировать поведение следующих партий валков, выявлять слабые места в технологии прокатки или системе обслуживания. Это уже не просто железка, это ключевой узел, данные по которому влияют на всю экономику производства.

Вместо заключения: мысль вслух

Работая с прокатными станами, постепенно приходишь к выводу, что рабочий валок — это не деталь, а почти живой организм. Он накапливает усталость, реагирует на перепады температур, ?устает? от циклов нагрузки. К нему нельзя подходить шаблонно. То, что идеально для широкополосного стана, может быть неприемлемо для проволочного. Опыт нарабатывается годами, часто через ошибки и аварийные остановки. И главный навык — не просто уметь его поменять, а научиться ?слушать? стан, понимать, по какой причине на бочке валка появился именно такой рисунок износа или сетка трещин. Это и есть та самая практика, которую не заменишь ни одним учебником или идеально написанным техзаданием на закупку.