Rolling Mill Roll: Tipovi, proizvodnja i Vodič za rad

Što je Rolling Mill Roll

A valjaonica roll je primarna radna komponenta u opremi za valjanje metala koja oblikuje i smanjuje debljinu metala rotacijskim pritiskom . Ovi cilindrični alati montirani su u parovima ili skupinama unutar valjaonica za komprimiranje i izduživanje metalnih trupaca, ploča ili traka u željene oblike i dimenzije. Valjci u valjaonici rade na visokim temperaturama i pritiscima, što ih čini ključnima za uspjeh proizvodnje čelika, obrade aluminija i drugih postupaka oblikovanja metala.

Temeljno načelo valjaoničkih valjaka uključuje plastična deformacija metala između dva suprotno rotirajuća cilindra . Dok metal prolazi kroz raspor (koji se naziva "razmak valjaka" ili "prolaz"), valjci primjenjuju sile pritiska koje smanjuju debljinu dok povećavaju duljinu. Moderne valjaonice mogu obrađivati ​​materijale u rasponu od masivnih čeličnih ploča teških nekoliko tona do tanke aluminijske folije debljine samo 0,006 mm.

Vrste valjaoničkih valjaka i njihova primjena

Work Rolls vs. Backup Rolls

Konfiguracije valjaonice obično koriste dvije različite vrste valjaka. Radni valjci ostvaruju izravan kontakt s metalom koji se obrađuje , noseći najveći teret toplinskih i mehaničkih naprezanja. Ovi valjci manjeg promjera (obično 300-800 mm) omogućuju bolju kontrolu oblika i završnu obradu površine. Rezervne role, s promjerima koji dosežu 1.200-1.800 mm , podupiru radne valjke i sprječavaju otklon pod velikim opterećenjem, osobito u konfiguracijama mlina s četiri i šest visina.

Klasifikacije temeljene na materijalu

Proces proizvodnje valjaoničkih valjaka

Proizvodnja valjaonskih valjaka uključuje sofisticirane metalurške procese dizajnirane za postizanje optimalne tvrdoće, otpornosti na trošenje i toplinske stabilnosti. Proizvodnja obično slijedi ove kritične faze:

• Izbor materijala i taljenje - Visokokvalitetni sastavi legura tale se u elektrolučnim pećima na temperaturama višim od 1600°C
• Lijevanje ili kovanje - Ovisno o vrsti valjka, rastaljeni metal se lijeva u centrifugalnim ili statičnim kalupima ili se kuje pod hidrauličkim prešama pod pritiskom od 10.000 tona
• Toplinska obrada - Kontrolirani ciklusi grijanja i hlađenja stvaraju željene mikrostrukture, s temperaturama kaljenja u rasponu od 850-1050°C
• Strojna obrada i brušenje - Precizno brušenje postiže vrijednosti površinske hrapavosti od Ra 0,2-0,8 mikrometara i dimenzijske tolerancije unutar ±0,02 mm
• Površinska obrada - Napredne role mogu biti kromirane, laserski otvrdnute ili keramičke premaze za povećanje otpornosti na habanje za 30-50%

Za radne valjke od brzoreznog čelika koji se koriste u hladnom valjanju, proizvodni ciklus traje otprilike 6-8 mjeseci od početnog lijevanja do konačne isporuke, odražavajući opsežnu toplinsku obradu i potrebne procese kontrole kvalitete.

Ključni čimbenici izvedbe i mehanizmi trošenja

Toplinska i mehanička naprezanja

Valjci valjaonice podnose ekstremne radne uvjete. U primjenama vrućeg valjanja, površinske temperature mogu doseći 600-700°C dok jezgra valjka ostaje na 100-150°C, stvarajući ozbiljne toplinske gradijente. Ovo cikličko zagrijavanje i hlađenje uzrokuje toplinski zamor, koji se očituje kao pukotine od vatre na površini valjka. Operacije hladnog valjanja, iako imaju nižu temperaturu, nameću prekomjerne kontaktne pritiske 1500 MPa (megapaskala) , što dovodi do zamora ispod površine i pucanja.

Primarni načini nošenja

Životni vijek valjaka valjaonice ograničen je nekoliko mehanizama razgradnje:

1. Abrazivno trošenje - Čestice kamenca i tvrdi uključci u valjanom materijalu djeluju kao alati za rezanje, sa stopama trošenja od 0,05-0,15 mm na 1000 tona u vrućem valjanju
2. Istrošenost ljepila - Pri visokim temperaturama i pritiscima dolazi do prijenosa metala između valjka i izratka, što je posebno problematično kod valjanja nehrđajućeg čelika
3. Oksidativno trošenje - Kemijske reakcije na povišenim temperaturama stvaraju oksidne slojeve koji se ljušte, doprinoseći 20-30% ukupnog trošenja vrućih valjaka
4. Plastična deformacija - Ponovljeni ciklusi naprezanja uzrokuju povećanje promjera valjka u središtu cijevi, stvarajući nepovoljne profile valjka

Suvremeni mlinovi implementiraju online sustavi za mljevenje valjaka koji može obnoviti profile valjaka bez gašenja tvornice, produžujući vijek trajanja kampanje za 15-25% i poboljšavajući dosljednost kvalitete proizvoda.

Inovacije dizajna role i tehnološki trendovi

Crown Control Technologies

Održavanje jednolike debljine po širini trake zahtijeva sofisticirani dizajn krune role. CVC (Continuously Variable Crown) role imaju profil polinomske krivulje trećeg reda koji se može pomaknuti aksijalno tijekom valjanja kako bi se kompenziralo toplinsko širenje i trošenje. Ova tehnologija, koju je uvela SMS grupa, postiže tolerancije ravnosti od ±5 I-jedinica (specijalizirano mjerenje ravnosti) na modernim strojevima za hladno valjanje.

Alternativni sustavi uključuju:

• Unakrsno valjanje u paru - Radni valjci križaju se pod kutovima do 3 stupnja kako bi se stvorila korisna raspodjela naprezanja
• Savijanje radnog valjka - Hidraulički cilindri primjenjuju sile do 1.500 kN po klinu za modificiranje otklona kotrljanja u stvarnom vremenu
• Kontrola toplinske krune - Unutarnji rashladni kanali reguliraju profile temperature role s preciznošću ±2°C

Napredni sustavi premazivanja

Površinski inženjering postao je ključan za produljenje vijeka trajanja role. Premazi naneseni fizikalnom parnom depozicijom (PVD). nanesite slojeve titan nitrida ili krom nitrida debljine 2-5 mikrometara, smanjujući koeficijente trenja s 0,3 na 0,15 i povećavajući otpornost na habanje do 300%. U hladnom valjanju aluminija, radni valjci s PVD premazom postigli su kampanja živi više od 80.000 tona , u usporedbi s 40.000 tona za nepremazane role.

Laserski površinski tretmani stvaraju otvrdnute zone s dubinom od 0,5-2 mm i povećanjem tvrdoće od 200-400 HV, posebno učinkovito za lokalizirana područja trošenja kao što su rubovi valjaka.

Strategije održavanja i upravljanja rolama

Učinkovito upravljanje rolama izravno utječe na učinkovitost proizvodnje i kvalitetu proizvoda. Vodeći proizvođači čelika implementiraju sveobuhvatni programi rola koji optimiziraju sljedeće aspekte:

Brušenje i ponovno brušenje

Radni valjci se ponovno bruše nakon svakog 8-24 sata rada u mlinovima za vruće valjanje, uklanjajući 0,3-0,8 mm materijala po mljevenju. Tipični radni valjak s početnim promjerom cijevi od 650 mm može se ponovno brusiti 30-50 puta prije nego što se postigne minimalni dopušteni promjer od 550 mm. Precizni strojevi za brušenje održavaju cilindričnost unutar 0,01 mm i specifikacije hrapavosti kritične za površinski osjetljive aplikacije poput karoserijskih ploča automobila.

Tehnologije prediktivnog održavanja

Moderne tvornice koriste senzorske sustave koji nadziru stanje valjka u stvarnom vremenu:

• Analiza vibracija detektira degradaciju ležaja i ekscentričnost kotrljanja s točnošću od 0,001 mm
• Termovizijske kamere identificirati vruće točke i kvarove sustava hlađenja s temperaturnom rezolucijom od 0,1°C
• Ultrazvučni pregled otkriva podpovršinske pukotine i pucanje prije nego što dođe do katastrofalnog kvara
• Modeli predviđanja trošenja temeljeni na umjetnoj inteligenciji prognozirati preostali životni vijek role s 85-90% točnosti, omogućujući optimizirano planiranje

Ovi sustavi su smanjili neplanirane promjene valjaka za 40-60% u pogonima koji su implementirali sveobuhvatne programe prediktivnog održavanja, što znači godišnju uštedu od 2-5 milijuna dolara za tipičnu integriranu čeličanu.

Razmatranje ekonomskog učinka i troškova

Valjci valjaonice predstavljaju značajan pogonski trošak. Kompletan set radnih i pomoćnih valjaka za četverostruku hladnu valjaonicu košta 1,5-3,5 milijuna dolara , dok zalihe valjaka valjaka za vruću traku mogu premašiti 15-20 milijuna dolara za postrojenje koje proizvodi 3-5 milijuna tona godišnje.

Potrošnja role po toni dramatično varira ovisno o primjeni:

• Vruće valjaonice: 0,80-1,50 USD po toni valjanog proizvoda
• Valjaonice za hladno valjanje: 2,50-4,00 dolara po toni zbog većih zahtjeva za preciznošću
• Mlinovi za posebne proizvode (silikonski čelik, nehrđajući): 5,00-8,00 USD po toni odražavajući zahtjevna svojstva materijala

Strateški programi upravljanja valjcima usmjereni na optimalne intervale brušenja, pravilno podmazivanje i preventivnu zamjenu mogu smanjiti troškove valjaka 15-25% dok se istovremeno poboljšava prinos i smanjuju nedostaci kvalitete. Za mlin srednje veličine koji proizvodi 2 milijuna tona godišnje, to znači uštedu od 600 000 do 1 000 000 USD godišnje.