Определение причин возникновения и устранение недопустимой поперечной разнотолщинности листов при горячей прокатке в чистовой клети стана 2000

Задачи, стоящие перед российскими предприятиями металлургической и машиностроительной отрасли, касающиеся совершенствования текущих производственных процессов и освоения новых видов продукции с улучшенными физико-механическими свойствами и геометрическими параметрами требуют использования машин и оборудования, отвечающих требованиям прочности, жесткости, надежности и технологической точности, что в совокупности обеспечивает получение продукции высокого качества. Проведение контроля технического состояния, ремонтно-восстановительных работ и реализация мероприятий модернизационного характера, подразумевающих замену систем управления, оснащение машины и оборудования современными программируемыми системами с возможным увеличением технологического усилия, позволяет вывести орудия труда на новый технологический уровень. Однако только оснащение машины современными системами еще не гарантирует получение продукции с высокими геометрическими параметрами, если оно не отвечает требованиям проектной документации в части качества размера, формы и взаимного расположения отдельных деталей и узлов. Отклонение от проектного режима работы машины и оборудования, проявляющееся в превышении допусков на размеры получаемой продукции, нестабильности протекания технологического процесса, необходимости введения в технологический маршрут дополнительных операций, устраняющих несовершенство предыдущей, необходимости внесения оператором машины компенсационных правок в он-лайн режиме — явное тому свидетельство.

Примером проведенной работы по выявлению причин возникновения нарушения технологического процесса, связанного с потерей технологической точности деталей и узлов оборудования, проработавшего более 50 лет и реализации мер по их устранению, является комплексная работа по чистовой клети стана 2000 горячей прокатки, находящегося в эксплуатации в ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» г. Верхняя Салда (Свердловская обл.). Чистовая четырехвалковая реверсивная клеть предназначена для производства плоских полуфабрикатов. Оборудование клети позволяет осуществлять прокатку, как отдельных коротких полос, так и длинных из рулона в рулон, посредством печных моталок, установленных перед и за клетью.

Для выполнения производственной задачи по освоению новых жаропрочных сплавов в рамках программы модернизации оборудования предприятия клеть оснастили гидравлическими нажимными устройствами (ГНУ) и системой автоматической регулировки толщины (САРТ). Использование ГНУ И САРТ не дало ожидаемых результатов: реальная поперечная разнотолщинность получаемого листа при прокатке достигала значения 0,8 мм при допускаемом значении 0,05 мм согласно технологической инструкции. При прокатке рулонов систематически происходило смещение полосы относительно бочки валка. Заводскими службами было принято решение о проведении исследовательских работ по выявлению причин возникновения недопустимой разнотолщинности листа и нестабильности параметров технологического процесса, разработке и реализации мероприятий по их устранению.

Для выявления и локализации причин в рамках первого этапа комплексной работы было выполнено:

• построение трехмерной геометрической модели станин клети с последующими расчетами напряженного состояния методом конечных элементов и оценкой запаса усталостной прочности, которые определили достаточный теоретический запас усталостной прочности n = 1,4 при нагружении клети максимальным усилием 3000 тс [1];
• экспериментальный контроль действующих напряжений в станинах методом электротензометрии и определение суммарного усилия клети, которое выявило неравномерное распределение суммарного усилия 2251 тс по стойкам со значениями –10,1…+4,6 % относительно среднего значения 565 тс, что связанно с перекосом валковой системы при прокатке [2, 3];
• обследование станин методами неразрушающего контроля по итогам которого дефекты эксплуатационного характера, в т. ч. трещины не выявлены;
• проверка достаточности усилия затяжки болтов сопряженных со станинами деталей и контроль наличия взаимных смещений, по итогам которой взаимных смещений между станинами, стяжными траверсами и плитовинами не выявлено, что обеспечивает целостную работу силовой рамы клети;
• измерительный лазерный контроль геометрии проема станин, валкового инструмента в сборе с подушками и его положение в клети, положение печных моталок относительно клети, по итогам которого выявлены неплоскостность до 1,00 мм общей поверхности стоек станин под плиты скольжения отдельно по входной и выходной стороне клети, превышение допускаемого размера проема окна станин до 0,40 мм и взаимная непараллельность поверхностей стоек под плиты скольжения до 3,80 мм на длине 4000 мм, негоризонтальность нижних опорных поверхностей под подушки опорного валка до 1,64 мм и установки нижнего опорного валка до 1,80 мм на длине 4000 мм, непараллельность осей печных моталок относительно клети 1,50 мм и 2,00 мм в пределах рабочей части (барабана) 2000 мм [4].

Не смотря на достаточную теоретическую прочность, определенную по максимально возможному технологическому усилию, отсутствие эксплуатационных дефектов и взаимных смещений деталей силовой рамы клети, полученные значения геометрических параметров деталей и узлов клети определяют ее работу, отличающуюся от проектной.

В рамках второго этапа комплексной работы была выполнена разработка мероприятий по устранению отклонений, выявленных в ходе первого этапа, заключающиеся в проведении ремонтно-восстановительных работ.

В рамках третьего этапа комплексной работы было выполнено:

• восстановление проектных размеров опорных поверхностей станин под плиты скольжения путем предварительного фрезерования мобильными станками, наплавки поверхности полуавтоматами в среде защитного газа, чистового фрезерования;
• изготовление и монтаж новых плит скольжения с измерительным контролем;
• регулирование положения валкового инструмента в проектный уровень прокатки путем изготовления и подкладки компенсирующих пластин под подушки нижнего опорного валка;
• регулирование положения осей печных моталок относительно клети в проектное положение, путем смещения и подкладки компенсирующих пластин под опорные узлы.

После сборки клети и прокатки в рулон нескольких партий установлено, что поперечная разнотолщинность составила 0,02…0,03 мм, что соответствует допуску по технологической инструкции.

Первый этап комплексной работы проходил в технологические остановы клети и суммарно занял 10 суток. Третий этап комплексной работы, непосредственного ремонта, занял от момента вывода стана из эксплуатации и до момента его запуска, 25 суток.

Вывод

Проведенная комплексная работа по обследованию чистовой клети стана 2000 горячей прокатки с учетом влияния различных факторов и аспектов технического состояния на технологический процесс, позволила определить причины возникновения недопустимой поперечной разнотолщинности листов, разработать и реализовать решения «по месту» для устранения основных причин брака и тем самым обеспечив проектный режим работы оборудования.