Walcowanie blach grubych Wykona Micha Bzdura ETI 40

Walcowanie blach grubych Wykonał: Michał Bzdura ETI 40 Iw. ZP Walcowanie blach grubych 1

Wstęp do walcowania Walcowanie polega na odkształceniu metalu przez jego zgniatanie między dwoma obracającymi się walcami. Za pomocą walcowania wykonuje się różne wyroby gotowe, np. szyny, kształtowniki, rury, koła. Wyroby walcowane służą również jako materiał wyjściowy do procesów kucia, prasowania, ciągnienia, wyciskania i tłoczenia. Rys. 1 Schematyczne zobrazowanie idei procesu walcowania Walcowanie blach grubych 2

Wstęp do walcowania Siła odpychająca NH=N sin Siła wciągająca TH=T cos Warunkiem chwytu metalu przez walce jest, by składowa pozioma siły T była większa od składowej poziomej siły N czyli: T cos N sin , T=μ N=tg N Stąd: μ N cos N sin /: cos μ N tg N /: N , μ→tg tg , czyli: Rys. 2 Rozkład sił działających na wsad podczas walcowania [3] Walcowanie blach grubych 3

Linia produkcyjna walcowni blach grubych w Oxelösund Rys. 3 Linia produkcyjna walcowni blach grubych w Oxelosund [6] Walcowanie blach grubych 4

Schemat blokowy linii produkcyjnej do walcowania blach grubych NAGRZEWANIE WSADU ZBIJANIE ZGORZELINY W piecach wgłębnych (dla kęsisk płaskich) lub piecach przepychowych (dla wlewków ciągłych) Temperatura do 1250°C Najczęściej hydrauliczne, czasem mechaniczne (jako wstępne) Ciśnienie robocze: 18 -25 MPa WALCOWANIE CHŁODZENIE WYKAŃCZANIE Przeważnie walcarki typu kwarto (nawrotne) lub trio Lautha. Moc napędu głównego: 18006400 k. W Średnice walców roboczych: 8001200 mm Od jednej do trzech chłodni. Chłodnie mogą prowadzić procesy przyspieszonego chłodzenia i hartowania wodą. Piece do obróbki cieplnej, urządzenia do cięcia gazowego, prostownice, nożyce gilotynowe, urządzenia do badań ultradźwiękowych Rys. 4 Schemat blokowy linii produkcyjnej do walcowania blach grubych Walcowanie blach grubych 5

Wsad do procesu walcowania blach grubych Wsadem do procesu walcowania blach grubych są: Wlewki płaskie – stal wytopioną w piecach stalowniczych odlewa się do wlewnic, gdzie tworzy ona wlewki, lub do krystalizatorów ciągłego odlewania, w których stal krzepnie na tzw. kęsisko lane, tj. wlewek ciągły o wymiarach kęsiska walcowanego Kęsiska – otrzymywane przez walcowanie dużych wlewków w zgniataczach. Wg polskich norm wymiary kęsiska prostokątnego powinny wynosić: szerokość 200 1500 mm, grubość 120 -300 mm, długość do 9000 mm. Rys. 5 Kształty wlewków płaskich Walcowanie blach grubych 6

Nagrzewanie wsadu Do walcowania na gorąco wsad stalowy musi być podgrzewany do odpowiedniej temperatury walcowania pomiędzy 1150°C i 1250°C, jak również należy zapewnić równomierny rozkład temperatury. Zasadniczym celem nagrzewania wsadu jest polepszenie własności plastycznych metalu i zmniejszenie nacisków potrzebnych do jego odkształcenia. Nagrzewanie metalu należy prowadzić z możliwie największą dopuszczalną szybkością. Wówczas rozrost ziarn jest mały, zmniejsza się również utlenianie metalu i głębokość odwęglenia. Wlewki i materiały o większych przekrojach nagrzewa się w kliku etapach: Ø I ETAP: nagrzewanie ze ściśle określoną szybkością do temp 800°C Ø II ETAP: nagrzewanie z największą dopuszczalną szybkością do temp. końcowej Ø III ETAP: wytrzymanie w tej temperaturze w celu wyrównania jej w całym przekroju W praktyce stosuje się 3 rodzaje pieców: q piece wgłębne q piece przepychowe q piece z wysuwanym trzonem Walcowanie blach grubych 7

Nagrzewanie wsadu Rys. 6 Schemat pieca przepychowego trójstrefowego Walcowanie blach grubych 8

Nagrzewanie wsadu Piece przepychowe charakteryzują się dużo większą wydajnością niż piece wgłębne. PIEC PRZEPYCHOWY NAZWA ZAKŁADU PIEC WGŁĘBNY WYDAJNOŚĆ MG/H MOC GRZEWCZA MW PALIWO Huta Stali Częstochowa 74 - - - Walcownia Blach Grubych BATORY 32 20 - 5 - - Vitkovice Steel 90 52 Mieszanka gazu ziemnego i konwertorowego - - - Salzgitter AG 90 70 Gaz ziemny 4, 5 - Gaz ziemny Tabela 1. Wydajność pieców: wgłębnego i przepychowego na przykładzie 4 walcowni blach grubych. Walcowanie blach grubych 9

Zbijanie zgorzeliny Zbijacze zgorzeliny są instalowane w linii samotoku za piecem grzewczym. Ich zadaniem jest usunięcie zgorzeliny powstałe w wyniku utlenienia się nagrzanego metalu po wysunięciu z pieca. Czynnikiem usuwającym jest woda pod ciśnieniem. Ciśnienie robocze wynosi od 18 – 25 MPa, natomiast liczba dysz w kolektorach górnym i dolnym wynosi od 20 – 40 dysz na kolektor. Rys. 7 Hydrauliczne zbijanie zgorzeliny Walcowanie blach grubych 10

Walcowanie Zespół walcowniczy do walcowania blach grubych, zależnie od zakresu wymiarowego produkowanych blach i wydajności, może się składać z: q jednej walcarki kwarto, q dwóch walcarek kwarto w układzie posobnym, q walcarek kwarto w układzie ciągłym w jednej lub dwóch grupach: wstępnej i wykańczającej. Walcowanie blach grubych 11

Walcowanie Rys. 8 Zespół walcowniczy składający się z dwóch walcarek kwarto w układzie posobnym [7] Rys. 9 Zespół walcowniczy składający się z pięciu walcarek kwarto w układzie ciągłym [7] Walcowanie blach grubych 12

Typy walcarek stosowanych do walcowania blach grubych 1 – walec oporowy 2 – walec roboczy 3 – walcowana blacha gruba Rys. 10 Schematy walcarek: a) kwarto nawrotnej, b) trio Lautha [4] Walcowanie blach grubych 13

Parametry charakteryzujące zespoły walcownicze q Moc napędu głównego (1800 -6400 k. W) q Maksymalna siła nacisku (30 -100 MN) q Maksymalny moment (1500 - 3000 k. Nm) q Średnice walców roboczych (800 - 1200 mm) q Średnice walców oporowych (1800 - 2200 mm) q Długość beczek walców (2300 - 4400 mm) q Końcowa prędkość walcowania (4 -8 m/s) Walcowanie blach grubych 14

Walcarka typu kwarto w Öxelosund Wydajność 650000 ton/rok Wymiary kęsiska min/max 200 -290 mm Średnice walców roboczych 960 -1060 mm Średnice walców oporowych 1950 -2150 mm Długość beczek walców 3600 mm Maksymalna siła nacisku 10000 ton Prędkość walcowania Do 7 m/s Rys. 11 Walcarka typu kwarto w Oxelosund [6] Tabela 2. Parametry walcarki typu kwarto w Oxelosund [6] Walcowanie blach grubych 15

Kształtowanie przekroju poprzecznego walcowanego pasma Na kształt przekroju poprzecznego walcowanego pasma i jego dokładność wymiarową zasadniczy wpływ ma profil walców. W czasie walcowania pierwotny profil walców ulega ciągłej zmianie pod wpływem: q nagrzewania się walców od walcowanego pasma, q ścieranie się powierzchni beczki walców w miejscu kontaktu z powierzchnią pasma, q uginanie się walców pod naciskiem odkształcanego pasma. W celu zapewnienia prawidłowego kształtu pasma, kontur szczeliny pomiędzy walcami musi być dopasowany do profilu blachy. Zmiany tego profilu są kompensowane za pomocą: q hydraulicznej nastawy walców, q przeginania walców roboczych, q automatycznej kontroli i regulacji szczeliny walcowniczej (AGC), q automatycznej kontroli i regulacji profilu (APC, ACC i inne). Walcowanie blach grubych 16

Przeginanie walców roboczych W przypadku walcowania blachy grubej często stosowany jest system przeginania walców. Polega on na przykładaniu dodatkowych obciążeń do czopów walca, które powodują niemal całkowite usunięcie ugięcia beczki. Rys. 12 Schemat rozkładu sił działających na walce [6] Rys. 13 Schemat przeginania walców roboczych [6] Walcowanie blach grubych 17

System przesuwania walców roboczych CVC Zasada działania jest następująca, walce: dolny i górny szlifowane są w kształcie litery S. Poprzez wzajemne, osiowe przesunięcie walców, uzyskuje się efekt ciągłej zmiany profilu. Technologia CVC umożliwia zmianę profilu szczeliny między walcami na całej szerokości blachy. Szerokie zakresy regulacji CVC i wysoka dynamika przeginania w połączeniu z hydrauliczną nastawą wykorzystywaną do regulacji grubości blachy umożliwiają komputerowe regulowanie profilu i płaskości Rys. 13 Schemat wzajemnego osiowego przemieszczania się walców roboczych w systemie CVC [6] Walcowanie blach grubych 18

Wykańczanie Urządzenia wykańczalni: q prostownice q chłodnie, q nożyce, q piece do obróbki cieplnej, q stanowiska do badań ultradźwiękowych, q stanowiska do nakładania powłok ochronnych. Walcowanie blach grubych 19

Prostownice Do prostowania blach grubych stosuje się: q prostownice rolkowe: Rys. 14 Schemat prostownicy rolkowej q prostownice naciągowe: Rys. 15 Schemat działania prostownicy naciągowej q prasy prostujące. Walcowanie blach grubych 20

Prostownice Parametry prostownicy rolkowej na gorąco w Voestalpine AG: q zakres grubości prostowanych blach: max. 90 mm, q siła: 9000 k. N, q liczba rolek prostujących: 9, q średnica rolek prostujących: 400 mm, q długość rolek prostujących: 4200 mm, q nastawa rolek: elektromechaniczna/hydrauliczna. Parametry prostownicy rolkowej na zimno w Voestalpine AG: q zakres grubości prostowanych blach: 5 – 40 mm, q siła: 18000 k. N, q liczba rolek prostujących: 9/5, q średnica rolek prostujących: 220 mm, q długość rolek prostujących: 4200 mm, q nastawa rolek: hydrauliczna. Walcowanie blach grubych 21

Chłodnie Po wyprostowaniu na gorąco blachy przekazywane są do chłodni. Obecnie w najnowszych walcowniach stosuje się chłodnie laminarne. Chłodnie laminarne tworzą „kurtynę wodną”, co pozwala na skuteczną regulację prędkości chłodzenia i otrzymanie zakładanych parametrów mechanicznych blach. Rys. 16 Schemat chłodni laminarnej Walcowanie blach grubych 22

Nożyce W wykańczalniach blach grubych do cięcia blach stosuje się : q nożyce do obcinania brzegów blach, q nożyce do wzdłużnego cięcia blach na pasy, q nożyce do poprzecznego cięcia blach, q palniki gazowe do cięcia poprzecznego i wzdłużnego. Rys. 17 Schemat działania nożycy latającej Nożyca „latająca” służy do poprzecznego cięcia blach bez zatrzymywania materiału. Stosowana jest m. in. w SSAB Oxelosund. Walcowanie blach grubych 23

Zwijarki znajdują zastosowanie dla blach grubych o grubości do 8 mm. Wyposażone są w hydrauliczne urządzenia do usuwania zgorzeliny. Umieszczone są na końcu samotoku za grupą wykańczającą. Zwijarka składa się z urządzenia podającego i urządzenia zwijającego. Walcowanie blach grubych 24

Obróbka cieplna blach grubych Najbardziej rozpowszechnioną operacją obróbki cieplnej w zastosowaniu do blach grubych jest wyżarzanie normalizujące. Stosuje się je do blach ze stali węglowej i niskostopowych o grubości do 15 mm. Blachy o dużej grubości ze stali węglowych i niskostopowych oraz blachy ze stali stopowych podlegają hartowaniu i wysokiemu odpuszczaniu. Blachy ze stali narzędziowej i wysokochromowe poddaje się wyżarzaniu. Blachy do obróbki cieplnej nagrzewa się w trzech typach pieców: q kołpakowych, q komorowych z wysuwanym trzonem, q rolkowych przelotowych. Walcowanie blach grubych 25

Automatyzacja procesu walcowania System polega na sterowaniu walcowaniem w układzie sprzężenia zwrotnego przez maszynę liczącą. Maszyna licząca na podstawie informacji o parametrach procesu przekazywanych przez aparaturę pomiarową wydaje polecenia sterowania i ustawienia mechanizmów wykonawczych Metodą tą kontrolowane są: q gniot, q temperatura, q nacisk całkowity, q moment walcowania, q wymiary pasma. Kontrola sterowania mechanizmów dotyczy: q regulacji obrotów silników głównych i mocy pobieranej w przepustach, q ustawienia śrub naciskowych po każdym przepuście, q ustawienia manipulatorów zapewniające centralne położenie pasma w stosunku do klatki, q natryskiwania wodą pod wysokim ciśnieniem, stosowanego do zbijania zgorzeliny. Walcowanie blach grubych 26

Automatyzacja procesu walcowania Aby działanie systemu było niezawodne walcownię należy wyposażyć w aparaturę kontrolno-pomiarową, obejmującą: q czujniki tensometryczne do pomiaru nacisku, q czujniki-selsyny do określenia położenia górnego walca, q wagi do pomiaru masy z dokładnością ± 1%, q czujniki, które na podstawie położenia manipulatorów mierzą szerokość blachy, q impulsatory umieszczone na walcach, do mierzenia długości, q pirometr fotoelektryczny do pomiaru temperatury, q miernik grubości, q fotoprzekaźniki do identyfikacji położenia pasma. Walcowanie blach grubych 27

Własności blach grubych precyzują odpowiednie normy lub uzgodnienia przy zamawianiu Najważniejsze są: q własności mechaniczne: Rm, Re, A 5, udarność, q własności technologiczne: podatność na zginanie, spawalność. Własności te będą różne dla: q blach okrętowych, q blach pancernych, q blach kotłowych. LP Własności mechaniczne W zależności od gatunku stali 1. Re min , MPa 235 -390 2. Rm, MPa 400 -650 3. A 5, % 20 -22 4. Udarność KV min, J przy T=-40°C Próbka wzdłużna Próbka poprzeczna 27 -41 20 -27 Tabela 3. Przykładowe własności blach grubych do budowy statków. Walcowanie blach grubych 28

Zastosowanie Wyrobem gotowym procesu walcowania blach grubych jest blacha o grubości większej od 3 - 250 mm i szerokości 600 – 4800 mm w postaci kręgów (blachy od 3 - 8 mm) lub arkuszy. Maksymalna długość arkusza to ok. 30000 mm. Blachy grube znajdują zastosowanie jako: q Blachy konstrukcyjne q Blachy na zbiorniki i rury q Blachy kotłowe q Blachy okrętowe q Blachy pancerne q Blachy narzędziowe Walcowanie blach grubych 29

Zastosowanie BLACH A GRUBA Walcowanie blach grubych 30

Literatura: 1. Murski Cezary, „Walcownictwo – walcowanie wyrobów płaskich”, Gliwice 1981 2. Werme A. , Eckelsbach K. , Kneppe G. , „The new SSAB Oxelosund heavy plate mill” 3. Wasyniuk Piotr, „Walcownictwo i ciągarstwo”, WSi. P Warszawa 1978 4. Gorecki Wilhelm, „Inżynieria wytwarzania i przetwórstwa płaskich wyrobów metalowych”, Gliwice 2006 5. Jaglarz Z. , Leskiewicz W, Morawiecki M. , „Technologia w urządzenia walcowni wyrobów płaskich”, Wydawnictwo „Śląsk” Katowice 1979 6. Jonsson M. „TM-rolling of heavy plates and roll wear”, Lulea 2006 7. Grzyb R. www. ziip. thinkspire. org/system/files/Obrbka_plastyczna. pdf Walcowanie blach grubych 31