Влияние смазки на условия горячей прокатки
Природа положительного влияния технологической смазки на условия горячей прокатки объясняется несколькими гипотезами, что свидетельствует об отсутствии однозначного решения этого вопроса. Так как применяемая на толстолистовых станах синтетическая смазка (на основе полимеров) существенно отличается от традиционных смазочных материалов, выполнено исследование влияния смазок обоих классов на условия в очаге деформации.
Исследования выполнены в условиях лабораторного двухвалкового стана со стальными валками диаметром 260 мм. На валки устанавливали бандажи из стальной полосы, на которые перед прокаткой наносили полимерную смазку или минеральное масло. Образец из коррозионностойкой (нержавеющей) стали, нагретый до 960 °С ( Н = 5 мм, В = 40 мм, L= 700 мм, ε = 10-12 %), прокатывали за один пропуск с последующим охлаждением раската на воздухе. При прокатке на поверхность валка подавали воду под давлением 0,15-0,2 МПа.
Исследованию подвергали поверхность бандажей в месте контакта его с прокатываемым металлом и поверхность образца. При этом фазовый состав и степень окисленности рабочей поверхности бандажей и горячекатаного металла изучали методами полного количественного рентгенофазового анализа и электронной микроскопии на дифрактометре ДРОН-2 и трансмиссионном электронном микроскопе JЕМ-200СХ методом двухступенчатых реплик. На поверхности бандажа при прокатке со смазкой установлено наличие тонкого и несмываемого водой твердого слоя и оксидов железа FеО, Fе2О3и Fe3O4. Рентгенограммы свидетельствуют о том, что содержание оксидов в выявленном слое при использовании синтетической смазки меньше, чем при использовании минерального масла.
По данным электронномикроскопических исследований, толщина слоя составляет 0,1-0,4 мкм. Он представляет собой множество участков размером 0,1-1,0 мкм. Качество пленки (большая равномерность участков, больший их размер, меньшее количество оксидов железа) лучшепри прокатке с синтетическим материалом по сравнению с минеральным маслом. Пленка при прокатке с полимерным материалом сохраняется даже после прокатки пяти образцов после одноразового нанесения смазки.
Количественный рентгенофазный анализ показал, что применение синтетической технологической смазки по сравнению с минеральным маслом способствует увеличению магнетита (79%против 52%) в окалине горячекатаного листа и снижению вюстита (12%против 19%). Это обстоятельство свидетельствует о снижении окисляемости горячекатаного листа. Очевидно, это связано с окислительно—восстановительной атмосферой (CO- С02 ), получаемой при деструкции синтетической смазки в очаге деформации.
Коэффициент температуропроводности исследованного синтетического материала составляет 25, 8-8 м2/с, что почти в 60 раз меньше значения этого параметра для воды и незначительно отличается от данного параметра для минерального масла. Известно, что минеральные масла характеризуются хорошими экранирующими свойствами и обеспечивают снижение температуры поверхности валков в очаге деформации на 20-25 °С . Численные значения критерия Прандтля, рассчитанные для синтетической смазки и минерального масла "турбинное-22", равны 232,6 и 290,3. Близость этих величин свидетельствует о незначительном отличии тепловых потоков в условиях применения синтетического материала и минерального масла, т.е. о высоких экранирующих свойствах применяемой полимерной смазки. Пленка, образующаяся на поверхности валков при применения синтетической смазки способствует повышению экранизирующих свойств и большему по сравнению с минеральным маслом снижению энергосиловых параметров прокатки. Представленные данные свидетельствуют о том, что одной из основных причин высокой эффективности полимерных материалов, применяемых в качестве технологической смазки при горячей прокатке, является образование на поверхности валков более качественного (по сравнению о применением минерального масла) несмываемого водой твердого слоя.
Промышленные эксперименты по применению технологических смазок показывают значительное снижение силы прокатки, что влияет на снижение энергозатрат при прокатке.
Таблица 2 - Расход электроэнергии при прокатке листов со смазкой и без на ТЛС 2300 Донецкого металлургического завода.
| Размерылиста | Число прокатанных листов | Удельный расход электроэнергии без смазки, кВт.ч/т | Удельный расход электроэнергии при использовании смазки кВт.ч/т | Снижение расхода электроэнергии, % |
| 7x1500 | 26 | 17,44 | 15,9 | 8,8 |
| 7x1500 | 30 | 20,44 | 18,67 | 8,8 |
| 8x1600 | 50 | 21,53 | 18,8 | 12,5 |
| 8x1500 | 30 | 16,29 | 15,1 | 7,3 |
| 8x1600 | 32 | 18,9 | 17,3 | 8,5 |
| 8x1600 | 36 | 18,5 | 17,2 | 7 |
| 10x1400 | 26 | 15,8 | 14,1 | 10,8 |
| 8x1400 | 30 | 17,1 | 16,2 | 5,3 |
Удельный расход электроэнергии, потребляемой на прокатку с использованием смазки в чистовой клети толстолистового стана 2300, снижается на 5,3 - 12,5%. Применение технологических смазок и охлаждение при прокатке является важнейшим и неотделимым элементом технологии производства и от них в большой мере зависит в конечном итоге производительность и качество. Применение технологических смазок при горячей прокатке позволяет повысить стойкость рабочих и опорных валков чистовых и черновых клетей широкополосных станов за счет снижения интенсивности их износа, уменьшить съем металла валков при их перешлифовке, снизить усилие прокатки, крутящий момент на валу приводного двигателя клети и расход потребляемой электроэнергии, повысить качество поверхности горячекатаных полос, уменьшить количество окалины и предупредить образование дефекта "вкатанная окалина" на полосе и за счет этого увеличить скорость прохождения полосы через агрегаты непрерывного травления, уменьшить количество перевалок и увеличить производительность широкополосных станов за счет увеличения фактического времени работы стана. Технико-экономические показатели работы систем технологической смазки на некоторых отечественных и зарубежных станах горячей прокатки приведены в табл. 2
.
| Таблица 3 - Технико-экономические показатели и характеристика промышленных систем технологической смазки на чистовых клетях станов горячей прокатки листа | |||
| Стан, завод, страна, номера чистовых клетей, на которые подается смазка | Технологическая смазка | Способ подачи | Технико-экономические показатели эффективности применения смазки |
| 1450, ММК, Украина | ОХМ | Через коллекторы охлаждения | Повышение производительности стана на 3-5 %, увеличение стойкости валков в 1,72 раза, снижение энергозатрат на 5 % |
| 2500, ММК, Украина | ОХМ | Через коллекторы охлаждения, автономная подача на валки | Повышение стойкости валков в 1,5 раза, снижение энергозатрат на 8-10 %, улучшение качества поверхности полос |
| 1680, "Запорожсталь", Украина | 4-6 %-ная водная эмульсия поли-меризованного хлопкового масла; полимеризованное хлопковое масло | Автономная подача на валки, через коллекторы охлаждения | Увеличение стойкости валков в 2-2,5 раза, снижение энергосиловых параметров на 716 % |
| 1200, Новолипецкий металлургический завод,РФ | 5-6 %-ная водная эмульсия синтетической смазки | Автономная подача прижимами на опорные валки | Снижение износа рабочих валков в 1,2-1,4 раза, снижение энергозатрат на 30 %, уменьшение разнотолщинности листа |
| 2000, Новолипецкий металлургический завод,РФ | 3-5 %-ная водо-масляная смесь минерального масла | Автономная подача на валки через коллекторы охлаждения | Увеличение стойкости валков в 1,5-1,7 раза, снижение энергозатрат на 5 % |
| 1000, завод "Красный металлург", Лиепая, Латвия | 5-8 %-ная эмульсия эмульсолаЭ-2 (Б) | Автономная подача прижимами на валки | Снижение износа валков в 2 раза, неравномерности выработки по длине бочки валка в 1,3-1,5 раза, энергозатрат на 6-13% |
| 1525, металлургический завод в г. Фаррел, США | 4—5 %-ная водомасляная смесь или эмульсия жирных кислот с присадками; безводная смазка | Через коллекторы охлаждения, автономная подача; на валки распылением форсунками | Повышение производительности стана на 5-10 % и качества поверхности листа, уменьшение количества окалины на полосе, повышение скорости травления на 15 % |
| 1420, металлургический завод в г. Спарроус-Пойнте, США | 2-15 %-ная водомасляная смесь вязких масел (в основном жировых) | Автономная подача на опорные валки | Повышение стойкости валков в 2 раза и производительности стана на 10 % |
| 3350, металлургический завод в г. Монройвил,США | Смесь эфиров с жирными кислотами и другими углеводородами | Распыление на опорные валки форсунками | Снижение коэффициента трения в 1,5 раза, уменьшение энергозатрат на 10-20 % |
| 2135, металлургический завод в г. Гэри, США | Жировое масло с присадками | Автономная подача на валки | Повышение стойкости валков в 1,5-1,8 раза, снижение энергосиловых параметров на 10 %, увеличение производительности |
| 1090, металлургический завод в г. Янгстаун, США | Синтетическое масло | Распыление форсунками на опорные валки | Уменьшение энергозатрат на 5 % и усилия прокатки на 10-17 %, улучшение качества поверхности прокатываемых полос |
| 2135, металлургический завод в городе Кливленд,США | Жировое неразбавленное масло; водомасляная смесь | То же | Повышение производительности стана, улучшение качества поверхности полос |
| 1720, металлургический завод фирмы "British Steel", Великобритания | 1,5-2,5 %-ная водомасляная смесь жировых масел | То же | Снижение износа опорных валков на 10 %, уменьшение съема металла при перешлифовках рабочих на 40-50 % |
| 1420, металлургический завод в г. Муроран, Япония | 5-15 %-ная эмульсия жировых смазок | Распыление паром на рабочие валки с входной стороны | Снижение износа валков в 1,5 —2 раза |
| 2030, металлургический завод в г. Фукуяма, Япония | 3—10 %-ная водомасляная смесь с жировыми компонентами | Автономная подача на валки | Снижение износа рабочих и опорных валков, повышение качества продукции |
| 1750, металлургический завод в г. Касима, Япония | Водомасляная смесь жировых масел | Универсальная система подачи смазки | Повышение стойкости валков и производительности стана |
По данным таблицы 3 повышение производительности достигается применением более интенсивных режимов обжатий, возможных благодаря смазке, что делает цикл прокатки меньше, соответственно и снижает энергозатраты.