RU2087219C1 - Method of knurling working rolls of rolling mill - Google Patents

Abstract

FIELD: rolling roll manufacture. SUBSTANCE: additional grid anode is placed in working bath in such a way that it is spaced from upper level of electrolyte at knurling by distance equal to 1/3-1/5 of total depth. Said anode has area of each cell equal to 2-4 square cm. Upon knurling electrolyte is fed to working bath at normalized rate with use of heat exchanger arranged in circulation system and galvanically isolated relative to all parts of unit. EFFECT: enlarged manufacturing possibilities at making roll roughness in range 1-0! 8 micrometers due to stabilization of electrolyte temperature in working bath in range 30-35 C. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к прокатному производству и может найти применение в машиностроении и других областях техники. The invention relates to rolling production and may find application in mechanical engineering and other fields of technology.

Известно устройство для обработки прокатных валков, патент РФ N 2013146, В 21 В 28/02, 1994, содержащее установленную на станине ванну с электролитом, в которой размещен анод, опоры, привод вращения валка, катодную систему токоподвода, в котором для повышения надежности работы устройства путем повышения надежности токоподвода к валку катодная система выполнена в виде нескольких параллельно расположенных гибких шин. Недостаток устройства заключается в том, что при надежном токоподводе не решается проблема поддержания требуемой температуры электролита в ванне. В режиме электроразрядной обработки происходит не только нагрев катода (валка), но и электролита, выполняющего роль анода. При повышении температуры электролита выше 50^oC идет интенсивный процесс окисления поверхности валка, и в результате увеличения паровоздушного слоя между валком и электролитом снижается энергия электрических разрядов, воздействующих на поверхность валка. Кроме того, часть энергии расходуется на удаление образовавшейся окисной пленки (шубы). В результате этого резко падает эффективность действия электрических разрядов на обрабатываемую поверхность валка, и величина шероховатости уже не увеличивается, а вся энергия идет на нагрев электролита и валка, что еще сильно усугубляет процесс обработки.A device for processing rolling rolls is known, RF patent N 2013146, B 21 V 28/02, 1994, containing an electrolyte bath mounted on a bed, in which an anode, supports, a roll rotation drive, a cathode current supply system are installed, in which to increase the reliability of operation devices by increasing the reliability of the current supply to the roll cathode system is made in the form of several parallel arranged flexible tires. The disadvantage of this device is that with a reliable current supply the problem of maintaining the required temperature of the electrolyte in the bath is not solved. In the electric discharge treatment mode, not only the cathode (roll) is heated, but also the electrolyte, which plays the role of the anode. When the temperature of the electrolyte rises above 50 ^° C, an intensive process of oxidation of the surface of the roll occurs, and as a result of the increase in the vapor-air layer between the roll and the electrolyte, the energy of electric discharges acting on the surface of the roll decreases. In addition, part of the energy is spent on the removal of the formed oxide film (fur coat). As a result of this, the efficiency of the action of electric discharges on the machined surface of the roll sharply decreases, and the roughness does not increase anymore, and all the energy goes to heat the electrolyte and the roll, which further aggravates the processing process.

Наиболее близким по технической сущности является способ насечки рабочих валков прокатных станов [авт. св. СССР N 1643130, В 21 В 28/03, 1991] включающий погружение валка в электролит и обработку электрическими разрядами, при этом обработку ведут при температуре электролита 40 50^oC.The closest in technical essence is the method of notching the working rolls of rolling mills [ed. St. USSR N 1643130, V 21 V 28/03, 1991] including immersion of the roll in an electrolyte and processing by electric discharges, while processing is carried out at an electrolyte temperature of 40 50 ^o C.

Цель изобретения расширение технологических возможностей получения шероховатости валков высокого качества в пределах от 1,0 до 8,0 мкм путем стабилизации температуры электролита в рабочей ванне в пределах 30 35^oC.The purpose of the invention is the expansion of technological capabilities to obtain the roughness of high-quality rolls in the range from 1.0 to 8.0 microns by stabilizing the temperature of the electrolyte in the working bath within 30 35 ^o C.

Указанная цель достигается тем, что в рабочую ванну на расстоянии от верхнего уровня электролита при насечке, равном 1/3-1/5 части общей глубины рабочей ванны, помещают дополнительно на все сечение ванны сетчатый анод с площадью каждой ячейки 2,0 4,0 см² любой формы, желательно круглой. При этом подачу электролита в ванну осуществляют в количестве 15 25 м/ч, а в системе циркуляции электролита используют теплообменник, который гальванически развязан со всеми узлами установки.This goal is achieved by the fact that in the work bath at a distance from the upper level of the electrolyte with a notch equal to 1 / 3-1 / 5 of the total depth of the work bath, an additional mesh anode with an area of each cell 2.0 4.0 cm ^{2 of} any shape, preferably round. In this case, the electrolyte is supplied to the bath in an amount of 15 25 m / h, and a heat exchanger is used in the electrolyte circulation system, which is galvanically isolated from all units of the installation.

На чертеже изображена схема реализации способа. Схема содержит рабочую ванну 2, в которую погружают валок 1, анодную систему, включающую рабочую ванну 2, электролит в ней и дополнительный сетчатый анод 3, циркуляционную систему, содержащую общий бак 4 с электролитом, насос 5 и теплообменник 6 с принудительным водяным охлаждением, соединенный с установкой нетокопроводящими трубопроводами 7 и 8. The drawing shows a diagram of the implementation of the method. The circuit contains a working bath 2, into which the roll 1 is immersed, an anode system including a working bath 2, an electrolyte in it and an additional mesh anode 3, a circulation system containing a common tank 4 with electrolyte, a pump 5 and a heat exchanger 6 with forced water cooling, connected with installation of non-conductive pipelines 7 and 8.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

Валок 1 устанавливают над рабочей ванной 2 с электролитом, выполняющим роль анода. Катодом служит обрабатываемый валок 1. Глубина анода, определяемая глубиной рабочей ванны, обладает определенным сопротивлением. Чем глубже ванна, тем большим сопротивлением обладает анодная цепь, тем быстрее идет нагрев электролита в рабочей ванне. На расстоянии, равном 1/3 1/5 части общей глубины ванны, установлен дополнительно сетчатый анод 3 на все сечение ванны. Площадь каждой ячейки сетчатого анода 2,0 4,0 см². Из общего бака 4 насосом 5 электролит закачивается под давлением в теплообменник 6 и после принудительного водяного охлаждения, через выходное устройство подается в нижнюю часть рабочей ванны. Для гальванической развязки теплообменника со всеми узлами установки трубопроводы 7 и 8 применяют из нетокопроводящих материалов, например резиновых или пластмассовых кислотостойких. Применение дополнительного анода 3 позволяет уменьшить анодное расстояние без уменьшения глубины рабочей ванны, а следовательно, и объема электролита в ней, при этом увеличить плотность тока и повысить тем самым энергию и количество электрических разрядов при обработке валка. В результате повышается эффективность обработки, снижается анизотропия шероховатости по длине бочки и образующей валка, и повышается верхний технологический предел получения шероховатости до 8,0 мкм.The roll 1 is installed over the working bath 2 with an electrolyte that acts as the anode. The processed roll 1 serves as the cathode. The depth of the anode, determined by the depth of the working bath, has a certain resistance. The deeper the bath, the greater the resistance of the anode circuit, the faster the heating of the electrolyte in the working bath. At a distance equal to 1/3 1/5 of the total depth of the bath, an additional mesh anode 3 is installed for the entire section of the bath. The area of each mesh anode cell is 2.0 4.0 cm ² . From the common tank 4, pump 5, the electrolyte is pumped under pressure into the heat exchanger 6 and after forced water cooling, through the output device is supplied to the lower part of the working bath. For galvanic isolation of the heat exchanger with all installation units, pipelines 7 and 8 are used from non-conductive materials, for example, rubber or plastic, acid-resistant. The use of an additional anode 3 allows you to reduce the anode distance without reducing the depth of the working bath, and therefore the volume of the electrolyte in it, while increasing the current density and thereby increasing the energy and the number of electrical discharges during processing of the roll. As a result, the processing efficiency is increased, the roughness anisotropy along the length of the barrel and the forming roll is reduced, and the upper technological limit for obtaining roughness is increased to 8.0 μm.

Увеличение выделяемого на катоде тепла в результате увеличения плотности тока с применением дополнительного анода 3 приводит к разогреву электролита в рабочей ванне в большей степени между сетчатым анодом и валком, который нельзя компенсировать просто увеличением объема рабочей ванны. Повысить теплоотвод из зоны обработки электрическими разрядами по данному способу можно путем увеличения количества подаваемого электролита в рабочую ванну (повышение интенсивности циркуляции) до 15 25 м³/ч. Однако при этом бурлящий поток электролита на поверхности ванны без сетчатого анода не позволяет получать равномерную шероховатость по длине бочки и ее образующей. Применение дополнительного сетчатого анода 3 помимо увеличения плотности тока и уменьшения нагрева электролита по всему объему рабочей ванны позволяет погасить бурлящий поток подаваемого электролита и обеспечить его равномерный слой на контакте с валком.An increase in the heat generated at the cathode as a result of an increase in current density with the use of an additional anode 3 leads to heating of the electrolyte in the working bath to a greater extent between the mesh anode and the roller, which cannot be compensated for simply by increasing the volume of the working bath. It is possible to increase the heat sink from the treatment zone by electric discharges by this method by increasing the amount of electrolyte supplied to the working bath (increasing the circulation intensity) to 15 25 m ³ / h. However, while the bubbling flow of electrolyte on the surface of the bath without a mesh anode does not allow to obtain uniform roughness along the length of the barrel and its generatrix. The use of an additional mesh anode 3 in addition to increasing the current density and reducing the heating of the electrolyte throughout the volume of the working bath allows you to quench the seething flow of the supplied electrolyte and ensure its uniform layer at the contact with the roll.

Увеличение количества подаваемого электролита до 15 25 м³/ч способствует сменяемости электролита в рабочей ванне, обеспечивающей температуру электролита между дополнительным анодом и валком не выше 40^oC при температуре остального объема электролита в ванне в пределах 30 - 35^oC. Для обеспечения такой температуры электролита, подаваемого в рабочую ванну, применяется теплообменник с высокой эффективностью охлаждения рабочей жидкости (электролита). При интенсивности подачи электролита менее 15 м³/ч не обеспечивается требуемая сменяемость его в рабочей ванне между сетчатым анодом и валком. Исследования на электроразрядной установке для обработки валков, проведенные Научно-производственным институтом АО "НЛМК", показали, что уменьшение количества подаваемого электролита в ванну до 10 м³/ч приводит к нагреву до 60 65^oC.An increase in the amount of supplied electrolyte to 15 25 m ³ / h contributes to the exchange of electrolyte in the working bath, ensuring the temperature of the electrolyte between the additional anode and the roller is not higher than 40 ^o C at a temperature of the remaining volume of electrolyte in the bath within 30 - 35 ^o C. the electrolyte fed into the working bath, a heat exchanger with high efficiency cooling of the working fluid (electrolyte) is used. When the electrolyte feed rate is less than 15 m ³ / h, the required changeability in the working bath between the mesh anode and the roll is not provided. Studies on an electric-discharge installation for processing rolls, conducted by the Scientific and Production Institute of JSC NLMK, showed that a decrease in the amount of electrolyte supplied to the bath to 10 m ³ / h leads to heating to 60 65 ^o C.

Увеличение подачи электролита более 25 м³/ч ограничено по двум следующим причинам:
даже с более меньшей площадью ячеек дополнительный анод не обеспечивает гладкой рабочей поверхности электролита ванны, контактирующей с валком, что снижает качество насечки;
снижается эффективность охлаждения электролита в теплообменнике.An increase in electrolyte supply of more than 25 m ³ / h is limited for two reasons:
even with a smaller cell area, the additional anode does not provide a smooth working surface of the bath electrolyte in contact with the roll, which reduces the quality of the notch;
The efficiency of cooling the electrolyte in the heat exchanger decreases.

Нижний предел площади ячеек сетчатого анода 2 см² ограничен по соотношению общей пропускной способности анода к подаваемому объему электролита в ванну, т. к. это равнозначно сужению сечения, подающего электролит в зону обработки, и при циркуляции 15 25 м³/ч при меньших отверстиях формируются интенсивные потоки уже от самой ячейки. При сечении ячеек более 4,0 см нет полного гашения потока электролита, подаваемого в рабочую ванну. Для охлаждения подаваемого в рабочую ванну электролита до 30 - 35^oC применяют специальные, высокоэффективные теплообменники с принудительным охлаждением из кислотостойких материалов, обеспечивающих на выходе температуру электролита, равную температуре охладителя. Входной и выходной трубопроводы теплообменника для электролита с целью гальванической развязки теплообменника со всеми узлами установки применяют из кислотостойких нетокопроводящих материалов (например, резиновые, полипропиленовые). Гальваническая развязка необходима потому, что электролит (анод) -положительный полюс источника питания, а вся установка отрицательный полюс. Соединение токопроводящими трубопроводами приведет к тому, что наполненный водой теплообменник будет иметь между всеми элементами разность потенциалов.The lower limit of the mesh anode cell area of 2 cm ^{2 is} limited by the ratio of the total throughput of the anode to the supplied volume of electrolyte in the bath, since this is equivalent to a narrowing of the cross section supplying the electrolyte to the treatment zone, and with circulation of 15 25 m ³ / h with smaller openings intense flows are formed already from the cell itself. When the cell cross section is more than 4.0 cm, there is no complete damping of the electrolyte stream supplied to the working bath. To cool the electrolyte supplied to the working bath to 30 - 35 ^o C, special, highly efficient heat exchangers with forced cooling of acid-resistant materials are used, which ensure the electrolyte temperature at the outlet equal to the temperature of the cooler. The inlet and outlet pipelines of the heat exchanger for electrolyte for the purpose of galvanic isolation of the heat exchanger with all units of the installation are used from acid-resistant non-conductive materials (for example, rubber, polypropylene). Galvanic isolation is necessary because the electrolyte (anode) is the positive pole of the power source, and the entire installation is the negative pole. Connection by conductive pipelines will lead to the fact that the heat exchanger filled with water will have a potential difference between all elements.

Пример. Валки диаметром 440 мм, назначением на 4-ю клеть четырехклетевого стана 1400 в ЛПЦ 5 АО "НЛМК" мостовым краном устанавливали на установку электроразрядной обработки валков (ЭРУ 1), разработанную и изготовленную Научно производственным институтом АО "НЛМК". После включения системы циркуляции электролита идет заполнение системы циркуляции насосом 5 из бака 4 по резиновому кислотостойкому шлангу 7 в теплообменник 6, в которой подается проточная химочищенная вода температурой 30 32^oC. Через выходное отверстие теплообменника по шлангу 8 охлажденный электролит до температуры воды, подаваемой в теплообменник типа ТНГ 30-48-C/25-3-4, поступает в нижнюю часть рабочей ванны. Количество подаваемого электролита в рабочую ванну составляло 22 м³/ч, которое можно регулировать двигателем постоянного тока насоса 5 в пределах до 27 м³/ч. После прохождения потока электролита через сетчатый дополнительный анод 3, сделанный из нержавеющей стали, с круглыми отверстиями диаметром 2 см и межячеечными сплошными перегородками 1-2 см, после полного заполнения рабочей ванны и вытекания избытка электролита через боковые стенки ванны в общий бак 4, после подачи рабочего напряжения валок погружали в электролит. После соприкосновения валка с электролитом по всей линии контакта длины бочки валка возникает множество устойчивых электрических разрядов, которые, расплавляя микрократеры на поверхности валка, создают шероховатость на ней. Величина рабочего напряжения составляла 285 В, рабочего тока 1000 А, скорость вращения валка 0,06 м/с, глубина погружения валка составила 8 10 мм, концентрация электролита 30% Общее время обработки валка составило 15 мин, полученная шероховатость 3,2 мкм, изотропность шероховатости 0,95. Температура электролита в рабочей ванне после окончания обработки составила 38 40^oC, на выходе теплообменника 32 33^oC. Температура электролита, подаваемого в рабочую ванну, составила после 6-го обработанного валка 32 33^oC, в рабочей ванне 39^oC. Применение предлагаемого способа обработки валков позволяет повысить качество насечки шероховатости путем обеспечения поддержания температуры электролита до 40^oC, расширить технологическую возможность получения высокой шероховатости до 8,0 мкм без увеличения мощности системы электропитания, снизить температуру валка в процессе обработки, стабилизировать температуру электролита при длительной эксплуатации установки.Example. Rolls with a diameter of 440 mm, the purpose of the 4th stand of a four-stand mill 1400 in the rolling stock 5 of NLMK JSC was set up with an overhead crane for the electric discharge treatment of rolls (ERU 1), designed and manufactured by the Scientific Production Institute of NLMK JSC. After turning on the electrolyte circulation system, the circulation system is filled with a pump 5 from the tank 4 through an acid-resistant rubber hose 7 to the heat exchanger 6, in which chemically cleaned flowing water is supplied at a temperature of 30 32 ^o C. Through the outlet of the heat exchanger through the hose 8, the cooled electrolyte to the temperature of the water supplied to heat exchanger type TNG 30-48-C / 25-3-4, enters the lower part of the working bath. The amount of electrolyte supplied to the working bath was 22 m ³ / h, which can be regulated by the DC motor of pump 5 in the range up to 27 m ³ / h. After the flow of the electrolyte through the mesh additional anode 3 made of stainless steel, with round holes with a diameter of 2 cm and intercellular solid partitions of 1-2 cm, after the filling of the working bath and the excess electrolyte flowing out through the side walls of the bath into the common tank 4, after feeding operating voltage, the roll was immersed in the electrolyte. After the roll contacts the electrolyte along the entire contact line of the roll barrel length, many stable electrical discharges arise, which, by melting the microcraters on the roll surface, create a roughness on it. The magnitude of the operating voltage was 285 V, the operating current was 1000 A, the speed of rotation of the roll was 0.06 m / s, the immersion depth of the roll was 8 10 mm, the electrolyte concentration was 30%. The total processing time of the roll was 15 min, the resulting roughness of 3.2 μm, isotropy roughness of 0.95. The temperature of the electrolyte in the working bath after the treatment was 38 40 ^o C, at the outlet of the heat exchanger 32 33 ^o C. The temperature of the electrolyte supplied to the working bath, after the 6th processed roll, was 32 33 ^o C, in the working bath 39 ^o C. of the proposed method of processing rolls can improve the quality of the roughness notches by maintaining the temperature of the electrolyte to 40 ^o C, expand the technological ability to obtain high roughness up to 8.0 microns without increasing the power of the power supply system, reduce those the temperature of the roll during processing, stabilize the temperature of the electrolyte during long-term operation of the installation.

Claims (4)

1. Способ насечки рабочих валков прокатных станов, включающий погружение валка в рабочую ванну с подачей в нее электролита из водного раствора хромового ангидрида и обработку электрическими разрядами, отличающийся тем, что в рабочую ванну на расстоянии от верхнего уровня электролита при насечке, составляющем 1/3 1/5 общей глубины ванны, на все сечение ванны помещают дополнительный сетчатый анод с площадью ячеек 2,0 4,0 см².1. The method of notching the work rolls of rolling mills, including immersing the roll in a working bath with electrolyte from an aqueous solution of chromic anhydride and processing by electric discharges, characterized in that in the working bath at a distance from the upper level of the electrolyte with a notch of 1/3 1/5 of the total depth of the bath, an additional mesh anode with a cell area of 2.0 4.0 cm ^{2 is} placed on the entire bath section. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подачу электролита в ванну производят в процессе со скоростью 15 25 м³/ч.2. The method according to p. 1, characterized in that the supply of electrolyte to the bath is carried out in the process with a speed of 15 25 m ³ / h 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что электролит в процессе насечки пропускают в системе циркуляции через теплообменник. 3. The method according to claim 1, characterized in that the electrolyte in the process of notching is passed in the circulation system through a heat exchanger. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что теплообменник гальванически развязывают с узлами установки. 4. The method according to claim 3, characterized in that the heat exchanger is galvanically isolated from the units of the installation.