В металлообрабатывающих отраслях, таких как сталелитейная и цветная-металлизация, прокатные станы являются основным оборудованием для достижения пластической деформации материалов. Среди них футеровочные пластины, как важные опорные и защитные компоненты валковой системы прокатного стана, напрямую влияют на точность прокатки, качество продукции и стабильность работы оборудования. В рабочих условиях длительного-воздействия огромных сил качения, высокочастотных-ударов и трения износ является неизбежным явлением. Научное понимание износа и внедрение эффективных методов ремонта имеют большое значение для контроля производственных затрат и обеспечения непрерывности производства.
Причины и последствия износа футеровки прокатного стана
Износ пластины гильзы представляет собой сложный и комплексный процесс, в основном обусловленный следующими аспектами:
1. Механический износ. Это наиболее существенная форма износа. В процессе прокатки валки оказывают огромное давление на металлическую заготовку, деформируя ее, и это усилие передается на пластины вкладыша через гнезда подшипников. Между пластинами вкладышей, седлами подшипников и окнами клетей прокатного стана происходит постоянное микро-трение и удары, что приводит к постепенной потере поверхностного материала и снижению точности размеров.
2. Усталостный износ. Рабочая нагрузка прокатного стана характеризуется периодическими циклами. Под длительным-действием знакопеременных напряжений в поверхностных или подповерхностных слоях пластин облицовки образуются микроскопические трещины. Эти трещины постоянно расширяются и соединяются, что в конечном итоге приводит к отслаиванию материала в виде тонких хлопьев, образующих питтинг или отколы.
3. Условия смазки. Несмотря на наличие смазки между контактными поверхностями пластин гильзы, в условиях большой нагрузки и низкой-скорости трудно сформировать полную жидкую смазочную пленку, что часто приводит к граничной смазке или даже сухому трению, что усугубляет царапины и износ поверхности.
4. Точность установки и выравнивания. Если пластины футеровки установлены неправильно или система валков прокатного стана плохо выровнена, это приведет к неравномерному распределению нагрузки и эксцентричной нагрузке, в результате чего некоторые пластины футеровки будут испытывать аномально высокие нагрузки, ускоряя их износ и повреждение.
К прямым последствиям износа футеровки относятся: потеря точности осевого и радиального позиционирования валков, что приводит к неравномерности толщины и ухудшению формы прокатываемой полосы; увеличенный зазор при износе вызывает вибрацию и шум оборудования, что влияет на срок службы подшипников и других сопутствующих компонентов; а в тяжелых случаях может произойти разрушение пластины гильзы, что приведет к незапланированным простоям, нарушению производственных графиков и значительным экономическим потерям. II. Традиционный ответ: ограничения замены новыми вкладышами
При возникновении износа гильз наиболее прямым традиционным подходом является замена изношенных гильз новыми запасными частями. Этот метод имеет явные преимущества: новые вкладыши имеют стандартные размеры и стабильную производительность, а их установка быстро возвращает оборудованию первоначальную проектную точность, упрощая эксплуатацию.
Однако ставка исключительно на замену новыми деталями имеет существенные ограничения:
Высокая стоимость. Футеровки для крупных прокатных станов обычно выковываются из высококачественной легированной стали, и каждая единица стоит дорого. Частая замена представляет собой огромные затраты на запчасти.
Логистическое давление: от закупки и транспортировки запасных частей до управления запасами требуются значительные капитальные и складские ресурсы. Если происходит внезапный и серьезный износ и недостаточно запасов, ожидание прибытия новых деталей может привести к длительному простою.
Отходы материала: износ часто концентрируется в локализованных рабочих зонах. Замена всего вкладыша означает выброс большого количества еще работоспособного материала, что противоречит принципу ресурсосбережения.
Ограниченная адаптируемость: материал и характеристики стандартных новых футеровок фиксированы и не могут быть «настроены» для оптимизации конкретных условий износа конкретных клетей и изделий.
Технология ремонта изношенных вкладышей: ценность и подходы
По сравнению с полной заменой ремонт и повторное использование изношенных вкладышей становится более экономичным и технически целенаправленным вариантом. Основная идея ремонта – восстановить размер и форму изношенной основы гильзы и улучшить ее локальные характеристики за счет аддитивного производства и других методов.
В настоящее время к основным технологическим подходам ремонта относятся:
1. Ремонт поверхности: это наиболее широко используемая технология. Он включает нанесение одного или нескольких слоев легированного сварочного материала на изношенную поверхность гильзы с использованием таких методов, как дуговая сварка и сварка в защитных газах. Ключевыми моментами в процессе ремонта являются:
Подбор материала: в зависимости от химического состава основного материала гильзы и условий работы (таких как давление, удар и температура) выберите подходящую или лучшую сварочную проволоку/электроды, чтобы обеспечить прочное соединение между ремонтным слоем и основным материалом, а также чтобы твердость, износостойкость и трещиностойкость соответствовали требованиям.
Контроль процесса. Требуются строгие процедуры сварки для контроля температуры предварительного нагрева, температуры между проходами, сварочного тока и напряжения, а также меры по медленному охлаждению после-сварки, чтобы предотвратить чрезмерное сварочное напряжение, ведущее к деформации или растрескиванию. Механическая обработка: после завершения наплавки используются различные методы механической обработки, такие как фрезерование и шлифование, для восстановления точности размеров и качества поверхности отремонтированного вкладыша в соответствии с требованиями проектных чертежей.
Преимущества ремонта наплавочной сваркой заключаются в большой толщине ремонтного слоя и высокой прочности соединения, что позволяет гибко пополнять запасы материала в зависимости от условий износа. Проблемы включают в себя высокие технические требования к операторам, риск возникновения дефектов из-за неправильных процессов и возможность изменения в зоне термического-влияния местных свойств основного материала.
2. Ремонт термическим напылением. Эта технология включает распыление расплавленных или полу-расплавленных материалов покрытия (таких как металлические сплавы, керамика или металл-керамические композиты) на предварительно-обработанную поверхность гильзы с использованием высокоскоростного-потока газа для формирования покрытия. Обычно используемые методы включают дуговое напыление, газопламенное напыление и плазменное напыление.
К его преимуществам относятся относительно низкая рабочая температура, малое тепловложение материала основы гильзы, низкий риск деформации; он может распылять различные высокоэффективные-материалы, значительно повышая износостойкость поверхности и устойчивость к коррозии; и толщина покрытия является контролируемой.
Ограничения включают в себя то, что связь между покрытием и основным материалом в основном механическая (некоторые процессы могут достигать металлургического соединения), а прочность связи может быть ниже, чем у поверхностного слоя при воздействии больших ударных нагрузок; покрытие обычно тонкое и не подходит для ремонта глубокого износа.
3. Технология ремонта композитов. В практическом применении композитные технологии часто используются для усиления их сильных сторон и смягчения слабостей. Например, в случае глубоко изношенных участков сначала используется наплавочная сварка, а затем на поверхность распыляется слой более износостойкого -специального материала; или используется технология лазерной наплавки, которая позволяет добиться металлургического соединения порошковых материалов с основным материалом с очень низкой степенью разбавления, что приводит к меньшей термической деформации и более плотной структуре, но инвестиции в оборудование и стоимость выше.
Сравнительный анализ ремонта и замены
Выбор между ремонтом и заменой требует комплексного суждения, основанного на технических и экономических факторах:
По стоимости: Стоимость ремонта обычно составляет всего 30%-60% от стоимости покупки новых запчастей, что является существенным преимуществом. Особенно это актуально для крупных и дорогих лайнеров, где экономия особенно значительна.
С точки зрения времени цикла: цикл ремонта обычно короче, чем цикл закупки и производства новых деталей, особенно для компаний, имеющих-возможности ремонта на месте или местных партнеров по ремонту, что может значительно сократить время простоя.
С точки зрения производительности: технология ремонта предлагает возможность «повышения производительности». Используя более износостойкие-и ударостойкие-ремонтные материалы, можно усилить слабые места, которые ранее были подвержены износу, а срок службы отремонтированного компонента может даже превысить срок службы оригинальной новой детали. Однако производительность новой детали фиксирована.
