Válcovna Válce: Typy, materiály a průvodce výběrem

Válcovna válců jsou hlavní pracovní součásti jakékoli válcovací stolice, které přímo tvarují kov aplikací tlakové síly, když materiál prochází mezi nimi. Výběr správného materiálu válce, tvrdosti a profilu je jedním z nejkritičtějších rozhodnutí ovlivňujících kvalitu produktu, efektivitu mlýna a provozní náklady. Ať už zpracováváte ocelové desky, hliníkový plech nebo měděnou tyč, výkon role určuje vše od povrchové úpravy po rozměrovou přesnost.

Co jsou válce válcovací stolice?

Válcovací válce jsou válcové nástroje namontované v párech nebo sadách ve válcovací stolici. Když kovové obrobky procházejí mezi rotujícími válci, mezera mezi nimi – nazývaná průchod válce – snižuje tloušťku materiálu nebo tvaruje jeho průřez. Válce musí současně odolat obrovskému tlakovému namáhání, tepelnému cyklování a abrazivnímu opotřebení.

Standardní role se skládá ze tří hlavních částí: sud (pracovní povrch, který se dotýká kovu), krku (kontaktní zóna ložiska) a woblery nebo konec pohonu (kde se přenáší kroutící moment). Rozměry válců se enormně liší – od malých shlukových válcovacích válců s průměrem menším než 50 mm až po velké průrazné válce s průměrem přesahujícím 1 500 mm používané v pásových válcovnách za tepla.

Hlavní typy válcovacích válců

Válce jsou klasifikovány podle jejich polohy ve mlýně, jejich funkce a produktu, který zpracovávají. Pochopení těchto kategorií pomáhá při specifikaci správné role pro každou aplikaci.

Podle Mill Position

• Pracovní role: Kontaktujte přímo kov. Vyžaduje vysokou tvrdost povrchu, typicky 65–85 Shore C (HSC), a hladký povrch.
• Záložní role: Podepřete pracovní válce a zabraňte vychýlení při zatížení odvalováním. Větší průměr, upřednostněte houževnatost před tvrdostí.
• Mezirole: Používá se v 6 vysokých nebo 20 vysokých clusterových frézách mezi pracovními a opěrnými válci pro přenos síly a kontrolu rovinnosti pásu.

Procesem válcování

• Rolling Rolls: Pracujte při teplotách pásu 900–1 200 °C. Musí odolávat teplotním šokům a oxidačnímu usazování.
• Rohlíky válcované za studena: Pro zachování přesnosti měřidla vyžadují ultra hladký povrch válce (Ra ≤ 0,1 µm u povrchových fréz) a stálou tvrdost.
• Sekční a tyčové mlýnské válce: Vyznačují se drážkovanými válcovými profily pro tvarování tyčí, válcovaných tyčí, kolejnic nebo konstrukčních částí.

Materiály rolí a jejich výkonnostní charakteristiky

Výběr materiálu pro válce válcovací stolice přímo řídí životnost, kvalitu povrchu dodávaného výrobku a odolnost vůči tepelné a mechanické únavě. Nejběžnější materiály rolí jsou shrnuty níže.

Válce z vysokorychlostní oceli se staly dominantní volbou pro dokončovací stolice válcování pásů za tepla protože mohou válcovat až 3–5krát více tonáže na kampaň ve srovnání s tradičními válci ICCI, což výrazně snižuje frekvenci výměny válců a prostoje frézy.

Klíčové faktory, které způsobují opotřebení a selhání válců

Degradace role je nevyhnutelná, ale rychlost a způsob opotřebení lze zvládnout. Mezi hlavní mechanismy opotřebení válců válcovací stolice patří:

• Abrazivní opotřebení: Způsobeno pevnými částicemi okují uloženými ve válcovaném materiálu. Běžné při válcování za tepla, kde mohou okují dosáhnout tvrdosti 1200 HV.
• Tepelná únava (praskání ohněm): Opakované zahřívání a ochlazování povrchu válce vytváří jemné povrchové trhliny, které případně vedou k odlupování. Hlavní příčinou je nedostatečný průtok chladicí vody.
• Mechanická únava: Vysoké cyklické kontaktní napětí, zejména u opěrných válců, způsobuje šíření podpovrchových trhlin. Kontaktní napětí ve velkých záložních válcích válcovny pásu za tepla může přesáhnout 800 MPa při plném valivém zatížení.
• Opotřebení lepidla (vyzvednutí): Materiál z válcovaného materiálu ulpívá na povrchu válce a snižuje kvalitu povrchu. Zvláště problematické při válcování hliníku za studena.
• Spalling: Náhlá ztráta velkých povrchových úlomků, často důsledkem podpovrchových defektů, nesprávného broušení nebo chodu válce za bezpečnou mez opotřebení.

Naznačují to průmyslová data Poruchy související s válcováním představují 15–25 % neplánovaných prostojů ve válcovnách za tepla , díky čemuž je monitorování stavu válce a disciplinované řízení válce zásadní pro produktivitu frézy.

Broušení válci: Zachování kvality povrchu a profilu

Mezi válcovacími kampaněmi jsou opotřebené válce přebroušeny v brusírně válců, aby se obnovila kvalita povrchu a upravil se profil hlavně. Jedná se o jednu z nejdůležitějších operací údržby v každé válcovně.

Příspěvek na broušení a životnost válců

Každá role má definovaný minimální bezpečný průměr. Pro typický pracovní válec válcování pásů za tepla s počátečním průměrem 750 mm může být použitelný přídavek na broušení 75–100 mm, což umožňuje 30–50 cyklů broušení, než je válec sešrotován. Minimalizace úběru materiálu na broušení – při úplném odstranění všech poškození povrchu – přímo prodlužuje celkovou životnost válce a snižuje náklady na tunu válcování.

Koruna a kontrola profilu

Profil válce (koruna) je záměrně broušen do pracovních a opěrných válců, aby se kompenzovala elastická deformace a tepelná roztažnost během válcování. Typický pracovní válec válcování pásu za tepla může být broušen s kladnou korunou 0,1–0,3 mm, aby byla zajištěna rovnoměrná rovinnost pásu po celé šířce. Nesprávné broušení korunky je hlavní příčinou defektů rovinnosti pásu a vlnění hran.

Jak vybrat správnou roli pro vaši aplikaci

Volba role by měla být založena na strukturovaném vyhodnocení několika provozních proměnných. Nejrozhodnější jsou následující kritéria:

1. Teplota válcování: Válcování za tepla nad 700 °C vyžaduje materiály s vysokou odolností proti tepelným šokům (např. ICCI, HSS). Válcování za studena vyžaduje maximální tvrdost a schopnost povrchové úpravy.
2. Válcovaný materiál: Tvrdá nerezová ocel vyžaduje tužší role než měkký hliník. Abrazivní materiály s povrchovými okujemi vyžadují vyšší třídy odolnosti proti opotřebení.
3. Válcovací zatížení a typ mlýna: Tandemové mlýny s vysokým zatížením potřebují válce s vysokou únavovou pevností. Klastrové mlýny používají válce o malém průměru, které musí mít extrémní tvrdost, aby odolávaly průhybu.
4. Požadovaná povrchová úprava na výrobku: Povrchové a temperovací frézy vyžadují pro produkty s lesklou povrchovou úpravou válce s hodnotami Ra pod 0,1 µm. Texturované válce (EDT nebo brokované) se používají pro automobilové plechy vyžadující specifickou drsnost pro přilnavost barvy.
5. Délka kampaně a frekvence výměny role: Tam, kde jsou pro produktivitu nutné dlouhé kampaně, jsou preferovány HSS nebo vysoce chromované role i přes vyšší počáteční náklady, protože jejich celkové náklady na tunu jsou nižší.

Užitečný benchmark: v pásových válcovnách za tepla přechod z ICCI na pracovní válce HSS obvykle snižuje spotřebu válců o 40–60 % a zlepšuje kvalitu povrchu hotového pásu, díky čemuž je investice vysoce nákladově efektivní ve velkoobjemových operacích.

Nejlepší postupy pro správu rolí

I ty nejlepší rohlíky budou mít horší výkon bez disciplinovaného systému řízení rolí. Mezi klíčové postupy, které přední závody dodržují, patří:

• Elektronické sledování historie válců – zaznamenávání každé kampaně, broušení a výsledku kontroly za účelem zjištění vzorců opotřebení a optimalizace brusných cyklů.
• Použití ultrazvukového testování (UT) a inspekce vířivými proudy k detekci podpovrchových trhlin předtím, než dojde k odlupování.
• Udržování přísných průtoků chladicí vody a její kvality – kontaminovaná nebo nedostatečná chladicí voda je primární hnací silou praskání tepelnou únavou při válcování za tepla.
• Nastavení maximálních přípustných limitů opotřebení na kampaň a jejich vynucování – provozování pracovního válce za jeho bezpečný limit opotřebení exponenciálně zvyšuje riziko odlupování.
• Správné párování válců: pracovní válce stejného průměru a tvrdosti by měly být spárovány, aby se zabránilo nerovnoměrnému rozložení zatížení a jednostrannému opotřebení.

Válcovny, které implementují strukturované programy správy válců, obvykle hlásí 10–20% snížení nákladů na spotřebu rolí a měřitelné zlepšení kvality povrchu výrobku bez kapitálových investic do nového vybavení.

Závěr

Válcovací válce jsou přesné nástroje, nikoli jednoduchý spotřební materiál. Správná kombinace materiálu válce, profilu tvrdosti, brusné praxe a provozního řízení určuje kvalitu produktu i náklady na válcování více než téměř jakákoli jiná proměnná v provozu válcovny. HSS a železa s vysokým obsahem chromu dominují moderním náročným aplikacím díky své vynikající životnosti, zatímco kovaná ocel zůstává nenahraditelná tam, kde je houževnatost prvořadá. Investice do správné specifikace rolí, disciplinovaného broušení a systematického sledování rolí se rychle vrátí – u velkoobjemových operací obvykle během měsíců.