Planetarna valjarna in razvoj delovnih valjev J. Gnamuš* UDK: 621.771.064:621.771.073.002.2 ASM/SLA: W23c, W23k, F22, J Prispevek obravnava spoznavanje funkcionalnosti planetarne valjarne in probleme, ki se pogosto pojavljajo pri izdelavi kvalitetno izredno zahtevnih delovnih valjev za planetarno ogrodje. 1. UVOD Razvoj moderne tehnologije vročega valjanja je omogočil hiter razvoj valjarske opreme, posebno pa razvoj kvalitetnih delovnih valjev. V petdesetih letih je Dr. T. Sendzimir, poljski strokovnjak, razvil valjamo s planetarnimi valjarskimi ogrodji. Gre za par podpornih valjev, ki ju obkroža skupina majhnih satelitskih delovnih valjev, ki reducirajo vročo jekleno bramo ali kontinuirno ulit slab v toplo valjan trak v enem samem prehodu. Izdelava delovnih valjev za planetarno ogrodje je izredno zahtevna po metalurški plati, kakor tudi po mehanski obdelavi. Te vrste valjev v svetu uspešno izdelujejo samo tri firme. Delovne valje za planetarno ogrodje Pl 64 smo uvajali v začetku lanskega leta. Na osnovi raziskav smo izdelali komplet valjev s pripadajočimi rezervnimi valji. 2. VLOŽEK ZA PLANETARNO VALJARNO Za vroče valjanje debelih pločevin in tankih trakov se vedno bolj uporabljajo kontinuirno uliti slabi. Razvoj gre v smeri zmanjšanja debeline slabov, in sicer se danes že ulivajo slabi z razmerjem med debelino in širino 1:3, oziroma 1:40. Kvaliteta površine in metalurške lastnosti teh slabov so sprejemljive. Cilj razvoja je odliti slabe s čim manjšo debelino, in sicer naj bi bilo razmerje med debelino in širino 1:100. Temu razvoju sledijo tudi planetarne valjarne. V planetarni valjarni lahko valjamo naslednje materiale: nizkoogljična jekla silicijeva jekla visokoogljična jekla orodna jekla nerjavna jekla medenino in baker aluminij in Al-legure nikelj in Ni-legure titan in posebne legure 3. OPIS PLANETARNE VALJARNE Največja prednost planetarnih valjam pred koven-cionalnimi valjarnami je ta, da lahko valjamo slabe ne- skončne dolžine in proizvedemo neskončno velik kolobar v enem samem prehodu z nad 95 % redukcijo. Planetarna valjarna je dejansko prava konti valjarna, saj slabi potekajo drug ob drugem skozi ogrodje, to pomeni, da praktično nimamo opravka z začetki in konci slaba. Trak ima po celi dolžini enako obliko, površino in mi-krostrukturo. |l —1fM i K®. r flotolnrk 1 iSH ime Soodm *' dr. Janko Gnamuš, dipl. ing. met., SŽ Železarna Ravne ** Originalno publicirano: ŽZb 23, 1989, 3 "* Rokopis prejet: 1989-05-15 Slika 1: Planetarna valjarna Fig. 1 Planetary mili Planetarna valjarna, kot jo kaže slika 1, je sestavljena iz naslednjih delov: — nosilne mize za slabe — 20 m dolge konti peči za ogrevanje slabov — naprave za odškajanje — enega ali dveh parov dovodnih valjev — ogrodja planetarne valjarne — polirnih valjev — odvodne valjčnice in — navijalnika Vložek je vsestransko površinsko očiščen (brušenje) in ima dimenzijo 1300 x 125 x 16000 mm. Planetarna valjarna ne deluje po principu samodejnega podajanja. Poglavitna funkcija dovodnih valjev je, da potiskajo slab v planetarno ogrodje. Dovodni valji so nazobčani, da preprečujejo drsenje slaba nazaj. Redukcija debeline slabov je na tem ogrodju do 20 %. Vložek potuje skozi peč s hitrostjo 2 m v minuti. Končna debelina valjane pločevine je od 3,75 do 6,25 mm. Kapaciteta valjarne PL 64 je od 200 do 300 t/uro, odvisno od kvalitete pločevine, ki jo valjamo. Planetarne valjarne valjajo do 80 % nerjavne pločevine. Vsa pločevina se nadalje hladno valja na sendzimir ogrodju. Na sliki 2 je prikazan prečni prerez dovodnih valjev in planetarnega ogrodja. Podporna valja obkroža 48 delovnih valjev, katerih konci so pritrjeni na stranski obroč. Na sliki 3 vidimo geometrijo grabljenja valjev. Ko en par valjev zapušča trak, ga drugi par prične prijemati. Vsak par valjev se približno 200-krat na minuto dotakne pločevine. Po izhodu iz planetarnega ogrodja teče trak skozi polirno ogrodje in preko transportnih valjčkov v ravnalno vlečno ogrodje, kjer je stopnja redukcije od 7 do 15%, odvisno od željene končne kvalitete in debeline pločevine. Trak se nato navije na navijalnik. Kombinacija planetarnih in dovodnih valjev Fig. 2 Combination of planetary and feeding rolls / Slika 3: Shematsko prikazan oprijem valjev v planetarnem ogrodju Fig. 3 Schematically shovvn bite of rolls in planetary stand 4. IZDELAVA DELOVNIH VALJEV ZA PLANETARNO VALJARNO PL 64 Delovni valji (kot kaže slika 4) za planetarno valjamo morajo biti izdelani iz najkvalitetnejšega jekla, pretaljeni po EPŽ postopku in prekovani na GFM stroju. Jeklo mora biti homogeno, brez notranjih napak in nekovinskih vključkov. Toplotna obdelava je najboljša, če se izvede v zaščitni atmosferi, čepi pa se popustijo v solni kopeli. Vse navedene lastnosti in zahteve kupca lahko strnemo v naslednje metalurške zahteve, ki jim morajo ustrezati delovni valji za planetarno ogrodje: __/ t o oo oo i: KO \ K 20 140 1700 Slika 4: Shema delovnega valja Fig. 4 Sheme of vvorking roll 1. Na delovni površini valja ne sme biti (začetna dimenzija je 0 185 in minimalni premer je 0 172,4 mm) nobenih vidnih napak, ki bi jih povzročili vključki, pore in drugo, kar bi privedlo do površinskih napak na valjanem traku. 2. Telo valja mora imeti na površini trdoto 52—53 HRc in valj mora biti enakomerno prekaljen po celem preseku. Trdota čepov do začetka radiusa mora biti 40—43 HRc z enakomernim prehodom v kaljeno — popuščeno delovno površino. 3. Odpornost proti luščenju in drugim površinskim napakam mora biti zelo velika, za kar je potrebno zelo kvalitetno jeklo, brez velikih vključkov ali vidnih napak, z žilavo, drobnozrnato mikrostrukturo iz popuščenega martenzita z ugodno porazdeljenimi notranjimi napetostmi. 4. V strukturi morajo biti karbidi enakomerno porazdeljeni. 5. Valji ne smejo imeti notranjih napak, ki bi lahko povzročile prelom valja med valjanjem. Poenostavljeno povedano, valji morajo biti po kvaliteti enakovredni ali pa boljši od konkurenčnih firm (Hitachi, Creusot-Loire), ki jih kupci do sedaj uporabljajo. 5. POTEK IZDELAVE VALJEV — Vrsta jekla Odločili smo se za našo kvaliteto jekla Utop Mo 2, ki je zelo podobno jeklu H 13, iz katerega se izdelujejo ti valji. Izdelali smo modificiran Utop Mo 2 s povišanim molibdenom z naslednjo kemično analizo: 0,4 % C 1,1 % Si 5,2 % Cr 1 % V 1,7 % Mo — Topla predelava jekla Kovanje na GFM stroju pri temperaturi 1120—1150° C. Končna temperatura zadnjega prehoda je bila 920° C, pri tem pa je znašala deformacija okoli 20 %. — Toplotna obdelava valjev Poboljšanje valjev nam ni predstavljalo posebnih težav. Moramo pa poudariti, da so zahteve trdote v zelo ozkih mejah, kar zahteva dobre in natančne peči. — Popuščanje čepov Ta operacija toplotne obdelave nam je povzročila velike težave. V raziskavi smo preizkusili tri načine toplotne obdelave: — indukcijsko popuščanje čepov — plamensko popuščanje čepov — popuščanje čepov v solni kopeli Za indukcijsko popuščanje nismo dovolj opremljeni, da bi lahko dosegli zadovoljive rezultate. Plamensko popuščanje je sorazmerno enostavno. Željenih rezultatov pa kljub temu nismo dosegli, predvsem zato, ker popuščanja ne moremo izvršiti dovolj natančno. Popuščanje v solni kopeli nam je dalo zadovoljive rezultate. Postopek smo zlahka prenesli v proizvodnjo in pri tem dobili odlične rezultate popuščanja čepov. Meri- Slika 5: Razporeditev trdote po preseku valja Fig. 5: Hardness distribution across the roll cross section tve trdot na čepu in prehodu v telo valja so navedene na sliki 5 Trdote na začetku čepa so nekoliko pod zahtevanimi vrednostmi, vendar ne vplivajo na kvaliteto čepa in jih je tudi kupec akceptiral. Zelo pomembno je, da ima čep optimalne mehanske lastnosti, ker je med valjanjem najbolj izpostavljen močnim sunkom vzmeti, ki valje vrača v izhodni položaj po prehodu valjanca. Najpogostejši vzrok za izmeček valjev je ravno lom čepa. 6. REZULTATI TESTIRANJA VALJEV Članek je bil napisan že meseca julija 1988. Ker pa se je testiranje valjev pri kupcu zavleklo za več kot šest mesecev, ga objavljamo z zakasnitvijo. Valji so bili v januarju 1989. leta testirani in so pokazali dobre rezultate. Med prvim in drugim valjanjem so valje samo prebrusili. Po drugem valjanju in prebrušenju pa so jih tudi pregledali na ferofluksu in na njih niso našli nobenih površinskih razpok. Prav tako so izmerili trdote na delovni površini in ugotovili, da so v zahtevanih mejah. 7. ZAKLJUČEK Planetarne valjarne so doživele svoj poln razcvet v šestdesetih letih. Poleg razvoja valjarske opreme je vzporedno intenzivno potekal, in še teče, razvoj delovnih valjev. Konkurenca v proizvodnji valjev je v svetu čedalje večja in pri tem ima največjo vlogo kvaliteta. Valji so orodje za valjarne in so zato nepogrešljivi. Z uspešnim razvojem in proizvodnjo delovnih valjev za planetarno valjamo ter z njihovim testiranjem železarna Ravne ni osvojila samo nov proizvod za svetovni trg, ampak tudi dokazala, da je s svojo metalurško tehnologijo kos najbolj zahtevnim proizvodom. ZUSAMMENFASSUNG Im Beitrag wird die Entwicklung von Planetenwalzwerken und die Entvvicklung der ausserst auspruchsvollen Arbeitsvval-zen fur ein Planetenvvalzgerust behandelt. Beim Planetenvvalzgerust handelt es sich um ein Paar Stutzvvalzen die von einer Gruppe kleiner Satelitten Arbeitsvvalzen umkreisst vverden. und die vorgevvarmte Stahlbramme ins warmgewalzte Band in ei-nem einzigen Durchgang mit uber 95 % Abnahme reduzieren. Die Brammen durchlaufen den Ofen mit der Gechwindigkeit von 2 m in der Minute. Der Endprodukt ist VVarmgevvalztes Blech in der Diche von 3,75 bis 6.25 mm. es entspricht fur PL 64. Die Forderungen fur die Oualitat der Arbeitsvvalzen fur ein Planetenwalzwerk sind sehr hoch. sie mussen aus einen Quali-tatsstahl erzeugtvverden, nach dem ESU Verfahren umge-schmolzen vverden und an einer GFM Maschiene geschmiedet vverden. Bei der Entvvicklung dieser VValzen ist die grosste Auf-merksamkeit der Oualitat der VVarmebehandlung gevvidmet vvorden, da nach unserer Betrachtung neben der Stahlqualitat der Erfolg vor allem von der VVarmebehandlung abhangig ist. An die VVarmebehandlung werden zvvei vvichtige Forderungen gestellt: — die Harte der Arbeitsoberflache der VValze im geharteten und angelassenen Zustand muss vollkommen gleichmassig sein bzvv. es kann hochstens um einen Grad Rockvvell abvvei-chen: — die Harte im Ubergang von der Arbeitsoberflacke in den Zapfen muss uber den ganzen Ouerschnitt gleichmassig fallen. Die Fehler die vvahrend des VValzvorganges auftretten sind amhaufigsten am Ubergang von der Arbeitsoberflache in den Zapfen. SUMMARY The paper treats the development of planetary mills and the development of extremely demanding vvorking rolls for these mills. The planetary stand consists of a pair of supporting rolls which are surrounded by a cluster of small vvorking rolls. The latter reduce the hot steel slab ingot into a hot rolled strip in a single pass vvith the reduction of over 95 %. The charge travels through the furnace vvith the speed of 2 m per minute. Final product is the hot rolled sheet 3.75 to 6.25 mm thick, valid for PL 64. Demands for the quality of vvorking rolls for the planetary mili are expremely high. They must be made of the steel of the highest quality, remelted by the ESR process, and forged on the GFM machine. In the development of those rolls the most attention was given to the quality of heat treatment, since we are of the opinion that the final heat treatment is the greatest essential next to the quality of steel, Heat treatment has tvvo important influences: — hardness of the vvorking surface of the roll, as hardened and as tempered. must be completely uniform and permissible deviations are up to 1 HRC; — transition of hardness from the vvorking surface to the neck must be a uniform reduction of hardness over the vvhole cross section. Frequent defects vvhich appear during rolling are occuring just on the transition from the vvorking surface to the roll neck. 110 J Gnamuš Planetarna valjarna in razvoj delovnih valjev ŽEZB 23 11989) 3 3AKJ1fOMEHME B CTaTbe paccMOTpeHO pa3BMTMe n;iaHeTapHbix npoinaK3T 6o/ibi±ioe KoriM^ecTBo He6onbiunx caiaJinnTHbix pa6oMnx Ba/iKOB, KOTOpbie coKpamaKiT CTa/ibHyio 6paMy b ropfl4e npo-KaTHyio neHTy c oahmm nepexoaoM Ha 95% peayunpoBaHHfl. 3arpy3na npoxo/inT 4epe3 neHb c čbicipoToPi 2-yx mstpob b mm-HyTy. KoHe4Hbiii npoflyKT cocTaB/ineT ropane KaiaHas /lMCTOBap CTa/lb B TO/lLUMHe OT 3,75 — 6,25 mm, 4TO COOTBGTCTBy6T n/iaHeT-apHOMy Bamy 64. Tpe6oBaHnn MMSTb b pacnopameHHH ana n^aHeiapHoro npoKaTHoro CTaHa oneHb Be/iHKM, 3tm BanKu ao/i>KHbi 6biTb nsro-tob/iHbi M3 caMofi /iyMweM CTa/in nepen/iaB/ieHo noa 3UJ-nepe- n/iaBOM m nepeKOBaHO rM MauJKHoCi. I~lpn yc0BepweHCTB0Ba-hhm Ha.uo oco6oe bhmmahne yaennTb TepMU4ecK0fi o6pa6oTKM, Tan KaK m bi c^nTanM, mto KpoMe KanecTBa CTa/in ycnex 3aBMcm IViaBHblM 06pa30M OT KOHeMHOM TepMMMeCKOH o6pa6oTKH. TepMUMecKOfi o6pa6oTKM CTaBflTCfl cneayioLune flBa BawHbie Tpe6oeaHHR: — TBepAocTb pabo^ePi n0BepxH0c™ Bama b saKa/iehhom m B coctorhmm nOHH>«eHHR aon>KHa 6blTb BnO/IHe paBHOMepHafl OTHOcme/ibHO OTCTyn^eHne He CMeeT 6bHb Bbnue oahom eaeHH-ue no PoKBenny. — nepexoA TBepflocin ot pabonefi noBepxHocTM b i±ie(iKy BanKa aon>KeH paBHOMepHO noHHwaTbCH no BceMy ceMeHmo. HacTbie norpeiUHOCTH, KOTOpbie o6Hapy>KUBaioTCn b Te^eHnn npoKaTKH Me>Kfly pabo^ePi noBepxHOCTH B nepexozi nieMKM.