Деформационные трещины при производстве арматуры представляют собой одну из самых неприятных проблем для операторов прокатных станов.. Эти дефекты не только снижают качество продукции, но и приводят к значительным отходам материала и задержкам производства.. В этом руководстве, мы исследуем коренные причины этих проблем и предлагаем практические решения, основанные на реальном опыте сталелитейных заводов по всему миру..
Понимание деформационных трещин при прокатке арматуры
При прохождении горячей стальной заготовки через клети прокатного стана, они подвергаются огромным изменениям давления и температуры.. В идеальных условиях, сталь деформируется равномерно и на выходе получается качественная арматура. Однако, когда что-то идет не так в этом процессе, на поверхности или внутри готового изделия появляются трещины и деформации.
Эти дефекты обычно проявляются в виде продольных трещин по длине арматуры., поперечные трещины по ребрам, поверхностные швы, или внутренние пустоты, которые нарушают структурную целостность. Для строительных работ, такая дефектная арматура представляет серьезную угрозу безопасности и должна быть отклонена при проверке качества..
Краткие сведения о дефектах арматуры
- Поверхностные трещины составляют 35-40% всех отказов по качеству арматуры
- Неправильные настройки межвалкового зазора приводят примерно к 25% проблем деформации
- Проблемы с качеством заготовок способствуют 20-30% трещинных образований
- Производственные потери от этих дефектов могут достигать 2-5% общего объема производства
Основные причины деформаций и трещин в прокатных станах
1. Неправильная регулировка зазора между валками
Зазор между валками – это пространство между двумя рабочими валками в прокатной клети.. Когда этот зазор установлен неправильно, возникают серьезные проблемы. Слишком маленький зазор создает чрезмерное давление на сталь., вызывая поверхностные трещины и внутренние разрушения под напряжением. Слишком большой зазор приводит к неполной деформации., что приводит к неточностям размеров и слабым местам в конструкции арматуры..
Опытные операторы стана знают, что допуски на зазор между валками при производстве арматуры обычно должны оставаться в пределах ±0,3 мм для чистовых клетей.. Даже небольшие отклонения за пределы этого диапазона могут вызвать проблемы с качеством., особенно при производстве арматуры меньшего диаметра, например, 8 мм или 10 мм..
2. Плохое качество заготовки
Качество поступающих заготовок напрямую влияет на конечное качество арматуры.. Заготовки, полученные из плавки стального лома, часто содержат более высокие уровни примесей, таких как сера., фосфор, и неметаллические включения. Эти примеси создают слабые места в стальной матрице, которые растрескиваются под напряжением прокатки..
К распространенным дефектам заготовок, которые приводят к трещинам в арматуре, относятся::
- Внутренняя пористость и усадочные полости от литья
- Поверхностная окалина и оксидные включения
- Сегрегация углерода и других легирующих элементов
- Трещины, образовавшиеся при непрерывной разливке
- Избыточное содержание серы выше 0.045%
3. Изношенная конструкция рулонного прохода
Валковые проходы со временем изнашиваются из-за абразивного воздействия горячей стали и термоциклирования.. Когда профиль канавки отклоняется от первоначальной конструкции, меняется характер течения стали в процессе прокатки. Эта неравномерная деформация создает концентрацию напряжений, которая проявляется в виде поверхностных трещин или внутренних дефектов..
Для типичных операций прокатки арматуры, промежуточные валковые проходы могут обрабатываться вокруг 15,000-20,000 тонн до необходимости переизмельчения. Завершающие проходы, выполняющие окончательное формирование ребер, обычно требуют внимания после 8,000-12,000 тонны, в зависимости от марки стали и скорости прокатки.
4. Неправильная температура прокатки
Сталь ведет себя по-разному при различных температурах.. Прокатка при слишком низких температурах увеличивает сопротивление деформации и может вызвать разрыв поверхности.. Прокатка при слишком высоких температурах способствует чрезмерному образованию окалины и росту зерен., ослабление конечного продукта.
| Роллинг-этап | Оптимальный температурный диапазон | Критический нижний предел | Критический верхний предел |
|---|---|---|---|
| Разгрузка печи | 1150-1200°С | 1100°С | 1250°С |
| Вход в черновой стан | 1100-1150°С | 1050°С | 1180°С |
| Промежуточная мельница | 1000-1080°С | 950°С | 1100°С |
| Вход в чистовую мельницу | 950-1020°С | 900°С | 1050°С |
| Выход из чистовой мельницы | 850-950°С | 800°С | 1000°С |
5. Неравномерные условия охлаждения
После ухода с финишных стендов, Арматура проходит через камеры водяного охлаждения, прежде чем попасть на охлаждающий слой. Если охлаждение неравномерно по сечению прутка, развиваются термические напряжения, которые могут вызвать деформацию, изгиб, или даже трескается. Эта проблема становится более серьезной при использовании арматуры большего диаметра из-за большей разницы температур между поверхностью и сердцевиной..
Практические решения по устранению деформационных трещин
Решение 1: Систематическая проверка и техническое обслуживание рулонных проходов
Установите график регулярных проверок всех проходов валков на вашем прокатном стане.. Используйте профильные калибры для измерения размеров канавок и сравнения их с исходными спецификациями.. Когда износ превышает допустимые пределы, запланируйте немедленную перешлифовку или замену валков.
Практический совет: Держите наборы запасных роликов предварительно отшлифованными и готовыми к быстрой замене.. Это сводит к минимуму время простоя производства, когда изношенные валки требуют замены.. Наиболее эффективные заводы имеют как минимум два полных комплекта запасных частей для каждой клети..
Ключевые точки проверки включают в себя:
- Изменение глубины канавки (не должно превышать 0,5 мм от проектного)
- Равномерность ширины канавки по всей поверхности валка
- Шероховатость поверхности стенок канавок
- Наличие термических дефектов или усталостных трещин на валках.
- Выравнивание верхних и нижних канавок валков
Решение 2: Точная калибровка зазора между валками
Перед началом каждой производственной кампании, калибровать зазоры между валками с помощью свинцовых тестов или лазерных измерительных систем. Задокументируйте настройки для каждого стенда и сравните их с проверенными параметрами успешных производственных циклов..
| Размер арматуры | Отрыв в завершающем пасе | Предфинишный зазор | Толерантность | Типичная скорость прокатки |
|---|---|---|---|---|
| 8мм | 0.8-1.0мм | 2.5-3.0мм | ±0,2 мм | 85-95 РС |
| 10мм | 1.0-1.2мм | 3.0-3.5мм | ±0,25 мм | 55-65 РС |
| 12мм | 1.2-1.5мм | 3.5-4.0мм | ±0,25 мм | 38-45 РС |
| 16мм | 1.5-1.8мм | 4.5-5.0мм | ±0,3 мм | 22-28 РС |
| 20мм | 1.8-2.2мм | 5.5-6.0мм | ±0,3 мм | 14-18 РС |
| 25мм | 2.2-2.5мм | 6.5-7.0мм | ±0,35 мм | 9-12 РС |
| 32мм | 2.8-3.2мм | 8.0-9.0мм | ±0,4 мм | 5.5-7.5 РС |
Решение 3: Входной контроль качества заготовок
Внедрите строгие процедуры входного контроля для всех заготовок, поступающих на ваш прокатный стан.. Это должно включать визуальный осмотр дефектов поверхности., проверка размеров, и периодический химический анализ для проверки состава.
| Химический элемент | Максимум контента (%) | Эффект в случае превышения |
|---|---|---|
| Углерод (В) | 0.22-0.25 | Повышенная хрупкость, более высокий риск растрескивания |
| сера (С) | 0.045 | Горячая короткость, разрыв поверхности |
| Фосфор (П) | 0.045 | Хладноломкость, пониженная пластичность |
| Азот (Н) | 0.012 | Штаммовое старение, охрупчивание |
| Медь (Cu) | 0.50 | Поверхностная ломкость при высоких температурах |
Отбраковывайте любые заготовки с видимыми трещинами., глубокие поверхностные дефекты, или чрезмерное накипь. Стоимость отбраковки плохой заготовки намного меньше, чем стоимость производства дефектной арматуры, которую необходимо утилизировать..
Решение 4: Оптимизация работы нагревательной печи
Правильный нагрев заготовки необходим для успешной прокатки.. Нагревательная печь должна доводить заготовки до правильной температуры, сводя к минимуму образование окалины и избегая перегрева..
Передовые методы эксплуатации печи включают в себя:
- Поддерживайте слегка разжиженную атмосферу в печи, чтобы свести к минимуму образование накипи.
- Дайте достаточно времени для замачивания (обычно 45-60 минут для заготовок 130 мм.)
- Обеспечить однородность температуры по сечению заготовки. (дисперсия <30°С)
- Мониторинг и контроль температуры нагнетания с помощью пирометров.
- Избегайте холодных мест в печи, которые создают неравномерный нагрев.
Рекомендуемый цикл нагрева для заготовок из стандартной углеродистой стали
Зона предварительного нагрева: 800-950°С для 15-20 минуты
Зона нагрева: 1100-1180°С для 20-25 минуты
Зона замачивания: 1150-1200°С для 15-20 минуты
Решение 5: Контролируйте натяжение между клетьями
На станах непрерывной прокатки, напряжение между стендами существенно влияет на качество продукции. Чрезмерное натяжение растягивает штангу и может привести к образованию шейки или растрескиванию.. Недостаточное натяжение приводит к образованию петель, что приводит к образованию булыжников и повреждению поверхности..
Современные прокатные станы используют автоматические петлители или измерители натяжения для поддержания оптимальных условий.. Для мельниц без такого оборудования, тщательное согласование скорости между клетями имеет решающее значение. Увеличение скорости от одной клети к другой должно как можно точнее соответствовать коэффициенту уменьшения площади..
Решение 6: Оптимизация системы водяного охлаждения
Для ТМТ (Термомеханически обработанный) производство арматуры, система водяного охлаждения играет двойную роль. Он обеспечивает быструю закалку, необходимую для формирования закаленного поверхностного слоя, одновременно контролируя конечную температуру для надлежащего самоотпуска..
| Параметр | Целевое значение | Эффект отклонения |
|---|---|---|
| Давление воды | 8-12 бар | Низкое давление = недостаточное охлаждение; Высокий = трещины от термического удара |
| Температура воды | 28-35°С | Горячая вода снижает скорость охлаждения, влияющие на образование мартенсита |
| Длина закалочной коробки | Переменная по размеру | Слишком долго = чрезмерное охлаждение активной зоны.; Слишком короткий = мягкая поверхность |
| Зона выравнивания | 15-25 метры | Слишком короткий = недостаточный отпуск; трещины от термического напряжения |
Руководство по устранению неполадок: Определение типов трещин и их причин
Различные типы трещин указывают на разные первопричины.. Научившись выявлять эти закономерности, вы сможете быстро определить источник проблем..
| Тип трещины | Появление | Основная причина | Рекомендуемое действие |
|---|---|---|---|
| Продольные поверхностные трещины | Длинный, прямые линии по длине стержня | Дефекты поверхности заготовки или изношенные проходы валков. | Проверить качество заготовки; проверить канавки роликов |
| Поперечные трещины | Короткие трещины поперек планки, часто на ребрах | Температура прокатки слишком низкая; чрезмерное напряжение | Увеличение температуры печи; регулировать скорость |
| Трещины аллигатора | Сетевой узор, напоминающий кожу аллигатора | Высокое содержание серы в стали | Отклонить партию заготовок; проверить качество поставщика |
| Угловые трещины | Трещины по углам поперечного сечения стержня | Неравномерное охлаждение или неправильная конструкция прохода. | Балансировка потока воды; просмотреть дизайн рулонного пропуска |
| Нахлесточные швы | Перекрытие металлических складок на поверхности | Переполнение на предыдущем проходе; изношенные направляющие | Отрегулируйте зазоры между рулонами; заменить входные направляющие |
| Внутренние пустоты | Не видно внешне; найдено при тестировании | Внутренняя пористость заготовки; недостаточное сокращение | Улучшить качество литья; увеличить общий коэффициент сокращения |
График профилактического обслуживания прокатных станов
Профилактика всегда лучше, чем устранение неполадок. Хорошо спланированный график технического обслуживания помогает избежать многих проблем с трещинами и деформациями до того, как они возникнут..
| Компонент | Частота проверок | Ключевые контрольные точки |
|---|---|---|
| Ролл-пассы | Каждую смену | Профиль канавки, состояние поверхности, рисунок износа |
| Роликовые подшипники | Еженедельно | Температура, шум, игра/зазор |
| Путеводители входа/выхода | Ежедневно | Выравнивание, носить, правильное позиционирование |
| Настройки зазора между валками | Каждое изменение размера | Фактический против. целевой разрыв, параллелизм |
| Система охлаждающей воды | Ежедневно | Давление, скорость потока, состояние сопла |
| Печные термопары | Ежемесячно | Точность калибровки, время ответа |
| Система удаления накипи | Еженедельно | Засорение сопла, давление, распыление |
Тематическое исследование: Снижение скорости растрескивания 3.2% к 0.4%
Средний прокатный стан арматуры, производящий 400,000 тонн в год, испытывал постоянные трещины, уровень дефектности 3.2%. Это переводится примерно на 12,800 тонн бракованного материала в год, представляющие значительные финансовые потери.
После систематического анализа, следующие проблемы были выявлены и исправлены:
Проблема 1: Роллинг-проходы на трибунах 14-16 использовались сверх срока службы. Износ канавок превысил 1,2 мм от проектных характеристик..
Решение: Реализован строгий учет тоннажа для каждого комплекта валков.. Установлены пределы максимального тоннажа 10,000 тонн за чистовые проходы перед обязательным перешлифованием.
Проблема 2: Качество заготовки у поставщиков ухудшилось. Усреднение содержания серы 0.052% превысил спецификации.
Решение: Добавлено требование о входящем химическом анализе.. Отбраковали несоответствующие плавки и договорились с поставщиком об улучшении качества..
Проблема 3: Температура на выходе из печи варьировалась до 80°C между заготовками в одной партии..
Решение: Перекалиброванные термопары зоны печи. Регулируемое расстояние между заготовками и ритм подачи для обеспечения равномерного нагрева..
После внедрения этих изменений в течение трехмесячного периода, процент отклонения трещин упал до 0.4%. Годовая экономия превышена $800,000 в сокращении брака и повышении эффективности производства.
Методы проверки качества для обнаружения трещин
Надежные испытания качества необходимы для выявления дефектов до того, как арматура попадет к клиенту.. В лабораториях контроля качества прокатных станов обычно используются несколько методов.:
Визуальный осмотр
Обученные инспекторы исследуют образцы арматуры при хорошем освещении. Это улавливает очевидные дефекты поверхности, но может пропустить мелкие трещины.. Образец хотя бы 3 баров в час производства с каждой пряди.
Испытание на изгиб
Арматура изгибается вокруг оправки заданного диаметра.. Поверхность сгиба осматривают на наличие трещин.. Для арматуры диаметром до 16 мм., 180° при испытаниях на изгиб используется оправка диаметром 3 раз диаметр стержня. Для больших размеров обычно используют 4-5 раз диаметр стержня.
Ультразвуковой контроль
Для критически важных приложений, ультразвуковой контроль позволяет обнаружить внутренние дефекты, невидимые при визуальном осмотре. Современные линейные ультразвуковые системы позволяют проверять 100% продукции при скоростях прокатки до 15 м/с для прутков большего диаметра.
Магнитопорошковый контроль
Поверхностные и приповерхностные трещины можно выявить с помощью магнитопорошкового контроля.. Пруток намагничивается, и частицы железа наносятся на поверхность, концентрируясь в местах трещин., делая их видимыми.
Передовые технологические решения
Современные прокатные станы все чаще применяют передовые технологии для предотвращения и выявления проблем с качеством.. Эти инвестиции часто быстро окупаются за счет уменьшения дефектов и повышения производительности..
Автоматические системы контроля зазора
Гидравлический контроль зазора (ХГК) системы могут автоматически регулировать зазоры между валками во время прокатки на основе обратной связи по нагрузке прокатки. Это компенсирует тепловое расширение валков и обеспечивает постоянство размеров продукции на протяжении всей производственной кампании..
Детекторы горячего металла и пирометры
Инфракрасные пирометры, расположенные по всему заводу, обеспечивают непрерывный контроль температуры.. Когда температура выходит за пределы допустимых диапазонов, операторы могут предпринять немедленные корректирующие действия до того, как возникнут дефекты..
Системы контроля поверхности
Системы контроля поверхности на основе камер могут обнаруживать дефекты поверхности на скорости прокатки.. Эти системы используют алгоритмы обработки изображений для выявления трещин., швы, и другие дефекты, возможность автоматической маркировки или сортировки бракованных прутков.
Обучение и навыки оператора
Даже самое лучшее оборудование не сможет производить качественную арматуру без квалифицированных операторов.. Инвестиции в обучение приносят дивиденды в виде сокращения дефектов и повышения производительности..
Ключевые темы обучения для операторов прокатных станов включают:
- Понимание конструкции прокатного прохода и того, как происходит деформация
- Распознавание ранних признаков развития проблем с качеством
- Правильные процедуры замены валков и настройки зазора
- Работа печи и контроль температуры
- Регулировка системы охлаждения для разных размеров стержней
- Стандарты качества и процедуры тестирования
Заключительные рекомендации для операторов прокатных станов
Успешное устранение деформационных трещин при производстве арматуры требует систематического подхода к устранению всех потенциальных причин.. Вот наиболее важные действия, которые необходимо предпринять:
- Установить строгий входной контроль качества заготовок с проверкой химического анализа.
- Внедрить регулярный валковый контроль и обеспечить соблюдение ограничений максимального тоннажа.
- Калибруйте зазоры между валками перед каждой производственной кампанией с помощью инструментов измерения.
- Мониторинг и контроль температуры во всех критических точках процесса.
- Поддерживайте системы охлаждения для обеспечения равномерной и последовательной закалки.
- Научите операторов распознавать ранние признаки проблем с качеством
- Документируйте все настройки и параметры успешных производственных циклов.
- Исследуйте каждый дефект, чтобы выявить и устранить коренные причины.
Следуя этим рекомендациям и уделяя постоянное внимание контролю процесса,, Прокатные станы могут достичь уровня брака значительно ниже 1% и производить арматуру, соответствующую самым высоким стандартам качества для строительного применения по всему миру..
Помните, что улучшение качества — это непрерывный процесс.. Регулярный анализ производственных данных, постоянное обучение персонала, и инвестиции в современные технологии способствуют долгосрочному успеху в производстве арматуры.. Представленные здесь решения доказали свою эффективность на многих прокатных заводах и обеспечивают прочную основу для достижения совершенства в производстве арматуры..
