В условиях жесткой конкуренции в сталелитейной отрасли снижение издержек и повышение эффективности стали вопросом выживания и развития предприятий. На ключевых этапах производства, таких как холодная прокатка, правка и профилирование, расход рабочих валков представляет собой существенную статью затрат. Каждый досрочно снятый валок — это не только прямые потери от износа оборудования, но и частые простои на замену, а также потенциальные риски для качества продукции. Таким образом, научно обоснованное продление срока службы рабочих валков является ключевым путёмперехода от традиционного производства к интеллектуальному и достижения принципов бережливого производства.

В поисках корня проблемы: почему рабочие валки выходят из строя раньше времени?

Чтобы решить проблему, нужно сначала узнать «врага» в лицо. Преждевременный износ рабочих валков в основном обусловлен следующими факторами:

• Абразивный износ: Постоянное трение скольжения между поверхностью валка и стальной полосой приводит к постепенному уменьшению диаметра валка и потере точности его профиля.
• Усталостное отслаивание: Под воздействием циклических знакопеременных прокатных усилий на поверхности и в подповерхностном слое валка возникают микротрещины. Они постепенно растут и объединяются, что в итоге приводит к выкрашиванию мелких фрагментов или отслоению чешуек материала.
• Термическая усталость («терморастрескивание»): При высокоскоростной прокатке поверхность валка мгновенно нагревается от контакта с горячей полосой и резко охлаждается подаваемой эмульсией. Эти повторяющиеся тепловые удары вызывают образование мелкой сетки микротрещин на поверхности валка, которые становятся очагами для более глубокого отслаивания.
• Случайные повреждения: Задиры, вмятины от проскальзывания, разнотолщинной прокатки или схода полосы с линии, а также царапины от примесей в охлаждающей жидкости.
• Коррозия: В условиях повышенной влажности или при использовании определенных технологических жидкостей на поверхности валка может возникать точечная или равномерная коррозия, разрушающая его чистоту обработки.

Системный подход: формирование комплексной системы управления жизненным циклом рабочих валков

На основе указанных механизмов износа мы можем системно продлить срок службы рабочих валков, сосредоточившись на четырёх направлениях.

Направление 1: Точный подбор и первоначальная конфигурация — закладываем фундамент долговечности

• «Выбор материала под задачу»: Отказ от экстенсивной концепции «универсального валка». Научный подход к выбору материала валка в зависимости от прокатываемого продукта (углеродистая сталь, высокопрочная сталь, электротехническая сталь), усилия прокатки, скорости и других технологических особенностей. Например, для прокатки высокопрочной стали следует выбирать валки из более вязких сталей — высокохромистых или быстрорежущих; для продуктов с исключительно высокими требованиями к поверхности предпочтительны валки из порошковой быстрорежущей стали с более однородной микроструктурой.
• Оптимизация начальной шероховатости: Исходная шероховатость нового валка перед вводом в эксплуатацию не должна быть избыточной. В соответствии с требованиями к качеству поверхности целевого продукта (матовой, серебристой, зеркальной) необходимо создавать «оптимальную» шероховатость методами дробеструйной обработки или электроискрового насечения. Это обеспечит как надлежащий захват полосы и смазку в процессе прокатки, так и сохранит достаточный «запас на износ» на протяжении всего срока службы валка.

Направление 2:Оптимизация технологических процессов и режимов эксплуатации — предотвращение критических повреждений

• Интеллектуализация режимов прокатки: Использование больших данных и моделей искусственного интеллекта для оптимизации обжатий по проходам и настройки натяжения позволяет избежать локальных перегрузок и аномальных температурных всплесков, снижая усталостные и термические воздействия на.
• Стабильная и надежная технологическая смазка: Обеспечение стабильных параметров прокатной эмульсии (концентрации, температуры, чистоты и расхода). Качественная смазка формирует стабильную смазывающую пленку между валком и полосой, являясь первой линией обороны против износа и трения.
• Прецизионное и эффективное охлаждение очага деформации: Оптимизация схемы расположения и углов охлаждающих форсунок гарантирует равномерное охлаждение по всей ширине полосы, предотвращая резкое изменение «тепловой выпуклости» и локальных перегревов из-за недостаточного охлаждения отдельных зон. Это ключевой фактор подавления терморастрескивания.
• Предотвращение проскальзывания и вибраций: Совершенствование систем управления скоростью и натяжением для исключения проскальзывания в клети, поскольку мгновенное проскальзывание создает значительные силы среза, вызывающие «рвущие» повреждения поверхности валка. Параллельно необходимо контролировать и гасить вибрации оборудования, чтобы избежать ударного износа поверхности валков.

Направление 3: Научно обоснованное обслуживание и восстановление — возвращение «второй жизни»

• Создание персонального архиба для каждого валка: Формирование полного электронного досье на каждый рабочий валок, фиксирующего для каждой производственной кампании объем прокатанного материала, марки стали, величину съема при шлифовке и результаты контроля состояния поверхности.
• Шлифовка по принципу «точно по диагнозу»:

1. Определение минимального припуска: Применение минимального необходимъного припуска на шлифовку — при гарантированном удалении поверхностного слоя усталости (микротрещин) — для максимизации пробега валка за одну эксплуатационную кампанию.
2. Правильный выбор шлифовального круга: Подбор круга с соответствующей твердостью и зернистостью в зависимости от материала валка для обеспечения эффективности и качества шлифовки, исключая прижоги.

• Применение восстановительных технологий: Для незначительных поверхностных дефектов целесообразно использовать передовые технологии ремонта, такие как лазерное наплавление, что позволяет организовать рециклинг ресурсов и существенно снизить расходы на валки.

Направление 4: Использование трендов: Цифровизация и предиктивный анализ — скачок от «опыта» к «точности»

• Онлайн-мониторинг поверхности валков: Применение высокоточных систем контроля поверхности на выходе из клети позволяет в реальном времени отслеживать состояние рабочих валков. При обнаружении ранних признаков отслаивания или аномального износа система немедленно предупреждает оператора, давая возможность запланировать замену валка и предотвращая перенос дефектов на стальную полосу или катастрофический выход из строя.
• Прогнозирование срока службы на основе больших данных: Интеграция технологических данных (усилия прокатки, скорости, температуры, охлаждения) с данными о шлифовке и износе валков позволяет с помощью алгоритмов машинного обучения построить модель прогнозирования ресурса. Такая модель точно предсказывает оставшийся срок службы каждого валка, обеспечивая переход от планового обслуживания к техническому обслуживанию по фактическому состоянию и раскрывая потенциал каждого валка на 100%.
• Применение цифровых двойников: Создание «цифрового двойника» рабочего валка для моделирования в виртуальном пространстве эволюции напряжений, температур и износа в реальном процессе прокатки предоставляет научную основу для оптимизации стратегий прокатки и схем шлифовки.

Заключение: Внедряя принцип «снижения затрат» в саму суть валка

Продление срока службы рабочих валков — это не вопрос разовой меры. Оно требует от нас преодоления барьеров между оборудованием, технологиями, эксплуатацией и обслуживанием, создания научной системы, управляемой данными и сфокусированной на управлении полным жизненным циклом. Когда мы начинаем относиться к каждому рабочему валку как к индивидуальной «сущности» — внимательно беречь, точно использовать и интеллектуально управлять ею — мы экономим гораздо больше, чем стоимость нескольких валков. Мы обретаем более стабильное качество продукции, повышенный коэффициент использования оборудования и то самое ценное преимущество в этой напряженной конкурентной борьбе — прочную внутреннюю конкурентоспособность.