Máy cán cuộn: Hướng dẫn lựa chọn vật liệu cuộn và cuộn dự phòng, độ cứng và chế độ hỏng hóc

Trong máy cán, các cuộn đồng thời là bộ phận quan trọng nhất và được tiêu thụ nhiều nhất. Một cuộn thép trong máy hoàn thiện dải nóng có thể cuộn 3.000–8.000 tấn thép trước khi được kéo ra khỏi nhà máy để mài lại. Một cuộn dự phòng trong cùng một nhà máy có thể tồn tại từ 6–18 tháng trước khi cần phải nghiền lại. Nhưng khi một cuộn bị hỏng sớm - do bị nứt, nứt hoặc gãy - hậu quả sẽ vượt xa chi phí của bản thân cuộn: thời gian ngừng hoạt động của nhà máy ngoài kế hoạch, các khuyết tật trên bề mặt khiến khách hàng từ chối, hư hỏng các cuộn liền kề và các bộ phận của vỏ máy nghiền, và sự gián đoạn hậu cần do thay đổi cuộn đột xuất. Ở các nhà máy cán nóng công suất cao, một lần thay cuộn không theo kế hoạch có thể gây tổn thất sản xuất từ ​​50.000–200.000 USD.

Nguyên nhân sâu xa của phần lớn các cuộn giấy bị hỏng sớm không phải do lỗi sản xuất. Đó là sự không phù hợp giữa vật liệu cuộn và điều kiện sử dụng thực tế của chân đế - độ cứng không chính xác đối với tải nhiệt và cơ học, độ bền không đủ để chịu tải tác động của đường chuyền hoặc loại vật liệu không thể tồn tại trong chu trình nhiệt của nước làm mát và tiếp xúc với dải nóng. Hướng dẫn này cung cấp khung kỹ thuật có hệ thống để chọn vật liệu cuộn chính xác cho từng vị trí giá đỡ, hiểu các thông số độ cứng chi phối khả năng chống mài mòn và gãy xương cũng như chẩn đoán các dạng lỗi cho thấy vật liệu hoặc quy trình không khớp.

Phần 1: Yêu cầu chức năng của máy cán cuộn

Trước khi chọn vật liệu cuộn, điều cần thiết là phải hiểu cuộn thực sự cần phải làm gì - và tại sao không có vật liệu đơn lẻ nào có thể đáp ứng đồng thời tất cả các yêu cầu.

1.1 Năm yêu cầu cạnh tranh

Một cuộn phôi của máy cán phải đồng thời:

1. Chịu được áp lực tiếp xúc cao - ứng suất tiếp xúc giữa cuộn làm việc và dải trong các giá hoàn thiện dải nóng thường vượt quá 800–1.200 MPa; trong các nhà máy dải nguội nó có thể đạt tới 1.500–2.500 MPa. Vật liệu cuộn phải có đủ cường độ nén và độ cứng để chống lại biến dạng dẻo của bề mặt cuộn dưới những áp suất này.

2. Chống sốc nhiệt theo chu kỳ - khi cán nóng, bề mặt cuộn được làm nóng đến 400–700°C khi tiếp xúc với dải nóng, sau đó được làm nguội ngay lập tức bằng nước làm mát. Chu kỳ nhiệt này tạo ra ứng suất nhiệt theo chu kỳ ở bề mặt cuộn, gây ra các vết nứt do mỏi nhiệt (vết nứt do cháy) nếu vật liệu không đủ khả năng chống nứt nhiệt.

3. Duy trì độ cứng và độ nhám bề mặt trong suốt chiến dịch - bề mặt cuộn phải duy trì độ cứng và độ nhám bề mặt ổn định qua hàng trăm đến hàng nghìn tấn được cán trong mỗi chiến dịch. Sự mài mòn nhanh chóng làm thay đổi biên dạng cuộn, ảnh hưởng đến độ phẳng của dải và độ chính xác về kích thước.

4. Tránh các khuyết tật bề mặt - kiểm tra nhiệt, nứt vỡ, nứt do cháy và vết dải trên bề mặt cuộn truyền trực tiếp sang bề mặt dải, gây ra lỗi về chất lượng sản phẩm và bị khách hàng từ chối.

5. Cung cấp đủ giới hạn an toàn khi gãy - cuộn không được bị gãy nghiêm trọng dưới tải trọng uốn và xoắn của quá trình cán. Cuộn bị gãy trong máy cán dải nóng là một sự kiện thảm khốc có thể làm hỏng vỏ máy, các cuộn liền kề và thanh dẫn dải.

1.2 Sự đánh đổi cơ bản: Độ cứng và Độ dẻo dai

Thách thức chính trong việc lựa chọn vật liệu cuộn là độ cứng (khả năng chống mài mòn) và độ bền (khả năng chống gãy xương) có mối quan hệ nghịch đảo ở hầu hết các vật liệu. Tăng hàm lượng carbon và hợp kim để tăng độ cứng sẽ làm giảm độ bền gãy. Điều này có nghĩa là:

• Giá đỡ gia công thô - mức giảm lớn, tải trọng va đập cao, sốc nhiệt nghiêm trọng → ưu tiên độ bền hơn độ cứng → sử dụng vật liệu có độ cứng thấp hơn, cứng hơn

• Giá đỡ hoàn thiện - mức giảm nhỏ hơn, tải trọng tác động thấp hơn nhưng yêu cầu chất lượng bề mặt cao → ưu tiên độ cứng và khả năng chống mài mòn → sử dụng vật liệu có độ cứng cao hơn

• Cuộn gia công máy cán nguội - không sốc nhiệt, nhưng áp lực tiếp xúc cực cao → ưu tiên độ cứng và độ bền mỏi rất cao → sử dụng thép hợp kim rèn có độ cứng sâu

Sự thay đổi yêu cầu dành riêng cho từng giá đỡ này là lý do tại sao máy cán sử dụng các vật liệu cuộn khác nhau ở các giá đỡ khác nhau - không có vật liệu cuộn chung nào phục vụ tối ưu cho tất cả các vị trí.

Phần 2: Phương pháp sản xuất cuộn - Rèn so với đúc

2.1 Cuộn rèn

Các cuộn rèn được sản xuất bằng cách rèn khuôn mở phôi thép, sau đó là xử lý nhiệt (làm nguội và ủ, hoặc làm cứng khác biệt). Quá trình rèn:

• Tinh chỉnh cấu trúc hạt - phá vỡ cấu trúc phôi đúc thô, tạo ra hạt mịn, đồng đều

• Loại bỏ độ xốp bên trong - rèn đóng các lỗ rỗng co ngót và lỗ khí vốn có trong phôi đúc

• Cung cấp cường độ định hướng - dòng hạt đi theo hình dạng cuộn, tối đa hóa cường độ theo hướng trục (quan trọng đối với khả năng chống uốn)

• Cho phép làm cứng sâu, đồng đều - các cuộn rèn có thể được làm cứng xuyên suốt hoặc làm cứng khác nhau (bề mặt cứng, lõi cứng) với độ đồng đều tuyệt vời

Cuộn rèn là tiêu chuẩn cho:

• Cuộn dự phòng (tất cả các loại máy nghiền) - tải trọng uốn cực lớn đòi hỏi độ bền khi gãy mà chỉ rèn mới có thể cung cấp

• Các cuộn phôi gia công thô trên máy cán dải nóng - tải trọng va đập cao đòi hỏi độ bền rèn

• Cuộn làm việc của máy cán nguội - áp lực tiếp xúc cực cao đòi hỏi cấu trúc thép rèn sạch sẽ, không có khuyết tật

• Cuộn làm việc của máy nghiền tấm tải trọng cao

Vật liệu cuộn rèn điển hình:

2.2 Bánh đúc

Cuộn đúc được sản xuất bằng cách đổ kim loại nóng chảy vào khuôn. Quá trình đúc cho phép linh hoạt hơn về thành phần và hình học so với rèn và thường có chi phí thấp hơn đối với các cuộn có đường kính lớn. Cuộn đúc được sản xuất bởi:

• Đúc cát - cho các hình dạng lớn, phức tạp; độ chính xác chiều thấp hơn

• Đúc ly tâm - tiêu chuẩn cho cuộn đúc chất lượng cao; lực ly tâm trong quá trình đúc đẩy các cacbua dày đặc đến lớp ngoài (vỏ) trong khi lõi bên trong đông cứng lại với cấu trúc cacbua thấp hơn, cứng hơn. Điều này tạo ra một cấu trúc hỗn hợp tự nhiên - lớp vỏ cứng chống mài mòn bên trên lõi cứng.

Các loại cuộn đúc và ứng dụng:

2.3 Rèn và đúc — Khi nào nên chọn cái nào

Phần 3: Lựa chọn vật liệu cụ thể

3.1 Máy cán dải nóng (HSM) — Lựa chọn cuộn gia công theo giá đỡ

Máy cán dải nóng là môi trường đòi hỏi khắt khe nhất đối với các cuộn gia công, kết hợp nhiệt độ tiếp xúc cao (nhiệt độ đầu vào dải 1.050–1.150°C khi gia công thô, 850–950°C khi ra kết thúc), lực lăn cao và làm mát bằng nước tích cực.

Giá đỡ gia công thô (R1–R2):

• Nhiệt độ dải: 1.050–1.150°C

• Lực lăn: Rất cao (lên tới 40–60 MN)

• Tải trọng tác động: Nghiêm trọng (quy mô, đầu vụ, sỏi)

• Ưu tiên: Khả năng chống gãy xương và chống nứt nhiệt so với khả năng chống mài mòn

• Vật liệu khuyên dùng: Thép Cr2 hoặc Cr3 rèn, hoặc thép đúc cường độ cao

• Độ cứng: HS 40–55 (350–480 HB)

• Lý do: Tải trọng tác động cực lớn từ vảy và đầu cắt ở vị trí gia công thô khiến cho khả năng chống gãy trở thành yêu cầu quan trọng nhất. Cuộn cứng hơn có khả năng chống mài mòn tốt hơn nhưng độ bền thấp hơn sẽ bị gãy trong những điều kiện này.

Bệ hoàn thiện F1–F3 (Hoàn thiện đầu vào):

• Nhiệt độ dải: 950–1.050°C lúc vào

• Lực lăn: Cao (20–40 MN)

• Tải tác động: Trung bình

• Ưu tiên: Cân bằng giữa khả năng chống mài mòn và khả năng chống nứt nhiệt

• Vật liệu khuyên dùng: Gang có hàm lượng crom cao (ly tâm) hoặc rèn bán HSS

• Độ cứng: HS 65–75 (540–620 HB)

• Cơ sở lý luận: Các quầy hoàn thiện lối vào nhận thấy tải nhiệt cao từ dải nóng nhưng tác động thấp hơn so với khâu gia công thô. Gang có hàm lượng crom cao cung cấp khả năng chống mài mòn cần thiết cho tuổi thọ chiến dịch có thể chấp nhận được trong khi vẫn duy trì đủ khả năng chống nứt nhiệt.

Bệ hoàn thiện F4–F7 (Hoàn thiện lối ra):

• Nhiệt độ dải: 850–950°C

• Lực lăn: Vừa phải (10–20 MN)

• Tải tác động: Thấp

• Ưu tiên: Khả năng chống mài mòn và chất lượng bề mặt tối đa

• Vật liệu khuyên dùng: Thép tốc độ cao (HSS) - đúc hoặc rèn

• Độ cứng: HS 75–90 (620–720 HB)

• Cơ sở lý luận: Các bệ hoàn thiện đầu ra xác định chất lượng bề mặt dải cuối cùng và độ chính xác về kích thước. Cuộn HSS mang lại tuổi thọ chiến dịch dài hơn 3–5× so với cuộn có hàm lượng crom cao ở các giá đỡ này, giảm tần suất thay đổi cuộn và cải thiện độ đồng nhất của bề mặt dải. Tải trọng tác động thấp hơn ở lối ra làm cho độ bền thấp hơn của HSS có thể chấp nhận được.

3.2 Máy cán nóng — Lựa chọn cuộn dự phòng

Các cuộn dự phòng trong máy nghiền dải nóng không tiếp xúc với dải - chúng hỗ trợ các cuộn làm việc và truyền lực lăn qua vỏ máy nghiền. Yêu cầu của họ về cơ bản khác với cuộn công việc:

• Yêu cầu chính: Khả năng chống mỏi khi uốn - cuộn dự phòng là một dầm lớn được tải bởi lực lăn và phải chống uốn theo chu kỳ mà không bị nứt do mỏi

• Yêu cầu phụ: Khả năng chống mỏi tiếp xúc ở giao diện cuộn công việc/cuộn dự phòng - ứng suất tiếp xúc giữa cuộn công việc và cuộn dự phòng có thể đạt tới 600–900 MPa

• Độ cứng: HS 55–70 (460–580 HB) — thấp hơn cuộn gia công, được tối ưu hóa cho độ dẻo dai

• Chất liệu: Thép rèn Cr-Ni-Mo hoặc Cr5 - độ bền gãy vượt trội của thép rèn là điều cần thiết cho các cuộn dự phòng

Kích thước cuộn dự phòng thường là:

• Đường kính thùng: 1.200–1.800mm (máy nghiền dải nóng)

• Chiều dài nòng: 1.800–2.200mm

• Tổng trọng lượng cuộn: 60–150 tấn

Ở quy mô này, chất lượng rèn - đặc biệt là không có khuyết tật bên trong và tính đồng nhất của độ cứng từ bề mặt đến lõi - là rất quan trọng. Cuộn dự phòng được kiểm tra siêu âm 100% sau khi rèn và xử lý nhiệt.

3.3 Máy cán nguội — Lựa chọn cuộn gia công

Cán nguội đặt ra các yêu cầu cơ bản khác nhau đối với cuộn phôi so với cán nóng:

• Không bị sốc nhiệt - dải đi vào nhiệt độ phòng

• Áp lực tiếp xúc cực cao - 1.500–2.500 MPa khi hoàn thiện dải nguội

• Yêu cầu chất lượng bề mặt rất cao - chất lượng bề mặt dải cán nguội được xác định trực tiếp bởi tình trạng bề mặt cuộn

• Tốc độ cán cao - lên tới 25 m/s trong các nhà máy cán nguội song song

Yêu cầu về cuộn cán nguội:

• Độ cứng rất cao: 60–66 HRC (thép hợp kim cao rèn) - cần thiết để chống biến dạng dẻo dưới áp lực tiếp xúc cực cao

• Bề mặt hoàn thiện tuyệt vời: Ra < 0,1 μm sau khi mài - lớp hoàn thiện bề mặt cuộn chuyển trực tiếp sang dải

• Độ bền mỏi cao: Cuộn phải chống mỏi tiếp xúc (rỗ) dưới hàng triệu chu kỳ tải mỗi chiến dịch

• Độ phẳng đàn hồi thấp: Mô đun đàn hồi cao duy trì hình dạng cuộn dưới tải

Vật liệu được đề xuất: Thép hợp kim cao rèn (2% C, 12% Cr, Mo, V) - loại này cung cấp sự kết hợp của độ cứng rất cao, độ bền mỏi tốt và đủ độ bền cho dịch vụ nghiền nguội.

Yêu cầu cuộn dự phòng của máy nghiền nguội:

• Độ cứng: 60–75 HSC (300–420 HB) - thấp hơn so với cuộn làm việc, được tối ưu hóa để chống mỏi khi uốn

• Chất liệu: Thép Cr-Ni-Mo rèn có độ cứng sâu, đồng đều

• Yêu cầu quan trọng: Độ cứng phải đồng đều từ bề mặt đến độ sâu ít nhất 100–150mm, đảm bảo cuộn dự phòng duy trì khả năng chịu lực sau nhiều chu kỳ mài lại.

3.4 Lựa chọn cuộn dây và thanh cuộn

Máy nghiền thanh và thanh dây đưa ra một thách thức khác: các cuộn nhỏ hơn (đường kính thường là 200–600mm), quay ở tốc độ rất cao (lên đến 100 m/s trong khối hoàn thiện) và phải duy trì hình dạng rãnh chính xác trong suốt chiến dịch.

Gia công thô và trung gian:

• Tải trọng tác động cao từ việc nhập phôi và quy mô

• Khuyến nghị: Thép đúc hoặc gang dẻo (sắt SG)

• Độ cứng: HS 35–55 (300–480 HB)

Giá đỡ hoàn thiện:

• Yêu cầu hình học rãnh chính xác, tốc độ cao

• Khuyến nghị: Vòng cuộn bằng gang đúc hoặc cacbua vonfram có hàm lượng crom cao

• Độ cứng: HS 65–80 đối với hàm lượng crom cao; 1.400–1.600 HV đối với cacbua vonfram

Vòng cuộn cacbua vonfram là sự lựa chọn cao cấp cho các khối hoàn thiện thanh dây tốc độ cao:

• Khả năng chống mài mòn cao hơn 10–20 × so với gang có hàm lượng crom cao

• Mô đun đàn hồi cao hơn thép gấp 3 lần - độ phẳng đàn hồi tối thiểu duy trì hình dạng rãnh

• Hạn chế: Độ dẻo dai khi gãy rất thấp - phải được sử dụng trong ống bọc thép (cuộn composite) và không thể chịu được sỏi hoặc tải trọng va đập nghiêm trọng

Phần 4: Đo độ cứng và chuyển đổi cho cuộn cán

4.1 Cân độ cứng dùng trong quy cách cuộn

Cuộn cán sử dụng nhiều thang đo độ cứng tùy thuộc vào loại cuộn và mức độ cứng:

Chuyển đổi gần đúng (chỉ để tham khảo - giá trị chính xác tùy thuộc vào vật liệu):

4.2 Độ cứng Độ dốc - Thông số quan trọng

Đối với các cuộn có độ cứng khác nhau (bề mặt cứng, lõi cứng), gradient độ cứng từ bề mặt đến lõi cũng quan trọng như độ cứng bề mặt. Độ cứng gradient xác định:

• Độ sâu được làm cứng hiệu quả - cuộn có thể trải qua bao nhiêu chu kỳ mài lại trước khi lớp cứng được tiêu thụ

• Phân bố ứng suất dưới bề mặt - sự chuyển đổi từ bề mặt cứng sang lõi mềm tạo ra vùng tập trung ứng suất nơi các vết nứt mỏi dưới bề mặt có thể bắt đầu

• Nguy cơ nứt vỡ - nếu lớp cứng quá mỏng hoặc độ cứng giảm quá đột ngột, nồng độ ứng suất dưới bề mặt sẽ thúc đẩy sự nứt vỡ

Yêu cầu về độ cứng điển hình của gradient:

Phần 5: Tính toán ứng suất tiếp xúc và độ bền cuộn

5.1 Ứng suất tiếp xúc Hertzian tại bề mặt cuộn/dải

Sự tiếp xúc giữa một cuộn hình trụ và bề mặt dải phẳng là bài toán tiếp xúc đường Hertzian. Áp suất tiếp xúc tối đa (ứng suất Hertzian cực đại) là:

Ở đâu:

= lực lăn (N)

= chiều dài thùng tiếp xúc (m)

= mô đun đàn hồi giảm:

(đối với thép-thép:

)

= bán kính giảm:

(đối với cuộn trên dải phẳng:

)

Ví dụ: Con lăn đường kính 700mm, nòng 1.600mm, lực lăn 20 MN:

Áp suất tiếp xúc này phải thấp hơn giới hạn mỏi tiếp xúc của vật liệu (

) để tránh bị rỗ và nứt vỡ. Đối với cuộn HSS,

; đối với gang có hàm lượng crom cao,

.

5.2 Ứng suất uốn cuộn

Con lăn dự phòng (và ở mức độ thấp hơn là con lăn làm việc) hoạt động như một chùm được tải bởi lực lăn phân bố dọc theo chiều dài thùng và được đỡ tại các ổ trục cổ cuộn. Ứng suất uốn tối đa ở bề mặt thùng cuộn là:

Ở đâu

là mômen uốn lớn nhất (N·mm) và

là đường kính thùng (mm).

Đối với cuộn dự phòng có lực lăn

áp dụng tại trung tâm thùng và được hỗ trợ tại trung tâm cổ (khoảng

):

Ứng suất uốn phải nằm dưới giới hạn độ bền của vật liệu - thường là 250–400 MPa đối với thép cuộn dự phòng Cr-Ni-Mo được rèn. Hệ số an toàn từ 4–5 so với giới hạn độ bền là thông lệ tiêu chuẩn cho thiết kế cuộn dự phòng.

Phần 6: Phân tích chế độ hư hỏng cuộn

Hiểu chế độ lỗi là điều cần thiết để xác định nguyên nhân gốc rễ và chọn hành động khắc phục chính xác. Hình thức trực quan giống nhau có thể có những nguyên nhân gốc rễ khác nhau.

6.1 Nứt vỡ

Hình thức: Các mảnh lớn của bề mặt cuộn bị vỡ ra, thường có dạng hình tròn hoặc hình elip. Độ sâu vỡ thường là 5–30 mm.

Cơ chế: Bắt đầu vết nứt mỏi dưới bề mặt ở độ sâu ứng suất cắt tối đa (thường là 2–10mm bên dưới bề mặt đối với tiếp xúc Hertzian), sau đó là vết nứt lan truyền song song với bề mặt, cuối cùng kết nối với bề mặt và giải phóng một mảnh vỡ.

Nguyên nhân gốc rễ:

• Quá tải: Lực lăn vượt quá giới hạn mỏi tiếp xúc của cuộn - nguyên nhân phổ biến nhất

• Sốc nhiệt: Làm mát đột ngột (nước làm mát trên cuộn nóng hoặc dải đá cuội gây quá nhiệt cục bộ) tạo ra ứng suất nhiệt kéo gây ra các vết nứt dưới bề mặt

• Các khuyết tật dưới bề mặt đã tồn tại từ trước: Các tạp chất, dải phân cách hoặc mảnh hydro trong vật liệu cuộn đóng vai trò là vị trí bắt đầu vết nứt

• Độ sâu cứng không đủ: Nếu lớp cứng bị tiêu hao khi mài lại, vật liệu dưới bề mặt mềm hơn không thể chịu được ứng suất tiếp xúc

Hành động khắc phục:

• Xác minh lực lăn không vượt quá giới hạn mỏi tiếp xúc định mức của cuộn

• Kiểm tra độ sạch của vật liệu cuộn (kiểm tra UT các cuộn mới)

• Xác minh độ sâu cứng là đủ cho đường kính cuộn còn lại

• Xem lại lưu lượng và phân phối nước làm mát

6.2 Nứt do cháy (Nứt do mỏi nhiệt)

Hình thức: Mạng lưới các vết nứt bề mặt mịn (kiểm tra nhiệt) có dạng lục giác, thường sâu 0,5–3mm. Trong trường hợp nghiêm trọng, vết nứt lan rộng hơn và có thể dẫn đến nứt vỡ.

Cơ chế: Ứng suất nhiệt theo chu kỳ từ quá trình gia nhiệt lặp đi lặp lại (tiếp xúc với dải nóng) và làm nguội (nước làm mát) tạo ra ứng suất kéo theo chu kỳ ở bề mặt cuộn trong giai đoạn làm mát. Những ứng suất này vượt quá giới hạn mỏi nhiệt của vật liệu, gây ra các vết nứt bề mặt.

Nguyên nhân gốc rễ:

• Lưu lượng nước làm mát không đủ: Việc làm mát không đủ khiến nhiệt độ bề mặt cuộn tăng quá mức

• Vấn đề phân phối nước làm mát: Làm mát không đồng đều tạo ra sự chênh lệch nhiệt dọc theo thùng

• Vật liệu có khả năng chống nứt nhiệt thấp: Vật liệu có độ cứng cao (HSS, crom cao) có khả năng chống nứt nhiệt thấp hơn vật liệu cứng hơn

• Độ dài chiến dịch quá dài: Các vết nứt do cháy được tích lũy - một cuộn không được mài lại đủ thường xuyên sẽ tích tụ các vết nứt do cháy sâu

Hành động khắc phục:

• Xác minh tốc độ dòng nước làm mát và phân phối trên thùng

• Giảm thời lượng chiến dịch (nghiền lại thường xuyên hơn) đối với các giá đỡ có tải nhiệt cao

• Cân nhắc chuyển sang vật liệu có khả năng chống nứt nhiệt tốt hơn (ví dụ: từ HSS đúc sang Semi-HSS rèn) nếu vết nứt cháy vẫn tiếp diễn

6.3 Dấu dải / rãnh

Hình thức: Các dải hoặc rãnh chu vi trên bề mặt cuộn, thường ở các khoảng đều đặn tương ứng với vị trí cạnh dải hoặc chiều rộng dải cụ thể.

Cơ chế: Các mép dải tạo ra sự tập trung ứng suất tại vùng tiếp xúc với mép. Qua nhiều chu kỳ lăn, sự tiếp xúc lặp đi lặp lại ở vị trí mép dải gây ra hiện tượng mài mòn hoặc hư hỏng do mỏi, tạo ra dải hoặc rãnh có thể nhìn thấy được.

Nguyên nhân gốc rễ:

• Cán cùng một chiều rộng dải nhiều lần - mép dải luôn tiếp xúc với cùng một vị trí trên thùng cuộn

• Vương miện cuộn không đủ - biên dạng cuộn phẳng tập trung ứng suất ở các cạnh dải

• Các khuyết tật ở cạnh dải - các vệt hoặc các cạnh bị lật trên dải tạo ra sự tập trung ứng suất cục bộ

Hành động khắc phục:

• Thay đổi chiều rộng dải trong lịch trình cán để phân phối tiếp xúc cạnh trên thùng

• Xác minh cấu hình vương miện cuộn là chính xác cho lịch trình lăn

• Kiểm tra dải đầu vào xem có khuyết tật ở cạnh không

6.4 Gãy cuộn

Hình thức bên ngoài: Vết nứt hoàn toàn của cuộn, thường ở bán kính chuyển tiếp thùng/cổ hoặc ở tâm thùng.

Cơ chế: Ứng suất gãy vượt quá độ bền gãy của vật liệu (

) tại mức tập trung vết nứt hoặc ứng suất có sẵn. Gãy cuộn thường là hiện tượng gãy xương nhanh - nó xảy ra đột ngột mà không báo trước.

Nguyên nhân gốc rễ:

• Cobble (dải kẹt): Một dải sỏi quấn quanh cuộn làm việc, tạo ra tải trọng uốn và xoắn cực lớn vượt quá độ bền gãy của cuộn

• Gãy do sốc nhiệt: Việc làm nguội đột ngột một cuộn giấy rất nóng (ví dụ, dùng nước làm mát khẩn cấp trên một cuộn giấy đã mất khả năng làm mát) tạo ra ứng suất nhiệt cực độ

• Các vết nứt sâu đã tồn tại từ trước: Các vết nứt do cháy hoặc hư hỏng do va đập không được loại bỏ bằng cách mài lại và lan truyền đến vết nứt

• Khiếm khuyết vật liệu: Khiếm khuyết bên trong (vảy hydro, sự phân tách) làm giảm độ bền gãy hiệu quả dưới giá trị thiết kế

Hành động khắc phục:

• Cải thiện hệ thống phát hiện sỏi và bảo vệ nhà máy

• Đảm bảo tất cả các vết nứt do cháy và hư hỏng bề mặt được loại bỏ hoàn toàn trong quá trình mài lại (xác minh bằng kiểm tra hạt từ tính)

• Chỉ định kiểm tra UT 100% các cuộn mới để phát hiện các khuyết tật bên trong

6.5 Mặc quá mức

Hình thức: Giảm nhanh đường kính cuộn, mất biên dạng cuộn (vỏ), suy giảm độ nhám bề mặt.

Cơ chế: Sự mài mòn từ bề mặt dải (cặn, oxit, tạp chất cứng) loại bỏ vật liệu khỏi bề mặt cuộn nhanh hơn tốc độ mài mòn thiết kế.

Nguyên nhân gốc rễ:

• Vật liệu cuộn quá mềm cho ứng dụng - không đủ độ cứng cho các điều kiện tiếp xúc

• Tích tụ cặn - tẩy cặn không đủ cho phép cặn cứng tích tụ giữa cuộn và dải, làm tăng đáng kể độ mài mòn

• Vật liệu cuộn không chính xác cho chân đế — sử dụng vật liệu cứng hơn nhưng mềm hơn trong chân đế hoàn thiện trong đó khả năng chống mài mòn là ưu tiên hàng đầu

Hành động khắc phục:

• Nâng cấp lên vật liệu cuộn cứng hơn (ví dụ: từ gang có hàm lượng crom cao đến HSS để làm giá đỡ hoàn thiện)

• Xác minh hiệu suất của bộ khử cặn - kiểm tra áp suất nước và tình trạng vòi phun

• Xem lại thời lượng chiến dịch và lịch trình nghiền lại

Phần 7: Quản lý xưởng cuộn và mài lại

7.1 Yêu cầu mài lại

Sau mỗi chiến dịch, các cuộn phôi được mài lại để loại bỏ hư hỏng bề mặt (vết nứt do cháy, mòn, vết dải) và khôi phục lại hình dạng chính xác. Độ sâu mài lại phải đủ để:

• Loại bỏ tất cả các vết nứt do cháy (thường sâu 0,5–2mm) — được xác minh bằng kiểm tra hạt từ tính (MPI) sau khi mài

• Loại bỏ tất cả các hư hỏng do va đập - được xác minh bằng trực quan và bởi MPI

• Khôi phục cấu hình thùng chính xác (đường cong vương miện, côn hoặc CVC) - được xác minh bằng phép đo biên dạng cuộn

Độ sâu mài lại tối thiểu: Thông thường là 0,5–1,5 mm mỗi mặt (đường kính 1–3 mm) đối với các cuộn gia công được cán nóng; 0,1–0,3mm mỗi bên đối với cuộn cán nguội.

Tổng số lần mài lại tối đa: Cuộn có thể được nghiền lại cho đến khi đường kính thùng đạt đến đường kính tối thiểu có thể chấp nhận được (thường là 90–95% đường kính cuộn mới). Tại thời điểm này, lớp cứng có thể bị tiêu hao hoặc khớp nối vòng bi cổ cuộn có thể trở nên quá nhỏ.

7.2 Quy trình kiểm tra cuộn

7.3 Bảo quản và xử lý cuộn

Việc bảo quản và xử lý các cuộn không đúng cách là nguyên nhân quan trọng dẫn đến hư hỏng sớm:

• Định hướng bảo quản: Các cuộn lớn (cuộn dự phòng, cuộn làm việc nặng) phải được lưu trữ theo chiều ngang trên các giá đỡ khối chữ V - không bao giờ được lưu trữ theo chiều dọc, điều này có thể gây cong dưới trọng lượng của chính chúng

• Nhiệt độ: Các cuộn không được chịu sự thay đổi nhiệt độ nhanh trong quá trình bảo quản - sốc nhiệt có thể gây ra các vết nứt ở các cuộn có độ cứng cao

• Xử lý: Cổ cuộn phải được bảo vệ trong quá trình xử lý - hư hỏng trên bề mặt cổ cuộn gây ra sự tập trung ứng suất có thể gây ra các vết nứt do mỏi

• Bôi trơn: Nhật ký cổ cuộn phải được bôi dầu nhẹ trong quá trình bảo quản để tránh rỗ ăn mòn, hoạt động như một vị trí bắt đầu vết nứt do mỏi

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Sự khác biệt giữa cuộn công việc và cuộn dự phòng là gì?

Cuộn làm việc là các cuộn tiếp xúc trực tiếp với dải được cuộn. Họ xác định độ dày dải, chiều rộng, chất lượng bề mặt và độ phẳng. Các cuộn dự phòng hỗ trợ các cuộn phôi từ phía sau, ngăn không cho các cuộn phôi bị lệch dưới lực lăn. Trong máy nghiền 4-Hi, có 2 cuộn làm việc (trên và dưới) và 2 cuộn dự phòng (trên và dưới). Các cuộn phôi nhỏ hơn (thường có đường kính 500–800 mm trong các máy cán dải nóng), cứng hơn và được thay thế thường xuyên hơn. Cuộn dự phòng lớn hơn nhiều (đường kính 1.200–1.800mm), cứng hơn và bền hơn nhiều.

Câu hỏi 2: Tại sao các cuộn HSS (thép tốc độ cao) được sử dụng trong bệ hoàn thiện mà không phải là bệ gia công thô?

Cuộn HSS có độ cứng rất cao (HS 75–90) và khả năng chống mài mòn tuyệt vời, mang lại tuổi thọ chiến dịch dài hơn 3–5 lần so với các cuộn có hàm lượng crom cao ở giá hoàn thiện. Tuy nhiên, HSS có độ bền đứt gãy thấp — nó không thể chịu được tải trọng tác động nghiêm trọng từ cặn, đầu cắt và sỏi xảy ra ở các bệ gia công thô. Giá đỡ gia công thô yêu cầu vật liệu cứng hơn, có độ cứng thấp hơn (thép Cr2/Cr3 rèn) có thể hấp thụ năng lượng va chạm mà không bị gãy. Các giá đỡ hoàn thiện có tải trọng tác động thấp hơn, khiến cho độ bền thấp của HSS có thể chấp nhận được để đổi lấy khả năng chống mài mòn vượt trội.

Câu 3: Nguyên nhân gây ra hiện tượng vỡ cuộn và cách ngăn chặn nó?

Sự nứt vỡ xảy ra do sự hình thành vết nứt mỏi dưới bề mặt ở độ sâu ứng suất cắt tối đa (2–10mm bên dưới bề mặt), sau đó là sự lan truyền vết nứt và vỡ ra trên bề mặt. Nguyên nhân cơ bản là: lực lăn vượt quá giới hạn mỏi tiếp xúc của con lăn; các khuyết tật dưới bề mặt đã tồn tại từ trước (tạp chất, vảy hydro); độ sâu cứng không đủ; và sốc nhiệt. Phòng ngừa: chỉ định kiểm tra UT 100% cuộn mới; xác minh lực lăn không vượt quá giới hạn mỏi tiếp xúc định mức của cuộn; duy trì độ sâu cứng thích hợp bằng cách theo dõi lịch sử mài lại; đảm bảo phân phối nước làm mát đồng đều.

Câu hỏi 4: Làm cách nào để chỉ định độ cứng chính xác cho cuộn phôi thay thế?

Thông số độ cứng phụ thuộc vào vị trí chân đế và loại máy nghiền. Đối với giá hoàn thiện dải nóng F4–F7, hãy chỉ định HS 75–90 (cấp HSS). Đối với các giá hoàn thiện dải nóng F1–F3, hãy chỉ định HS 65–75 (gang có hàm lượng crom cao hoặc Semi-HSS). Đối với giá gia công thô dải nóng, chỉ định HS 40–55 (Cr2/Cr3 rèn). Đối với các cuộn cán nguội, chỉ định 62–66 HRC (thép hợp kim cao rèn). Luôn chỉ định cả độ cứng bề mặt và độ cứng tối thiểu ở độ sâu 30 mm - chỉ độ cứng bề mặt không đảm bảo đủ tuổi thọ chiến dịch nếu lớp cứng nông.

Câu hỏi 5: Độ sâu mài lại chính xác cho cuộn gia công dải nóng là bao nhiêu?

Độ sâu mài lại tối thiểu phải đủ để loại bỏ tất cả các vết nứt do cháy - thường là 0,5–2mm mỗi mặt (đường kính 1–4mm) đối với các cuộn gia công dải nóng. Sau khi mài, kiểm tra việc loại bỏ hoàn toàn vết nứt bằng kiểm tra hạt từ tính (MPI). Nếu MPI còn sót lại vết nứt thì tiếp tục mài cho đến khi bề mặt sạch. Không đưa cuộn giấy trở lại sử dụng khi có vết nứt còn sót lại - chúng sẽ lan rộng trong chiến dịch tiếp theo và gây ra hiện tượng nứt vỡ hoặc gãy.

Câu hỏi 6: Các cuộn rèn có thể được sửa chữa sau khi bị hư hỏng do va đập không?

Những hư hỏng bề mặt nhỏ (vỡ nông, vết sọc) có thể được loại bỏ bằng cách mài lại nếu vẫn còn đủ đường kính. Không thể sửa chữa được các vết nứt sâu (> 10–15mm) đã làm tiêu hao lớp cứng - cuộn phải được loại bỏ hoặc thùng được làm cứng lại (nếu thiết kế cuộn cho phép). Vết nứt cuộn không thể sửa chữa được. Đối với các cuộn dự phòng bị nứt sâu ở bề mặt thùng, một số nhà sản xuất cung cấp dịch vụ sửa chữa ống bọc cuộn - ép một ống bọc cứng mới lên trên thùng hiện có - nhưng điều này chỉ khả thi đối với các thiết kế cuộn cụ thể.

Máy móc Yile: Máy cán cuộn được rèn và đúc

Yile Machinery sản xuất các cuộn máy cán rèn và đúc tùy chỉnh cho máy cán nóng, cán nguội, máy nghiền tấm, máy nghiền thanh và máy nghiền từng đoạn. Khả năng sản xuất tích hợp của chúng tôi - từ rèn và đúc cho đến xử lý nhiệt, mài CNC và kiểm tra - đảm bảo rằng mọi cuộn đều đáp ứng các yêu cầu về độ cứng, biên dạng và chất lượng bên trong của ứng dụng cụ thể của bạn.

Khả năng sản xuất cuộn của chúng tôi:

• Cuộn rèn: Rèn khuôn mở cho cuộn gia công và cuộn dự phòng có đường kính lên tới 1.500mm; vật liệu bao gồm Cr2, Cr3, Cr5, Cr-Ni-Mo, Semi-HSS và hợp kim tùy chỉnh

• Cuộn đúc: Đúc ly tâm cho cuộn gang có hàm lượng crom cao và gang dẻo; đúc cát cho lõi cuộn dự phòng lớn

• Xử lý nhiệt: Làm cứng vi sai (bề mặt cứng, lõi cứng) với khả năng kiểm soát độ cứng chính xác; làm cứng cảm ứng cho cuộn công việc

• Mài: Mài cuộn CNC với dung sai biên dạng ± 0,01mm; bề mặt hoàn thiện Ra < 0,4 μm đối với cuộn cán nóng, Ra < 0,1 μm đối với cuộn cán nguội

• Kiểm tra: Kiểm tra siêu âm 100% (UT) về độ bền bên trong; kiểm tra hạt từ tính (MPI) đối với các vết nứt bề mặt; khảo sát độ cứng trên mỗi cuộn; chứng chỉ đo lường hồ sơ

Các sản phẩm và tài nguyên kỹ thuật liên quan:

• Cuộn thép rèn tùy chỉnh cho máy cán - cuộn gia công được rèn và cuộn dự phòng từ 42CrMo và hợp kim tùy chỉnh

• Giải pháp Công nghiệp Gia công Thép & Kim loại - cung cấp linh kiện hoàn chỉnh cho các nhà máy và dây chuyền gia công thép

• Hộp số công nghiệp hạng nặng & Bộ giảm tốc - hộp số dẫn động máy nghiền cho bộ truyền động chính của máy cán

• Hướng dẫn lựa chọn hộp số xoắn ốc và bánh răng côn công nghiệp - phương pháp đánh giá hệ số dịch vụ và mô-men xoắn cho hộp số truyền động máy nghiền

• Bánh răng chu vi hạng nặng cho lò nung, máy nghiền và máy sấy - bánh răng vòng lớn cho bộ truyền động máy nghiền quay

• Phôi bánh răng bằng thép rèn & Vòng rèn - phôi rèn tùy chỉnh cho sản xuất bánh răng và cuộn

• Trục thép rèn và trục thép đúc cho máy nghiền - tham khảo lựa chọn vật liệu và quy trình rèn

• Rèn khuôn mở so với rèn khuôn kín - hướng dẫn lựa chọn quy trình rèn

• Giải pháp công nghiệp khai thác mỏ & xi măng - cung cấp linh kiện công nghiệp nặng

Để nhận được báo giá, hãy cung cấp:

• ✅ Loại cuộn (cuộn làm việc/cuộn dự phòng/cuộn trung gian)

• ✅ Loại máy nghiền và vị trí chân đế (ví dụ: máy nghiền dải nóng, chân đế hoàn thiện F5)

• ✅ Kích thước cuộn: đường kính thùng × chiều dài thùng × tổng chiều dài; đường kính và chiều dài cổ

• ✅ Độ cứng bề mặt cần thiết và thông số độ cứng gradient

• ✅ Thông số vật liệu (hoặc vật liệu cuộn hiện tại cần thay thế)

• ✅ Số lượng và ngày giao hàng yêu cầu

• ✅ Bản vẽ hoặc cuộn mẫu có sẵn cho kỹ thuật đảo ngược

E-mail: jasmine@yileindustry.com

Gửi RFQ: www.yilemachinery.com/contactus.html

Tất cả các yêu cầu kỹ thuật đều nhận được phản hồi trong vòng 24 giờ. Kỹ thuật đảo ngược từ cuộn mẫu hoặc cuộn bị mòn được chấp nhận.

Tài nguyên kỹ thuật liên quan

• Hướng dẫn lựa chọn hộp số xoắn ốc và bánh răng côn công nghiệp

• Hướng dẫn lắp đặt, căn chỉnh và bảo trì bánh răng chu vi

• Hướng dẫn căn chỉnh trục lò quay

• Trục thép rèn và trục thép đúc cho máy nghiền

• Rèn khuôn mở so với rèn khuôn kín

• Rèn tùy chỉnh - Rèn bánh răng & rèn vòng

• Giải pháp gia công thép & kim loại

• Giải pháp công nghiệp khai thác mỏ & xi măng