Czym są walce ze stali stopowej do pieców i jak wybrać odpowiedni gatunek?

Walce ze stali stopowej do pieców to żaroodporne elementy cylindryczne instalowane w piecach ciągłych, liniach wyżarzania, liniach cynkowania i systemach obróbki cieplnej do przenoszenia, podpierania i prowadzenia stalowych taśm, arkuszy lub kęsów przez strefy obróbki wysokotemperaturowej w temperaturach od 700 stopni Celsjusza do ponad 1200 stopni Celsjusza, gdzie standardowa stal węglowa szybko utleniałaby się, pełzała i pękała. Właściwy dobór składu stopu, metody produkcji i obróbki powierzchni determinuje żywotność walców, jakość powierzchni produktu i czas sprawności pieca – a wszystko to bezpośrednio wpływa na ekonomikę linii do przetwarzania stali i aluminium. W tym przewodniku wyjaśniono, jak działają walce pieca ze stali stopowej, jakie gatunki stopów są stosowane w różnych zakresach temperatur, jak porównują się metody odlewania i wytwarzania oraz jakie rodzaje awarii należy przewidzieć i im zapobiegać.

Dlaczego standardowa stal nie może być używana do rolek piecowych

Standardowa stal węglowa traci integralność strukturalną powyżej około 450 stopni Celsjusza i rozpoczyna szybkie utlenianie powierzchni powyżej 550 stopni Celsjusza, co czyni ją całkowicie nieodpowiednią do pracy w piecach walcowanych, gdzie temperatury rutynowo przekraczają 900 do 1100 stopni Celsjusza w liniach ciągłego wyżarzania i cynkowania.

Wyzwania, jakie muszą pokonać walce piecowe, zasadniczo różnią się od wyzwań stojących przed jakimkolwiek innym obracającym się elementem mechanicznym w hucie stali:

• Pełzanie w wysokiej temperaturze: W podwyższonych temperaturach metale odkształcają się plastycznie pod długotrwałym obciążeniem, nawet przy naprężeniach znacznie poniżej granicy plastyczności w temperaturze pokojowej. Walec pracujący w temperaturze 1100 stopni Celsjusza pod ciężarem stalowej taśmy ugina się i traci swoją cylindryczną geometrię w ciągu kilku tygodni, jeśli stop nie jest specjalnie zaprojektowany pod kątem odporności na pełzanie. Dodatki stopowe chromu, niklu i wolframu podnoszą temperaturę, w której pełzanie staje się znaczące.
• Utlenianie i skalowanie: W atmosferze powietrza o temperaturze powyżej 600 stopni Celsjusza żelazo tworzy szybko rosnące łuski tlenkowe, które łuszczą się i zanieczyszczają powierzchnię taśmy. Dodatki chromu powyżej 18% tworzą stabilną, przylegającą warstwę tlenku chromu (Cr2O3), która chroni metal pod spodem przed dalszym utlenianiem – jest to podstawowy mechanizm stojący za wszystkimi żaroodpornymi stalami stopowymi stosowanymi w walcach piecowych.
• Zmęczenie cieplne: Walce pieca podlegają powtarzającym się cyklom termicznym podczas rozpoczynania, zatrzymywania produkcji i przerw w taśmie. Naprężenia rozszerzalności cieplnej i skurczu generowane przez wahania temperatury od 200 do 400 stopni Celsjusza mogą w ciągu kilku miesięcy zainicjować pęknięcia powierzchniowe w przypadku źle zaprojektowanych rolek. Stopy o niższych współczynnikach rozszerzalności cieplnej i wyższej odporności na zmęczenie cieplne są niezbędne w walcach poddawanych częstym zmianom.
• Nawęglanie i azotowanie: W niektórych atmosferach pieca (wodór, mieszaniny azotu i wodoru lub gazy ochronne bogate w węglowodory) węgiel i azot z atmosfery mogą dyfundować do powierzchni walca, powodując kruchość warstwy przypowierzchniowej i inicjując odpryskiwanie. Stopy o wysokiej zawartości chromu i krzemu są odporne na nawęglanie, utrzymując ochronną barierę tlenkową.
• Zużycie i nawarstwianie mechaniczne: Bezpośredni kontakt powierzchni walca z poruszającą się taśmą stalową powoduje zużycie i osadzanie się tlenku lub cynku na powierzchni walca, co powoduje defekty powierzchni obrabianej taśmy. Twardość powierzchni walca, chropowatość i powinowactwo chemiczne do materiału taśmy wpływają na podatność na osadzanie się osadów.

Jakie gatunki stopów są stosowane w walcach piecowych?

Walce piecowe ze stali stopowej obejmują szeroki zakres składu, od austenitycznych gatunków stali nierdzewnej zawierających od 18 do 25% chromu do zastosowań w umiarkowanych temperaturach do 900 stopni Celsjusza, poprzez żaroodporne stopy niklowo-chromowe do pracy w temperaturach od 900 do 1100 stopni Celsjusza, po złożone wieloelementowe nadstopy do najbardziej wymagających zastosowań w temperaturach powyżej 1100 stopni Celsjusza.

1. Stal nierdzewna 310 (25Cr-20Ni)

Stal nierdzewna AISI 310, zawierająca nominalnie 25% chromu i 20% niklu, jest najczęściej stosowanym stopem na walce piecowe w zakresie temperatur od 800 do 1050 stopni Celsjusza, oferującym doskonałe połączenie odporności na utlenianie, wytrzymałości na pełzanie i kosztów w porównaniu z gatunkami wysokostopowymi. 25% zawartość chromu zapewnia stabilną, ochronną warstwę tlenku chromu w temperaturze roboczej, natomiast 20% zawartość niklu stabilizuje mikrostrukturę austenityczną i zapewnia odporność na zmęczenie cieplne. Większość rolek trzonu pieca do wyżarzania ciągłego, rolek wejściowych i wyjściowych oraz rolek pręgowych w strefie od 850 do 1000 stopni Celsjusza jest wytwarzanych z odlewanego lub prefabrykowanego stopu 310.

• Maksymalna ciągła temperatura pracy: 1050 stopni Celsjusza w powietrzu
• Gęstość: 7,75 g/cm3
• Wytrzymałość na rozciąganie w temperaturze 900 stopni Celsjusza: Około 120 do 150 MPa
• Typowe zastosowania: Piece do wyżarzania ciągłego, piece normalizujące, linie do wyżarzania rozpuszczającego

2. Stop HK40 (25Cr-35Ni)

HK40, gatunek odlewany odśrodkowo, zawierający 25% chromu i 35% niklu z kontrolowanym dodatkiem węgla (0,35 do 0,45%), jest standardowym stopem do walców trzonowych o dużej wytrzymałości w zakresie temperatur od 1000 do 1150 stopni Celsjusza, oferującym wyższą wytrzymałość na pełzanie w porównaniu ze stalą 310 ze względu na wyższą zawartość niklu i mechanizm wzmacniający poprzez wytrącanie węglika. Celowy dodatek węgla do HK40 powoduje powstawanie węglików chromu i niklu, które wytrącają się wzdłuż granic ziaren oraz w osnowie austenitu podczas obróbki cieplnej, tworząc wzmocnienie mikrostrukturalne, które znacznie zwiększa odporność na pełzanie w temperaturach, w których inne stopy zaczynają uginać się pod obciążeniem. HK40 jest zgodny z normą ASTM A608 i jest jednym z najlepiej scharakteryzowanych żaroodpornych stopów odlewniczych w zastosowaniach przemysłowych.

• Maksymalna ciągła temperatura pracy: 1150 stopni Celsjusza
• Wytrzymałość na zerwanie przez 100 000 godzin w temperaturze 1000 stopni Celsjusza: Około 20 do 25 MPa
• Typowe zastosowania: Piece pomostowe, piece przepychowe, piece do ponownego wygrzewania kęsów i płyt
• Metoda produkcji: Odlewanie odśrodkowe (rury i walce), odlewanie statyczne (czopy końcowe i kołnierze)

3. Stopy modyfikowane HP (25Cr-35Ni z mikrostopami)

Stopy modyfikowane HP reprezentują ewolucję HK40 z dodatkami niobu (0,5 do 1,5%), wolframu (1 do 3%) lub tytanu (0,1 do 0,5%), które udoskonalają rozkład węglików i tworzą dodatkowe wydzielenia wzmacniające, wydłużając żywotność o 30 do 50% w porównaniu do standardowego HK40 w temperaturach powyżej 1050 stopni Celsjusza. Dodatki niobu są szczególnie skuteczne, ponieważ tworzą drobne węgliki NbC, które są bardziej stabilne w wysokich temperaturach niż węgliki chromu, które w standardowym HK40 stają się szorstkie i tracą działanie wzmacniające podczas długich ekspozycji. Gatunki HP-Nb i HP-W w dużej mierze zastąpiły standardowy HK40 w nowych instalacjach piecowych, w których maksymalna temperatura pracy przekracza 1050 stopni Celsjusza.

• Maksymalna ciągła temperatura pracy: 1150 do 1200 stopni Celsjusza
• Przewaga żywotności w porównaniu z HK40: Od 30 do 50% dłużej w temperaturach powyżej 1050 stopni Celsjusza
• Typowe zastosowania: Strefy bezpośredniego oddziaływania płomienia w piecach do ponownego nagrzewania, wgłębienia do wygrzewania w wysokiej temperaturze

4. Nadstopy na bazie niklu do ekstremalnych zastosowań

W najwyższej ekstremalnej temperaturze powyżej 1150 stopni Celsjusza superstopy na bazie niklu z zawartością chromu od 20 do 30% i dodatkowymi elementami wzmacniającymi, takimi jak aluminium, tytan, kobalt i molibden, są stosowane do walców w najcięższych strefach pieca, chociaż koszt jest od trzech do pięciu razy wyższy w porównaniu ze standardowym HK40. Stopy te zachowują użyteczną wytrzymałość w temperaturach, w których stopy na bazie żelaza zasadniczo nie mają odporności na pełzanie. Są one zazwyczaj określane tylko dla walców w strefach bezpośredniego płomienia, sekcji pieców z rurami promiennikowymi przy maksymalnej mocy lub w piecach próżniowych i piecach z kontrolowaną atmosferą, gdzie przetworzony materiał uzasadnia wyższy koszt materiałów walcowanych o ekstremalnych temperaturach.

5. Gatunki niskostopowe do zastosowań w temperaturach poniżej 700 stopni Celsjusza

W przypadku sekcji wejściowych i wyjściowych pieca, stref podgrzewania wstępnego i sekcji chłodzenia pracujących w temperaturach poniżej 700 stopni Celsjusza, tańsze stopy, w tym stale nierdzewne AISI 304, 316 i 321, a nawet gatunki stali stopowych o zawartości chromu od 9 do 12%, zapewniają odpowiednią odporność na utlenianie i pełzanie przy znacznie obniżonych kosztach materiałów. Gatunki te są często stosowane w produkcji walców (konstrukcja spawana i zaślepka), a nie w odlewach odśrodkowych, dzięki czemu dobrze nadają się do walców o dużej średnicy, gdzie koszty odlewania byłyby wygórowane.

Porównanie gatunków stopów dla walców piecowych

Wybór odpowiedniego gatunku stopu wymaga dopasowania temperatury roboczej walca, atmosfery, obciążenia mechanicznego i oczekiwanej żywotności do certyfikowanych danych dotyczących wydajności stopu – użycie stopu o niedostatecznej specyfikacji jest główną przyczyną przedwczesnej awarii walca pieca.

Tabela 1: Porównanie gatunków walców piecowych ze stali stopowej pod względem składu, maksymalnej temperatury pracy, właściwości mechanicznych i typowego zastosowania.

Jak produkowane są walce pieca ze stali stopowej?

Walce ze stali stopowej do pieców są produkowane trzema głównymi procesami produkcyjnymi — odlewaniem odśrodkowym, odlewaniem statycznym z obróbką skrawaniem i wytwarzaniem z elementów ze stopów kutych — każdy oferuje inne kompromisy w zakresie dokładności wymiarowej, jakości mikrostruktury, kosztów i przydatności dla określonych rozmiarów i konfiguracji rolek.

Odlewanie odśrodkowe

Odlewanie odśrodkowe jest preferowaną metodą produkcji większości płaszczy walców piecowych ze stali stopowej, umożliwiającą uzyskanie gęstej, wolnej od segregacji mikrostruktury o doskonałych właściwościach mechanicznych w porównaniu z odlewami statycznymi o tym samym składzie stopu. Podczas odlewania odśrodkowego stopiony stop wlewa się do wirującej cylindrycznej formy obracającej się z prędkością od 300 do 1500 obr./min. Siła odśrodkowa (zwykle 50 do 100 razy większa od siły ciężkości) wypycha gęstszy metal w kierunku zewnętrznej ściany i wpycha lżejsze zanieczyszczenia, porowatość gazową i wtrącenia żużla w kierunku otworu, gdzie są one następnie usuwane poprzez obróbkę skrawaniem. Powstały odlew ma:

• Gęsta skóra zewnętrzna: Najbardziej zewnętrzna warstwa odlewu odśrodkowego o grubości od 15 do 25 mm ma zasadniczo zerową porowatość, co zapewnia walcowi doskonałą integralność powierzchni i odporność na utlenianie
• Drobnoziarnista struktura: Szybkie krzepnięcie w formie do przędzenia na zimno powoduje uzyskanie drobniejszej struktury ziaren niż w przypadku odlewania statycznego, co poprawia odporność na pełzanie i zmęczenie
• Stała grubość ścianki: Możliwa jest kontrola wymiarowa od plus minus 2 do 3 mm na grubości ścianki, minimalizując naddatki na obróbkę
• Zakres rozmiarów: Odlewanie odśrodkowe jest najbardziej ekonomiczne w przypadku walców o średnicy zewnętrznej od 100 do 600 mm i długości od 500 do 4000 mm

Odlewanie statyczne z precyzyjną obróbką

Odlewanie statyczne w formach piaskowych lub ceramicznych stosuje się do czopów końcowych, kołnierzy i skomplikowanych geometrii końców walców, których nie można wytworzyć metodą odlewania odśrodkowego, a także do kompletnych zespołów walców o małych średnicach lub tam, gdzie nie jest dostępne oprzyrządowanie do odlewania odśrodkowego dla określonego wymaganego stopu. Odlewy statyczne wymagają większych naddatków na obróbkę (zwykle od 8 do 15 mm na powierzchnię), aby usunąć segregowaną warstwę zewnętrzną i zapewnić, że obrobiona powierzchnia odsłoni zdrowy, wolny od wad metal. Porowatość wewnętrzna jest kontrolowana poprzez konstrukcję wznoszącą się i kontrolowane krzepnięcie, ale odlewy statyczne mają na ogół niższą wytrzymałość na pękanie przy pełzaniu niż ich odpowiedniki odlewane odśrodkowo ze względu na grubszą strukturę ziaren i większą segregację.

Gotowa konstrukcja rolkowa

Prefabrykowane walce pieca są montowane z odcinków rur lub płyt z kutego stopu, przyspawanych do odlewanych lub kutych czopów końcowych, co zapewnia korzyść polegającą na zastosowaniu wysokiej jakości kutego stopu w sekcji bębna, podczas gdy odlane czopy zapewniają złożoną geometrię wymaganą na końcach walców. Gotowe rolki są najbardziej ekonomiczną opcją w przypadku dużych średnic (powyżej 600 mm) i są szeroko stosowane w sekcjach pieców linii cynkowania, gdzie powszechne są rolki o średnicach od 600 do 1200 mm. Połączenia spawane pomiędzy lufą a czopami końcowymi są krytycznym elementem konstrukcyjnym - muszą być wykonane z pasujących stopów wypełniacza, odpowiednio poddane obróbce cieplnej w celu zmniejszenia naprężeń szczątkowych i poddane testom nieniszczącym przed montażem, aby zapobiec pękaniu spoin w trakcie eksploatacji.

Porównanie metod produkcji

Wybór metody produkcji znacząco wpływa na wydajność, żywotność i koszt walców pieca ze stali stopowej – zrozumienie tych kompromisów jest niezbędne dla inżynierów ds. zaopatrzenia przy określaniu specyfikacji walców pieca na wymianę lub na nowo.

Tabela 2: Porównanie metod produkcji walców piecowych ze stali stopowej pod względem jakości mikrostruktury, wytrzymałości, możliwości wymiarowych i kosztów.

Jak obróbka powierzchni walców pieca wydłuża żywotność

Obróbka powierzchniowa walców pieca ze stali stopowej może wydłużyć żywotność beczki o 50 do 200% w porównaniu z powierzchniami odlanymi lub obrobionymi maszynowo, poprawiając odporność na zużycie, zmniejszając przyczepność nagromadzeń tlenku cynku lub żelaza i zwiększając odporność na utlenianie w określonych warunkach atmosfery pieca.

Powłoki natryskowe termiczne

Paliwo tlenowe (HVOF) i powłoki natryskiwane plazmowo ceramiki, w tym tlenku glinu (Al2O3), tlenku chromu (Cr2O3) i tlenku cyrkonu (ZrO2), nakładane na cylindry pieca ze stali stopowej znacznie poprawiają odporność na zużycie i zmniejszają przyczepność osadów tlenku żelaza i cynku, które powodują wady powierzchni taśm na liniach cynkowania i wyżarzania. Powłoki z tlenku chromu nanoszone metodą HVOF, zwykle o grubości od 0,2 do 0,4 mm, osiągają wartości twardości powierzchniowej od 1100 do 1400 Vickersów w porównaniu do 150 do 250 Vickersów w przypadku leżącej pod spodem lufy ze stali stopowej. Ta różnica twardości radykalnie zmniejsza stopień zużycia w wyniku kontaktu ściernego z taśmą stalową. Porowatość powłoki należy zminimalizować do wartości poniżej 1%, aby zapobiec temu, aby powłoka pełniła rolę drogi dla gazów utleniających przedostających się do podłoża ze stali stopowej.

Nakładka na spoinę (napawanie twarde)

Napawanie materiałów wysokostopowych, w tym stellitu, twardych stopów niklu i chromu lub osadów węglika kobaltu i chromu na powierzchni cylindra walca, zapewnia metalurgicznie związaną warstwę ścieralną, która jest znacznie bardziej przyczepna niż powłoki natryskiwane termicznie i może być nakładana na walce już eksploatowane podczas planowych przestojów konserwacyjnych. Napoiny o grubości od 2 do 4 mm nakłada się metodą spawania łukiem plazmowym (PTA) lub łukiem krytym, a następnie szlifuje do ostatecznych wymiarów. Podstawowym zastosowaniem napawania walców piecowych są walce cynkowe i walce korekcyjne na liniach cynkowania ogniowego, gdzie międzymetaliczne związki cynku i żelaza tworzą agresywne warunki erozji w temperaturze 450 do 460 stopni Celsjusza.

Powłoki dyfuzyjne

Aluminiowanie i chromowanie powierzchni walców pieca ze stali stopowej za pomocą procesów cementowania pakietowego lub chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) tworzy warstwę powierzchniową związaną dyfuzyjnie, wzbogaconą w aluminium lub chrom, która zapewnia zwiększoną odporność na utlenianie w porównaniu ze stopem bazowym, szczególnie w cyklicznych warunkach temperaturowych, gdzie niedopasowanie rozszerzalności cieplnej powoduje odpryskiwanie powłok natryskiwanych termicznie. Powłoki aluminiowane na walcach ze stali nierdzewnej 310 wykazały poprawę odporności na utlenianie równoważną przejściu na wyższy gatunek stopu za ułamek kosztów, szczególnie w strefach pieca o szybkich cyklach termicznych w zakresie od 600 do 1000 stopni Celsjusza.

Typowe rodzaje awarii walców piecowych ze stali stopowej i sposoby im zapobiegania

Zrozumienie mechanizmów awarii walców pieca ze stali stopowej pozwala inżynierom zajmującym się konserwacją wdrożyć ukierunkowane programy inspekcji, kontrole procedur operacyjnych i ulepszenia materiałów, które wydłużają żywotność walców i redukują nieplanowane przestoje pieca.

• Ugięcie termiczne (ugięcie pełzające): Widoczny jako łuk w cylindrze podczas pomiaru podczas konserwacji. Spowodowane temperaturą roboczą przekraczającą granicę odporności stopu na pełzanie lub długotrwałym narażeniem na miejscowe przegrzanie w wyniku uderzenia palnika. Zapobieganie: sprawdź gatunek stopu walcowanego w porównaniu z rzeczywistą temperaturą roboczą pieca (a nie temperaturą projektową), zwiększ średnicę walca, aby zmniejszyć obciążenie jednostkowe lub zmodernizuj stop do wyższej wytrzymałości na pełzanie.
• Utlenianie powierzchni i osadzanie się kamienia: Postępująca utrata średnicy walca w wyniku tworzenia się kamienia i odpryskiwania. Przyspieszany przez niewłaściwą dla temperatury roboczej zawartość chromu lub atmosferę pieca zawierającą nadmiar wilgoci lub związków siarki. Zapobieganie: należy określić stop zawierający minimum 25% chromu do pracy w temperaturach powyżej 900 stopni Celsjusza; monitorować skład atmosfery pieca; obniżyć punkt rosy w piecach z atmosferą wodorową.
• Pękanie zmęczeniowe cieplnie: Pęknięcia powierzchniowe obwodowe lub osiowe rozpoczynające się od nieciągłości powierzchni i rozprzestrzeniające się do wewnątrz pod wpływem powtarzających się cykli termicznych. Najbardziej rozpowszechniony w rolkach narażonych na częste uruchamianie pieca, pęknięcia taśmy lub szybkie zmiany temperatury. Zapobieganie: wdrożenie kontrolowanej szybkości rampy pieca podczas uruchamiania; stosować stopy o niższych współczynnikach rozszerzalności cieplnej; zastosować powierzchniowe naprężenia ściskające poprzez kontrolowane śrutowanie nowych rolek przed montażem.
• Budowa i odbiór: Nagromadzenie tlenku żelaza, tlenku cynku lub związków międzymetalicznych cynku i żelaza na powierzchni walca, tworząc nierówności powierzchniowe, które drukują defekty na pasku. Zapobieganie liniom cynkowniczym: stosować walce z napawaniem lub powłoki natryskowe termiczne, które mają niskie powinowactwo do cynku; utrzymywać skład chemiczny kąpieli cynkowej w określonych zakresach zawartości aluminium; wdrożyć regularne procedury czyszczenia rolek podczas zaplanowanych postojów.
• Awaria łożyska ślizgowego: Zatarcie lub przyspieszone zużycie łożysk poprzecznych końcówek walców, często spowodowane niewystarczającym przepływem wody chłodzącej do czopów chłodzonych wodą lub niewspółosiowością czopów w obudowach łożysk pieca. Zapobieganie: wdrożenie monitorowania przepływu wody chłodzącej za pomocą automatycznych alarmów; przeprowadzać kontrolę wyrównania przy każdej zmianie rolki; określić luzy łożysk poprzecznych odpowiednie dla rozszerzalności cieplnej zespołu walców w temperaturze roboczej.

Kluczowe specyfikacje, które należy określić przy zamawianiu rolek pieca ze stali stopowej

Pełna specyfikacja walca piecowego musi określać co najmniej osiem parametrów technicznych, aby zapewnić, że dostarczony walec spełnia wymagania operacyjne pieca i pasuje do istniejących obudów łożysk i układów napędowych bez modyfikacji.

Tabela 3: Kluczowe parametry techniczne wymagane w kompletnej specyfikacji walców do pieca ze stali stopowej, z typowymi zakresami i uzasadnieniem specyfikacji.

Często zadawane pytania dotyczące rolek ze stali stopowej do pieców

Jaka jest różnica między stopami modyfikowanymi HK40 i HP na walce piecowe?

Stopy modyfikowane HK40 i HP mają ten sam podstawowy skład wynoszący około 25% chromu i 35% niklu, ale gatunki modyfikowane HP zawierają dodatki mikrostopowe niobu, wolframu lub tytanu, które znacznie poprawiają wytrzymałość na pełzanie w temperaturach powyżej 1050 stopni Celsjusza i wydłużają żywotność o 30 do 50% w strefach wysokich temperatur. W przypadku rolek pracujących w temperaturach poniżej 1000 stopni Celsjusza odpowiedni i bardziej opłacalny jest standardowy HK40. W przypadku walców pracujących w strefach najwyższej temperatury pieców do ponownego nagrzewania i wygrzewania, wybór stopu modyfikowanego HP-Nb lub HP-W jest zwykle uzasadniony wydłużoną żywotnością i zmniejszoną częstotliwością wymiany walców, nawet przy wyższej cenie materiału o 15 do 25% w porównaniu ze standardowym HK40.

Jak często należy wymieniać walce pieca ze stali stopowej?

Żywotność walców piecowych ze stali stopowej waha się od 1 do 5 lat w zależności od gatunku stopu, temperatury roboczej, atmosfery pieca, obciążenia naprężenia taśmy i częstotliwości cykli termicznych, przy czym walce trzonowe w stale działających liniach wyżarzania trwają zwykle od 18 do 36 miesięcy, zanim wymagają wymiany. Walce należy sprawdzać podczas każdego planowanego postoju konserwacyjnego, stosując kontrole wymiarowe (pomiar średnicy w wielu punktach wzdłuż cylindra w celu wykrycia ugięcia lub zużycia), oględziny wizualne pod kątem pęknięć powierzchni i uszkodzeń spowodowanych utlenianiem oraz badania nieniszczące (kontrola cząstek magnetycznych lub penetrantu barwnika) czopów i stref spawania. Wymianę należy zaplanować, zanim utrata średnicy przekroczy 1 do 2% pierwotnej średnicy lufy, aby zapobiec problemom ze śledzeniem paska i kontrolą naprężenia.

Czy walce pieca ze stali stopowej można naprawić i odnowić zamiast wymieniać?

Tak, walce pieca ze stali stopowej z miejscowymi uszkodzeniami, zużytymi czopami lub ubytkami utleniania powierzchni można często odnowić poprzez obróbkę skrawaniem cylindra do nowej średnicy w ramach tolerancji wymiarowej, ponowne powlekanie powierzchni, wymianę czopów końcowych i ponowną obróbkę do ostatecznych wymiarów, wydłużając żywotność korpusu walca o 30 do 50% kosztu nowego walca. Renowacja jest ekonomicznie opłacalna, jeśli pozostała grubość ścianki lufy jest odpowiednia do wymagań naprężeń w temperaturze roboczej i gdy stop rdzenia nie wykazuje oznak kruchości w fazie sigma lub silnego nawęglenia. Walce z pęknięciami na ściankach, nadmiernym ugięciem lub degradacją stopu w wyniku narażenia na nadmierną temperaturę należy raczej wymienić niż odnawiać, ponieważ naprawy spoin mocno zniszczonych stopów żaroodpornych mają słabą niezawodność w pracy w wysokich temperaturach.

Co powoduje osad na walcach pieca i jak go usunąć?

Nagromadzenie się na walcach pieca jest spowodowane przez cząsteczki tlenku żelaza odpryskiwane z powierzchni taśmy, przylegające do powierzchni walca i spiekające się na niej w podwyższonej temperaturze, a w liniach cynkowania przez związki międzymetaliczne cynku i żelaza wytrącające się z kąpieli cynkowej na zanurzone walce w temperaturze kąpieli cynkowej od 450 do 460 stopni Celsjusza. W piecach do wyżarzania i obróbki cieplnej nagromadzony tlenek żelaza usuwa się podczas przestojów konserwacyjnych poprzez mechaniczne szlifowanie lub piaskowanie schłodzonego walca, a następnie kontrolę pod kątem wad powierzchniowych przesłoniętych przez osad. Na liniach cynkowania gromadzenie się międzymetali cynkowo-żelazowych jest kontrolowane poprzez zarządzanie chemią kąpieli (utrzymanie 0,13 do 0,20% aluminium w kąpieli cynkowej hamuje tworzenie się międzymetali) oraz poprzez zastosowanie walców z powłokami powierzchniowymi, które mają niskie powinowactwo do międzymetali cynkowo-żelazowych.

Jakie testy jakości powinny przejść walce pieca ze stali stopowej przed dostawą?

Kompletny program akceptacji jakości walców piecowych ze stali stopowej powinien obejmować analizę składu chemicznego (analiza spektrometru próbki testowej z tego samego ciepła co odlew walcowania), kontrolę wymiarową pod kątem tolerancji rysunku, badania radiograficzne lub ultradźwiękowe pod kątem wad wewnętrznych, pomiar twardości powierzchni oraz, w stosownych przypadkach, badanie ciśnienia hydraulicznego kanałów czopowych chłodzonych wodą. W przypadku krytycznych walców na liniach do ciągłego przetwarzania, gdzie awaria walca powoduje znaczne straty w produkcji, dodatkowe wymagania kwalifikacyjne mogą obejmować dane z próby pełzania dla rzeczywistego ciepła dostarczonego stopu, badanie metalograficzne próbki do badań z tego samego odlewu oraz pomiar prostości na całej długości w celu sprawdzenia bicia cylindra w ramach określonej tolerancji (zazwyczaj całkowity odczyt wskaźnika od 0,2 do 0,5 mm na całej długości cylindra).

Wniosek: dopasowanie rolek ze stali stopowej do wymagań pieca

Wybór odpowiednich walców ze stali stopowej do pieców to decyzja, która bezpośrednio wpływa na czas pracy pieca, jakość powierzchni taśmy i całkowity koszt posiadania zapasów walców przez cały okres eksploatacji pieca. Podstawowa logika wyboru jest prosta: dopasować certyfikowaną temperaturę pracy ciągłej gatunku stopu do rzeczywistej maksymalnej temperatury roboczej w strefie walca z marginesem co najmniej 50 stopni Celsjusza, określić odlewanie odśrodkowe dla sekcji bębna, tam gdzie to możliwe, aby uzyskać korzyści w zakresie gęstości i właściwości, zdefiniować wymagania dotyczące obróbki powierzchni w oparciu o specyficzne mechanizmy narastania i zużycia w atmosferze pieca oraz wdrożyć program systematycznych inspekcji, który śledzi degradację walca, aby umożliwić planowaną wymianę, a nie wymianę awaryjną.

W miarę jak linie technologiczne dążą do wyższych prędkości taśm, szerszych szerokości taśm i bardziej agresywnej atmosfery w piecu w dążeniu do celów w zakresie produktywności i jakości produktu, Technologia walców piecowych ze stali stopowej stale ewoluuje poprzez bardziej wyrafinowane składy mikrostopów, ulepszone praktyki odlewania i zaawansowaną inżynierię powierzchni, aby bezpiecznie i ekonomicznie sprostać wymaganiom warunków pracy pieców nowej generacji.