Листопрокатные валки относят к классу ремонтируемых изделий с ограниченной продолжительностью эксплуатации до достижения предельного состояния, определяемого глубиной активного слоя, с циклически регулярным режимом использования, доминирующим фактором при оценке последствия отказов является факт вынужденного простоя стана. Но при этом валки являются достаточно дорогостоящим инструментом с существующей долей их стоимости в балансе себестоимости выпускаемой продукции.

Расход активного слоя, степень интенсивности этого расхода определяют эффективность эксплуатации валков. Расход активного слоя валков и их ресурс (стойкость) в существенной мере связаны с последствиями постепенных, комбинированных и окончательных отказов валков, характеризуемых появлением, во время эксплуатации на бочке валка дефектов в виде износа, вмятин, трещин, выкрошек, отслоений, не приводящих к окончательному отказу и устраняемых перешлифовками либо переточками, а также в виде сколов, поломок и др., являющихся, как правило, окончательными отказами, приводящими к выводу валка из эксплуатации и списанию.

Одним из количественных показателей, отражающим технико-экономическое содержание ресурса (стойкости) и расхода валков является фактический удельный расходный коэффициент.

Надёжный и качественный подход к определению фактического удельного расхода валков должен обеспечить возможность объективной и достаточно полной оценки эксплуатационных свойств и технологических условий работы валков в различных клетях стана, а также возможность получения максимального объёма информации о работоспособности валков и их техническом ресурсе.

В практике листопрокатного производства расходные коэффициенты валков определяют как средние по стану, исходя из веса валков, физически или условно вышедших из строя, и количества прокатанного металла за определённый период времени .

При этом технологический удельный расход прокатных валков за отчетный период R, кг/т, рассчитывают по формуле:

, (1)

где К1 – количество списанных прокатных валков за отчетный период, шт.; К2 – количество введенных в работу прокатных валков за отчетный период, шт.; В – масса одного прокатного валка в соответствии с чертежом, кг; П2 – производство годной продукции за отчетный период, т;

Поскольку прокатные валки имеют продолжительный срок службы, расход валков за отчетный период принимают равным полусумме количества прокатных валков списанных и введенных в работу.

Однако средние расходные коэффициенты валков по стану не позволяют анализировать их ремонтопригодность и эффективность на отдельных стадиях эксплуатации и в различных режимах, для чего требуется определять расходные коэффициенты валков по наработкам на отказ для каждой клети стана и конкретному виду сортамента проката, с учётом состояния валка по степени отработки активного слоя. В связи с этим необходим дифференцированный подход к расчёту удельных расходных коэффициентов прокатных валков по клетям непрерывной группы стана. Это обусловлено различным по клетям уровнем нагружения валков по величине усилия прокатки и числу циклов нагружения при эксплуатации в течение межперевалочной кампании.

Также необходимо отметить, что эксплуатационные свойства активного слоя валков различны по его глубине, что связано со снижением твёрдости и увеличением интенсивности накопления повреждений по мере расхода активного слоя, который рассматривается как последовательность отработки нескольих рабочих слоёв с постепенным накоплением повреждений, устраняемых при перешлифовках или переточках [1, 2]. Следовательно, при различии уровня нагружения валков по клетям, величин циклической долговечности и снижении твёрдости по глубине активного слоя следует ожидать изменения и коэффициента удельного расхода по клетям.

При разработке дифференцированного метода расчёта расходных коэффициентов в качестве основных исходных показателей были приняты количество прокатанного металла за отчётный период и расход активного слоя для партии M однородных валков после отработки из N клетей.

При этом расходный коэффициент партии M однородных валков, работавших на j-м слое в i-й клети определён в виде:

, (2)

где 2 – число рабочих валков в установке в клети; G – масса валка по паспорту, кг; – нормированная глубина активного слоя валка, мм; – суммарный расход активного слоя M валков в i-й клети, мм, за отчётный период при отработке на j-м слое; – суммарная наработка M валков в i-й клети, т.е. количество прокатанного металла в тоннах за отчётный период.

Общий расходный коэффициент kp для M однородных валков после обработки на j-м слое в N клетях за отчётный период (3) определяется как сумма частных расходных коэффициентов kij по клетям, вычисленных по формуле (2):

. (3)

В отношении автоматизации расчётов и получения максимума информации наиболее удобной является матричная форма записи показателей с последующим суммированием по строкам и столбцам.

Предлагаемая форма (таблица) составляется за отчётный период отдельно для однородных групп валков.

Форма, изображённая в таблице, составлена в применении валкам непрерывного стана в виде матрицы из 13 столбцов и строк. Для столбцов в каждой строке от I до n в числителе заносится количество перешлифовок, расход активного слоя в мм, номер рабочего слоя, в знаменателе – количество прокатанного металла в тоннах для m-го валка в i-той клети. В строке (n+1) – суммы выше перечисленных показателей для М валков после отработки в соответствующих клетях от 1 до N. В строке (n+2) – частные расходные коэффициенты М валков для каждой из N клетей стана в кг/т, вычисленные по формуле (2).

В каждой строке (от I до n) столбцов 10-13 заносятся значения диаметров начального и конечного в мм на начало и окончание расчётного периода, в числителе – расход активного слоя , как разность диаметров, в знаменателе – суммарная наработка для m-го валка после отработки в N клетях в тоннах проката, состояние валка на окончание отчётного периода (в работе «р», к списанию – «с»).

В зоне пересечения строки (n+2) и столбцов 10-13 заносится суммарный расходный коэффициент партии однородных валков за отчётный период, как сумма частных расходных коэффициентов по клетям.

Таблица

Матрица для расчёта расходных коэффициентов партии однородных валков

Предложенная методика учитывает изменение уровня нагружения валков, который характеризуется порядком отработки в различных клетях стана в соответствии с установленным маршрутом, позволяет оценить влияние расхода активного слоя валков через частные расходные коэффициенты на их эксплуатационные показатели.

Методика может быть рекомендована для расчёта исходных коэффициентов рабочих и опорных валков непрерывных групп клетей и станов горячей и холодной прокатки, а также взаимозаменяемых валков нескольких станов.