प्लेट और स्ट्रिप मिलों में वर्क रोल के टूटने के कारणों का विश्लेषण

सार: यह लेख स्ट्रिप वर्क रोल की फ्रैक्चर समस्या का वर्णन करता है, फ्रैक्चर स्थिति का वर्णन करता है, फ्रैक्चर के कारणों का विश्लेषण करता है, विभिन्न कारणों से फ्रैक्चर के तंत्र और कार्य की व्याख्या करता है, और रोल फ्रैक्चर से बचने के उपायों का प्रस्ताव करता है।

कीवर्ड:कार्य रोल; फ्रैक्चर; अवशिष्ट तनाव; संरचनात्मक दोष

प्रस्तावना

रोल फ्रैक्चर रोल क्षति का सबसे गंभीर रूप है। इससे न केवल रोल और रोल्ड सामग्री का नुकसान होगा, बल्कि उपकरण और लोगों की सुरक्षा भी प्रभावित हो सकती है। दुर्घटना से निपटने में लंबा समय लगेगा और संचालन दर प्रभावित होगी। बेलन चक्की।

पट्टी का टूटना कार्य रोल रोल बॉडी, रोल नेक और ट्रांसमिशन एंड शाफ्ट हेड पर हो सकता है। रोल फ्रैक्चर के लिए आमतौर पर दो प्रकार के कारण होते हैं: एक रोल सामग्री या विनिर्माण गुणवत्ता के कारण होता है, जो रोल में निहित दोषों के कारण होता है, जैसे कि विनिर्माण के बाद अत्यधिक अवशिष्ट तनाव, कास्टिंग दोष या अनुचित गर्मी उपचार के कारण असामान्य संरचनाएं, आंतरिक समावेशन आदि। दूसरा प्रकार रोलिंग प्रक्रिया की स्थिति और उपयोग की स्थिति से संबंधित है, अर्थात, बाहरी कारणों से तनाव बढ़ जाता है, जैसे कि रोल की सतह पर गंभीर थर्मल क्रैकिंग, ओवरलोडिंग और खराब शीतलन की स्थिति। कई मामलों में, रोल टूटना कारकों के संयोजन के कारण होता है।

मुख्य फ्रैक्चर मोड और कारण

अवशिष्ट तनाव और तापीय आघात फ्रैक्चर

रोलिंग की शुरुआत में, रोल उच्च तापमान वाले रोलिंग स्टॉक के संपर्क में होता है। जैसे-जैसे रोलिंग प्रक्रिया आगे बढ़ती है, तापमान धीरे-धीरे बढ़ता जाता है। इस प्रक्रिया के दौरान, रोल की सतह का तापमान अधिक होता है, लेकिन कोर अभी भी कम तापमान पर होता है, और तापमान रेडियल दिशा में वितरित होता है। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।

चित्र 1 रेडियल दिशा के साथ रोल तापमान वितरण आरेख

तापमान रेडियल दिशा के साथ परवलयिक रूप से वितरित होता है। सतह का तापमान बढ़ता है और आयतन फैलता है। यह विस्तार कम तापमान वाले कोर के कारण बाधित होता है और तनाव उत्पन्न करता है। उत्पन्न तापीय तनाव को तीन भागों में विघटित किया जा सकता है: अक्षीय तनाव (σz), स्पर्शरेखीय तनाव (σt) और रेडियल तनाव (σr)। लोचदार सिद्धांत के आधार पर तीन दिशाओं में तापीय तनाव की गणना की जा सकती है। रेडियल तनाव के अलावा जो त्रिज्या दिशा में तन्य तनाव है, अक्षीय तनाव और स्पर्शरेखीय तनाव सतह पर एक संपीड़न अवस्था में होते हैं, जबकि कोर तन्य अवस्था में होता है। रोलिंग प्रक्रिया के दौरान तापीय तनाव और अवशिष्ट तनाव आरोपित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप केंद्र में एक बड़ा सिंथेटिक तन्य तनाव होता है।

उच्च कठोरता वाले कुछ रोल अक्सर कई टुकड़ों में फट जाते हैं क्योंकि इन रोल्स का अवशिष्ट तनाव अधिक होता है। यदि रोल की सतह के नीचे उच्च अवशिष्ट तनाव शिखर सतह के बहुत करीब है, तो थर्मल और यांत्रिक तनाव के कारण भयावह क्षति होगी, या सतह दरारें और क्षति तन्य तनाव क्षेत्र तक फैल जाएगी। इस तरह के नुकसान को बढ़ावा देने वाले अन्य कारक हैं: रोल के संचालन के दौरान रोल संरचना में अवशिष्ट ऑस्टेनाइट की एक बड़ी मात्रा का अपघटन, जो आयतन विस्तार के साथ-साथ आंतरिक तनाव को बढ़ाता है। स्टील रोलर्स में उच्च हाइड्रोजन सामग्री और इसके हानिकारक प्रभाव (भंगुर दरारें); उपसतह दोष, विशेष रूप से जब वे उच्च तन्य तनाव वाले क्षेत्रों में मौजूद होते हैं।

650 मिमी व्यास वाले हॉट-बैंड टेंडेम रोलिंग मिल में उच्च-NiCr रोल के अंतिम चरण में अंतिम चरण में अवशिष्ट तनाव मापा गया है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। जैसा कि चित्र 2 से देखा जा सकता है, रोल कोर की अक्षीय दिशा में अवशिष्ट तनाव 12 kg/mm2 तक पहुँच सकता है, और इसकी अंतिम तन्य शक्ति σb=19 ~ 27kg/mm2 है। इसलिए, यदि थर्मल तनाव के कारण होने वाला अनुदैर्ध्य तनाव >7 ~ 10 kg/mm2 है, तो रोल कोर से शुरू होकर फ्रैक्चर होगा। फ्रैक्चर के इस रूप को थर्मल शॉक फ्रैक्चर भी कहा जाता है।

चित्र 2 उच्च NiCr रोल का अवशिष्ट तनाव वितरण आरेख

इस तरह के थर्मल शॉक फ्रैक्चर से बचने के लिए, रोल का उत्पादन करते समय, आंतरिक दोष, जैसे कि संकोचन छेद, छिद्र, समावेशन, आदि को कोर सामग्री की ताकत में सुधार करने के लिए कम से कम किया जाना चाहिए; रोल की कोर सामग्री की प्लास्टिसिटी बढ़ाएं और तनाव के तहत प्लास्टिक विरूपण को बढ़ाएं। , थर्मल तनाव को कम करें; आंतरिक संरचना अच्छी तरह से ग्रेफाइटाइज्ड है, और उच्च मिश्र धातु सामग्री की बाहरी परत को अच्छी तापीय चालकता रखने और अंदर और बाहर के बीच तापमान के अंतर को कम करने के लिए जितना संभव हो उतना पतला होना चाहिए। कोर तन्यता तनाव को कम करने के लिए एक निश्चित सीमा के भीतर बाहरी परत संपीड़न तनाव को नियंत्रित करने के लिए उचित रूप से गर्मी उपचार प्रक्रिया तैयार करें। चित्रा 3 अत्यधिक आंतरिक तनाव के कारण फटे रोल की एक भौतिक तस्वीर है।

चित्र 3 रोल क्रैकिंग की वास्तविक तस्वीर

जब रोल रोल करना शुरू होता है, तो रोल हॉट प्रक्रिया होनी चाहिए, कई आसानी से रोल होने वाली किस्मों को रोल करना और रोलिंग लय को नियंत्रित करना। यदि आवश्यक हो, तो रोल को स्थापित करने से पहले रोल को पहले से गरम करें। अच्छी शीतलन स्थिति सुनिश्चित करें, बंद पानी की रोलिंग को सख्ती से प्रतिबंधित करें, और आंतरिक और बाहरी परतों के बीच तापमान ढाल को कम करने का प्रयास करें; साधारण लोहे के रोलर्स में रोलर में अवशिष्ट तनाव को कम करने के लिए उपयोग से पहले आधे साल से एक साल की प्राकृतिक उम्र बढ़ने की अवधि होनी चाहिए। हॉट-रोल्ड पतली प्लेट रोल के लिए, रोल को प्रीहीटिंग करते समय नियंत्रणीय प्रेरण हीटिंग उपकरण (समान हीटिंग, नियंत्रणीय हीटिंग गति) का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है। प्रीहीटिंग तापमान 380 ~ 420 ℃ है, और प्रीहीटिंग का समय गर्मियों में 6 ~ 7 घंटे और सर्दियों में 10 ~ 12 घंटे है। रोल प्रीहीटिंग बहुत जल्दबाजी में नहीं किया जा सकता है। बड़े तापमान अंतर के कारण अत्यधिक आंतरिक तनाव के कारण रोल टूटने को रोकने के लिए पर्याप्त गर्मी संरक्षण समय होना चाहिए। वास्तव में, रोलर टूटना अक्सर अपर्याप्त प्रीहीटिंग समय के कारण होता है, जो एक दुष्चक्र बनाता है। इसके साथ ही, प्रतिस्थापित रोल को पुनर्योजी तापीय तनाव की उत्पत्ति से बचने या उसे कमजोर करने के लिए धीमी गति से ठंडा करने के लिए तुरंत धीमी गति से ठंडा करने वाले गड्ढे में रखा जाना चाहिए।

थकान दरार प्रसार और फ्रैक्चर

रोलिंग प्रक्रिया के दौरान, रोल पर दरारें झुकने वाले तनाव से प्रभावित होती हैं। यदि दरारों में से एक बहुत गहरी हो जाती है, तो भारी रोलिंग के दौरान इसे समाप्त नहीं किया जा सकता है। जब रोलिंग जारी रहती है, तो दरारें बारी-बारी से थर्मल तनाव और आवधिक झुकने वाले तनाव की क्रिया के तहत तेजी से फैलती हैं। उसी समय, रोलिंग प्रक्रिया के दौरान लोहे के ऑक्साइड स्केल के एम्बेडिंग और ठंडे पानी के क्षरण के कारण, दरारों का विस्तार तेज हो जाता है। जब दरार थकान एक निश्चित गहराई तक फैलती है, तो रोल का प्रभावी व्यास छोटा हो जाता है और रोल टूट जाता है।

चित्र 4 एक स्टैक्ड पतली प्लेट के रोल में कुंडलाकार दरारों के विस्तार के कारण रोल फ्रैक्चर की एक तस्वीर है। चित्र 4 से यह देखा जा सकता है कि रोल बॉडी की सतह परत में बड़े कार्बाइड भंगुर होते हैं और बारी-बारी से थर्मल तनाव की क्रिया के तहत थर्मल दरारें पैदा करते हैं। रोलिंग प्रक्रिया के दौरान, थकान कुंडलाकार दरारों में फैलती है, और कुंडलाकार दरारें रोल बॉडी को तोड़ने का कारण बनती हैं। साधारण ठंडी कठोर लेमिनेटेड पतली प्लेट रोल के टूटे हुए रोल की दोष विशेषताओं का अवलोकन करते समय, यह पाया गया कि रोल बॉडी के मध्य भाग की बाहरी परत में दरार वितरण ज्यादातर ऊर्ध्वाधर और अक्षीय था। यह रोल बॉडी के बीच में उच्च तापमान, सबसे बड़ा झुकने वाला क्षण और रोलिंग प्रक्रिया के दौरान लगातार झुकने वाले थकान प्रभावों के कारण होता है। जैसे-जैसे रोलिंग आगे बढ़ती है, इस प्रकार की दरार धीरे-धीरे परिधि दिशा के साथ फैलती है और कुंडलाकार दरारें बनाती है, जिससे रोल बॉडी का प्रभावी लोड-असर क्रॉस-सेक्शन कम हो जाता है।

चित्र 4 रोल फ्रैक्चर, कुंडलाकार दरारों के विस्तार के कारण होता है कार्य रोल

दरार विस्तार के कारण रोल टूटने को रोकने के लिए, सबसे महत्वपूर्ण बात यह सुनिश्चित करना है कि रोल का एक निश्चित वजन हो और आवश्यक जांच के तरीके अपनाए जाएं। रंग दोष का पता लगाने, चुंबकीय कण दोष का पता लगाने, भंवर वर्तमान दोष का पता लगाने आदि जैसे तरीकों का उपयोग रोल की थकान शक्ति में सुधार करने के लिए रोल के सतह उपचार को मजबूत करने के लिए भी किया जा सकता है।

कास्टिंग दोष के कारण रोल टूटना

रोल के अंदर सिकुड़न गुहा, ढीलापन, स्लैग समावेशन, छिद्र और सफेद धब्बे जैसे दोष हो सकते हैं। एक ओर, ये दोष सामग्री की ताकत को कम करते हैं, और दूसरी ओर, वे प्रभावी लोड-असर क्रॉस-सेक्शन को कम करते हैं। वे अक्सर दरारों का स्रोत बन जाते हैं, जो धीरे-धीरे आवधिक तनाव की क्रिया के तहत विस्तारित होते हैं, और अंततः रोल को तोड़ देते हैं। चित्रा 5 दोष स्रोत के विस्तार के कारण टूटे हुए रोल की एक भौतिक तस्वीर है। जैसा कि चित्रा 5 से देखा जा सकता है, क्रॉस सेक्शन में समावेशन और थकान दरारें हैं, जो रोल की ताकत में कमी की ओर ले जाती हैं। थकान दरारों का विस्तार बदले में प्रभावी लोड-असर अनुभाग में कमी का कारण बनता है। दोनों के संयोजन से रोल टूट जाता है।

चित्र 5 दोष स्रोत रोल टूटने का कारण बनता है

असामान्य संरचना के कारण रोल टूटना

कच्चे लोहे के रोल का अपर्याप्त टीकाकरण, अवयवों का अनुचित वितरण, बहुत कम कास्टिंग तापमान, ठंडे प्रकार की कोटिंग की बहुत मजबूत तापीय चालकता, और बहुत पतली कोटिंग मोटाई रोल की सफेद परत को बहुत गहरा या पूरे क्रॉस-सेक्शन को ट्रांसक्रिस्टलाइन होने का कारण बन सकती है। यह रोल की ताकत को गंभीर रूप से कम कर देगा और रोल को टूटने का कारण बनेगा।

नमनीय लोहे के रोल में खराब गोलाकारीकरण या गोलाकारीकरण में गिरावट होती है। जब मैट्रिक्स में ग्रेफाइट गुच्छे में मौजूद होता है, तो यह धातु मैट्रिक्स की निरंतरता को गंभीर रूप से नष्ट कर देता है, जिससे धातु मैट्रिक्स के प्रभावी क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र को कम कर देता है और रोल पर तनाव पड़ने के बाद स्थानीय तनाव सांद्रता पैदा करता है। फ्लेक ग्रेफाइट के विनाशकारी प्रभाव के कारण होने वाला स्थानीय तनाव शिखर मुख्य तनाव से 10 से 20 गुना तक पहुंच सकता है। फ्लेक ग्रेफाइट के अंत की वक्रता की त्रिज्या जितनी छोटी और लंबी होगी, यह मान उतना ही अधिक होगा। इस मामले में, रोल मैट्रिक्स की ताकत का प्रभावी उपयोग केवल 30% से 50% द्वारा किया जा सकता है। आमतौर पर नमनीय लोहे की ताकत 300 एमपीए से ऊपर होती है, जबकि उच्च शक्ति वाले ग्रे कास्ट आयरन की ताकत 270 एमपीए से अधिक नहीं होती है, और साधारण ग्रे आयरन की ताकत 200 एमपीए से कम होती है।

छोटे और मध्यम आकार के रोल पर गोलाकार मंदी कम स्पष्ट है, लेकिन बड़े नमनीय लोहे के रोल पर काफी प्रमुख है। जब पिघला हुआ लोहा लंबे समय तक रहता है, तो रोल के ऊपरी गर्दन में ग्रेफाइट गोलाकार नहीं हो सकता है। बड़े खिलने वाले ग्रेफाइट या डेंड्राइट ग्रेफाइट दिखाई देंगे (जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है), जिससे मैट्रिक्स की ताकत का बहुत नुकसान होता है और कास्ट आयरन रोल की ताकत को गंभीर रूप से कम कर देता है। इसलिए, नमनीय लोहे के रोल के लिए, पिघले हुए लोहे में गोलाकारता पर्याप्त होनी चाहिए, और गोलाकार उपचार के बाद बेहोशी का समय उचित रूप से छोटा किया जाना चाहिए, जो नमनीय लोहे की गिरावट को कम करने के लिए फायदेमंद है।

चित्र 6 एस्फेरिक ग्रेफाइट संरचना

उच्च NiCr और उच्च Ni सुईक्युलर तन्य लौह और जाली इस्पात रोल में, यदि मार्टेंसाइट या अवशिष्ट ऑस्टेनाइट की मात्रा बहुत अधिक है, तो रोलिंग प्रक्रिया के दौरान ऑस्टेनाइट मार्टेंसाइट में बदल जाएगा, जिससे रोल का आंतरिक तनाव बढ़ जाएगा। इससे रोलर भी टूट सकता है।

स्टील रोलिंग मिल में इस्तेमाल होने वाले Φ880 मिमी हाई-क्रोमियम आयरन रोल में रोल टूटने की दुर्घटना हुई और रोल बॉडी दो भागों में टूट गई। इस रोलर का उत्पादन करते समय, भट्ठी के कारण गर्मी उपचार ठीक से नहीं किया गया था। सोरबाइट की मात्रा स्पष्ट रूप से अपर्याप्त थी और मार्टेंसाइट (रिटेन ऑस्टेनाइट) की मात्रा बहुत अधिक थी। नतीजतन, रोल के उपयोग के दौरान, संरचनात्मक परिवर्तन तनाव बढ़ जाता है, जिससे रोल टूट जाता है। इसकी मेटलोग्राफिक संरचना चित्र 7 में दिखाई गई है।

चित्र 7 अवशिष्ट ऑस्टेनाइट की अत्यधिक मात्रा के साथ मेटलोग्राफिक आरेख

जाली इस्पात रोल के लिए, घटक पृथक्करण (मैक्रो-अलगाव और माइक्रो-अलगाव) एक ऐसा कारक है जिसे अनदेखा नहीं किया जा सकता है। पृथक्करण पूरे कास्टिंग ढांचे को गैर-समान बनाता है। गर्मी उपचार और शमन के दौरान, क्रॉस-सेक्शन के साथ शीतलन दर में अंतर संरचना की गैर-समानता को तीव्र करता है। ऊपरी बैनाइट दरार के लिए प्रवण है और भंगुर फ्रैक्चर हो सकता है। फेराइट में कम थकान शक्ति होती है और थकान कोर के लिए प्रवण होता है; जब कार्बाइड या ग्रेफाइट को गंभीर रूप से अलग किया जाता है, तो यह रोल की ताकत को भी गंभीर रूप से कमजोर कर देगा और थकान का स्रोत बन जाएगा। जब तनाव काफी बड़ा होता है, तो यह रोल को तोड़ देगा।

रोल नेक की गुणवत्ता के कारण रोल टूटना

रोल नेक सामग्री अयोग्य है। रोल नेक सामग्री में कम उपज शक्ति और खराब थकान प्रतिरोध होता है, जिससे बड़े रोलिंग बल या बारी-बारी से झुकने वाले तनाव की क्रिया के तहत रोल नेक में थकान दरारें होती हैं। कास्टिंग रोल के लिए, संघनन के दौरान पिघले हुए स्टील की अपर्याप्त फीडिंग के कारण, रोल नेक पर सिकुड़न छेद बनते हैं, जिससे रोल नेक की ताकत कम हो जाती है। यह स्टील रोलिंग के दौरान अत्यधिक मरोड़ वाले पल के भार का सामना नहीं कर सकता है, और रोल नेक को तोड़ना, टॉर्क्स हेड और कीवे को तोड़ना आसान है। ऐसे दोषों को कम करने के लिए, रासायनिक संरचना को समायोजित करने, सामग्री की ताकत बढ़ाने, कास्टिंग तापमान को उचित रूप से बढ़ाने, मैल क्षमता बढ़ाने और अनुक्रमिक जमने जैसे उपाय किए गए हैं।

उपयोग के कारण रोलर टूटना

परिचालन त्रुटियों के कारण रोलर टूटना

मुख्य कारण हैं: स्टील रोलिंग उत्पादन प्रक्रिया के दौरान, कम तापमान वाले स्टील और ब्लैकहेड स्टील को रोल करना या ऑपरेटिंग प्रक्रियाओं के अनुसार संचालन न करना, अंधाधुंध रूप से कमी की मात्रा बढ़ाना और रोलिंग पास की संख्या कम करना, जिसके परिणामस्वरूप अत्यधिक रोलिंग दबाव होता है, जिसके परिणामस्वरूप रोल टूट जाता है। बंद पानी के रोलिंग के बाद, ठंडा पानी बहुत जल्दी आपूर्ति की जाती है, जिससे अत्यधिक तापीय तनाव के कारण रोल टूट जाता है। रोल गलत तरीके से स्थापित होते हैं, और संचालन के दौरान रोल असमान रूप से तनावग्रस्त होते हैं, जिससे स्थानीय अधिभार और रोल टूटना होता है; जब पतली प्लेटों को ठंडा किया जाता है, तो रोल दबाने वाला बल बहुत बड़ा होता है, और टॉर्क रोलिंग टॉर्क से अधिक होता है, और रोलिंग मिल शुरू करते समय शाफ्ट हेड मुड़ सकता है।

अनुचित डिजाइन के कारण रोलर टूट गया

रोल नेक के मूल में डिज़ाइन की गई फिलेट त्रिज्या बहुत छोटी है, जिसके कारण तनाव संकेन्द्रण और अनुचित रोल सामग्री का चयन होता है, जिसके परिणामस्वरूप रोल टूट जाता है।

उपकरण के कारण रोलर टूटना

रोलिंग मिल के ट्रांसमिशन भाग में घटक घिस जाते हैं, जिससे रोल नेक और शाफ्ट हेड में अतिरिक्त झुकने वाला तनाव पैदा होता है, जिससे रोल नेक या ट्रांसमिशन एंड टूट जाता है। बियरिंग बॉक्स से बाहर जल जाती है, जिससे रोल नेक का तापमान बहुत अधिक हो जाता है और रोल नेक टूट जाता है। हाई-स्पीड रोलिंग मिलों में, रोल्ड पीस के हाई-स्पीड बाइट इम्पैक्ट के कारण ट्रांसमिशन सिस्टम में टॉर्शनल वाइब्रेशन होता है, जिससे स्ट्रेस लोड कई गुना बढ़ सकता है। टॉर्शनल वाइब्रेशन से उत्पन्न तनाव रोल के थकान फ्रैक्चर का कारण भी बन सकता है। यह घटना तेजी से गंभीर होती जाती है क्योंकि रोलिंग मिल हाई-स्पीड, हाई-पावर और मल्टी-आर्मेचर मोटर ड्राइव की ओर बढ़ती है, और इसे रोल की ताकत के संदर्भ में माना जाना चाहिए।

निष्कर्ष

प्लेट और स्ट्रिप स्टील मिलों को रोल के चयन और उपयोग पर पर्याप्त ध्यान देना चाहिए। उपयोग की गुणवत्ता सीधे उत्पादन लाइन की संचालन दर और स्टील प्लेटों की गुणवत्ता से संबंधित है। इसे विनिर्माण और उपयोग दोनों से शुरू करना चाहिए। असामान्य स्क्रैपिंग को रोकने के लिए रोल की आंतरिक गुणवत्ता में सुधार करें, जबकि यह सुनिश्चित करें कि रोल को योजनाबद्ध तरीके से बदला जाए और रोल के सेवा जीवन को बढ़ाने और रोल की खपत को कम करने के लिए तर्कसंगत रूप से उपयोग किया जाए। रोल निर्माताओं और उपयोगकर्ताओं को संचार को मजबूत करना चाहिए और मध्यम और मोटी प्लेटों की उत्पादन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए लगातार अनुभव को संक्षेप में प्रस्तुत करना चाहिए।