Beräkningar av valskrafter enligt Ekelund, Figur 13, visar att det inte sker någon
överskridning av valskraften i spåren. Resultaten från beräkningar visar att valskrafterna ligger långt under de valskrafter som valsparet dimensionerats för vilket gör att
överbelastning av valskraften inte bör vara orsak till onormal sprickbildning. Figur 19 visar hur en typisk spricka kan se ut, sprickans djup är förtydligad och markerad med en pil.
Figur 19 Typisk spricka på valsen vinkelrätt spåret, pilen visar sprickans djup som är förtydligad
Då reduktionen ligger mellan 4-25 %, Figur 14, i de fyra första sticken och enligt Gedin [18] bör ligga mellan 23-25 % för spårserier med spårbottenvinkel mellan 100-105º. Vilket är det aktuella intervallet för den studerade spårserien. Att reduktionen är så låg som 4 % i ett av sticken beror av att hetan måste transporteras till rätt sida av valsparet för att kunna fortsätta till efterföljande valsning. Då reduktionen i sig inte påverkar sprickbildningen direkt utan genom valskraften, en högre reduktion ger ökad valskraft. Att reduktionen ligger inom de rekommenderade värdena styrker tidigare resonemang angående att valskraften inte orsakat den onormala sprickbildningen.
Momentet kan vara en orsak till sprickbildning då beräkningar på momentet, Figur 15 visar att momentet överstigs då hetan har den största tillåtna dimensionen. Överbelastningen sker med 40 kN/m. En överbelastning av momentet kan orsaka sprickbildning men då sprickbildningen uppkommer i samtliga spår och inte specifikt i det spår där momentet överbelastas orsakas sprickorna inte av den överbelastning som sker i första sticket.
För att minska kontakttiden då hetan ligger mot valsen måste valsarna köras med en högre hastighet. Minskad kontakttid medför att valsens temperatur minskar då hetan inte hinner värma upp den. En ökning av växellådans utväxling kan vara ett sätt för att nå en ökad hastighet.
Undersökningar av mikrostrukturen av vals med spricka visade inga onormalheter mer än att det skett en korrosion i sprickan orsakad av vatten som trängt ner under valsningen. Detta tyder på att ingen påtaglig förändring skett i materialet som kunnat orsaka sprickbildningen. I Figur 20 visas sprickans propagering.
Figur 20 Sprickans propagering in i valsen, det ljusare grå i Figurens vänstra hörn orsakas av ojämnheter efter slipningen
Mätningar visade att valstemperaturen under valsning varierade mellan 20-25°C men bör ligga strax under 70°C enligt [1, 3, 4, 13]. Då den mätta temperaturen understiger den optimala kan orsaken till sprickbildning bero av för kraftiga temperaturskillnader mellan vals och heta. De stora temperaturskillnaderna gör att det bildas dragspänningar på valsens yta som vilka i sin tur genererar sprickor.
Resultatet av mätningar på valsens temperatur med nya kylbågarna, vilka visas i Figur 21, inkopplade visade att temperaturen stigit från mellan 20-25ºC till 38-40ºC på valsen, vilket ligger närmare den optimala temperaturen mellan 60-70ºC. Temperaturökningen är positiv men hade gärna varit större för att minimera temperaturgradienterna mellan vals och heta.
Figur 21 Kylbågarnas position på valsparet
Orsaker till att valens temperatur inte nådde den önskade temperaturen kan bero av att oönskad vattentillförsel på spåret. Trots att kylröret pluggats igen vid det aktuella spåret stänker vatten på spåret även då hetan inte befinner sig i kontakt med valsen. Detta gör att valsen kyls mer än vad som varit fallet om enbart den individuella kylningen skulle ha används. Det befintliga kylvattnet stängs enbart av vid längre produktionsstopp, vid kortare stopp upp till 5 minuter stängs inte kylvattnet av. Då kylvattnet inte stängs av kyls valsen mer än den skulle göra under produktion och om kylvattnet stängdes av vid alla produktionsstopp. Under den tid då examensarbetet ägde rum fanns inte möjlighet att studera hur
sprickbildningen på valsarna påverkades av de nya kylbågarna. Normalt byts valsarna efter tre månader och den tid som fanns tillgänglig inte räckte för att göra en grundlig utvärdering. Det kan bara antas att nya kylningen förbättrar valsytan då temperaturgradienterna som orsakar sprickbildning minskas.
Sammanfattningsvis kan tre punkter sammanfatta resultatet av de beräkningar och undersökningar som gjorts.
• Ingen överskridning av valskraft, reduktion eller moment • Ingen förändring av mikrostruktur
Avslutningsvis gjordes fyra rekommendationer till företaget hur fortsatt arbete kan ske. Rekommendationerna är listade i ordning efter tillgänglighet på företaget och krävande arbetsinsats.
• Kylbågarna som byggts för examensarbetet bör placeras på samtliga spår. Alternativt en rörlig kylbåge som förflyttas mellan spåren i takt med hetan. Kylvattnet för respektive spår bör enbart vara påslaget då hetan befinner sig i kontakt med valsen då temperaturen på valsen bör ligga mellan 60-70ºC.
• Då tryck och flöde på kylvattnet inte är så höga som litteraturen [1,2,3,4,5,10,13] rekommenderar bör trycket ökas från nuvarande 3 bar till ungefär 5 bar medan flödet bör nära fördubblas från 308 till ca 600 l/min per valspar för att få det
rekommenderade värdet på 50-150 l/min per vals och spår.
• Kylvattnets temperatur skulle behöva var något högre och jämn året runt, inte kallare under vintern. I dagsläget håller kylvattnet en temperatur av ca 20ºC men för att minska sprickbildningen höjas till mellan 30-35ºC.
• Reningen av kylvattnet är inte tillräckligt bra för den typ av dysor som används och för att underlätta arbetet för operatörerna bör ett filter placeras vid inloppet till vattenpumparna.
Efter redovisning på företaget tillsattes en arbetsgrupp för att utveckla individuell kylning för varje spår.
9 Referenser
[1] Downey, D. (1996) Differential roll cooling to control strip flatness and shape, Steel Times Vol. 224, nr. 6, s. 226, 228-229
[2] Sundström, A, Nylén, T.(2004) Kvalitetsansvarig resp. kvalitetschef. Åkers Sweden AB, tfn. 0159-32162, e-post: a.sundstrom@akers.se intervju 2004-10-05
[3] Raudensky,M. Horsky, J. Pohanka, M. (2002) Optimal cooling of rolls in hot rolling. Material Processing Technology Vol. 125-126, s 700-705
[4] Lundberg, S-E. and Gustafsson, T. (1994) The Influence of rolling temperature on roll wear,
investigated in a high temperature test ring. Material Processing Technology ISSN:0924-0136 Vol.
42, nr. 3, s. 239-291
[5] Perä, J-O. Levén, J. Wiklund, O. (2004) Senior Researcher, Chef för värmning och långa produkter resp. Chef för platta produkter. MEFOS-Metallurgical Research Institute AB tfn. 0920-201900. e-post: jan-olov.pera@mefos.se intervju 2004-10-08
[6] Lundberg, S-E; Sjökvist, L. (1988) Roll pass design for the rolling of special sections, Scandinavian Journal of Metallurgy Vol. 17, nr. 1, s. 38-45
[7] Wusatowski, Z. (1969) Fundamentals of rolling, London Pergamon Press.
[8] Siebel, E; Lueg, W (1934) Über den Formänderungswiderstand beim Walzen von Stahl in
Kalibern Mitt. K.-wilh.-Insi. Eisenforsch Abh. Vol. 245, nr. 16 s. 105-112
[9] Hansson, L. (1983) Kalibrering av olikflänsig vinkelstång. Tekniska Högskolan, Metallers Bearbetning, Stockholm
[10] Marik, AK; Prusty, PK; Prakash, K; Prasad, GS; Murty,GMD (1996) Improved roll cooling
system for enhancing roll service life and mill productivity in plate mill of Bhilai steel plant. Iron and
Steel Vol. 19, nr. 2, s. 69-72
[11] Themselis NJ. (1995) Transport And Chemical Rate Phenomena. första upplagan Amsterdam Gordon and Breach Science Publishers ISBN:2-88449-127-9, s. 105-107
[12] Roberts WL. (1983) Hot Rolling Of Steel New York Marcel Dekker, Inc. ISBN:0-8247-1345-1, s. 603-619
[13] Mascia,J C. and Marini,O C. (1998) Reduction of work roll wear by controlling tertiary scale
growth. Iron and Steel Vol. 75, nr. 6, s. 48-51
[14] Jarl, M. (2003) Vad är oxid på kolstål. Örebro universitet nr.11 ISSN:1404-7225 [15] Jacobson, S; Hogmark, S. (1996) Tribologi-friktion,smörjning och nötning. Arlöv Liber Utbildning AB, första upplagan ISBN:91-634-1532-1, s. 121-138
[16] Rowe GW (1977) Principles of Industrial Metalworking Processes Birmingham Butler & Tanner Ltd ISBN: 0-7131-3381-3, s. 234-235
[17] Schey JA (1984) Tribology in Metalworking andra upplagan OhioAmerican Society for metals ISBN: 0-87170-155-3, s. 250-258