Korea Ever-Power · Sovellussuunnitteluopas
Mato ja matopyörä terästehtaan valssaukseen ja käsittelyyn
25 tonnia painava, 1 150 celsiusasteen lämpötilassa oleva teräslaatta vierii 120 pyöritetyn rullan yli. Jokainen pyörittävä rulla – matovaihtepari – absorboi säteilylämpöä 300 mm yläpuolella olevasta hehkuvasta laatasta, ohjaa pois laatan pinnalta putoavan rautaoksidihilsesuihkun ja kestää 180 baarin paineella suihkutettavan kalkinpoistoveden. Itse tuote on vihamielinen ympäristö – ja se kulkee pöydän läpi 90 sekunnin välein.
Terästehtaat käyttävät matovaihteita rullapöytäkäytöissä, kelauskarojen käyttöissä, jäähdytysalustojen siirtomekanismeissa ja valssiväliruuvimekanismeissa – kaikki nämä toimivat terästuotteen lähellä 200–1 200 celsiusasteen lämpötilassa. Korkean lämpötilan teräksenkäsittelymatriisi luokittelee käyttölaitteet niiden palveleman tuotteen lämpötilavyöhykkeen (kuuma, lämmin, kylmä) mukaan ja yhdistää jokaisen vyöhykkeen käyttölaitteen ympäristön lämpötilaan, vaadittuun jäähdytysmenetelmään, rautaoksidihilsettä vastaan suojattuun tiivisteeseen ja materiaalispesifikaatioon. Toisin kuin leipomo- tai sementtiteollisuudessa, joissa lämmönlähde on staattinen (uuni, polttouuni), terästehtaan lämpö on ohimenevää – 1 150 asteen laatta kulkee rullapöytäkäytön yli 2–5 sekuntia kerrallaan, mikä luo lämpöshokkijaksoja, joita vakiomalliset jatkuvan altistuksen matovaihteiden tekniset tiedot eivät tallenna. Tuotteesta putoava hilse (rautaoksidi Fe₃O₄-hiutaleet yli 800 asteessa) on samanaikaisesti korkean lämpötilan hioma-aine ja kemiallinen epäpuhtaus – tämä vaatii suojattuja labyrinttejä, joihin mikään muu teollisuudenala ei pysty pölysuojaamaan.
Missä terästehtaat käyttävät matovaihteita
Teräsvalssaamo sisältää satoja yksittäin käytettyjä teloja, jotka kuljettavat ja sijoittavat kuumaa terästä valssitelineiden välillä, hilsenpoistoasemien läpi, jäähdytysalustojen yli ja kelaajille. Jokainen valssi vaatii matovaihteen, joka muuntaa moottorin nopeuden (tyypillisesti 1 450 rpm) telojen nopeudeksi (10–200 rpm valssiosastosta riippuen). Matovaihteparit suorittavat tätä nopeudenalennustoimintoa valssauspöydissä, heittopöydissä, jäähdytysalustojen haravoissa ja ruuvikiinnitysmekanismeissa, joissa 90 asteen moottorin suuntaus sopii tiukkaan telojen jakoväliin (300–600 mm telojen keskipisteiden välillä).
Päävalssitelineiden käyttövoimat käyttävät suuritehoisia kartio- tai planeettavaihteistoja matovaihteiden sijaan, koska kartio- tai planeettavaihteistot ovat erittäin tehokkaita (500–5 000 kW) – liian suuria matovaihteille. Mutta 50–200 yksittäistä matovaihteparia valssipöytää ja apulaitteissa olevaa käyttövoimaa jyrsintä kohden edustavat suurempaa yksikkömäärää kuin mikään muu yksittäinen sovellus tässä 30 artikkelin sarjassa.
Korkean lämpötilan teräksen jalostusmatriisi — tuotealue spesifikaatioiden ajamiseksi
Terästehtaan lämmön ja muiden korkean lämpötilan sovellusten (leipomo A14, sementti A25) välinen kriittinen ero on se, että terästehtaan lämpö on tuoteperäistä ja ohimenevää. 1 150 asteen levyaihio kulkee rullapöydän matopyöräparin yli 2–5 sekuntia, ja seuraava levyaihio saapuu 60–120 sekuntia myöhemmin. Käyttökotelon lämpötila vaihtelee jokaisen levyaihion läpikulun myötä – se nousee 5–15 celsiusastetta läpikulkua kohden ja jäähtyy sitten läpikulkujen välillä. Tämä terminen sykli on paljon vahingollisempi matopyörän tiivisteille ja öljylle kuin leipomoiden tai sementtitehtaiden tasainen korkea lämpötila.
Matriisi paljastaa 3–5-kertaisen kustannuseron kylmä- ja kuumavyöhykkeiden välillä – pääasiassa jäähdytysjärjestelmän (vesivaippa tai öljynkierto lisää 1 500–4 000 USD käyttöä kohden) ja kalkinpoiston (vesihuuhtelurengas lisää 200–500 USD yksinkertaiseen labyrinttiin verrattuna) vuoksi. Myllyssä, jossa on 120 rullapöytäkäyttöä, voi olla 30 kuumalla vyöhykkeellä, 40 lämpimällä vyöhykkeellä ja 50 kylmällä vyöhykkeellä – kaikkien 120 matopyöräkäyttöä määrittämällä kuumalle vyöhykkeelle tuhlataan noin 120 000 USD tarpeettomiin jäähdytyslaitteisiin kylmävyöhykkeiden käyttöissä.
Rautaoksidikalkki ja korkeapaineinen kalkinpoistovesi
Mittakaava ainutlaatuisena epäpuhtautena. Kun kuuma teräs on kosketuksissa ilman kanssa, pinta hapettuu muodostaen rautaoksidihilsettä (Fe₃O₄) – kovaa, haurasta kerrosta, joka hilseilee teräksen pinnasta sen kulkiessa valssilaitoksen läpi. 2–10 mm:n kokoisia hilsehiutaleita putoaa 600–1 000 celsiusasteen lämpötilassa olevasta tuotteesta alla oleville valssipyörille. Tämä kuuma hilse on samanaikaisesti korkean lämpötilan ammus (se voi sulaa tavallisten kumitiivisteiden läpi kosketuksessa), hioma-aine (Mohs 6, kovempaa kuin sementtipöly) ja kemiallinen epäpuhtaus (se liukenee jäähdytysveteen muodostaen happaman rautahydroksidilietteen pH-arvossa 3–5). Mikään muu teollisuudenala ei tuota epäpuhtautta, joka yhdistäisi kaikki kolme vauriomekanismia.
Matovaihteiden koteloiden kalkkisuoja. Kuumavyöhykekäytöt vaativat kotelon yläpuolelle sijoitettavan teräksisen hilsesuojan, joka pysäyttää putoavan hilseen ennen kuin se koskettaa tiivisteitä. Suojan on oltava vaihdettavissa (se kuluu toistuvien kuuman hilseen iskujen seurauksena) ja sen on oltava kulmassa, jotta se ohjaa hilsettä poispäin akselin sisääntulokohdasta. Suojan takana vesihuuhtelurengas pesee jatkuvasti hilsehiukkasia pois labyrinttitiivisteestä estäen hilsehiukkasten kertymisen, jotka voisivat hankautua tiivisteen kosketuspintoihin.
Kalkinpoistoveden vuorovaikutus. Korkeapaineiset kalkinpoistosuihkeet 150–200 baarin paineella poistavat kalkkia teräspinnalta ennen valssausta, jolloin muodostuu kuumasta vedestä, höyrystä ja pirstaloituneista kalkkihiukkasista koostuva sumu, joka peittää rullapöydän käyttölaitteet. Matopyöräparin kotelon on kestettävä tätä ympäristöä jatkuvasti – tavalliset maalausjärjestelmät pettävät 6–12 kuukauden kuluessa. Kuumavyöhykekoteloissa käytetään paljasta valurautaa tai sinkkimetalloitua pinnoitetta (ei maalia – maali hilseilee lämpökierron seurauksena) ja seinämän paksuuteen on sisällytetty uhrautuva korroosiovara.
Korealainen kuumavalssaamo, joka tuottaa 3 miljoonaa tonnia vuodessa, määritteli matovaihteparit 80:lle poistopöydän rullakäytölle viimeistelyvalssin ja kelaimen välille. Poistopöytä palveli lämmintä vyöhykettä (tuotteen lämpötila 600–850 celsiusastetta viimeistelyvalssin ulostulossa, jäähdytys 500–650 asteeseen kelaimella). Käyttöympäristön lämpötila: 80–110 celsiusastetta. Alkuperäisessä spesifikaatiossa käytettiin mineraalipohjaista EP-öljyä (ISO VG 320, 90 celsiusasteeseen) vakiomallisilla FKM-huulitiivisteillä ja ilman kalkkisuojaa – kustannuskilpailukykyinen vaihtoehto hintaan 420 USD per käyttö. 18 kuukauden kuluessa 22 80 käytöstä oli vikaantunut – mineraaliöljy oli hapettunut lämpökierron aikana, kalkkihiukkaset olivat syövyttäneet huulitiivisteitä ja kalkkilietettä oli päässyt koteloihin. Vaihtospesifikaatioon lisättiin vaa'an suuntauslevyt (180 USD kappale), vesihuuhtelurenkaat (250 USD kappale), labyrinttitiivisteet (huulitiivisteiden vaihto, 85 USD kappale) ja synteettinen PAG-öljy (45 USD täyttöä kohden). Kokonaispäivitys per käyttö: 560 USD – yksikkökustannukset nousivat 420 USD:sta 980 USD:aan. Päivityksen jälkeinen tarkastus kolmantena vuonna: nolla vikaa kaikissa 80 käyttölaitteessa. 560 USD:n päivitys 80 käyttölaitteelle (yhteensä 44 800 USD) esti 22 ennenaikaista vikaa, jotka olivat maksaneet noin 35 000 USD:a uusien käyttölaitteiden hinnalla sekä 180 000 USD:a tuotantoviiveitä rullapöytäosien sammutusten vuoksi. Opetus: prosessointimatriisin vähimmäislämpötila-alueen spesifikaatiossa on oltava vaa'an suojaus – oikean öljyn ja jäähdytyksen valitseminen ilman vaa'an sisäänpääsyreitin huomioimista tuottaa saman vikaantumisasteen kuin pelkkä lämmönhallinnan aliarviointi.
Kolme terästehtaan matovaihteparin erittelytapausta
Tapaus 1 – Korealainen kuumavalssaamo: 80 heittopöytäkäyttöä, lämmin vyöhyke, suojattu kalkilta
Korealainen kuumavalssaamo (katso yllä oleva suunnittelupöytähuomautus) spesifioi 80 matopyöräparia pyörityspöytää varten viimeistelypöydän ja kelaimen välille. Telojen nopeus: 60–180 rpm (säädettävissä nauhan nopeuden mukaan). Moottori: 5,5 kW, 1 450 rpm. Välityssuhde: 10:1 (2-käynnistys – itselukittuvaa ei tarvita telapöydissä; telat pyörivät vapaasti moottorin pysähtyessä). Lähtömomentti: 120 N·m telaa kohden. Korjattu spesifikaatio: 2-käynnistys, moduuli 3, keskiöväli 80 mm. Materiaali: karkaistusta seosteräksestä valmistettu mato, fosforipronssinen pyörä. Asteikkosuojus + vesihuuhtelurengas + labyrinttitiiviste. Öljy: synteettinen PAG ISO VG 320, öljynkierto ulkoisella jäähdyttimellä, joka jaetaan 10 käyttölaitteen ryhmissä. Hinta käyttölaitetta kohden (suojauksineen): 980 USD. Yhteensä 80 käyttölaitteelle: 78 400 USD. Tehdas tuotti nauhaa tukkuhinnalla 90 Yhdysvaltain dollaria tonnilta – jokainen tuotantokattilan seisokkiaika maksoi noin 27 000 Yhdysvaltain dollaria menetettynä tuotantona.
Tapaus 2 – Japanilainen valssilankavalli: kelauskaran käyttö, kuuma vyöhyke, vesijäähdytteinen kotelo
Japanilainen valssaamo määritteli matopyöräparit neljälle kelauskaran käyttölaitteelle. Kelauslaite kelasi kuumaa lankaa (halkaisija 5,5–16 mm) keloiksi viimeistelylohkon ulostulossa. Langan lämpötila kelauslaitteessa: 900–1 050 celsiusastetta. Karan käyttölaite sijaitsi suoraan kelauspisteen alapuolella – ympäristön lämpötila mitattuna 160–190 celsiusastetta kelauksen aikana (kuumin matopyöräparin ympäristö tässä 30 artikkelin sarjassa). Matopyöräpari: yksikäynnistys (itselukittuva tarvitaan kelan kireyden pitämiseksi kelauksen aikana), moduuli 5, keskiöväli 125 mm, välityssuhde 30:1. Lähtömomentti: 650 N·m (langan kireys × karan säde). Jäähdytys: vesivaippainen kotelo, jossa jatkuva jäähdytysveden kierto (kotelon lämpötila pidetään 85 celsiusasteessa 180 asteen ympäristön lämpötilasta huolimatta). Öljy: PFPE-perfluorieetteri (mitoitettu 250 celsiusasteeseen – tarjoaa äärimmäisen liikkumavaran jäähdytysjärjestelmän keskeydyille). Vaakasuora suojaus: Täysteräksinen suojus, joka ympäröi vetolaitetta vesisuihkuverholla suojuksen aukossa. Hinta matopyöräparia kohden vesivaipalla: 4 200 USD. PFPE-öljytäyttö: 380 USD. Selaa teollinen matovaihteen vähennysventtiili vaihtoehtoja terästehtaan rullapöytä- ja kelaussovelluksiin.
Tapaus 3 – Vietnamilainen raudoitusvalssaamo: jäähdytyspetihara, kylmävyöhyke, vakiospesifikaatio
Vietnamilainen raudoitusteräksen valssaamo määritteli matopyöräparit kahdeksalle jäähdytyspedin harankäytölle. Jäähdytyspedille otettiin vastaan valmista raudoitusta 600–800 celsiusasteen lämpötilassa ja se siirrettiin sivusuunnassa pedin poikki edestakaisin liikkuvilla haroilla, kunnes raudoitus jäähtyi alle 100 celsiusasteen niputtamista varten. Harankäytöt sijaitsivat jäähdytyspedin ritilän alapuolella – ne saivat jäännössäteilylämpöä, mutta eivät suoraa kosketusta tuotteeseen. Ympäristön lämpötila harankäytössä: 45–65 celsiusastetta (kylmä vyöhyke – raudoitus oli jäähtynyt lämpimän vyöhykkeen läpi ennen haran saavuttamista). Matopyöräpari: yksikäynnistys, moduuli 4, keskipisteiden etäisyys 100 mm, välityssuhde 40:1. Lähtömomentti: 800 N·m (haran massa × kitka). Jäähdytys: luonnollinen konvektio (riittävä 65 celsiusasteen ympäristön lämpötilassa). Hilsesuojaus: labyrinttitiiviste ilmapuhdistuksella (irtonaiset hilsehiukkaset putoavat jäähdytyspedin ritilän läpi käyttöihin). Öljy: mineraali EP ISO VG 320. Hinta parilta: 480 USD. Yhteensä 8 käyttölaitteelle: 3 840 USD. Tapaus osoittaa, että kaikki terästehtaiden käyttölaitteet eivät tarvitse kuumavyöhykespesifikaatiota – jäähdytyskerroksen kylmävyöhyke toimii tavanomaisia teollisuusympäristöjä vastaavissa olosuhteissa, joihin on lisätty kalkkikerrosten suojaus.
Usein kysytyt kysymykset
K: Miksi terästehtaan rullapöytäkäytöissä käytetään kaksikäynnistysisiä matovaihteita?
Rullapöytäkäytöt eivät tarvitse itselukittuvuutta, koska rullat voivat pyöriä vapaasti moottorin pysähtyessä – kuuma teräslaatta rullaa vapaasti pyörivien rullien yli vaurioitta. Kaksikäynnistysinen kokoonpano lisää hyötysuhdetta 40–48 prosentista (yksikäynnistys) 65–72 prosenttiin (kaksikäynnistys), mikä vähentää moottorin lämpöä ja pidentää öljyn käyttöikää jo ennestään kuumassa ympäristössä. 80–120 rullapöytäkäytöllä tehdasta kohden hyötysuhteen parannus säästää 50–150 kW kokonaistehoa – merkittävä käyttökustannusten alenema yli 6 000 tunnilla vuodessa. Poikkeuksena on, että kelauskaran käyttöjen ja ruuvikiinnitysmekanismien on oltava yksikäynnistyksiä itselukittuvaa jännityksenpitoa ja asennonpitoa varten.
K: Miten lämpöshokkisykli eroaa vakiotilan korkeasta lämpötilasta?
Vakiotilassa vallitseva korkea lämpötila (leipomo, sementti) mahdollistaa koko matovaihteiston lämpötasapainon saavuttamisen – kaikki komponentit laajenevat tasaisesti. Lämpöshokkisyklit (terästehtaan laatan läpikulku) lämmittävät kotelon yläpinnan nopeasti, kun taas pohja pysyy viileämpänä – luoden kotelon sisään lämpötilagradientin, joka tuottaa erilaista lämpölaajenemista. Tämä erilainen laajeneminen rasittaa tiivisteiden kosketuspintoja eri tavalla jokaisessa syklissä (kuuma puoli laajenee ja puristaa tiivistettä, kylmä puoli pysyy paikallaan). Tuhansien laatan läpikulkujen aikana päivässä syklinen tiivisteen puristus aiheuttaa kiihtynyttä väsymistä tavallisissa kumitiivistemateriaaleissa – minkä vuoksi terästehtaan matovaihteistojen tiivisteet ovat labyrinttitiivisteitä (ei-koskettavat, ei väsymistä) eikä huulitiivisteitä (koskettavat, väsymisalttiita).
K: Voidaanko kalkkivaurioita estää ilman vesihuuhtelurengasta?
Lämpimillä ja kylmillä vyöhykkeillä paineilmapuhdistus (0,3–0,5 bar) riittää yleensä estämään kalkin kertymisen labyrinttitiivisteeseen. Kuumalla vyöhykkeellä pelkkä ilmapuhdistus ei riitä, koska kuumat kalkkihiukkaset (600–1 000 celsiusastetta) voivat sulaa labyrinttikanaviin ja jähmettyä kovaksi kuoreksi, joka tukkii ilmavirran. Vesihuuhtelurengas jäähdyttää kalkkihiukkaset pehmenemispisteensä alapuolelle ja pesee ne pois ennen kuin ne ehtivät kertyä. Veden virtausnopeus on alhainen – 2–5 litraa minuutissa ajoa kohden – ja vesi valuu samojen kalkinkeräyskanavien kautta rullapöydän alapuolelle.
K: Mikä on terästehtaan matovaihteiden parivaihteiden öljynvaihtoväli?
Kuuma vyöhyke: 3–6 kuukauden välein (lämpösyklit kiihdyttävät öljyn hapettumista synteettisestä öljystä huolimatta). Lämmin vyöhyke: 6–12 kuukauden välein. Kylmä vyöhyke: 12–18 kuukauden välein. Nämä huoltovälit edellyttävät öljyanalyysin seurantaa – vaihda öljy välittömästi, jos happoluku ylittää 2,0 mgKOH/g, vesipitoisuus ylittää 0,5 prosenttia (kalkinpoistoveden sisäänpääsyn vuoksi) tai rautapitoisuus ylittää 100 ppm (viittaa kalkkikertymään tai vaihteiston kiihtyneeseen kulumiseen). Terästehtaat, joissa on keskitetty matovaihteiden öljynkiertojärjestelmä (yksi jäähdytin palvelee 10–20 käyttöä), voivat pidentää huoltovälejä 30–50 prosentilla, koska suuri öljymäärä laimentaa epäpuhtauksia hitaammin.
K: Mikä on terästehtaan matovaihteparin tyypillinen käyttöikä?
Oikeilla lämpötilavyöhykemäärityksillä ja vaa'an suojauksella: kuuma vyöhyke 3–5 vuotta, lämmin vyöhyke 5–8 vuotta, kylmä vyöhyke 8–12 vuotta. Teräsmadon käyttöikä: 6–15 vuotta kaikilla vyöhykkeillä (mato on kovempi ja korroosionkestävämpi kuin pronssipyörä). Kuumavyöhykkeillä varustettujen matovaihteiden käyttöikää rajoittava tekijä on pronssipyörän lämpösyklinen väsyminen – toistuva kuumentaminen ja jäähdytys aiheuttaa mikromurtumia hampaan kylkiin 15 000–30 000 lämpösyklin jälkeen. Lämpimillä ja kylmillä vyöhykkeillä rajana on vaa'an kontaminaation aiheuttama hiomakuluminen – jota hallitaan labyrinttitiivisteen ja huuhtelurenkaan huollolla.
Terästehtaiden matovaihteparit kohtaavat äärimmäisimmän yhdistelmän lämpöshokkeja, hankaavaa kontaminaatiota ja kemikaaleja kaikissa teollisissa sovelluksissa. Korkean lämpötilan prosessointimatriisi yhdistää tuotteen lämpötila-alueet (kuuma, lämmin, kylmä) käyttölaitteen ympäristön lämpötilaan, jäähdytysmenetelmään, hilsesuojaukseen ja voiteluainespesifikaatioon – mahdollistaen vyöhykekohtaisen optimoinnin, joka estää sekä alispesifikaatiot (ennenaikainen vikaantuminen kuumalla vyöhykkeellä) että ylispesifikaatiot (turhat kustannukset kylmällä vyöhykkeellä). Hilse – ainutlaatuinen terästehtaan epäpuhtaus – vaatii suojattuja labyrinttejä, joissa on vesihuuhtelu kuumalla vyöhykkeellä, mitä mikään muu teollisuuden pöly- tai hiukkassuojaus ei voi korvata. Ohikulkevan kuuman tuotteen aiheuttama ohimenevä lämpöshokki aiheuttaa tiivisteiden väsymistä, jota vakiolämpötilaspesifikaatiot eivät ratkaise – labyrinttitiivisteet korvaavat huulitiivisteet pakollisena matovaihteen kokoonpanona kaikissa terästehtaiden matovaihteparien asennuksissa.
Terästehtaiden laitetoimittajille ja tehdasinsinööreille suunnittelutiimimme luokittelee tuotteen lämpötilavyöhykkeen ja suosittelee täydellisen käyttöspesifikaation. Vakioluettelo raskaaseen käyttöön tarkoitetut matovaihteistot kattaa teräsmyllyjen koot 63–200 mm:n keskiöetäisyydeltä ja tarjoaa suojausvaihtoehtoja. Lähetä terästehtaan käyttölaitteen erittely tuotteen lämpötilan, myllyosan, käyttölaitteen asennon ja vaa'an altistustason mukaan.
Määritteletkö matopyöräpareja terästehtaan rullapyörille tai käsittelylaitteille?
Lähetä tuotteen lämpötila, myllyn osa, käyttöjen lukumäärä, telojen nopeusalue ja vaa'an altistustaso. Luokittelemme lämpötila-alueen ja suosittelemme jäähdytys-, tiivistys- ja vaa'an suojauspakettia kullekin käyttöpaikalle.
Toimittaja: Cxm
