軋機(jī)機(jī)架輥損壞原因分析及改造

張洪峰 白世軍 葉青 （邯鄲鋼鐵集團(tuán)公司,河北邯鄲 056000)

軋機(jī)機(jī)架輥損壞原因分析及改造

張洪峰 白世軍 葉青 （邯鄲鋼鐵集團(tuán)公司,河北邯鄲 056000)

針對(duì)邯鋼中板軋機(jī)機(jī)架輥存在的輥徑斷裂、輥面粘鋼等問(wèn)題，通過(guò)輥?zhàn)虞d荷計(jì)算及輥面粘鋼機(jī)理的研究，確定了機(jī)架輥損壞的原因。提出機(jī)架輥改造方案，輥徑由?190 mm增加到?220 mm，提高了承載能力;改用滾動(dòng)軸承;改進(jìn)輥面材料提高輥面的耐磨性和強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)多次運(yùn)行證明，改造后其使用壽命及其它綜合性能得到大幅度提升,滿(mǎn)足中板線(xiàn)生產(chǎn)的需要。

機(jī)架輥 載荷 粘鋼 損壞 使用壽命 改造

1 前言

邯鋼中板線(xiàn)軋機(jī)機(jī)架輥位于軋機(jī)前后兩側(cè),緊靠軋輥,機(jī)架輥采用整體鍛造箱體、嵌入式四輥集中轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊安裝空間有限。機(jī)架輥由傳動(dòng)部分、箱體部分組成。軋機(jī)機(jī)架輥是軋制開(kāi)始和結(jié)束的關(guān)鍵工序，在軋輥兩側(cè)，是軋鋼生產(chǎn)的咽喉要道。近年來(lái)由于產(chǎn)品品種的增多，鋼坯料不斷增大、產(chǎn)量和質(zhì)量的提高，而且機(jī)架輥工作繁重、頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和承受軋件沖擊，機(jī)架輥的運(yùn)轉(zhuǎn)已不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求，經(jīng)常損壞、造成停產(chǎn)，而且輥面經(jīng)常粘鋼造成板面壓痕。據(jù)統(tǒng)計(jì)2007年機(jī)架輥消耗114套，其中斷輥36套，平均壽命3.2天/套;2008年消耗100套，其中斷輥32套，平均壽命3.65天/套;2009年機(jī)架輥消耗78套，其中斷輥26套，平均壽命4.68天/套。近幾年經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，均未取得明顯效果，嚴(yán)重制約著生產(chǎn)。本文分析了機(jī)架輥損壞的原因，對(duì)改進(jìn)的情況作介紹。

2 機(jī)架輥損壞原因分析

2.1 存在的問(wèn)題

其存在的問(wèn)題是：（1)輥?zhàn)虞亸綌嗔?（2)輥?zhàn)舆\(yùn)轉(zhuǎn)失效;（3)輥面粘鋼造成鋼板壓痕。

2.2 機(jī)架輥力學(xué)模型

板坯在初軋時(shí)其端部有彎曲，端部彎曲撞擊機(jī)架輥時(shí)，產(chǎn)生的是動(dòng)載荷，因軋件的溫度較高(1 000℃左右)時(shí)，其塑性較好，軋件與機(jī)架輥接觸后被強(qiáng)迫矯直，由于開(kāi)坯為低速（n=45r/min)咬入，據(jù)材料力學(xué)動(dòng)載荷計(jì)算知其動(dòng)載荷為1.5—2倍鋼坯重量[1],動(dòng)載荷小，且軋件的塑性變形吸收了大部分的動(dòng)載荷，因此可以忽略動(dòng)載荷，而以靜載荷來(lái)簡(jiǎn)化建立力學(xué)模型，如圖1所示。

由圖1知，軋件頭部彎曲下扣撞擊機(jī)架輥時(shí)，撞擊水平分力的反力使軋件下彎，加大軋件的彎曲，撞擊垂直分力的反力使軋件上彎起矯直作用，據(jù)矯正理論及材料力學(xué)[2]并簡(jiǎn)化知（公式推算不在詳述)：

圖1

式中:

L——撞擊點(diǎn)到軋輥中心的水平距離1 150 mm;

h——軋件的出口厚度185 mm;

α——撞擊力方向與水平方向的夾角極限點(diǎn)為45°;

σs——屈服強(qiáng)度，鋼坯進(jìn)入軋機(jī)的溫度為1000℃左右，σs=100 MPa;

b——為軋件的寬度2 200 mm;

邯鋼中板熱軋鋼坯第一道次最大規(guī)格為：2 200 mm×1 800 mm×185 mm，由以上公式計(jì)算:

事實(shí)上其撞擊點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其極限點(diǎn)（α=45°點(diǎn))，也就是說(shuō)其載荷遠(yuǎn)小于Nxmax。

2.3 損壞原因

2.3.1 輥?zhàn)虞S徑斷裂原因分析

輥?zhàn)恿W(xué)模型簡(jiǎn)化為以輥?zhàn)觾奢S承為支點(diǎn)，中心點(diǎn)作用集中載荷的簡(jiǎn)支座，如圖2。

圖2

機(jī)架輥輥?zhàn)哟嬖趦蓚€(gè)危險(xiǎn)截面，其截面I為輥身與輥徑過(guò)度處，其輥徑直徑為190 mm,其截面II為輥身中心位，直徑為400 mm，經(jīng)計(jì)算：

式中：L1——力臂值為174 mm,

L2——力臂值為1 008 mm;

D1——實(shí)心輥軸徑直徑190 mm;材質(zhì)為42CrMo，其[σs]=640 MPa;

D2——實(shí)心輥輥身直徑400 mm;從計(jì)算結(jié)果上看截面I應(yīng)為危險(xiǎn)截面，在一般情況下其撞擊點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其極限點(diǎn)（α=45°點(diǎn))，σⅠ值小于[σs]，輥?zhàn)虞S徑不會(huì)斷裂，但因其值接近于[σs]，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)發(fā)生疲勞損壞斷裂，另一個(gè)原因當(dāng)撞擊點(diǎn)處于α=45°的極限情況時(shí)，會(huì)出現(xiàn)頂死，此時(shí)機(jī)架輥受力最大，會(huì)造成機(jī)架輥斷裂。

2.3.2 輥?zhàn)舆\(yùn)轉(zhuǎn)失效原因分析

主動(dòng)輥上使用的是滑動(dòng)軸承34134，被動(dòng)輥上使用的是鋼套和尼龍瓦，負(fù)荷大頻繁正反轉(zhuǎn)、磨損快，造成嚙合齒中心距變化，當(dāng)磨損間隙達(dá)頂間隙3.8 mm時(shí)，嚙合兩齒齒根和齒頂沒(méi)有間隙，載荷直接作用介輪軸承7616上，造成軸承損壞引起打齒、密封潤(rùn)滑失效，造成輥?zhàn)舆\(yùn)轉(zhuǎn)失效。

2.3.3 輥面粘鋼原因分析

粘鋼的機(jī)理為輥面材質(zhì)耐磨性及硬度不高，鋼板在軋制過(guò)程中導(dǎo)致輥面變得凹凸不平，產(chǎn)生蠕變和細(xì)小裂紋，軋制中的氧化鐵皮壓入輥面細(xì)小的裂紋中并使裂紋逐漸擴(kuò)大，氧化皮粘結(jié)層慢慢變厚，產(chǎn)生粘鋼。輥面材質(zhì)為42CrMo，合金化元素含量低，材質(zhì)不耐磨，輥面硬度低（HRC28左右)達(dá)不到工藝要求造成輥面沾鋼板面出現(xiàn)壓痕[3]。

3 改進(jìn)方案

鑒于機(jī)架輥安裝空間和傳動(dòng)形式已不可改變，在保持結(jié)構(gòu)形式不變的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)架輥進(jìn)行整體改進(jìn)，針對(duì)軋機(jī)機(jī)架輥損壞的原因，提出改造方案。

3.1 將原輥徑由Φ190 mm增大到Φ220 mm，其危險(xiǎn)截面σⅠ=385.5 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用屈服極限，提高承載能力。

3.2 針對(duì)主動(dòng)輥使用的是滑動(dòng)軸承34134，被動(dòng)輥使用的是鋼套和尼龍瓦的情況，由于安裝空間非常有限只能將其改為滾動(dòng)軸承4053736,其軸承在此作業(yè)狀態(tài)下的壽命：

中度沖擊，滾子軸承，公式中：

fT——軸承工作溫度=1. 0;

Cr——軸承當(dāng)量動(dòng)載荷=1 170 kN;

fP——軸承載荷系數(shù)fP=1. 5;

ε——軸承壽命指數(shù)ε=10/ 3;

n——軋制第一道次時(shí)的轉(zhuǎn)速n=45 r/min;

Lh——僅只軋制第一道次時(shí)的壽命，

計(jì)算得：Lh=370 h;

隨著軋制道次的增加，其輥承受的載荷大幅降低，另外當(dāng)量動(dòng)載荷要遠(yuǎn)小于Pmax,所以軸承壽命遠(yuǎn)大于Lh，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證軸承壽命在3個(gè)月以上。并相應(yīng)對(duì)箱體、密封改進(jìn)。

3.3 針對(duì)輥面材質(zhì)耐磨性及硬度達(dá)不到工藝要求造成輥面粘鋼板面出現(xiàn)壓痕問(wèn)題，將輥面材質(zhì)42CrMo改為含Cr在12%左右、有效合金元素達(dá)到百分之二十幾的高鉻中碳鋼，機(jī)體仍用42CrMo，輥面堆焊層10 mm。堆焊前預(yù)熱至350℃，保溫4～8 h，堆焊時(shí)層間溫度控制在300℃左右嚴(yán)防過(guò)冷、過(guò)熱，堆焊后升溫至400℃做保溫回火。這樣的材質(zhì)既耐熱、耐磨又具有高強(qiáng)度高硬度，其硬度值達(dá)到HRC46～52，具有較高的耐磨性有效防止了輥面粘鋼。

4 使用效果

改造后的機(jī)架輥經(jīng)過(guò)多次運(yùn)行，證明改造方案是可行的，其使用壽命及其它綜合性能得到大幅度提升。改造后的機(jī)架輥運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、平穩(wěn)可靠，使用壽命提高了數(shù)十倍，壽命在3月以上，并杜絕粘鋼事故，滿(mǎn)足中板線(xiàn)生產(chǎn)的需要。

[1]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2005:95-102.

[2]王立勝.四輥軋機(jī)板坯下彎撞擊機(jī)架輥載荷分析[J].冶金設(shè)備.2004(4):22-24.

[3]張洪峰.淺談熱矯正機(jī)輥面粘鋼機(jī)理及防治[J].冶金設(shè)備.2009(1):77-78.

[4]吳宗澤,劉瑩.機(jī)械設(shè)計(jì)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2003：170-176.

Mill Feed Roll Damage Cause Analysis and Modification

Zhang Hongfeng,Bai Shijun,Ye Qing

In order to address the problems of roller radical breakage and steel pick-up at roller surface for the feed roll of plate rolling mill of Hangang,the damage causes of feed roll were determined by roller load calculation and study on the mechanism of steel pickup at roller surface.A modification plan for feed roll was proposed:the roller diameter changed from 190 mm to 220 mm to raise the load-bearing capability;roller bearing was adopted;the material of roller surface was changed to improve the wear resistance and strength of roller surface.Several-time running proved that after modification,the service life and other comprehensive properties were all improved substantially and the requirement posed by the production of plate rolling mill was met.

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（收稿 2010-06-29 責(zé)編 趙實(shí)鳴)

張洪峰,1999年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)機(jī)械系，學(xué)士學(xué)位，工程師。現(xiàn)在邯鄲鋼鐵集團(tuán)工作。