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      湘鋼800軋輥扁頭斷裂原因分析

      2014-03-21 06:13:26
      中國設(shè)備工程 2014年4期
      關(guān)鍵詞:道次軋輥軋機(jī)

      (湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司棒材廠,湖南 湘潭 411100)

      湘鋼800軋輥扁頭斷裂原因分析

      張群琥,王芝,劉鐵軍

      (湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司棒材廠,湖南 湘潭 411100)

      通過對湘鋼800可逆式軋機(jī)軋輥扁頭處斷裂的原因進(jìn)行分析,得出斷裂原因。對正確使用800軋輥起著指導(dǎo)作用,對可逆式800軋機(jī)軋輥的設(shè)計也有較好的借鑒意義。

      800軋機(jī);軋輥;扁頭;斷裂;傳動

      一、生產(chǎn)工藝介紹

      2003~2004年年初,湘鋼對二棒廠軋制生產(chǎn)線進(jìn)行了技術(shù)改造。利用原有廠房、φ800初軋機(jī)及400t剪和公輔設(shè)施,并新增了一些裝置,改造出1條先進(jìn)的半連軋生產(chǎn)線,年產(chǎn)能力達(dá)到90萬t。

      生產(chǎn)線原料尺寸主要有150mm×150mm×12 000mm、240mm×240mm×6 000mm和430mm×300mm×6 000mm三種。產(chǎn)品規(guī)格為φ50~220mm圓鋼、100mm×100mm、120mm×120mm、130mm×130mm、135mm×135mm出口方鋼及供大盤卷使用的150mm×150mm方坯。主要鋼種有管坯、優(yōu)碳圓、普碳圓、合結(jié)圓鋼、合金管坯、易切削鋼和軸承鋼。

      鋼坯軋制時,經(jīng)加熱后送入800軋機(jī)進(jìn)行粗軋開坯。800軋機(jī)采用二輥可逆式粗軋,孔型系統(tǒng)箱型孔型,可變換5、6、7槽3種配輥形式,軋輥零件加工圖見圖1。

      軋輥材質(zhì)為半鋼,其合金成分見表1。軋輥有關(guān)參數(shù)和軋槽噸位如見表2。

      表1

      圖1 800軋輥零件圖

      表2

      二、斷裂軋輥基本情況

      2012年5月6日凌晨發(fā)生軋輥扁頭斷裂事故。該軋輥最后一次上機(jī),軋制3 000t。新軋輥直徑φ852mm,斷裂時軋輥直徑φ844mm,該支軋輥共使用2次,累計軋鋼21 000t。當(dāng)次軋制鋼種為42CrMo及45C。

      斷口為下輥扁頭,因扁頭斷裂之后,剝落部分掉到機(jī)架輥軸承座下面無法取出,但從斷面情況來看,存在明顯的水印,顏色為深黃色,占整個斷口面積的30%左右(圖2);另外斷口肉眼可見3處細(xì)小鑄造缺陷:夾雜、氣孔(圖3)。

      圖2 斷裂扁頭位置示意圖

      圖3 斷面情況

      三、原因查找分析

      1.加熱溫度

      當(dāng)時出爐前和出爐期間加熱爐均熱段溫度超過1 200℃(軋制鋼種為45C),原料加熱按上限進(jìn)行燒鋼,溫度檢查無異常。

      2.800軋輥3 250kW電機(jī)電流檢查

      檢查斷扁頭之前軋制電流情況發(fā)現(xiàn)異常,斷裂時軋制加速共用1.5s時間,當(dāng)時最高轉(zhuǎn)速為38r/min,電流最高為1 838A。

      2012年5月5日中班,換規(guī)格檢修后,開始軋制150規(guī)格軋制道次為13道次,到22∶40左右開始減道次為11道次軋制,次日夜班接班后用13道次軋制,到0∶15后直到斷扁頭時間內(nèi)改為11道次軋制,從電流情況上看可以看出減道次軋制是在800軋槽1孔前2道軋制時減道次,電流在減道次前后1、2道次明顯增高,13道次軋制電流都低于1 400A,11道次軋制電流都高于2 000A,大部分在2 400A左右。

      操作過程中大壓下量造成電流持續(xù)在高位運(yùn)行,電流越高,軋輥扁頭扭矩越大,長期的大壓下量使軋輥負(fù)荷增大;另外咬入到加速的持續(xù)時間較短,增大了軋輥的扭矩。

      3.軋輥上線裝配情況檢查

      5月5日13∶54分800由于磨瓦更換完這套軋輥后,上一套軋輥直徑為φ824mm,該套軋輥直徑為φ844mm,相差20mm,實際換輥過程中,沒有對吊瓦位置進(jìn)行調(diào)整,使下輥萬象接軸擺動幅度增大,高速轉(zhuǎn)動時因動不平衡產(chǎn)生超出本身重量的甩力;另外,上線時沒有更換新半圓瓦,舊半圓瓦磨損15mm,使扁頭與瓦之間間隙增大,增大了扁頭的瞬時沖擊力。

      四、軋輥扁頭強(qiáng)度歸納分析

      根據(jù)工況得知,扁頭只承受扭矩而不受彎矩。現(xiàn)場勘查,工件1GBF85055—MB454軋制過程中存在多處瞬時電流及轉(zhuǎn)速超標(biāo)現(xiàn)象。就該產(chǎn)品過程電流及轉(zhuǎn)速記錄120時刻點,一一核算瞬時扭矩并得出如下結(jié)論。

      (1)瞬時電流≥2 600A者2時刻點,占1.67%;瞬時電流≥2 500A者6時刻點,占5.00%;瞬時電流≥2 400A者47時刻點,占39.17%;瞬時電流≥2 300A者74時刻點,占61.67%;電壓一定情況下,電流與扭矩成正比,高電位運(yùn)行,扭矩過大。

      (2)瞬時轉(zhuǎn)速<10r/min者15時刻點,占12.5%;瞬時轉(zhuǎn)速<20r/min者27時刻點,占22.5%;瞬時轉(zhuǎn)速<30r/min者29時刻點,占24.17%;瞬時轉(zhuǎn)速<50r/min者33時刻點,占27.5%;功率一定情況下,轉(zhuǎn)速與扭矩成反比,低轉(zhuǎn)速運(yùn)行,扭矩過大。

      (3)扭矩提升倍數(shù)≥10者21時刻點,占17.5%;扭矩提升倍數(shù)≥5者30時刻點,占25.0%;扭矩提升倍數(shù)≥3者33時刻點,占27.5%;扭矩提升倍數(shù)≥2者82時刻點,占68.3%;綜合考慮功率及轉(zhuǎn)速,對比額定電流及最大電壓核算得出的“標(biāo)準(zhǔn)扭矩”,表明軋制過程中,扭矩過大。

      (4)瞬時使用強(qiáng)度≥1 000MPa者32時刻點,占27.0%;瞬時使用強(qiáng)度≥700MPa者40時刻點,占33.3%;瞬時使用強(qiáng)度≥500MPa者100時刻點,占83.3%;扁頭扁寬、扁外圓等輥型尺寸規(guī)格一定情況下,強(qiáng)度與扭矩成正比,軋制過程中,使用強(qiáng)度過大。

      (5)強(qiáng)度提升倍數(shù)≥10者21時刻點,占17.5%;強(qiáng)度提升倍數(shù)≥5者30時刻點,占25.0%;強(qiáng)度提升倍數(shù)≥3者33時刻點,占27.5%;強(qiáng)度提升倍數(shù)≥2者82時刻點,占68.3%;扁頭扁寬、扁外圓等輥型尺寸規(guī)格一定情況下,對比額定電流及最大電壓核算得出的“許用強(qiáng)度”,表明軋制過程中,使用強(qiáng)度過大。

      結(jié)合現(xiàn)場檢查結(jié)果:“斷裂時軋制加速共用1.5s時間,當(dāng)時最高轉(zhuǎn)速為38r/min,電流最高為1 838A。正常3~4s到最高轉(zhuǎn)速80r/min。正常軋制電流有在2 400A左右”。綜合分析認(rèn)為1GBF85055—MB454軋制過程存在普遍瞬時電流及瞬時轉(zhuǎn)速超標(biāo)現(xiàn)象,該問題的產(chǎn)生導(dǎo)致瞬時扭矩過大,高扭矩軋制條件下,軋輥長時間連續(xù)服役超過《湘鋼800軋輥采購技術(shù)協(xié)議》中所要求軋輥自身強(qiáng)度極限,是導(dǎo)致扁頭斷裂的原因。

      五、結(jié)語

      結(jié)合現(xiàn)場操作實踐,低轉(zhuǎn)速高電流實際為帶鋼壓下后帶鋼啟轉(zhuǎn),形成超低速重載時刻,此時超出軋輥扁頭本身的許用強(qiáng)度,造成扁頭斷裂。通過此次事故,建議如下。

      第一,要求軋鋼時不能擅自違規(guī)減道次軋制,不能帶鋼壓下后快速啟轉(zhuǎn),軋輥上線必須按要求調(diào)整萬向軸托架。

      第二,對后續(xù)傳動設(shè)計方面,建議擴(kuò)大扁頭根部截面積,即設(shè)計時將扁頭叉U型槽向外退出50mm左右,增大許用扭矩。

      [1] 張俊彥,黃寧寧. 理論力學(xué)[M]. 北京:北京大學(xué)出版社,2004.

      [2] 蔡建偉.電路原理(2版)[M].浙江:浙江大學(xué)出版社,2006.

      [3] 文慶明.軋鋼機(jī)械(1版)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

      TG333.17

      B

      1671-0711(2014)04-0060-03

      2014-01-17)

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