淺談鑄流電磁攪拌裝置維修中常見問題及解決方法

高海巖

(上海寶景信息技術(shù)發(fā)展有限公司 上海：201900)

0 引言

鑄流電磁攪拌[1]裝置(S-MES)本質(zhì)為一種能產(chǎn)生行波磁場的磁場發(fā)生器，安裝在寶鋼二連鑄二冷區(qū)，外形與支撐輥相似，具有體積小、安裝方便等特點。該裝置能夠改善二冷區(qū)內(nèi)鋼液的傳熱、傳質(zhì)條件，能顯著提高鑄坯的等軸晶率，對減少中心偏析、中心縮孔和疏松都有明顯的冶金效果。本文對輥式電磁攪拌[2](下文簡稱攪拌輥)在使用過程中遇到的各種常見問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決方案，進(jìn)而提高攪拌輥的周期使用率。

1 攪拌輥組成

攪拌輥是由無磁輥套、感應(yīng)器(在無磁輥套內(nèi)部)、支撐頭、軸承組件、水密封組件、接線組件等組成，如圖1。由于攪拌輥工作環(huán)境溫度較高，外表有噴淋水，需要對內(nèi)部的感應(yīng)器線圈進(jìn)行水冷并做好密封，既要防止內(nèi)部的純水泄漏到輥外影響冷卻，又要防止噴淋水進(jìn)入到接線組件內(nèi)部。

圖1 攪拌輥組成示意圖

2 攪拌輥使用常見問題分析及解決方法

2.1 緊固螺栓滑出或斷裂問題

攪拌輥常見的問題之一是無磁輥套與支撐頭連接處的螺栓松動滑出或斷裂。

2.1.1 問題主要原因

(1)裝配不良。整根攪拌輥與框架裝配軸向尺寸超差較大時，若裝配過程中采用撬杠或捶打的方式安裝，就會導(dǎo)致軸承轉(zhuǎn)動不靈活。輥套與支撐頭連接位置就會受力，輥套與支撐頭出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致連接處螺栓滑出或斷裂。

(2)潤滑不良。攪拌輥在使用過程中會有噴淋水淋到輥身及軸承座上，軸承潤滑不足缺油嚴(yán)重時就會導(dǎo)致軸承卡死，無法轉(zhuǎn)動，輥套與支撐頭連接位置就會受力，輥套與支撐頭出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致連接處螺栓滑出或斷裂。

(3)機(jī)械磨損。輥套或支撐頭使用中磨損、制造中超差、維修更換不當(dāng)、裝配過程中磕碰等都會引起輥套與支撐頭尺寸配合不符合設(shè)計要求，進(jìn)而導(dǎo)致輥套與支撐頭之間出現(xiàn)相對振動，長時間使用后就會出現(xiàn)連接處螺栓滑出或斷裂。

2.1.2 解決方法

(1)針對裝配不良出現(xiàn)的問題，要求框架在加工過程中要尺寸正確，滿足圖紙要求，框架要做好熱處理，減少應(yīng)力變形，將框架與攪拌輥連接處做成有中間轉(zhuǎn)接部件，可以對安裝尺寸進(jìn)行微調(diào)，從而減少框架對裝配尺寸的影響。攪拌輥在設(shè)計的過程中要留有微調(diào)余量，裝配過程要保證攪拌輥自然落位螺栓緊固順利，裝配緊固完成后檢查軸承轉(zhuǎn)動情況，轉(zhuǎn)動輥套，軸承應(yīng)轉(zhuǎn)動順滑無卡死點。

(2)針對潤滑不良出現(xiàn)的問題，要求攪拌輥在設(shè)計時預(yù)留加油量觀察孔，或者通過觀察軸承蓋出油情況確認(rèn)加油量，保證攪拌輥在離線時軸承座內(nèi)充滿油脂。在線使用時要對軸承定期定量進(jìn)行加油，保證軸承潤滑充分。

(3)針對機(jī)械磨損出現(xiàn)的問題，要求新制攪拌輥裝配時要保證所有零件符合圖紙設(shè)計要求，維修更換零部件時要注意各輥套與支撐頭之間的尺寸配合，保證尺寸配合在圖紙要求的公差帶范圍內(nèi)。如果輥套與支撐頭之間出現(xiàn)磨損，可以選擇更換支撐頭與輥套進(jìn)行單配，保證輥套與支撐頭之間不發(fā)生振動。要定期更換緊固螺栓。制造檢測工裝，保證攪拌輥自然裝配落位后轉(zhuǎn)動靈活，減少螺栓受力。

2.2 絕緣電阻低問題

攪拌輥的感應(yīng)器是由鐵芯、線圈、聚磁組件組成，如圖2所示。電磁線按照特定的設(shè)計繞制方式繞制在鐵芯上，線圈外部配有聚磁組件，并與聚磁組件間留有設(shè)計氣隙。線圈采用外冷水的形式對線圈進(jìn)行冷卻，固定套及接線柱屬于接線組件的一部分，該部分與線圈是影響攪拌輥絕緣電阻[3]的主要部件，詳見圖3。下面對感應(yīng)器絕緣電阻降低的常見原因進(jìn)行分析。

圖2 感應(yīng)器示意圖

圖3 接線組件示意圖

2.2.1 絕緣電阻低常見原因

(1)接線柱位置密封不良。接線柱與緊固套之間采用O型密封圈密封，設(shè)備使用過程中受熱擠壓，O型圈會發(fā)生永久性彈性形變，無法復(fù)原到原來位置，無法達(dá)到密封效果。

(2)固定套與接線柱連接處加工的光潔度、垂直度、平行度及尺寸配合公差達(dá)不到設(shè)計要求，設(shè)備剛開始使用時，因為O型圈彈性較好可以彌補該問題，使用一段時間后，整根攪拌輥就會出現(xiàn)絕緣變低的情況。

(3)引出線絕緣破損或絕緣老化。攪拌輥在使用過程中存在一定振動，引出線彎曲在水箱內(nèi)，在使用時會與水箱壁摩擦，破壞引出線的絕緣層。引出線絕緣會隨著攪拌輥的使用逐漸老化，最終導(dǎo)致絕緣電阻低。

(4)感應(yīng)器線圈破損或絕緣老化。在裝配過程中出現(xiàn)磕碰會導(dǎo)致線圈磨損；零件匹配度不符合設(shè)計要求，攪拌輥長時間轉(zhuǎn)動出現(xiàn)擦傷，也會導(dǎo)致線圈磨損；攪拌輥檢修過程中水管管口密封不良，管道內(nèi)進(jìn)入磁性異物，在攪拌輥使用時電磁力會將導(dǎo)磁異物吸附到某個位置，異物會出現(xiàn)抖動與線圈摩擦，導(dǎo)致感應(yīng)器絕緣下降甚至與輥套導(dǎo)通；隨著攪拌輥的使用，感應(yīng)器線圈的絕緣層會老化，在絕緣層表面出現(xiàn)皸裂；感應(yīng)線圈受熱引起絕緣層起泡等均會導(dǎo)致攪拌輥的絕緣性能降低。

2.2.2 解決方法

(1)針對O型圈密封不良問題，要求采用耐溫及伸縮性能較好的密封圈，并制定攪拌輥的合理使用周期，定期對密封圈進(jìn)行更換；

(2)針對固定套及接線柱配合問題，需要在裝配前檢查固定套及接線柱的加工情況，要求滿足圖紙規(guī)定的光潔度、垂直度、平行度及尺寸公差等；

(3)針對引出線絕緣破損問題，在攪拌輥裝配過程中，要小心謹(jǐn)慎，盡量不要發(fā)生磕碰，引出線的長短要與密封組件的長短適合，即方便裝配又不會與密封組件發(fā)生磕碰。一般引出線的壽命小于感應(yīng)器線圈的壽命，要根據(jù)設(shè)備的使用周期，定期更換引出線；

(4)針對感應(yīng)器線圈破損或絕緣老化問題，設(shè)計時在滿足磁場使用性能的前提下算好尺寸鏈，要留有足夠的尺寸空間，防止各部件出現(xiàn)磕碰現(xiàn)象。在裝配前要認(rèn)真檢查各部件的尺寸，確保滿足設(shè)計要求，維修更換零部件時要保證與原部件尺寸一致，減少因為尺寸不匹配出現(xiàn)的線圈磕碰損傷。感應(yīng)器的線圈絕緣會隨著使用逐漸老化，為了緩解絕緣老化現(xiàn)象，可以定期對感應(yīng)器的線圈進(jìn)行絕緣保養(yǎng)，從而延長攪拌輥使用壽命。當(dāng)無法通過絕緣保養(yǎng)滿足使用要求時，要及時更換線圈。

2.3 漏水問題

國內(nèi)攪拌輥的水密封組件大多采用機(jī)械密封，少數(shù)采用骨架密封。攪拌輥漏水主要原因是機(jī)械密封[4]組件部分。漏水問題主要表現(xiàn)為軸承座的注油孔漏水、后軸承蓋處漏水、機(jī)封蓋與軸承座裝配處漏水。圖5是水密封組件示意圖，圖6為機(jī)械密封[4]示意圖，下面針對機(jī)械密封組件引起攪拌輥漏水的原因進(jìn)行分析。

圖4 水密封組件示意圖

圖5 機(jī)械密封示意圖

2.3.1 漏水問題主要原因

(1)機(jī)械密封的O型密封圈發(fā)生變形或損傷時，會出現(xiàn)不同程度的漏水；

(2)靜環(huán)組件與動環(huán)組件表面有劃痕或磕痕導(dǎo)致靜環(huán)組件與動環(huán)組件嚙合不良時，會出現(xiàn)漏水；

(3)彈簧變形或彈簧移位，機(jī)械密封靜環(huán)組件圓周受力不均勻會導(dǎo)致漏水；

(4)當(dāng)攪拌輥給軸承加潤滑油時，如此時無水壓，就會因為油壓過大導(dǎo)致機(jī)械密封移位，再進(jìn)行通水保壓時就會出現(xiàn)漏水。

2.3.2 解決辦法

(1)針對密封圈問題，裝配前仔細(xì)檢查，保證密封良好，裝配過程中與之相配部件要做好去毛刺處理，不可硬裝，需要以手輕輕推進(jìn)為宜；

(2)針對靜環(huán)組件與動環(huán)組件嚙合不良問題，裝配前要認(rèn)真檢查靜環(huán)組件與動環(huán)組件的密封面，保證無變形、傷痕；

(3)針對彈簧變形或彈簧移位導(dǎo)致的密封不良問題，在裝配前用彈簧計進(jìn)行挑選，選出彈性形變幾乎相同的彈簧，裝配中保證所有彈簧都放置良好，無歪斜現(xiàn)象；

(4)針對給攪拌輥軸承加潤滑油操作不當(dāng)產(chǎn)生的漏水問題，要減小加油的壓力，或者在加油時保證水密封組件是處于有壓狀態(tài)，減少壓差過大引起的機(jī)械密封移位。

3 改進(jìn)效果

采用上述解決方案之后，攪拌輥常見的斷螺栓、絕緣電阻低及漏水問題大幅降低，減少了因為攪拌輥故障引起的停機(jī)問題，降低了攪拌輥的更換頻率。2019年到2021年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計見圖6。

圖6 2019年-2021年攪拌輥下線問題統(tǒng)計

4 結(jié)論

采用上述改進(jìn)方案后，攪拌輥因為斷螺栓、絕緣電阻低及漏水原因?qū)е碌耐C(jī)次數(shù)明顯減少，攪拌輥的非周期下線率由原來的90%降低到目前的12%，大大降低了設(shè)備故障停機(jī)率，減少了現(xiàn)場攪拌輥及框架的拆解工作量及工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。