一種不銹鋼冷軋機(jī)卷筒的防松技術(shù)

樓雄軍，王歡申，周志強(qiáng)，王 勇

（寧波寶新不銹鋼有限公司，浙江寧波 315807）

0 引言

寧波寶新不銹鋼有限公司于1997 年從日本三菱公司引進(jìn)一臺(tái)不銹鋼冷軋機(jī)（公司內(nèi)命名為一號(hào)軋機(jī)），該軋機(jī)在1998年投產(chǎn)之初就發(fā)現(xiàn)軋機(jī)卷筒扇形板在使用過(guò)程中易松動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組故障停機(jī)，嚴(yán)重影響軋機(jī)的產(chǎn)能。經(jīng)查卷筒設(shè)備檔案，僅從2015—2017 年，左右側(cè)卷筒總共解體檢查處理34 次，其中更換卷筒委外修復(fù)5 次，總共影響停機(jī)時(shí)間約942 h。如此頻繁的檢修，即增加了檢修作業(yè)的時(shí)間和工作量，又影響了機(jī)組的開(kāi)動(dòng)率，降低了機(jī)組的產(chǎn)能，因此如何解決扇形板的松動(dòng)問(wèn)題，成為設(shè)備技術(shù)人員急需解決的問(wèn)題。

1 軋機(jī)卷筒的結(jié)構(gòu)及扇形板松動(dòng)原因分析

1.1 軋機(jī)卷筒的結(jié)構(gòu)

該型軋機(jī)的卷筒由4 塊扇形板及芯軸組裝而成，其中2 塊扇形板帶有鉗口，另外2 塊沒(méi)有鉗口，2 種扇形板成對(duì)稱分布。為了使卷筒在軋機(jī)左右側(cè)能夠互換，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，卷筒上2個(gè)鉗口的方向是不一樣的，也就是在一側(cè)的卷筒只有一個(gè)鉗口能滿足帶鋼卷取的需要。卷筒扇形板正常嚙合時(shí)，扇形板邊緣的矩形齒相互嚙合（圖1）。原設(shè)計(jì)扇形板與卷筒芯軸的連接有3 種鍵，即T 形鍵、燕尾形鍵、斜四邊形鍵。原設(shè)計(jì)無(wú)鉗口扇形板上只有2 個(gè)T 形鍵連接，有鉗口的扇形板上有4 個(gè)斜四邊形鍵，對(duì)應(yīng)的芯軸上有2 個(gè)燕尾形鍵相連接。

圖1 正常嚙合的扇形板

卷筒在收縮時(shí)，卷筒的直徑為594 mm，漲開(kāi)時(shí)，卷筒的直徑為610 mm，是理論上的真圓狀態(tài)，所以在帶鋼卷取成鋼卷時(shí)，鋼卷的內(nèi)徑為610 mm 的正圓。在扇形板每一個(gè)滑鍵的兩邊都有加油孔及油道，以便于給滑鍵加油脂，防止卷筒扇形板及滑鍵異常磨損或膠合卡阻等問(wèn)題的發(fā)生。

1.2 軋機(jī)卷筒扇形板松動(dòng)原因分析

軋機(jī)在正常生產(chǎn)時(shí)，鋼卷隨著卷筒作高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)一側(cè)的鋼卷越來(lái)越大時(shí)，由于鋼卷的內(nèi)應(yīng)力完全作用在卷筒上，此時(shí)的卷筒內(nèi)徑會(huì)略有收縮，鋼卷內(nèi)徑也會(huì)從610 mm 縮小到605 mm 左右，而另一側(cè)的鋼卷由于越來(lái)越小，隨著卷取應(yīng)力的減小，鋼卷內(nèi)徑會(huì)略變大，即鋼卷內(nèi)徑從605 mm 變成610 mm。同時(shí)，在帶鋼軋制時(shí)，帶鋼兩側(cè)需要較大的軋制張力，才能滿足軋機(jī)軋制的需要。在粗軋道次時(shí)，軋制的張力較大，卷筒兩側(cè)承受著50 t的張力。在大張力和大轉(zhuǎn)矩的作用下，卷筒扇形板承受較大的交變應(yīng)力，因此卷筒扇形板易變形、導(dǎo)致扇形板易松動(dòng)。

軋機(jī)卷筒扇形板松動(dòng)的主要原因：①扇形板滑鍵固定螺栓松動(dòng)，固定螺栓松動(dòng)后導(dǎo)致滑鍵松動(dòng)，滑鍵松動(dòng)最終導(dǎo)致卷筒扇形板松動(dòng)；②軋制米寬料較多，導(dǎo)致扇形板變形，扇形板滑鍵受到交變的拉應(yīng)力，導(dǎo)致固定螺栓拉松動(dòng)后扇形板松動(dòng)；③卷筒加油不充分，導(dǎo)致扇形板與滑鍵配合面缺油，磨損加劇，滑鍵與扇形板配合間隙變大，扇形板出現(xiàn)晃動(dòng)，將滑鍵拉松；④扇形板與卷筒芯軸接觸面缺油，產(chǎn)生膠合現(xiàn)象，卷筒收縮時(shí)，隨著鋼卷內(nèi)應(yīng)力的瞬間釋放，并產(chǎn)生爆炸性異響，導(dǎo)致滑鍵螺栓瞬間異常受力松動(dòng)；⑤滑鍵固定螺栓的鋼絲螺套斷裂，螺栓松動(dòng)；⑥銅滑鍵異常受力，滑鍵螺栓孔處徑向與滑鍵螺栓接觸拉伸，導(dǎo)致滑鍵螺栓松動(dòng)；⑦帶鋼軋制過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，熱量傳遞到卷筒上，扇形板滑鍵固定螺栓，在交變熱應(yīng)力的影響下導(dǎo)致松動(dòng)。

從扇形板松動(dòng)的原因分析可以發(fā)現(xiàn)，扇形板松動(dòng)最主要的原因是扇形板滑鍵固定螺栓松動(dòng)，固定螺栓松動(dòng)后導(dǎo)致滑鍵松動(dòng)，滑鍵松動(dòng)最終導(dǎo)致卷筒扇形板松動(dòng)，影響軋機(jī)生產(chǎn)導(dǎo)致故障停機(jī)（圖2）。

圖2 松動(dòng)下垂的扇形板

三菱軋機(jī)卷筒的原設(shè)計(jì)是扇形板與卷筒芯軸的連接滑鍵采用M20 的細(xì)牙螺栓固定，為了保護(hù)卷筒芯軸，設(shè)計(jì)者在卷筒芯軸上又增加了相應(yīng)的鋼絲螺套，在卷筒解體檢修時(shí)，若用加強(qiáng)桿大力擰緊芯軸上滑鍵的固定螺栓，會(huì)將鋼絲螺套擰壞，所以在擰緊固定螺栓時(shí)，又不能超過(guò)鋼絲螺套的承受能力，以免破壞鋼絲螺套。軋機(jī)軋制時(shí)，在大張力及熱應(yīng)力的作用下，螺栓的預(yù)緊力不夠，導(dǎo)致滑鍵固定螺栓易松動(dòng)。在該軋機(jī)投產(chǎn)之初，就存在這個(gè)問(wèn)題，在2000 年時(shí)曾經(jīng)最短使用7 d 扇形板就松動(dòng)了。

由于帶鋼在軋制過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量會(huì)傳遞到卷筒上，卷筒扇形板滑鍵螺栓一直處在熱應(yīng)力和交變應(yīng)力的作用，螺栓就很容易松動(dòng)。2015 年前，卷筒扇形板滑鍵固定螺栓采用齒形墊片加螺紋緊固劑，防松效果較差，1 個(gè)月左右螺栓就有松動(dòng)跡象。螺紋緊固劑在高溫的作用下，容易軟化溶解而失去作用，在卷筒解體檢修時(shí)，上次檢修時(shí)在滑鍵固定螺栓四周所加的螺紋緊固劑已淡然無(wú)存，所以一般的螺紋緊固劑不適合軋機(jī)卷筒這種高溫的環(huán)境。2015—2016 年，將卷筒芯軸的純銅滑鍵改成鋼襯套的滑鍵，并在螺栓邊上點(diǎn)焊的方式，螺栓未松動(dòng)的時(shí)間逐步延長(zhǎng)，但螺栓松動(dòng)問(wèn)題還是存在。

2 軋機(jī)卷筒扇形板滑鍵的防松措施

如何解決卷筒扇形板滑鍵的松動(dòng)問(wèn)題，是解決扇形板松動(dòng)的關(guān)鍵。2013—2015 年，針對(duì)卷筒扇形板易松動(dòng)的問(wèn)題，制定的措施是每隔2 個(gè)月進(jìn)行一次定修，解體檢修左右側(cè)的卷筒，主要是更換卷筒芯軸的銅滑鍵和固定螺栓；但扇形板松動(dòng)的隱患仍舊存在，有時(shí)不到2 個(gè)月扇形板就松動(dòng)了，檢修計(jì)劃只能提前，非常被動(dòng)。

2016 年，對(duì)銅滑鍵進(jìn)行了改進(jìn)，將原來(lái)純銅的滑鍵，全部改成鋼稱銅的滑鍵，滑鍵內(nèi)部全部采用鍛打的鋼，與扇形板接觸配合部分稱一定厚度的銅，以減少因銅滑鍵變形磨損加劇導(dǎo)致的螺栓松動(dòng)。同時(shí)，在滑鍵的頂上開(kāi)一根5 mm 的槽，將等寬度的鍵嵌入槽內(nèi)，并將其與固定滑鍵的固定螺栓邊緣焊接在一起，運(yùn)用此方法改進(jìn)后，對(duì)滑鍵螺栓的防松有一定效果，但由于滑鍵固定螺栓受力較大，焊接點(diǎn)易脫焊，螺栓仍存在松動(dòng)現(xiàn)象。

2017 年，取消了卷筒芯軸上滑鍵固定螺栓的鋼絲螺套，采用嵌入鋼稱套的方式，同時(shí)在滑鍵固定螺栓邊上焊接固定5 mm 寬的鋼鍵，防松效果有所加強(qiáng)，使用3 個(gè)月左右扇形板未出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，但在使用約5 個(gè)月時(shí)間解體時(shí)，發(fā)現(xiàn)滑鍵固定螺栓出現(xiàn)了松動(dòng)。

在綜合前期卷筒扇形板滑鍵改進(jìn)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)滑鍵的防松措施又進(jìn)行了改進(jìn)，采用了新型的防松方法，具體方法如下：①在卷筒芯軸上取消了鋼襯套，在鋼襯銅滑鍵的固定螺栓上加上改良的螺紋緊固劑，并用彈墊將螺栓緊固；②在扇形板滑鍵的正中心開(kāi)一根鍵槽，在固定滑鍵的內(nèi)六角螺栓頭部嵌入與螺栓頭部等高的同規(guī)格的六角柱，并在六角柱上方焊接固定鍵條，并將鍵條焊接固定在滑鍵槽內(nèi)，防止脫焊脫落，這樣等同于內(nèi)六角螺栓兩側(cè)同時(shí)加上兩把內(nèi)六角扳手一直用力扳著，保證螺栓不松動(dòng)（圖3、圖4）。

圖3 新型螺栓防松方法

圖4 新型螺栓防松方法示意

3 效果驗(yàn)證

2018 年1 月，左側(cè)卷筒及扇形板改進(jìn)更換處理后，采用此防松方法固定滑鍵螺栓，扇形板使用至今一直未發(fā)生松動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)，在2018 年12 月底對(duì)右側(cè)卷筒及扇形板改進(jìn)后也采用此防松方法固定滑鍵螺栓，使用至今也未發(fā)生松動(dòng)現(xiàn)象，扇形板的防松效果非常好，比預(yù)期的效果要好很多。

在新防松方法投入前，每隔1～2 個(gè)月卷筒就要解體檢修，處理扇形板松動(dòng)問(wèn)題。在卷筒新防松方法實(shí)施至今，左右側(cè)卷筒扇形板均未發(fā)生松動(dòng)，左側(cè)卷筒解體檢查3 次，右側(cè)卷筒解體檢查2 次，從解體的情況看，防松效果非常好，卷筒扇形板滑鍵螺栓均未松動(dòng)，內(nèi)六角固定螺栓上六角柱的焊接鍵條均未發(fā)生脫焊。至此，一號(hào)軋機(jī)卷筒扇形板松動(dòng)的問(wèn)題徹底解決了，以后只要按1 年半的周期解體檢查就可以了。卷筒扇形板松動(dòng)問(wèn)題解決后，一號(hào)軋機(jī)定修周期也可以延長(zhǎng)，之前2 個(gè)月一次的定修，現(xiàn)在可以延長(zhǎng)到4 個(gè)月一次定修了。運(yùn)用此防松方法后，左側(cè)卷筒使用4 年多時(shí)間，右側(cè)卷筒使用3 多年時(shí)間，卷筒扇形板都未發(fā)生松動(dòng)情況，從而減少檢修作業(yè)時(shí)間和檢修工作量，提高了軋機(jī)的開(kāi)動(dòng)率及產(chǎn)能。表1 是自2018 年左右側(cè)卷筒改進(jìn)及新防松方法投入前后情況對(duì)比。

表1 自2018 年左右側(cè)卷筒改進(jìn)及新防松方法投入前后情況對(duì)比

4 結(jié)論

針對(duì)三菱軋機(jī)卷筒扇形板易松動(dòng)的問(wèn)題，進(jìn)行了分析論證，并提出了改進(jìn)措施。對(duì)卷筒扇形板滑鍵進(jìn)行了改進(jìn)，并在滑鍵的固定上采用了新的防松措施，創(chuàng)造性地在內(nèi)六角螺栓內(nèi)使用六角柱焊接鍵的防松模式，時(shí)刻保證螺栓的預(yù)緊力，防止螺栓松動(dòng)，從而解決了卷筒扇形板松動(dòng)的問(wèn)題。從卷筒的正常使用時(shí)間及解體情況來(lái)看，卷筒扇形板滑鍵的改進(jìn)及防松措施的投入成果顯著，取得了較好的效益。