2024-09-20
吳春東 趙丁 劉福申 梁艷軍
（河北鋼鐵集團(tuán) 承德分公司棒線廠）
摘 要：通過對(duì)承鋼輥環(huán)炸裂事故的深入調(diào)研，分析影響輥環(huán)炸裂的主要原因，并對(duì)輥環(huán)的使用、安裝等提出改進(jìn)措施以減少輥環(huán)炸裂現(xiàn)象，節(jié)約生產(chǎn)成本。
1、前言
承鋼高速線材生產(chǎn)線精軋機(jī)組共10架，由5架Φ230軋機(jī)和Φ170軋機(jī)組成，10架軋機(jī)采用頂交45°形式布置，輥環(huán)采用碳化鎢硬質(zhì)合金，通過錐套連接在軋輥軸上。熱軋過程中，由于碳化鎢輥環(huán)承受著高溫、軋制應(yīng)力、熱腐蝕、沖擊負(fù)荷等，因而經(jīng)常出現(xiàn)輥環(huán)炸裂現(xiàn)象，不僅影響生產(chǎn)效率，還大大增加了備件消耗，致使企業(yè)生產(chǎn)成本上升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，承鋼年兩條高速線材生產(chǎn)線輥環(huán)炸裂共計(jì)122片，直接造成經(jīng)濟(jì)損失近100萬，為了減少碳化鎢輥環(huán)的炸裂現(xiàn) 象，對(duì)輥環(huán)炸裂的原因進(jìn)行分析并提出改進(jìn)措施。
2、碳化鎢輥環(huán)炸裂原因分析
2.1 高速區(qū)堆鋼
從輥環(huán)炸裂原因分析，以上的輥環(huán)炸裂是由堆鋼事故造成。輥環(huán)設(shè)計(jì)可承受健倍的正常軋制力，但當(dāng)發(fā)生堆鋼時(shí) 會(huì)使輥環(huán)承受更大的額外應(yīng)力，因而造成炸裂。高速區(qū)堆鋼主要原因有導(dǎo)衛(wèi)、導(dǎo)槽安裝不正及磨損嚴(yán)重、導(dǎo)衛(wèi)粘鐵皮、導(dǎo)輥不轉(zhuǎn)、軸承燒損、軋件劈頭以及輥縫設(shè)定錯(cuò)誤、水冷段冷卻水開啟過早、速度不匹配等等都會(huì)造成堆鋼。另外，軋制中產(chǎn)生斷線也會(huì)引起機(jī)架間堆鋼。
2.2 熱疲勞
軋制過程中，熱軋件與軋槽表面接觸，使輥環(huán)表面溫度升高，這部分金屬要產(chǎn)生膨脹，而 輥環(huán)深層的金屬溫度由于溫度升高較小，就會(huì)對(duì)輥環(huán)表面金屬產(chǎn)生壓應(yīng)力反之，當(dāng)輥環(huán)表層被冷卻水急冷后，表層金屬收縮，而深層的金屬收縮不如表層金屬大，就會(huì)對(duì)表層的金屬產(chǎn)生一個(gè)拉應(yīng)力，這種反復(fù)交變的熱應(yīng)力極易產(chǎn)生熱疲勞裂紋，造成輥環(huán)槽底出現(xiàn)微裂紋，槽底出現(xiàn)微裂紋會(huì)使材料強(qiáng)度明顯下 降。據(jù)資料介紹，1mm深的裂紋使材料強(qiáng)度降至300-500MPa；2mm深的裂紋使強(qiáng)度降至250-350MPa，3mm深的裂紋，則使強(qiáng)度降至200-300MPa。若軋制量過多，裂紋過深，未及時(shí)換輥，微裂紋延伸將會(huì)使微裂紋邊寬變深，或出現(xiàn)龜裂紋，嚴(yán)重就會(huì)造成輥環(huán)碎裂甚至爆裂。
2.3 輥環(huán)安裝不當(dāng)
精軋機(jī)輥環(huán)的裝卸有明確的工藝要求，但生產(chǎn)過程中操作工為了求快，往往忽略這些操作工藝要求，在輥環(huán)清潔、錐套清潔方面做得不夠。當(dāng)接觸面不潔凈時(shí)改變了摩擦系數(shù)，不能保證軋制力矩，造成錐套打滑、輥環(huán)松動(dòng)嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)輥環(huán)炸裂。另外在安裝輥環(huán)過程中，若輥環(huán)與錐套及輥軸之間的配合過緊，將使處在張力狀態(tài)下的輥環(huán)因溫升產(chǎn)生徑向裂紋過松則使軋制中的輥環(huán)與錐套和軸之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，造成接觸面磨損或刮痕，破壞輥環(huán)。
2.4 冷卻條件不好
雖然輥環(huán)材質(zhì)的導(dǎo)熱率是鋼的2-3倍，但有效的冷卻對(duì)輥環(huán)的使用壽命仍至關(guān)重要。在軋制過程中輥環(huán)會(huì)產(chǎn)生熱疲勞裂紋，為了減少裂紋，必須用冷卻水把熱量帶走，在軋制過程中，輥環(huán)表面可達(dá)500-600℃，冷卻水壓過高或過低都會(huì)影響輥環(huán)的冷卻效果。水壓高于1MPa，當(dāng)水被噴到槽孔后會(huì)彈起來，造成對(duì)輥環(huán)的冷卻效果不好，使輥環(huán)槽孔的熱量沒有被及時(shí)地帶走造成輥環(huán)溫度升高，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致碎輥。水壓低于0.6MPa，由于輥環(huán)轉(zhuǎn)速較高，輥環(huán)冷卻水會(huì)在輥環(huán)車瞻上形成一層蒸氣層，使輥環(huán)冷卻水不能沖破蒸氣層，不能把輥環(huán)軋槽的熱量及時(shí)帶走，導(dǎo)致輥環(huán)溫度升高造成輥環(huán)碎裂。同時(shí)冷卻水水量要充足，如水管噴嘴堵塞或冷卻水水量不足，也會(huì)影響輥環(huán)的使用壽命。
2.5 冷卻水質(zhì)不好
水質(zhì)會(huì)對(duì)精軋機(jī)輥環(huán)的壽命造成很大影響，碳化鎢輥環(huán)對(duì)水質(zhì)的酸堿度有特殊要求。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)PH值小于7.2時(shí)，對(duì)鈷的腐釗功口劇，會(huì)使得碳化鎢顆粒脫落，在軋槽內(nèi)形成裂紋，裂紋在軋制中進(jìn)一步延伸，最后造成碎輥。水質(zhì)PH值大于7.2時(shí)，不僅對(duì)硬質(zhì)合金輥環(huán)腐蝕減少，提高壽命，而且對(duì)車晰的腐蝕也減少，起了保護(hù)作用。冷卻水中的懸浮物對(duì)硬質(zhì)合金輥的腐蝕影響也很大，固體粒子在軋制時(shí)如同磨料的作用致使軋槽的微裂紋較快的擴(kuò)大 和延長(zhǎng)，當(dāng)微裂紋擴(kuò)散到一定程度時(shí)易造成輥環(huán)破碎。
2.6 磨削液質(zhì)量不合格
磨削液對(duì)輥環(huán)的磨削起到潤(rùn)滑、冷卻、清洗、防銹作用，正確選用合格磨削液，可以降低磨削溫度，減少磨削力，改善工件表面質(zhì)量。磨削液選用不當(dāng)，容易造成磨削負(fù)荷增大，磨削時(shí)砂輪劇烈跳動(dòng)導(dǎo)致輥環(huán)表面出現(xiàn)波紋，光潔度差，并且會(huì)使輥環(huán)中的鉆元素從輥環(huán)中稀出來，使軋制的產(chǎn)品質(zhì)量及輥環(huán)的過鋼量明顯下降，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)炸輥環(huán)現(xiàn)象。
2.7 其他
輥環(huán)本身的材質(zhì)及生產(chǎn)工藝存在缺陷。碳化鎢硬質(zhì)合金輥環(huán)一般有熱壓、冷壓、熱等靜壓、冷等靜壓四種工藝方法，以獲得輥環(huán)內(nèi)部組織的致密性，確保輥環(huán)的耐磨性及足夠的強(qiáng) 度，但由于生產(chǎn)過程中，受各種因素的影響，生產(chǎn)出來的輥環(huán)，在其組織內(nèi)部，會(huì)出現(xiàn)如同鑄造工藝產(chǎn)生的沙眼，造成輥環(huán)炸裂。另外還有由于安裝輥環(huán)時(shí)壓力太大，導(dǎo)致拆卸輥環(huán)時(shí)卸不下來，造成人為將其炸裂。
3、減少碳化鎢輥環(huán)炸裂改進(jìn)措施
3.1 控制高速區(qū)堆鋼
正確安裝導(dǎo)衛(wèi)，每次在更換精軋導(dǎo)衛(wèi)時(shí)，要對(duì)精軋內(nèi)各架進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)的對(duì)中情況進(jìn)行檢查，確保各架導(dǎo)衛(wèi)安裝合適。以減少由于導(dǎo)衛(wèi)對(duì)中不好所造成的對(duì)輥環(huán)的沖擊力及輥環(huán)碎輥的幾率。軋件頭、尾應(yīng)切除干凈，以免鐵皮帶入輥槽。正確配輥并根據(jù)料型合理調(diào)整輥縫。按規(guī)定設(shè)置頭部未穿水冷卻段長(zhǎng)度，避開水箱高壓水對(duì)軋件頭部的沖擊。合理調(diào)整料型，特別是小規(guī)格線材的生產(chǎn)，要嚴(yán)格爐前挑廢，減少高速區(qū)軋件斷線。
3.2 控制軋制量定額
精軋機(jī)寸輥環(huán)的單槽毫米軋制量控制在5000噸以內(nèi)，6寸輥環(huán)的單槽毫米軋制量控制在3000噸以內(nèi)，達(dá)到額定軋制量時(shí)要及時(shí)修磨。避免超額軋制，避免輥環(huán)裂紋向內(nèi)部擴(kuò)展。修磨時(shí)每次的進(jìn)刀量要小，避免對(duì)輥環(huán)造成應(yīng)力集中，一般將進(jìn)刀量控制在每次0.01mm。
3.3 正確安裝輥環(huán)
避免為了求快乎略細(xì)節(jié)，在安裝輥環(huán)前，必須用無水酒精清洗輥軸、錐套和輥環(huán)，保證接觸面潔凈掌握好打壓壓力，40-45Mpa。不能過緊或松動(dòng)。嚴(yán)禁用鐵錘或其他硬物敲打輥環(huán)。運(yùn)輸、安裝過程中嚴(yán)禁輥環(huán)的相互碰撞，以防損壞輥環(huán)。
3.4 合理冷卻
輥環(huán)工作時(shí)冷卻系統(tǒng)冷卻水水壓要保證在0.6-1MPa，冷卻水的水量應(yīng)控制在250~300L/min；噴水方向?yàn)閺较?，與輥環(huán)方向成15°~30°，冷卻水的水溫應(yīng)控制在35℃；實(shí)驗(yàn)表明，冷卻水與軋槽轉(zhuǎn)切線方向呈合適夾角能達(dá)到最佳冷卻效果。另外，精車躁作工在每次換輥換槽、換導(dǎo)衛(wèi)時(shí)，要認(rèn)真檢查冷卻水管，并對(duì)各架輥環(huán)表面溫度進(jìn)行檢查，以判定各架輥環(huán)冷卻效果，減少由于冷卻不好而造成的炸輥環(huán)。
3.5 改善水質(zhì)
冷卻水進(jìn)行沉淀和凈化處理，將水中固體粒子的含量控制在小于15mg/L，冷卻水的PH值控制在7.2~7.9，可以泛組經(jīng)濟(jì)的冷卻效果。
3.6 正確采用質(zhì)量合格磨削液
在動(dòng)平衡、錐套、冷卻水溫度和壓力、碳化鎢輥環(huán)材質(zhì)等均正常狀態(tài)下，有效降低輥環(huán)炸裂與正確選擇和使用磨削液有必然的聯(lián)系。磨削液必須采用科技含量高且使用中必須按比例進(jìn)行配比，按時(shí)更換，會(huì)對(duì)輥環(huán)的磨削加工起到潤(rùn)滑、冷卻、清洗、防銹作用，降低輥環(huán)炸裂。
3.7 其他
嚴(yán)格把關(guān)輥環(huán)的生產(chǎn)工藝，確保輥環(huán)內(nèi)部組織的致密性、耐磨性及足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)沙眼運(yùn)輸、安裝過程中嚴(yán)禁輥環(huán)之間的相互碰撞，以防損壞輥環(huán)要正確安裝輥環(huán)，如果遇到卸不下來的情況，選用超高壓手動(dòng)液壓泵卸輥環(huán)，盡量避免人為炸裂。
4、結(jié)束語
通過對(duì)承鋼高線精軋機(jī)輥環(huán)使用過程中的輥環(huán)炸裂原因進(jìn)行深入分析，以及改善措施的實(shí)施，2011年上半年，承鋼兩條高線輥環(huán)炸裂次數(shù)較去年減少39%，取得了良好的效果，為企業(yè)挖潛增效降成本做出了突出貢獻(xiàn)。
來源：2012年河北省軋鋼生產(chǎn)技術(shù)暨學(xué)術(shù)年會(huì)
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