寇國成 王克玉

（天津軋一冷軋薄板有限公司 天津）

一、前言

公司鍍鋅機組由意大利DANIELI引進，2012年底投入試生產(chǎn)。機組沉沒輥系的設(shè)計使用周期為15 d，實際使用周期＜10 d，每個使用周期結(jié)束需要更換沉沒輥、穩(wěn)定輥及軸瓦軸套，整個機組需停產(chǎn)10～12 h，加上開停機和生產(chǎn)準(zhǔn)備的能源損耗以及因此造成的廢品和降級品鋼卷，給公司造成嚴重經(jīng)濟損失。因而，有必要對熱鍍鋅機組沉沒輥的使用壽命進行分析并改善。

二、影響沉沒輥使用壽命的因素

1.輥面粘鋅

沉沒輥在鋅液中工作一段時間后，因受到鋅液的腐蝕，大量鋅渣粘附在輥面或造成輥面磨損，在帶鋼表面形成印痕，影響鍍鋅的產(chǎn)品表面質(zhì)量。鋅液中的有效鋁含量＞0.135%時，從帶鋼表面溶解到鋅液中的鐵，可以直接跟鋅液中的鋁反應(yīng)，生成Fe2Al5，上浮到鋅鍋表面，成為浮渣的一部分。反應(yīng)式2Fe+5Al=Fe2Al5；當(dāng)鋅液中含鋁量＞0.135%時，主要產(chǎn)生浮渣Fe2Al5。鋅液中鋁含量在0.2%以下時，鐵的溶解量隨鋁含量的增高而降低，當(dāng)鋁含量＞0.2%時，鐵的溶解量隨鋁含量的增加而迅速上升，鐵損量增加。浮渣在鍍鋅過程中隔離了鋅和鐵基的作用，也增加了表面張力，嚴重時會造成大面積漏鍍現(xiàn)象，輕微時造成鍍層與帶鋼結(jié)合力不好，鋅花不均勻等缺陷。

由于沉沒輥所處特殊的工作環(huán)境（鋅液溫度為 460～470℃，含有效鋁 0.16%～0.19%），經(jīng)受高溫熔融鋅液的侵蝕，帶鋼要經(jīng)過沉沒輥后出鋅鍋，沉沒輥的材料選擇是影響沉沒輥使用壽命的重要因素，本機組沉沒輥輥面設(shè)計使用的材料為316L，輥面耐高溫鋅液腐蝕及耐磨性較好，但若輥面的粗糙度選取不合理，不利于增加帶鋼與沉沒輥之間的傳動摩擦力，不利于沉沒輥的轉(zhuǎn)動，沉沒輥輥面粗糙度越大，F(xiàn)e-Zn反應(yīng)就越劇烈，消耗的鐵就越多，生成的鋅渣也增多，造成沉沒輥表面粘渣嚴重，帶鋼容易被粘附鋅渣的沉沒輥劃傷，提前下線換輥，由于帶鋼與沉沒輥之間受張力的作用，沉沒輥輥面的粗糙度不能過大，過大容易劃傷帶鋼。

2.輥面溝槽（圖 1）

鋅鍋內(nèi)的鋅渣會伴隨著陶瓷感應(yīng)體的對流噴射在鋅鍋內(nèi)攪動，當(dāng)鋅渣進入沉沒輥與帶鋼之間后，會因為碾壓、黏附等原因造成板帶表面出現(xiàn)壓坑、鋅渣、壓印等缺陷。如何將沉沒輥輥面與帶鋼之間的鋅渣導(dǎo)出，沉沒輥輥面結(jié)構(gòu)就成了影響沉沒輥使用壽命的又一重要因素，沉沒輥輥面原溝槽為環(huán)形直流槽，中間部分的鋅渣不易排掉，導(dǎo)流槽內(nèi)徑過寬和槽之間的距離太大更容易產(chǎn)生鋅渣壓印。

3.軸瓦軸套不穩(wěn)定

圖1 沉沒輥輥面溝槽示意圖

在徑向、軸向振動和熱鍍鋅工藝參數(shù)頻繁改變的雙重作用下，軸套外表面出現(xiàn)不規(guī)則磨損，轉(zhuǎn)動過程中軸套和軸瓦發(fā)生碰撞摩擦，隨著軸套磨損量的加大，沉沒輥碰摩振動隨之加劇。另外，沉沒輥軸瓦軸套在熔融鋅液中高速轉(zhuǎn)動，受力不均，同時又有鋅液腐蝕而加速磨損，軸瓦軸套會很快腐蝕磨損而失效，導(dǎo)致沉沒輥運轉(zhuǎn)不暢，引起帶鋼與輥子的速度差異及跳動，影響鍍鋅產(chǎn)品的表面質(zhì)量。

三、延長沉沒輥系使用壽命的措施

1.改善沉沒輥輥面

針對造成輥面粘渣的輥面粗糙度問題，通過研究，輥面粗糙度越低，輥面的表面積就越大，相同條件下，粘渣的量就越大，一旦粘附鋅渣，鋅渣越聚越多，最終加速了粘渣。為此，改進沉沒輥的輥面加工工藝，將輥面粗糙度由原來的Ra1.6 μm改為Ra0.8 μm。

當(dāng)有鋅渣接近沉沒輥輥面時，鋅渣首先進入輥輪表面的溝槽，避免劃傷帶鋼，直流環(huán)形溝槽不利于溝槽內(nèi)的鋅渣排出。隨著時間的推移，很容易在溝槽內(nèi)局部堆積結(jié)渣，進而劃傷帶鋼，產(chǎn)生產(chǎn)品質(zhì)量問題。經(jīng)過不同輥面形式的試驗，最終選擇將輥面溝槽加工為雙螺旋，在輥輪中心線兩側(cè)分別加工左右螺旋，起刀處盡量靠近中心，但左右螺旋在中心線處不交匯，溝槽倒R=1.5 mm的圓角，槽間距32 mm，如圖1所示。此種輥面可以最大限度地降低鋅渣殘留，延長沉沒輥的使用壽命，機組實際使用中可以保持15 d以上輥面無鋅渣劃傷或輥印。

2.增加沉沒輥刮刀

新增加沉沒輥刮刀，見圖2。減速電機通過傳動軸驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠螺母副與刮刀行走機構(gòu)相連，刮刀行走機構(gòu)為雙排輥輪軸承嵌在定制軌道中往復(fù)行走，刮刀材料為高紅硬硬質(zhì)合金制作，通過調(diào)節(jié)壓下氣缸的壓力來控制施加力，達到最佳的沉沒輥輥面清潔效果。使用刮刀前后的輥面對比，見圖3。

圖2 沉沒輥刮刀

圖3 使用刮刀前后的輥面對比

圖4 Co50軸套下線酸洗后

3.軸套和軸瓦的結(jié)構(gòu)

連續(xù)熱鍍鋅機組中的，帶鋼通過浸在鋅鍋內(nèi)的沉沒輥而改變方向（鋅鍋內(nèi)鋅液溫度為460～470℃，有效鋁含量 0.16%～0.19%），沉沒輥通過兩側(cè)的軸瓦軸套支撐在3輥6臂的輥架上，軸瓦軸套起滑動軸承的作用。在高溫腐蝕性的鋅鍋內(nèi)，軸套和軸瓦必須轉(zhuǎn)動靈活，同時需要耐高溫、耐鋅液腐蝕及耐磨損，以滿足生產(chǎn)的需要。

經(jīng)過分析，機組原選用的軸瓦軸套材料為316L，主要成分為17Cr14Ni。該材料硬度高，耐高溫腐蝕性佳。軸瓦是一種固定位置的局部磨損，軸套是循環(huán)的周向磨損，采用不同軸套和軸瓦材料進行對比研究。先后試用了316L、Co40、Co50作為軸套，相同工況下軸套的使用情況見表1。

表1 不同材料的軸套使用情況

Co50軸套使用下線酸洗后情況見圖4。最后確定軸套的材料為Co50。為了改善軸瓦的組織結(jié)構(gòu)，加強其韌性和耐磨性，在316L的基礎(chǔ)上，加入了微量的鈷，同時嚴格控制軸套、軸瓦的接觸面粗糙度（Ra0.8μm）。通過改進，軸套和軸瓦的使用壽命穩(wěn)定在15 d以上，且沉沒輥在鋅鍋內(nèi)轉(zhuǎn)動靈活。

四、結(jié)語

采取改善措施后，沉沒輥輥面粘鋅渣量得到有效抑制，保證鍍鋅機組的穩(wěn)定運行，因沉沒輥擦傷或輥痕等造成的產(chǎn)品表面缺陷明顯降低，沉沒輥壽命由＜10 d延長到＞15 d。沉沒輥可以改善的空間還很大，后期考慮對沉沒輥的輥面進行熱噴涂改性。