張 銘

(西北鋁加工廠，甘肅 隴西 748111)

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鋁箔軋機(jī)支承輥面啃傷及處理措施

張 銘

(西北鋁加工廠，甘肅 隴西 748111)

文章針對(duì)鋁箔軋機(jī)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，分析了軋輥啃傷和輥面裂紋產(chǎn)生的原因，并提出了解決方案，為鋁箔軋機(jī)調(diào)試過程提供參考。

軋輥；啃傷；裂紋

我公司鋁箔廠引進(jìn)的4臺(tái)鋁箔軋機(jī)，在設(shè)備調(diào)試期間，均發(fā)生了軋輥啃傷現(xiàn)象。軋輥啃傷現(xiàn)象主要發(fā)生在上支承輥，啃傷部位在傳動(dòng)側(cè)距軋輥邊部120～210mm之間，在支承輥啃傷部位相對(duì)應(yīng)的軸向位置，可見到工作輥表面有點(diǎn)狀啃傷(圖1)。

圖1Fig.1

從圖1可知，上支承輥啃傷發(fā)生在軋輥的整個(gè)圓周方向上，寬度約10～13mm，啃傷深度約0.5mm。多數(shù)啃傷現(xiàn)象是在軋制結(jié)束后對(duì)軋輥進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)的，但有時(shí)在更換完新輥，軋機(jī)熱輥結(jié)束后對(duì)軋輥進(jìn)行檢查時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn)軋輥被啃傷。其中一根上支承輥在啃傷后的磨削過程中發(fā)現(xiàn)一條長(zhǎng)度為40mm的裂紋。頻繁的軋輥研傷，給生產(chǎn)運(yùn)行和軋輥使用均造成了極大浪費(fèi)。為找到軋輥啃傷的原因，對(duì)軋機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行了分析。

1 軋機(jī)基本情況及軋輥主要參數(shù)

4重不可逆鋁箔軋機(jī)，工作輥為主動(dòng)輥，直徑Φ260mm；支承輥為被動(dòng)輥，直徑Φ980mm；通過機(jī)架下方的壓上缸來調(diào)整輥縫；”E”型液壓塊固定在機(jī)架上提供彎輥力。工作輥傳動(dòng)側(cè)和主齒輪箱之間安裝萬向聯(lián)軸節(jié)用以傳遞扭矩，萬向聯(lián)軸節(jié)在軋輥側(cè)通過軸套在輥頸上移動(dòng)進(jìn)行長(zhǎng)度補(bǔ)償。軋機(jī)主傳動(dòng)采用直流傳動(dòng)，控制部分使用ABB的ACS800控制器。

軋機(jī)的上支承輥由日本某公司提供，軋輥表面硬度為Hs70。其化學(xué)成分為0.68%C，0.32%Si，0.77% Mn，0.0006%S，0.015%P，4.53% Cr，0.54% Mo。

2 分析過程

上支承輥頻繁出現(xiàn)啃傷，肯定在軋機(jī)內(nèi)出現(xiàn)了一些其它影響軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)的因素。對(duì)比國(guó)內(nèi)同類生產(chǎn)廠引進(jìn)的軋機(jī)均無類似現(xiàn)象，因此排除軋輥強(qiáng)度和軋機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的影響因素，重點(diǎn)需對(duì)軋輥的使用和磨削情況進(jìn)行分析。

2.1 啃傷部位裂紋檢查

根據(jù)出廠檢驗(yàn)報(bào)告，軋輥出廠時(shí)表面硬度檢測(cè)為Hs70-71，表面硬度差符合設(shè)計(jì)要求。軋輥的化學(xué)成分符合軋輥的材質(zhì)要求，說明軋輥出廠時(shí)是合格的。

為了近一步判斷裂紋產(chǎn)生的原因，我們對(duì)軋輥表面以及軋輥表面的裂紋周圍進(jìn)行了詳細(xì)的檢測(cè)。使用硬度計(jì)對(duì)裂紋周圍的硬度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在裂紋周圍有硬度分布不均勻現(xiàn)象，在裂紋下方出現(xiàn)硬度偏軟現(xiàn)象。擴(kuò)大對(duì)裂紋周邊硬度檢測(cè)的范圍，按照10mm的網(wǎng)狀間隔進(jìn)行檢測(cè)。通過檢測(cè)找出軟度區(qū)域的外輪廓，基本確定出軟度區(qū)域的范圍，裂紋就出現(xiàn)在軟度區(qū)域的邊界上(圖2)(HS70-71≈HRC52-53)。

圖2Fig.2

2.2 啃傷痕跡分析

啃傷痕跡均是沿支承輥圓周方向布滿，在對(duì)應(yīng)的位置，工作輥表面上有點(diǎn)狀啃傷痕跡。通過顯微檢查，支承輥上的啃傷也是由一連串點(diǎn)狀啃傷痕跡組成，相同痕跡重復(fù)在軋輥的圓周方向形成啃傷痕跡。

2.3 輥身檢查

使用超聲波探傷檢查結(jié)合其它檢查手段(表1)，對(duì)所有上支承輥進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)只有編號(hào)為No.2的上支承輥輥面啃傷部位有一處裂紋，其它軋輥均沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。軋輥局部出現(xiàn)裂紋通常是因?yàn)檐堓伇砻婢植渴艿剿查g高溫影響產(chǎn)生的，因此需要對(duì)軋輥使用過程中可能產(chǎn)生的局部過熱現(xiàn)象進(jìn)行分析。

2.4 使用工藝分析

2.4.1 軋輥倒角的影響

表1

不正確的軋輥倒角會(huì)引起軋輥啃傷。在出現(xiàn)故障初期，我們重點(diǎn)關(guān)注軋輥倒角，通過調(diào)整軋輥倒角的圓弧，使其倒角與輥面之間過渡更加平滑。同時(shí)根據(jù)啃傷情況對(duì)倒角寬度進(jìn)行調(diào)整，將其由原來的100mm調(diào)整至180mm，但仍然無法解決軋輥啃傷問題，由此可知，倒角因素不是引起軋輥啃傷的主要原因。

2.4.2 軋輥使用過程中溫度的影響

軋輥表面產(chǎn)生裂紋的另一可能原因是在軋制生產(chǎn)過程中突發(fā)火情，此時(shí)軋輥溫度較高，而軋機(jī)在滅火過程中釋放低溫CO2，軋輥表面受到驟冷驟熱的溫度變化，引起軋輥表面組織性能發(fā)生變化。

檢查表明，軋輥在使用期間未出現(xiàn)過火情。

2.4.3 磨削過程影響

磨削燒傷是引起軋輥表面裂紋的常見原因。軋輥在磨削過程中突然發(fā)生吃刀量過大，砂輪和軋輥的接觸部位瞬間產(chǎn)生高溫，使軋輥表面燒傷引起材料組織性能變化，引起裂紋。

檢查磨削記錄，沒有發(fā)現(xiàn)磨削過程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，排除了軋輥在磨削過程中產(chǎn)生磨削燒傷的可能性。

3 原因分析

通過以上檢測(cè)，我們可以得出兩個(gè)基本結(jié)論：1)軋輥運(yùn)行過程中受到了不正常的摩擦引起局部啃傷，由于沒有及時(shí)對(duì)啃傷部位進(jìn)行處理，在軋輥發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，啃傷部位不斷擴(kuò)大并擴(kuò)大至軋輥的整個(gè)圓周方向；2)局部產(chǎn)生的裂紋和輥身出現(xiàn)的軟度可以判斷，軋輥局部過熱產(chǎn)生的材料組織性能發(fā)生變化。

檢查生產(chǎn)記錄，出現(xiàn)裂紋的軋輥在軋制過程中無過載現(xiàn)象發(fā)生。為此，我們對(duì)這一現(xiàn)象做進(jìn)一步觀察。

3.1 軋機(jī)打開輥縫時(shí)的影響

軋機(jī)主傳動(dòng)控制采用ABB 的ACS800控制器，當(dāng)軋制力降下后，輥縫開始打開，此時(shí)主傳動(dòng)控制器輸出的速度為零，但輥縫打開過程中，控制器突然輸出一個(gè)速度信號(hào)，使工作輥在輥縫打開過程中突然發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。而此時(shí)工作輥輥系因?yàn)檐堉屏︶尫牛佅翟谥亓ψ饔孟戮徛陆?。因?yàn)楣ぷ鬏亗鲃?dòng)側(cè)連接有主傳動(dòng)軸，因此工作輥在傳動(dòng)側(cè)受到的重力更大一些，下降速度也會(huì)更快；工作輥非傳動(dòng)側(cè)下降速度較慢，工作輥輥系兩側(cè)的下降速度不一致。此時(shí)，工作輥和支承輥沒有完全分離開，工作輥突然發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，由此使支承輥和工作輥之間發(fā)生摩擦，導(dǎo)致軋輥研傷。每次打開輥縫過程中，軋輥分離的速度都是不一樣的，上支承輥和上工作輥的接觸壓力和接觸部位在軋輥發(fā)生非正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也是不一樣的，因此上支承輥發(fā)生啃傷的部位也不一致，每次啃傷的程度也不一樣。每次啃傷的部位在操作側(cè)，距支承輥輥面端部約120～210mm。

工作輥發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與上支承輥并沒有完全分離開。如果兩輥間的接觸壓力大，工作輥在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可能帶動(dòng)支承輥輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)兩輥之間發(fā)生摩擦。工作輥的硬度高于支承輥，發(fā)生摩擦?xí)r，支承輥表面會(huì)留下更嚴(yán)重的摩擦痕跡，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的熱。此時(shí)，支承輥上的摩擦痕跡應(yīng)只是局部的，但由于軋輥局部發(fā)生啃傷時(shí)在機(jī)架內(nèi)很難被發(fā)現(xiàn)，如果繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)軋機(jī)，會(huì)使留在支承輥上的摩擦傷通過軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)不斷擴(kuò)大至整個(gè)軋輥的圓周方向。由于支承輥硬度低于工作輥表面硬度，因此支承輥表面受啃傷程度更嚴(yán)重。

下支承輥由于自重大，在軋制力釋放后快速下落，下支承輥和下工作輥之間分離較快，因此工作輥非正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)影響下工作輥和下支承輥。

3.2 軋機(jī)閉合輥縫的影響

相同原理，軋輥在合輥縫時(shí)，由于兩側(cè)的合輥縫速度不一致，操作側(cè)的速度更快一些，即操作側(cè)工作輥和上支承輥先接觸。在此過程中，由于缺少聯(lián)鎖條件，在軋制力未達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)，操作人員可通過手動(dòng)開關(guān)來控制軋機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，如果誤操作，會(huì)造成軋機(jī)在輥縫沒有完全閉合時(shí)工作輥發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，操作側(cè)因上支承輥與工作輥接觸壓力大，產(chǎn)生摩擦，啃傷操作側(cè)的上支承輥。

3.3 裂紋產(chǎn)生的原因

軋機(jī)在生產(chǎn)過程中，因熱輥、穿帶、斷帶、清理機(jī)架等原因需經(jīng)常進(jìn)行輥縫閉合和打開的操作。如果軋輥在操作過程中已經(jīng)發(fā)生啃傷現(xiàn)象且又沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在重復(fù)的開、合輥縫操作過程中，使得軋輥啃傷進(jìn)一步加重?？袀课槐砻娣浅４植?，在重復(fù)摩擦瞬間產(chǎn)生的大量熱量會(huì)使軋輥表面局部發(fā)生金相組織變化，導(dǎo)致支承輥表面出現(xiàn)裂紋和局部硬度發(fā)生改變。

3.4 直流控制器的影響

ACS800控制器在軋輥分離過程中突然發(fā)出一個(gè)不正常的速度信號(hào)，是引起軋輥啃傷的主要原因。

4 采取措施

(1)消除DCS800控制器殘余積分變量，避免打開輥縫過程中出現(xiàn)軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象；

(2)閉輥縫過程增加聯(lián)鎖條件，保證軋制力到達(dá)設(shè)定值時(shí)設(shè)備才能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；

(3)對(duì)液壓回路進(jìn)行修改，增加同步閥，使輥縫在打開或閉合過程中軋輥兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)速度盡量保持同步；

(4)熱輥時(shí)軋制力由300t提高至400t，確保軋輥在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中工作輥和支承輥之間不會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象；

(5)對(duì)產(chǎn)生裂紋的軋輥進(jìn)行修復(fù)。磨削軋輥表面，磨削過程中需對(duì)軟度區(qū)域的硬度不斷進(jìn)行檢查，必須在確認(rèn)軋輥表面沒有裂紋且軟度區(qū)硬度值與其它區(qū)域硬度值一致后，軋輥方可繼續(xù)使用。同時(shí)，磨削過程中可使用著色探傷和磁粉探傷相結(jié)合，對(duì)裂紋進(jìn)行檢查，支承輥磨去裂紋后可繼續(xù)使用。

經(jīng)過上述處理，取得了非常好的效果，在之后的生產(chǎn)過程中再?zèng)]有發(fā)生過上支承輥啃傷的現(xiàn)象；產(chǎn)生裂紋的軋輥在重新使用后沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。

5 結(jié)束語

軋輥發(fā)生啃傷輥面產(chǎn)生裂紋的原因很多，因此需要在設(shè)備調(diào)試時(shí)引起高度重視。軋輥表面出現(xiàn)裂紋后，可以通過探傷、硬度檢測(cè)等手段進(jìn)行檢查然后進(jìn)行綜合分析。同時(shí)對(duì)軋輥使用進(jìn)行嚴(yán)格的工藝制度管理，以延長(zhǎng)其使用壽命。

Causes and Preventive Measures for Backup Roll-Bite Friction Marks of Aluminum Foil Mill

ZHANG Ming

(CHINALCO Northwestern Aluminium Fabrication Plant, Longxi 748111, China)

In order to resolve the problems emerged in commissioning of aluminum foil mill, the paper analyzed the causes of the formation of roll-bite friction marks and surface cracks in combination with actual production and it put forward targeted solutions, providing reference for future commissioning.

roll; roll-bite friction mark; crack

2015-02-15

TG333.17

B

1671-6795(2015)03-0041-03