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        支撐輥R圓弧裂紋缺陷研究

        2018-10-24 06:24:38黃建波
        機(jī)電信息 2018年30期
        關(guān)鍵詞:輥身輥輥水封

        黃建波

        (湖南華菱漣源鋼鐵有限公司2250熱軋板廠,湖南婁底417009)

        0 引言

        支撐輥是軋鋼廠最重要的工藝裝備,一支經(jīng)濟(jì)價(jià)值可達(dá)上百萬元,一旦發(fā)生軋輥事故,則經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重,并且會影響熱軋廠正常生產(chǎn),因此支撐輥的安全使用是熱軋廠一個(gè)需要研究的課題。除去一般的支撐輥輥面剝落、掉肩等問題,還有一個(gè)R圓弧開裂問題在熱軋廠經(jīng)常發(fā)生,一旦發(fā)生R圓弧開裂,支撐輥必須停用。

        1 課題來源

        在軋制過程中支撐輥輥身承受工作輥的軋制力,軸承部位承受壓下系統(tǒng)的軋制力,這兩個(gè)力方向相反(圖1),因此輥身與軸承安裝部位一般設(shè)計(jì)有R圓弧進(jìn)行過渡,以防止應(yīng)力集中造成支撐輥沿輥身側(cè)面斷裂,但實(shí)際使用過程中R圓弧處存在批量開裂的現(xiàn)象。

        圖1 軋鋼過程中支撐輥受力情況

        2 原因分析

        在實(shí)際使用過程中,支撐輥使用周期長達(dá)5~10年,使用條件為高溫潮濕的環(huán)境,支撐輥輥身端部極易發(fā)生銹蝕,為了防止R圓弧部位發(fā)生銹蝕,支撐輥側(cè)面一般采用一道橡膠密封,該密封與輥身側(cè)面緊密接觸,防止水蒸氣進(jìn)入R圓弧區(qū)及油膜軸承內(nèi)。但由于支撐輥在軋制過程中會產(chǎn)生一定彎曲,橡膠密封區(qū)與支撐輥端部發(fā)生輕微摩擦,在支撐輥輥身側(cè)面會產(chǎn)生一圈凹槽,凹槽產(chǎn)生后水封的貼合度降低,同時(shí)銹蝕會使得密封面粗糙不平,密封效果逐漸變差;下支撐輥該問題更加突出,因?yàn)楣ぷ鬏伬鋮s水會淋在下支撐輥的端部。水汽進(jìn)入R圓弧部位后使得該部位發(fā)生銹蝕,在交變應(yīng)力作用下極易導(dǎo)致R圓弧處發(fā)生裂紋(圖2)。該問題常常批量發(fā)生,導(dǎo)致支撐輥周轉(zhuǎn)緊張。

        圖2 支撐輥磨損及裂紋情況

        導(dǎo)致該問題的原因有四個(gè):

        一是軋制過程中,支撐輥存在彎曲,轉(zhuǎn)動過程中水封與輥身側(cè)面長期摩擦導(dǎo)致磨損出凹槽。

        二是輥身側(cè)面銹蝕嚴(yán)重,導(dǎo)致凹槽處不平整,影響橡膠密封的密封效果。

        三是長期軋制高強(qiáng)薄規(guī)格、極窄規(guī)格,軋制力甚至達(dá)到4 000 t以上,軋輥彎曲大,R圓弧應(yīng)力集中過大。

        四是水質(zhì)不達(dá)標(biāo),熱軋廠漏油現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,導(dǎo)致水中Cl-、電導(dǎo)率急速攀升。氯離子是天然水中普遍存在的腐蝕陰離子,它有極高的極性,能促進(jìn)腐蝕反應(yīng);又有很強(qiáng)的穿透性,容易穿透金屬表面的保護(hù)膜,造成縫隙腐蝕和孔蝕,特別是易造成奧氏體不銹鋼腐蝕開裂,危害很大,能使金屬在短期內(nèi)銹蝕。在軋鋼生產(chǎn)線,主要體現(xiàn)在對設(shè)備、管道及鋼板的腐蝕上,極度影響設(shè)備的使用壽命。這也加速了支撐輥R圓弧裂紋處的電化學(xué)腐蝕。

        3 解決措施

        根據(jù)失效的原因,曾經(jīng)嘗試增大R圓弧半徑,以進(jìn)一步緩解應(yīng)力集中,但是這樣做會縮短錐形段長度,使油封效果變差,油膜軸承更有可能進(jìn)水,因此排除了這種改進(jìn)方式。

        經(jīng)查閱相關(guān)資料,部分鋼廠采用支撐輥肩部雙臺階圓弧過渡的方式解決該問題,一般一段圓弧半徑為30 mm,二段圓弧半徑為60 mm,這樣既降低了整體的支撐輥邊部應(yīng)力梯度,降低了支撐輥掉肩的風(fēng)險(xiǎn),又增強(qiáng)了角部的圓弧過渡,降低了應(yīng)力集中的風(fēng)險(xiǎn)(圖3)。但此種方式也有一個(gè)問題,如果設(shè)計(jì)時(shí)是單圓弧,后想改為雙圓弧,勢必會縮短輥面長度166 mm,而這會改變輥面縮短后支撐輥的受力狀態(tài),以2 250 mm長度支撐輥為例,單位長度承受的軋制力升高約8%,因此選擇這種方式必須在軋線設(shè)計(jì)時(shí)考慮。

        圖3 雙臺階圓弧支撐輥

        針對支撐輥側(cè)面生銹的問題,曾經(jīng)考慮在支撐輥端部刷一層油漆,但是并未取得良好的效果,時(shí)間一長,油漆里層仍生銹,油漆層翹起。

        為了從根本上解決支撐輥側(cè)面生銹的問題,我們嘗試修改支撐輥圖紙,要求支撐輥供貨商在機(jī)加工時(shí)在支撐輥輥身側(cè)面開槽,用于安裝一陶瓷襯板,陶瓷環(huán)安裝前在槽內(nèi)涂膠,以起到密封和增強(qiáng)結(jié)合力的作用,再用螺栓固定(圖4)。選用陶瓷襯板的目的一是為了得到一個(gè)光滑的界面,從而減小與橡膠密封之間的摩擦磨損;二是陶瓷襯板作為一個(gè)可更換件方便更換;三是徹底解決了鋼鐵材料易生銹的問題。從實(shí)際使用的效果來看,這種措施基本解決了支撐輥R圓弧處進(jìn)水的問題。

        圖4 輥身側(cè)面增加陶瓷環(huán)襯板

        改善水質(zhì)。以前軋鋼廠補(bǔ)水采用其他工序用過的大污水,后為了解決鋼材表面生銹問題采用河水補(bǔ)水,軋鋼廠成為新水使用的第一用戶,水質(zhì)指標(biāo)得到明顯改善(圖5)。

        圖5 水質(zhì)指標(biāo)變化趨勢

        完成以上優(yōu)化后,支撐輥開裂情況明顯好轉(zhuǎn)(圖6)。

        圖6 歷年來裂紋輥支數(shù)

        4 結(jié)論

        (1)熱軋廠曾經(jīng)因?yàn)橹屋伓瞬窟M(jìn)水發(fā)生大批量支撐輥R圓弧處開裂的問題,造成大量支撐輥異常報(bào)廢,成本損失嚴(yán)重,影響正常生產(chǎn)。

        (2)本文經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查,分析了造成R圓弧開裂的主要原因:一是水封與輥身側(cè)面摩擦導(dǎo)致磨損出凹槽;二是輥身側(cè)面銹蝕嚴(yán)重;三是R圓弧應(yīng)力集中過大;四是水質(zhì)不達(dá)標(biāo),加速了支撐輥R圓弧裂紋處的Cl-電化學(xué)腐蝕。

        (3)通過對可能的措施進(jìn)行分析,最終選擇可行性較高的在支撐輥輥身側(cè)面開槽,并增加陶瓷環(huán)的方式解決了支撐輥R圓弧開裂的問題,并取得了明顯的效果,為熱軋廠的軋輥安全使用提供了有效的技術(shù)保障,為今后熱軋線設(shè)計(jì)提出了合理的建議。

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