樓雄軍，王歡申，周志強，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一臺不銹鋼冷軋機（公司內(nèi)命名為一號軋機），該軋機在1998年投產(chǎn)之初就發(fā)現(xiàn)軋機卷筒扇形板在使用過程中易松動，導致機組故障停機，嚴重影響軋機的產(chǎn)能。經(jīng)查卷筒設備檔案，僅從2015—2017 年，左右側卷筒總共解體檢查處理34 次，其中更換卷筒委外修復5 次，總共影響停機時間約942 h。如此頻繁的檢修，即增加了檢修作業(yè)的時間和工作量，又影響了機組的開動率，降低了機組的產(chǎn)能，因此如何解決扇形板的松動問題，成為設備技術人員急需解決的問題。

1 軋機卷筒的結構及扇形板松動原因分析

1.1 軋機卷筒的結構

該型軋機的卷筒由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 塊沒有鉗口，2 種扇形板成對稱分布。為了使卷筒在軋機左右側能夠互換，因此在設計時，卷筒上2個鉗口的方向是不一樣的，也就是在一側的卷筒只有一個鉗口能滿足帶鋼卷取的需要。卷筒扇形板正常嚙合時，扇形板邊緣的矩形齒相互嚙合（圖1）。原設計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。原設計無鉗口扇形板上只有2 個T 形鍵連接，有鉗口的扇形板上有4 個斜四邊形鍵，對應的芯軸上有2 個燕尾形鍵相連接。

圖1 正常嚙合的扇形板

卷筒在收縮時，卷筒的直徑為594 mm，漲開時，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，鋼卷的內(nèi)徑為610 mm 的正圓。在扇形板每一個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題的發(fā)生。

1.2 軋機卷筒扇形板松動原因分析

軋機在正常生產(chǎn)時，鋼卷隨著卷筒作高速旋轉，當一側的鋼卷越來越大時，由于鋼卷的內(nèi)應力完全作用在卷筒上，此時的卷筒內(nèi)徑會略有收縮，鋼卷內(nèi)徑也會從610 mm 縮小到605 mm 左右，而另一側的鋼卷由于越來越小，隨著卷取應力的減小，鋼卷內(nèi)徑會略變大，即鋼卷內(nèi)徑從605 mm 變成610 mm。同時，在帶鋼軋制時，帶鋼兩側需要較大的軋制張力，才能滿足軋機軋制的需要。在粗軋道次時，軋制的張力較大，卷筒兩側承受著50 t的張力。在大張力和大轉矩的作用下，卷筒扇形板承受較大的交變應力，因此卷筒扇形板易變形、導致扇形板易松動。

軋機卷筒扇形板松動的主要原因：①扇形板滑鍵固定螺栓松動，固定螺栓松動后導致滑鍵松動，滑鍵松動最終導致卷筒扇形板松動；②軋制米寬料較多，導致扇形板變形，扇形板滑鍵受到交變的拉應力，導致固定螺栓拉松動后扇形板松動；③卷筒加油不充分，導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，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，隨著鋼卷內(nèi)應力的瞬間釋放，并產(chǎn)生爆炸性異響，導致滑鍵螺栓瞬間異常受力松動；⑤滑鍵固定螺栓的鋼絲螺套斷裂，螺栓松動；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，導致滑鍵螺栓松動；⑦帶鋼軋制過程中，會產(chǎn)生大量的熱量，熱量傳遞到卷筒上，扇形板滑鍵固定螺栓，在交變熱應力的影響下導致松動。

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

圖2 松動下垂的扇形板

三菱軋機卷筒的原設計是扇形板與卷筒芯軸的連接滑鍵采用M20 的細牙螺栓固定，為了保護卷筒芯軸，設計者在卷筒芯軸上又增加了相應的鋼絲螺套，在卷筒解體檢修時，若用加強桿大力擰緊芯軸上滑鍵的固定螺栓，會將鋼絲螺套擰壞，所以在擰緊固定螺栓時，又不能超過鋼絲螺套的承受能力，以免破壞鋼絲螺套。軋機軋制時，在大張力及熱應力的作用下，螺栓的預緊力不夠，導致滑鍵固定螺栓易松動。在該軋機投產(chǎn)之初，就存在這個問題，在2000 年時曾經(jīng)最短使用7 d 扇形板就松動了。

由于帶鋼在軋制過程中產(chǎn)生大量的熱量會傳遞到卷筒上，卷筒扇形板滑鍵螺栓一直處在熱應力和交變應力的作用，螺栓就很容易松動。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 個月左右螺栓就有松動跡象。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，上次檢修時在滑鍵固定螺栓四周所加的螺紋緊固劑已淡然無存，所以一般的螺紋緊固劑不適合軋機卷筒這種高溫的環(huán)境。2015—2016 年，將卷筒芯軸的純銅滑鍵改成鋼襯套的滑鍵，并在螺栓邊上點焊的方式，螺栓未松動的時間逐步延長，但螺栓松動問題還是存在。

2 軋機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問題，是解決扇形板松動的關鍵。2013—2015 年，針對卷筒扇形板易松動的問題，制定的措施是每隔2 個月進行一次定修，解體檢修左右側的卷筒，主要是更換卷筒芯軸的銅滑鍵和固定螺栓；但扇形板松動的隱患仍舊存在，有時不到2 個月扇形板就松動了，檢修計劃只能提前，非常被動。

2016 年，對銅滑鍵進行了改進，將原來純銅的滑鍵，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致的螺栓松動。同時，在滑鍵的頂上開一根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，運用此方法改進后，對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，焊接點易脫焊，螺栓仍存在松動現(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，使用3 個月左右扇形板未出現(xiàn)松動現(xiàn)象，但在使用約5 個月時間解體時，發(fā)現(xiàn)滑鍵固定螺栓出現(xiàn)了松動。

在綜合前期卷筒扇形板滑鍵改進試驗的基礎上，對滑鍵的防松措施又進行了改進，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)六角螺栓兩側同時加上兩把內(nèi)六角扳手一直用力扳著，保證螺栓不松動（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 效果驗證

2018 年1 月，左側卷筒及扇形板改進更換處理后，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)生松動現(xiàn)象。同時，在2018 年12 月底對右側卷筒及扇形板改進后也采用此防松方法固定滑鍵螺栓，使用至今也未發(fā)生松動現(xiàn)象，扇形板的防松效果非常好，比預期的效果要好很多。

在新防松方法投入前，每隔1～2 個月卷筒就要解體檢修，處理扇形板松動問題。在卷筒新防松方法實施至今，左右側卷筒扇形板均未發(fā)生松動，左側卷筒解體檢查3 次，右側卷筒解體檢查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，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，一號軋機卷筒扇形板松動的問題徹底解決了，以后只要按1 年半的周期解體檢查就可以了。卷筒扇形板松動問題解決后，一號軋機定修周期也可以延長，之前2 個月一次的定修，現(xiàn)在可以延長到4 個月一次定修了。運用此防松方法后，左側卷筒使用4 年多時間，右側卷筒使用3 多年時間，卷筒扇形板都未發(fā)生松動情況，從而減少檢修作業(yè)時間和檢修工作量，提高了軋機的開動率及產(chǎn)能。表1 是自2018 年左右側卷筒改進及新防松方法投入前后情況對比。

表1 自2018 年左右側卷筒改進及新防松方法投入前后情況對比

4 結論

針對三菱軋機卷筒扇形板易松動的問題，進行了分析論證，并提出了改進措施。對卷筒扇形板滑鍵進行了改進，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，時刻保證螺栓的預緊力，防止螺栓松動，從而解決了卷筒扇形板松動的問題。從卷筒的正常使用時間及解體情況來看，卷筒扇形板滑鍵的改進及防松措施的投入成果顯著，取得了較好的效益。