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承鋼高速線材生產線精軋機炸輥環原因分析及改進措施
2024-09-20
吳春東 趙丁 劉福申 梁艷軍
（河北鋼鐵集團 承德分公司棒線廠）
摘 要：通過對承鋼輥環炸裂事故的深入調研，分析影響輥環炸裂的主要原因，并對輥環的使用、安裝等提出改進措施以減少輥環炸裂現象，節約生產成本。
1、前言
承鋼高速線材生產線精軋機組共10架，由5架Φ230軋機和Φ170軋機組成，10架軋機采用頂交45°形式布置，輥環采用碳化鎢硬質合金，通過錐套連接在軋輥軸上。熱軋過程中，由于碳化鎢輥環承受著高溫、軋制應力、熱腐蝕、沖擊負荷等，因而經常出現輥環炸裂現象，不僅影響生產效率，還大大增加了備件消耗，致使企業生產成本上升。據統計，承鋼年兩條高速線材生產線輥環炸裂共計122片，直接造成經濟損失近100萬，為了減少碳化鎢輥環的炸裂現 象，對輥環炸裂的原因進行分析并提出改進措施。
2、碳化鎢輥環炸裂原因分析
2.1 高速區堆鋼
從輥環炸裂原因分析，以上的輥環炸裂是由堆鋼事故造成。輥環設計可承受健倍的正常軋制力，但當發生堆鋼時 會使輥環承受更大的額外應力，因而造成炸裂。高速區堆鋼主要原因有導衛、導槽安裝不正及磨損嚴重、導衛粘鐵皮、導輥不轉、軸承燒損、軋件劈頭以及輥縫設定錯誤、水冷段冷卻水開啟過早、速度不匹配等等都會造成堆鋼。另外，軋制中產生斷線也會引起機架間堆鋼。
2.2 熱疲勞
軋制過程中，熱軋件與軋槽表面接觸，使輥環表面溫度升高，這部分金屬要產生膨脹，而 輥環深層的金屬溫度由于溫度升高較小，就會對輥環表面金屬產生壓應力反之，當輥環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，就會對表層的金屬產生一個拉應力，這種反復交變的熱應力極易產生熱疲勞裂紋，造成輥環槽底出現微裂紋，槽底出現微裂紋會使材料強度明顯下 降。據資料介紹，1mm深的裂紋使材料強度降至300-500MPa；2mm深的裂紋使強度降至250-350MPa，3mm深的裂紋，則使強度降至200-300MPa。若軋制量過多，裂紋過深，未及時換輥，微裂紋延伸將會使微裂紋邊寬變深，或出現龜裂紋，嚴重就會造成輥環碎裂甚至爆裂。
2.3 輥環安裝不當
精軋機輥環的裝卸有明確的工藝要求，但生產過程中操作工為了求快，往往忽略這些操作工藝要求，在輥環清潔、錐套清潔方面做得不夠。當接觸面不潔凈時改變了摩擦系數，不能保證軋制力矩，造成錐套打滑、輥環松動嚴重時出現輥環炸裂。另外在安裝輥環過程中，若輥環與錐套及輥軸之間的配合過緊，將使處在張力狀態下的輥環因溫升產生徑向裂紋過松則使軋制中的輥環與錐套和軸之間產生相對滑動，造成接觸面磨損或刮痕，破壞輥環。
2.4 冷卻條件不好
雖然輥環材質的導熱率是鋼的2-3倍，但有效的冷卻對輥環的使用壽命仍至關重要。在軋制過程中輥環會產生熱疲勞裂紋，為了減少裂紋，必須用冷卻水把熱量帶走，在軋制過程中，輥環表面可達500-600℃，冷卻水壓過高或過低都會影響輥環的冷卻效果。水壓高于1MPa，當水被噴到槽孔后會彈起來，造成對輥環的冷卻效果不好，使輥環槽孔的熱量沒有被及時地帶走造成輥環溫度升高，嚴重時導致碎輥。水壓低于0.6MPa，由于輥環轉速較高，輥環冷卻水會在輥環車瞻上形成一層蒸氣層，使輥環冷卻水不能沖破蒸氣層，不能把輥環軋槽的熱量及時帶走，導致輥環溫度升高造成輥環碎裂。同時冷卻水水量要充足，如水管噴嘴堵塞或冷卻水水量不足，也會影響輥環的使用壽命。
2.5 冷卻水質不好
水質會對精軋機輥環的壽命造成很大影響，碳化鎢輥環對水質的酸堿度有特殊要求。實驗證明，當PH值小于7.2時，對鈷的腐釗功口劇，會使得碳化鎢顆粒脫落，在軋槽內形成裂紋，裂紋在軋制中進一步延伸，最后造成碎輥。水質PH值大于7.2時，不僅對硬質合金輥環腐蝕減少，提高壽命，而且對車晰的腐蝕也減少，起了保護作用。冷卻水中的懸浮物對硬質合金輥的腐蝕影響也很大，固體粒子在軋制時如同磨料的作用致使軋槽的微裂紋較快的擴大 和延長，當微裂紋擴散到一定程度時易造成輥環破碎。
2.6 磨削液質量不合格
磨削液對輥環的磨削起到潤滑、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，改善工件表面質量。磨削液選用不當，容易造成磨削負荷增大，磨削時砂輪劇烈跳動導致輥環表面出現波紋，光潔度差，并且會使輥環中的鉆元素從輥環中稀出來，使軋制的產品質量及輥環的過鋼量明顯下降，嚴重時出現炸輥環現象。
2.7 其他
輥環本身的材質及生產工藝存在缺陷。碳化鎢硬質合金輥環一般有熱壓、冷壓、熱等靜壓、冷等靜壓四種工藝方法，以獲得輥環內部組織的致密性，確保輥環的耐磨性及足夠的強 度，但由于生產過程中，受各種因素的影響，生產出來的輥環，在其組織內部，會出現如同鑄造工藝產生的沙眼，造成輥環炸裂。另外還有由于安裝輥環時壓力太大，導致拆卸輥環時卸不下來，造成人為將其炸裂。
3、減少碳化鎢輥環炸裂改進措施
3.1 控制高速區堆鋼
正確安裝導衛，每次在更換精軋導衛時，要對精軋內各架進出口導衛的對中情況進行檢查，確保各架導衛安裝合適。以減少由于導衛對中不好所造成的對輥環的沖擊力及輥環碎輥的幾率。軋件頭、尾應切除干凈，以免鐵皮帶入輥槽。正確配輥并根據料型合理調整輥縫。按規定設置頭部未穿水冷卻段長度，避開水箱高壓水對軋件頭部的沖擊。合理調整料型，特別是小規格線材的生產，要嚴格爐前挑廢，減少高速區軋件斷線。
3.2 控制軋制量定額
精軋機寸輥環的單槽毫米軋制量控制在5000噸以內，6寸輥環的單槽毫米軋制量控制在3000噸以內，達到額定軋制量時要及時修磨。避免超額軋制，避免輥環裂紋向內部擴展。修磨時每次的進刀量要小，避免對輥環造成應力集中，一般將進刀量控制在每次0.01mm。
3.3 正確安裝輥環
避免為了求快乎略細節，在安裝輥環前，必須用無水酒精清洗輥軸、錐套和輥環，保證接觸面潔凈掌握好打壓壓力，40-45Mpa。不能過緊或松動。嚴禁用鐵錘或其他硬物敲打輥環。運輸、安裝過程中嚴禁輥環的相互碰撞，以防損壞輥環。
3.4 合理冷卻
輥環工作時冷卻系統冷卻水水壓要保證在0.6-1MPa，冷卻水的水量應控制在250~300L/min；噴水方向為徑向，與輥環方向成15°~30°，冷卻水的水溫應控制在35℃；實驗表明，冷卻水與軋槽轉切線方向呈合適夾角能達到最佳冷卻效果。另外，精車躁作工在每次換輥換槽、換導衛時，要認真檢查冷卻水管，并對各架輥環表面溫度進行檢查，以判定各架輥環冷卻效果，減少由于冷卻不好而造成的炸輥環。
3.5 改善水質
冷卻水進行沉淀和凈化處理，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，可以泛組經濟的冷卻效果。
3.6 正確采用質量合格磨削液
在動平衡、錐套、冷卻水溫度和壓力、碳化鎢輥環材質等均正常狀態下，有效降低輥環炸裂與正確選擇和使用磨削液有必然的聯系。磨削液必須采用科技含量高且使用中必須按比例進行配比，按時更換，會對輥環的磨削加工起到潤滑、冷卻、清洗、防銹作用，降低輥環炸裂。
3.7 其他
嚴格把關輥環的生產工藝，確保輥環內部組織的致密性、耐磨性及足夠的強度，避免出現沙眼運輸、安裝過程中嚴禁輥環之間的相互碰撞，以防損壞輥環要正確安裝輥環，如果遇到卸不下來的情況，選用超高壓手動液壓泵卸輥環，盡量避免人為炸裂。
4、結束語
通過對承鋼高線精軋機輥環使用過程中的輥環炸裂原因進行深入分析，以及改善措施的實施，2011年上半年，承鋼兩條高線輥環炸裂次數較去年減少39%，取得了良好的效果，為企業挖潛增效降成本做出了突出貢獻。
來源：2012年河北省軋鋼生產技術暨學術年會
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