湘鋼800軋輥扁頭斷裂原因分析

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司棒材廠，湖南 湘潭 411100）

湘鋼800軋輥扁頭斷裂原因分析

張群琥，王芝，劉鐵軍

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司棒材廠，湖南 湘潭 411100）

通過對湘鋼800可逆式軋機軋輥扁頭處斷裂的原因進行分析，得出斷裂原因。對正確使用800軋輥起著指導作用，對可逆式800軋機軋輥的設(shè)計也有較好的借鑒意義。

800軋機；軋輥；扁頭；斷裂；傳動

一、生產(chǎn)工藝介紹

2003～2004年年初，湘鋼對二棒廠軋制生產(chǎn)線進行了技術(shù)改造。利用原有廠房、φ800初軋機及400t剪和公輔設(shè)施，并新增了一些裝置，改造出1條先進的半連軋生產(chǎn)線，年產(chǎn)能力達到90萬t。

生產(chǎn)線原料尺寸主要有150mm×150mm×12 000mm、240mm×240mm×6 000mm和430mm×300mm×6 000mm三種。產(chǎn)品規(guī)格為φ50～220mm圓鋼、100mm×100mm、120mm×120mm、130mm×130mm、135mm×135mm出口方鋼及供大盤卷使用的150mm×150mm方坯。主要鋼種有管坯、優(yōu)碳圓、普碳圓、合結(jié)圓鋼、合金管坯、易切削鋼和軸承鋼。

鋼坯軋制時，經(jīng)加熱后送入800軋機進行粗軋開坯。800軋機采用二輥可逆式粗軋，孔型系統(tǒng)箱型孔型，可變換5、6、7槽3種配輥形式，軋輥零件加工圖見圖1。

軋輥材質(zhì)為半鋼，其合金成分見表1。軋輥有關(guān)參數(shù)和軋槽噸位如見表2。

表1

圖1 800軋輥零件圖

表2

二、斷裂軋輥基本情況

2012年5月6日凌晨發(fā)生軋輥扁頭斷裂事故。該軋輥最后一次上機，軋制3 000t。新軋輥直徑φ852mm，斷裂時軋輥直徑φ844mm，該支軋輥共使用2次，累計軋鋼21 000t。當次軋制鋼種為42CrMo及45C。

斷口為下輥扁頭，因扁頭斷裂之后，剝落部分掉到機架輥軸承座下面無法取出，但從斷面情況來看，存在明顯的水印，顏色為深黃色，占整個斷口面積的30%左右（圖2）；另外斷口肉眼可見3處細小鑄造缺陷：夾雜、氣孔（圖3）。

圖2 斷裂扁頭位置示意圖

圖3 斷面情況

三、原因查找分析

1．加熱溫度

當時出爐前和出爐期間加熱爐均熱段溫度超過1 200℃（軋制鋼種為45C），原料加熱按上限進行燒鋼，溫度檢查無異常。

2．800軋輥3 250kW電機電流檢查

檢查斷扁頭之前軋制電流情況發(fā)現(xiàn)異常，斷裂時軋制加速共用1．5s時間，當時最高轉(zhuǎn)速為38r/min，電流最高為1 838A。

2012年5月5日中班，換規(guī)格檢修后，開始軋制150規(guī)格軋制道次為13道次，到22∶40左右開始減道次為11道次軋制，次日夜班接班后用13道次軋制，到0∶15后直到斷扁頭時間內(nèi)改為11道次軋制，從電流情況上看可以看出減道次軋制是在800軋槽1孔前2道軋制時減道次，電流在減道次前后1、2道次明顯增高，13道次軋制電流都低于1 400A，11道次軋制電流都高于2 000A，大部分在2 400A左右。

操作過程中大壓下量造成電流持續(xù)在高位運行，電流越高，軋輥扁頭扭矩越大，長期的大壓下量使軋輥負荷增大；另外咬入到加速的持續(xù)時間較短，增大了軋輥的扭矩。

3．軋輥上線裝配情況檢查

5月5日13∶54分800由于磨瓦更換完這套軋輥后，上一套軋輥直徑為φ824mm，該套軋輥直徑為φ844mm，相差20mm，實際換輥過程中，沒有對吊瓦位置進行調(diào)整，使下輥萬象接軸擺動幅度增大，高速轉(zhuǎn)動時因動不平衡產(chǎn)生超出本身重量的甩力；另外，上線時沒有更換新半圓瓦，舊半圓瓦磨損15mm，使扁頭與瓦之間間隙增大，增大了扁頭的瞬時沖擊力。

四、軋輥扁頭強度歸納分析

根據(jù)工況得知，扁頭只承受扭矩而不受彎矩。現(xiàn)場勘查，工件1GBF85055—MB454軋制過程中存在多處瞬時電流及轉(zhuǎn)速超標現(xiàn)象。就該產(chǎn)品過程電流及轉(zhuǎn)速記錄120時刻點，一一核算瞬時扭矩并得出如下結(jié)論。

(1)瞬時電流≥2 600A者2時刻點，占1．67%；瞬時電流≥2 500A者6時刻點，占5．00%；瞬時電流≥2 400A者47時刻點，占39．17%；瞬時電流≥2 300A者74時刻點，占61．67%；電壓一定情況下，電流與扭矩成正比，高電位運行，扭矩過大。

(2)瞬時轉(zhuǎn)速＜10r/min者15時刻點，占12．5%；瞬時轉(zhuǎn)速＜20r/min者27時刻點，占22．5%；瞬時轉(zhuǎn)速＜30r/min者29時刻點，占24．17%；瞬時轉(zhuǎn)速＜50r/min者33時刻點，占27．5%；功率一定情況下，轉(zhuǎn)速與扭矩成反比，低轉(zhuǎn)速運行，扭矩過大。

(3)扭矩提升倍數(shù)≥10者21時刻點，占17．5%；扭矩提升倍數(shù)≥5者30時刻點，占25．0%；扭矩提升倍數(shù)≥3者33時刻點，占27．5%；扭矩提升倍數(shù)≥2者82時刻點，占68．3%；綜合考慮功率及轉(zhuǎn)速，對比額定電流及最大電壓核算得出的“標準扭矩”，表明軋制過程中，扭矩過大。

(4)瞬時使用強度≥1 000MPa者32時刻點，占27．0%；瞬時使用強度≥700MPa者40時刻點，占33．3%；瞬時使用強度≥500MPa者100時刻點，占83．3%；扁頭扁寬、扁外圓等輥型尺寸規(guī)格一定情況下，強度與扭矩成正比，軋制過程中，使用強度過大。

(5)強度提升倍數(shù)≥10者21時刻點，占17．5%；強度提升倍數(shù)≥5者30時刻點，占25．0%；強度提升倍數(shù)≥3者33時刻點，占27．5%；強度提升倍數(shù)≥2者82時刻點，占68．3%；扁頭扁寬、扁外圓等輥型尺寸規(guī)格一定情況下，對比額定電流及最大電壓核算得出的“許用強度”，表明軋制過程中，使用強度過大。

結(jié)合現(xiàn)場檢查結(jié)果：“斷裂時軋制加速共用1．5s時間，當時最高轉(zhuǎn)速為38r/min，電流最高為1 838A。正常3～4s到最高轉(zhuǎn)速80r/min。正常軋制電流有在2 400A左右”。綜合分析認為1GBF85055—MB454軋制過程存在普遍瞬時電流及瞬時轉(zhuǎn)速超標現(xiàn)象，該問題的產(chǎn)生導致瞬時扭矩過大，高扭矩軋制條件下，軋輥長時間連續(xù)服役超過《湘鋼800軋輥采購技術(shù)協(xié)議》中所要求軋輥自身強度極限，是導致扁頭斷裂的原因。

五、結(jié)語

結(jié)合現(xiàn)場操作實踐，低轉(zhuǎn)速高電流實際為帶鋼壓下后帶鋼啟轉(zhuǎn)，形成超低速重載時刻，此時超出軋輥扁頭本身的許用強度，造成扁頭斷裂。通過此次事故，建議如下。

第一，要求軋鋼時不能擅自違規(guī)減道次軋制，不能帶鋼壓下后快速啟轉(zhuǎn)，軋輥上線必須按要求調(diào)整萬向軸托架。

第二，對后續(xù)傳動設(shè)計方面，建議擴大扁頭根部截面積，即設(shè)計時將扁頭叉U型槽向外退出50mm左右，增大許用扭矩。

[1] 張俊彥，黃寧寧． 理論力學[M]． 北京：北京大學出版社，2004．

[2] 蔡建偉．電路原理（2版）[M]．浙江：浙江大學出版社，2006．

[3] 文慶明．軋鋼機械（1版）[M]． 北京：化學工業(yè)出版社，2004．

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