熱鍍鋅機組沉沒輥使用壽命研究

寇國成 王克玉

（天津軋一冷軋薄板有限公司 天津）

一、前言

公司鍍鋅機組由意大利DANIELI引進，2012年底投入試生產。機組沉沒輥系的設計使用周期為15 d，實際使用周期＜10 d，每個使用周期結束需要更換沉沒輥、穩(wěn)定輥及軸瓦軸套，整個機組需停產10～12 h，加上開停機和生產準備的能源損耗以及因此造成的廢品和降級品鋼卷，給公司造成嚴重經濟損失。因而，有必要對熱鍍鋅機組沉沒輥的使用壽命進行分析并改善。

二、影響沉沒輥使用壽命的因素

1.輥面粘鋅

沉沒輥在鋅液中工作一段時間后，因受到鋅液的腐蝕，大量鋅渣粘附在輥面或造成輥面磨損，在帶鋼表面形成印痕，影響鍍鋅的產品表面質量。鋅液中的有效鋁含量＞0.135%時，從帶鋼表面溶解到鋅液中的鐵，可以直接跟鋅液中的鋁反應，生成Fe2Al5，上浮到鋅鍋表面，成為浮渣的一部分。反應式2Fe+5Al=Fe2Al5；當鋅液中含鋁量＞0.135%時，主要產生浮渣Fe2Al5。鋅液中鋁含量在0.2%以下時，鐵的溶解量隨鋁含量的增高而降低，當鋁含量＞0.2%時，鐵的溶解量隨鋁含量的增加而迅速上升，鐵損量增加。浮渣在鍍鋅過程中隔離了鋅和鐵基的作用，也增加了表面張力，嚴重時會造成大面積漏鍍現(xiàn)象，輕微時造成鍍層與帶鋼結合力不好，鋅花不均勻等缺陷。

由于沉沒輥所處特殊的工作環(huán)境（鋅液溫度為 460～470℃，含有效鋁 0.16%～0.19%），經受高溫熔融鋅液的侵蝕，帶鋼要經過沉沒輥后出鋅鍋，沉沒輥的材料選擇是影響沉沒輥使用壽命的重要因素，本機組沉沒輥輥面設計使用的材料為316L，輥面耐高溫鋅液腐蝕及耐磨性較好，但若輥面的粗糙度選取不合理，不利于增加帶鋼與沉沒輥之間的傳動摩擦力，不利于沉沒輥的轉動，沉沒輥輥面粗糙度越大，F(xiàn)e-Zn反應就越劇烈，消耗的鐵就越多，生成的鋅渣也增多，造成沉沒輥表面粘渣嚴重，帶鋼容易被粘附鋅渣的沉沒輥劃傷，提前下線換輥，由于帶鋼與沉沒輥之間受張力的作用，沉沒輥輥面的粗糙度不能過大，過大容易劃傷帶鋼。

2.輥面溝槽（圖 1）

鋅鍋內的鋅渣會伴隨著陶瓷感應體的對流噴射在鋅鍋內攪動，當鋅渣進入沉沒輥與帶鋼之間后，會因為碾壓、黏附等原因造成板帶表面出現(xiàn)壓坑、鋅渣、壓印等缺陷。如何將沉沒輥輥面與帶鋼之間的鋅渣導出，沉沒輥輥面結構就成了影響沉沒輥使用壽命的又一重要因素，沉沒輥輥面原溝槽為環(huán)形直流槽，中間部分的鋅渣不易排掉，導流槽內徑過寬和槽之間的距離太大更容易產生鋅渣壓印。

3.軸瓦軸套不穩(wěn)定

圖1 沉沒輥輥面溝槽示意圖

在徑向、軸向振動和熱鍍鋅工藝參數(shù)頻繁改變的雙重作用下，軸套外表面出現(xiàn)不規(guī)則磨損，轉動過程中軸套和軸瓦發(fā)生碰撞摩擦，隨著軸套磨損量的加大，沉沒輥碰摩振動隨之加劇。另外，沉沒輥軸瓦軸套在熔融鋅液中高速轉動，受力不均，同時又有鋅液腐蝕而加速磨損，軸瓦軸套會很快腐蝕磨損而失效，導致沉沒輥運轉不暢，引起帶鋼與輥子的速度差異及跳動，影響鍍鋅產品的表面質量。

三、延長沉沒輥系使用壽命的措施

1.改善沉沒輥輥面

針對造成輥面粘渣的輥面粗糙度問題，通過研究，輥面粗糙度越低，輥面的表面積就越大，相同條件下，粘渣的量就越大，一旦粘附鋅渣，鋅渣越聚越多，最終加速了粘渣。為此，改進沉沒輥的輥面加工工藝，將輥面粗糙度由原來的Ra1.6 μm改為Ra0.8 μm。

當有鋅渣接近沉沒輥輥面時，鋅渣首先進入輥輪表面的溝槽，避免劃傷帶鋼，直流環(huán)形溝槽不利于溝槽內的鋅渣排出。隨著時間的推移，很容易在溝槽內局部堆積結渣，進而劃傷帶鋼，產生產品質量問題。經過不同輥面形式的試驗，最終選擇將輥面溝槽加工為雙螺旋，在輥輪中心線兩側分別加工左右螺旋，起刀處盡量靠近中心，但左右螺旋在中心線處不交匯，溝槽倒R=1.5 mm的圓角，槽間距32 mm，如圖1所示。此種輥面可以最大限度地降低鋅渣殘留，延長沉沒輥的使用壽命，機組實際使用中可以保持15 d以上輥面無鋅渣劃傷或輥印。

2.增加沉沒輥刮刀

新增加沉沒輥刮刀，見圖2。減速電機通過傳動軸驅動滾珠絲杠旋轉，絲杠螺母副與刮刀行走機構相連，刮刀行走機構為雙排輥輪軸承嵌在定制軌道中往復行走，刮刀材料為高紅硬硬質合金制作，通過調節(jié)壓下氣缸的壓力來控制施加力，達到最佳的沉沒輥輥面清潔效果。使用刮刀前后的輥面對比，見圖3。

圖2 沉沒輥刮刀

圖3 使用刮刀前后的輥面對比

圖4 Co50軸套下線酸洗后

3.軸套和軸瓦的結構

連續(xù)熱鍍鋅機組中的，帶鋼通過浸在鋅鍋內的沉沒輥而改變方向（鋅鍋內鋅液溫度為460～470℃，有效鋁含量 0.16%～0.19%），沉沒輥通過兩側的軸瓦軸套支撐在3輥6臂的輥架上，軸瓦軸套起滑動軸承的作用。在高溫腐蝕性的鋅鍋內，軸套和軸瓦必須轉動靈活，同時需要耐高溫、耐鋅液腐蝕及耐磨損，以滿足生產的需要。

經過分析，機組原選用的軸瓦軸套材料為316L，主要成分為17Cr14Ni。該材料硬度高，耐高溫腐蝕性佳。軸瓦是一種固定位置的局部磨損，軸套是循環(huán)的周向磨損，采用不同軸套和軸瓦材料進行對比研究。先后試用了316L、Co40、Co50作為軸套，相同工況下軸套的使用情況見表1。

表1 不同材料的軸套使用情況

Co50軸套使用下線酸洗后情況見圖4。最后確定軸套的材料為Co50。為了改善軸瓦的組織結構，加強其韌性和耐磨性，在316L的基礎上，加入了微量的鈷，同時嚴格控制軸套、軸瓦的接觸面粗糙度（Ra0.8μm）。通過改進，軸套和軸瓦的使用壽命穩(wěn)定在15 d以上，且沉沒輥在鋅鍋內轉動靈活。

四、結語

采取改善措施后，沉沒輥輥面粘鋅渣量得到有效抑制，保證鍍鋅機組的穩(wěn)定運行，因沉沒輥擦傷或輥痕等造成的產品表面缺陷明顯降低，沉沒輥壽命由＜10 d延長到＞15 d。沉沒輥可以改善的空間還很大，后期考慮對沉沒輥的輥面進行熱噴涂改性。