鋅鍋沉沒輥振動分析研究

解士玲，谷彥鵬

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063299）

近年來，熱鍍鋅帶鋼產品使用量逐年增加，尤其是高端產品，比如高端汽車、高端家電等領域，而且客戶對帶鋼表面的鍍鋅質量要求越來越嚴格，其中鋅鍋沉沒輥的運轉情況直接影響著帶鋼的表面質量并決定著產線的生產輥期長短[1，2]。各類鋅鍋沉沒輥設計理念和形式雖各不相同，但在運轉過程中一般都會有振動的產生。

1 沉沒輥振動的影響

1）帶鋼表面會產生震紋[3]。沉沒輥振動會造成一系列的質量問題，在帶鋼上最直接的體現為震紋，震紋是帶鋼經過振動的輥子時留下的周期性痕跡，垂直于軋制線方向，經過表面鍍鋅缺陷被放大，在出鍋后形成明顯色差狀缺陷。震紋嚴重時或是產品質量要求較高時，會導致產品降級。

2）帶鋼表面鋅灰鋅渣數量增加[4]。沉沒輥劇烈震動，會導致沉沒輥前后帶鋼劇烈抖動，帶鋼在通過爐鼻子進入鋅鍋時，主要控制的因素就是鋅灰鋅渣，其中一個主要手段就是保證爐鼻子內液面的穩定，但是帶鋼抖動會造成鋅液面晃動，從而加劇了鋅灰鋅渣的產生，進而降低產品質量。

3）影響帶鋼表面涂層的均勻性。帶鋼經過沉沒輥出鋅鍋后進入氣刀，通過調整氣刀參數來達到帶鋼所需要的鍍層厚度，沉沒輥振動導致帶鋼出鋅鍋后晃動，帶鋼距離氣刀刀唇的距離不斷發生變化，從而導致帶鋼表面的涂層極不均勻，降低帶鋼質量。

2 沉沒輥振動的原因

鋅鍋沉沒輥系統由輥子（沉沒輥、穩定輥、糾正輥）、軸套、陶瓷軸承、輥臂和橫梁等五部分組成，如圖1所示。沉沒輥振動原因主要來自以下三個方面：自身因素、裝配因素、在線使用因素。

圖1 沉沒輥整體示意圖

2.1 自身因素

2.1.1 輥子動平衡量問題

輥子動平衡量過大，導致輥子在轉動過程中出現嚴重的振動現象，為了控制輥子的變形量，對軸頭、輥身材質和配重進行嚴格的要求，軸頭采用00Cr17Ni14Mo2鍛件制作，鍛造比必須保證≥2.5，且須進行固溶處理，輥身材料00Cr17Ni14Mo2離心澆鑄，輥身范圍內不允許有縮孔、氣孔、砂眼、裂紋等缺陷，配重塊采用圓柱形且有倒角過度，防止攪動鋅液產生阻力，最后對輥子的整體動平衡進行限制，如表1所示。

表1 沉沒輥、穩定輥動平衡要求

2.1.2 陶瓷軸瓦問題

陶瓷軸瓦（氧化鋯）在和軸套（Co基合金）摩擦運行中[5]，軸瓦陶瓷接觸面的粗糙度會隨著使用時間的增加而急劇增大，加大了軸套的磨損量，嚴重影響了軸套的使用壽命，加大了沉沒輥的不穩定性。

2.1.3 軸套材質問題

沉沒輥一個輥期運行時間一般在20 d左右，在輥末期沉沒輥運行不穩定情況會明顯增多，在下線發現沉沒輥兩側軸套出現明顯的偏磨現象，操作側軸套和驅動側軸套磨損量不一致，軸套外徑差有時能夠達到10 mm左右，無法保證沉沒輥在運行時的水平度和垂直度，導致沉沒輥振動。查找原因發現軸套硬度不均勻，單個軸套每個點的硬度有偏差，同批次軸套每個硬度也有偏差，導致軸套在線運行時磨損量不一致，導致輥子在運行末期由于兩側偏差過大，產生振動，甚至軸套碎裂。

2.1.4 沉沒輥系主框架精度問題

沉沒輥系框架在設備精度上存在誤差，橫梁與輥臂在長期的使用過程中會發生變形，在裝配過程中為了調整輥系的水平度和垂直度，會在橫梁與上輥臂連接面處添加金屬墊片，導致連接面中間懸空，使得整個輥系強度減小，加劇了整個系統的不穩定性。

2.2 裝配因素

主要問題在于在裝配過程中忽略了軸套和陶瓷軸承的同心度問題，只是片面的追求輥子的水平度和垂直度，同心度不好會導致陶瓷軸承和軸套的接觸為線接觸，這樣會極大的減弱輥子在運行過程中的平穩性，輥子軸套的一組磨損數據如表2所示。通過磨損量可以看出軸套與軸承裝配后并不是面接觸，而是內側線接觸，沉沒輥入鍋被帶鋼兜起后為外側線接觸，運行時軸套首先磨損外側，待運行過程中磨損一段時間后成為面接觸，穩定輥和糾正輥同理，所以整個輥系在運行前期不穩定，到后期磨合后逐漸穩定。

表2 軸套磨損情況 mm

2.3 在線使用因素

1）帶鋼來料板型會影響沉沒輥運行狀態，當帶鋼來料存在較大邊浪時沉沒輥輥面整體受力不均勻，會出現振動現象。

2）由于帶鋼跑偏，在調整帶鋼位置時，沉沒輥輥側上方的糾偏輥有時會長期處于單側糾偏狀態，會導致鋅鍋沉沒輥向單側偏移，軸套與一側擋塊擠壓摩擦，也會導致沉沒輥振動。

3）沉沒輥剛上線后起車料的選擇，這里稱為拉輥料，對剛上線的輥子可能會發生磨合或對輥子后期運行有很大影響。

3 沉沒輥振動的改善

3.1 輥系框架修復調整

對沉沒輥及糾正輥整體框架逐套進行校驗修復，框架修復嚴格按照圖紙要求，恢復結構的原有精度，提高框架強度，提高運行平穩度。對沉沒輥系在線及離線底座進行測量調整，垂直度及水平度在0.5 mm以內，而且保證在線與離線趨勢一致。

3.2 細化裝配驗收

細化安裝標準，單純的保證輥子本身的水平度和垂直度只能體現輥子自身的空間位置，無法體現輥子與陶瓷軸承的同心度，所以需要添加壓紙驗收環節，通過壓靠顯色可以直觀的看出兩者的同心情況，并進行調整。提高安裝過程的規范性，回裝沉沒輥系框架前，對在線底座進行清理，消除安裝誤差。

3.3 軸瓦、軸套選型

1）對于軸瓦陶瓷磨損面粗糙度變大問題，試用新型陶瓷，這種新型陶瓷，能夠保證在使用壽命內磨損面粗糙度變小，即越磨越光滑。

2）細化軸套的使用規范，由于不同軸套硬度差異很大，在軸套選用時采用整批次測量，最后進行配對使用，每個軸套平均取3條母線，每條母線測量20個點，測量記錄硬度值，將所記錄數據進行分析，取60個數值的均值和方差，然后將均值和方差均相近的軸套配對使用，這樣可以解決軸套偏磨的問題，增大沉沒輥的運行穩定性。

3.4 輥期安排

根據產線的運行特點合理安排輥期天數，主要也是考慮到軸套的磨損情況，不同產線運行速度、輥期平均張力等都有差異，導致軸套使用時間不同，如：1號線生產平均輥期26 d，平均張力37 kN，平均運行3715 km；2號線生產平均輥期21 d，平均張力43 kN，平均運行3132 km。

4 結語

本文分析研究了鍍鋅產線鋅鍋沉沒輥振動的產生原因和應對措施，對消除或減輕沉沒輥運行時產生的振動有一定的借鑒意義，對鍍鋅產線的穩定運行和質量提升有一定幫助。