鋅鍋沉沒輥振動分析研究

解士玲，谷彥鵬

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北 唐山 063299）

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

1 沉沒輥振動的影響

1）帶鋼表面會產(chǎn)生震紋[3]。沉沒輥振動會造成一系列的質(zhì)量問題，在帶鋼上最直接的體現(xiàn)為震紋，震紋是帶鋼經(jīng)過振動的輥子時留下的周期性痕跡，垂直于軋制線方向，經(jīng)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(chǎn)品質(zhì)量要求較高時，會導致產(chǎn)品降級。

2）帶鋼表面鋅灰鋅渣數(shù)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(nèi)液面的穩(wěn)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(chǎn)生，進而降低產(chǎn)品質(zhì)量。

3）影響帶鋼表面涂層的均勻性。帶鋼經(jīng)過沉沒輥出鋅鍋后進入氣刀，通過調(diào)整氣刀參數(shù)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(fā)生變化，從而導致帶鋼表面的涂層極不均勻，降低帶鋼質(zhì)量。

2 沉沒輥振動的原因

鋅鍋沉沒輥系統(tǒng)由輥子（沉沒輥、穩(wěn)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(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)嚴重的振動現(xiàn)象，為了控制輥子的變形量，對軸頭、輥身材質(zhì)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(nèi)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(chǎn)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(wěn)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(wěn)定性。

2.1.3 軸套材質(zhì)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(wěn)定情況會明顯增多，在下線發(fā)現(xiàn)沉沒輥兩側(cè)軸套出現(xiàn)明顯的偏磨現(xiàn)象，操作側(cè)軸套和驅(qū)動側(cè)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(fā)現(xiàn)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(cè)偏差過大，產(chǎn)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(shè)備精度上存在誤差，橫梁與輥臂在長期的使用過程中會發(fā)生變形，在裝配過程中為了調(diào)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(tǒng)的不穩(wěn)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(wěn)性，輥子軸套的一組磨損數(shù)據(jù)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(nèi)側(cè)線接觸，沉沒輥入鍋被帶鋼兜起后為外側(cè)線接觸，運行時軸套首先磨損外側(cè)，待運行過程中磨損一段時間后成為面接觸，穩(wěn)定輥和糾正輥同理，所以整個輥系在運行前期不穩(wěn)定，到后期磨合后逐漸穩(wěn)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(tài)，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(xiàn)振動現(xiàn)象。

2）由于帶鋼跑偏，在調(diào)整帶鋼位置時，沉沒輥輥側(cè)上方的糾偏輥有時會長期處于單側(cè)糾偏狀態(tài)，會導致鋅鍋沉沒輥向單側(cè)偏移，軸套與一側(cè)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(fā)生磨合或?qū)佔雍笃谶\行有很大影響。

3 沉沒輥振動的改善

3.1 輥系框架修復調(diào)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(jié)構(gòu)的原有精度，提高框架強度，提高運行平穩(wěn)度。對沉沒輥系在線及離線底座進行測量調(diào)整，垂直度及水平度在0.5 mm以內(nèi)，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(xiàn)輥子自身的空間位置，無法體現(xiàn)輥子與陶瓷軸承的同心度，所以需要添加壓紙驗收環(huán)節(jié)，通過壓靠顯色可以直觀的看出兩者的同心情況，并進行調(diào)整。提高安裝過程的規(guī)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(nèi)磨損面粗糙度變小，即越磨越光滑。

2）細化軸套的使用規(guī)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(shù)據(jù)進行分析，取60個數(shù)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(wěn)定性。

3.4 輥期安排

根據(jù)產(chǎn)線的運行特點合理安排輥期天數(shù)，主要也是考慮到軸套的磨損情況，不同產(chǎn)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(chǎn)平均輥期26 d，平均張力37 kN，平均運行3715 km；2號線生產(chǎn)平均輥期21 d，平均張力43 kN，平均運行3132 km。

4 結(jié)語

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