SUNDWIG 20輥軋機軋制線故障分析及改進

黃 波,舒 強,裘云杰,黃豪輝

(寧波寶新不銹鋼有限公司設備部,浙江 寧波 315800)

目前寧波寶新不銹鋼有限公司使用的20輥軋機主要有兩種:一種是DMS 20輥軋機,一種是SUNDWIG 20輥軋機,這里主要針對SUNDWIG 20輥軋機的軋制線在使用過程中所遇到的問題進行探討及其改進。

軋制線在帶鋼軋制過程中對帶鋼的厚度控制起著至關重要的作用,寧波寶新不銹鋼有限公司使用的20輥軋機中,共有兩臺是采購自德國SUNDWIG公司提供的四立柱20輥可逆式軋機,隨著軋制線設備的長期使用以及公司產品結構的不斷豐富,軋制線的使用要求越來越高,負擔也越來越重,在使用過程中也頻繁出現卡阻情況。軋制線調節機構是20輥軋機中非常重要的機構之一,軋機換輥操作中所必須的換輥作業以及軋輥磨削后軋制作業線恢復固定高度都是通過軋制線調節機構來完成的。同時SUNDWIG四立柱20輥軋機屬于自動化程度及軋制精度較高的軋機,工作輥更換非常頻繁,軋制線的工況是否正常直接影響到工作輥更換的正常進行,影響軋機的生產效率。所以軋制線調整機構的正常與否對于軋機的正常生產起著至關重要的作用。

1 軋制線調節機構工作原理

SUNDWIG軋機軋制線調節是通過液壓缸推動下楔形塊水平移動來帶動上楔形塊做垂直運動進而改變輥子位置來實現的。即通過兩個下支撐輥(F+G)的位移,來調節下工作輥的水平高度,使其與軋制線處于同一高度上。

如圖1所示,分體式四立柱20輥軋機的軋制線調節是通過液壓缸推動下楔形塊水平移動,使得上楔形塊垂直移動,進而改變(F+G)支撐輥的位置來實現的,這個功能使不同的工作輥/中間輥組合保持軋制線在恒定的水平位置上,軋輥的修磨量也將通過這個功能進行補償,調節范圍大,垂直升降可達45 mm[1]。

圖1 軋制線動作原理Fig.1 Rolling line action principle

2 軋制線調節機構的重要作用

(1) 軋制線在帶鋼軋制過程中對帶鋼的厚度控制起著至關重要的作用。

SUNDWIG軋機軋制線通過液壓缸推動下楔形塊水平移動,帶動上楔形塊做垂直運動改變輥子的位置來實現不同的輥子組合都能保持軋制線在恒定的水平位置上,而且調節范圍大,垂直升降可達到45 mm,可以適合不同厚度鋼種的軋制。

(2) 軋制線調節機構動作的正常與否對于換輥機器人的工作起著不可替代的作用。

SUNDWIG四立柱20輥軋機工作輥更換非常頻繁,根據工藝和質量要求經常需要在中間道次和精軋道次更換所用的拋光軋輥或者有表面粗糙度要求的毛化軋輥。如果采用人工操作更換工作輥,在人工將拋光或者毛化軋輥推入時常常會損傷對表面要求很高的軋輥表面[2],而且工作效率低,軋輥表面損傷后易造成帶鋼表面質量缺陷。因此SUNDWIG四立柱20輥軋機配備了1套裝備有自動程序控制的軋輥儲備輥架及自動換輥裝置,即換輥機器人(圖2)。換輥機器人使整個軋輥的更換幾乎在自動情況下完成,換輥機器人可以將軋輥精確地放入軋機機架內,不會造成軋輥表面的損傷,同時也可以縮短換輥時間,提高工作效率。

圖2 換輥機器人Fig.2 The roll changing robot

換輥機器人要實現一整套自動換輥流程,軋制線調節機構起著不可替代的作用,機組使用的工作輥在不斷磨損,重復使用的軋輥直徑也在不斷變化,不同輥子組合要保持軋制線在恒定的水平位置上都需要軋制線調節機構來實現,如果軋制線機構出現問題,自動換輥機器人將無法工作從而影響機組的正常生產。

3 軋制線調節機構在使用過程中存在的問題及原因分析

軋制線在使用過程中出現的最大問題是卡阻或者無法動作導致軋制線無法到達計算高度,造成換輥緩慢或者無法進行最終導致機組停機,造成這一情況的原因一般有:電氣信號、液壓閥門損壞、液壓缸漏油等,但這些原因在歷史上發生過的故障中并不多見,造成軋制線故障最多的原因在于軋制線銅襯板與斜楔間異物進入,導致襯板與斜楔接觸面異常磨損,使得摩擦因數增大,摩擦阻力增大,最終導致液壓缸無法推動軋制線斜楔動作。

軋制線故障一方面對機組的正常生產帶來巨大影響,另一方面大大增加了維修成本。

3.1 使用過程中存在的問題

軋制線在使用過程中經常會出現卡阻的情況,軋制線出現卡阻后換輥時軋制線就無法到達計算高度,前期卡阻不嚴重時可以人為操作按鈕來回動作到達計算高度,但手動調節相比自動動作每次換輥需要浪費3～5 min時間,每個鋼卷軋制平均換輥3次左右,而每天軋制鋼卷在20～25個,這樣算起來每天因軋制線卡阻浪費的時間最少也有1 h。而且軋制線卡阻到一定程度之后就無法動作,需要停機檢修,每次停機檢修加上抽輥、裝輥和軋制線楔形塊解體的時間需要8 h以上。根據歷史上4CR軋制線的使用情況,嚴重時軋制線每次檢修后10天左右就會出現卡阻,不能實現自動調節,50天左右就需要停機對軋制線進行檢修,軋制線卡阻對于機組的正常生產帶來極大的影響,嚴重影響機組的產能。

3.2 軋制線卡阻原因分析

通過以往對軋制線楔形塊進行解體檢查,發現楔形塊與兩側的銅襯板之間有很多碎鋼、支撐輥剝落體等細小顆粒物,造成卡阻的原因主要有以下兩點:

(1) 帶鋼在軋制過程中產生的碎鋼等細小顆粒會停留在上楔形塊毛氈條上,細小顆粒物停留在柔軟的毛氈條上隨著上楔形塊的垂直運動進入楔形塊與銅襯板配合面之間,造成楔形塊和銅襯板產生毛刺,導致軋制線出現卡阻。而細小顆粒物之所以能很容易進入楔形塊與銅襯板配合面之間是因為原設計楔形塊沒有起到很好的隔離效果造成的,原設計通過兩根壓條將兩根毛氈條固定在楔形塊上,壓條、毛氈條、銅襯板剛好形成一個U形空間,為細小顆粒物的停留創造了條件,而且毛氈條材質軟,掉落的細小顆粒物會停留在毛氈條上無法被軋制油沖走,細小顆粒物跟隨上楔形塊在做垂直運動的過程中極易被帶入到楔形塊和銅襯板之間,在頻繁動作過程中產生毛刺,隨著毛刺的增加摩擦力會不斷增大,直到軋制線出現卡阻而無法動作。

(2) 軋制線解體檢查發現,楔形塊與銅襯板表面均產生了大量毛刺,從兩側的銅襯板磨損痕跡(圖3)也可以看出,平整的銅襯板表面磨出了很多很深的毛刺,而這些毛刺就是摩擦因數變大的主要原因。

圖3 銅襯板磨損情況Fig.3 Copper plate wear condition

根據摩擦力的計算公式f=μN,可以看出,在N不變的情況下,f增大,則說明μ變大了,因此,導致軋制線卡阻的直接原因就是摩擦因數變大最終導致摩擦力變大。所以要解決軋制線的卡阻問題,就需要想辦法控制或者延緩摩擦因數增大。

4 軋制線卡阻解決方案

4.1 如何有效避免異物進入

針對大量細小顆粒物進入,首先要想辦法將軋制過程中產生的碎鋼屑隔離在楔形塊與銅襯板配合面之外,有效避免或者減少細小顆粒物進入楔形塊和銅襯板之間。

原設計形式壓條、毛氈條、銅襯板剛好形成1個U形空間(見圖4、5),為細小顆粒物的堆積創造了條件,同時毛氈條材質軟,在楔形塊動作過程中易發生變形,容易將細小顆粒物嵌入毛氈條內帶入楔形塊和銅襯板之間。

圖4 軋制線原密封形式結構Fig.4 The original sealing structure of the rolling line

圖5 軋制線原密封形式結構(局部放大)Fig.5 The original sealing structure of the rolling line(partial enlarged)

針對原設計形式所存在的U形空間進行改進,將U形密封改為三角形密封(見圖6),這樣設計的好處在于在軋制過程中產生的細小顆粒物會在進入該區域時在軋制油的沖刷下隨著三角形的斜面被沖走,基本杜絕了細小顆粒物等進入楔形塊和銅襯板之間的可能性。在材料選擇上,前期嘗試使用鋼、鐵等硬度高的耐磨材料,但易與銅襯板摩擦產生毛刺,所以最終選用了聚四氟乙烯材料(是一種以四氟乙烯作為單體聚合制得的高分子聚合物,具有耐高溫等特點,摩擦因數極低),這種材料能有效將細小的碎鋼等顆粒物嵌入而不會掉出。

圖6 改進后的密封形式Fig.6 Improve sealing form

終上所述改進內容:將原設計密封形式改為三角形形狀(使用聚四氟乙烯材料等)。

4.2 解決毛刺問題措施

從軋制線解體的情況來看,摩擦因數之所以變大是因為銅襯板表面的毛刺越來越大,雖然摩擦力的大小跟接觸面積沒有關系,但摩擦因數跟接觸面是有關系的,接觸的面積越大就越容易產生毛刺,毛刺越大,摩擦因數就會越大,摩擦力就越大,所以要從接觸面積上進行改進,銅襯板設計改進前后如圖7、8所示。

圖7 銅襯板原設計Fig.7 Copper plate original design

圖8 銅襯板改進形式Fig.8 Copper plate improved form

在銅襯板上開了5條寬160 mm、厚5 mm的通槽,開槽的好處有兩個:①可以減少軋制線斜楔與銅襯板的接觸面積;②進入銅襯板與斜楔之間的細小顆粒在動作過程中可以通過開槽位置被軋制油沖走,防止細小顆粒對整個銅襯板大范圍的磨損。

5 改進后的使用效果及推廣情況

5.1 改進后的使用效果

軋機4#軋制線卡阻最嚴重時平均每50天左右就需要進行一次檢修,每次檢修時間在8 h左右,因此首先對軋機4#軋制線結構進行了改進,設備改進后,軋制線的卡阻情況得到了極大的改善,卡阻情況可以延長到1年以上。

對軋制線密封形式和銅襯板結構形式的改進,有效避免了異物進入軋制線斜楔與銅襯板之間對斜楔和銅襯板造成的異常磨損,很好彌補了原設計存在的缺陷,極大延緩了軋制線卡阻時間,從圖9軋制線改進前后的檢修次數對比就能明顯看出軋制線改進后的使用效果。

圖9 軋機4#軋制線改進前后年檢修次數曲線圖Fig.9 Annual maintenance times curve of rolling mill 4#before and after rolling line improvement

5.2 推廣應用情況

公司另外一臺同類型軋機3#,軋制線同樣存在卡阻嚴重的情況,雖然卡阻情況沒有軋機4#嚴重,但依然對機組的生產造成了極大的影響,將軋機4#軋制線改進的成果推廣到軋機3#以后軋制線的卡阻情況也得到了明顯改善(見圖10),軋制線的卡阻情況同樣可以延長到1年以上。

圖10 軋機3#軋制線改進前后年檢修次數曲線圖Fig.10 Annual maintenance times curve of rolling mill 3#before and after rolling line improvement

6 結論

(1) 通過對軋制線卡阻原因的分析,提出了將易造成碎鋼等細小顆粒物停留的柔軟毛氈條密封形式改為聚四氟乙烯等材質的三角形結構和銅襯板開槽減少接觸面積兩個部分改進的解決方案。

(2) 三角形的密封結構很好地解決了原結構碎鋼等細小顆粒停留問題,很好地將軋制過程中產生的絕大部分碎鋼等細小顆粒導入回油槽通過軋制油沖走。

(3) 銅襯板開槽能夠有效減少楔形塊和銅襯板的接觸面積,延緩楔形塊和銅襯板表面毛刺變大的時間,從而緩解摩擦因數、摩擦阻力增大的時間,最后達到延長軋制線卡阻的目的。