熱鍍鋅機(jī)組沉沒(méi)輥使用壽命研究

寇?chē)?guó)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(jī)組由意大利DANIELI引進(jìn)，2012年底投入試生產(chǎn)。機(jī)組沉沒(méi)輥系的設(shè)計(jì)使用周期為15 d，實(shí)際使用周期＜10 d，每個(gè)使用周期結(jié)束需要更換沉沒(méi)輥、穩(wěn)定輥及軸瓦軸套，整個(gè)機(jī)組需停產(chǎn)10～12 h，加上開(kāi)停機(jī)和生產(chǎn)準(zhǔn)備的能源損耗以及因此造成的廢品和降級(jí)品鋼卷，給公司造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。因而，有必要對(duì)熱鍍鋅機(jī)組沉沒(méi)輥的使用壽命進(jìn)行分析并改善。

二、影響沉沒(méi)輥使用壽命的因素

1.輥面粘鋅

沉沒(méi)輥在鋅液中工作一段時(shí)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(chǎn)品表面質(zhì)量。鋅液中的有效鋁含量＞0.135%時(shí)，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(yīng)，生成Fe2Al5，上浮到鋅鍋表面，成為浮渣的一部分。反應(yīng)式2Fe+5Al=Fe2Al5；當(dāng)鋅液中含鋁量＞0.135%時(shí)，主要產(chǎn)生浮渣Fe2Al5。鋅液中鋁含量在0.2%以下時(shí)，鐵的溶解量隨鋁含量的增高而降低，當(dāng)鋁含量＞0.2%時(shí)，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(guò)程中隔離了鋅和鐵基的作用，也增加了表面張力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大面積漏鍍現(xiàn)象，輕微時(shí)造成鍍層與帶鋼結(jié)合力不好，鋅花不均勻等缺陷。

由于沉沒(méi)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(jīng)受高溫熔融鋅液的侵蝕，帶鋼要經(jīng)過(guò)沉沒(méi)輥后出鋅鍋，沉沒(méi)輥的材料選擇是影響沉沒(méi)輥使用壽命的重要因素，本機(jī)組沉沒(méi)輥輥面設(shè)計(jì)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(méi)輥之間的傳動(dòng)摩擦力，不利于沉沒(méi)輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，沉沒(méi)輥輥面粗糙度越大，F(xiàn)e-Zn反應(yīng)就越劇烈，消耗的鐵就越多，生成的鋅渣也增多，造成沉沒(méi)輥表面粘渣嚴(yán)重，帶鋼容易被粘附鋅渣的沉沒(méi)輥劃傷，提前下線換輥，由于帶鋼與沉沒(méi)輥之間受張力的作用，沉沒(méi)輥輥面的粗糙度不能過(guò)大，過(guò)大容易劃傷帶鋼。

2.輥面溝槽（圖 1）

鋅鍋內(nèi)的鋅渣會(huì)伴隨著陶瓷感應(yīng)體的對(duì)流噴射在鋅鍋內(nèi)攪動(dòng)，當(dāng)鋅渣進(jìn)入沉沒(méi)輥與帶鋼之間后，會(huì)因?yàn)槟雺骸じ降仍蛟斐砂鍘П砻娉霈F(xiàn)壓坑、鋅渣、壓印等缺陷。如何將沉沒(méi)輥輥面與帶鋼之間的鋅渣導(dǎo)出，沉沒(méi)輥輥面結(jié)構(gòu)就成了影響沉沒(méi)輥使用壽命的又一重要因素，沉沒(méi)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(dǎo)流槽內(nèi)徑過(guò)寬和槽之間的距離太大更容易產(chǎn)生鋅渣壓印。

3.軸瓦軸套不穩(wěn)定

圖1 沉沒(méi)輥輥面溝槽示意圖

在徑向、軸向振動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)過(guò)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(méi)輥碰摩振動(dòng)隨之加劇。另外，沉沒(méi)輥軸瓦軸套在熔融鋅液中高速轉(zhuǎn)動(dòng)，受力不均，同時(shí)又有鋅液腐蝕而加速磨損，軸瓦軸套會(huì)很快腐蝕磨損而失效，導(dǎo)致沉沒(méi)輥運(yùn)轉(zhuǎn)不暢，引起帶鋼與輥?zhàn)拥乃俣炔町惣疤鴦?dòng)，影響鍍鋅產(chǎn)品的表面質(zhì)量。

三、延長(zhǎng)沉沒(méi)輥系使用壽命的措施

1.改善沉沒(méi)輥輥面

針對(duì)造成輥面粘渣的輥面粗糙度問(wèn)題，通過(guò)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(jìn)沉沒(méi)輥的輥面加工工藝，將輥面粗糙度由原來(lái)的Ra1.6 μm改為Ra0.8 μm。

當(dāng)有鋅渣接近沉沒(méi)輥輥面時(shí)，鋅渣首先進(jìn)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(nèi)的鋅渣排出。隨著時(shí)間的推移，很容易在溝槽內(nèi)局部堆積結(jié)渣，進(jìn)而劃傷帶鋼，產(chǎn)生產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。經(jīng)過(guò)不同輥面形式的試驗(yàn)，最終選擇將輥面溝槽加工為雙螺旋，在輥輪中心線兩側(cè)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(zhǎng)沉沒(méi)輥的使用壽命，機(jī)組實(shí)際使用中可以保持15 d以上輥面無(wú)鋅渣劃傷或輥印。

2.增加沉沒(méi)輥刮刀

新增加沉沒(méi)輥刮刀，見(jiàn)圖2。減速電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠螺母副與刮刀行走機(jī)構(gòu)相連，刮刀行走機(jī)構(gòu)為雙排輥輪軸承嵌在定制軌道中往復(fù)行走，刮刀材料為高紅硬硬質(zhì)合金制作，通過(guò)調(diào)節(jié)壓下氣缸的壓力來(lái)控制施加力，達(dá)到最佳的沉沒(méi)輥輥面清潔效果。使用刮刀前后的輥面對(duì)比，見(jiàn)圖3。

圖2 沉沒(méi)輥刮刀

圖3 使用刮刀前后的輥面對(duì)比

圖4 Co50軸套下線酸洗后

3.軸套和軸瓦的結(jié)構(gòu)

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

經(jīng)過(guò)分析，機(jī)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(jìn)行對(duì)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(jiàn)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(jiàn)圖4。最后確定軸套的材料為Co50。為了改善軸瓦的組織結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)其韌性和耐磨性，在316L的基礎(chǔ)上，加入了微量的鈷，同時(shí)嚴(yán)格控制軸套、軸瓦的接觸面粗糙度（Ra0.8μm）。通過(guò)改進(jìn)，軸套和軸瓦的使用壽命穩(wěn)定在15 d以上，且沉沒(méi)輥在鋅鍋內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。

四、結(jié)語(yǔ)

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