高分子材料在軋機牌坊及機架輥安裝面的修復應用

張毅勃，張宇飛，康春

（1.河鋼股份有限公司唐山分公司一鋼軋廠，河北 唐山 063016；2.江南大學，江蘇 無錫 214000）

1 粗軋機機架輥安裝面磨損的分析

（1）機架輥的結(jié)構(gòu)特點。機架輥作為粗軋機的核心設(shè)備之一，是熱連軋軋制工藝過程中必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，是將板坯順利送入至下一道軋制工序，對粗軋機咬鋼和拋鋼、提高成品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。機架輥位于軋機機架內(nèi)部，分為入口機架輥和出口機架輥（見圖1）。機架輥受高壓水除磷的循環(huán)水及氧化鐵皮侵入影響，其工況環(huán)境惡劣，受沖擊載荷較大，由于軋機形式不同、板坯規(guī)格不同、產(chǎn)品規(guī)格不同，其設(shè)計方式也有所不同，唐鋼1700熱連軋生產(chǎn)線機架輥的固定形式采用了嵌入式固定方法設(shè)計，在機架輥軸承座兩端設(shè)有定位部分，機架輥軸承座頂部與牌坊采用楔鍵固定。

圖1 機架輥結(jié)構(gòu)

（2）設(shè)備問題和原因分析。1700熱軋線自2005年投產(chǎn)，粗軋機牌坊出、入口4個與機架輥軸承座所配合的面都出現(xiàn)磨損問題，尤其入口處的磨損較為嚴重，磨損量達6mm，出口處的磨損量平均在3mm左右。安裝面磨損后，機架輥標高與軋機窗口中心線平行度均無法保證。機架輥傳動接軸穿牌坊與機架輥通過內(nèi)外齒連接，由于輥側(cè)內(nèi)齒與傳動軸外齒不同心，使用中經(jīng)?？ㄋ?，造成機架輥不轉(zhuǎn)動。由于輥不轉(zhuǎn)，軋制過程中造成中間坯氧化鐵皮壓入及劃傷，需停產(chǎn)搶修。由于受空間位置及設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響，每次搶修都在24h以上，嚴重影響產(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量。在軋制過程中，由于機架輥工況的環(huán)境惡劣，在咬鋼和拋鋼時機架輥承受較大的沖擊力，由于機架輥的軸承座采用楔鍵進行固定，其裝配方式容易造成預緊力不足，在咬鋼時受沖擊容易造成楔鍵松動，使機架輥軸承座與牌坊配合面出現(xiàn)間隙，造成磨損現(xiàn)象，另外由于機架輥長期處于1100℃左右的高溫和高壓水除鱗的環(huán)境下工作，一旦機架輥軸承座和牌坊配合面出現(xiàn)配合間隙后，高溫水汽及氧化鐵皮的侵入會進而加劇牌坊的磨損與腐蝕問題。

2 牌坊本體安裝面磨損的傳統(tǒng)修復方法與高分子材料修復的可行性分析

（1）針對軋機牌坊安裝面的磨損，傳統(tǒng)的修復方法主要有：機械加工去除法。用可移動式銑床在線機加工牌坊磨損面，保證原始形位公差，通過加墊片的方式來補差達到裝配尺寸的要求。但此次修復的粗軋機架輥安裝面為12°的斜面，且在牌坊內(nèi)側(cè)，受牌坊空間結(jié)構(gòu)的影響，移動式銑床刀盤與牌坊干涉，通過機加工的方法不能解決磨損面的問題。需要補焊后在現(xiàn)場機加工，加工出結(jié)合面。該方法也得需要機加工步驟，受牌坊結(jié)構(gòu)的影響不能實現(xiàn)。機加工后，激光熔覆。與傳統(tǒng)的堆焊、噴涂、電鍍相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好等特點。

（2）高分子復合材料現(xiàn)場修復模式的優(yōu)勢與可行性分析。①所用材料性能及數(shù)據(jù)。高分子復合材料是一種由納米材料、金屬粉末、高性能環(huán)氧樹脂復合而成的材料。具有耐高溫260℃，抗化學腐蝕，固化后硬度達到Hs70,同時具有高抗壓、抗拉伸及抗剪等特點（抗壓曲線及抗拉曲線見圖2、3）。②現(xiàn)場修復的優(yōu)勢。使用高分子復合材料進行修復其原理是在不進行機加工的前提下，采用高分子復合材料修復技術(shù)在現(xiàn)場進行修復。

圖2 抗壓曲線

圖3 抗拉伸、剪切曲線

3 粗軋機機架輥安裝面采用高分子材料的現(xiàn)場修復工藝及施工

（1）修復方案的制定。針對1700粗軋機機架輥安裝面磨損的問題，經(jīng)與相關(guān)設(shè)備專家討論分析后，決定采用福世藍高分子復合材料進行現(xiàn)場修復的方案，利用修復模板對牌坊機架輥部位進行修復。此方案的現(xiàn)場修復精度通過幾個環(huán)節(jié)保證：依靠加工模板修精度保證修復部位的平面度和光潔度；依靠模板定位螺栓及調(diào)節(jié)螺栓保證材料厚度及機架輥標高；修復過程采用激光跟蹤儀測量，確保修復面恢復原始精度；依靠材料本身具有的抗壓、抗腐蝕、延展、抗溫等性能進行磨損部位填充，保證修復后的使用壽命（見圖4）。

圖4 方案示意圖

（2）現(xiàn)場施工過程。根據(jù)機架輥軸承座的配合尺寸加工30mm的模板，打磨清理表面氧化層后，再進行表面噴砂處理，清洗干凈模板表面，將模板放置到待需修復的部位并焊接定位螺桿，同時在牌坊上焊接與模板定位螺桿對應的定位塊、擋塊，使用激光跟蹤儀選取四點測量標高尺寸（見圖5）及選取兩點測量模板垂直度（見圖6）。

圖5 標高測量

圖6 垂直度測量

根據(jù)實測數(shù)據(jù)，按照原設(shè)計要求，調(diào)整標高尺寸及垂直尺寸，調(diào)整完成后鎖住定位螺桿備帽，用塞尺測量模板與牌坊配合面的間隙并計算材料用量，調(diào)和涂抹材料，安裝模板并再次測量尺寸，保證安裝誤差在設(shè)計公差范圍內(nèi)，材料固化后拆卸模板，用砂紙打磨表面，去除材料表面光滑層，清理多余材料。機架輥軸承座刷涂脫模劑，再次調(diào)和材料，薄薄一層涂抹至牌坊需修復的表面，以達100%面的配合，安裝機架輥及楔鍵，待材料固化后再次緊固楔鍵，核實尺寸，完成修復。

4 修復后的效果

通過本次配合面修復，進行機架輥安裝面修復前后的對比。本次修復僅用24h，修復后安裝斜面經(jīng)復測斜面角度及表面粗糙度均符合圖紙設(shè)計。機架輥設(shè)備安裝后，采用激光跟蹤儀對安裝尺寸進行復測，輥標高滿足±0.2mm,輥中心線滿足圖紙的安裝要求，機架輥接軸安裝后與輥同軸度良好，投產(chǎn)使用后運轉(zhuǎn)正常。解決了由于傳動接軸與機架輥不同心，而造成機架輥不轉(zhuǎn)或自由輥對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

5 結(jié)語

通過此次對粗軋機機架輥安裝面的修復，驗證了高分子復合材料在軋機牌坊安裝面磨損后使用的可行性，滿足生產(chǎn)工藝所要求的抗壓、抗沖擊性能。打破了傳統(tǒng)修復工藝修復時間長，修復時需拆除周邊關(guān)聯(lián)設(shè)備等缺點。另外，高分子復合材料修復后的表面是100%面的配合，避免了因冷卻水的侵入所造成設(shè)備的二次銹蝕，不僅縮短了修復時間，更延長了設(shè)備使用壽命，因此該材料可以應用于其它設(shè)備的靜配合面的磨損面上。