SUNDWIG 20輥軋機(jī)軋制線故障分析及改進(jìn)

黃 波,舒 強(qiáng),裘云杰,黃豪輝

(寧波寶新不銹鋼有限公司設(shè)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(jī)主要有兩種:一種是DMS 20輥軋機(jī),一種是SUNDWIG 20輥軋機(jī),這里主要針對SUNDWIG 20輥軋機(jī)的軋制線在使用過程中所遇到的問題進(jìn)行探討及其改進(jìn)。

軋制線在帶鋼軋制過程中對帶鋼的厚度控制起著至關(guān)重要的作用,寧波寶新不銹鋼有限公司使用的20輥軋機(jī)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(jī),隨著軋制線設(shè)備的長期使用以及公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不斷豐富,軋制線的使用要求越來越高,負(fù)擔(dān)也越來越重,在使用過程中也頻繁出現(xiàn)卡阻情況。軋制線調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是20輥軋機(jī)中非常重要的機(jī)構(gòu)之一,軋機(jī)換輥操作中所必須的換輥?zhàn)鳂I(yè)以及軋輥磨削后軋制作業(yè)線恢復(fù)固定高度都是通過軋制線調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來完成的。同時(shí)SUNDWIG四立柱20輥軋機(jī)屬于自動化程度及軋制精度較高的軋機(jī),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(jìn)行,影響軋機(jī)的生產(chǎn)效率。所以軋制線調(diào)整機(jī)構(gòu)的正常與否對于軋機(jī)的正常生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。

1 軋制線調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作原理

SUNDWIG軋機(jī)軋制線調(diào)節(jié)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(yùn)動進(jìn)而改變輥?zhàn)游恢脕韺?shí)現(xiàn)的。即通過兩個(gè)下支撐輥(F+G)的位移,來調(diào)節(jié)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(jī)的軋制線調(diào)節(jié)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(jìn)而改變(F+G)支撐輥的位置來實(shí)現(xiàn)的,這個(gè)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(gè)功能進(jìn)行補(bǔ)償,調(diào)節(jié)范圍大,垂直升降可達(dá)45 mm[1]。

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

2 軋制線調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)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(guān)重要的作用。

SUNDWIG軋機(jī)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(yùn)動改變輥?zhàn)拥奈恢脕韺?shí)現(xiàn)不同的輥?zhàn)咏M合都能保持軋制線在恒定的水平位置上,而且調(diào)節(jié)范圍大,垂直升降可達(dá)到45 mm,可以適合不同厚度鋼種的軋制。

(2) 軋制線調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動作的正常與否對于換輥機(jī)器人的工作起著不可替代的作用。

SUNDWIG四立柱20輥軋機(jī)工作輥更換非常頻繁,根據(jù)工藝和質(zhì)量要求經(jīng)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(shí)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(zhì)量缺陷。因此SUNDWIG四立柱20輥軋機(jī)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(jī)器人(圖2)。換輥機(jī)器人使整個(gè)軋輥的更換幾乎在自動情況下完成,換輥機(jī)器人可以將軋輥精確地放入軋機(jī)機(jī)架內(nèi),不會造成軋輥表面的損傷,同時(shí)也可以縮短換輥時(shí)間,提高工作效率。

圖2 換輥機(jī)器人Fig.2 The roll changing robot

換輥機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)一整套自動換輥流程,軋制線調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)起著不可替代的作用,機(jī)組使用的工作輥在不斷磨損,重復(fù)使用的軋輥直徑也在不斷變化,不同輥?zhàn)咏M合要保持軋制線在恒定的水平位置上都需要軋制線調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn),如果軋制線機(jī)構(gòu)出現(xiàn)問題,自動換輥機(jī)器人將無法工作從而影響機(jī)組的正常生產(chǎn)。

3 軋制線調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)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(xiàn)的最大問題是卡阻或者無法動作導(dǎo)致軋制線無法到達(dá)計(jì)算高度,造成換輥緩慢或者無法進(jìn)行最終導(dǎo)致機(jī)組停機(jī),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(fā)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(jìn)入,導(dǎo)致襯板與斜楔接觸面異常磨損,使得摩擦因數(shù)增大,摩擦阻力增大,最終導(dǎo)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(jī)組的正常生產(chǎn)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(jīng)常會出現(xiàn)卡阻的情況,軋制線出現(xiàn)卡阻后換輥時(shí)軋制線就無法到達(dá)計(jì)算高度,前期卡阻不嚴(yán)重時(shí)可以人為操作按鈕來回動作到達(dá)計(jì)算高度,但手動調(diào)節(jié)相比自動動作每次換輥需要浪費(fèi)3～5 min時(shí)間,每個(gè)鋼卷軋制平均換輥3次左右,而每天軋制鋼卷在20～25個(gè),這樣算起來每天因軋制線卡阻浪費(fèi)的時(shí)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(jī)檢修,每次停機(jī)檢修加上抽輥、裝輥和軋制線楔形塊解體的時(shí)間需要8 h以上。根據(jù)歷史上4CR軋制線的使用情況,嚴(yán)重時(shí)軋制線每次檢修后10天左右就會出現(xiàn)卡阻,不能實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié),50天左右就需要停機(jī)對軋制線進(jìn)行檢修,軋制線卡阻對于機(jī)組的正常生產(chǎn)帶來極大的影響,嚴(yán)重影響機(jī)組的產(chǎn)能。

3.2 軋制線卡阻原因分析

通過以往對軋制線楔形塊進(jìn)行解體檢查,發(fā)現(xiàn)楔形塊與兩側(cè)的銅襯板之間有很多碎鋼、支撐輥剝落體等細(xì)小顆粒物,造成卡阻的原因主要有以下兩點(diǎn):

(1) 帶鋼在軋制過程中產(chǎn)生的碎鋼等細(xì)小顆粒會停留在上楔形塊毛氈條上,細(xì)小顆粒物停留在柔軟的毛氈條上隨著上楔形塊的垂直運(yùn)動進(jìn)入楔形塊與銅襯板配合面之間,造成楔形塊和銅襯板產(chǎn)生毛刺,導(dǎo)致軋制線出現(xiàn)卡阻。而細(xì)小顆粒物之所以能很容易進(jìn)入楔形塊與銅襯板配合面之間是因?yàn)樵O(shè)計(jì)楔形塊沒有起到很好的隔離效果造成的,原設(shè)計(jì)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(gè)U形空間,為細(xì)小顆粒物的停留創(chuàng)造了條件,而且毛氈條材質(zhì)軟,掉落的細(xì)小顆粒物會停留在毛氈條上無法被軋制油沖走,細(xì)小顆粒物跟隨上楔形塊在做垂直運(yùn)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(chǎn)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(xiàn)卡阻而無法動作。

(2) 軋制線解體檢查發(fā)現(xiàn),楔形塊與銅襯板表面均產(chǎn)生了大量毛刺,從兩側(cè)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(shù)變大的主要原因。

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

根據(jù)摩擦力的計(jì)算公式f=μN(yùn),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(dǎo)致軋制線卡阻的直接原因就是摩擦因數(shù)變大最終導(dǎo)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(shù)增大。

4 軋制線卡阻解決方案

4.1 如何有效避免異物進(jìn)入

針對大量細(xì)小顆粒物進(jìn)入,首先要想辦法將軋制過程中產(chǎn)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(xì)小顆粒物進(jìn)入楔形塊和銅襯板之間。

原設(shè)計(jì)形式壓條、毛氈條、銅襯板剛好形成1個(gè)U形空間(見圖4、5),為細(xì)小顆粒物的堆積創(chuàng)造了條件,同時(shí)毛氈條材質(zhì)軟,在楔形塊動作過程中易發(fā)生變形,容易將細(xì)小顆粒物嵌入毛氈條內(nèi)帶入楔形塊和銅襯板之間。

圖4 軋制線原密封形式結(jié)構(gòu)Fig.4 The original sealing structure of the rolling line

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

針對原設(shè)計(jì)形式所存在的U形空間進(jìn)行改進(jìn),將U形密封改為三角形密封(見圖6),這樣設(shè)計(jì)的好處在于在軋制過程中產(chǎn)生的細(xì)小顆粒物會在進(jìn)入該區(qū)域時(shí)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(xì)小顆粒物等進(jìn)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(chǎn)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(diǎn),摩擦因數(shù)極低),這種材料能有效將細(xì)小的碎鋼等顆粒物嵌入而不會掉出。

圖6 改進(jìn)后的密封形式Fig.6 Improve sealing form

終上所述改進(jìn)內(nèi)容:將原設(shè)計(jì)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(shù)之所以變大是因?yàn)殂~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(guān)系,但摩擦因數(shù)跟接觸面是有關(guān)系的,接觸的面積越大就越容易產(chǎn)生毛刺,毛刺越大,摩擦因數(shù)就會越大,摩擦力就越大,所以要從接觸面積上進(jìn)行改進(jìn),銅襯板設(shè)計(jì)改進(jìn)前后如圖7、8所示。

圖7 銅襯板原設(shè)計(jì)Fig.7 Copper plate original design

圖8 銅襯板改進(jìn)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(gè):①可以減少軋制線斜楔與銅襯板的接觸面積;②進(jìn)入銅襯板與斜楔之間的細(xì)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(xì)小顆粒對整個(gè)銅襯板大范圍的磨損。

5 改進(jìn)后的使用效果及推廣情況

5.1 改進(jìn)后的使用效果

軋機(jī)4#軋制線卡阻最嚴(yán)重時(shí)平均每50天左右就需要進(jìn)行一次檢修,每次檢修時(shí)間在8 h左右,因此首先對軋機(jī)4#軋制線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),設(shè)備改進(jìn)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(jié)構(gòu)形式的改進(jìn),有效避免了異物進(jìn)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(bǔ)了原設(shè)計(jì)存在的缺陷,極大延緩了軋制線卡阻時(shí)間,從圖9軋制線改進(jìn)前后的檢修次數(shù)對比就能明顯看出軋制線改進(jìn)后的使用效果。

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

5.2 推廣應(yīng)用情況

公司另外一臺同類型軋機(jī)3#,軋制線同樣存在卡阻嚴(yán)重的情況,雖然卡阻情況沒有軋機(jī)4#嚴(yán)重,但依然對機(jī)組的生產(chǎn)造成了極大的影響,將軋機(jī)4#軋制線改進(jìn)的成果推廣到軋機(jī)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(jī)3#軋制線改進(jìn)前后年檢修次數(shù)曲線圖Fig.10 Annual maintenance times curve of rolling mill 3#before and after rolling line improvement

6 結(jié)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(xì)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(zhì)的三角形結(jié)構(gòu)和銅襯板開槽減少接觸面積兩個(gè)部分改進(jìn)的解決方案。

(2) 三角形的密封結(jié)構(gòu)很好地解決了原結(jié)構(gòu)碎鋼等細(xì)小顆粒停留問題,很好地將軋制過程中產(chǎn)生的絕大部分碎鋼等細(xì)小顆粒導(dǎo)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(shí)間,從而緩解摩擦因數(shù)、摩擦阻力增大的時(shí)間,最后達(dá)到延長軋制線卡阻的目的。