梁小田 鐘良偉 劉青保 侯方羊 劉 翔
(中冶南方(新余)冷軋新材料技術(shù)有限公司 新余338025)
【摘要】通過對單機架六輥可逆軋機張力計棍出現(xiàn)的問題分析及優(yōu)化設(shè)計，成功解決了生產(chǎn)中張力計輥輥面覆蓋油泥、異響及軸承溫度偏高等一系列的問題。
【關(guān)鍵詞】硅鋼；張力計輥；異響；軸承；溫度
1前言
中冶南方(新余)冷軋新材料技術(shù)有限公司(以下簡稱中冶新材)單機架六輥可逆軋機為中國第一套生產(chǎn)高強鋼的國產(chǎn)化小輥徑軋機。是專門為強度高、質(zhì)量要求高的冷軋高強鋼、硅鋼、不銹鋼等產(chǎn)品開發(fā)的特殊軋機，可以有效降低單位寬度軋制壓力和軋輥的接觸應(yīng)力，有利于高強鋼、硅鋼、不銹鋼等的板形控制，延長軋輥的使用壽命。設(shè)計軋制速度可達1000m/min。
2主要參數(shù)
2.1 機組型式
單機架六輻可逆式冷軋機。
2.2軋機主傳動
采用全交流電動機傳動，主電動機容量如下：
(1)軋機：5000kWx 1 臺。
(2)卷取機：2700kWx2 臺。
(3)開卷機：550kWx 1臺。
2.3 軋輟尺寸
(1) 工作輥尺寸：?290/?250mm x 1450mm。
(2) 中間輥尺寸：?490/?440mm x 1475mm。
(3)支承輥尺寸：?1200/?1050mmx 1450 mm。
2.4壓下系統(tǒng)
全液壓壓上。
(1) 最大軋制壓力：15 000 kN。
(2)最大軋制力矩:94.73 kN • m。
2.5 彎棍系統(tǒng)
工作棍正負(fù)彎輻、中間車?yán)フ龔澼椉爸С休伷胶狻?/p>
(1)工作輾正/負(fù)彎輻力(單輻單側(cè))：+200/- 100 kN。
(2) 中間輻正彎輻力(單輻單側(cè)):550 kN。
(3)支承輥平衡力：450kN。
2.6軋輾串動系統(tǒng)
中間輥串動，中間輥橫移量330mm。
2.7軋制速度
(1)最大軋制速度：1000m/min。
(2)穿帶速度：30m/min。
(3)加減速度:60m/min/s。
(4)最大開卷速度：600m/min。
(5)最大卷取速度:1030m/min。
2.8張力
(1)開卷張力：max 55 kN。
(2)卷取張力：速度800m/min時,maxl90kN。
(3)速度 1030m/min 時，maxl40kN。
2.9 工作棍開口度
20mm(穿帶時)。
2.10液壓系統(tǒng)壓力(泵的出口壓力)
(1)輔助液壓系統(tǒng)壓力：14 MPa。
(2)平衡彎輻系統(tǒng)壓力：28MPa。
(3)壓下系統(tǒng)壓力：28 MPa。
2.11卷筒直徑
(1) 開卷機卷筒直徑:(漲/縮)?780mm/?690mm (正圓 ?762mm)。
(2)卷取機卷筒直徑：(漲/縮)?508 mm/?483 mm (正圓?08 mm)。
3張力計輻結(jié)構(gòu)
六輥單機架可逆軋機張力計輻，其主要作用是引導(dǎo)帶鋼、保證軋制線標(biāo)高并進行張力檢測。張力計輥安裝在入口底座上，輥體與帶鋼上表面接觸，為芯軸固定、輻面轉(zhuǎn)動式結(jié)構(gòu)，軸承安裝在輥面內(nèi)。張力計輥兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)板以引導(dǎo)帶鋼。兩端軸承座下方安裝ABB張力計。其外形尺寸設(shè)計考慮了與軋機出口板形輥的互換性，當(dāng)出口對應(yīng)位置的板型輯需要替換時可用入口張力計輥進行臨時替代。
張力計車?yán)ヒ?guī)格為?313mm X 1450mm,選用42CrMo材質(zhì)，軸承型號為6224-Z(國產(chǎn))。如圖1所示。
4存在問題及結(jié)構(gòu)分析
張力計輥運行2年多以來，頻繁出現(xiàn)了軸承損壞、異響、軸承壓緊端蓋螺釘全部斷裂、輥面覆蓋厚厚油泥無法根除的問題，這些問題嚴(yán)重制約了生產(chǎn)順行。
(1)由于原軋機張力計輥為輾面轉(zhuǎn)動、輥軸固定結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)時金屬變形及金屬與軋輥的摩擦產(chǎn)生變形熱及摩擦熱，使軋輥及鋼帶產(chǎn)生較大的溫升。對軋輥而言，軋輥的輥面溫度過高會引起工作輥淬火層硬度降低，并有可能促使淬火層殘余奧氏體發(fā)生分解，使輥面出現(xiàn)附加組織應(yīng)力，同時輥面溫度過高使冷軋工藝潤滑失效。對帶鋼而言，過高的溫度會使帶鋼產(chǎn)生波浪形，造成板型不良。正常生產(chǎn)帶鋼板面溫度在100-160℃之間，但是在實際生產(chǎn)中帶鋼的溫度很容易超過200℃。
對張力計輥而言，過高的帶鋼溫度傳遞至張力計輥，同樣存在張力計輥面膨脹、出現(xiàn)附加軸向應(yīng)力等類似軋輥的狀況。
(2)軸承邊部壓緊螺栓及軸承損壞現(xiàn)象及原因分析。實際軋制時,帶鋼產(chǎn)生變形熱及摩擦熱, 部分熱量通過乳化液帶走，但是現(xiàn)場實測帶鋼溫度仍超過140℃，張力計輥輥面長期與超過100℃的帶鋼接觸，軋制熱將在輥面聚集，并傳遞至軸承，輥面溫度120℃，軸承端蓋位置溫度也超過100℃，軸承內(nèi)部溫度也將超過100℃。軸承溫度長期超過100℃,使軸承潤滑油脂碳化發(fā)黑，影響了軸承潤滑脂性能。為保證軋機連續(xù)生產(chǎn)，完全拆開進行維護也比較困難，因此，日常維護時只是對潤滑脂進行添加而不進行置換，這樣軸承潤滑得不到根本改善。將國產(chǎn)軸承改換為SKF進口軸承后，油脂發(fā)黑碳化問題仍舊存在,影響了軸承使用壽命。另外，原張力計棍結(jié)構(gòu)設(shè)計未考慮輥面膨脹對軸承端蓋的影響(見圖1),輥面直接與軸承外圈接觸，當(dāng)輥面過熱產(chǎn)生軸向膨脹時，軸承端蓋壓緊螺栓承受額外的軸向力，多次出現(xiàn)軸承壓蓋M8壓緊螺栓斷裂、軸承損壞的現(xiàn)象。曾經(jīng)將M8的軸承邊蓋壓緊螺釘改為M10,但螺釘斷裂、軸承損壞的問題仍然存在。這是張力計車?yán)r常出現(xiàn)異響的原因之一。
（3）輥面覆蓋油泥現(xiàn)象及原因分析。由于張力計輥輥面本身不可避免存在加工誤差，輥面的膨脹造成張力計輥輥面受熱不均，輥面不同位置膨脹量不同，造成輥面不同位置圓度不同。帶鋼與張力計輥接觸時將會產(chǎn)生微小的相對運動，帶鋼上的油泥由于輥面和帶鋼的相對運動，將油泥粘附在張力計輥上。當(dāng)輥面不同部位粘附不同厚度的油泥時，輥面上不同位置將存在不同的標(biāo)高，操作人員觀察板型時并不能反映實際板型，影響對板型的控制，造成操作困難。這也是張力計輥時常岀現(xiàn)異響的另外一個原因。
5優(yōu)化措施
根據(jù)以上分析，張力計輥高速旋轉(zhuǎn)時出現(xiàn)異響、震動、輥面覆蓋厚重油泥都與張力計輥本身過熱有著密不可分的關(guān)系。但是冷軋生產(chǎn)時金屬變形、金屬與軋輥摩擦產(chǎn)生變形熱及摩擦熱傳導(dǎo)至張力計輥是不可避免的，需要做的就是如何將熱量散發(fā)出去，使其對設(shè)備及生產(chǎn)不產(chǎn)生影響。由于現(xiàn)場位置的限制，現(xiàn)場增加冷卻手段的方式無法實現(xiàn)。所以考慮改變張力計輥結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。
新設(shè)計的張力計輥采用芯軸與銀身一起轉(zhuǎn)動的方式,為軸承外置式結(jié)構(gòu)，傳動側(cè)軸承通過定距環(huán)固定，操作側(cè)軸承兩側(cè)各預(yù)留15mm的軸向移動間隙，用于抵消輥軸受熱膨脹的軸向位移量。另外在輥身操作側(cè)和傳動側(cè)腹板上各增加4個散熱孔，用于輥身內(nèi)部散熱，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是軸承不與銀面直接接觸，減少了軋制熱對軸承的直接傳遞，避免了潤滑脂的碳化,散熱孔有利于輥面的熱量發(fā)散。操作側(cè)軸承兩側(cè)預(yù)留15mm間隙能使輥面在受熱膨脹及冷態(tài)下預(yù)留足夠的軸向移動量。
6結(jié)論
新張力計輥從設(shè)計、制作到最終現(xiàn)場使用歷時半年時間，至本文投稿時已正常使用半年?，F(xiàn)場測溫輥面溫度控制在90℃以下，軸承座溫度長期在50℃左右。張力計輥在實際使用中，未出現(xiàn)軸承損壞、異響、輥面覆蓋厚厚的油泥等其他異常情況。前期張力計輥出現(xiàn)的一系列問題得到有效解決。