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H型鋼軋輥的使用與管理
責任編輯:本站  發布時間:2019-08-19
    1.前言

    上個世紀九十年代,馬鋼率先在國內建立大H型鋼生產線,成功地把熱軋H型鋼推廣應用到國內建筑上的各個領域,從國家重點工程到民用高層建筑,從各大企業的廠房到一個個橋梁,都留下了馬鋼H型鋼的身影,2004年根據國內H型鋼市場的需要,馬鋼新建了一條小H型鋼生產線。馬鋼作為國內H型鋼的先驅者,對H型鋼軋輥的使用和管理有著豐富的經驗。

    2.H型鋼軋輥的分類

    按軋機位置或者說軋機功能可分為:開坯機軋輥(包含開坯機平軋輥和開坯機立軋輥)、萬能軋機軋輥(包含萬能軋機水平輥和萬能軋機立輥)、軋邊機軋輥,其中萬能軋機軋輥又有萬能軋機粗軋輥和精軋輥之分。

    按軋輥的結構形式可分為:整體輥和熱裝組合輥。整體輥是軋輥制造廠家整體鑄造或鍛造而成,經過車削加工就可使用的軋輥;熱裝組合輥是由軋輥制造廠家分別提供輥軸和輥環,輥軸和輥環經過過盈配合組成一起才可使用的軋輥。通常情況下萬能軋機水平輥都是熱裝組合輥。表一和表二分別列出了開坯機軋輥和水平輥輥套的幾何尺寸。



    3. H型鋼軋輥使用與管理

    軋輥是軋鋼生產中必不可少的關鍵設備,與產品質量密不可分。軋輥使用與管理是指從選擇軋輥材質、軋輥采購計劃的定制,軋輥孔型的加工與檢查,軋輥加工車削量和車削次數的確定等一些列工作。

   3.1軋輥材質的選用

    3.1.1開坯機軋輥材質的選用

    開坯機為可逆軋制模式,其軋輥上通常安排3-4個孔型,切槽深,開軋溫度高,原料異形坯表面比較復雜。在軋制過程中,軋輥孔型內金屬的變形很不均勻,以及由于異形坯各部位的溫度、變形量與軋輥輥面的相對速度都不相同,致使軋輥各部位承受的溫度應力以及前后滑力相差很大,軋輥在熱沖擊作用下,極易使輥身表面或槽底部產生大量熱裂紋。

    考慮開坯機軋輥承受的軋制力很大,且孔型切槽深,國際上一直是采用共析合金鑄鋼或鍛鋼材質。其特點是輥身硬度較低,強度高,韌性好,基體組織為珠光體+索氏體。輥面硬底接近基體組織硬度,因此,硬度落差小,以期實現孔型內部均勻的磨損。

    共析合金鑄鋼開坯機軋輥,輥身表面為細晶組織,強度高,韌性好。但向內愈深,樹枝狀晶體愈粗大,機械性能變差,所以只適應于切槽較淺的品種。而鍛鋼軋輥將克服由于粗晶帶來的工作層向內延伸時,機械性能下降的弊端。所以,鍛造共析合金材質開坯機軋輥(鍛造比應達2.5以上)更適應孔型切槽深、軋制力大的品種規格。不論是鍛鋼還是鑄鋼開坯機輥,光輥狀態交貨遠不如開槽狀態交貨。所有軋輥最終熱處理后,其輥面均為壓應力狀態,壓應力有助于抑制裂紋形成和擴展。一旦光輥開槽后,其理想的表面壓應力層被車去,且越向內,軋輥的機械性能愈差,所以,產品規格明確的開坯機輥最好是開槽狀態交貨。

    3.1.2水平輥套材質的選用

    水平輥套常見的材質有單一半鋼,K金屬,復合高碳半鋼CDP,復合材GPS650等,比較這幾種材質,半鋼軋輥與其他鋼輥不同之處在于其組織中有自由滲碳體。這些碳化物達一定數量時,降低軋輥機械性能,但使耐磨性能大大提高,其性能明顯優于其他幾種材質軋輥。

    3.1.3立輥材質的選用

    立輥為被動傳動,依靠軋件的磨擦力。立輥軋制相當于板材的平面軋制,由于軋件的磨擦和較低的強度要求,立輥可采用高碳半鋼、高鉻鐵等材質,與萬能軋機水平輥套材質相當。

    3.1.4軋邊輥材質的選用

    軋邊機輥軋制變形量較小,實際軋制力在150t左右(設計軋制力300t),因此,軋邊機輥可選用較高硬度和較低強度的材質。

    含Cr、Ni、Mo合金球鐵軋輥由于球狀石墨的存在,其軋輥本身抗拉強度可達350Mpa,輥身硬度可達60HS,是比較理想的軋邊機輥用材,但由于此類材質輥身工作層較淺,必須采用帶槽澆鑄方可,且不得隨意改車到其它更寬翼緣的品種規格。

    另一種高碳半鋼材質,由于兼備鋼輥強度和鐵輥的耐磨性,是用途較廣的軋邊機輥選用材質,即可用作光輥狀態軋邊機輥,也可直接預開槽后熱處理交貨。

    3.2軋輥采購計劃的制定

    (1)確定各規格產品的年產量;

    (2)確定一年中每個規格產品用幾個批量的軋輥;

    (3)確定各架軋機軋輥孔型的軋制噸位或軋制量;

    (4)根據年產量和各道次軋制噸位確定各規格產品在各架軋機的軋輥用量;

    (5)依據已確定的各規格產品在各架軋機的軋輥用量和以及斷輥和其它事故的預留量申報半年或一年軋輥采購計劃。

    3.3軋輥孔型的加工與檢查

    精確的軋輥孔型是保證產品質量的前提,所以軋輥孔型的加工必須嚴格管理,技術質量部門向軋輥孔型加工單位提供配輥圖以及孔型加工管理辦法,以方便軋輥孔型加工和保證軋輥孔型的加工質量,在實際軋鋼生產過程中,軋輥管理人員根據生產工藝要求,通過跟蹤測量軋后的孔型,制定出合理的孔型磨損尺寸,以此作為檢查孔型是否可用的標準,提高軋輥的使用壽命。

    3.4軋輥加工車削量和車削次數的確定   

    軋輥每次的車削量由軋輥孔型的磨損程度來確定,車削量應稍大于磨損值,軋輥的車削次數越多,軋輥的使用壽命就越長,軋輥的利用率就越高,但軋輥的車削次數又受到軋輥白口層的深度和軋機裝配結構的限制,馬鋼H型鋼開坯輥的車削次數一般為15~20次。

    3.5軋輥的工藝改進

    (1)跟蹤分析軋輥孔型的磨損情況

    軋輥管理人員必須經常到軋制現場跟蹤軋制孔型的磨損情況,分析軋輥孔型的磨損規律,確定合理的軋槽軋制量和軋輥車削量。

    (2)跟蹤軋制過程中軋件的弓翹情況,以確定軋輥孔型和軋輥直徑配置是否合理。軋制過程如發現軋件弓翹異常,在調整其它影響因素都無效的情況下可以通過調整上下輥的輥徑,保證軋制正常進行。

    (3)分析軋輥孔型的磨損情況,對孔型進行合理的改進,提高軋輥的使用壽命。

    3.6配輥工藝卡片制定和應用

    依據H型鋼軋制特點及各機架軋輥使用的磨損量確定軋輥的車削量和車削次數,制定出配輥工藝卡片,理論設計的輥徑編號為1,根據車削量車削一次為編號2,依次編號為3、4、5、6,在軋輥孔型加工、軋輥裝配和軋機在線使用時按工藝卡明確標識,通過配輥工藝卡管理上千支軋輥,使軋輥管理方便、有序,極大提高了軋輥管理人員的工作效率,也給軋鋼生產帶來了方便。

    3.7軋輥的熱裝和熱拆

    由于H型鋼產品系列多的特點,萬能軋輥如果采用整體鑄造的形式將會造成金屬的利用率大大降低,為了解決這個問題,H型鋼萬能軋輥采用分開鑄造的方式,水平輥套與輥軸過盈熱裝而成。當水平輥輥身重車至最小輥徑或輥身寬度重車至最小寬度,拆除舊輥套,輥軸仍可繼續使用2~3次。

    水平輥套與輥軸配合形式采用輥軸中心環形鍵定位并防止輥套軸向運動。

    3.7.1熱裝工藝流程

    按圖紙加工輥環->對輥環探傷檢查->清理輥環表面雜物->測量輥環內徑尺寸->計算過盈量->推導輥軸尺寸->加工輥軸->輥軸熱裝部位噴涂增摩劑金屬微粒->加熱輥套->熱裝->空冷。

    3.7.2熱裝精度要求

    輥環內表面:表面粗糙度Ra=6.3S;圓柱度:<0.03;圓錐度:<0.03。
   輥軸外徑:表面粗糙度:3S (max);圓柱度:<0.02;圓錐度:<0.02。

    3.7.3水平輥輥套的加熱

    加工好的水平輥套在車底式電阻爐中加熱,加熱速度控制在10~20℃/h,加熱溫度須考慮輥套加熱后內徑與輥軸外徑間的間隙足夠大,以使輥軸順利放入輥套中。輥套加熱后的內徑φ為:

    φ=φ(初始)+I(過盈量)+間隙值(熱膨脹)+降溫補償(熱膨脹)

    裝配過程中的降溫一般按50~80℃考慮

    輥套的熱膨脹系數取:1.1×10-5/℃

    3.7.4水平輥輥軸表面處理

    當水平輥套加熱到規定溫度進行保溫時,可以對水平輥軸表面進行裝配前處理,即:清洗輥軸表面,去除油漬、灰塵等,表面須呈現閃亮金屬光澤,待清洗劑揮發干凈后,均勻地將含增磨劑金屬微粒的耐溫銀粉漆噴涂到表面,以增加熱裝結合面的磨擦系數。

    3.7.5裝配

    將加熱好的水平輥套出爐,用行車吊起放置在裝配臺上,內孔直徑較大的一側朝上,再用行車吊起處理完畢的水平輥軸(傳動側在上),落地找垂直,并輔助肉眼觀察,找正后,將輥軸吊起慢速移至輥套上方,對準輥套內孔放下,當聽到“當”的聲音,表明輥軸在輥套中已定位,此時裝配過程已完成。冬季由于環境溫度低,輥軸與輥套熱裝完畢后,再在輥套上蓋石棉保溫被,以防輥套降溫過快產生很大熱應力而導致輥套裂開破壞。當水平輥緩冷到室溫時,熱膨脹產生的間隙全部消失,只剩下過盈量產生的應變,這時,可將鑲套水平輥從裝配臺上吊走,等待車削。



    3.7.6軋輥熱拆

    水平輥輥身(即輥套)重車至報廢尺寸時,須拆除輥套,其輥軸繼續使用2-3次,舊輥套的拆除方法有。

    1.火焰切割法

    此方法速度較快,但需要技能和經驗。采用丙烷氣+氧氣,切割過程見下圖



    切割②、③位置時,由于熱裝應力和熱應力,①號裂口擴大。

    若①開口張大,與輥軸接合脫開,可抽出輥軸;若輥軸抽不出,還需割開②、③裂口,直至徹底拆除輥套。

    2.機加工拆除舊輥套

    在車床上完成舊輥套拆除,見圖2



    為了不傷及輥軸,輥套車削時,殘留1mm左右的裕量。



    3.加熱法拆除

    采用電加熱或煤氣分級加熱井式爐,將待拆水平輥豎直放入爐中支撐臺上(軋輥扁頭側朝上),爐中輥軸部位須用絕熱墊包扎,到達設定溫度后,輥套與輥軸脫開,用行車吊走輥軸即可。若輥套在加熱過程中斷裂,用鋼絲繩吊走。

    3.8軋輥的降耗

    現在鋼鐵企業的競爭越來越激烈,產品的競爭優勢除了質量外,價格也是一個不可忽略的因素,影響鋼鐵產品價格的因素中,軋輥的消耗所占的比重不可忽視,馬鋼H型鋼從開始建廠期間就非常重視軋輥的降耗工作,在近十年的發展過程中積累了一套行之有效的方法。

    1.馬鋼H型鋼是中國第一家生產H型鋼的企業,投產時軋輥依賴進口,為了最大限度的降低軋輥消耗,軋輥國產化被提上了議事日程,根據進口軋輥使用情況,聯合國內幾家有實力的軋輥制造廠家,進行攻關,在較短的時間內完成了進口軋輥國產化的難題,目前所使用的各種軋輥國內都可以制造,此項工作的完成為馬鋼H型鋼軋輥降耗作出了巨大貢獻。

   2.軋輥修復技術的應用

  (1)孔型堆焊技術

    共析合金鑄鋼或鍛鋼開坯機輥一個或多個孔型經過一段時間的使用后,已經不能滿足軋鋼工藝的需要,可以采用堆焊方法修復。

    通常,采用埋弧自動焊方法,工藝路線如下:車削待修復輥工作面疲勞層→ 軋輥焊前預熱→焊接+保溫→焊接中間熱處理→焊后最終消除應力熱處理→粗加工→探傷→精加工

   (2)軋輥激光表面合金化

    用激光將合金化粉末與基材一起熔化后迅速凝固,在表層獲得合金層,它的優點是可以在基材表面獲得與基材相差較大的具有良好表面性能的新合金層,從而延長軋輥的使用壽命,并降低軋輥的消耗。馬鋼H型鋼在萬能軋機立輥上預涂Cr-Ni-W-Mo合金粉末,進行激光表面合金化處理后使用,提高了立輥一次過鋼量2~3倍,取得了很好的效果。

    4.結論

    馬鋼H型鋼通過不斷的實踐和總結,得出了一套行之有效的軋輥使用和管理方法,馬鋼H型鋼工程技術人員積極落實軋輥管理與使用的各項工作,軋制產品的產量和質量逐年提高,各項經濟指標在同行業中名列前茅,取得了顯著的經濟效益,軋輥降耗方面每年可降低產品成本1%。

   總之,軋輥使用和管理是一個涉及面廣,要求精細的系統性工作,軋輥管理人員要認真切實做好軋輥使用和管理的各項工作,才能不斷提高馬鋼H型鋼產品的產量和質量,降低噸鋼軋輥消耗,達到提高軋輥管理和使用的工作效率,促進馬鋼生產上臺階。

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