湘钢800轧辊扁头断裂原因分析

2014-03-21

中国设备工程 2014年4期

关键词：轧辊轧机倍数

（湖南华菱湘潭钢铁有限公司棒材厂，湖南湘潭 411100）

湘钢800轧辊扁头断裂原因分析

张群琥，王芝，刘铁军

（湖南华菱湘潭钢铁有限公司棒材厂，湖南湘潭 411100）

通过对湘钢800可逆式轧机轧辊扁头处断裂的原因进行分析，得出断裂原因。对正确使用800轧辊起着指导作用，对可逆式800轧机轧辊的设计也有较好的借鉴意义。

800轧机；轧辊；扁头；断裂；传动

一、生产工艺介绍

2003～2004年年初，湘钢对二棒厂轧制生产线进行了技术改造。利用原有厂房、φ800初轧机及400t剪和公辅设施，并新增了一些装置，改造出1条先进的半连轧生产线，年产能力达到90万t。

生产线原料尺寸主要有150mm×150mm×12 000mm、240mm×240mm×6 000mm和430mm×300mm×6 000mm三种。产品规格为φ50～220mm圆钢、100mm×100mm、120mm×120mm、130mm×130mm、135mm×135mm出口方钢及供大盘卷使用的150mm×150mm方坯。主要钢种有管坯、优碳圆、普碳圆、合结圆钢、合金管坯、易切削钢和轴承钢。

钢坯轧制时，经加热后送入800轧机进行粗轧开坯。800轧机采用二辊可逆式粗轧，孔型系统箱型孔型，可变换5、6、7槽3种配辊形式，轧辊零件加工图见图1。

轧辊材质为半钢，其合金成分见表1。轧辊有关参数和轧槽吨位如见表2。

表1

图1 800轧辊零件图

表2

二、断裂轧辊基本情况

2012年5月6日凌晨发生轧辊扁头断裂事故。该轧辊最后一次上机，轧制3 000t。新轧辊直径φ852mm，断裂时轧辊直径φ844mm，该支轧辊共使用2次，累计轧钢21 000t。当次轧制钢种为42CrMo及45C。

断口为下辊扁头，因扁头断裂之后，剥落部分掉到机架辊轴承座下面无法取出，但从断面情况来看，存在明显的水印，颜色为深黄色，占整个断口面积的30%左右（图2）；另外断口肉眼可见3处细小铸造缺陷：夹杂、气孔（图3）。

图2 断裂扁头位置示意图

图3 断面情况

三、原因查找分析

1．加热温度

当时出炉前和出炉期间加热炉均热段温度超过1 200℃（轧制钢种为45C），原料加热按上限进行烧钢，温度检查无异常。

2．800轧辊3 250kW电机电流检查

检查断扁头之前轧制电流情况发现异常，断裂时轧制加速共用1．5s时间，当时最高转速为38r/min，电流最高为1 838A。

2012年5月5日中班，换规格检修后，开始轧制150规格轧制道次为13道次，到22∶40左右开始减道次为11道次轧制，次日夜班接班后用13道次轧制，到0∶15后直到断扁头时间内改为11道次轧制，从电流情况上看可以看出减道次轧制是在800轧槽1孔前2道轧制时减道次，电流在减道次前后1、2道次明显增高，13道次轧制电流都低于1 400A，11道次轧制电流都高于2 000A，大部分在2 400A左右。

操作过程中大压下量造成电流持续在高位运行，电流越高，轧辊扁头扭矩越大，长期的大压下量使轧辊负荷增大；另外咬入到加速的持续时间较短，增大了轧辊的扭矩。

3．轧辊上线装配情况检查

5月5日13∶54分800由于磨瓦更换完这套轧辊后，上一套轧辊直径为φ824mm，该套轧辊直径为φ844mm，相差20mm，实际换辊过程中，没有对吊瓦位置进行调整，使下辊万象接轴摆动幅度增大，高速转动时因动不平衡产生超出本身重量的甩力；另外，上线时没有更换新半圆瓦，旧半圆瓦磨损15mm，使扁头与瓦之间间隙增大，增大了扁头的瞬时冲击力。

四、轧辊扁头强度归纳分析

根据工况得知，扁头只承受扭矩而不受弯矩。现场勘查，工件1GBF85055—MB454轧制过程中存在多处瞬时电流及转速超标现象。就该产品过程电流及转速记录120时刻点，一一核算瞬时扭矩并得出如下结论。

(1)瞬时电流≥2 600A者2时刻点，占1．67%；瞬时电流≥2 500A者6时刻点，占5．00%；瞬时电流≥2 400A者47时刻点，占39．17%；瞬时电流≥2 300A者74时刻点，占61．67%；电压一定情况下，电流与扭矩成正比，高电位运行，扭矩过大。

(2)瞬时转速＜10r/min者15时刻点，占12．5%；瞬时转速＜20r/min者27时刻点，占22．5%；瞬时转速＜30r/min者29时刻点，占24．17%；瞬时转速＜50r/min者33时刻点，占27．5%；功率一定情况下，转速与扭矩成反比，低转速运行，扭矩过大。

(3)扭矩提升倍数≥10者21时刻点，占17．5%；扭矩提升倍数≥5者30时刻点，占25．0%；扭矩提升倍数≥3者33时刻点，占27．5%；扭矩提升倍数≥2者82时刻点，占68．3%；综合考虑功率及转速，对比额定电流及最大电压核算得出的“标准扭矩”，表明轧制过程中，扭矩过大。

(4)瞬时使用强度≥1 000MPa者32时刻点，占27．0%；瞬时使用强度≥700MPa者40时刻点，占33．3%；瞬时使用强度≥500MPa者100时刻点，占83．3%；扁头扁宽、扁外圆等辊型尺寸规格一定情况下，强度与扭矩成正比，轧制过程中，使用强度过大。

(5)强度提升倍数≥10者21时刻点，占17．5%；强度提升倍数≥5者30时刻点，占25．0%；强度提升倍数≥3者33时刻点，占27．5%；强度提升倍数≥2者82时刻点，占68．3%；扁头扁宽、扁外圆等辊型尺寸规格一定情况下，对比额定电流及最大电压核算得出的“许用强度”，表明轧制过程中，使用强度过大。

结合现场检查结果：“断裂时轧制加速共用1．5s时间，当时最高转速为38r/min，电流最高为1 838A。正常3～4s到最高转速80r/min。正常轧制电流有在2 400A左右”。综合分析认为1GBF85055—MB454轧制过程存在普遍瞬时电流及瞬时转速超标现象，该问题的产生导致瞬时扭矩过大，高扭矩轧制条件下，轧辊长时间连续服役超过《湘钢800轧辊采购技术协议》中所要求轧辊自身强度极限，是导致扁头断裂的原因。