粗轧机R2工作辊窜动分析与治理

杨海君

（攀钢集团西昌钢钒有限公司板材厂，四川 西昌 615032）

攀钢西昌钢钒公司2050mm热轧生产线于2009年开始动工，历时两年多，于2011年12月投产，粗轧机R2为四辊轧机，采用往复式轧制方式将板坯轧薄。投产后，时常发生在轧制过程中工作辊轴向窜动的问题，最大窜动量达4mm，导致大电机止推瓦异常磨损，严重影响轧机大电机的稳定运行和生产的正常进行。

1 工作辊轴向窜动的影响

1.1 工作辊窜动对设备产生的危害

大电机通过十字万向接轴将轧制力矩传递给工作辊，十字万向接轴由剖分轴承支撑。工作辊窜动时，剖分轴承将承受较大的轴向力，当其超出使用极限时，剖分轴承就会发生损坏，引起3天左右的停机。工作辊窜动量过大时，该轴向力还会通过十字万向节轴传递到大电机导致大电机转子发生轴向位移。当轴向窜动大于3mm时，过大的作用力将直接作用于巴氏合金止推瓦，导致巴氏合金止推瓦受损，严重时可能直接将其烧损，甚至造成大电机损坏；此情况在粗轧机的运行中已有所发生，如2012年9月30日某热轧带钢厂1780线R2下辊主电机，由于轧钢时轴向窜动大将止推盘和止推瓦损坏，影响生产29小时31分钟，给企业带来了很大损失。

1.2 工作辊窜动对产品质量的影响

在轧制过程中，由于工作辊的轴向窜动，使板坯在上下工作辊间的变形多样化，在生产中极易发生跑偏，产生中间轧废，甚至引起事故，如板坯将中间坯推钢机推头撞坏的事故曾多次发生和撞坏R2出口工作辊道电机。当粗轧工作辊窜辊现象比较严重时，轧出的中间坯容易出现单边或双边厚度超差，同时还会对板形产生影响，如镰刀弯、S弯等严重影响产品质量的问题；由于板形的遗传性，产品经精轧机组轧制时无法完全消除其粗轧产生的镰刀弯、S弯等，轻者造成成品浪形，重者直接导致精轧废钢。

1.3 工作辊窜动对轧制成本的影响

由于工作辊窜动超标引起废钢和产品质量不合格问题严重影响到轧制成本。另外在轧制过程中，由于工作辊窜动，一方面增加了工作辊本身的负荷，从而降低工作辊装配中的零部件（轴承、密封和轴承座等）寿命。另一方面工作辊表面与板坯间的不均匀作用力，使工作辊辊面磨损加剧，增加了辊子消耗，此两方面间接地增加了轧制成本。

2 工作辊窜动的原因分析

我厂热轧机组粗轧机采用的是双向可逆式轧机。在轧制过程中，工作辊窜动随着板坯轧制方向的变化出现工作辊在其轴线方向上往复变化，也就是奇数道次和偶数道次时工作辊窜动的方向成反向。由于轧机牌坊窗口在制造及装配上存在的误差，坯料在轧制过程中存在的横向厚差，工作辊及支承辊轴承座制造偏差，上工作辊与下工作辊轴线不平行，工作辊与支承辊轴线之间不平行等情况，均致使板坯轧机在轧制过程中不可避免地产生轴向分力。

从粗轧机工作的情况来看，使工作辊出现窜动的因素主要有以下两个方面：单向轴向力和轧辊轴线不平行。

2.1 单向轴向力

坯料在轧制过程中存在横向厚差、轧辊本身尺寸误差造成中心线交差、辊子装配时因轴承装配间隙产生中心线交差和工作辊轴承座存在的高度偏差等都会产生单向轴向分力，从而使工作辊窜动。其在轧制过程中的力学模型及分析见图1。

图1 工作辊力学模型

从图中可以得出，在轧制力F的作用下，由于坯料横向厚差和轧辊装配误差产生中心线交叉形成的夹角a的存在，会产生轴向分力T，且T=F·sina；在摩擦力的作用下该轴向分力将带动工作辊发生窜动。由T=F·sina可知，当夹角a越大时，轴向分力也越大，工作辊窜动得就会越厉害，因此在治理工作辊窜动时要控制夹角a，使其趋于0°。

2.2 轧辊轴线不平行

由于衬板磨损，使得支承辊轴承座与机架窗口的配合间隙实测达5mm之多，两片牌坊窗口中心线与理论中心线交叉较大，轴承座加工的不对称性，造成轴承座在牌坊中（轧制过程中）不规则晃动，无法准确保证辊系轴线之间的平行度。

在轧制过程中，由于以上轧辊轴线不对称性的存在，使得轧制过程中，使轧制力产生沿工作辊轴线方向的分力，此分力将使工作辊发生轴向窜动。

3 工作辊窜动的治理措施及效果

通过以上分析，造成工作辊窜动的主要原因是衬板磨损，坯料的横向厚差和轧辊的装配精度；因此控制衬板磨损量，坯料的横向厚差和轧辊的装配精度对有效控制窜动量具有重要作用，所以可以通过采取以下措施进行治理。

3.1 衬板磨损量控制方法3.1.1 检测衬板的磨损量

目前我们通过定期对工作辊、支承辊窗口牌坊衬板间距进行测量，确保窗口尺寸控制在要求值（见表1）之内，并对磨损超标的衬板成组更换。同时，对传动侧与操作侧的磨损情况进行比较分析，避免单面磨损过于严重，并在安装新衬板的过程中，将实际尺寸小的衬板安装在入口侧，实际尺寸大的衬板安装在出口侧，使传动侧与操作侧牌坊衬板的平行度得到保证。

表1 窗口尺寸控制要求值

3.1.2 对衬板干油润滑系统管路进行疏通

由于粗轧机架内潮湿、高温等恶劣的工作环境，如果缺乏润滑将会导致窗口衬板的加剧磨损。因此，需定期对干油润滑系统管路进行疏通，确保干油供给正常。

3.1.3 对窗口衬板材质进行改进

我厂使用的窗口衬板材质为42CrMo，具有耐冲击的特性，耐腐蚀性能不足，腐蚀现象比较严重，从每次抽辊时的观察来看，窗口衬板表面呈严重生锈状态。因此，可对窗口衬板的材质进行改进，使其具备耐冲击性和耐腐蚀性。

3.2 控制坯料横向厚差

通过测量板坯的尺寸，将横向厚差超标的在装炉板坯进行下线，并通过提高连铸设备精度来控制。

3.3 提高轧辊装配的精度

轧辊的组装是一项非常复杂、繁重的工作。支承辊和工作辊组装的好与坏，对轧制稳定性和板型尺寸都非常重要。

所以，轧辊轴承座轴承间隙和轴承座衬板间距要经常测量（轴承座衬板间距要求值见表2）和调整，严格按图纸及其技术要求进行装配。

表2 轴承座衬板间距要求值

3.4 对工作辊锁紧挡板进行放松

由于工作辊在轧制过程中的窜动，工作辊锁紧挡板容易松动，对工作辊无法进行轴向定位；因此要定期对工作辊锁紧挡板螺栓进行紧固及放松。

从我厂对R2工作辊窜动的治理结果来看（见表3），效果良好，工作辊窜动得到有效控制。

表3 工作辊窜动量对比表

4 结语

通过对R2轧机工作辊窜动的跟踪与治理，目前我厂粗轧机工作辊窜动问题基本得到控制。但工作辊窜动的问题会一直存在，我们需要解决的是使该窜动量控制在设计值之内，所以还需通过工程技术人员的努力来减小窜动量，确保设备的稳定运行。另外，通过以上的分析，为以后我们的生产中解决工作辊窜动的问题也提供了一些思路和方法，提高工作效率，减小企业生产经营的损失。

参考文献：

[1]邹家祥．轧钢机械[J]．北京：冶金工业出版社,2000．

[2]赵林,白光润．轧制轴向力问题的研 究现 状 与发展[J]．轧钢,1997 ．