钼棒轧机的轧辊表面凹陷、断裂分析与改进

唐松林

(自贡硬质合金有限责任公司，四川 成都 610100)

0 引 言

长期以来，我国的钨钼加工企业采用单机旋锻开坯工艺。但是，旋锻开坯技术噪音大，能耗高，工人劳动强度大，生产效率低，一直制约着钨钼加工企业的发展[1]。近年来，许多钨钼加工企业已经逐渐放弃传统的旋锻开坯，而选用较先进的三辊Y型轧机开坯技术，这是我国钨钼加工企业的一大技术进步。

三辊Y型轧机连轧技术在钨钼深加工领域已经得到普遍应用。由于该技术在国内的应用时间还比较短，涉及该技术的研究较少，钨钼材料在三辊Y型轧机连轧过程中出现的主要问题及控制方法更是鲜有报道，同行业的科技工作者无法借鉴学习，不利于推动钨钼深加工行业的整体技术进步。

三辊Y 型连轧机一般由10余组独立工作的机架组成，每个机架的3个轧辊呈 Y 型分布，两轧辊之间互成120°，3个辊环组成的空间为轧制工艺孔型(内切圆直径)[2]。直流电机通过减速箱将动力传到机架内的主动轧辊轴，锥齿轮再将动力传到其他两个被动轧辊轴。机架的放置分上传动和下传动(如图1所示)。10余组机架按照工艺要求修磨成规定的工艺孔型，并按图1方式进行交替排列，将粗钼杆轧制成需要的规格。

图1 三辊Y型轧机机架(a：上传动，b：下传动)1-轧辊;2-锥齿轮;3-被动轧辊轴;4-主动轧辊轴

2008年自贡硬质合金有限责任公司引进Y型连轧机，该设备用于钼杆开坯加工。连轧开坯加工工艺与传统的旋锻加工工艺比较，单道次压缩比大，轧制力大，生产效率高，工业自动化水平高，人工成本低，环境污染小，但设备维护保养难度大、要求高[3]。本文的主要目的就是针对轧辊表面凹陷、轧辊断裂，分析产生的原因，提出改进措施，通过设计新的轧辊结构、增加轧辊表面合金层厚度、控制轧辊使用周期、规范换辊方式等措施，消除轧辊表面凹陷与断裂故障，保障了轧制工艺的稳定，同时提高了轧制钼杆的表面质量及后续产品的成品率。

1 轧辊损坏情况

轧辊在高温下工作，它承受强大的轧制力，剧烈的磨损和热疲劳，轧辊表面的磨损是轧辊正常消耗，但轧辊表面凹陷(图2)、轧辊断裂(图3)是轧辊损坏的两种主要情况[4]。轧辊表面凹陷会使加工的钼杆表面出现不规则凸出物、裂纹、毛刺等质量缺陷[5]，影响钼杆表面质量，降低产品成品率。轧辊断裂会使加工的钼材料成为废品，产生原料损失及备件损失，同时更换轧辊，重新恢复到工艺孔型需要1～2 d的时间，导致生产无法连续运行，严重影响钼杆的生产效率，提高了运行成本。

图2 轧辊表面凹陷实物图

图3 轧辊断裂实物图

从自贡硬质合金有限责任公司2015年辊环损坏数据汇总来看，轧辊断裂占整个损坏情况80%以上，是轧辊损坏的主要形式。

表1 2015年轧辊损坏数据汇总表

2 轧辊损坏原因分析

轧辊表面凹陷：当轧辊表面合金层厚度不足，其承受大的轧制力时，表面掉块或直接挤压轧辊基体，形成表面凹陷。

轧辊断裂：轧辊受的轧制力超过其发生形变的临界力。影响轧制力超过临界压力因素有：轧辊抗形变能力不足，受力过度集中；孔型不匹配使轧辊受力变大；不规范的轧辊换修方式使轧辊受力变大。

2.1 轧辊表面合金层厚度对轧辊表面凹陷的影响

为节省成本，轧辊均设计为重复使用，即每次只报废2个机架的轧辊，其余机架的轧辊均通过修磨重复使用。自贡硬质合金有限责任公司的Y型轧机将5#机架、最终机架的轧辊设计为新轧辊，初始机架至5#机架的轧辊用中段新轧辊修磨，6#机架至最终机架的轧辊用最终新轧辊修磨。新轧辊表面合金厚度均为5 mm，每道次轧辊表面合金层厚度见表2。1#机架、2#机架、6#机架的轧辊表面的合金层厚度最薄。在实际生产运行中， 1#、2#、6#轧辊频繁出现轧辊表面凹陷现象，与表面合金层厚度正好相关。

表2 轧辊表面合金层厚度表

图4为新修磨好的1#机架轧辊，表面出现锈斑，表面合金层厚度小，该轧辊在使用2 d后出现图5中轧辊表面凹陷现象。

图4 2#机架轧辊表面遇水生锈

图5 轧辊表面出现凹陷

2.2 轧辊结构对轧辊断裂的影响

图6为自贡硬质合金有限责任公司的轧辊结构图，图7为轧辊断裂的实物图。从初始机架到最终机架，每个机架均出现了轧辊断裂。这种轧辊结构抗形变能力较差，容易导致轧辊断裂。轧辊的键槽处受力集中，导致轧辊断裂频繁。断裂的轧辊中90%都是从键槽处断裂，印证了键槽的危害。

图6 轧辊结构图

图7 轧辊断裂实物图

2.3 轧辊的孔型匹配对轧辊断裂的影响

轧辊各道次孔型匹配是轧机平稳运行的关键。轧机根据各道次的工艺压缩比来设计机架的传动比。设备完成安装，各机架传动比是固定的，所以各道次的压缩比也是固定的，各个轧辊的受力也基本是固定的。

孔型不匹配，道次压缩比变大，轧辊轧制力变大，轧辊磨损加剧，压缩比继续加大，轧制力变大…最后导致轧辊断裂。

试验证明，当单个机架的轧辊孔型尺寸磨损超过0.8 mm，设备将频繁出现卡料等故障，并导致轧辊断裂。

2.4 换修辊方式对轧辊断裂的影响

在实际生产运用中，为缩短修复时间，有时仅更换1片轧辊，新换轧辊很快会发生断裂。图8中仅更换1片轧辊将已经变为18 mm的孔再次修磨成16 mm,新换的1片轧辊比其他两片直径至少大7.4 mm，轧辊中心与机架中心偏移，大直径轧辊受力远大于其他两片轧辊，导致轧辊断裂。

图8 轧辊修复尺寸变化示意图

3 改进措施

3.1 增加轧辊表面合金层厚度

为防止和减少轧辊表面出现凹陷，我们增加轧辊表面合金层厚度。将原来从5#投入新轧辊改为从4#投入新轧辊，同时将新投入的轧辊表面合金层厚度从5 mm增加到6.5 mm。调整后轧辊表面合金层厚度见表3。

表3 轧辊表面合金层厚度表

调整轧辊表面合金层厚度以后，经长期生产验证，轧辊凹陷现象不再发生。

实验表明：当轧辊表面合金层厚度大于7 mm，合金层存在脱落风险；当轧辊表面合金层厚度低于3 mm时，其表面容易形成凹陷；当轧辊表面合金层厚度不低于3.5 mm，轧辊表面不会发生凹陷。

3.2 设计受力均匀的轧辊结构

为减少轧辊断裂，我们对轧辊结构重新设计。新设计要避免受力集中，还要增加轧辊抗形变能力。图9为新轧辊结构图。新轧辊内孔由180 mm调整为120 mm，整体厚度由26 mm调整为30 mm，6个均匀分布的螺栓固定方式替代单一键槽固定方式。新轧辊抗形变能力大幅度提高，自应用以后，没有再出现断裂。

图9 新轧辊结构图

3.3 严格控制工艺孔型尺寸

严格按照工艺规程控制轧辊孔型尺寸。每加工10 t钼棒对孔型进行一次全面检测，每加工40 t钼棒，对整套机架轧辊重新修磨，控制单个机架的轧辊磨损不超过0.8 mm，来保障轧辊不断裂。

3.4 规范换辊方式

重新修订轧机维护作业规程，制定规范的换辊方式。使同一机架上的3片轧辊直径基本相等，受力均匀一致，可以防止轧辊断裂。

4 结 论

(1)控制轧辊表面合金层厚度不低于3.5 mm，可以显著减少轧辊表面发生凹陷的风险。

(2)设计受力均匀的轧辊结构，是减少轧辊断裂最有效的方法。

(3)严格控制轧辊周期产量，只要轧机设备生产达到周期产量时，对机架孔型进行全面测量、记录与分析，同时对所有机架孔型重新进行配置，以消除孔型不匹配对辊环断裂产生的因素。

(4)制定规范的换辊方式，要求同一轧机机架3片辊环直径基本相等，通过保障轧辊中心与机架中心一致可减少轧辊断裂。

(5)将上述经过反复实践验证的行之有效的措施，编入Y型轧机维护保养操作规程。