一种不锈钢冷轧机卷筒的防松技术

楼雄军，王欢申，周志强，王 勇

（宁波宝新不锈钢有限公司，浙江宁波 315807）

0 引言

宁波宝新不锈钢有限公司于1997 年从日本三菱公司引进一台不锈钢冷轧机（公司内命名为一号轧机），该轧机在1998年投产之初就发现轧机卷筒扇形板在使用过程中易松动，导致机组故障停机，严重影响轧机的产能。经查卷筒设备档案，仅从2015—2017 年，左右侧卷筒总共解体检查处理34 次，其中更换卷筒委外修复5 次，总共影响停机时间约942 h。如此频繁的检修，即增加了检修作业的时间和工作量，又影响了机组的开动率，降低了机组的产能，因此如何解决扇形板的松动问题，成为设备技术人员急需解决的问题。

1 轧机卷筒的结构及扇形板松动原因分析

1.1 轧机卷筒的结构

该型轧机的卷筒由4 块扇形板及芯轴组装而成，其中2 块扇形板带有钳口，另外2 块没有钳口，2 种扇形板成对称分布。为了使卷筒在轧机左右侧能够互换，因此在设计时，卷筒上2个钳口的方向是不一样的，也就是在一侧的卷筒只有一个钳口能满足带钢卷取的需要。卷筒扇形板正常啮合时，扇形板边缘的矩形齿相互啮合（图1）。原设计扇形板与卷筒芯轴的连接有3 种键，即T 形键、燕尾形键、斜四边形键。原设计无钳口扇形板上只有2 个T 形键连接，有钳口的扇形板上有4 个斜四边形键，对应的芯轴上有2 个燕尾形键相连接。

图1 正常啮合的扇形板

卷筒在收缩时，卷筒的直径为594 mm，涨开时，卷筒的直径为610 mm，是理论上的真圆状态，所以在带钢卷取成钢卷时，钢卷的内径为610 mm 的正圆。在扇形板每一个滑键的两边都有加油孔及油道，以便于给滑键加油脂，防止卷筒扇形板及滑键异常磨损或胶合卡阻等问题的发生。

1.2 轧机卷筒扇形板松动原因分析

轧机在正常生产时，钢卷随着卷筒作高速旋转，当一侧的钢卷越来越大时，由于钢卷的内应力完全作用在卷筒上，此时的卷筒内径会略有收缩，钢卷内径也会从610 mm 缩小到605 mm 左右，而另一侧的钢卷由于越来越小，随着卷取应力的减小，钢卷内径会略变大，即钢卷内径从605 mm 变成610 mm。同时，在带钢轧制时，带钢两侧需要较大的轧制张力，才能满足轧机轧制的需要。在粗轧道次时，轧制的张力较大，卷筒两侧承受着50 t的张力。在大张力和大转矩的作用下，卷筒扇形板承受较大的交变应力，因此卷筒扇形板易变形、导致扇形板易松动。

轧机卷筒扇形板松动的主要原因：①扇形板滑键固定螺栓松动，固定螺栓松动后导致滑键松动，滑键松动最终导致卷筒扇形板松动；②轧制米宽料较多，导致扇形板变形，扇形板滑键受到交变的拉应力，导致固定螺栓拉松动后扇形板松动；③卷筒加油不充分，导致扇形板与滑键配合面缺油，磨损加剧，滑键与扇形板配合间隙变大，扇形板出现晃动，将滑键拉松；④扇形板与卷筒芯轴接触面缺油，产生胶合现象，卷筒收缩时，随着钢卷内应力的瞬间释放，并产生爆炸性异响，导致滑键螺栓瞬间异常受力松动；⑤滑键固定螺栓的钢丝螺套断裂，螺栓松动；⑥铜滑键异常受力，滑键螺栓孔处径向与滑键螺栓接触拉伸，导致滑键螺栓松动；⑦带钢轧制过程中，会产生大量的热量，热量传递到卷筒上，扇形板滑键固定螺栓，在交变热应力的影响下导致松动。

从扇形板松动的原因分析可以发现，扇形板松动最主要的原因是扇形板滑键固定螺栓松动，固定螺栓松动后导致滑键松动，滑键松动最终导致卷筒扇形板松动，影响轧机生产导致故障停机（图2）。

图2 松动下垂的扇形板

三菱轧机卷筒的原设计是扇形板与卷筒芯轴的连接滑键采用M20 的细牙螺栓固定，为了保护卷筒芯轴，设计者在卷筒芯轴上又增加了相应的钢丝螺套，在卷筒解体检修时，若用加强杆大力拧紧芯轴上滑键的固定螺栓，会将钢丝螺套拧坏，所以在拧紧固定螺栓时，又不能超过钢丝螺套的承受能力，以免破坏钢丝螺套。轧机轧制时，在大张力及热应力的作用下，螺栓的预紧力不够，导致滑键固定螺栓易松动。在该轧机投产之初，就存在这个问题，在2000 年时曾经最短使用7 d 扇形板就松动了。

由于带钢在轧制过程中产生大量的热量会传递到卷筒上，卷筒扇形板滑键螺栓一直处在热应力和交变应力的作用，螺栓就很容易松动。2015 年前，卷筒扇形板滑键固定螺栓采用齿形垫片加螺纹紧固剂，防松效果较差，1 个月左右螺栓就有松动迹象。螺纹紧固剂在高温的作用下，容易软化溶解而失去作用，在卷筒解体检修时，上次检修时在滑键固定螺栓四周所加的螺纹紧固剂已淡然无存，所以一般的螺纹紧固剂不适合轧机卷筒这种高温的环境。2015—2016 年，将卷筒芯轴的纯铜滑键改成钢衬套的滑键，并在螺栓边上点焊的方式，螺栓未松动的时间逐步延长，但螺栓松动问题还是存在。

2 轧机卷筒扇形板滑键的防松措施

如何解决卷筒扇形板滑键的松动问题，是解决扇形板松动的关键。2013—2015 年，针对卷筒扇形板易松动的问题，制定的措施是每隔2 个月进行一次定修，解体检修左右侧的卷筒，主要是更换卷筒芯轴的铜滑键和固定螺栓；但扇形板松动的隐患仍旧存在，有时不到2 个月扇形板就松动了，检修计划只能提前，非常被动。

2016 年，对铜滑键进行了改进，将原来纯铜的滑键，全部改成钢称铜的滑键，滑键内部全部采用锻打的钢，与扇形板接触配合部分称一定厚度的铜，以减少因铜滑键变形磨损加剧导致的螺栓松动。同时，在滑键的顶上开一根5 mm 的槽，将等宽度的键嵌入槽内，并将其与固定滑键的固定螺栓边缘焊接在一起，运用此方法改进后，对滑键螺栓的防松有一定效果，但由于滑键固定螺栓受力较大，焊接点易脱焊，螺栓仍存在松动现象。

2017 年，取消了卷筒芯轴上滑键固定螺栓的钢丝螺套，采用嵌入钢称套的方式，同时在滑键固定螺栓边上焊接固定5 mm 宽的钢键，防松效果有所加强，使用3 个月左右扇形板未出现松动现象，但在使用约5 个月时间解体时，发现滑键固定螺栓出现了松动。

在综合前期卷筒扇形板滑键改进试验的基础上，对滑键的防松措施又进行了改进，采用了新型的防松方法，具体方法如下：①在卷筒芯轴上取消了钢衬套，在钢衬铜滑键的固定螺栓上加上改良的螺纹紧固剂，并用弹垫将螺栓紧固；②在扇形板滑键的正中心开一根键槽，在固定滑键的内六角螺栓头部嵌入与螺栓头部等高的同规格的六角柱，并在六角柱上方焊接固定键条，并将键条焊接固定在滑键槽内，防止脱焊脱落，这样等同于内六角螺栓两侧同时加上两把内六角扳手一直用力扳着，保证螺栓不松动（图3、图4）。

图3 新型螺栓防松方法

图4 新型螺栓防松方法示意

3 效果验证

2018 年1 月，左侧卷筒及扇形板改进更换处理后，采用此防松方法固定滑键螺栓，扇形板使用至今一直未发生松动现象。同时，在2018 年12 月底对右侧卷筒及扇形板改进后也采用此防松方法固定滑键螺栓，使用至今也未发生松动现象，扇形板的防松效果非常好，比预期的效果要好很多。

在新防松方法投入前，每隔1～2 个月卷筒就要解体检修，处理扇形板松动问题。在卷筒新防松方法实施至今，左右侧卷筒扇形板均未发生松动，左侧卷筒解体检查3 次，右侧卷筒解体检查2 次，从解体的情况看，防松效果非常好，卷筒扇形板滑键螺栓均未松动，内六角固定螺栓上六角柱的焊接键条均未发生脱焊。至此，一号轧机卷筒扇形板松动的问题彻底解决了，以后只要按1 年半的周期解体检查就可以了。卷筒扇形板松动问题解决后，一号轧机定修周期也可以延长，之前2 个月一次的定修，现在可以延长到4 个月一次定修了。运用此防松方法后，左侧卷筒使用4 年多时间，右侧卷筒使用3 多年时间，卷筒扇形板都未发生松动情况，从而减少检修作业时间和检修工作量，提高了轧机的开动率及产能。表1 是自2018 年左右侧卷筒改进及新防松方法投入前后情况对比。

表1 自2018 年左右侧卷筒改进及新防松方法投入前后情况对比

4 结论

针对三菱轧机卷筒扇形板易松动的问题，进行了分析论证，并提出了改进措施。对卷筒扇形板滑键进行了改进，并在滑键的固定上采用了新的防松措施，创造性地在内六角螺栓内使用六角柱焊接键的防松模式，时刻保证螺栓的预紧力，防止螺栓松动，从而解决了卷筒扇形板松动的问题。从卷筒的正常使用时间及解体情况来看，卷筒扇形板滑键的改进及防松措施的投入成果显著，取得了较好的效益。