SUNDWIG 20辊轧机轧制线故障分析及改进

黄 波,舒 强,裘云杰,黄豪辉

(宁波宝新不锈钢有限公司设备部,浙江 宁波 315800)

目前宁波宝新不锈钢有限公司使用的20辊轧机主要有两种:一种是DMS 20辊轧机,一种是SUNDWIG 20辊轧机,这里主要针对SUNDWIG 20辊轧机的轧制线在使用过程中所遇到的问题进行探讨及其改进。

轧制线在带钢轧制过程中对带钢的厚度控制起着至关重要的作用,宁波宝新不锈钢有限公司使用的20辊轧机中,共有两台是采购自德国SUNDWIG公司提供的四立柱20辊可逆式轧机,随着轧制线设备的长期使用以及公司产品结构的不断丰富,轧制线的使用要求越来越高,负担也越来越重,在使用过程中也频繁出现卡阻情况。轧制线调节机构是20辊轧机中非常重要的机构之一,轧机换辊操作中所必须的换辊作业以及轧辊磨削后轧制作业线恢复固定高度都是通过轧制线调节机构来完成的。同时SUNDWIG四立柱20辊轧机属于自动化程度及轧制精度较高的轧机,工作辊更换非常频繁,轧制线的工况是否正常直接影响到工作辊更换的正常进行,影响轧机的生产效率。所以轧制线调整机构的正常与否对于轧机的正常生产起着至关重要的作用。

1 轧制线调节机构工作原理

SUNDWIG轧机轧制线调节是通过液压缸推动下楔形块水平移动来带动上楔形块做垂直运动进而改变辊子位置来实现的。即通过两个下支撑辊(F+G)的位移,来调节下工作辊的水平高度,使其与轧制线处于同一高度上。

如图1所示,分体式四立柱20辊轧机的轧制线调节是通过液压缸推动下楔形块水平移动,使得上楔形块垂直移动,进而改变(F+G)支撑辊的位置来实现的,这个功能使不同的工作辊/中间辊组合保持轧制线在恒定的水平位置上,轧辊的修磨量也将通过这个功能进行补偿,调节范围大,垂直升降可达45 mm[1]。

图1 轧制线动作原理Fig.1 Rolling line action principle

2 轧制线调节机构的重要作用

(1) 轧制线在带钢轧制过程中对带钢的厚度控制起着至关重要的作用。

SUNDWIG轧机轧制线通过液压缸推动下楔形块水平移动,带动上楔形块做垂直运动改变辊子的位置来实现不同的辊子组合都能保持轧制线在恒定的水平位置上,而且调节范围大,垂直升降可达到45 mm,可以适合不同厚度钢种的轧制。

(2) 轧制线调节机构动作的正常与否对于换辊机器人的工作起着不可替代的作用。

SUNDWIG四立柱20辊轧机工作辊更换非常频繁,根据工艺和质量要求经常需要在中间道次和精轧道次更换所用的抛光轧辊或者有表面粗糙度要求的毛化轧辊。如果采用人工操作更换工作辊,在人工将抛光或者毛化轧辊推入时常常会损伤对表面要求很高的轧辊表面[2],而且工作效率低,轧辊表面损伤后易造成带钢表面质量缺陷。因此SUNDWIG四立柱20辊轧机配备了1套装备有自动程序控制的轧辊储备辊架及自动换辊装置,即换辊机器人(图2)。换辊机器人使整个轧辊的更换几乎在自动情况下完成,换辊机器人可以将轧辊精确地放入轧机机架内,不会造成轧辊表面的损伤,同时也可以缩短换辊时间,提高工作效率。

图2 换辊机器人Fig.2 The roll changing robot

换辊机器人要实现一整套自动换辊流程,轧制线调节机构起着不可替代的作用,机组使用的工作辊在不断磨损,重复使用的轧辊直径也在不断变化,不同辊子组合要保持轧制线在恒定的水平位置上都需要轧制线调节机构来实现,如果轧制线机构出现问题,自动换辊机器人将无法工作从而影响机组的正常生产。

3 轧制线调节机构在使用过程中存在的问题及原因分析

轧制线在使用过程中出现的最大问题是卡阻或者无法动作导致轧制线无法到达计算高度,造成换辊缓慢或者无法进行最终导致机组停机,造成这一情况的原因一般有:电气信号、液压阀门损坏、液压缸漏油等,但这些原因在历史上发生过的故障中并不多见,造成轧制线故障最多的原因在于轧制线铜衬板与斜楔间异物进入,导致衬板与斜楔接触面异常磨损,使得摩擦因数增大,摩擦阻力增大,最终导致液压缸无法推动轧制线斜楔动作。

轧制线故障一方面对机组的正常生产带来巨大影响,另一方面大大增加了维修成本。

3.1 使用过程中存在的问题

轧制线在使用过程中经常会出现卡阻的情况,轧制线出现卡阻后换辊时轧制线就无法到达计算高度,前期卡阻不严重时可以人为操作按钮来回动作到达计算高度,但手动调节相比自动动作每次换辊需要浪费3～5 min时间,每个钢卷轧制平均换辊3次左右,而每天轧制钢卷在20～25个,这样算起来每天因轧制线卡阻浪费的时间最少也有1 h。而且轧制线卡阻到一定程度之后就无法动作,需要停机检修,每次停机检修加上抽辊、装辊和轧制线楔形块解体的时间需要8 h以上。根据历史上4CR轧制线的使用情况,严重时轧制线每次检修后10天左右就会出现卡阻,不能实现自动调节,50天左右就需要停机对轧制线进行检修,轧制线卡阻对于机组的正常生产带来极大的影响,严重影响机组的产能。

3.2 轧制线卡阻原因分析

通过以往对轧制线楔形块进行解体检查,发现楔形块与两侧的铜衬板之间有很多碎钢、支撑辊剥落体等细小颗粒物,造成卡阻的原因主要有以下两点:

(1) 带钢在轧制过程中产生的碎钢等细小颗粒会停留在上楔形块毛毡条上,细小颗粒物停留在柔软的毛毡条上随着上楔形块的垂直运动进入楔形块与铜衬板配合面之间,造成楔形块和铜衬板产生毛刺,导致轧制线出现卡阻。而细小颗粒物之所以能很容易进入楔形块与铜衬板配合面之间是因为原设计楔形块没有起到很好的隔离效果造成的,原设计通过两根压条将两根毛毡条固定在楔形块上,压条、毛毡条、铜衬板刚好形成一个U形空间,为细小颗粒物的停留创造了条件,而且毛毡条材质软,掉落的细小颗粒物会停留在毛毡条上无法被轧制油冲走,细小颗粒物跟随上楔形块在做垂直运动的过程中极易被带入到楔形块和铜衬板之间,在频繁动作过程中产生毛刺,随着毛刺的增加摩擦力会不断增大,直到轧制线出现卡阻而无法动作。

(2) 轧制线解体检查发现,楔形块与铜衬板表面均产生了大量毛刺,从两侧的铜衬板磨损痕迹(图3)也可以看出,平整的铜衬板表面磨出了很多很深的毛刺,而这些毛刺就是摩擦因数变大的主要原因。

图3 铜衬板磨损情况Fig.3 Copper plate wear condition

根据摩擦力的计算公式f=μN,可以看出,在N不变的情况下,f增大,则说明μ变大了,因此,导致轧制线卡阻的直接原因就是摩擦因数变大最终导致摩擦力变大。所以要解决轧制线的卡阻问题,就需要想办法控制或者延缓摩擦因数增大。

4 轧制线卡阻解决方案

4.1 如何有效避免异物进入

针对大量细小颗粒物进入,首先要想办法将轧制过程中产生的碎钢屑隔离在楔形块与铜衬板配合面之外,有效避免或者减少细小颗粒物进入楔形块和铜衬板之间。

原设计形式压条、毛毡条、铜衬板刚好形成1个U形空间(见图4、5),为细小颗粒物的堆积创造了条件,同时毛毡条材质软,在楔形块动作过程中易发生变形,容易将细小颗粒物嵌入毛毡条内带入楔形块和铜衬板之间。

图4 轧制线原密封形式结构Fig.4 The original sealing structure of the rolling line

图5 轧制线原密封形式结构(局部放大)Fig.5 The original sealing structure of the rolling line(partial enlarged)

针对原设计形式所存在的U形空间进行改进,将U形密封改为三角形密封(见图6),这样设计的好处在于在轧制过程中产生的细小颗粒物会在进入该区域时在轧制油的冲刷下随着三角形的斜面被冲走,基本杜绝了细小颗粒物等进入楔形块和铜衬板之间的可能性。在材料选择上,前期尝试使用钢、铁等硬度高的耐磨材料,但易与铜衬板摩擦产生毛刺,所以最终选用了聚四氟乙烯材料(是一种以四氟乙烯作为单体聚合制得的高分子聚合物,具有耐高温等特点,摩擦因数极低),这种材料能有效将细小的碎钢等颗粒物嵌入而不会掉出。

图6 改进后的密封形式Fig.6 Improve sealing form

终上所述改进内容:将原设计密封形式改为三角形形状(使用聚四氟乙烯材料等)。

4.2 解决毛刺问题措施

从轧制线解体的情况来看,摩擦因数之所以变大是因为铜衬板表面的毛刺越来越大,虽然摩擦力的大小跟接触面积没有关系,但摩擦因数跟接触面是有关系的,接触的面积越大就越容易产生毛刺,毛刺越大,摩擦因数就会越大,摩擦力就越大,所以要从接触面积上进行改进,铜衬板设计改进前后如图7、8所示。

图7 铜衬板原设计Fig.7 Copper plate original design

图8 铜衬板改进形式Fig.8 Copper plate improved form

在铜衬板上开了5条宽160 mm、厚5 mm的通槽,开槽的好处有两个:①可以减少轧制线斜楔与铜衬板的接触面积;②进入铜衬板与斜楔之间的细小颗粒在动作过程中可以通过开槽位置被轧制油冲走,防止细小颗粒对整个铜衬板大范围的磨损。

5 改进后的使用效果及推广情况

5.1 改进后的使用效果

轧机4#轧制线卡阻最严重时平均每50天左右就需要进行一次检修,每次检修时间在8 h左右,因此首先对轧机4#轧制线结构进行了改进,设备改进后,轧制线的卡阻情况得到了极大的改善,卡阻情况可以延长到1年以上。

对轧制线密封形式和铜衬板结构形式的改进,有效避免了异物进入轧制线斜楔与铜衬板之间对斜楔和铜衬板造成的异常磨损,很好弥补了原设计存在的缺陷,极大延缓了轧制线卡阻时间,从图9轧制线改进前后的检修次数对比就能明显看出轧制线改进后的使用效果。

图9 轧机4#轧制线改进前后年检修次数曲线图Fig.9 Annual maintenance times curve of rolling mill 4#before and after rolling line improvement

5.2 推广应用情况

公司另外一台同类型轧机3#,轧制线同样存在卡阻严重的情况,虽然卡阻情况没有轧机4#严重,但依然对机组的生产造成了极大的影响,将轧机4#轧制线改进的成果推广到轧机3#以后轧制线的卡阻情况也得到了明显改善(见图10),轧制线的卡阻情况同样可以延长到1年以上。

图10 轧机3#轧制线改进前后年检修次数曲线图Fig.10 Annual maintenance times curve of rolling mill 3#before and after rolling line improvement

6 结论

(1) 通过对轧制线卡阻原因的分析,提出了将易造成碎钢等细小颗粒物停留的柔软毛毡条密封形式改为聚四氟乙烯等材质的三角形结构和铜衬板开槽减少接触面积两个部分改进的解决方案。

(2) 三角形的密封结构很好地解决了原结构碎钢等细小颗粒停留问题,很好地将轧制过程中产生的绝大部分碎钢等细小颗粒导入回油槽通过轧制油冲走。

(3) 铜衬板开槽能够有效减少楔形块和铜衬板的接触面积,延缓楔形块和铜衬板表面毛刺变大的时间,从而缓解摩擦因数、摩擦阻力增大的时间,最后达到延长轧制线卡阻的目的。