热轧1750mm带钢轧机轧辊失效浅析

2008年第2期总第146期天铁热轧1750MM带钢轧机轧辊失效浅析1前言天铁集团热轧板公司1750MM热轧带钢工程主要设备有E1R1粗轧机、E2R2粗轧机、F1F7精轧机、三台地下卷取机,其中E1R1粗轧机和第三台卷取机分步实施。作为轧线主要设备的轧机,将连铸坯轧制成厚度12MM16MM、宽度730MM1600MM的成品带钢。R1为两辊可逆式粗轧机,与E1形成连轧,将连铸坯轧制到R2粗轧机所要求的中间坯厚度R2为四辊可逆式粗轧机,与E2形成连轧,用途是将板坯轧制到所要求的中间坯厚度精轧机组为7架四辊不可逆轧机,作用是将中间坯轧成成品带钢。在热轧投产的最初三个月里,轧辊失效、报废近20条,这使吨钢消耗明显增加。当时,正常情况下粗轧支撑辊轧钢6万T左右换辊,粗轧工作辊轧钢116万T多就要换辊,精轧支撑辊轧钢3万T换辊,精轧工作辊在轧薄板35KM时更换,轧中板20KM时更换。而且不时出现卡钢、堆钢、粘钢等事故,使换辊更加频繁。因此,我们对轧辊的使用、管理、失效方式及原因、控制措施等进行了分析研究。2轧辊使用情况及失效原因分析轧机在轧制生产过程中,轧辊处于复杂的应力状态。热连轧机轧辊的工作环境比较恶劣,轧辊与高温轧件接触、轧辊水冷引起的周期性热应力,轧制负荷引起的接触应力、剪切应力以及残余应力等。轧辊失效主要有剥落、断裂、裂纹等形式,任何一种失效形式都会导致轧辊使用寿命缩短。因此我们结合轧辊的失效形式,探究其产生的原因,找出延长轧辊使用寿命的有效途径,以起到降低辊耗的目的。21轧辊剥落轧辊剥落为首要的损坏形式,现场调查表明,剥落是轧辊损坏、甚至早期报废的主要原因。轧钢时局部过载和升温,使带钢焊合在轧辊表面,产生于次表层的裂纹沿径向扩展进入硬化层并多方向分支扩展,该裂纹在逆向轧制条件下造成剥落。211支撑辊辊面剥落支撑辊剥落大多位于轧辊两端,沿圆周方向扩展,在宽度上呈块状片状剥落,剥落坑表面较平整。支撑辊和工作辊接触可看作两平行圆柱体的接触见图1。在离接触表面深度为Z078B处B为接触面宽度的一半剪切应力最大,随着表层摩擦力的增大而移向表层。图1支撑辊与工作辊接触示意图疲劳裂纹并不是发生在剪应力最大处,而是更接近于表面,即在Z05B的交变剪应力层处,该剪应力平行于轧辊表面,根据剪应力互等定理,与表面垂直的方向同样存在大小相等的剪应力,此力随轧辊的转动而发生大小和方向的改变,是造成接触疲劳的根源。周期交变的剪切应力是轧辊损坏最常见的致因。在交变剪切应力作用下,反复变形使材料局部弱化,达到疲劳极限时出现裂纹。另外,轧辊制造工艺造成的材质不均匀和微型缺陷的存在,也有助于裂纹的产生。若表面冷硬层厚度不均,芯部强度过低,过渡区组织性能变化太大,在接触应力的作用下,疲劳裂纹就可能在硬化过渡层起源并沿表面向平行方向扩展,而形成表层压碎剥落。支撑辊剥落只是位于辊身边部两端,而非沿辊身全长,这是由支撑辊的磨损形式决定的。由于服役周期较长,支撑辊中间磨损量大、两端磨损量小而呈U研究与应用“WWWCHITJMCOMTJYJTJYJCOMWWWTJYJQKCOMTJYJZZTJYJCOM热轧1750MM带钢轧机轧辊失效浅析贾焕美耿磊天津天铁冶金集团热轧板有限公司,056404摘要对轧辊失效方式进行了研究,分析了产生轧辊失效剥落、断裂、裂纹等现象的原因。采取了相应的预防措施,提高轧辊剪切温度和塑性,降低残余应力,在使用前进行磁粉或渗透探伤,使热轧轧辊的使用寿命得到提高。关键词轧辊剥落断裂疲劳应力改进41TIANJINMETALLURGY2008年第2期总第146期TIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGY天津冶金型,使得辊身两端产生了局部的接触压力尖峰、两端交变剪应力的增大,加快了疲劳破坏。辊身中部的交变剪应力点,在轧辊磨损的推动作用下,逐渐往辊身内部移动,不易形成疲劳裂纹而轧辊边部磨损较少,最大交变剪应力点基本不动,在其反复作用下,局部材料弱化,出现裂纹。轧钢时,辊面下由接触疲劳引起的裂纹源,由于尖端存在应力集中现象,从而自尖端以与辊身垂直方向向辊面扩展,或与辊面成小角度以致成平行的方向扩展。两者相互作用,随着裂纹扩展,最终造成剥落。支撑辊剥落主要为小块剥落,在轧辊表面产生麻坑或椭球状凹坑,分布于与轧件接触的辊身范围内。212工作辊辊面剥落工作辊与支撑辊接触,同样产生接触应力及相应的交变剪应力。由于工作辊只服役几个小时即下机进行磨削,故不易产生交变剪应力疲劳裂纹。轧钢中,支撑辊与工作辊接触宽度不到20MM,工作辊表面周期性的加热和冷却导致了变化的温度场,从而产生显著的周期效应。辊面表层受热疲劳应力的作用,当热应力超过材料强度的疲劳极限时,轧辊表面便产生细小的网状热裂纹,即龟裂。轧钢时发生卡钢事故,造成轧辊局部温度升高而产生热应力和组织应力。轧件的冷头、冷尾及冷边引起的显著温差,同样产生热应力。当轧辊应力值超过材料强度极限时产生热冲击裂纹。在轧制过程中,带钢出现甩尾、叠轧时,轧件划伤轧辊,也可以形成新的裂纹源。2007年10月,在轧制花纹板时精轧F7上工作辊结合层剥落。分析原因,即由辊面裂纹引起的。22轧辊断裂221轧辊在工作过程中还可能发生突然断辊事故,其断裂部位主要为工作辊的辊身、辊颈处等。因轧制钢种、品种与生产工艺条件差异,各断裂部位所占比例不同。断辊可以是一次性的瞬断,也可以是由于疲劳裂纹发展所致。根据柯垂尔脆断条件KD/2K4G时,才发生脆断。其中应力D晶粒直径K系数G材料的弹性模量有效表面能。也就是说,当和D较大时,易发生脆性断裂,脆性断裂的断面总体平齐。对高铬复合铸铁轧辊,如果轧辊热处理回火不充分,外层组织中会含有大量马氏体、残余奥氏体,导致轧辊铸态应力较高,即值增大和D的增大,是轧辊断裂的内因。轧制机械应力、热应力的叠加是造成轧辊断裂的外因。222锻造工艺不当也会导致轧辊脆性断裂。如终锻温度过低,易形成位于轧辊芯部附近具有“人”字形特征的裂纹。若加上在终锻时控制不当,很容易造成穿晶型裂纹。在锻造变形时,热加工压力过小,变形不合理造成芯部未锻透,仅钢材表面产生塑性变形而内部产生拉应力,当此拉应力超过该区的金属强度时,即可引起内部横裂。我公司2007年11月份断辊事故即由锻造工艺不当所致。223脆性断裂是以轧辊内部的裂纹作为裂纹源。如果轧辊内部存在大量裂纹,在服役过程中,裂纹尖端产生应力集中而快速扩展连接,形成一个较大的裂纹,这种裂纹在交变应力作用下,由内向外逐渐扩大,当裂纹大到一定程度时就发生疲劳裂断。224轧辊组织缺陷也会导致轧辊断裂,轧辊芯部组织不正常球化率低、渗碳体数量过高等导致机械性能显著下降。这种轧辊使用时,由于芯部组织不正常,在热应力的作用下,较薄弱处先被拉裂,然后裂纹迅速扩展,也会导致轧辊断裂。225轧辊铸造缺陷是轧辊辊颈断裂的另一个原因。如果辊颈截面存在铸造缺陷组织较多大面积粗条状、网状渗碳体,芯部疏松空洞区等,都会使材料内应力增大,力学性能下降。因此在辊身发生碰撞时,在外加震动应力与内应力的交互作用下,以脆性相合一些缺陷为核心,萌生出裂纹。由于材料较脆,裂纹便立即扩展产生瞬间裂纹,最终导致辊颈断裂。23轧辊裂纹轧辊裂纹是由于多次温度循环产生的热应力所造成的逐渐破裂,是发生于轧辊表面薄层的一种微表面层现象。轧制时,轧辊受冷热交替变化剧烈,从而在轧辊表面产生严重应变,逐渐导致热疲劳裂纹产生。此种裂纹是热循环应力、拉应力及塑性应变等多种因素形成的,塑性应变使裂纹出现,拉应力使其扩展。24粘辊在生产过程中,如果出现带钢漂移、堆钢、波浪折叠,且由于高压出现瞬间高温时,极易出现带钢与轧辊粘接,致使轧辊出现小面积损伤。“研究与应用WWWCHITJMCOMTJYJTJYJCOMWWWTJYJQKCOMTJYJZZTJYJCOM422008年第2期总第146期天铁热轧1750MM带钢轧机轧辊失效浅析25烧轴承轧辊在使用时,还会因轧辊轴承与辊轴配合间隙过小,润滑不好、辊轴与轴承热膨胀变形不同步等原因,均可导致轴承与轧辊轴发生干摩擦,严重时导致轧辊轴断裂。3控制措施大多数剥落和断裂与轧机操作和轧辊使用不当有关如轧制量过高、换辊周期过长、轧辊修磨量不足、冲击载荷、轧辊工作面压力分布不均、轧制时停机造成轧辊内部温度分布不均、热冲击等。31改善轧辊抗剥落和断裂的措施311提高轧辊的显微组织及硬度均匀性,保证适当的淬透性,提高轧辊的剪切强度和塑性,降低轧辊残余应力。这些多与轧辊制造厂家的制造工艺有关,我们已与邢台轧辊厂、共昌轧辊厂等轧辊制造厂家沟通,厂家也表示改善制造工艺以延长使用寿命、保障我方顺利生产。312轧辊使用前,擦去表面油污、灰尘和锈迹,仔细检查辊身和辊颈表面是否有划痕、压痕、锈斑、裂纹等缺陷,然后用磁粉或渗透探伤设备进行常规检测,再用超声波探伤检查内部是否有缺陷,检验合格后再上线轧钢。轧制时轧辊应有充分的冷却与润滑,防止因轧辊局部过热,导致硬度下降,产生裂纹。轧钢时,尽量防止跑偏、叠轧或带入异物。313正常更换下来的轧辊,或者卡钢等事故后下线的轧辊,多数辊面上存在裂纹,在磨削时一定要全部消除。如轧辊磨削量不够,裂纹残留下来,在下一次使用时这些裂纹将成为疲劳核心。一般先在磨床上磨削04MM后,对轧辊进行涡流探伤,或者辅以硬度检测。如果检测结果合格则进行装配备辊,如果检测结果不合格,则继续修磨,直至把裂纹全部消除。而堆钢下线的轧辊不仅要对表面进行修磨,还要用超声波探伤仪器对其内部进行检查。32控制烧轴承事件发生严格控制轴承质量与润滑效果,有效监控轧辊轴承箱温度,遇有异常问题发生立即停止轧辊使用,更换轴承箱、强制轴承润滑,可解决烧轴承引起的轧辊失效问题。4应用效果经过最近三个月的跟踪、分析,采取了以上措施后,轧辊没有出现断裂、剥落等失效现象,基本上能使用到轧辊辊径下限而正常报废。换辊周期也比以前有所增长,如精轧工作辊轧薄板时65KM左右更换,轧中板时45KM左右更换。精轧支撑辊5万T左右换辊,粗轧支撑辊达到10万T换辊。公司下达的生产指标为年产量200万T板卷,平均每个月的生产任务是17万T,而轧辊使用和更换能够满足生产节奏要求。5结束语经过对轧辊使用失效的研究和控制,减少了轧辊的失效情况,延长了轧辊的使用寿命,且减少了换辊的时间,降低了消耗,降低了成本,还保证了轧辊上线使用的质量。收稿2008325责编崔建华作者简介贾焕美,助理工程师,2004年毕业于燕大机械制造设计及自动化系。现在天铁热轧板厂技术质量部从事技术工作。研究与应用“WWWCHITJMCOMTJYJTJYJCOMWWWTJYJQKCOMTJYJZZTJYJCOM信息博览戚向东大型钢企不大可能在奥运期间关闭中国钢铁工业协会常务副秘书长戚向东近日表示,中国不大可能在今年北京奥运会期间关闭北京周边地区的大型钢铁企业,但可能关闭更多的不符合排放标准的民营钢厂。戚向东表示,“除了首钢,我们没有看到任何关于关闭钢厂的文件,但我们预计周边大型公司如唐山钢铁及邯郸钢铁不会被关闭。如果民营钢厂的污染及排放不达标,他们就不得不采取措施了。“中国已宣布将首钢集团旗下一些工厂关闭两个月以减少夏季奥运会期间及随后举行的残奥会的污染。尽管有关官员曾表示,北京周边五省区市,包括河北、天津、山东、内蒙古及山西将采取整治污染的措施,但未公布具体细节。戚向东续称,他很难估计河北省有多大比例的钢厂可能会被关闭。河北省钢铁产量占据了中国总产量的10。分析师们认为,北京周边地区仍在和中央政府协商,以获得足够动力关闭工厂,从而保证北京的蓝天。43TIANJINMETALLURGY2008年第2期总第146期TIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGYTIANJINMETALLURGY天津冶金UREISLOWERING,THEEQUIPMENTRUNSWELLKEYWORDSMOLTENIRON,DESULFURATIONSYSTEM,JET,SKIMMER,TILTINGCAR,ONLOADCOMMISSIONBRIEFTALKONROLLERFAILUREAT1750MMSTRIPHOTROLLINGMILLJIAHUANMEIGENGLEIABSTRACTTHEAUTHORRESEARCHESTHEFAILUREMANNEROFROLLERANDANALYZESTHECAUSESOFFLAKINGOFF,FRACTURE,CRACK,ETCTHEMEASURESSUCHASIMPROVINGTHEROLLERSSHEARSTRENGTHANDPLASTICITY,LOWERINGRESIDUALSTRESS,TAKINGMAGNETICPARTICLEDETECTIONBEFOREUSEARETAKENANDTHEWORKINGLIFEOFTHEROLLERSAREPROLONGEDKEYWORDSROLLER,FLAKINGOFF,FRACTURE,FATIGUE,STRESS,IMPROVEUPGRADINGOFTHEAIRSUPPLYABILITYOF583BLASTFURNACEBLOWERYANZENGLIYUXIUFENGABSTRACTBYANALYSISONTHEPRESENTCONDITIONOFTHEAIRSUPPLYABILITYOF583TYPEBFBLOWER,THEESSAYPUTSFORWARDTHEIMPROVEMENTMEASURESOFADDINGONEMORESTAGEATTHEFRONTENDOF583BLOWER,PROPERLYADJUSTINGTHEWORKINGRANGEOFTHESTATICVANEANDTHEBLOWERSPEED,INSTALLINGHIGHPRESSUREOILFILTER,IMPROVINGTHESTABILITYOFTHEREGULATINGSYSTEM,ENSURINGTHEBEARINGBUSHTEMPERATUREWITHINTHENORMALRANGEANDETCAFTERTHEMEASURESARETAKEN,THENO2BLOWERSUPPLIESHOTAIRTONO5BLASTFURNACEANDRESULTINGINMORETHAN50TPIGIRONADDITIONALOUTPUTPERDAYTRTGENERATESABOUT100KWHMOREPOWERPERHOURTHEPARTIALCIRCULATINGWATERISSAVEDINAWORD,THEBENEFITSAREGREATKEYWORDSBLASTFURNACE,BLOWER,STATICVANE,AIRCYLINDER,SYSTEM,IMPROVEMENT,LIFTANALYSISONPRODUCTIONPROCESSPROBLEMSOFRAWBENZENEANDTHESOLUTIONSCHENQIJUNABSTRACTTHEPAPERANALYSESTHEPRESENTPROBLEMSINTHERUNNINGOFRAWBENZENEPRODUCTIONSYSTEMATTIANJINTIANTIECOKINGANDCHEMICALCO,LTDANDDISCUSSESTHEFACTORSAFFECTINGTHERAWBENZENEPRODUCTION,YIELDANDWASHOILCONSUMPTIONDURINGPRODUCTION,THEMEASURESOFLOWERINGTHETEMPERATUREOFAFTERCOOLEDDEPLETEDOILBYINCREASINGTHECAPACITYOFOILOILHEATEXCHANGER,CHANGINGTHEREGENERATIVEMETHODOFWASHOILFROMENRICHEDOILREGENERATIONINTOHOTDEPLETEDOILREGENERATIONANDCHOOSINGQUALIFIEDWASHOILFORPRODUCTIONARETAKENTHELOWTEMPERATURERUNNINGATMOSPHEREFORBENZENEWASHINGISENSURED,THEGASCONSUMPTIONISLOWEREDTHERAWBENZENERECOVERYRATEISINCREASEDTHEENTERPRISEECONOMICBENEFITSARERAISEDASWELLKEYWORDSRAWBENZENE,WASHOIL,REGENERATION,OILOILHEATEXCHANGER,RECOVERYRATE,DEPLETEDOIL,ENRICHEDOILDESIGNOFHYDRAULICDRIVESYSTEMFOR45TCONVERTERREPAIRCARTANGGUOXINABSTRACTTHEPAPERINTRODUCESTHEWORKINGPRINCIPLEFORTHECONVERTERREPAIRCARTHEHYDRAULICSYSTEMISREDESIGNEDASPERTHEWORKINGPRINCIPLEANDEXPERIMENTATWOWAYFLOWCONTROLVALVEISADOPTEDTOEQUALIZETHEFLOWRATEDISTRIBUTIONOFTHREECYLINDERSFORTHEREPAIRCARANDTOSYNCHRONIZETHEMOVEMENTOFTHREECYLINDERSTHEPROBLEMOFUNEQUALDISTRIBUTIONOFFLOWRATEVIAPROPORTIONALVALVEINORIGINALDESIGNISEFFECTIVELYSOLVEDANDTHESTABILITYANDRELIABILITYOFTHEEQUIPMENTAREIMPROVEDKEYWORDSCONVERTER,REPAIRCAR,HYDRAULIC,FLOWRATE,CONTROL,EXPANSIONCYLINDERAPPLICATIONOFROOFOPENREPAIRTECHNOLOGYFORCOKEOVENXULIJUANXIEXIAONINGABSTRACTTHETHREEHOLECARBONIZATIONCHAMBERISREPAIREDBYROOFOPENREPAIRMETHODMODIFICATIONSINASPECTSOFHEATINSULATINGFACILITIES,MATERIALDISTRIBUTIONINFURNACE,SLIDINGLAYERSETTING,RESERVATIONOFEXPANSION,VERTIC