减定径机爆辊原因分析

减定径机爆辊原因分析和控制措施

摘要：针对碳化钨辊环的特征和裂辊爆辊的现象，分析了高速线材减定径机辊环在生产过程中发生爆辊的主要原因：辊环装配不当、导卫、辊缝、辊环材质以及冷却条件不好等，从而提出了解决措施。

关键词：碳化钨辊环爆辊控制措施减定径机高速线材

1 前言

武钢高速线材自2006年改造后，为了提高产品表面质量和尺寸精度，双线增加了减定径机组。投产几年以来，由于各方面的原因，在生产过程中经常出现辊环裂，爆辊等生产事故现象，主要集中在减定径机组上，爆辊，裂辊事故频繁发生。造成辊环的不正常消耗，严重影响正常生产，同时也带来生产成本的上升。

2 辊环特性

高速线材减定径机采用的轧辊辊环是碳化钨为主的硬质合金辊环，碳化钨硬质合金辊环由于具有良好的热传导性能，在高温下硬度下降少，耐热疲劳性能好，耐磨性好，强度高等特点：

(1)、硬度高、耐磨性好常温下硬度可HRA78～95，高温下的红硬性好，600℃时超过高速钢，1000℃时超过碳钢的常温硬度值。

(2)、机械强度高抗压强度可高达6000MN/m2，900℃时抗弯强度仍可有1000MN/m2以上。

(3)、弹性模数高常温下刚性较好，无明显的塑性变形。其杨氏模量为钢的2-3倍。

(4)、耐腐蚀性和抗氧化性好耐酸、耐碱，600～800℃时不发生明显氧化。

(5)、线胀系数小在20～400℃的范围内为钢的0.35～0.65。

(6)、电导率与铁、铁合金相近

(7)、热传导率为钢的1/2,铜的1/3。

(8)、密度高硬质合金辊环的密度远大于钢铁，应用于轧钢领域的硬质合金辊环的粘结剂含量在6%～32%,密度大约在12.6～14.9 g/cm3之间。

3 辊环裂辊爆辊现象

（1）辊环的裂辊，在生产过程中有两种现象，一种是环状断裂（见图1），另一种是径向断裂（见图2）。环状断裂时，裂纹发生在轴环孔槽的槽底，并沿着轧槽成环状；径向断裂时，辊环裂纹沿径向呈放射状。据经验，在生产实践中，超额定轧制量轧制后若裂纹修磨不干净容易发生环裂，冷却效果差时容易发生径向断裂。辊环环状断裂比较少见，多数发生径向断裂。

图1 环裂图2径向断裂

（2）辊环爆辊

辊环爆辊（见图3），它是轧制过程中发生的较严重的事故。辊环爆辊危害性极大，因为轧制过程中，轧机高速运转，爆烈的辊环碎片，会损伤其它辊环，导致事故的扩大。辊环碎裂时，碎片经常打伤相邻机架的辊环，损坏锥套和辊轴以及导卫、冷却水管等。甚至损坏辊箱，增加了辊箱修复维护的成本。

图-3

4 爆辊原因分析

4. 1 辊环装配不当

装辊时操作不当。减定径机辊环的装卸有明确的工艺要求，但生产过程中操作工为了求快，往往忽略这些操作工艺要求，在辊环清洁、锥套清洁、辊轴清洁方面做得不够。锥套、轧辊轴在清洗的过程中，如果没有将其表面的氧化铁皮及铁锈、油污、清洗干净，在锥套及轧辊轴上的氧化铁皮、铁锈、会使锥套和轧辊轴的磨损加速。而残留在锥套、辊环、轧辊轴上的油污会降低锥套、辊环、轧辊轴之间的摩擦力，最终造成辊环卸压而导致爆辊。辊环安装时锥套过紧，即锥套插入辊环过深，在加压时张应力过大使辊环发生径向裂纹。装配过松，锥套与辊环产生滑动，造成接触面磨损，会导致锥套与辊环卸压而爆辊。另一方面，操作工装辊时，装辊小车打压力掌握不好，过压，容易造成辊环的断裂。压力过低会造成辊环在轧制过程中卸压而爆辊。再者，操作工在安装辊环时使用铁锤敲击辊环，致使辊环崩裂。

4. 2 导卫安装不正确

减定径机的导卫安装有严格的要求，导卫装偏或没对中轧辊轧槽，那么在每次过钢时轧件会对辊环造成冲击力，最终造成辊环由于所受冲击力过大导致辊环爆辊。导卫与辊环间隙过小或与辊环相接触，轧辊高速转动时与导卫产生摩擦，导致辊环急剧升温而爆辊。

4. 3 辊缝设定不正确

由于减定径机前两架（31-32）是减径作用，压下量教大，后两架（33-34）是定径规圆作用，压下量较小，如果辊缝设定不正确，如前两架辊缝过大，后两架过小，就会导致轧件的每架秒流量发生变化，而造成堆钢，就会对辊环造成大的冲击力、热应力集中造成爆辊。而定径机辊缝过小且承受的轧制力就会大也会造成爆辊。

4. 4 冷却水的原因

冷却水的PH值对辊环的腐蚀影响很大，实验证明，当PH值小于7.2时，对钴的腐蚀加剧，会使得WC颗粒脱落，在轧槽内形成裂纹，裂纹在轧制中进一步延伸，最后造成碎辊。水质PH值大于7.2时，不仅对辊环腐蚀减少，提高寿命，而且对轧机的腐蚀也减少，起了保护作用。冷却水中的悬浮物对辊环的腐蚀影响也很大，固体粒子在轧制时如同磨料的作用，主要对辊环中的粘结相腐蚀，致使轧槽的微裂纹较快的扩大和延长，当微裂纹扩散到一定程度时易造成辊环破裂。

冷却水压力不足也是造成辊环裂辊爆辊的原因之一。辊环冷却水系统水压正常情况下要求0.4～0.6MPa，如果水压过高或过低都会影响辊环的冷却效果。如果水压高于0.6MPa，当水被喷到槽孔后会弹起来，造成对辊环的冷却效果不好，使辊环槽孔的热量没有被及时地带走造成辊环爆辊。如果水压低于0.4MPa，由于辊环转速较高，辊环冷却水会在辊环槽孔形成一层蒸气层，使辊环冷却水不能冲破在辊环槽孔形成的蒸气层，不能把辊环槽孔的热量及时带走，导致辊环爆辊。

4. 5 辊环材质原因

由于减定径机是整个轧线轧机的最后一轧制道次，辊环的转速也是最高，对辊环的磨损也是最大。因此对辊环的材质有一定的要求。不同的产家生产的材质不一样，性能也不一样，且国内生产的和国外生产的又不一样，其强度，硬度是有区别的。因此，在选择各架轧机辊环的材质时就应该将各架所承受的轧制力和冲击力及耐磨性能要充分地考虑进去。否则，如果材质选择不当，进口的与国产的辊环混用，国内不同产家的辊环混用都会造成减定径机爆辊现象的发生。

5控制措施

5. 1规范辊环装配

辊环安装时,轴套与辊环内孔一定要配合适当,不能过紧或松动。轧制时温度升高,硬质合金辊环的热膨胀系数极小,而钢制轴套的热膨胀系数则较大,钢体热膨胀系数约为硬质合金的两倍,辊环内孔将受到钢套热膨胀产生的张力作用,因此,此二者之间的装配需要适当的配合过盈量。在高速棒线轧制生产中,经验表明辊环与轴套较好的过盈配合量为0. 01～0. 03 mm。如果装配过紧,这种张应力可能使辊环发生径向裂纹。因为硬质合金相对钢体而言,其抗张强度差、压强度极高,如果装配过松,那么轧制时,轴套与辊环可能会产生相对滑动,从而可能造成接触面磨损或刮痕,严重的会因局部应力集中而使辊环爆裂,所以要求安装前必须严格检查轴套是否符合标准要求。

辊环在上机使用前要与轴套进行配装。轴套是联结辊环和辊箱轴之间最关键的备件,它的锥度及配装面的洁净程度直接影响辊环能否正常工作，所以每次配装辊环时都必须将辊环和轴套内外表面以及辊箱轴清理干净。

在辊环安装加压过程中，换辊小车压力有严格要求，压力必须保证低压不低入200bar,高压控制在400-500bar之间。

5. 2 控制冷却水

冷却是为了降低轧制时高温对轧槽表面的热应力疲劳冲击，从而减少热裂纹的发生，延缓热裂纹的扩展，并降低温度对腐蚀的促进作用，从而降低龟裂程度，提高辊环使用寿命，防止因热裂纹迅速扩展而造成恶性爆辊。冷却水的压强要求保证在0.4～0.6 MPa；冷却水的水量应控制在250～300l/min；将冷却水的PH值控制在7.5～8.3,可以达到经济的冷却效果,因此要求水处理将冷却水的PH值控制在7.5～8.3 ,对冷却水每天的ph值做记录，并保存下来。