论文部分内容阅读
[摘要] 卷取设备是钢板卷取轧钢稳定生产的保障，延长设备寿命、提高设备精度是生产出高品质、低成本钢板前提和支撑，同时也是我们设备管理者始终努力方向。
[关建词] 卷取炉 卷轧 改造
前言
安钢3500MM炉卷轧机是05年9月30日投产，引进达涅利技术和关键设备的一条具有国际先进水平的钢材生产线。它与其它国内中厚板生产线的主要区别在于卷取轧制。炉卷轧机投产初期，卷取作业率低，卷取设备故障率居高不下，生产事故繁发，造成设备损坏严重，备件消耗增加。针对在卷轧生产过程中暴露出来的问题和不足，经过科研人员自主功关、不懈的努力，不断进行优化配置，仔细研究与反复论证、实践，最终对炉卷轧机卷取设备系统进行了包含机械、液压、水系统、电器的综合性的系统优化改造工程。炉卷轧机卷取炉设备系统优化改造项目经现场应用，取得了良好的成效，主要体现在以下几个方面：
1、卷取炉卷筒修复
卷取炉卷筒是炉卷轧机生产线上关键的高价值进口设备部件，最初经过七个月的生产使用分别在两端变径处、卷板窗口两端及辊身正中处产生严重的大断面断裂裂纹，总长度达5米以上。这种严重的裂纹失效程度，使卷筒几乎报废。
1.1卷筒损坏形式及化学成分分析
卷筒直径1900mm，长度5230mm，材质ASTM A297HK25（奥氏体耐热钢），属于特大型铸件，截面构造变化复杂，如此大尺寸的卷筒采用整体模型一次铸造在同类设备中极为少见。作为高温下运行的重点设备，出现如此严重的断裂缺陷，其寿命远低于设计寿命，是典型的关键部件早期失效。对失效卷筒进行了多处取样，其典型的化学成分为：
C0.14-0.17 Cr 24-26% Ni 19-22%Mn 1.7%Si 2.3%Mo0.41%
如此的合金成分构成最接近的耐热合金牌号应为美国的310S和中国的1Cr25Ni20,但其含碳量却远高出上述两个牌号。在相同的工况条件下，通常会选择0Cr25Ni20,其含碳量只有0.04%即只相当于该部件的四分之一。由于该卷筒属于特大型工件的整体铸造，制造厂家可能更多的考虑了制作的工艺性特点。然而，卷筒在很短的使用周期即产生严重破坏失效，其材料设计的合理性和适应性就十分值得研究。
从现场清楚地显示：卷筒变径处裂纹扩展，呈现出典型的脆性材料的裂纹宽展特征。如果不及时采取办法处理，裂缝将继续扩张并且延长到槽口，直至完全断开卷筒报废。这是在热疲劳循环载荷的作用下及现场生产条件下产生的致命缺陷，可以说在材料选择取得强度优势的情况下，结构设计和制作工艺未能提供有效的性能保障。
1.2 金相分析及裂纹原因
该设备在使用数月后即出现严重的大尺寸贯穿性裂纹，表现为典型的脆性断裂特征。在修复焊接的技术准备中，钻削和磨削加工也会导致严重的龟裂产生。而且随后又在新件的机加工部位也发现了大量的网状裂纹。如此的裂纹现象与该类合金的低温和高温性能严重不符，肯定存在一个技术要素作为早期失效的主因。为此，在不同部位进行取样进行断口及金相分析。常规金相分析显示以下特征：1晶粒特别粗大，按国家相关标准无法评级；2所有的主次裂纹均沿晶界发展，即沿晶断裂；3 沿晶界形成近乎封闭的网状异相。为此认为卷筒材料的晶界异相和成分偏析，造成晶界脆化，加上钢板撞击等因素，最终导致卷筒沿槽口处出现大断面裂纹，且裂纹有进一步扩大的趋势。该隐患的出现严重制约了卷取轧制生产,同时也带来了重大安全隐患。
1.3焊接修复卷筒及意义
面对卷筒高价格、低寿命、高运行成本的挑战，安钢设备管理部和第二炼轧厂的同志经过艰苦的考察、论证、实验，大胆采用了以材料技术为基础的保养焊接修复核心技术，系统组织实施了焊接及一系列技术措施进行修复。根据现场工况条件对热疲劳性能的影响、卷筒的材质分析及焊接工艺特性等因素，选择焊接材质为：0Cr25Ni20,并制定详细的焊接工艺,对已产生裂纹的卷筒进行焊接处理，经修复后的卷筒平均在线运行12个月，未发生大断面裂纹，运行平稳，消除了重大安全隐患，实现了正常卷取轧制的目标。同时报费卷筒再利用，节约备件费用：430万元。应用保养焊接技术对大断面断裂失效卷筒进行的成功修复不仅在经济上减少了巨大的设备运行成本,在失效分析、焊接工艺控制,焊前焊后处理等多项科研技术上也取得了很多创新成果。借鉴和推广修复技术在高附加值冶金备件中的应用对节约设备运行成本、提高备件运行保障将产生积极的影响。修复过程的材料技术研究和技术创新也为采用新工艺新材料制作长寿命卷筒积累了可靠的技术储备，为该类部件替代進口实现彻底的国产化提供了技术保障。
2、卷取炉夹送辊压下改造——自主创新设计并制作安装设备
卷取炉卷轧时的张力调节和调整是依靠夹送辊的夹持力来调节的,由于“达涅利公司”原设计形式是液压拉力调节，卷轧过程中，夹送辊液压缸是有杆腔工作，其工作压力为16MPa，在卷取轧制时钢板的张力和液压工作压力造成液压管路振动严重，经常出现液压油喷溅和卷取炉耐材振动下落现象，既造成油品浪费，安全生产重大隐患，同时严重影响卷轧产品的钢板表面质量。液压缸处于轧机辊道下面，位置狭窄，并且液压管路、电器线路、水管路密布，轧机精除鳞冷却水直接喷射上去，位移传感器等电器设备经常发生故障，造成钢板改判，并且由于安装位置限制，每次更换传感器必须更换液压缸，更换液压缸需要8个小时，严重制约了卷轧产品的生产，我们技术人员针对夹送辊故障率高的各种原因，重新推敲了“达涅利”的设计思路，并同电器专业人员密切接合从程序上反复论证，最终决定改变了夹送辊压下方式，设计并制作了4000×300×1000的支座，安装在卷取炉的基础框架上，将夹送辊液压缸改到卷取炉上，这样卷轧过程，夹送辊液压缸是无杆腔为工作压力，经过计算，其工作压力可从原来的16MPa降到8MPa，减小了系统振动，由于液压缸、电器线路、传感器、液压管线也离开外冷却水飞溅区域，同时消除了夹送辊的设备电器短路故障，并且避免了由于设备故障带来的严重的生产堆钢事故，通过夹送辊的改造，炉卷轧机卷轧产品的轧成率提高了0.7%，钢板的表面质量也得到了大幅提升，生产突发故障时间减少30小时/每年，保障了卷轧稳定生产。
3、加强设备冷却效果，节约水利资源，净环转浊环改造
由于卷取轧制时轧机区域辊道钢板停留时间长，辊道正反动作频繁，特别是卷取炉所属设备长期受着卷体800度以上高温灼烤，夹送辊、伸缩辊道及其它辊道，经常造成辊子轴承干油碳化，辊子卡死现象。原设计辊子轴承座和辊子内水冷由于净环水的设计压力和管道的压降，到达设备现场压力只有用2公斤，回水压力1.7公斤，压差只有0.3公斤，设备的冷却效果非常差。另外由于卷取区辊子频繁正反转，辊身冷却的旋转接头固定的M8的螺栓全部断到辊子的轴端，造成处理困难，旋转接头消耗增加，净环水流失每天达到3400m3，同时辊子又更加过热影响辊子的使用寿命，造成每年由抢修或检修卷取区更换辊子就达50根，影响生产时间达200小时。根据净环水系统的能力和改造的难度，我们逐步将两个卷取炉之间的所有辊道和穿带板改为浊环水冷却，整个压力提高了1.7公斤，回水排到了冲渣沟，整个辊道冷却效果非常明显。通过卷区域冷却水的改造，轧机区净环水日消耗降到每日400 m3，每日便可节约净环水量3000m3。延长卷取区域辊道使用寿命2倍以上。
4、根据设备特点液压及电器检测信号改造
卷取炉穿带板是钢板卷取的重要设备之一，在卷钢过程中穿带板和穿带导板要依次动作，每次动作要由渐近开关检测到信号后下一步的动作才能开始，卷轧过程中一个信号不到位，就会造成卷轧失败，甚至造成生产事故。由于穿带板和穿插带导板是安装在一根轴上，在钢板的经常的高温下撞击下会出现轻微变形，这样其中一个转轴在转动过程中，由于没有液压回路没有设计液压锁，造成穿带失败。机械、液压、电器专业人员根据现场情况，结合穿带工作原理，反复实践，最终在原有的阀台上将单向液控单向阀更换为双向液控单向阀，并且将原来的限位开关改造成水冷外置传感器。这样增加了设备的稳定性，消除了设备振动现象，提高了穿带板定位精度，大大延长了穿带板的使用寿命，基本杜绝了由于设备原因造成的钢板穿带失败。
5、结束语
炉卷轧机卷取设备的高精度和长期稳定、是轧制出优质钢板的前提和保证。需要我们继续提高对设备的认识，机械、电器、液压、工艺等专业的共同努力，通过对设备的进一步优化、改造，延长设备的使用周期，提高设备的精度，减少卷轧钢板的头尾废，提高钢板成材率，最终生产出高品质、低成本的优质钢板。
[关建词] 卷取炉 卷轧 改造
前言
安钢3500MM炉卷轧机是05年9月30日投产，引进达涅利技术和关键设备的一条具有国际先进水平的钢材生产线。它与其它国内中厚板生产线的主要区别在于卷取轧制。炉卷轧机投产初期，卷取作业率低，卷取设备故障率居高不下，生产事故繁发，造成设备损坏严重，备件消耗增加。针对在卷轧生产过程中暴露出来的问题和不足，经过科研人员自主功关、不懈的努力，不断进行优化配置，仔细研究与反复论证、实践，最终对炉卷轧机卷取设备系统进行了包含机械、液压、水系统、电器的综合性的系统优化改造工程。炉卷轧机卷取炉设备系统优化改造项目经现场应用，取得了良好的成效，主要体现在以下几个方面：
1、卷取炉卷筒修复
卷取炉卷筒是炉卷轧机生产线上关键的高价值进口设备部件，最初经过七个月的生产使用分别在两端变径处、卷板窗口两端及辊身正中处产生严重的大断面断裂裂纹，总长度达5米以上。这种严重的裂纹失效程度，使卷筒几乎报废。
1.1卷筒损坏形式及化学成分分析
卷筒直径1900mm，长度5230mm，材质ASTM A297HK25（奥氏体耐热钢），属于特大型铸件，截面构造变化复杂，如此大尺寸的卷筒采用整体模型一次铸造在同类设备中极为少见。作为高温下运行的重点设备，出现如此严重的断裂缺陷，其寿命远低于设计寿命，是典型的关键部件早期失效。对失效卷筒进行了多处取样，其典型的化学成分为：
C0.14-0.17 Cr 24-26% Ni 19-22%Mn 1.7%Si 2.3%Mo0.41%
如此的合金成分构成最接近的耐热合金牌号应为美国的310S和中国的1Cr25Ni20,但其含碳量却远高出上述两个牌号。在相同的工况条件下，通常会选择0Cr25Ni20,其含碳量只有0.04%即只相当于该部件的四分之一。由于该卷筒属于特大型工件的整体铸造，制造厂家可能更多的考虑了制作的工艺性特点。然而，卷筒在很短的使用周期即产生严重破坏失效，其材料设计的合理性和适应性就十分值得研究。
从现场清楚地显示：卷筒变径处裂纹扩展，呈现出典型的脆性材料的裂纹宽展特征。如果不及时采取办法处理，裂缝将继续扩张并且延长到槽口，直至完全断开卷筒报废。这是在热疲劳循环载荷的作用下及现场生产条件下产生的致命缺陷，可以说在材料选择取得强度优势的情况下，结构设计和制作工艺未能提供有效的性能保障。
1.2 金相分析及裂纹原因
该设备在使用数月后即出现严重的大尺寸贯穿性裂纹，表现为典型的脆性断裂特征。在修复焊接的技术准备中，钻削和磨削加工也会导致严重的龟裂产生。而且随后又在新件的机加工部位也发现了大量的网状裂纹。如此的裂纹现象与该类合金的低温和高温性能严重不符，肯定存在一个技术要素作为早期失效的主因。为此，在不同部位进行取样进行断口及金相分析。常规金相分析显示以下特征：1晶粒特别粗大，按国家相关标准无法评级；2所有的主次裂纹均沿晶界发展，即沿晶断裂；3 沿晶界形成近乎封闭的网状异相。为此认为卷筒材料的晶界异相和成分偏析，造成晶界脆化，加上钢板撞击等因素，最终导致卷筒沿槽口处出现大断面裂纹，且裂纹有进一步扩大的趋势。该隐患的出现严重制约了卷取轧制生产,同时也带来了重大安全隐患。
1.3焊接修复卷筒及意义
面对卷筒高价格、低寿命、高运行成本的挑战，安钢设备管理部和第二炼轧厂的同志经过艰苦的考察、论证、实验，大胆采用了以材料技术为基础的保养焊接修复核心技术，系统组织实施了焊接及一系列技术措施进行修复。根据现场工况条件对热疲劳性能的影响、卷筒的材质分析及焊接工艺特性等因素，选择焊接材质为：0Cr25Ni20,并制定详细的焊接工艺,对已产生裂纹的卷筒进行焊接处理，经修复后的卷筒平均在线运行12个月，未发生大断面裂纹，运行平稳，消除了重大安全隐患，实现了正常卷取轧制的目标。同时报费卷筒再利用，节约备件费用：430万元。应用保养焊接技术对大断面断裂失效卷筒进行的成功修复不仅在经济上减少了巨大的设备运行成本,在失效分析、焊接工艺控制,焊前焊后处理等多项科研技术上也取得了很多创新成果。借鉴和推广修复技术在高附加值冶金备件中的应用对节约设备运行成本、提高备件运行保障将产生积极的影响。修复过程的材料技术研究和技术创新也为采用新工艺新材料制作长寿命卷筒积累了可靠的技术储备，为该类部件替代進口实现彻底的国产化提供了技术保障。
2、卷取炉夹送辊压下改造——自主创新设计并制作安装设备
卷取炉卷轧时的张力调节和调整是依靠夹送辊的夹持力来调节的,由于“达涅利公司”原设计形式是液压拉力调节，卷轧过程中，夹送辊液压缸是有杆腔工作，其工作压力为16MPa，在卷取轧制时钢板的张力和液压工作压力造成液压管路振动严重，经常出现液压油喷溅和卷取炉耐材振动下落现象，既造成油品浪费，安全生产重大隐患，同时严重影响卷轧产品的钢板表面质量。液压缸处于轧机辊道下面，位置狭窄，并且液压管路、电器线路、水管路密布，轧机精除鳞冷却水直接喷射上去，位移传感器等电器设备经常发生故障，造成钢板改判，并且由于安装位置限制，每次更换传感器必须更换液压缸，更换液压缸需要8个小时，严重制约了卷轧产品的生产，我们技术人员针对夹送辊故障率高的各种原因，重新推敲了“达涅利”的设计思路，并同电器专业人员密切接合从程序上反复论证，最终决定改变了夹送辊压下方式，设计并制作了4000×300×1000的支座，安装在卷取炉的基础框架上，将夹送辊液压缸改到卷取炉上，这样卷轧过程，夹送辊液压缸是无杆腔为工作压力，经过计算，其工作压力可从原来的16MPa降到8MPa，减小了系统振动，由于液压缸、电器线路、传感器、液压管线也离开外冷却水飞溅区域，同时消除了夹送辊的设备电器短路故障，并且避免了由于设备故障带来的严重的生产堆钢事故，通过夹送辊的改造，炉卷轧机卷轧产品的轧成率提高了0.7%，钢板的表面质量也得到了大幅提升，生产突发故障时间减少30小时/每年，保障了卷轧稳定生产。
3、加强设备冷却效果，节约水利资源，净环转浊环改造
由于卷取轧制时轧机区域辊道钢板停留时间长，辊道正反动作频繁，特别是卷取炉所属设备长期受着卷体800度以上高温灼烤，夹送辊、伸缩辊道及其它辊道，经常造成辊子轴承干油碳化，辊子卡死现象。原设计辊子轴承座和辊子内水冷由于净环水的设计压力和管道的压降，到达设备现场压力只有用2公斤，回水压力1.7公斤，压差只有0.3公斤，设备的冷却效果非常差。另外由于卷取区辊子频繁正反转，辊身冷却的旋转接头固定的M8的螺栓全部断到辊子的轴端，造成处理困难，旋转接头消耗增加，净环水流失每天达到3400m3，同时辊子又更加过热影响辊子的使用寿命，造成每年由抢修或检修卷取区更换辊子就达50根，影响生产时间达200小时。根据净环水系统的能力和改造的难度，我们逐步将两个卷取炉之间的所有辊道和穿带板改为浊环水冷却，整个压力提高了1.7公斤，回水排到了冲渣沟，整个辊道冷却效果非常明显。通过卷区域冷却水的改造，轧机区净环水日消耗降到每日400 m3，每日便可节约净环水量3000m3。延长卷取区域辊道使用寿命2倍以上。
4、根据设备特点液压及电器检测信号改造
卷取炉穿带板是钢板卷取的重要设备之一，在卷钢过程中穿带板和穿带导板要依次动作，每次动作要由渐近开关检测到信号后下一步的动作才能开始，卷轧过程中一个信号不到位，就会造成卷轧失败，甚至造成生产事故。由于穿带板和穿插带导板是安装在一根轴上，在钢板的经常的高温下撞击下会出现轻微变形，这样其中一个转轴在转动过程中，由于没有液压回路没有设计液压锁，造成穿带失败。机械、液压、电器专业人员根据现场情况，结合穿带工作原理，反复实践，最终在原有的阀台上将单向液控单向阀更换为双向液控单向阀，并且将原来的限位开关改造成水冷外置传感器。这样增加了设备的稳定性，消除了设备振动现象，提高了穿带板定位精度，大大延长了穿带板的使用寿命，基本杜绝了由于设备原因造成的钢板穿带失败。
5、结束语
炉卷轧机卷取设备的高精度和长期稳定、是轧制出优质钢板的前提和保证。需要我们继续提高对设备的认识，机械、电器、液压、工艺等专业的共同努力，通过对设备的进一步优化、改造，延长设备的使用周期，提高设备的精度，减少卷轧钢板的头尾废，提高钢板成材率，最终生产出高品质、低成本的优质钢板。