（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司棒材廠，湖南 湘潭 411100）

湘鋼800軋輥扁頭斷裂原因分析

張群琥，王芝，劉鐵軍

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司棒材廠，湖南 湘潭 411100）

通過(guò)對(duì)湘鋼800可逆式軋機(jī)軋輥扁頭處斷裂的原因進(jìn)行分析，得出斷裂原因。對(duì)正確使用800軋輥起著指導(dǎo)作用，對(duì)可逆式800軋機(jī)軋輥的設(shè)計(jì)也有較好的借鑒意義。

800軋機(jī)；軋輥；扁頭；斷裂；傳動(dòng)

一、生產(chǎn)工藝介紹

2003～2004年年初，湘鋼對(duì)二棒廠軋制生產(chǎn)線進(jìn)行了技術(shù)改造。利用原有廠房、φ800初軋機(jī)及400t剪和公輔設(shè)施，并新增了一些裝置，改造出1條先進(jìn)的半連軋生產(chǎn)線，年產(chǎn)能力達(dá)到90萬(wàn)t。

生產(chǎn)線原料尺寸主要有150mm×150mm×12 000mm、240mm×240mm×6 000mm和430mm×300mm×6 000mm三種。產(chǎn)品規(guī)格為φ50～220mm圓鋼、100mm×100mm、120mm×120mm、130mm×130mm、135mm×135mm出口方鋼及供大盤卷使用的150mm×150mm方坯。主要鋼種有管坯、優(yōu)碳圓、普碳圓、合結(jié)圓鋼、合金管坯、易切削鋼和軸承鋼。

鋼坯軋制時(shí)，經(jīng)加熱后送入800軋機(jī)進(jìn)行粗軋開(kāi)坯。800軋機(jī)采用二輥可逆式粗軋，孔型系統(tǒng)箱型孔型，可變換5、6、7槽3種配輥形式，軋輥零件加工圖見(jiàn)圖1。

軋輥材質(zhì)為半鋼，其合金成分見(jiàn)表1。軋輥有關(guān)參數(shù)和軋槽噸位如見(jiàn)表2。

表1

圖1 800軋輥零件圖

表2

二、斷裂軋輥基本情況

2012年5月6日凌晨發(fā)生軋輥扁頭斷裂事故。該軋輥?zhàn)詈笠淮紊蠙C(jī)，軋制3 000t。新軋輥直徑φ852mm，斷裂時(shí)軋輥直徑φ844mm，該支軋輥共使用2次，累計(jì)軋鋼21 000t。當(dāng)次軋制鋼種為42CrMo及45C。

斷口為下輥扁頭，因扁頭斷裂之后，剝落部分掉到機(jī)架輥軸承座下面無(wú)法取出，但從斷面情況來(lái)看，存在明顯的水印，顏色為深黃色，占整個(gè)斷口面積的30%左右（圖2）；另外斷口肉眼可見(jiàn)3處細(xì)小鑄造缺陷：夾雜、氣孔（圖3）。

圖2 斷裂扁頭位置示意圖

圖3 斷面情況

三、原因查找分析

1．加熱溫度

當(dāng)時(shí)出爐前和出爐期間加熱爐均熱段溫度超過(guò)1 200℃（軋制鋼種為45C），原料加熱按上限進(jìn)行燒鋼，溫度檢查無(wú)異常。

2．800軋輥3 250kW電機(jī)電流檢查

檢查斷扁頭之前軋制電流情況發(fā)現(xiàn)異常，斷裂時(shí)軋制加速共用1．5s時(shí)間，當(dāng)時(shí)最高轉(zhuǎn)速為38r/min，電流最高為1 838A。

2012年5月5日中班，換規(guī)格檢修后，開(kāi)始軋制150規(guī)格軋制道次為13道次，到22∶40左右開(kāi)始減道次為11道次軋制，次日夜班接班后用13道次軋制，到0∶15后直到斷扁頭時(shí)間內(nèi)改為11道次軋制，從電流情況上看可以看出減道次軋制是在800軋槽1孔前2道軋制時(shí)減道次，電流在減道次前后1、2道次明顯增高，13道次軋制電流都低于1 400A，11道次軋制電流都高于2 000A，大部分在2 400A左右。

操作過(guò)程中大壓下量造成電流持續(xù)在高位運(yùn)行，電流越高，軋輥扁頭扭矩越大，長(zhǎng)期的大壓下量使軋輥負(fù)荷增大；另外咬入到加速的持續(xù)時(shí)間較短，增大了軋輥的扭矩。

3．軋輥上線裝配情況檢查

5月5日13∶54分800由于磨瓦更換完這套軋輥后，上一套軋輥直徑為φ824mm，該套軋輥直徑為φ844mm，相差20mm，實(shí)際換輥過(guò)程中，沒(méi)有對(duì)吊瓦位置進(jìn)行調(diào)整，使下輥萬(wàn)象接軸擺動(dòng)幅度增大，高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)因動(dòng)不平衡產(chǎn)生超出本身重量的甩力；另外，上線時(shí)沒(méi)有更換新半圓瓦，舊半圓瓦磨損15mm，使扁頭與瓦之間間隙增大，增大了扁頭的瞬時(shí)沖擊力。

四、軋輥扁頭強(qiáng)度歸納分析

根據(jù)工況得知，扁頭只承受扭矩而不受彎矩?，F(xiàn)場(chǎng)勘查，工件1GBF85055—MB454軋制過(guò)程中存在多處瞬時(shí)電流及轉(zhuǎn)速超標(biāo)現(xiàn)象。就該產(chǎn)品過(guò)程電流及轉(zhuǎn)速記錄120時(shí)刻點(diǎn)，一一核算瞬時(shí)扭矩并得出如下結(jié)論。

(1)瞬時(shí)電流≥2 600A者2時(shí)刻點(diǎn)，占1．67%；瞬時(shí)電流≥2 500A者6時(shí)刻點(diǎn)，占5．00%；瞬時(shí)電流≥2 400A者47時(shí)刻點(diǎn)，占39．17%；瞬時(shí)電流≥2 300A者74時(shí)刻點(diǎn)，占61．67%；電壓一定情況下，電流與扭矩成正比，高電位運(yùn)行，扭矩過(guò)大。

(2)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速＜10r/min者15時(shí)刻點(diǎn)，占12．5%；瞬時(shí)轉(zhuǎn)速＜20r/min者27時(shí)刻點(diǎn)，占22．5%；瞬時(shí)轉(zhuǎn)速＜30r/min者29時(shí)刻點(diǎn)，占24．17%；瞬時(shí)轉(zhuǎn)速＜50r/min者33時(shí)刻點(diǎn)，占27．5%；功率一定情況下，轉(zhuǎn)速與扭矩成反比，低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，扭矩過(guò)大。

(3)扭矩提升倍數(shù)≥10者21時(shí)刻點(diǎn)，占17．5%；扭矩提升倍數(shù)≥5者30時(shí)刻點(diǎn)，占25．0%；扭矩提升倍數(shù)≥3者33時(shí)刻點(diǎn)，占27．5%；扭矩提升倍數(shù)≥2者82時(shí)刻點(diǎn)，占68．3%；綜合考慮功率及轉(zhuǎn)速，對(duì)比額定電流及最大電壓核算得出的“標(biāo)準(zhǔn)扭矩”，表明軋制過(guò)程中，扭矩過(guò)大。

(4)瞬時(shí)使用強(qiáng)度≥1 000MPa者32時(shí)刻點(diǎn)，占27．0%；瞬時(shí)使用強(qiáng)度≥700MPa者40時(shí)刻點(diǎn)，占33．3%；瞬時(shí)使用強(qiáng)度≥500MPa者100時(shí)刻點(diǎn)，占83．3%；扁頭扁寬、扁外圓等輥型尺寸規(guī)格一定情況下，強(qiáng)度與扭矩成正比，軋制過(guò)程中，使用強(qiáng)度過(guò)大。

(5)強(qiáng)度提升倍數(shù)≥10者21時(shí)刻點(diǎn)，占17．5%；強(qiáng)度提升倍數(shù)≥5者30時(shí)刻點(diǎn)，占25．0%；強(qiáng)度提升倍數(shù)≥3者33時(shí)刻點(diǎn)，占27．5%；強(qiáng)度提升倍數(shù)≥2者82時(shí)刻點(diǎn)，占68．3%；扁頭扁寬、扁外圓等輥型尺寸規(guī)格一定情況下，對(duì)比額定電流及最大電壓核算得出的“許用強(qiáng)度”，表明軋制過(guò)程中，使用強(qiáng)度過(guò)大。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果：“斷裂時(shí)軋制加速共用1．5s時(shí)間，當(dāng)時(shí)最高轉(zhuǎn)速為38r/min，電流最高為1 838A。正常3～4s到最高轉(zhuǎn)速80r/min。正常軋制電流有在2 400A左右”。綜合分析認(rèn)為1GBF85055—MB454軋制過(guò)程存在普遍瞬時(shí)電流及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速超標(biāo)現(xiàn)象，該問(wèn)題的產(chǎn)生導(dǎo)致瞬時(shí)扭矩過(guò)大，高扭矩軋制條件下，軋輥長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)服役超過(guò)《湘鋼800軋輥采購(gòu)技術(shù)協(xié)議》中所要求軋輥?zhàn)陨韽?qiáng)度極限，是導(dǎo)致扁頭斷裂的原因。

五、結(jié)語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作實(shí)踐，低轉(zhuǎn)速高電流實(shí)際為帶鋼壓下后帶鋼啟轉(zhuǎn)，形成超低速重載時(shí)刻，此時(shí)超出軋輥扁頭本身的許用強(qiáng)度，造成扁頭斷裂。通過(guò)此次事故，建議如下。

第一，要求軋鋼時(shí)不能擅自違規(guī)減道次軋制，不能帶鋼壓下后快速啟轉(zhuǎn)，軋輥上線必須按要求調(diào)整萬(wàn)向軸托架。

第二，對(duì)后續(xù)傳動(dòng)設(shè)計(jì)方面，建議擴(kuò)大扁頭根部截面積，即設(shè)計(jì)時(shí)將扁頭叉U型槽向外退出50mm左右，增大許用扭矩。

[1] 張俊彥，黃寧寧． 理論力學(xué)[M]． 北京：北京大學(xué)出版社，2004．

[2] 蔡建偉．電路原理（2版）[M]．浙江：浙江大學(xué)出版社，2006．

[3] 文慶明．軋鋼機(jī)械（1版）[M]． 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004．

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