中型粗轧机精度恢复与控制

刘成军 焦自金 刘会军 鲁继峰

1.引言

莱钢型钢厂中型线是以生产H型钢为主的现代化生产线，粗轧机（也叫开坯轧机或BD轧机）为单机座二辊闭口可逆式，作用是将加热好的钢坯轧制成万能精轧机组需要的断面。BD轧机牌坊为闭口式牌坊，具有刚度高、抗冲击性能好的特点。轧机牌坊上部连接有轧机平台，两牌坊之间用钢结构连接，组成BD轧机的机架。压下和平衡机构的传动部分固定在轧机平台上，传动侧和工作侧的压下丝杠分别从各自的轧机牌坊上部穿过，两牌坊的下部安装机架辊，其作用是辅助轧件咬入。牌坊底部设有四个提升轨道及升降液压缸，牌坊内壁装有可拆卸的滑板，轧辊轴承座和滑板的间隙为0.5mm-0.8mm。

轧机牌坊是固定轧机的基本构件，承受着主要的轧制力，轧制精度的保证在主要靠牌坊和轴承座的定位精度来实现。

牌坊常见故障为：牌坊滑板磨损、牌坊与滑板接触表面剥蚀。这些问题会导致轧机轴承座与牌坊滑板间间隙增大。型钢厂今年大修之前，牌坊与滑板的接触面单侧磨损量一度超过5mm，造成牌坊滑板的磨损超量，最终导致轧制过程异常，冲击了万向接轴，大大降低接轴和平衡梁液压缸的使用寿命，同时也造成轧机在线调整困难，无法保证轧制精度，严重降低轧件上翘下弯现象的可控性，加大了对工作辊道等异常冲击，设备故障频发。

BD轧机精度越高，设备运行就越可靠、越稳定，可以稳步提升整体生产线的轧制节奏。随着型钢厂中型生产线产能的不断提升，中型BD轧机常年使用后，牌坊磨损严重，接轴支撑等精度下降，轧机运行不稳定，严重制约了产能，同时导致轧件对设备的异常冲击，造成设备故障，停机率居高不下。例如轧机接轴十字包断裂、压下丝杠断裂、牌坊间隙增大造成轧件下扣头撞击辊道致使辊道断裂、辊道机架断裂、轧件偏心等情况，影响了设备的稳定顺行。因此，恢复BD轧件精度，对全面完成各项生产任务至关重要。

2.存在的问题及原因分析

莱钢中型H型钢生产线设计生产能力50万吨/年，从1998年试生产以来，通过积极组织新技术应用和生产优化，产量逐年升高，2003-2005年分别生产型钢86万吨、107万吨和110万吨。同时，加大新产品开发力度，自主开发了H400*200、I40、C40、美标、欧标等规格品种。随着生产的顺行和产量的提升，设备精度逐渐下降，出现了轧机在线调整困难、孔型失真、轧件腹板偏心、轧件叩头偏头等问题。轧辊轴承承受的惯性力和冲击相应增大，轧机轴承的在线使用寿命降低。轧机接轴十字包断裂、压下丝杠断裂、牌坊间隙增大，造成了轧件下扣头撞击辊道使辊道断裂、辊道机架断裂等情况，设备故障率较高，生产成本居高不下，影响了产能的提高和成材率、合格率等综合经济指标的进一步提升。随着产销研一体化模式的规范运作，订单式生产加大了现场生产组织难度，从而使现场职工的劳动强度大幅增加，迫切需要对现场设备精度进行恢复，近而对设备实施进一步改造。

造成牌坊与滑板接触面及滑板本身磨损的主要原因有：1）工况差。由于牌坊滑板直接与轧机轴承座的侧滑板接触，承受着来自轧件的冲击和轧制过程中巨大的倾翻力，导致在轧制过程中轴承座对滑板的搓动。随着定位销的磨损，滑板的松动与位移，使牌坊及滑板产生了磨损，并且随着磨损后间隙的加大使其工况进一步，形成恶性循环。再加上上辊在轧制过程中的上下移动，也对滑板的磨损产生了一定影响。2）工作环境差、润滑不良。由于上辊冷却水的作用，滑板的润滑效果大打折扣，锈蚀现象特别严重，在恶劣的工况条件下，加剧了牌坊及滑板的磨损速度。3）牌坊固定效果不良。牌坊通过定位销定位，用螺栓固定，在长期负荷作用及锈蚀的影响下，定位销及小孔的磨损会直接影响到定位效果。有些螺栓由于滑板超量磨损，尾部外露被碰断，断掉的螺栓头由于锈蚀，在牌坊的螺栓孔中无法取出，影响固定效果。

3.实施措施

3.1 工况及修复的必要性

根据现场实际测量，目前存在的问题是牌坊面磨损（2mm -5mm），螺栓孔损坏，螺栓断裂，牌坊面出现工作面中间宽上下窄，单边牌坊面倾斜，螺栓孔移位等问题。这些问题均可通过修复来解决，使牌坊焕然一新，不但能提高设备性能，减少维修量，加快换辊速度，提高劳动效率，提高设备运行的平稳性，同时还可大量减少备件消耗。

3.2 具体修复内容

1）BD轧机牌坊滑板安装面磨损修复；2）所有拆卸后的失效螺栓孔修复。

4.修复方案

4.1 技术准备、测量

1）拆除牌坊上的设备。为方便正常施工和铣床的工作，需要提前拆除牌坊内的工作辊、支承辊、平衡梁、导卫等设施。

2）制作工作平台。牌坊修复位置在线机械加工，需要采用公司特制的专业设备。可移动的设备保证了加工的稳定性。现场铣床固定平台一般采用80mm-100mm钢板制作。

3）根据技术要求制定测量方案。平衡缸安装位置中心线要根据安装位窗口的测量结果和安装位两侧无机械摩擦位置来确定，并在牌坊做出永久的基准点。

测量原理：修复前尺寸测量时，吊坠线为压下螺栓中心线的位置，也可以选择与未磨损的牌坊面（尺寸测量间距磨损小的尺寸）一定间距的位置，然后测量同一侧牌坊面的尺寸，对照图纸比较差值，然后计算出牌坊面的单边实际磨损量。简言之最终磨损量的确定需要结合的铅垂线（模拟压下装置虚拟中心线）、未磨损过的基准面、图纸三者结合后得出最终的磨损量。

4）焊接实验。根据牌坊的基体材料、牌坊磨损失效形式，选取适当的焊接材料，在轧机基体上焊接，确认焊接质量、焊接材料与轧机基体的冶金熔合、性能过度、硬度匹配等各参数，结合实验结果，对预定的焊接工艺进行修正优化。

4.2 牌坊面的焊接

1）根据图纸反馈的信息牌坊面尺寸约为2600*1430，共计6个面。

2）用机械手段清除牌坊面表面失效的疲劳层，然后重新测量，确定焊接量及焊接面积。

3）结合磨损量及未磨损的位置，在牌坊面分别制作焊接基准。

4）牌坊面的焊接采用网格焊接技术。该技术是在多年修复牌坊的基础上，结合牌坊的失效形式而开发的一项新技术。采用该技术可在维护牌坊相关挂件寿命的基础上，大大提高牌坊工作面的耐磨性能。该焊接方式是在牌坊面上采用专用牌坊焊接材料焊出一个一个方格，方格的中间焊接采用高强度耐磨焊材。

5）焊接完成后对焊接区域进行粗打磨检查是否有焊量不足的凹坑。之后进行渗透探伤检查是否有裂纹之类的焊接缺陷。

6）侧面滑板面修复。待中间滑板面修复好后再进行修复。

4.3 轧机牌坊面的加工

依据牌坊面的单边加工量，对牌坊面进行机械加工。机床采用专用动力设备，严格控制、执行机加工工艺，控制加工给进量，结合千分尺等测量工具，实时监测尺寸。机加工过程中，不断测量牌坊面的尺寸公差及形位公差，并结果记录。

4.4 轧机牌坊面螺栓孔修复再造

1）首先取出断丝（以往的修复经验，部分螺栓已经断裂）；

2）依照图纸及现场的实际情况画出各螺栓孔的位置；

3）对于已经损坏的螺栓孔进行先扩孔后焊接封堵，封堵的材料与牌坊面相匹配；

4）螺栓孔底孔利用磁力钻加工；

5）钻削完成后，对螺栓孔进行攻丝，用专用设备加工丝孔，以保证加工后的螺栓孔的垂直度；

6）针对上一次修复中螺栓孔的位置，按照图纸位置和技术要求进行修正，满足滑板的互换性。

5 效果评价

项目的实施取得到了良好的效果，中型粗轧机精度得到良好恢复。轧机运行稳定性稳步提升，提高了型钢成材率，解决了影响生产现场的一大瓶颈环节、延长轧辊及轴承使用寿命，为生产稳定、均衡、高产、顺行奠定了基础，设备停机率较以往下降了80%左右，维护成本较以往降低了约50%，创造了可观的经济效益（年创效73万元）。满足了现场生产的需求，同时，大大降低了现场职工的维护作业的劳动强度。型钢产品的质量稳步提升，很好地满足了客户及市场对产品质量的要求。