浅谈铸流电磁搅拌装置维修中常见问题及解决方法

高海岩

(上海宝景信息技术发展有限公司 上海：201900)

0 引言

铸流电磁搅拌[1]装置(S-MES)本质为一种能产生行波磁场的磁场发生器，安装在宝钢二连铸二冷区，外形与支撑辊相似，具有体积小、安装方便等特点。该装置能够改善二冷区内钢液的传热、传质条件，能显著提高铸坯的等轴晶率，对减少中心偏析、中心缩孔和疏松都有明显的冶金效果。本文对辊式电磁搅拌[2](下文简称搅拌辊)在使用过程中遇到的各种常见问题进行分析，并提出相应的解决方案，进而提高搅拌辊的周期使用率。

1 搅拌辊组成

搅拌辊是由无磁辊套、感应器(在无磁辊套内部)、支撑头、轴承组件、水密封组件、接线组件等组成，如图1。由于搅拌辊工作环境温度较高，外表有喷淋水，需要对内部的感应器线圈进行水冷并做好密封，既要防止内部的纯水泄漏到辊外影响冷却，又要防止喷淋水进入到接线组件内部。

图1 搅拌辊组成示意图

2 搅拌辊使用常见问题分析及解决方法

2.1 紧固螺栓滑出或断裂问题

搅拌辊常见的问题之一是无磁辊套与支撑头连接处的螺栓松动滑出或断裂。

2.1.1 问题主要原因

(1)装配不良。整根搅拌辊与框架装配轴向尺寸超差较大时，若装配过程中采用撬杠或捶打的方式安装，就会导致轴承转动不灵活。辊套与支撑头连接位置就会受力，辊套与支撑头出现相对转动，导致连接处螺栓滑出或断裂。

(2)润滑不良。搅拌辊在使用过程中会有喷淋水淋到辊身及轴承座上，轴承润滑不足缺油严重时就会导致轴承卡死，无法转动，辊套与支撑头连接位置就会受力，辊套与支撑头出现相对转动，导致连接处螺栓滑出或断裂。

(3)机械磨损。辊套或支撑头使用中磨损、制造中超差、维修更换不当、装配过程中磕碰等都会引起辊套与支撑头尺寸配合不符合设计要求，进而导致辊套与支撑头之间出现相对振动，长时间使用后就会出现连接处螺栓滑出或断裂。

2.1.2 解决方法

(1)针对装配不良出现的问题，要求框架在加工过程中要尺寸正确，满足图纸要求，框架要做好热处理，减少应力变形，将框架与搅拌辊连接处做成有中间转接部件，可以对安装尺寸进行微调，从而减少框架对装配尺寸的影响。搅拌辊在设计的过程中要留有微调余量，装配过程要保证搅拌辊自然落位螺栓紧固顺利，装配紧固完成后检查轴承转动情况，转动辊套，轴承应转动顺滑无卡死点。

(2)针对润滑不良出现的问题，要求搅拌辊在设计时预留加油量观察孔，或者通过观察轴承盖出油情况确认加油量，保证搅拌辊在离线时轴承座内充满油脂。在线使用时要对轴承定期定量进行加油，保证轴承润滑充分。

(3)针对机械磨损出现的问题，要求新制搅拌辊装配时要保证所有零件符合图纸设计要求，维修更换零部件时要注意各辊套与支撑头之间的尺寸配合，保证尺寸配合在图纸要求的公差带范围内。如果辊套与支撑头之间出现磨损，可以选择更换支撑头与辊套进行单配，保证辊套与支撑头之间不发生振动。要定期更换紧固螺栓。制造检测工装，保证搅拌辊自然装配落位后转动灵活，减少螺栓受力。

2.2 绝缘电阻低问题

搅拌辊的感应器是由铁芯、线圈、聚磁组件组成，如图2所示。电磁线按照特定的设计绕制方式绕制在铁芯上，线圈外部配有聚磁组件，并与聚磁组件间留有设计气隙。线圈采用外冷水的形式对线圈进行冷却，固定套及接线柱属于接线组件的一部分，该部分与线圈是影响搅拌辊绝缘电阻[3]的主要部件，详见图3。下面对感应器绝缘电阻降低的常见原因进行分析。

图2 感应器示意图

图3 接线组件示意图

2.2.1 绝缘电阻低常见原因

(1)接线柱位置密封不良。接线柱与紧固套之间采用O型密封圈密封，设备使用过程中受热挤压，O型圈会发生永久性弹性形变，无法复原到原来位置，无法达到密封效果。

(2)固定套与接线柱连接处加工的光洁度、垂直度、平行度及尺寸配合公差达不到设计要求，设备刚开始使用时，因为O型圈弹性较好可以弥补该问题，使用一段时间后，整根搅拌辊就会出现绝缘变低的情况。

(3)引出线绝缘破损或绝缘老化。搅拌辊在使用过程中存在一定振动，引出线弯曲在水箱内，在使用时会与水箱壁摩擦，破坏引出线的绝缘层。引出线绝缘会随着搅拌辊的使用逐渐老化，最终导致绝缘电阻低。

(4)感应器线圈破损或绝缘老化。在装配过程中出现磕碰会导致线圈磨损；零件匹配度不符合设计要求，搅拌辊长时间转动出现擦伤，也会导致线圈磨损；搅拌辊检修过程中水管管口密封不良，管道内进入磁性异物，在搅拌辊使用时电磁力会将导磁异物吸附到某个位置，异物会出现抖动与线圈摩擦，导致感应器绝缘下降甚至与辊套导通；随着搅拌辊的使用，感应器线圈的绝缘层会老化，在绝缘层表面出现皲裂；感应线圈受热引起绝缘层起泡等均会导致搅拌辊的绝缘性能降低。

2.2.2 解决方法

(1)针对O型圈密封不良问题，要求采用耐温及伸缩性能较好的密封圈，并制定搅拌辊的合理使用周期，定期对密封圈进行更换；

(2)针对固定套及接线柱配合问题，需要在装配前检查固定套及接线柱的加工情况，要求满足图纸规定的光洁度、垂直度、平行度及尺寸公差等；

(3)针对引出线绝缘破损问题，在搅拌辊装配过程中，要小心谨慎，尽量不要发生磕碰，引出线的长短要与密封组件的长短适合，即方便装配又不会与密封组件发生磕碰。一般引出线的寿命小于感应器线圈的寿命，要根据设备的使用周期，定期更换引出线；

(4)针对感应器线圈破损或绝缘老化问题，设计时在满足磁场使用性能的前提下算好尺寸链，要留有足够的尺寸空间，防止各部件出现磕碰现象。在装配前要认真检查各部件的尺寸，确保满足设计要求，维修更换零部件时要保证与原部件尺寸一致，减少因为尺寸不匹配出现的线圈磕碰损伤。感应器的线圈绝缘会随着使用逐渐老化，为了缓解绝缘老化现象，可以定期对感应器的线圈进行绝缘保养，从而延长搅拌辊使用寿命。当无法通过绝缘保养满足使用要求时，要及时更换线圈。

2.3 漏水问题

国内搅拌辊的水密封组件大多采用机械密封，少数采用骨架密封。搅拌辊漏水主要原因是机械密封[4]组件部分。漏水问题主要表现为轴承座的注油孔漏水、后轴承盖处漏水、机封盖与轴承座装配处漏水。图5是水密封组件示意图，图6为机械密封[4]示意图，下面针对机械密封组件引起搅拌辊漏水的原因进行分析。

图4 水密封组件示意图

图5 机械密封示意图

2.3.1 漏水问题主要原因

(1)机械密封的O型密封圈发生变形或损伤时，会出现不同程度的漏水；

(2)静环组件与动环组件表面有划痕或磕痕导致静环组件与动环组件啮合不良时，会出现漏水；

(3)弹簧变形或弹簧移位，机械密封静环组件圆周受力不均匀会导致漏水；

(4)当搅拌辊给轴承加润滑油时，如此时无水压，就会因为油压过大导致机械密封移位，再进行通水保压时就会出现漏水。

2.3.2 解决办法

(1)针对密封圈问题，装配前仔细检查，保证密封良好，装配过程中与之相配部件要做好去毛刺处理，不可硬装，需要以手轻轻推进为宜；

(2)针对静环组件与动环组件啮合不良问题，装配前要认真检查静环组件与动环组件的密封面，保证无变形、伤痕；

(3)针对弹簧变形或弹簧移位导致的密封不良问题，在装配前用弹簧计进行挑选，选出弹性形变几乎相同的弹簧，装配中保证所有弹簧都放置良好，无歪斜现象；

(4)针对给搅拌辊轴承加润滑油操作不当产生的漏水问题，要减小加油的压力，或者在加油时保证水密封组件是处于有压状态，减少压差过大引起的机械密封移位。

3 改进效果

采用上述解决方案之后，搅拌辊常见的断螺栓、绝缘电阻低及漏水问题大幅降低，减少了因为搅拌辊故障引起的停机问题，降低了搅拌辊的更换频率。2019年到2021年的数据统计见图6。

图6 2019年-2021年搅拌辊下线问题统计

4 结论

采用上述改进方案后，搅拌辊因为断螺栓、绝缘电阻低及漏水原因导致的停机次数明显减少，搅拌辊的非周期下线率由原来的90%降低到目前的12%，大大降低了设备故障停机率，减少了现场搅拌辊及框架的拆解工作量及工作强度，提高了生产效率。