卷取机钳口扇形板改造刍议

冯映科

（宝武装备智能科技有限公司湛江分公司，广东 湛江 524000）

卷取机在冶金领域是重要设备之一，通常卷取机具备不同规格型号的带钢收卷功能。随着轧钢技术的发展，对卷取机的要求越来越高。卷取机效率更高、功能更加完善是未来发展趋势。

1 钳口扇形板

每个卷取机零部件都具有不同的作用，其中钳口有固定和活动两种类型。本文涉及的是活动类型钳口扇形板，其截面形状如图1所示，铰接式连接在卷取机其他部件，其表面具有两个不同圆的弧度，不同弧度间过渡平顺。为了满足卷取的工况要求，钳口扇形板进行了调质处理，并且表面镀铬。钳口扇形板处于卷取机带钢入口处，当带钢进入卷取机时，钳口扇形板与相关部件配合咬合钢带，保证卷筒高速运转时带钢的平稳。卷取机装配如图2所示。

图1 钳口扇形板

图2 卷取机装配截面

2 钳口扇形板改造原因

某热轧厂的卷取机随着生产产品的多样性，当产线增加了7mm厚度某种的带钢时，发现带钢开始部位内弧侧有明显擦伤痕迹。当卷取较厚的带钢时，为了保证钢带头与卷筒紧贴合，钳口部位施加力更大，同时带钢的刚性增强，在卷取过程，两者的高速摩擦，导致带钢发生擦伤的痕迹。基于该产线的需要，必然改造钳口扇形板，在降低硬度的同时尽可能保证钳口扇形板表面的耐磨性，以消除带钢的擦伤风险。

3 钳口扇形板改造关键点

钳口扇形板改造工艺流程：车削钳口扇形板表面镀铬层；车削后钳口扇形板表面探伤；激光熔覆钳口扇形板的表面；通过专用辅助工装装配钳口扇形板，并做静平衡试验；车削激光熔覆后钳口扇形板的表面；着色探伤修复好的钳口扇形板表面；检测表面硬度。

本次改造涉及到两个关键问题，第一个是钳口扇形板的表面硬度匹配，第二个是钳口扇形板的表面车削。后续着重论述。

（1）钳口扇形板的表面硬度匹配。经现场人员对带钢卷取前硬度检测确认，带钢的表面硬度为24HRC，钳口扇形板的表面硬度为高于55HRC。两者的硬度对比分析，由此可知两者的硬度差比较悬殊。随着带钢的厚度增加，带钢也在刚性增强，超出原来产线设计的极限。在原有卷取机高转速情况下，钳口扇形板表面降低与带钢表面硬度一致，可有效减弱带钢擦伤的风险。

激光熔覆通过所需类型的材料在基体上沉积，实现对熔覆层与基体材料之间的冶金结合，保证了表面无缺陷以及熔覆层具有良好的机械性能。激光熔覆过程速热速冷，由此得到较为致密的组织以及良好的力学性能。相对于传统的氩弧焊相比，结合扇形板外形尺寸，采用激光熔覆的方式处理钳口扇形板的表面是最优的方式。

目前，激光熔覆常用的材料有铁基。镍基和钴基合金粉末及陶瓷材料。在冶金行业，铁基和镍基较为常用。铁基材料相对低廉，但铁基材料的耐磨性和耐热性没镍基材料好，因此本次采用镍基材料进行激光熔覆。

针对现有生产带钢的表面硬度，本次选用镍基牌号625，熔覆后的硬度范围在24±3HRC。由于镍基材料具有良好的熔覆性和耐高温性能，因此采用多层熔覆保证一定的机械加工余量即可。其激光熔覆的粉末主要化化学成分C：0.03%、Mo：8%～10%、Fe：1.5%、Mn：0.2%～0.5%、Cr：20%～23%、Si：0.3%～0.5%、Nb：3.15%～3.85%。

本次钳口扇形板的激光熔覆设备功率为3kW；采用纯度大于99.99%的氩气为保护气体，流量为13～25L/min；送粉量为5～7g/min，熔覆枪头移动的速度为1100～1200mm/min。激光熔覆前将粉末烘烤干燥，钳口扇形板的表面采用氧乙炔进行加热，并且防止过烧，钳口扇形板的表面预热的温度为160～180℃。为防止熔覆的缺陷出现，采用多层熔覆时保证层间温度为170℃左右。钳口扇形板的外表面是比较窄但比较长，熔覆外表面采用类似跳焊法进行，分段熔覆表面，以最大程度减少其变形。钳口扇形板激光熔覆操作如图3所示。

图3 激光熔覆操作

钳口扇形板的表面激光熔覆宏观图像如图4所示，经过激光熔覆2层熔覆的效果图。从宏观上观察，激光增材层成形较为良好的表面，熔覆区域未出现孔洞、裂纹等外观可视缺陷，熔覆的宽度较为稳定，每层激光增材层较为均匀。激光熔覆后的激光增材层经车削表面，再进行磁粉探伤，无发现裂纹，说明熔覆的效果良好。

图4 激光熔覆的宏观面貌

（2）钳口扇形板的表面车削。钳口扇形板的表面由R337.5和R381弧形组成，且弧度的圆心不在同一个点上，在涨径和缩径时都能满足使用功能的需求。在激光熔覆后对R337.5和R381弧形进行车削。每套卷取机只有一块钳口扇形板，设计专用辅助工装上完成车削工序。

钳口扇形板的外径较为不规则，无法直接上车床装夹加工，必须通过专用工装辅助进行车削加工。针对该情况，对钳口扇形的两侧面的部位进行定位，利用铰接部位的形状特点，用螺栓进行紧固。

然后对其静平衡配种，按照图5所示钳口扇形板的对面位置开螺纹孔进行螺纹连接配重块，结合实际的生产情况，本次改造的静平衡标准为G16，以保证车削过程转动的可靠性。

图5 钳口扇形板车削前的装配

先粗车后精车，车削后的表面粗糙为3.2，车削完成后借助专用工装的基准，对车削面的外圆进行检测，保证车削的弧度符合图纸要求。经车削后的表面进行着色探伤，并符合图纸要求。检测表面硬度，并符合要求。该改造后的钳口扇形板回装，并上线使用，经过不同规格带钢卷取试验，证明本次改造方法的可行性，从而消除原来7mm带钢摩擦痕迹的问题（图6）。

图6 车削过程的图

4 结语

根据钳口扇形板的改造要求，分析卷取机钳口扇形板技术难点，利用激光熔覆的优势，对钳口扇形板的表面进行改变，满足改造的钳口扇形板的表面技术要求；同时结合钳口扇形板的外形特点，有针对性的制定车削方案，保证车削的平稳性，并在同一个工装上具备两个弧度的加工方式，增强了工装设计的灵活性，满足改造的需求。通过这改造方式，实现了卷取机钳口扇形的表面改造，经现场的使用反馈，该改造取得预期效果，为该类设备改造提供切实有效的方法。