高分子材料在軋機牌坊及機架輥安裝面的修復應用

張毅勃，張宇飛，康春

（1.河鋼股份有限公司唐山分公司一鋼軋廠，河北 唐山 063016；2.江南大學，江蘇 無錫 214000）

1 粗軋機機架輥安裝面磨損的分析

（1）機架輥的結構特點。機架輥作為粗軋機的核心設備之一，是熱連軋軋制工藝過程中必不可少的關鍵設備，是將板坯順利送入至下一道軋制工序，對粗軋機咬鋼和拋鋼、提高成品質量起著至關重要的作用。機架輥位于軋機機架內部，分為入口機架輥和出口機架輥（見圖1）。機架輥受高壓水除磷的循環水及氧化鐵皮侵入影響，其工況環境惡劣，受沖擊載荷較大，由于軋機形式不同、板坯規格不同、產品規格不同，其設計方式也有所不同，唐鋼1700熱連軋生產線機架輥的固定形式采用了嵌入式固定方法設計，在機架輥軸承座兩端設有定位部分，機架輥軸承座頂部與牌坊采用楔鍵固定。

圖1 機架輥結構

（2）設備問題和原因分析。1700熱軋線自2005年投產，粗軋機牌坊出、入口4個與機架輥軸承座所配合的面都出現磨損問題，尤其入口處的磨損較為嚴重，磨損量達6mm，出口處的磨損量平均在3mm左右。安裝面磨損后，機架輥標高與軋機窗口中心線平行度均無法保證。機架輥傳動接軸穿牌坊與機架輥通過內外齒連接，由于輥側內齒與傳動軸外齒不同心，使用中經?？ㄋ?，造成機架輥不轉動。由于輥不轉，軋制過程中造成中間坯氧化鐵皮壓入及劃傷，需停產搶修。由于受空間位置及設備結構的影響，每次搶修都在24h以上，嚴重影響產量及產品質量。在軋制過程中，由于機架輥工況的環境惡劣，在咬鋼和拋鋼時機架輥承受較大的沖擊力，由于機架輥的軸承座采用楔鍵進行固定，其裝配方式容易造成預緊力不足，在咬鋼時受沖擊容易造成楔鍵松動，使機架輥軸承座與牌坊配合面出現間隙，造成磨損現象，另外由于機架輥長期處于1100℃左右的高溫和高壓水除鱗的環境下工作，一旦機架輥軸承座和牌坊配合面出現配合間隙后，高溫水汽及氧化鐵皮的侵入會進而加劇牌坊的磨損與腐蝕問題。

2 牌坊本體安裝面磨損的傳統修復方法與高分子材料修復的可行性分析

（1）針對軋機牌坊安裝面的磨損，傳統的修復方法主要有：機械加工去除法。用可移動式銑床在線機加工牌坊磨損面，保證原始形位公差，通過加墊片的方式來補差達到裝配尺寸的要求。但此次修復的粗軋機架輥安裝面為12°的斜面，且在牌坊內側，受牌坊空間結構的影響，移動式銑床刀盤與牌坊干涉，通過機加工的方法不能解決磨損面的問題。需要補焊后在現場機加工，加工出結合面。該方法也得需要機加工步驟，受牌坊結構的影響不能實現。機加工后，激光熔覆。與傳統的堆焊、噴涂、電鍍相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結合好等特點。

（2）高分子復合材料現場修復模式的優勢與可行性分析。①所用材料性能及數據。高分子復合材料是一種由納米材料、金屬粉末、高性能環氧樹脂復合而成的材料。具有耐高溫260℃，抗化學腐蝕，固化后硬度達到Hs70,同時具有高抗壓、抗拉伸及抗剪等特點（抗壓曲線及抗拉曲線見圖2、3）。②現場修復的優勢。使用高分子復合材料進行修復其原理是在不進行機加工的前提下，采用高分子復合材料修復技術在現場進行修復。

圖2 抗壓曲線

圖3 抗拉伸、剪切曲線

3 粗軋機機架輥安裝面采用高分子材料的現場修復工藝及施工

（1）修復方案的制定。針對1700粗軋機機架輥安裝面磨損的問題，經與相關設備專家討論分析后，決定采用福世藍高分子復合材料進行現場修復的方案，利用修復模板對牌坊機架輥部位進行修復。此方案的現場修復精度通過幾個環節保證：依靠加工模板修精度保證修復部位的平面度和光潔度；依靠模板定位螺栓及調節螺栓保證材料厚度及機架輥標高；修復過程采用激光跟蹤儀測量，確保修復面恢復原始精度；依靠材料本身具有的抗壓、抗腐蝕、延展、抗溫等性能進行磨損部位填充，保證修復后的使用壽命（見圖4）。

圖4 方案示意圖

（2）現場施工過程。根據機架輥軸承座的配合尺寸加工30mm的模板，打磨清理表面氧化層后，再進行表面噴砂處理，清洗干凈模板表面，將模板放置到待需修復的部位并焊接定位螺桿，同時在牌坊上焊接與模板定位螺桿對應的定位塊、擋塊，使用激光跟蹤儀選取四點測量標高尺寸（見圖5）及選取兩點測量模板垂直度（見圖6）。

圖5 標高測量

圖6 垂直度測量

根據實測數據，按照原設計要求，調整標高尺寸及垂直尺寸，調整完成后鎖住定位螺桿備帽，用塞尺測量模板與牌坊配合面的間隙并計算材料用量，調和涂抹材料，安裝模板并再次測量尺寸，保證安裝誤差在設計公差范圍內，材料固化后拆卸模板，用砂紙打磨表面，去除材料表面光滑層，清理多余材料。機架輥軸承座刷涂脫模劑，再次調和材料，薄薄一層涂抹至牌坊需修復的表面，以達100%面的配合，安裝機架輥及楔鍵，待材料固化后再次緊固楔鍵，核實尺寸，完成修復。

4 修復后的效果

通過本次配合面修復，進行機架輥安裝面修復前后的對比。本次修復僅用24h，修復后安裝斜面經復測斜面角度及表面粗糙度均符合圖紙設計。機架輥設備安裝后，采用激光跟蹤儀對安裝尺寸進行復測，輥標高滿足±0.2mm,輥中心線滿足圖紙的安裝要求，機架輥接軸安裝后與輥同軸度良好，投產使用后運轉正常。解決了由于傳動接軸與機架輥不同心，而造成機架輥不轉或自由輥對產品質量的影響。

5 結語

通過此次對粗軋機機架輥安裝面的修復，驗證了高分子復合材料在軋機牌坊安裝面磨損后使用的可行性，滿足生產工藝所要求的抗壓、抗沖擊性能。打破了傳統修復工藝修復時間長，修復時需拆除周邊關聯設備等缺點。另外，高分子復合材料修復后的表面是100%面的配合，避免了因冷卻水的侵入所造成設備的二次銹蝕，不僅縮短了修復時間，更延長了設備使用壽命，因此該材料可以應用于其它設備的靜配合面的磨損面上。