连铸设备弯曲段耳轴与足辊的加工修复研究.pdf

冶金与材料第 43 卷连铸设备弯曲段耳轴与足辊的加工修复研究奚伟（南京钢铁股份有限公司，江苏 南京210035）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 43 卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.43 No.8Aug.2023摘要：连铸设备的弯曲段在实际生产中受到各种因素的影响，导致结构变形及整体精度降低，最终影响产品的质量。为提高弯曲段精度和质量，需要选择有效的焊剂，采取关键堆焊修复技术，同时还要明确堆焊工艺参数，加强控制力度。为保障连铸设备弯曲段发挥其作用，此课题收集与弯曲段耳轴和足辊修复相关的资料和数据，探究出连铸设备弯曲段耳轴和足辊加工修复流程和对策，针对校正修复、加工修复和修复成本三方面分析出足辊加工修复的可行性，以期能为各部门提供参考。关键词：连铸设备；连铸弯曲段；耳轴；足辊作者简介：奚伟（1996），男，江苏扬州人，主要研究方向：板材钢轧。板坯连铸机的核心设备即弯曲段，板坯的生产质量受弯曲度精度的直接影响。在实际应用中，弯曲度因足辊与耳轴安装面精度具有明显的超差，导致质量不符合预期，所以为提高机床工艺性能，有必要将研究视角集中在耳轴和足辊加工修复上。1连铸设备弯曲段结构分析连铸设备的弯曲段结构相对复杂，具备较大的机械质量，内部结构相对庞大，受载荷情况多元是弯曲段结构特征。上框架、下框架、上下二冷辊是弯曲段装配结构。同时对上下排辊子开口精度提出了一定的要求，要将精度控制在 0.3mm 以内。在实际装配与安装中，要定位耳轴，将其安装在定位槽中，弯曲段重量与规格信息如下：重约 30t，规格尺寸为4200mm、3400mm、2700mm。横向两根大梁连接了框架，纵向由钢结构进行连接，4根导柱连接了上下框架。耳轴强度信息如下所示：两点悬挂是定位安装弯曲段机架的主要方式，因此在正常工作状态下，弯曲段所能承受的载荷基于重力方向上会向耳轴座上传递，在作业期间让两耳轴承受的机械应力和热应力较大，两点在接触之后会不断摇摆，加剧耳轴的变形与磨损，针对弯曲段耳轴的定位和安装也提出了较高的精度要求，基于平行度角度要求耳轴为 0.1mm，足辊平面度要求精度 0.1mm咱1暂。2对连铸设备弯曲段耳轴与足辊加工修复的可行性分析2.1校正修复从收集到的与工况相关的数据可以了解，长时间应用架体导致架体变形扭曲是影响弯曲段精度和质量的原因。基于结构角度来分析，在横向角度，耳轴定位在大梁两端上，所以和大梁属于整体结构，在大梁框架的内侧连接了六块复板，发挥的作用即保障框架刚性。随着大梁的扭曲变形，也会影响足辊的安装面，因此基于结构角度无法通过调整大梁来提高精度和质量，究其原因，因对安装位置精度要求较高，无法控制调校，满足不了较高的精度要求。再加上大梁属于框架结构，无法对变形扭曲加以校正来保障精度咱2暂。2.2加工修复为实现加工修复的效果，要基于弯曲段的重量、位置、规格等方面来做出综合考虑：第一，关注设备。保障工作台行程超出 5m，荷载并满足 30t 的要求；第二，应用的辅具和刀具可以发挥效果，用于足辊与耳轴安装斜面的加工；第三，具备起重设备。引进的起重设备要符合工作台的工件规格，必要时要扩展设备的工艺性能，保障加工修复的质量。2.3修复成本分析修复成本和购置崭新的备件成本比值来判定是否具备修复的价值。要保障设备应用周期，将比值控制在总价的 0.1%0.4%以内。据资料显示：一套崭新的弯曲段框架成本约 90 万，成本相对较高，属于价值较大的备件。所以在修复期间，要在各部门都能接受的范围内来控制修复成本，也要多次对比修复方案，以此满足修复的要求。3连铸设备弯曲段耳轴与足辊修复难点与工艺流程3.1修复难点在具体工艺实操中，主要难点是对耳轴的修复。通常情况下，很多公司在初始设计和制作上将两端的耳轴和大梁设置为整体结构，保障耳轴可以承担备件重量。然而在实际修复中还存在耳轴修复较难等问题，为恢复精度，无法应用镗孔镶轴的工艺方式。究其原因，100第 8 期镶轴深度由于受到结构因素的影响会受到限制，对其深度有所要求，不得超出 150mm 的深度，此深度的限制，让其无法满足受力的需求，在修复期间安全风险较多，所以不得采用。因此，堆焊加工是唯一能应用的工艺方式。堆焊是对变形量进行补偿加工，让其恢复到原有的精度，在应用此种加工方式上，用何种方式来加工轴外圆是加工和修复的难点。数铣加工外圆是主要的加工方式，在加工和修复中，如何有效的加工外圆是主要的难点。为改善此问题，会引进一种崭新的加工方式，即联动数控的 xy 两轴，变成保持 xy 两轴不动，刀具绕着轴旋转切削，应用空心管来制作刀杆，一端连接机床主轴，一端与镗刀的安装方式相垂直定位在管壁外端，空心管内部穿过耳轴，于耳轴外圆处用刀头切削，应用此种加工和修复方式能对外圆加工较难等问题予以解决咱3暂。3.2工艺流程前文综合分析了弯曲段结构以及修复的问题，下文重点探究出弯曲段的修复流程：第一，检测上机，对足辊和耳轴的变形数据做出测试并及时记录；第二，焊前的加工，对工件进行校正，铣出加工和校正的基准，并在堆焊完成之后以此为基准进行加工和校正，为后续的堆焊作业奠定坚实的基础；第三，堆焊，将堆焊的位置集中在变形安装处，应用不锈钢焊条来堆焊安装面。应用圆周焊来堆焊耳轴处；第四，控制时间，将时间控制在一周，对焊接应力加以释放，尽最大可能的降低加工变形的概率；第五，实施加工，以安装面为基础，应用刀具对耳轴进行加工；第六，回装，将耳轴铜套和足辊安装面的槽进行回装。3.3具体的实施在修复完毕之后，要在旋转工作台上水平的放置工件，保障足辊面朝上，校正使用状态，检测耳轴平面度与平行度，要应用打表的方式来进行。收集显示的数据信息，了解各足辊面基准的数据，对下次加工的校正基准进行铣出，对疲劳层进行去除，此时要进行推焊作业，将需加工且无余量的面进行堆焊。加工耳轴时，要选择加工效率较高的方式，即应用螺旋铣出粗堆焊层余量 1mm，完成足辊面粗精的加工作业。特别要注意的是，要应用专用的刀具对耳轴进行精加工，此举的主要目的是释放加工应力，减少应力对加工精度产生的不利影响。在实施加工和修复之后，综合检测到的数据，分析数据是否满足生产和图纸的要求。4保障连铸设备弯曲段质量和精度的对策4.1连铸设备修复原则在连铸设备修复期间，各部门要将关注重心集中在焊丝的修复上，要结合不同的工况选择不同的修复方法：第一，针对结晶器足辊，此处具备较高的工作温度，也会影响辊体冷却条件，足辊平面容易发生氧化和腐蚀，从而导致足辊的变形和弯曲。第二，弯曲段连铸辊。连铸辊会受到机械力的作用，钢坯高温和喷淋水冷彼此作用，让辊面氯化铁盐与水发生反应形成酸，腐蚀足辊平面，产生失效，热疲劳裂纹是失效的主要模式。第三，水平段连铸辊。在现实工作时，连铸辊直接接触已凝固的温度较高的铸坯，此时连铸辊具备较大的机械受力，产生失效，辊面磨损是主要的失效模式咱4暂。参照不同的连铸辊工况，在现实应用中要做好不同型号焊丝的选择：第一，应用 YMD414N，此焊丝会在弯曲段连铸辊堆焊修复中应用，应用此种型号的焊丝，不但能改善腐蚀情况，也可以显著提高耐热疲劳的性能；第二，应用 YMD423，一般会在水平段和弯曲段连铸辊堆焊修复中应用，此型号的焊丝在堆焊修复过后可以保障硬度达到生产需求，同时具备较高的耐磨性和抗氧化能力，总的来说性能优异。4.2焊剂的选用造渣是焊剂发挥的主要作用，焊剂能对焊缝金属的化学成分进行控制。在避免气孔、裂纹等缺陷产生的同时，提高焊缝金属的力学性能，结合焊接工艺的实际需求，在选择焊剂上要坚持以下原则，即具备较佳的稳弧性能，生产的熔渣透气性，密度和熔点符合预期，熔渣在凝固之后形成的渣壳脱渣性能良好。成分均匀、具备较高的颗粒强度、容易储存是熔炼焊剂的优势和特征。虽然此种焊剂在生产中广泛应用，但也存在其缺陷，即无法加入铁合金与脱氧剂，烧结焊剂在应用过程中没有高温熔炼的过程，所以在其中可以添加铁合金与脱氧剂，烧结焊剂一般会在堆焊和焊接高合金钢中应用，同时此焊剂具有较好的脱渣性能，对比熔炼焊剂来说，具备的优势较大，也可以保障焊接的性能。4.3堆焊工艺参数和控制焊接电流、干伸长度、线速度以及电弧的电压都属于堆焊工艺的主要参数，为保障堆焊修复的质量和效率，要明确焊接的尺寸。选择适合的焊接尺寸，不但可以降低生产成本，对降低焊丝的消耗也有现实意义。结合数据和资料显示：通常选择的焊接单层厚度要保持在 22.5mm 左右。在实施堆焊修复期间，要注意以下事项：可以在设计焊层期间对各个参数进行微调，以期发挥修复作用，保障焊道质量。对焊道厚度做出严格的控制，坚持薄层多焊的原则，避免为提高堆焊效率和质量，过烧焊道降低焊道质量的现象。对层间温度做出严格的控制，因连铸辊具备较小的尺寸，在堆焊修复时热输入量较大，所以会升高表面的温度，建议要结合工矿信息和实际情况，应用鼓风机降温的方式来进行操作。奚伟：连铸设备弯曲段耳轴与足辊的加工修复研究101冶金与材料第 43 卷5连铸设备弯曲段常用修复方法和修复技术5.1常用的修复方法第一，堆焊修复法。在现代材料加工和制造领域不可或缺的一种工艺方式即堆焊。堆焊修复方法能发挥经济有效的特点，带极埋弧焊和明弧焊是连铸辊堆焊工艺的主要内容咱5暂。第二，喷涂修复。喷涂修复的原理如下所示：应用燃气和电弧等热源，熔化或半熔化被喷涂的涂层材料，使其在气流的作用下雾化变为高温颗粒，并将其喷射到基体表面上，形成带有一定功能的涂层，因各机械零件所处的环境和应用的工况有所不同，所以零件磨损的方式相对复杂，在喷涂修复期间，为适应不同工况的要求，也会采取不同的工艺。比如美国公司会将涂层分为耐高温，耐磨损和绝缘涂层等，也会应用不同的工艺手段，设备和材料来进行喷涂修复。热喷涂技术存在以下缺陷：在喷涂较小的工件上会出现热变形的现象；于在对深孔或小孔喷涂期间面临困难；盂对比堆焊层来说，喷涂层无法承受巨大的冲击；在实施喷涂操作中，在空间会分散较多的粉尘，人体长时间的吸入会对身体产生伤害，所以在热喷涂技术应用期间，操作人员要佩戴防护服，空间内也要配置通风设备。第三，应用其他的修复方式。一些企业为提高修复效率，会利用削减辊子直径的手段，去除连铸辊表面的裂纹，将其变为其他尺寸的辊子。比如会应用复合辊套法，也会应用离心浇筑修复法，上述方法在各个领域已有成功的范例。此外，在连铸辊操作和加工中，因所处特殊的工作环境，应用何种材料都无法避免产生裂纹，所以在实际操作中，要实施有效的对策，对裂纹的产生和扩展严格控制，做好加工与修复工作，提高其再生寿命，修复完成后，不但可以延长应用周期，还可以降低停机时间和维修的费用。5.2堆焊修复技术第一，做好焊前的准备工作。加工是焊前准备工作的主要内容，其主要目的是为了削掉连铸辊表面的龟裂和裂纹，将连铸辊表面缺陷进行消除，还要去除辊面的铁锈和油污。加工完成之后还要进行探伤，对加工后连铸辊是否合格进行检测。同时要进行预热，在堆焊机床上放置不存在质量缺陷的连铸辊，应用三爪卡盘将其夹紧，在此期间应用火管对其加热。第二，堆焊。一般情况下会应用明弧焊堆焊的修复方式，保障材料表面的硬度和耐磨性符合工况的实际需求是堆焊操作的主要目的。同时在堆焊操作与修复期间，要求相关人员要做好施焊以及焊缝返修等数据的记录，同时要求焊接人员专业技能和综合素养符合预期。在实际操作中严格参照焊接的工艺指导书来进行，应用的焊接材料要符合行业标准，应用的焊接工艺要符合指导规范。在产品施焊期间，要严格按照工况情况以及焊接的工艺流程来进行，比如对过渡层进行堆焊时，要预热连铸辊，结合母体的材料来确定预热的温度；在对堆焊层进行熔敷时，要明确预热温度的范围，保障堆焊材料在冷却期间不会发生马氏体的转变；针对较大直径的连铸辊，要适当延长预热的时间。特别要注意的是，在预热期间要保持堆焊过程的连续，中间不得停顿，以免影响修复效率。在焊缝返修期间，一旦经过检测出现了超标缺陷，要第一时间分析产生缺陷的原因，并实施应对举措。第三，做好焊后的处理。为避免堆焊冷却期间产生裂纹，在焊后要及时进行缓冷的处理，实施不同的保温方法，比如堆焊完成的连铸辊，要应用石棉布将其包裹，针对冷却之后的连铸辊可以对其进行粗加工，相关人员用肉眼观察连铸辊表面是否存在气孔和裂纹等缺陷，也可以应用探伤仪对辊子焊接缺陷进行深层次的检测，结合检测信息来选择是否入库，第四，进行无损检测。保障连铸辊质量的另一种检测手段即无损检测，相关人员要参照无损检测的工艺和流程来制定检测方案，同时也要做好检测参数和质量信息的记录。6结论此课题以连铸设备弯曲段耳轴和足辊加工修复为研究主体，探究了连铸设备弯曲段的结构，分析了耳轴和足辊加工修复的可行性，加工难点及工艺流程，同时也提出了保障连铸设备质量和精度的对策。在耳轴和足辊修复上，耳轴的修复是主要的难点，针对于此，可应用堆焊加工修复的方式，保障恢复其原有的精度，为提高连铸设备的应用寿命，要合理的选择焊剂和焊丝，也要明确堆焊操作的工艺参数，实施有效的控制对策，以此提高连铸辊的质量，来满足各个企业的生产需求。参考文献1 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