高海巖

(上海寶景信息技術(shù)發(fā)展有限公司 上海：201900)

0 引言

鑄流電磁攪拌[1]裝置(S-MES)本質(zhì)為一種能產(chǎn)生行波磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生器，安裝在寶鋼二連鑄二冷區(qū)，外形與支撐輥相似，具有體積小、安裝方便等特點(diǎn)。該裝置能夠改善二冷區(qū)內(nèi)鋼液的傳熱、傳質(zhì)條件，能顯著提高鑄坯的等軸晶率，對(duì)減少中心偏析、中心縮孔和疏松都有明顯的冶金效果。本文對(duì)輥式電磁攪拌[2](下文簡(jiǎn)稱攪拌輥)在使用過(guò)程中遇到的各種常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決方案，進(jìn)而提高攪拌輥的周期使用率。

1 攪拌輥組成

攪拌輥是由無(wú)磁輥套、感應(yīng)器(在無(wú)磁輥套內(nèi)部)、支撐頭、軸承組件、水密封組件、接線組件等組成，如圖1。由于攪拌輥工作環(huán)境溫度較高，外表有噴淋水，需要對(duì)內(nèi)部的感應(yīng)器線圈進(jìn)行水冷并做好密封，既要防止內(nèi)部的純水泄漏到輥外影響冷卻，又要防止噴淋水進(jìn)入到接線組件內(nèi)部。

圖1 攪拌輥組成示意圖

2 攪拌輥使用常見(jiàn)問(wèn)題分析及解決方法

2.1 緊固螺栓滑出或斷裂問(wèn)題

攪拌輥常見(jiàn)的問(wèn)題之一是無(wú)磁輥套與支撐頭連接處的螺栓松動(dòng)滑出或斷裂。

2.1.1 問(wèn)題主要原因

(1)裝配不良。整根攪拌輥與框架裝配軸向尺寸超差較大時(shí)，若裝配過(guò)程中采用撬杠或捶打的方式安裝，就會(huì)導(dǎo)致軸承轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活。輥套與支撐頭連接位置就會(huì)受力，輥套與支撐頭出現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致連接處螺栓滑出或斷裂。

(2)潤(rùn)滑不良。攪拌輥在使用過(guò)程中會(huì)有噴淋水淋到輥身及軸承座上，軸承潤(rùn)滑不足缺油嚴(yán)重時(shí)就會(huì)導(dǎo)致軸承卡死，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，輥套與支撐頭連接位置就會(huì)受力，輥套與支撐頭出現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致連接處螺栓滑出或斷裂。

(3)機(jī)械磨損。輥套或支撐頭使用中磨損、制造中超差、維修更換不當(dāng)、裝配過(guò)程中磕碰等都會(huì)引起輥套與支撐頭尺寸配合不符合設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而導(dǎo)致輥套與支撐頭之間出現(xiàn)相對(duì)振動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間使用后就會(huì)出現(xiàn)連接處螺栓滑出或斷裂。

2.1.2 解決方法

(1)針對(duì)裝配不良出現(xiàn)的問(wèn)題，要求框架在加工過(guò)程中要尺寸正確，滿足圖紙要求，框架要做好熱處理，減少應(yīng)力變形，將框架與攪拌輥連接處做成有中間轉(zhuǎn)接部件，可以對(duì)安裝尺寸進(jìn)行微調(diào)，從而減少框架對(duì)裝配尺寸的影響。攪拌輥在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要留有微調(diào)余量，裝配過(guò)程要保證攪拌輥?zhàn)匀宦湮宦菟ňo固順利，裝配緊固完成后檢查軸承轉(zhuǎn)動(dòng)情況，轉(zhuǎn)動(dòng)輥套，軸承應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)順滑無(wú)卡死點(diǎn)。

(2)針對(duì)潤(rùn)滑不良出現(xiàn)的問(wèn)題，要求攪拌輥在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留加油量觀察孔，或者通過(guò)觀察軸承蓋出油情況確認(rèn)加油量，保證攪拌輥在離線時(shí)軸承座內(nèi)充滿油脂。在線使用時(shí)要對(duì)軸承定期定量進(jìn)行加油，保證軸承潤(rùn)滑充分。

(3)針對(duì)機(jī)械磨損出現(xiàn)的問(wèn)題，要求新制攪拌輥裝配時(shí)要保證所有零件符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，維修更換零部件時(shí)要注意各輥套與支撐頭之間的尺寸配合，保證尺寸配合在圖紙要求的公差帶范圍內(nèi)。如果輥套與支撐頭之間出現(xiàn)磨損，可以選擇更換支撐頭與輥套進(jìn)行單配，保證輥套與支撐頭之間不發(fā)生振動(dòng)。要定期更換緊固螺栓。制造檢測(cè)工裝，保證攪拌輥?zhàn)匀谎b配落位后轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，減少螺栓受力。

2.2 絕緣電阻低問(wèn)題

攪拌輥的感應(yīng)器是由鐵芯、線圈、聚磁組件組成，如圖2所示。電磁線按照特定的設(shè)計(jì)繞制方式繞制在鐵芯上，線圈外部配有聚磁組件，并與聚磁組件間留有設(shè)計(jì)氣隙。線圈采用外冷水的形式對(duì)線圈進(jìn)行冷卻，固定套及接線柱屬于接線組件的一部分，該部分與線圈是影響攪拌輥絕緣電阻[3]的主要部件，詳見(jiàn)圖3。下面對(duì)感應(yīng)器絕緣電阻降低的常見(jiàn)原因進(jìn)行分析。

圖2 感應(yīng)器示意圖

圖3 接線組件示意圖

2.2.1 絕緣電阻低常見(jiàn)原因

(1)接線柱位置密封不良。接線柱與緊固套之間采用O型密封圈密封，設(shè)備使用過(guò)程中受熱擠壓，O型圈會(huì)發(fā)生永久性彈性形變，無(wú)法復(fù)原到原來(lái)位置，無(wú)法達(dá)到密封效果。

(2)固定套與接線柱連接處加工的光潔度、垂直度、平行度及尺寸配合公差達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，設(shè)備剛開(kāi)始使用時(shí)，因?yàn)镺型圈彈性較好可以彌補(bǔ)該問(wèn)題，使用一段時(shí)間后，整根攪拌輥就會(huì)出現(xiàn)絕緣變低的情況。

(3)引出線絕緣破損或絕緣老化。攪拌輥在使用過(guò)程中存在一定振動(dòng)，引出線彎曲在水箱內(nèi)，在使用時(shí)會(huì)與水箱壁摩擦，破壞引出線的絕緣層。引出線絕緣會(huì)隨著攪拌輥的使用逐漸老化，最終導(dǎo)致絕緣電阻低。

(4)感應(yīng)器線圈破損或絕緣老化。在裝配過(guò)程中出現(xiàn)磕碰會(huì)導(dǎo)致線圈磨損；零件匹配度不符合設(shè)計(jì)要求，攪拌輥長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)出現(xiàn)擦傷，也會(huì)導(dǎo)致線圈磨損；攪拌輥檢修過(guò)程中水管管口密封不良，管道內(nèi)進(jìn)入磁性異物，在攪拌輥使用時(shí)電磁力會(huì)將導(dǎo)磁異物吸附到某個(gè)位置，異物會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)與線圈摩擦，導(dǎo)致感應(yīng)器絕緣下降甚至與輥套導(dǎo)通；隨著攪拌輥的使用，感應(yīng)器線圈的絕緣層會(huì)老化，在絕緣層表面出現(xiàn)皸裂；感應(yīng)線圈受熱引起絕緣層起泡等均會(huì)導(dǎo)致攪拌輥的絕緣性能降低。

2.2.2 解決方法

(1)針對(duì)O型圈密封不良問(wèn)題，要求采用耐溫及伸縮性能較好的密封圈，并制定攪拌輥的合理使用周期，定期對(duì)密封圈進(jìn)行更換；

(2)針對(duì)固定套及接線柱配合問(wèn)題，需要在裝配前檢查固定套及接線柱的加工情況，要求滿足圖紙規(guī)定的光潔度、垂直度、平行度及尺寸公差等；

(3)針對(duì)引出線絕緣破損問(wèn)題，在攪拌輥裝配過(guò)程中，要小心謹(jǐn)慎，盡量不要發(fā)生磕碰，引出線的長(zhǎng)短要與密封組件的長(zhǎng)短適合，即方便裝配又不會(huì)與密封組件發(fā)生磕碰。一般引出線的壽命小于感應(yīng)器線圈的壽命，要根據(jù)設(shè)備的使用周期，定期更換引出線；

(4)針對(duì)感應(yīng)器線圈破損或絕緣老化問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)在滿足磁場(chǎng)使用性能的前提下算好尺寸鏈，要留有足夠的尺寸空間，防止各部件出現(xiàn)磕碰現(xiàn)象。在裝配前要認(rèn)真檢查各部件的尺寸，確保滿足設(shè)計(jì)要求，維修更換零部件時(shí)要保證與原部件尺寸一致，減少因?yàn)槌叽绮黄ヅ涑霈F(xiàn)的線圈磕碰損傷。感應(yīng)器的線圈絕緣會(huì)隨著使用逐漸老化，為了緩解絕緣老化現(xiàn)象，可以定期對(duì)感應(yīng)器的線圈進(jìn)行絕緣保養(yǎng)，從而延長(zhǎng)攪拌輥使用壽命。當(dāng)無(wú)法通過(guò)絕緣保養(yǎng)滿足使用要求時(shí)，要及時(shí)更換線圈。

2.3 漏水問(wèn)題

國(guó)內(nèi)攪拌輥的水密封組件大多采用機(jī)械密封，少數(shù)采用骨架密封。攪拌輥漏水主要原因是機(jī)械密封[4]組件部分。漏水問(wèn)題主要表現(xiàn)為軸承座的注油孔漏水、后軸承蓋處漏水、機(jī)封蓋與軸承座裝配處漏水。圖5是水密封組件示意圖，圖6為機(jī)械密封[4]示意圖，下面針對(duì)機(jī)械密封組件引起攪拌輥漏水的原因進(jìn)行分析。

圖4 水密封組件示意圖

圖5 機(jī)械密封示意圖

2.3.1 漏水問(wèn)題主要原因

(1)機(jī)械密封的O型密封圈發(fā)生變形或損傷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不同程度的漏水；

(2)靜環(huán)組件與動(dòng)環(huán)組件表面有劃痕或磕痕導(dǎo)致靜環(huán)組件與動(dòng)環(huán)組件嚙合不良時(shí)，會(huì)出現(xiàn)漏水；

(3)彈簧變形或彈簧移位，機(jī)械密封靜環(huán)組件圓周受力不均勻會(huì)導(dǎo)致漏水；

(4)當(dāng)攪拌輥給軸承加潤(rùn)滑油時(shí)，如此時(shí)無(wú)水壓，就會(huì)因?yàn)橛蛪哼^(guò)大導(dǎo)致機(jī)械密封移位，再進(jìn)行通水保壓時(shí)就會(huì)出現(xiàn)漏水。

2.3.2 解決辦法

(1)針對(duì)密封圈問(wèn)題，裝配前仔細(xì)檢查，保證密封良好，裝配過(guò)程中與之相配部件要做好去毛刺處理，不可硬裝，需要以手輕輕推進(jìn)為宜；

(2)針對(duì)靜環(huán)組件與動(dòng)環(huán)組件嚙合不良問(wèn)題，裝配前要認(rèn)真檢查靜環(huán)組件與動(dòng)環(huán)組件的密封面，保證無(wú)變形、傷痕；

(3)針對(duì)彈簧變形或彈簧移位導(dǎo)致的密封不良問(wèn)題，在裝配前用彈簧計(jì)進(jìn)行挑選，選出彈性形變幾乎相同的彈簧，裝配中保證所有彈簧都放置良好，無(wú)歪斜現(xiàn)象；

(4)針對(duì)給攪拌輥軸承加潤(rùn)滑油操作不當(dāng)產(chǎn)生的漏水問(wèn)題，要減小加油的壓力，或者在加油時(shí)保證水密封組件是處于有壓狀態(tài)，減少壓差過(guò)大引起的機(jī)械密封移位。

3 改進(jìn)效果

采用上述解決方案之后，攪拌輥常見(jiàn)的斷螺栓、絕緣電阻低及漏水問(wèn)題大幅降低，減少了因?yàn)閿嚢栎伖收弦鸬耐C(jī)問(wèn)題，降低了攪拌輥的更換頻率。2019年到2021年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖6。

圖6 2019年-2021年攪拌輥下線問(wèn)題統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

采用上述改進(jìn)方案后，攪拌輥因?yàn)閿嗦菟ā⒔^緣電阻低及漏水原因?qū)е碌耐C(jī)次數(shù)明顯減少，攪拌輥的非周期下線率由原來(lái)的90%降低到目前的12%，大大降低了設(shè)備故障停機(jī)率，減少了現(xiàn)場(chǎng)攪拌輥及框架的拆解工作量及工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。