CL0501-轧辊破坏常见原因分析及对策
案例简要说明:依据国家职业标准和金属材料及热处理技术、材料成型与控制技术专业教学要求，归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。该案例是轧钢设备使用与维护事故案例，体现了轧辊材质及其力学性能等知识点和轧钢工、设备点检工的岗位操作技能，与本专业轧钢机械设备课程中轧辊部分、金属材料与热处理课程中金属材料的性能部分单元的教学目标对应。
轧辊破坏常见原因分析及对策
天津冶金职业技术学院王磊
该案例发生在承钢热带厂，该厂自1997年建成投产，生产至今已有10多年，在生产初期经常出现轧辊热裂纹、掉肉、局部破坏、外层剥落、甚至轧辊断裂等事故，轧辊发生故障后一般都需要做换辊处理，不仅增加了岗位作业人员的劳动量，而且降低日历作业率，造成废钢，影响成材率，影响轧机产量，同时更造成巨大的经济损失。通过几年的摸索，对轧辊常见破坏形式进行归纳总结，并给出相应的解决办法。该案例在教学过程中辅以图片等多媒体资源对学生进行讲解，让学生能够更好地掌握轧制过程中如何更好地延长轧辊的寿命。
1.背景介绍
某厂自1997年建成投产，生产至今已有10多年，在生产初期经常出现轧辊热裂纹、掉肉、局部破坏、外层剥落、甚至轧辊断裂等事故，轧辊发生故障后一般都需要做换辊处理，不仅增加了岗位作业人员的劳动量，而且降低日历作业率，造成废钢，影响成材率，影响轧机产量，同时更造成巨大的经济损
失。通过几年的摸索，对轧辊常见破坏形式进行归纳总结，并给出相应的解决办法。
2.主要内容
2.1.热应力断裂
一、现象描述
此类断裂多发生在粗轧机，一般在粗轧换辊后开轧10块钢以内，寒冷的冬季出现的几率更大一些。轧辊辊身断层呈径向，起源位于或接近轧辊轴线，断裂面与轧辊轴线垂直，一般发生在辊身中部，如图1所示。
图1 热应力断裂断面形状
二、轧辊破坏原因
这种热应力断裂与轧辊表面和轴心处的最大温差有关。过高的温差通常是由于轧辊表面温度升高过快造成的，产生的原因有，轧制过程中轧辊冷却水不足甚至中断，或者轧制钢开始时轧制节奏太快，轧制量过大造成的。有资料表明，在辊役刚开始的临界轧制状态下，辊身表面与轴心之间70℃的温差就可沿轴向产生110Mpa的附加热应力。一旦辊芯中总的轴向拉伸应力超过了材质的极限强度，就会导致突然的热应力断裂破坏。以该厂为例，生产初期，有一次
正值寒冬腊月，室外温度-20℃，厂房内温度较低，备辊正处在风口上，轧辊上线前没有预热，仅烫辊4块，在烫辊效果不好的前提下，温度较低的冷却水很快浇凉辊面，在轧制中与红钢接触，轧辊处于冷热交替中，内外表面温差大。断辊后约10分钟，用手摸断辊边缘，触觉为凉辊，带钢轧制部位的轧辊表面微温，轧辊断口内触觉发凉。同时触摸辊道，则发热或微烫手。排除轧辊铸造缺陷、轧制负荷高等因素后，基本判定为热应力断裂。
三、对应措施
1、烫辊要充分，特别是在外界温度较低的冬季，轧辊上线前转移到环境温度较高的位置停放，或者对轧辊做小范围的升温处理，延缓烫辊速度，增加烫辊时间和烫辊材数量，减小热应力的影响。凡是返回的板坯，都要运到粗轧进行烫辊，禁止直接返回。
2、在轧制启动阶段减少轧制量。换辊后开轧30分钟内严格控制轧制节奏，给轧辊充足的内外温度均衡时间。
3、加强轧辊冷却水喷射情况的检查，发现堵塞及时处理，避免轧辊冷却不足。
2.2.冲击载荷断裂
一、现象描述
轧制钢温偏低、有异物轧入、或者轧错规格（导致变形量偏大）等原因出现时，轧件所产生的轧制压力瞬间超过了轧辊本身所能承受的轧辊强度极限所造成的轧辊断裂，断口一般出现在最高应力界面区域，断口颜色为灰白色。一次，该厂在4小时停轧检修后，在轧到第46块钢时发生粗轧断辊，分析原因为轧制节奏太快，在66分钟内轧制了28块钢，超出该厂加热炉的能力，板坯在炉时间短，内部没有完全烧透。另外，虽然明细表上标明为热装料，但因为上午换粗轧辊检修，加热炉尾部和滑钢道上的板坯和随后装入的板坯实际上已经晾凉，成为冷料，这部分板坯需要更长的在炉时间（高的加热温度和更长的
加热时间），如果仍按照正常的节奏出钢，这部分板坯在加热段停留时间过短，钢坯内外温度不均，势必造成生芯钢，在轧制过程中给粗轧辊造成损害甚至断裂。
二、解决方法
1、岗位操作人员加强责任心，加强日常点检，发现异物及时清除。
2、严格按照作业标准操作，严禁轧制低温钢。
3、在长时间停轧后，上料辊道上热料按冷料设置加热制度，控制出钢节奏，以避免轧制生芯钢。
2.3.疲劳断裂
一、现象描述
疲劳断裂始于初始裂纹并逐渐发展，产生了一个典型的断面，该裂纹相对光滑，并出现一条临界线，一旦疲劳裂纹达到一定尺寸，便会发生其它部分的自发断裂。此类断口为深褐色，在断面能发现旧痕迹。当出现轧制低温钢、轧线废钢事故、叠轧等情况时初始裂纹可能就生成了。
二、解决方法
1、每次换辊后定期检测（超声波法、涡流法、着色法），及时发现危险的裂纹，并对轧辊进行适度的磨削。
2、其他措施对防止可能出现的局部过载也是必要的，这些措施有：严禁轧低温钢，按辊役周期换辊，防止断带缠绕等轧机事故。
3.分析路径
该案例发生在承钢热带厂，该厂自1997年建成投产，生产至今已有10多年，在生产初期经常出现轧辊热裂纹、掉肉、局部破坏、外层剥落、甚至轧辊断裂等事故，轧辊发生故障后一般都需要做换辊处理，不仅增加了岗位作业人员的劳动量，而且降低日历作业率，造成废钢，影响成材率，影响轧机产量，
同时更造成巨大的经济损失。本案例体现了轧机强度校核、轧辊强度等知识点，体现了轧钢工和设备点检工的岗位操作技能，与材料成型与控制技术专业核心专业课程中的部分单元的教学目标对应、
根据国家职业标准关于轧钢工、设备点检工等工种要求，对应教学目标，从此生产案例归纳提炼出所含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。
采用视频、图片等手段，引导学生通过讨论、对比、自学等方式学习轧辊破坏原因等知识，掌握轧辊破坏处理技能，达到教学目标要求。
4.教学目标
(1)进行事故判定，掌握断辊的成因和相关的预防措施；
(2)严细操作，注重岗位接口沟通。
(3)全面复习所学知识，并将知识转化为能力。
5.教学方式方法
现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业。具体教学过程设计如下：
5.1.课前计划
(1)学生掌握知识：轧钢生产基本工艺、设备，轧辊基本知识；
(2)学生分组，指定组长；
(3)与现场联系，进行现场教学准备，包括安全教育、劳保用品、行走路线，现场兼职教师，现场教室等；
(4)安全教育，教师带领学生下厂调研，记录每架轧机的轧制力，观察轧辊状态，检查轧辊更换记录，收集事故相关资料；
(5)学生根据所学知识和实习、调研中获得的资料，总结轧辊断裂的产生原因、预防措施；
