真空辊的研制方案

研究生课程论文(200-200学年第学期) 真空辊的研制方案曾仁华提交日期：年月日研究生签名：学号201020208401学院轻工与食品学院课程编号Z0122015课程名称制浆造纸装备与控制学位类别工程硕士任课教师杨仁党教师评语：成绩评定：分任课教师签名：年月日说明1、课程论文要有题目、作者姓名、摘要、关键词、正文及参考文献。摘要500字以下，博士生课程论文要求有英文摘要；关键词3～5个；参考文献不少于10篇，并应有一定的外文文献。2、论文要求自己动手撰写，如发现论文是从网上下载的，或者是抄袭剽窃别人文章的，按作弊处理，本门课程考核成绩计0分。3、课程论文用A4纸双面打印。字体全部用宋体简体，题目要求用小二号字加粗，标题行要求用小四号字加粗，正文内容要求用小四号字；经学院同意，课程论文可以用英文撰写，字体全部用TimesNewRoman，题目要求用18号字加粗；标题行要求用14号字加粗，正文内容要求用12号字；行距为2倍行距（方便教师批注）；页边距左为3cm、右为2cm、上为2.5cm、下为4、学位类别按博士、硕士、工程硕士、MBA、MPA等填写。5、论文题目、篇幅、内容等由任课教师提出具体要求。PAGE6PAGE5真空辊的自主研制方案曾仁华摘要：真空辊是现代高速纸机必不可少的重要部件，目前高端真空辊主要加工技术掌握在造纸机技术先进的欧美国家；要推广真空辊在国内的研制，应注意到真空辊在纸机上的主要作用以及需要达到强度、刚性方面的要求，特别是抗疲劳，耐腐蚀等要求。关键词真空辊双相不锈钢枪钻关于真空网笼（真空托辊）的制造方法及选用依据，基本上从以下几个最重要的方面来讨论：首先是辊体材料；其次是外壳的制造方法；第三是孔眼的加工方法；第四是辊体各因素在造纸环节中的影响及选用计划；第五是目前国内在真空辊生产方面的现状；最后是研制方案辊体材料：304不锈钢（0Cr18Ni9—现06Cr19Ni10-GB/T20878-2007）：目前国内真空辊主要使用材料，具有较好的耐腐蚀性，相对造价较低，相对加工性能好，容易找到配套供货单位,国际上也较常使用。316L不锈钢（00Cr17Ni14Mo2）：造价高，加工困难，国内暂时没有单位成功生产使用。铜类：在不锈钢应用还很少的早期时使用；铜易加工、强度低，具有一定耐腐蚀性造价昂贵，目前很少使用。双相不锈钢：欧美相应的含不同附加元素的不锈钢，主要内部组织为奥氏体+铁素体；由于两相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，正是这些优越的性能使双相不锈钢作为可焊接的结构材料发展迅速，80年代以来已成为和马氏体型、奥氏体型和铁素体型不锈钢并列的一个钢类。目前欧美主要造纸机向中国提供的真空辊材质均为双相不锈钢。双相不锈钢有以下性能特点：

（1）含钼双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。一般304类型奥氏体不锈钢在600C以上中性氯化物溶液中容易发生应力腐蚀断裂，在微量氯化物及硫化氢工业介质中用这类不锈钢制造的热交换器、蒸发器等设备都存在着产生应力腐蚀断裂的倾向，而双相不锈钢却有良好的抵抗能力。

（2）含钼双相不锈钢有良好的耐孔蚀性能。在具有相同的孔蚀抗力当量值（PrE=Cr%+3.3×Mo%+16×N%）时，双相不锈钢与奥氏体不锈钢的临界孔蚀电位相仿。双相不锈钢与奥氏体不锈钢耐孔蚀性能与AISI316L相当。含25%Cr的，尤其是含氮的高铬双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能超过了AISI316L。

（3）具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。在某些腐蚀介质的条件下，适用于制作泵、阀等动力设备。

（4）综合力学性能好。有较高的强度和疲劳强度，屈服强度是304类型奥氏体不锈钢的2倍。固溶态的延伸率达到25%，韧性值AK（V型槽口）在100J以上。

（5）可焊性良好，热裂倾向小，一般焊前不需预热，焊后不需热处理，可与304类型奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接。

（6）含低铬（18%Cr）的双相不锈钢热加工温度范围比304类型奥氏体不锈钢宽，抗力小，可不经过锻造，直接轧制开坯生产钢板。含高铬（25%Cr）的双相不锈钢热加工比奥氏体不锈钢略显困难，可以生产板、管和丝等产品。

（7）冷加工时比304类型奥氏体不锈钢加工硬化效应大，在管、板承受变形初期，需施加较大应力才能变形。

（8）与奥氏体不锈钢相比，导热系数大，线膨胀系数小，适合用作设备的衬里和生产复合板。也适合制作热交换器的管芯，换热效率比奥氏体不锈钢高。

（9）仍有高铬铁素体不锈钢的各种脆性倾向，不宜用在高于3000C的工作条件。双相不锈钢中含铬量愈低，σ等脆性相的危害性也愈小。（10）以上主要双相不锈钢材料可从国外购买。二、辊体外壳的制造方法：离心铸造：大多数的真空辊外壳采用离心铸造的，这也是真空辊辊体外壳制造最古老和最通用的方法，离心铸造的特点是材质均匀，内部应力小；目前欧美主要造纸机向中国提供的真空辊材质均是离心铸造的坯料；但由于目前大直径离心铸造原料的使用单位少，相应的铸造单位也少，包括华东造纸机械厂都没有生产过这样大的辊体，同样国内较大规模的造纸机械厂均没有相应的产能；同时，国内工艺不够成熟，各组份比率控制不严够造成最后材质的结构性能不一，由此无法达到离心铸造的最初工艺目的。据了解，由于工艺方面的问题，目前出现有铸件裂纹，铸造气孔等质量问题；最后，根据前期所考察的数家真空辊单位所反映，由于他们的经验，不推荐离心铸造。如果国内一定要采用离心铸造工艺，关于原料方面所引起的最终质量问题将要由购买方自行负责。因此，如果国内能够从国外进口坯料或辊壳就很理想，否则必须根据国内情况进行选用。焊接：七十年代早期，瑞典就开始了生产了焊接的不锈钢辊壳；目前世界上有较多真空辊采用焊接方式；国内主要采用焊接形式，主要原因是板材来自国内主要的大型钢厂冷轧板，板材质量材质有保障；相应配套单位长期制作大型不锈钢焊管，焊接质量有保证，并且这些单位配套相应的热处理设备，能使辊筒坯料达到性质稳定的状态；在检测方面还可采用超声波、X射线、γ射线探伤来进行进一步保证坯料质量。目前采用焊接工艺的辊体已经在造纸领域长期使用，经过了时间的验证。锻造：锻件孔隙率和熔析少，强度高，但也容易受到夹杂物的影响，造价高。三、孔眼加工方法枪钻：粗糙度低，不容易造成孔与孔在辊体内壁聚合。目前国内单孔钻削有采用枪钻钻孔的情况；但采用枪钻用与多孔钻钻削到目前为止还没有先例；枪钻系统复杂，成本高，运行维护费用高；麻花钻：粗糙度高，通过可靠的机床可保证孔不聚合；成本和运行维护成本均低；据了解，目前日本的部分真空辊供应商也还有采用麻花钻加工的方法。麻花钻+铰孔：在枪钻与麻花钻之间，但工时长，加工周期较。四、辊体各因素在造纸中作用及方案选用计划：强度和刚性强度和刚性决定了网笼及托辊能够承受的压榨线压力，以及综合影响到相应辊体的转速、开孔率。综合前面所述的材料，除铜以外的力学性能总体对于应用来说均可以满足。组织结构材料的组织结构形决定了材料的耐腐蚀性以及抗疲劳性，换言之即组织结构将决定使用寿命。离心铸造及双相不锈钢具有良好的组织结构形态，有效提高抗腐蚀能力和使用寿命。粗糙度低的粗糙度避免挂浆，保证辊子的清洁程度以保障连续的正常工作状态，进一步避免形成腐浆产生生物性腐蚀；并且低的粗糙度可以减少由于加工造成的局部应力集中而进行的进一步裂纹扩展。五、目前国内在真空辊生产的现状在八九十年代，随着中国造纸装备技术的发展，造纸用真空辊成了纸机提速一个必不可少的主要部件。由于真空辊的较高的技术含量，造成加工的困难，也因此成了单体设备设施中造价较高的一部分，它们的利润也相应较高。由此，在此领域出现了数家专业制造真空辊的配套单位。目前，中国的真空辊配套单位主要分布在江苏、山东及河南等地。例如有以自产自销为代表的江苏华东造纸机械厂，专业配套形式的有无锡数家真空辊厂以及山东长星等真空辊厂。我们前期对相应配套单位进行了详细考察，生产方面目前焊接不锈钢管及极少采用的离心铸造管基本通过市场购买。国内有专业单位针对造纸业采用大型液压机卷制不锈钢管，亦有提供离心铸造管——此文前面已有叙述。在加工方面，我们考察的真空辊配套单位主要采用改造大型车床进行外车内镗（或磨）；自制多排钻进行钻孔加工。目前国内的配套单位主要采用用铣床夹头的麻花钻来钻孔，主要目的是方便对磨损、断裂的钻头进行更换，在枪钻成熟的时候可以更换枪钻。在多排钻机床结构方面，存在钻头间距可调式和固定式两种。但目前基本还是固定式的最为可靠，加工精度高，质量最为稳定，不易出现串孔。在机床控制方面，基本上主要加工高精度辊体的机床都采用了数控分度、进给。据了解，真空辊的动平衡基本上没有办法进行加工后的配平衡，也就是说只能靠加工保证，相应的单位都具有检测动平衡的能力。使用方面目前国内主要的造纸装备单位例如华东造纸设备有限公司、山东昌华、四川成发、辽阳造纸机械厂、宜宾造纸机械厂在自产的纸机上已经长期采用国内制造的真空辊，在晨鸣、广纸、华泰等很多纸厂都以运行较长时间。国外部分企业例如西安维美得，镇江金顺（APP旗下）等亦有采用。国内目前仿制的生活用纸纸机也在考察的几家真空辊厂制作。六、研制方案：综合以上的各种因素，关于真空托辊及真空网笼分以下几种方案：真空网笼研制关键要素有：网笼的结构强度、辊体外圆圆跳度，动平衡，开孔率，孔径大小匹配，孔壁粗糙度。方案一：进口欧美日双相不锈钢离心铸造辊体，枪钻加工；目前已经跟德国MWN公司联系，并已获得部分报价。优点：强度高、性能稳定、寿命长，孔壁光洁度高，对持续的车速有保证。缺点：造价高，真空辊壳体及包胶报价约60万（马氏体不锈钢），真空网笼壳体约60万；双相不锈钢的报价还在洽谈中。方案二国内304不锈钢（奥氏体）卷板焊接，固熔处理，麻花钻加工，特殊要求增加铰孔提高孔壁粗糙度；辊体端头及辊壳一同交真空辊厂加工，综合保证动平衡、圆跳度；要求铰孔降低