基于提高軋輥壽命的軋鋼工藝措施與研究
李曉東
（南京鋼鐵股份有限公司帶鋼廠，江蘇 南京 210035）
摘 要：近年來，通過優(yōu)化軋鋼工藝流程，改進(jìn)軋輥裝置性能等技術(shù)措施，使軋輥的硬度，抗熱裂性及耐沖擊能力得到有效改善和大幅提升，進(jìn)而在降低輥耗的同時(shí)，延長了軋輥的使用壽命。文章重點(diǎn)對熱軋窄帶鋼在軋槽中部不規(guī)則脫塊、輥環(huán)開裂、輥槽出現(xiàn)麻點(diǎn)等方面進(jìn)行了分析。執(zhí)行改善的軋輥冷卻，以適應(yīng)生產(chǎn)線目前的狀況。采用此裝置及給水裝置，可有效改善輥道的冷卻效果，并適當(dāng)增大輥環(huán)的寬度，避免裂紋、脫落，并選用合適的輥材。
該系統(tǒng)不但能矯正滾道中部的不均勻落塊，而且能解決輥環(huán)裂紋、麻點(diǎn)等問題，并能提高軋輥的高效運(yùn)行效率。
關(guān)鍵詞：軋輥壽命，軋鋼工藝，措施與研究
軋輥是一種很重要的設(shè)備。軋輥與鋼坯直接接觸，在軋制過程中通過一定的壓力將鋼坯變形，從而達(dá)到不同的鋼質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，對軋輥的抗疲勞強(qiáng)度以及耐磨損性能要求較高，尤其近年來隨著市場對軋鋼產(chǎn)品需求量的逐年增加，導(dǎo)致軋鋼生產(chǎn)工序中輥耗過大，進(jìn)而增加了生產(chǎn)投入成本。在這種形勢下，如何提高軋鋼生產(chǎn)率，減少軋輥更換頻率，延長軋輥使用壽命，已成為冶金行業(yè)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問題。軋輥在高溫，高壓，冷熱交替，氧化鐵皮等條件下工作。各機(jī)座的輥筒在機(jī)械應(yīng)力、摩擦、熱應(yīng)力、沖擊載荷的作用下，容易產(chǎn)生磨損、開裂、剝落等，從而大大縮短了軋輥的使用壽命。軋輥是軋機(jī)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其采購費(fèi)用也比較高。軋輥消耗是一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它是生產(chǎn)成本的重要指標(biāo)。
1 延長軋輥使用壽命的重要性
軋輥是一種重要的工件，它能在軋機(jī)上對金屬進(jìn)行連續(xù)的塑性變形，具有高消耗性。它占生產(chǎn)費(fèi)用的很大一部分。通過完善的軋輥管理系統(tǒng)，管理人員可以清楚地知道每個(gè)軋輥的狀況和軌跡，使軋輥正確配對和使用，最大限度地提高軋輥的利用率，制定合適的磨削量，不僅可以減少軋輥疲勞，使軋輥滿足機(jī)器正常開展生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，提高軋輥的壽命，減少異常換輥，可以提高軋線的生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)效益。軋輥管理制度是否健全，管理程度如何等，都是降低軋線生產(chǎn)成本、延長軋輥使用壽命的關(guān)鍵因素。
需要專人負(fù)責(zé)管理軋輥，建立軋輥管理系統(tǒng)，并做好軋輥的進(jìn)入倉庫驗(yàn)收、配對使用、軋輥裂紋、異常下機(jī)等記錄。通過一系列這樣的操作，會使每個(gè)軋輥的使用軌跡和軋輥的狀態(tài)被管理和控制，這對于減少軋輥消耗和增加軋輥使用壽命至關(guān)重要。
2 生產(chǎn)中軋輥存在的問題
2.1 軋槽中心部位不規(guī)則掉塊
軋槽的中心各個(gè)部位中所有包含銅的化學(xué)成分過多，十分容易就會導(dǎo)致不規(guī)則性的掉塊問題。尤其每當(dāng)給整個(gè)軋槽的中心部位進(jìn)行加熱時(shí)，大量銅就可能會在整個(gè)軋槽的中心部位的內(nèi)壁表層不斷來回流動，一旦使銅形成低溫的熔點(diǎn)，就會直接使其的熱塑性性能大大降低，進(jìn)而也就會導(dǎo)致內(nèi)層表面容易出現(xiàn)許多裂紋。而且隨著銅的來回流動，裂紋還會不斷擴(kuò)大和延展，到一定程度上就會出現(xiàn)不規(guī)則掉塊問題。以熱軋窄帶鋼為例，由于日常監(jiān)督不到位，每個(gè)軋槽軋制量由成品調(diào)整工自行控制，所以導(dǎo)致各軋槽磨損不一致，在軋輥修復(fù)時(shí)，個(gè)別軋槽裂紋未全部車削掉。由于微觀裂紋的存在，在再次上線使用時(shí)，微裂紋快速長大、連接，最終導(dǎo)致宏觀裂紋產(chǎn)生，造成軋槽掉肉。
2.2 輥環(huán)崩裂
輥環(huán)軋輥在軋制過程受裝配應(yīng)力，熱應(yīng)力和軋制應(yīng)力的作用。輥環(huán)所受應(yīng)力為沿截面各應(yīng)力值的代數(shù)和。在軋制過程受輥環(huán)內(nèi)徑切向拉應(yīng)力大，采用單一的材料輥環(huán)不利于提高軋輥使用壽命。同時(shí)，由于輥環(huán)局部應(yīng)力增大，再加之其它應(yīng)力的作用，也易損壞輥環(huán)，使其造成崩裂。
2.3 軋槽出現(xiàn)麻點(diǎn)
軋槽上的麻點(diǎn)是一種常見的表面缺陷，其外觀粗糙，不平整，又稱“麻斑”。多數(shù)是連續(xù)的，但也有少部分是局部的，或是零星的。麻點(diǎn)這個(gè)缺陷在軋槽是允許的，但是它的深度不能超出產(chǎn)品的厚度偏差。產(chǎn)生麻斑的原因有：
（1）成品孔洞或前孔洞磨損，或有破損的氧化鐵。
（2）在擠壓到軋件表面后，將斷裂的氧化鐵剝離。
（3）軋輥受到侵蝕。
（4）在加熱期間，鋼坯的表面被嚴(yán)重地氧化。
2.4 軋輥斷裂
在軋制過程中，由于撞擊、甩尾、夾鋼等原因，在軋輥表面和內(nèi)部形成裂紋和軟點(diǎn)。軋輥的裂紋和軟點(diǎn)會嚴(yán)重影響軋線的正常生產(chǎn)和軋輥的使用時(shí)間的長短。嚴(yán)重的裂紋會導(dǎo)致軋輥過早剝落，提前結(jié)束軋輥的使用。
3 原因分析
造成這些問題的原因有：人為操作不當(dāng)、冷卻效果差、軋材生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn)、軋輥本身質(zhì)量問題等。不恰當(dāng)或不恰當(dāng)?shù)睦鋮s會在輥?zhàn)颖砻娈a(chǎn)生較大的溫差，從而加速產(chǎn)生輥?zhàn)用撀涞臒釕?yīng)力，同時(shí)，輥?zhàn)拥臏囟忍撸矔绊戄佔(zhàn)拥膹?qiáng)度和耐磨性能，從而出現(xiàn)爆槽、脫肉、燒裂甚至斷裂等問題。在生產(chǎn)中，若不考慮軋材和生產(chǎn)工藝的特性，選用的輥?zhàn)硬牧喜缓线m，或因人為原因造成的卷輥卷、堆鋼等原因，也會產(chǎn)生爆槽、掉肉、斷輥等問題。
在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)當(dāng)中，由于冶金鋼材料中常常含有 SiO2、Al2O3 或者硅酸鹽等脆性夾雜物，這些夾雜物的存在極易對軋輥的使用壽命造成嚴(yán)重影響，并且根據(jù)夾雜物的數(shù)量、大小、類型的不同，對軋輥壽命的影響程度也不盡相同。通常情況下，夾雜物越多、尺寸越大，危害性就越大，其中尤以棱面鋒利的夾雜物危害性最大。
4 工藝措施
4.1 軋輥冷卻裝置的改進(jìn)
為了提高冷卻水的利用效率，增強(qiáng)冷卻水的冷卻效果，可以采取改進(jìn)軋輥冷卻裝置性能的方法，延長軋輥的使用壽命。軋機(jī)在軋制過程中會產(chǎn)生大量熱量，因此，要使軋輥的更換周期、使用壽命以及確保加工后的溫度都需要進(jìn)行降溫冷卻。軋輥的兩個(gè)冷卻水箱，一次冷卻水和二次冷卻水，一次冷卻水經(jīng)狹縫軸向噴射到軋制區(qū)，以潤滑和冷卻銅管；二次冷卻則是為了快速地降低軋管的溫度，避免氣流進(jìn)入軋制封套，防止銅管氧化。軋輥的冷卻裝置噴水環(huán)用于對軋輥進(jìn)行冷卻。
在軋制時(shí)，主傳動速度在 1300 rpm 以上，副傳動（軋輥）在 700 rpm 以上。軋輥在如此高的速度下工作，需要對冷卻水的流量和壓力進(jìn)行嚴(yán)格的控制。必須連續(xù)、充分的冷卻冷卻水，若軋輥溫度太高，必須及時(shí)更換，防止產(chǎn)生熱疲勞開裂。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證軋輥的溫度不能太高，保持溫度的穩(wěn)定性，必須保證軋輥的冷卻速度在 3500L/h 以上，水泵的壓力應(yīng)在 0.8MPa以下。
從原來的方形箱式帶孔結(jié)構(gòu)，到實(shí)心圓筒式噴頭，在切分楔部位增設(shè) 2 列橢圓水縫，水縫所覆蓋的切分楔寬度為 5~8 mm；保證切分楔塊部位的水是其它部位的 3 倍，以加強(qiáng)切割楔部位的冷卻度，并改善切割楔形部位的軋槽壽命。
4.2 冷卻水參數(shù)優(yōu)化及供水系統(tǒng)的改造
選擇合適的冷卻水溫度，如果太高的話，會加速軋輥的斷裂，降低的話，會影響到軋管的再結(jié)晶，影響制品的品質(zhì)，如果是極端低溫和極端高溫，會加速疲勞，所以，在生產(chǎn)中，軋輥的冷卻水溫度應(yīng)該是 40~60 ℃。
對軋輥冷卻水管路進(jìn)行了改進(jìn)，從濁低式供水改為濁中供水，水泵電動機(jī)采用變頻電動機(jī)，使水壓達(dá)到0.8 MPa，水壓可自動調(diào)節(jié)。
4.3 孔型配置優(yōu)化
由于冷卻水效果不理想，熱軋窄帶鋼 φ550 在原有孔型的基礎(chǔ)上，對 I 架軋機(jī)的孔型采用強(qiáng)迫寬展的原理鑒于 K1 鋼溫較高，故將強(qiáng)迫寬展的道次設(shè)在了 K3、K4 上，將強(qiáng)迫寬展的槽底設(shè)計(jì)為直線形，同時(shí)為避免軋件表面產(chǎn)生皺紋而引起成品表面質(zhì)量不合格，將強(qiáng)迫寬展的孔型斜度定為 17.7°，將 K3、K4 橫采用強(qiáng)迫寬展后又對 K6 的軋槽尺寸作了相應(yīng)的改動，以保證不出現(xiàn)拉尾現(xiàn)象。
4.4 軋輥材質(zhì)優(yōu)化
以 Q215 型熱軋窄帶鋼常用品種為例，其初始軋槽中心間距 19.0 mm，而中間輥環(huán)寬度 7.8 mm，達(dá)到了理論上的設(shè)計(jì)指標(biāo)。但從輥環(huán)整體斷裂的角度來看，輥環(huán)的寬度仍很窄，容易在疲勞條件下產(chǎn)生裂紋，最后造成輥環(huán)開裂。為此，從輥長的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了 22.0 mm 的輥縫，并將中間輥環(huán)的寬度調(diào)整為 10.8 mm。
4.5 自動控制厚度配置改型
由于入口厚度、張力、摩擦系數(shù)、變形抗力等因素的影響，軋機(jī)的扎制力也會隨之改變，而與之相關(guān)的變形曲線則會對厚度的出口產(chǎn)生一定的影響。自動厚度控制（AutomaticControllerController，AGC）主要是利用模型算法對帶材厚度、軋制設(shè)備狀況、外界擾動等進(jìn)行自動控制，從而達(dá)到自動設(shè)定榨汁壓力、速度、軋機(jī)輥縫的大小，并確保合理的厚度偏差。通常 AGC 采用的是液壓下壓系統(tǒng)，這種機(jī)構(gòu)具有很高的精度，相應(yīng)地也比較快速。軋機(jī)的質(zhì)量控制與板坯厚度的精確控制有一定的關(guān)系，而液力 QGC 設(shè)備的數(shù)量又會對軋機(jī)的精度產(chǎn)生一定的影響。鋼線精軋 6 號軋機(jī)，其粗軋控制厚度為（27~2.7） mm，而偏差率為 10%。
4.6 避免操作不當(dāng)
在生產(chǎn)過程中，由于使用不當(dāng)引起的軋輥損傷也是很普遍的，因此，一要防止導(dǎo)向器與軋輥的直接接觸。二要嚴(yán)格執(zhí)行軋輥的冷卻水開關(guān)，防止更換后的頭沒有水分。三要加強(qiáng)點(diǎn)檢，防止卷輥出現(xiàn)問題，一旦出現(xiàn)卷輥，必須立即停機(jī)，待纏繞輥料冷至室溫后才能停止處理。四要嚴(yán)格按照工藝制度控制軋件料形，杜絕單架次料形過大的現(xiàn)象。五要將軋件頭部的黑頭剪切干凈，禁止過黑鋼。
4.7 修復(fù)量要到位
為了保證每條軋槽的產(chǎn)量都能保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，不能出現(xiàn)多余的裂縫，否則的話，軋機(jī)的軋制量就會大打折扣，而且，如果出現(xiàn)了多余的裂縫，就會對產(chǎn)品的質(zhì)量造成很大的影響。為此，在軋制過程中，必須嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行軋制，如 Q215 熱軋窄帶鋼成品軋輥的車削量必須達(dá)到 600 mm，如果個(gè)別軋槽仍然不能完全消除，則可表示不再加工、使用。
5 結(jié) 語
通過采取上述措施，可大大提高軋輥的使用壽命，減少更換軋輥的次數(shù)，減少工人的勞動強(qiáng)度。通過對軋輥中部的不均勻落塊進(jìn)行修正，使輥環(huán)裂紋、麻點(diǎn)等問題得以解決，由于冷卻作用而產(chǎn)生的凹槽幾乎為零，從而改善了制品的品質(zhì)。平均有效工作效率的提高。
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