基于提高轧辊寿命的轧钢工艺措施与研究
李晓东
（南京钢铁股份有限公司带钢厂，江苏 南京 210035）
摘 要：近年来，通过优化轧钢工艺流程，改进轧辊装置性能等技术措施，使轧辊的硬度，抗热裂性及耐冲击能力得到有效改善和大幅提升，进而在降低辊耗的同时，延长了轧辊的使用寿命。文章重点对热轧窄带钢在轧槽中部不规则脱块、辊环开裂、辊槽出现麻点等方面进行了分析。执行改善的轧辊冷却，以适应生产线目前的状况。采用此装置及给水装置，可有效改善辊道的冷却效果，并适当增大辊环的宽度，避免裂纹、脱落，并选用合适的辊材。
该系统不但能矫正滚道中部的不均匀落块，而且能解决辊环裂纹、麻点等问题，并能提高轧辊的高效运行效率。
关键词：轧辊寿命，轧钢工艺，措施与研究
轧辊是一种很重要的设备。轧辊与钢坯直接接触，在轧制过程中通过一定的压力将钢坯变形，从而达到不同的钢质标准。因此，对轧辊的抗疲劳强度以及耐磨损性能要求较高，尤其近年来随着市场对轧钢产品需求量的逐年增加，导致轧钢生产工序中辊耗过大，进而增加了生产投入成本。在这种形势下，如何提高轧钢生产率，减少轧辊更换频率，延长轧辊使用寿命，已成为冶金行业普遍关注的焦点问题。轧辊在高温，高压，冷热交替，氧化铁皮等条件下工作。各机座的辊筒在机械应力、摩擦、热应力、冲击载荷的作用下，容易产生磨损、开裂、剥落等，从而大大缩短了轧辊的使用寿命。轧辊是轧机的重要生产环节，其采购费用也比较高。轧辊消耗是一项重要的经济指标，它是生产成本的重要指标。
1 延长轧辊使用寿命的重要性
轧辊是一种重要的工件，它能在轧机上对金属进行连续的塑性变形，具有高消耗性。它占生产费用的很大一部分。通过完善的轧辊管理系统，管理人员可以清楚地知道每个轧辊的状况和轨迹，使轧辊正确配对和使用，最大限度地提高轧辊的利用率，制定合适的磨削量，不仅可以减少轧辊疲劳，使轧辊满足机器正常开展生产的标准，提高轧辊的寿命，减少异常换辊，可以提高轧线的生产效率，增加生产效益。轧辊管理制度是否健全，管理程度如何等，都是降低轧线生产成本、延长轧辊使用寿命的关键因素。
需要专人负责管理轧辊，建立轧辊管理系统，并做好轧辊的进入仓库验收、配对使用、轧辊裂纹、异常下机等记录。通过一系列这样的操作，会使每个轧辊的使用轨迹和轧辊的状态被管理和控制，这对于减少轧辊消耗和增加轧辊使用寿命至关重要。
2 生产中轧辊存在的问题
2.1 轧槽中心部位不规则掉块
轧槽的中心各个部位中所有包含铜的化学成分过多，十分容易就会导致不规则性的掉块问题。尤其每当给整个轧槽的中心部位进行加热时，大量铜就可能会在整个轧槽的中心部位的内壁表层不断来回流动，一旦使铜形成低温的熔点，就会直接使其的热塑性性能大大降低，进而也就会导致内层表面容易出现许多裂纹。而且随着铜的来回流动，裂纹还会不断扩大和延展，到一定程度上就会出现不规则掉块问题。以热轧窄带钢为例，由于日常监督不到位，每个轧槽轧制量由成品调整工自行控制，所以导致各轧槽磨损不一致，在轧辊修复时，个别轧槽裂纹未全部车削掉。由于微观裂纹的存在，在再次上线使用时，微裂纹快速长大、连接，最终导致宏观裂纹产生，造成轧槽掉肉。
2.2 辊环崩裂
辊环轧辊在轧制过程受装配应力，热应力和轧制应力的作用。辊环所受应力为沿截面各应力值的代数和。在轧制过程受辊环内径切向拉应力大，采用单一的材料辊环不利于提高轧辊使用寿命。同时，由于辊环局部应力增大，再加之其它应力的作用，也易损坏辊环，使其造成崩裂。
2.3 轧槽出现麻点
轧槽上的麻点是一种常见的表面缺陷，其外观粗糙，不平整，又称“麻斑”。多数是连续的，但也有少部分是局部的，或是零星的。麻点这个缺陷在轧槽是允许的，但是它的深度不能超出产品的厚度偏差。产生麻斑的原因有：
（1）成品孔洞或前孔洞磨损，或有破损的氧化铁。
（2）在挤压到轧件表面后，将断裂的氧化铁剥离。
（3）轧辊受到侵蚀。
（4）在加热期间，钢坯的表面被严重地氧化。
2.4 轧辊断裂
在轧制过程中，由于撞击、甩尾、夹钢等原因，在轧辊表面和内部形成裂纹和软点。轧辊的裂纹和软点会严重影响轧线的正常生产和轧辊的使用时间的长短。严重的裂纹会导致轧辊过早剥落，提前结束轧辊的使用。
3 原因分析
造成这些问题的原因有：人为操作不当、冷却效果差、轧材生产技术要点、轧辊本身质量问题等。不恰当或不恰当的冷却会在辊子表面产生较大的温差，从而加速产生辊子脱落的热应力，同时，辊子的温度太高，也会影响辊子的强度和耐磨性能，从而出现爆槽、脱肉、烧裂甚至断裂等问题。在生产中，若不考虑轧材和生产工艺的特性，选用的辊子材料不合适，或因人为原因造成的卷辊卷、堆钢等原因，也会产生爆槽、掉肉、断辊等问题。
在实际生产作业当中，由于冶金钢材料中常常含有 SiO2、Al2O3 或者硅酸盐等脆性夹杂物，这些夹杂物的存在极易对轧辊的使用寿命造成严重影响，并且根据夹杂物的数量、大小、类型的不同，对轧辊寿命的影响程度也不尽相同。通常情况下，夹杂物越多、尺寸越大，危害性就越大，其中尤以棱面锋利的夹杂物危害性最大。
4 工艺措施
4.1 轧辊冷却装置的改进
为了提高冷却水的利用效率，增强冷却水的冷却效果，可以采取改进轧辊冷却装置性能的方法，延长轧辊的使用寿命。轧机在轧制过程中会产生大量热量，因此，要使轧辊的更换周期、使用寿命以及确保加工后的温度都需要进行降温冷却。轧辊的两个冷却水箱，一次冷却水和二次冷却水，一次冷却水经狭缝轴向喷射到轧制区，以润滑和冷却铜管；二次冷却则是为了快速地降低轧管的温度，避免气流进入轧制封套，防止铜管氧化。轧辊的冷却装置喷水环用于对轧辊进行冷却。
在轧制时，主传动速度在 1300 rpm 以上，副传动（轧辊）在 700 rpm 以上。轧辊在如此高的速度下工作，需要对冷却水的流量和压力进行严格的控制。必须连续、充分的冷却冷却水，若轧辊温度太高，必须及时更换，防止产生热疲劳开裂。在实际生产中，为了保证轧辊的温度不能太高，保持温度的稳定性，必须保证轧辊的冷却速度在 3500L/h 以上，水泵的压力应在 0.8MPa以下。
从原来的方形箱式带孔结构，到实心圆筒式喷头，在切分楔部位增设 2 列椭圆水缝，水缝所覆盖的切分楔宽度为 5~8 mm；保证切分楔块部位的水是其它部位的 3 倍，以加强切割楔部位的冷却度，并改善切割楔形部位的轧槽寿命。
4.2 冷却水参数优化及供水系统的改造
选择合适的冷却水温度，如果太高的话，会加速轧辊的断裂，降低的话，会影响到轧管的再结晶，影响制品的品质，如果是极端低温和极端高温，会加速疲劳，所以，在生产中，轧辊的冷却水温度应该是 40~60 ℃。
对轧辊冷却水管路进行了改进，从浊低式供水改为浊中供水，水泵电动机采用变频电动机，使水压达到0.8 MPa，水压可自动调节。
4.3 孔型配置优化
由于冷却水效果不理想，热轧窄带钢 φ550 在原有孔型的基础上，对 I 架轧机的孔型采用强迫宽展的原理鉴于 K1 钢温较高，故将强迫宽展的道次设在了 K3、K4 上，将强迫宽展的槽底设计为直线形，同时为避免轧件表面产生皱纹而引起成品表面质量不合格，将强迫宽展的孔型斜度定为 17.7°，将 K3、K4 横采用强迫宽展后又对 K6 的轧槽尺寸作了相应的改动，以保证不出现拉尾现象。
4.4 轧辊材质优化
以 Q215 型热轧窄带钢常用品种为例，其初始轧槽中心间距 19.0 mm，而中间辊环宽度 7.8 mm，达到了理论上的设计指标。但从辊环整体断裂的角度来看，辊环的宽度仍很窄，容易在疲劳条件下产生裂纹，最后造成辊环开裂。为此，从辊长的角度出发，设计了 22.0 mm 的辊缝，并将中间辊环的宽度调整为 10.8 mm。
4.5 自动控制厚度配置改型
由于入口厚度、张力、摩擦系数、变形抗力等因素的影响，轧机的扎制力也会随之改变，而与之相关的变形曲线则会对厚度的出口产生一定的影响。自动厚度控制（AutomaticControllerController，AGC）主要是利用模型算法对带材厚度、轧制设备状况、外界扰动等进行自动控制，从而达到自动设定榨汁压力、速度、轧机辊缝的大小，并确保合理的厚度偏差。通常 AGC 采用的是液压下压系统，这种机构具有很高的精度，相应地也比较快速。轧机的质量控制与板坯厚度的精确控制有一定的关系，而液力 QGC 设备的数量又会对轧机的精度产生一定的影响。钢线精轧 6 号轧机，其粗轧控制厚度为（27~2.7） mm，而偏差率为 10%。
4.6 避免操作不当
在生产过程中，由于使用不当引起的轧辊损伤也是很普遍的，因此，一要防止导向器与轧辊的直接接触。二要严格执行轧辊的冷却水开关，防止更换后的头没有水分。三要加强点检，防止卷辊出现问题，一旦出现卷辊，必须立即停机，待缠绕辊料冷至室温后才能停止处理。四要严格按照工艺制度控制轧件料形，杜绝单架次料形过大的现象。五要将轧件头部的黑头剪切干净，禁止过黑钢。
4.7 修复量要到位
为了保证每条轧槽的产量都能保持相对稳定的状态，不能出现多余的裂缝，否则的话，轧机的轧制量就会大打折扣，而且，如果出现了多余的裂缝，就会对产品的质量造成很大的影响。为此，在轧制过程中，必须严格按规定进行轧制，如 Q215 热轧窄带钢成品轧辊的车削量必须达到 600 mm，如果个别轧槽仍然不能完全消除，则可表示不再加工、使用。
5 结 语
通过采取上述措施，可大大提高轧辊的使用寿命，减少更换轧辊的次数，减少工人的劳动强度。通过对轧辊中部的不均匀落块进行修正，使辊环裂纹、麻点等问题得以解决，由于冷却作用而产生的凹槽几乎为零，从而改善了制品的品质。平均有效工作效率的提高。
参考文献
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