劉海熙，趙忠云

（廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司熱軋板帶廠，廣西柳州 545002）

0 引言

作為軋鋼機(jī)械的重要設(shè)備構(gòu)件，軋輥在軋制進(jìn)程中與鋼坯運(yùn)轉(zhuǎn)接觸，實(shí)施定量附加壓力作用，使鋼坯產(chǎn)生形變，以完成對(duì)應(yīng)的軋鋼制備需求。軋輥在生產(chǎn)中應(yīng)具備高標(biāo)準(zhǔn)的抗損耗和耐疲勞特性，特別是在軋鋼構(gòu)件市場(chǎng)需求量日益提高的今天，大量的軋鋼制備作業(yè)使得軋輥磨損消耗量提高，相應(yīng)生產(chǎn)投資費(fèi)用也隨之增加。軋輥的作業(yè)通常在強(qiáng)氧化性、高壓高溫、冷熱急變等環(huán)境下，不同機(jī)座輥筒經(jīng)過外部熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、沖擊力、摩擦力等的綜合作用，易導(dǎo)致軋輥的龜裂、磨損、剝落等現(xiàn)象，以影響軋輥的工作時(shí)長(zhǎng)。同時(shí)，由于軋輥設(shè)備構(gòu)件的費(fèi)用較高，其損耗量是軋鋼生產(chǎn)成本的重要經(jīng)濟(jì)影響因素。因此，在冶金生產(chǎn)中應(yīng)通過有效的技術(shù)手段，改良軋鋼生產(chǎn)工藝，提升制備效率，延長(zhǎng)軋輥使用周期，降低軋輥換件率。

1 延長(zhǎng)軋輥使用壽命的實(shí)踐意義

軋輥在軋鋼過程中主要通過對(duì)金屬溶液的周期接觸，使之快速凝固，并完成不間斷的塑性形狀改變，該過程中軋輥磨損程度較大，而且其損耗換件率費(fèi)用占軋鋼成本較大[1]。因此應(yīng)建立健全軋輥工藝管控體系，掌握軋鋼生產(chǎn)線各軋輥的使用情況和運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡，保證合理成對(duì)配置和生產(chǎn)運(yùn)行，科學(xué)提升軋輥的運(yùn)行效率，形成合理的磨削量方案，以有效降低軋輥的使用疲勞度，在滿足正常軋鋼生產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，延長(zhǎng)軋輥使用周期，壓縮軋輥非正常換輥數(shù)量，提升軋鋼生產(chǎn)線產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)效益?？梢姡a(chǎn)線中軋輥的管控制度體系是否完備及管控是否合理，是軋鋼生產(chǎn)線成本控制及軋輥使用周期長(zhǎng)短的重要影響條件。針對(duì)軋輥構(gòu)件的管理應(yīng)安排專人負(fù)責(zé)，形成完備的管控體系，建立一套完整的軋輥出入庫檢驗(yàn)、投產(chǎn)配對(duì)、缺陷維修保養(yǎng)、非正常下線等信息庫記錄，以科學(xué)管控軋輥應(yīng)用狀況和軌跡，實(shí)現(xiàn)降低軋輥的損耗，延長(zhǎng)軋輥的使用周期，提升軋鋼生產(chǎn)線的單位成本產(chǎn)能，因此具有重要的生產(chǎn)實(shí)踐意義。軋輥軋鋼流水線如圖1 所示。

圖1 軋輥軋鋼流水線

2 軋輥使用壽命影響因素分析

性能優(yōu)良的軋輥一方面可實(shí)現(xiàn)軋鋼生產(chǎn)的有序進(jìn)行，另一方面可提升帶坯制備品質(zhì)。軋輥的結(jié)構(gòu)可分成輥套和輥芯兩部分[2]。輥套是與溶液體直接接觸的構(gòu)件，輥芯插入冷卻液傳導(dǎo)至輥套進(jìn)行冷卻作用，并轉(zhuǎn)移輥套的熱量。軋輥通常在惡劣環(huán)境下工作，隨著軋輥使用時(shí)間的延長(zhǎng)，軋鋼生產(chǎn)品質(zhì)會(huì)降低。

2.1 輥套影響因素

軋鋼生產(chǎn)中，軋輥內(nèi)溫度應(yīng)視為等同于冷卻液體的溫度，軋輥外表溫度經(jīng)過旋轉(zhuǎn)并同溶液定時(shí)周期性接觸，通過外界和冷卻液的傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)溫度減低，此時(shí)軋輥內(nèi)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部熱應(yīng)力，并在外表產(chǎn)生余下應(yīng)力[3]。軋鋼生產(chǎn)時(shí)，輥套熱形變的往復(fù)循環(huán)可加速表面的機(jī)械疲勞形成細(xì)小裂紋，同時(shí)受軋鋼操作外力作用及溶液的長(zhǎng)期侵蝕會(huì)加劇裂紋的增加，并使輥套難以繼續(xù)使用。同時(shí)，人員操作經(jīng)驗(yàn)及軋鋼機(jī)械的作業(yè)環(huán)境也是影響軋輥是否可達(dá)到預(yù)計(jì)經(jīng)濟(jì)時(shí)長(zhǎng)的重要因素。較大的裂紋會(huì)使輥套車削磨損程度加深，甚至?xí)鹄鋮s液的滲入，導(dǎo)致軋輥無法使用。通常軋輥外部的劃傷也是形成應(yīng)力匯聚及裂紋擴(kuò)大的影響因素，在形成輕微或點(diǎn)狀裂紋情況下既需要對(duì)輥套實(shí)施車磨處理或更換處理（圖2）。

圖2 軋輥輥套

2.2 輥芯影響因素

（1）水槽破損。由于水槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素，引起在輥芯水槽操作過程中的差異性應(yīng)力匯聚，會(huì)引起水槽破損。另一方面，在軋鋼時(shí)軋輥會(huì)受到的復(fù)雜綜合應(yīng)力，如不能正確熱操作輥芯，會(huì)導(dǎo)致材料調(diào)質(zhì)硬度提升，引起輥芯水槽的破損。破損斷裂處會(huì)引起水路栓堵，影響軋輥使用壽命及鋼材的加工精度。

（2）水槽形成栓堵。在軋鋼生產(chǎn)時(shí)，由于水槽的設(shè)計(jì)缺陷、冷卻液用水水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)以及池內(nèi)路由內(nèi)有雜物等原因，導(dǎo)致輥芯水槽形成栓堵，會(huì)引起輥套外表形變的加劇，進(jìn)而影響軋輥使用壽命及鋼材的加工精度。軋輥輥芯如圖3 所示。

圖3 軋輥輥芯

3 軋鋼生產(chǎn)中軋輥的典型問題及成因分析

3.1 典型問題

3.1.1 軋槽表面產(chǎn)生麻點(diǎn)缺陷

軋槽表面麻點(diǎn)是比較普遍的質(zhì)量缺陷，主要表現(xiàn)為表面不平整、粗糙，多為連續(xù)狀，也存在少量零星局部狀[4]。軋槽內(nèi)的麻點(diǎn)缺陷正常是允許存在的，但麻點(diǎn)深度不可大于軋槽允許的厚度偏差值。引起麻點(diǎn)的主要因素有：軋件外表受擠壓作用，使得氧化鐵材料剝離；制產(chǎn)品孔洞破損或形成破損的氧化鐵物質(zhì)；鋼坯加熱過程中外表的強(qiáng)烈氧化；軋輥表面侵蝕作用等。

3.1.2 輥環(huán)損壞

輥環(huán)軋輥軋制生產(chǎn)時(shí)會(huì)受到軋制應(yīng)力、熱應(yīng)力、裝配應(yīng)力等復(fù)雜應(yīng)力的聯(lián)合作用，由于生產(chǎn)中輥環(huán)內(nèi)徑切向拉應(yīng)力提升，使用單一的材料難以達(dá)到延長(zhǎng)軋輥使用時(shí)長(zhǎng)的目的。隨著輥環(huán)單位應(yīng)力提升，同時(shí)受到不同種類應(yīng)力疊加，會(huì)引起輥環(huán)損壞，嚴(yán)重者會(huì)引起崩裂。

3.1.3 軋輥產(chǎn)生裂紋

在進(jìn)行金屬軋制生產(chǎn)時(shí)，因?yàn)閵A鋼、甩尾、碰撞等影響，在軋輥內(nèi)外會(huì)存在軟點(diǎn)或裂紋缺陷。由于軋輥存在的軟點(diǎn)、裂紋會(huì)引起生產(chǎn)流程的影響及減少軋輥應(yīng)用時(shí)長(zhǎng)，長(zhǎng)期作用裂紋會(huì)持續(xù)連接擴(kuò)大，引起軋輥的剝落，縮短軋輥的使用壽命。

3.1.4 軋槽中間位置非均勻性掉塊

軋槽中間位置通常包括銅元素，所以極易引起非均勻性掉塊缺陷[5]。特別是在對(duì)軋槽中間位置加熱過的程中，大量銅成分會(huì)在軋槽中間內(nèi)壁表面持續(xù)游走，如果加熱溫度達(dá)到銅的熔點(diǎn)，即會(huì)大大降低其熱塑效果，形成表層的裂紋出現(xiàn)。隨著銅成分的不斷游走，裂紋的程度會(huì)加深，進(jìn)而形成非均勻性掉塊現(xiàn)象。以窄帶鋼軋制過程為例，因?yàn)榭刂票O(jiān)管不達(dá)標(biāo)，各個(gè)軋槽生產(chǎn)量由操作人員自行調(diào)控，因此會(huì)造成軋槽的磨損度不統(tǒng)一，在維修保養(yǎng)軋輥過程中，存在裂縫未完全磨削處理情況，導(dǎo)致存在細(xì)小裂紋，一旦進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)操作小裂紋就會(huì)連接形成大裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致軋槽掉塊。

3.2 成因分析

引起軋輥問題的成因很多，如冷卻處理能力差、操作使用不規(guī)范、軋輥?zhàn)陨硇阅芗百|(zhì)量問題、軋鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)缺陷等。欠缺合理的冷卻處理會(huì)導(dǎo)致輥?zhàn)用嫘纬纱鬁囟炔?，提升輥?zhàn)觿兟涞臒釕?yīng)力，過高的溫度會(huì)降低輥?zhàn)拥膭傂院涂鼓バЧ?，進(jìn)而導(dǎo)致裂紋、剝落、爆槽等缺陷。軋鋼生產(chǎn)時(shí)，如未科學(xué)考量鋼材性能及軋鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)，應(yīng)用的軋輥材料不合理，或由于操作使用不規(guī)范形成堆鋼、卷輥現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致掉肉、爆槽、斷裂等缺陷。鋼材產(chǎn)品軋制時(shí)，因?yàn)橐苯鸩牧铣０橛泄杷猁}、二氧化硅等脆性雜質(zhì)，此類雜質(zhì)經(jīng)加熱后會(huì)影響軋輥的正常使用時(shí)長(zhǎng)，其中雜物含量越大、粒徑越大，對(duì)軋輥的危害也越強(qiáng)，特別是外形鋒利的雜物尤其具備強(qiáng)危害效果。

4 軋鋼工藝改進(jìn)措施

4.1 優(yōu)化改良軋輥冷卻系統(tǒng)

為提升冷卻液的使用效率和冷卻性能，延長(zhǎng)軋輥使用周期，可通過優(yōu)化改良軋輥冷卻系統(tǒng)的方式。鋼材軋制時(shí)將產(chǎn)生大量熱，為降低軋輥換件率和加工生產(chǎn)后溫度的降低，應(yīng)進(jìn)行必要的冷卻處理。用于軋輥冷卻作用的主要為一次冷卻水箱和二次冷卻水箱，水箱中一次冷卻液通過狹縫軸向射入到軋制位置，實(shí)現(xiàn)銅管的冷卻及潤滑作用，二次冷卻液主要實(shí)現(xiàn)軋管溫度的迅速降低，防止氣流流進(jìn)封套內(nèi)，避免氧化銅管。冷卻系統(tǒng)的噴水環(huán)主要實(shí)現(xiàn)軋輥的冷卻功能。軋輥在高速傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率下工作，應(yīng)科學(xué)控制冷卻液的壓力和流量。應(yīng)保證冷卻系統(tǒng)中冷卻液供應(yīng)充足且連續(xù)，如果軋輥過熱，應(yīng)立即更新，避免因工作疲勞而形成裂紋。鋼材軋制時(shí)，應(yīng)通過合理控溫實(shí)現(xiàn)軋輥溫度保持在合理區(qū)間，應(yīng)控制水泵壓力低于0.8 MPa，軋輥冷卻液流速大于3500 L/h。將常規(guī)方狀含孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)為無孔圓筒噴頭，增加兩列橢圓水縫在切分楔位置，控制水縫噴灑切分楔區(qū)域?qū)挒?～8 mm?？刂魄蟹中ㄎ恢盟繛槌Ｒ?guī)位置的3 倍以上，以保證切分楔的冷卻效果，增加切分楔位置的軋槽使用時(shí)長(zhǎng)。

4.2 合理配置孔型

針對(duì)常見的冷卻液冷卻功效不達(dá)標(biāo)情況，將熱軋窄帶鋼在常規(guī)孔型前提下，對(duì)孔型實(shí)施強(qiáng)迫寬展技術(shù)，并將原有高溫道次換為較低溫度道次，并將強(qiáng)迫寬展的槽底改為直線形，為防止由于軋件面不平導(dǎo)致軋鋼產(chǎn)品不符合標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)將強(qiáng)迫寬展的孔斜率設(shè)置為17.7°，將特定軋槽規(guī)格進(jìn)行對(duì)應(yīng)改良，確保不發(fā)生拉尾缺陷。

4.3 科學(xué)配比冷卻液參數(shù)，改進(jìn)供水體系

合理控制冷卻液水溫，溫度過高會(huì)促使軋輥形成斷裂，溫度過低會(huì)阻礙工藝結(jié)晶效果，影響鋼制品的制備效果，一旦實(shí)際溫度與設(shè)計(jì)溫度偏差過大，會(huì)加速軋輥的疲勞度。軋鋼軋制過程中，冷卻液的溫度應(yīng)控制在40～60 ℃。通過改良軋輥冷卻液管路，以濁中方式取代原有的濁低方式，選取變頻電機(jī)輸出，控制水壓為0.8 MPa，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。

4.4 軋輥材料性能優(yōu)化

以標(biāo)準(zhǔn)的Q215 熱軋窄帶鋼為例，其中部輥環(huán)寬及原始軋槽中間距均達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但基于輥環(huán)斷裂缺陷的視角考量，輥環(huán)的寬度依舊不符合實(shí)際要求，易因疲勞生產(chǎn)形成裂紋，以至形成輥環(huán)裂紋。因此，基于輥長(zhǎng)度的考慮，應(yīng)增加輥縫寬度設(shè)計(jì)，同時(shí)增加中部輥環(huán)寬度設(shè)計(jì)。

4.5 規(guī)范操作工藝

實(shí)施軋鋼工藝工程中，因操作不規(guī)范導(dǎo)致軋輥受損的情況比較常見，應(yīng)注意軋輥同導(dǎo)向器的碰撞接觸，科學(xué)管控軋輥的冷卻開關(guān)，避免新?lián)Q的軋輥缺少冷卻液。實(shí)施有效的點(diǎn)檢制度，避免發(fā)生卷輥情況，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)馬上停機(jī)，待卷輥料冷卻至室溫方可處理。在實(shí)施軋制料料形控制時(shí)，應(yīng)嚴(yán)禁出現(xiàn)單架次料形過大情況。加工時(shí)，應(yīng)削切處理軋料端黑頭，防止加工出現(xiàn)過黑鋼。

4.6 應(yīng)用自動(dòng)厚度控制技術(shù)

軋鋼生產(chǎn)時(shí)，因生產(chǎn)線入口張力、厚度、形變抗力、摩擦因數(shù)等參數(shù)的差異，軋鋼機(jī)械的制備能力也有所不同，相應(yīng)形變曲線可對(duì)特定材料厚度出口形成影響[6]?；诖?，在軋鋼工藝中引入自動(dòng)厚度控制技術(shù)，其原理是通過算法模型對(duì)軋鋼材料厚度、軋制機(jī)械性能、外因干擾等實(shí)施自動(dòng)化控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的軋機(jī)輥縫寬度、軋制速度、軋制壓力參數(shù)給定，利用高精密性的液壓下壓輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)操作，控制厚度偏差在合理范圍。由于板坯厚度對(duì)軋機(jī)制備質(zhì)量有一定影響，液壓自動(dòng)厚度控制技術(shù)會(huì)對(duì)軋機(jī)加工精度構(gòu)成影響，因此有利于軋輥使用周期的延長(zhǎng)。

4.7 科學(xué)控制軋輥修復(fù)率

為確保各個(gè)生產(chǎn)線軋槽產(chǎn)能輸出的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)嚴(yán)控防止出現(xiàn)多余裂紋，如控制不及時(shí)，軋制生產(chǎn)數(shù)量和質(zhì)量將會(huì)受到影響?；诖?，實(shí)施軋鋼加工流程時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)軋制流程規(guī)范作業(yè)，如Q215 型熱軋窄帶鋼成品軋輥的車削加工應(yīng)達(dá)到600 mm 標(biāo)準(zhǔn)等。如果保養(yǎng)維修中不能實(shí)現(xiàn)軋槽裂紋的完全消除，應(yīng)及時(shí)停止使用軋輥進(jìn)行加工作業(yè)，并及時(shí)進(jìn)行更換處理。

5 結(jié)束語

通過對(duì)軋鋼工藝實(shí)施改良，提升軋輥裝配、使用等技術(shù)管理手段，實(shí)現(xiàn)軋輥剛性、抗沖擊性及防熱裂性的有效提升，降低軋輥損耗，增加軋輥的使用壽命。本文基于生產(chǎn)實(shí)際，圍繞延長(zhǎng)軋輥使用壽命的軋鋼工藝措施進(jìn)行討論，論述延長(zhǎng)軋輥使用壽命的實(shí)踐意義，討論軋輥使用壽命影響因素，分析軋輥生產(chǎn)應(yīng)用的典型問題及問題成因，并提出合理的軋鋼工藝改進(jìn)措施，以達(dá)到降低軋輥生產(chǎn)損耗、延長(zhǎng)軋輥使用壽命、提升軋鋼加工效率的目的。