热轧板带工作辊使用效果的研究

供稿|安玉超 / An Yu-chao

热轧板带工作辊使用效果的研究

Research on Work Roll Using of Hot Strip Mill

供稿|安玉超 / An Yu-chao

内容导读

针对唐钢热轧部热轧带钢轧机的轧辊在生产中常见的问题，分别从轧辊表面与内部问题、轧辊磨削精度和凸度不合适等方面对热轧带钢质量的影响来研究，提出了加强轧辊的日常管理、制定合理轧辊工艺参数等措施来提高热轧带钢轧辊的使用效果。

工作辊作为热轧板带产品的主要变形工具，对产品的表面质量及板形有非常关键的作用。工作辊的好坏及技术条件合理与否，直接影响着板带产品的质量。唐钢热轧部轧钢区域有一条超薄热带薄板坯连铸连轧1810生产线和一条自主集成的1700中厚板坯热轧生产线。其中，1810生产线有2架粗轧机和5架精轧机组成，1700生产线有1架往复可逆粗轧机和7架精轧机组成。两条生产线共使用上、下工作辊共15对，支撑辊30支。

图1 轧辊表面缺陷

轧辊现状分析

轧辊表面与内部问题

轧制过程中，轧辊表面直接与板坯接触，因此轧辊辊身表面的质量直接影响板带产品表面质量优劣。一般情况下，轧辊表面缺陷有：磨削后的辊身圆周方向上的砂轮刀痕、轧辊表面缺陷磨削不净和轧制过程中轧辊表面氧化膜环状剥落、轧机下线后辊身有大面积环状剥落等问题(见图1)。

辊身表面质量问题在热轧带钢轧制过程中极易引起带钢表面的质量缺陷。由于轧辊表面存在微小的裂纹磨削不净，从而导致带钢表面的相应位置有网状突起，经酸洗后仍然不能去除(见图2)。

当轧辊与带钢接触时，其辊面温度迅速升高到500～600℃。当其接触冷却水时，轧辊温度又降到100～150℃。在轧制过程中，轧辊表面冷热交替变化剧烈，这种多次温度循环产生的热应力极易造成轧辊内部缺陷[1]。如果在轧辊涡流探伤和超声波探伤时没有检测到这种缺陷的情况下上机生产，则易导致轧辊表面剥落和断辊事故(见图3)。

图2 带钢上表面网状缺陷和酸洗后照片

在轧辊表面结合层剥落事故发生之前，带钢轧制状态没有异常，直到剥落过程中轧机剧烈震动造成轧机停车、堆钢。因轧辊表面结合层剥落造成带钢表面压痕和碎块嵌入甚至轧废。图4为轧辊表面结合层剥落时带钢缺陷。

轧辊磨削精度和凸度不合适

磨床主轴换新轴过程中，调主轴压力，特别是调托板静压力浮起，需要磨合较长时间；有些磨工在磨辊时，采取自动磨辊没有手动调一些参数，特别是轧辊边部应该多走几刀。因轧辊车间备辊较少，生产紧张时轧辊供应不上。有时轧辊刚刚下机就需要磨削，因而不能保证轧辊的磨削精度。

图3 轧辊结合层剥落和断辊

图4 轧辊表面结合层剥落和断辊时带钢表面照片

图5 轧辊Y4176磨削前和磨削后曲线

如此人员和设备两个因素均会导致磨床磨削精度不满足轧机使用要求。图5为轧辊磨削前后的辊身曲线对比。

有效措施

加强轧辊的日常管理

轧辊的日常管理，包括新辊验收上线、配辊、轧辊更换周期、新辊的烫辊节奏、旧辊下线、轧辊探伤、轧辊磨削及管理。安排轧制计划，严格执行烫辊制度。对于轧制不同规格品种，合理使用中间坯及轧机的机架空过功能，从而优化精轧机的压下率。设置辊缝，根据轧制规程调整各道次压下量，轧制速度必须与压下量相适应。制订轧辊使用制度，及时更换轧辊是避免轧辊过度磨损的有效手段。根据所轧制的冷轧料牌号、规格制定出换辊吨位及轧制公里数。

制订一系列轧辊管理制度：各磨床操作指导规程，涉及磨床开机、上辊(包括辊号输入原则)、磨削程序制定原则，下辊、关机、轧辊匹配；轧辊加油以及抹油制度；轧辊磨削数据记录制度(轧机以及轧辊间轧辊数据的输入)；轧机轴承检修操作指导规程。

制定合理轧辊工艺参数

确定立辊、粗轧辊、支承辊和工作辊的使用吨位。轧辊磨削后要求轧辊辊面清洁度良好，无刀痕即换辊后进线，出现斜向压痕为违规；磨削精度、凸度、圆度、配辊辊压符合要求；轧辊轴承座加油执规情况。重点对轧辊直径、辊压、凸度、硬度、下机温度等技术参数进行控制。

◆ 确定合理轧辊辊型

根据轧制过程中出现的轧辊有害变形区大小，计算支撑辊的弯曲挠度，设计轧辊辊型。1700线、1810线辊型曲线均为正弦曲线，辊型公差≤15μm。根据带钢的实际凸度、轧制过程中每架次的板形情况，不断改进工作辊原始辊型，从而最终确定生产板带的板形及凸度要求的原始辊型。目前正在使用F1～F3工作辊：辊型曲线为正弦曲线，凸度为-0.2。F4～F7工作辊：辊型曲线为正弦曲线，凸度分别为-0.1(F4、5)；-0.07(F6)；-0.06(F7)。平整机轧辊、支撑辊：其支撑辊、工作辊的辊型曲线为正弦曲线，凸度为0。

◆ 支撑辊倒角和凸度

如表1所示，1810线支撑辊：辊身长度1790 mm；中间曲线段长度为800 mm；两边各有一个直线斜倒角， 半径中高量均为1.6 mm。1700线支撑辊倒角磨削，支撑辊倒角长度由磨工根据要求手动控制。

表1 轧辊工艺参数

◆ 硬度测量

对1700线F7所用的下辊E4330在磨削过程中不同磨削量时辊面沿轴向的硬度进行了测试。沿轧辊驱动侧至工作侧轴向取测量点，不同测量点对应的硬度值如图6。

图6 轧辊表面不同磨削量对应的硬度

由图6可以看出，轧辊下线时辊面肖氏硬度值在HS68.1～73.9之间；磨削0.076mm后辊面肖氏硬度值有所升高，硬度值在HS72.8～77.2之间；磨削0.145 mm后辊面硬度较磨削0.076 mm时，在0～1475mm范围变化不大，在1475～1700 mm范围硬度值上升较快；磨削0.363 mm后较磨削0.145 mm时辊面硬度值变化不大。

轧辊硬度测量规定：每只轧辊进行3次硬度测量，分别为新辊、中期±10 mm、末期(最小使用辊径+20 mm之内)，对所配对上、下辊肖氏硬度相差过大的应重新磨削、探伤。上、下辊的硬度差值不能太大，如果肖氏硬度相差超过1，轧制过程中对轧辊的伤害特别大，容易造成轧辊掉块、断辊的发生。如表2和表3所示，1700轧辊硬度分布比较合理，差值较小，可以正常上机使用；1810轧辊硬度分布差值过大，不适合再次生产，需要磨床磨削至差值的合适范围。

表2 1700轧辊肖氏硬度分布(操作测→驱动侧)

表3 1810轧辊肖氏硬度分布(WS→DS)

◆ 轧辊温度

从高速钢轧辊试验数据的分析可以看出：轧辊的磨削温度对于轧辊直径的影响没有明显的规律，可能与磨床检测有关。轧辊的磨削温度对于轧辊凸度以及误差的影响极大，凸度与温度梯度呈正比关系，即温度梯度越大，凸度变化越大，边部与中心温度差控制在5℃以内，对于轧辊的凸度不会产生大的影响。在生产线轧辊下线后，在水冷前、后测量其辊面温度，要求上、下辊各测量5点，中间取1点，然后向两侧各对称取2点。精轧工作辊下线后，水冷1 h后测量辊面温度，保证辊面温度低于30℃后，方可磨削。

高速钢轧辊工艺开发

轧机停车轧辊下线后，F4机架轧辊老化严重——有大面积环状剥落，辊耗较大，严重影响产品表面质量。因此，对高速钢轧辊进行攻关：优化负荷分配，达到稳定生产；优化辊型设计，保证薄规格的板形；通过跟踪轧辊使用情况，调整工艺参数，降低薄规格的轧辊消耗；配合工艺润滑，提高高速钢辊轧制吨位，降低吨钢轧辊消耗。对轧辊辊号、辊径、轧制吨位、轧制公里、上线日期、除鳞压力、轧制钢种规格、轧辊温度等情况进行跟踪。

热轧油使用

从换下的轧辊表面氧化膜的形成来看，热轧油使用效果不良是其主要原因。合理制定参数，提高轧辊表面质量，减少轧辊磨损，增加轧制吨位，从而提高工艺润滑系统的使用效果，减少辊耗。主要方法为：维护热轧油管路。由于管路、阀台等一系列累计的问题，导致前期热轧油使用效果不理想。经过检修时对F2～F5所有热轧油的管路疏通以及阀台维护，制定了一系列的管理制度来保证管路不堵塞，提高热轧油使用效果。生产线轧制3～5块后，F3开始投入并全程投入热轧油，热轧油的浓度设定为0.8%。试用过程中注意监控热轧油系统的状态，确保热轧油全程投入使用。每次检修时对热轧油管进行逐个吹扫，疏通管路。轧辊下机后，跟踪轧辊氧化膜的形成情况，并且对油水比例进行定期抽验，保证热轧油的浓度。

轧辊冷却水疏通

针对冷却水嘴堵塞情况，维修维护人员每次换辊时定期进行检查，根据轧辊下机情况及时处理堵塞水嘴，保证水嘴无堵塞。防止由于轧辊冷却水阻塞，造成轧辊局部冷却过小，整体辊面冷却不均，在轧辊对应的位置出现氧化膜剥落。避免因机架间冷却水嘴损坏造成轧件局部冷却过大进而造成轧辊局部过度磨损而提前更换工作辊的情况。

轧辊轴承座锁紧操作

针对生产线生产过程中轴承座烧损情况，制定轧辊轴承座锁紧操作说明。支撑辊轴承座拆开前首先测量液压缸露出的螺纹长度，对称测量四个点，精确到小数点后2位，并做好记录。如果四点测量结果最大最小差值超过0.2 mm，该支承辊不允许上线使用。

安装轴承座时液压缸的锁紧压力要达到17～20 MPa，并且反复加压3次，每次加压后保持3 min，并且用拆装机托板反复拆装轴承座以消除间隙，最后一次将液压缸的螺母拧紧。

液压缸的螺母拧紧后，对正锁紧螺栓孔，安装船型键，锁紧船型键固定螺栓，释放轴承座液压缸锁紧压力(转换到OFF)。再次按顺序测量液压缸露出螺纹长度，与第一条方法要求相同，测量四个点尺寸，与之前测量的四个点的数据比对，长度要大于等于拆前的测量值，如果数值小于拆前的测量值0.5 mm以上，则该支承辊不允许上线使用。

检查锁紧螺栓无损伤、无弯曲变形，螺纹处是否有明显损伤等，拧紧时加弹簧垫，并且要用扭矩扳手拧紧至规定的扭矩，安装防松锁紧销。如果螺栓上面的防松锁紧销孔无法准确对准船型键上面的槽孔，可以用其他扳手略微左右调节锁紧螺栓直至对正。

结束语

通过对唐钢热轧生产线轧辊现状的研究，采取轧辊的日常管理、制定合理轧辊工艺参数、高速钢轧辊工艺开发、热轧油使用等措施，达到了减少轧辊事故、提高轧辊精度、减少轧辊消耗的目的。经实践检验，1700和1810生产线轧辊均能正常使用，采取的措施取得了明显效果。

[1] 柴国刚．降低大型型钢轧辊辊耗的措施．河北冶金，2013(8)：47-49.

安玉超(1981—)，女，汉族，河北唐山人，工程师。2006年毕业于鞍山科技大学金属压力加工专业。联系方式：唐山市路北区滨河路9号唐钢热轧部技术科, 邮编063000, E-mail：114302422@qq.com。

河北钢铁股份有限公司唐山分公司热轧部，河北 唐山 063000

10.3969/j.issn.1000-6826.2014.01.18