二次冷轧机组下切水橡皮综合优化技术

李贵宾

(宝山钢铁股份有限公司 镀锡板厂，上海 200431)

0 引言

二次冷轧是指在一次冷轧带钢经退火处理后，再次进行压下减薄。相比传统的一次冷轧产品，二次冷轧产品具有厚度更薄、强度更高、加工性能更好的优点，在保证罐体性能需求的情况下，有效地降低材料消耗、减少了环境污染，能够较好地适应包装制罐行业的发展趋势。由于二次冷轧产品厚度薄、强度高，因此采用乳化液直喷系统进行轧制润滑。直喷系统是采用高浓度的乳化液喷淋到轧机辊缝一定距离的入口带钢表面上，利用带钢表面的亲油性保证在带钢进入辊缝之前乳化液在其表面析出一定厚度的润滑油膜，并与工作辊表面附着的油膜在轧制变形入口区汇合，一起进入轧制辊缝变形区进行润滑，保证轧制的润滑性；与此同时，轧机出口侧配备专门的冷却系统对轧辊进行冷却。

乳化液在带钢表面析出的油膜厚度与工作辊表面附着的油膜厚度是二次冷轧机组轧制变形区油膜形成的基础，直接决定了轧制过程中变形区润滑性能的好坏。带钢表面析出的油膜厚度主要由乳化液的流量、浓度、温度、析出距离等工艺润滑参数所决定，而辊缝入口处工作辊表面附着的油膜厚度则直接受到切水橡皮破坏程度的影响。以往，国内外学者对于二次冷轧机组轧制过程乳化液润滑性能的研究主要集中在对乳化液流量、乳化液浓度、乳化液析出距离等方面，比较典型的有白振华研究了二次冷轧过程工艺润滑制度综合优化技术[1]；李贵宾通过分布控制带钢上下表面的乳化液流量，开发了极薄板轧制中上下表面均匀润滑控制技术[2]；李秀军提出在二次冷轧机组采用切水橡皮替代挤干辊的切水技术[3]。但对切水橡皮对二次冷轧机组轧辊表面附着油膜厚度、轧制变形区油膜厚度、润滑性能以及产品表面质量的影响研究尚处于空白阶段。研究二次冷轧机组切水橡皮对工作辊表面油膜厚度以及轧制变形区润滑性能的影响，并制定相应的切水橡皮优化方法，就成为二次冷轧机组轧制润滑性能与产品表面质量控制与提升的必要条件，本文即在此背景下展开研究。

1 二次冷轧机组润滑系统工作原理

图1为二次冷轧机组乳化液、冷液喷淋架与切水橡皮位置示意图。其中，DA、DB为二次冷轧机组直喷系统乳化液喷射梁，用于向带钢表面喷射一定浓度的乳化液；CA、CB、CC分别为上支撑辊、中间辊、工作辊的冷却水喷射梁；CD、CE、CF分别为下工作辊、中间辊、支撑辊的冷却水喷射梁，用于向上下工作辊、中间辊、支撑辊喷射冷却水。二次冷轧机组第一机架后的上下工作辊均配有切水橡皮，上下切水橡皮以一定的压力紧贴在工作辊上，上切水橡皮用于防止喷在上辊系的冷却水滴落在带钢上表面，下切水橡皮用于防止下辊系的冷却水飞溅到带钢下表面上，从而保证带钢上下表面的清洁性。

图1 二次冷轧机组喷淋架与切水橡皮位置示意图

轧制过程中，乳化液从DA和DB分别喷射在带钢的上下表面，并且在进入辊缝前有一定的时间进行乳化液的油水分离，即乳化液中的轧制油逐渐吸附在带钢表面形成一定厚度的油膜。带钢表面附着的润滑油膜会随着带钢一起进入轧制变形区内，在轧辊和带钢之间起到润滑的作用。带钢和轧辊之间的润滑油膜厚度从轧制变形区入口到出口的过程中逐渐变薄，最终在出口处一部分油膜附着在带钢表面进入2#机架进行平整，另一部分则附着在工作辊表面上，并随着工作辊的旋转进入到下一周期的轧制过程。

2 二次冷轧机组切水橡皮对油膜厚度影响研究

二次冷轧机组轧制状态下，为了防止喷淋在轧辊表面的冷却水滴落或飞溅到带钢表面而影响带钢表面质量，切水橡皮以一定的压力与旋转的工作辊表面接触，这就导致了切水橡皮对从变形区出口附着在上下工作辊表面的油膜厚度的破坏。切水橡皮对工作辊油膜厚度的破坏程度可以表示为：

(1)

其中：ξ2Rk为辊缝入口工作辊表面附着油膜厚度，k为带钢上、下表面编号，k=1表示带钢上表面，k=2表示带钢下表面；ηk为切水橡皮对工作辊表面油膜厚度破坏剩余率；ξ1Rk为辊缝出口工作辊表面附着油膜厚度；γk为切水橡皮破坏率系数；Fk为切水橡皮与工作辊接触压力；b为切水橡皮宽度；h为切水橡皮厚度。

另外，二次冷轧机组现场生产过程中，由于喷射在带钢上下表面的乳化液受力状态不同，带钢上下表面的乳化液流量剩余率也存在差异。对于带钢的上表面，乳化液流量的损失主要来自乳化液从带钢两侧溢流；而对于带钢下表面，由于重力作用，乳化液流量的损失主要来自 乳化液喷射在带钢下表面的反射飞溅与滴落。这就导致带钢下表面乳化液流量剩余率低于带钢上表面乳化液流量剩余率，进入辊缝变形区时，带钢下表面析出的油膜厚度小于带钢上表面的油膜厚度。辊缝入口带钢表面析出的油膜厚度可以表示为：

(2)

其中：ξ2Sk为辊缝入口带钢表面析出的油膜厚度；αk为带钢表面乳化液析出率；βk为带钢表面乳化液剩余率；Q为乳化液流量；C为乳化液浓度；B为带钢宽度；v0为带钢入口速度；λk为带钢表面乳化液析出率系数；δk为带钢表面乳化液析出率系数；s为乳化液析出距离。

综合考虑二次冷轧机组带钢上下表面乳化液受力状态对析出油膜厚度的影响以及切水橡皮对附着在工作表面润滑油膜的影响,轧制后上下工作辊表面附着的油膜都会在一定程度上受到切水橡皮的破坏，但是，由于上下表面乳化液滴落损失量的不同，轧制辊缝入口处带钢的上表面能够形成比下表面更大的油楔，从而可以更好地弥补切水橡皮对轧制后工作辊表面附着油膜破坏的影响，而下表面则因其轧制变形区入口处所形成的油楔量较小，容易导致进入变形区的横向油膜量分布不均匀，使带钢下表面更容易受到轧辊表面附着油膜厚度的非均匀性的影响而产生乳化液斑迹缺陷。

3 下切水橡皮的综合优化技术

由于重力作用对喷淋在上下辊系上冷却水的影响，在轧制过程中，为了阻止喷淋在上辊系的冷却水滴落在带钢的上表面，上切水橡皮必须与上工作辊紧密接触；而考虑到下工作辊冷却水的喷射位置及其旋转方向，喷淋在下辊系上的冷却水是向下滴落的，重力作用不会导致喷淋在下辊系上的冷却水滴落在带钢下表面，因此，下切水橡皮与下工作辊表面无需很大的接触压力保证紧密贴合，只需阻挡冷却水向带钢下表面的飞溅即可。为此，可以通过调节降低下切水橡皮与下工作辊的接触压力，减小下工作辊表面附着油膜厚度的破坏，增加下工作辊表面油膜厚度以补偿带钢上下表面析出油膜厚度的差异，实现上下变形区入口油膜厚度相等，即：

ξ2S1+ξ2R1=ξ2S2+ξ2R2.

(3)

(4)

切水橡皮优化前、后油膜厚度变化示意图如图2所示。从图2中可以看出，优化后下切水橡皮与下工作辊接触压力降低，变形区入口下工作辊表面附着油膜厚度增加，弥补带钢下表面与带钢上表面析出油膜厚度的差异，增加了下表面变形区油膜的厚度与横向分布均匀性，进而有效控制下表面乳化液斑迹缺陷的发生，提高带钢下表面质量。

4 现场应用

国内某钢厂1220二次冷轧机组采用乳化液直喷系统进行轧制润滑，为了提高上下轧制变形区油膜的均匀性，减少带钢下表面乳化液斑迹缺陷的发生率，采用本文所述的二次冷轧下切水橡皮综合优化技术对下切水橡皮与下工作辊接触进行了优化设定。经过对一年的现场生产数据统计，二次冷轧机组平均轧制速度提高8.4%，带钢表面乳化液斑迹缺陷发生率降低45.2%，为机组创造了较大的经济效益。

图2 切水橡皮优化前、后油膜厚度变化示意图

5 结语

本文结合二次冷轧机组润滑系统的设备与工艺特点，分析了二次冷轧机组轧制过程中带钢与工作辊表面油膜的形成机理；分析了二次冷轧机组切水橡皮对工作辊表面附着油膜厚度的影响，综合带钢上下表面油膜厚度的差异，研究了对下切水橡皮与下工作辊接触压力与工作辊表面附着油膜厚度的关系，开发出二次冷轧下切水橡皮综合优化技术。 本技术在二次冷轧机组现场应用后，平均轧制速度提高8.4%，带钢表面乳化液斑迹缺陷发生率降低45.2%，为机组创造了较大的经济效益。

参考文献：

]1] 白振华,司红鑫,周庆田,等.二次冷轧过程工艺润滑制度综合优化技术的研究]J].钢铁,2011(6):60-62,73.

]2] 李贵宾,李秀军,石晓东,等.极薄板轧制中上下表面均匀润滑控制技术的开发]J].机械工程与自动化,2013(3):102-104.

]3] 李秀军,陈声鹤,吴首民,等.宝钢二次冷轧切水及轧辊冷却技术研究]J].中国冶金,2010,20(6):18-20.