辊刷对热轧5052铝合金带材表面质量的影响

路纪轩，黄东海

(好富顿(上海)高级工业介质有限公司，奎克好富顿集团，上海 201613)

随着人民生活水平的提高，对铝材表面要求越来越高，使各生产企业不得不提升各工序产品的质量。对热轧来说，轧辊和铝轧件长时间经受高温、高压，在轧辊表面上形成铝、铝氧化物和轧制油的薄膜“涂层”[1]。“涂层”直接影响轧件表面质量。辊刷可有效控制轧辊表面“涂层”厚度及其均匀性，使辊面粘铝层处于一个理想稳定状态[2]。结合某铝厂1 850 mm单机架双卷取热轧机轧制情况，探讨辊刷使用要素对轧制5052铝合金带材表面质量的影响。

1 辊刷的结构及使用要素

1.1 辊刷的结构

四辊1 850 mm单机架双卷取热轧机工作辊直径为850 mm。辊刷安装在上、下工作辊轴承座的出口侧，每根辊刷由单独的电机带动。辊刷直径为300 mm～305 mm，转速0～1 200 r/min，在正常轧制过程中，辊刷轴向窜动行程为 ±20 mm，振荡频率为20次/min，辊刷顶靠缸的压力为 4.5 MPa，辊刷有霍达尼的尼龙刷和奥斯本的钢丝刷两种类型。

辊刷系统结构如图1所示，该系统由辊刷、驱动装置、加压装置、轴向窜动装置、冷却润滑装置组成，该系统与轧机的出口导板一体安装在工作辊轴承座上。

图1 辊刷系统结构图Fig.1 Structure drawing of roll brush system

辊刷由轴承座、空心轴、刷毛、万向连接轴、支撑座组成。

驱动装置由万向连接轴、驱动电机、速度控制系统组成。

轴向窜动装置由液压缸、快换接头、液压控制系统组成。

加压装置由摆动机构(包括弹簧)、两个液压缸、液压控制系统组成。

冷却系统由压力软管、旋转接头、电磁控制阀组成。

1.2 辊刷的类型

辊刷按照刷毛不同可以分为两种：一种为弹簧钢丝刷， 刷毛直径为0.3 mm～0.4 mm，装配密度约100根/cm2～120根/cm2；另一种为尼龙辊刷，刷毛为碳化硅尼龙丝，包括单根毛刷和集束三根毛刷[3]，刷毛直径为0.6 mm～0.7 mm，装配密度约50根/cm2～60根/cm2(如图2所示)。

图2 刷毛类型Fig.2 Types of bristles

按照缠绕方式可分为碟片式辊刷和缠绕式辊刷(如图3所示)。

图3 刷毛缠绕方式Fig.3 Bristles winding mode

1.3 辊刷的使用要素

辊刷的使用要素包括：辊刷压靠量(刷痕宽度)，辊刷的转速，震荡频次(轴向窜动频率)，刷毛类型(钢丝、尼龙)，辊刷的冲洗冷却(外冲、内冲)。

2 辊刷使用要素对5052铝合金带材表面质量影响

2.1 尼龙辊刷对带材表面质量的影响

采用集束三根毛的尼龙辊刷，观测刷痕宽度、辊刷转速、辊刷冲洗冷却、震荡频次等因素对5052铝合金带材表面质量的影响。

1)刷痕宽度

刷痕宽度是指辊刷由液压缸压靠于轧辊表面与辊面接触弧的投影长度[4]。其测定方法如图4所示，将辊刷压靠在轧辊上，在轧辊不转的情况下，给定辊刷一个恒定的推力并旋转30 s[5],这时所测量辊刷与辊面接触弧长的投影长度即为刷痕宽度。

图4 刷痕宽度的测定Fig.4 Determination of brush mark width

在辊刷转速为500 r/min，辊刷的内外冲洗冷却正常运行，震荡频次为20次/min条件下，试验对比刷痕宽度分别为10 mm、28 mm、50 mm的轧辊和带材表面质量，结果如图5所示。

由图5a可见，辊面粘铝层较厚，对应的带材表面黑点、黑条明显(图5b)；图5c的辊面粘铝层较均匀，对应的带材表面较细腻均匀(图5d)；图5e所示的辊面有较多橘皮纹, 对应的带材表面橘皮纹明显(图5f)。由此可见， 在刷毛、转速、冷却冲洗、震荡频次均相同情况下，刷痕宽度较小时，对轧辊表面清刷不足，轧辊表面“涂层”较厚，轧制时“涂层”不均匀脱落，使带材表面黑点、黑条明显；刷痕宽度较大时，轧辊表面粗糙度急速下降，更易形成表面橘皮纹；只有适中的刷痕宽度才能较好控制轧辊表面的“涂层”，进而轧制出较均匀细腻的带材表面。

图5 刷痕宽度对轧辊和带材表面质量的影响Fig.5 Influence of brush mark width on surface quality of the roll and strip

2)辊刷转速

在辊刷的刷痕宽度为28 mm，辊刷的内外冲洗冷却正常运行，震荡频次为20次/min条件下，采用150 r/min、500 r/min、 850 r/min三种不同辊刷转速进行试验，对比轧辊和带材表面质量，结果如图6所示。

由图6a、b可见，当辊刷转速为150 r/min时，辊面粘铝层较厚，对应的带材表面黑点较多；当辊刷转速为500 r/min时，辊面粘铝层均匀，对应的带材表面较细腻，如图6c、d所示；当辊刷转速为850 r/min时，辊面较亮无粘铝层，对应的带材表面纹路较重，如图6e、f所示。由此可见，在刷毛、刷痕宽度、冷却冲洗、震荡频次均相同情况下，当辊刷转速较慢时，辊刷对轧辊表面涂层清刷能力不足，使带材表面黑点明显；当辊刷速度很快时，又对轧辊表面涂层清刷过度，使带材表面纹理较明显；只有适中的辊刷速度才能较好的控制轧辊表面的涂层[6]，进而轧制出较好的带材表面。

图6 辊刷转速对轧辊和带材表面质量的影响Fig.6 Influence of rotational speeds of roll brush on surface quality of the roll and strip

3)辊刷的冲洗冷却

辊刷内、外冲洗冷却喷淋的主要目的：一是带走辊刷与轧辊相对滑动产生的摩擦热，二是清洗刷辊产生的污垢(磨耗粉)[7]。当内、外冲洗效果不佳时，辊刷上会聚集大量铝粉，辊面“涂层”厚度不均，导致带材表面残留污渍。

在辊刷转速为500 r/min，辊刷的刷痕宽度为28 mm，震荡频次为20次/min条件下,试验对比打开或关闭辊刷冲洗冷却对轧辊和带材表面质量的影响，结果如图7所示。

由图7a、b可见，当辊刷的内、外冲洗关闭时，辊刷及轧辊表面“涂层”严重不均，对应的带材表面有大量不均的污渍残留；当辊刷的内、外冲洗打开，轧辊表面“涂层”较均匀，对应的带材表面较干净细腻，如图7c、d所示。由此可见使用辊刷的冲洗冷却是必要的。

图7 辊刷冲洗对轧辊和带材表面质量的影响Fig.7 Effect of washing of roller brush on surface quality of roller and strip

4)辊刷震荡频次

辊刷的震荡频次主要是指辊刷沿轴向窜动的频率。在辊刷的刷痕宽度为28 mm，辊刷的内外冲洗冷却正常运行，辊刷转速均为500 r/min条件下，打开、关闭辊刷的震荡(震荡频次为20次/min)进行试验，结果见图8。

由图8可见，辊刷震荡关闭时，轧辊表面有间距不等的色差带，带材表面色差带与轧辊表面的相对应；辊刷震荡打开时，轧辊表面“涂层”较均匀，对应的带材表面较均匀 。因此，为得到较均匀细腻的带材表面，辊刷使用合理的震荡频次也是必要的。

图8 震荡对轧辊和带材表面质量的影响Fig.8 Effect of vibration on surface quality of the roll and strip

2.2 不同辊刷材质对带材表面质量的影响

在辊刷转速均为500 r/min，辊刷内外冲洗冷却正常运行，震荡频次为20次/min，刷痕宽度28 mm，对比钢丝辊刷与尼龙辊刷对带材表面质量的影响，结果如图9所示。

由图9a、b可见，使用钢丝辊刷的轧辊表面肋部有明显的粘铝，对应的带材表面的肋部出现了明显的黑点黑条；使用尼龙辊刷的轧辊表面涂层较均匀，对应的带材表面较细腻，如图9c、d所示。

图9 辊刷材质对轧辊和带材表面质量的影响Fig.9 Influence of roll brush material on surface quality of the roll and strip

对比可以看出，在其他条件相同的情况下，使用钢丝辊刷时，其清刷能力较强，但因压靠时辊刷的挠度有限[8]，导致轧辊肋部或一侧容易出现清刷不到的情况，使辊面局部产生粘铝层过厚，进而形成局部的表面黑点、黑条。使用尼龙辊刷时，其清刷能力稍弱(但可以通过压靠进行弥补)，尼龙刷的挠度比较大，对轧辊表面涂层清刷效果较均匀，带材表面也较均匀细腻。

需要指出的是，在大轧制力、大压下量的情况下为得到足够的清刷效果，采用钢丝辊刷是必要的，但要控制好刷痕宽度和两侧的一致性。尼龙辊刷虽然清刷比较均匀，在大轧制力情况下清刷效果有限，要综合考虑后做出选择。

3 结束语

通过对比试验方式，探讨了辊刷使用要素对5052铝合金带材表面的粘铝、黑点、黑条、色差及均匀细腻度的影响，说明辊刷对控制带材表面质量十分重要。在辊刷实际使用过程中，这些要素相互关联，只有优化辊刷的全部使用要素，才能使轧制的带材表面质量处于一个稳定的状态。