支撑辊热轧工艺润滑应用研究

发布时间：2016-05-18 22:18

1.  绪  论

1.1  项目研究意义及背景
从上世纪九十年代末，到本世纪 20 年代，国内新上马的热连轧机组增加迅速，并且都向高速、高效发展，其所生产出来的热轧卷产量在钢材总产量中所占的比重越来越大。在此过程中，由于 2008 年经济危机，各热轧板带生产厂为竞争客户，普遍采取提高产品质量和降低生产成本从而提高生产效率，提高竞争力。其中，轧辊在线润滑技术得到了普遍应用，其提高产品质量和竞争力的作用开始逐渐凸显，并且其工艺应用措施也在实践中不断改进，更加完善。 润滑轧制最早开始提出的目的是为了提高热轧带钢的本体质量（表面状况，氧化铁皮痕和断面形状），然而到现在，其最重要的功能则演变为降低轧制成本，节省热连轧机组电耗和辊耗，是降低经济指标的最好方法之一。 热轧工艺润滑可显著降低工作辊与带钢间的磨擦系数，磨擦系数可降低1/3～1/2。较低的磨擦系数对改善工作辊表面状况、节能、及降低辊耗等都有好处。主要表现在： （1）降低轧辊磨损，减少轧辊单耗，延长工作辊换辊周期。（2）降低轧制力，减少电能消耗，并可实现更薄规格带钢的轧制。（3）提高工作辊表面光洁度，减少氧化铁皮压入，提高带钢表面质量。（4）在铁素体轧制过程中，热轧润滑可以改善带钢的显微组织，提高其力学性能。 热轧工艺润滑根据润滑油喷射集管安装位置不同，可分工作辊切水板下方润滑、工作辊切水板上方润滑和支撑辊润滑。由于前两种方式的安装结构简单，便于拆卸，因此国内主要的钢厂的润滑方式基本都采用以上两种，第三种的结构安装方式很少，至于其它的方式还没有报道。 
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1.2  研究的内容和目标

通过与兄弟厂家和行业内专业供应商、及相关专业的高校专家进行系统、全面的技术交流，我们认为采用支撑辊润滑（即第三种润滑方案）要优于工作辊切水板上方润滑。为此，确定了支持辊热轧油系统的改造方向。 

1.2.1  研究内容 
（1）根据 2150ASP 精轧机现状，研究如何利用现有的工作辊工艺润滑系统，设计一套切实可行的支撑辊工艺润滑系统； 
（2）开发支撑辊热轧油控制程序； 
（3）研究轧制工艺、油温、水温、水压、热轧油浓度等工艺参数对支撑辊表面热轧油向工作辊表面传递的效率的影响规律，以及对热轧油离水展着性的影响规律。 
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2.  热轧工艺润滑原理及发展前景

2.1  热轧润滑机理及其作用
人类应用润滑技术的有记录历史可以追溯到公元前3000年埃及法老为自己建造金字塔时期，那时人们将油脂等黏性物质倾倒在搬运石块的前进道路上，以降低拖拽的拉力，而轧制润滑技术应用最早在拉拔金属丝工艺上，人们采用固体油脂粉末涂抹在金属磨具中，以降低拉拔产生的拉力和热量。在热轧带钢中的润滑历史只是在近代钢铁工业发展起来后才有，今天我们看到的成形的润滑工艺也只是在日本应用20多年，但已经是轧钢技术的一大进步[1-2]。热轧生产中采用润滑工艺可以获得很多的益处，如降低动力成本消耗，轧辊消耗和提高板带的表面质量，尤其是对表面要求较高的汽车板、家电面板，同时更能改善带钢的微观组织，具有良好的深冲机械性能，这一点对下游冷轧材产品尤为重要，同时冷轧生产也大量应用润滑，解决各种生产难题[3]。 而在生产中，薄材在国民生产中的应用越来越广，从而也带动薄材的生产需求的扩大，这导致在轧制薄材的生产工艺研发进度加快，轧辊的改进就是其中重要的一项。轧辊改进最重大的一步是在性能上，主要的结果就是高速钢轧辊的应用不断扩大。但是高速钢轧辊在生产应用时，在其它条件不变的条件下，其轧制力有所增加，导致电耗和轧辊的磨损都有所增加，降低了轧制薄材所带来的利润，而热轧润滑工艺则是目前已知最有效的改善手段之一[4-8]。 在国外，热轧润滑研究已经普遍开展，其中日本已经进展到生产实际应用中[9]，而在欧洲则更深入一些，钢厂将润滑油与轧辊（主要是高速钢轧辊）联合一起研究，以获得更好的经济效益。国内的轧制润滑技术目前才刚刚起步，并且国内生产轧制润滑的厂家大多是国外厂商在国内的合资企业，其影响力还不足以领导国内润滑事业，其产品的应用不多，并且国产大的钢厂都是在应用国外的著名润滑品牌，如壳牌等。
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2.2  热轧辊材质与热轧润滑要求
随着生产工艺的发展、产品质量的提升，客户对产品的要求也随之越来越高。为了使顾客满意，钢铁生产厂在努力适应客户，开发新钢种如高强钢和极薄带钢等新产品的同时，还在努力提高板带的外观几何尺寸精度和表面质量，为客户提供高的成材率、效益，为实现这一目标，为此开发出来PC轧机、HC轧机等新型轧机。为了提高生产效率，先后开发了连续铸轧、自由规程轧制、高速连轧等工艺技术，并日益成熟，相应的热轧工作辊的工作条件越来越恶劣，这就对轧辊提出了新的要求。为实现上述目的，首先开发新材质的高耐磨轧辊，延长轧辊在机使用时间，以减少轧辊磨损、延长使用寿命为工作重点，但该种轧辊在轧制极薄带钢在条件下，轧辊所承受在轧制压力也急剧增加，增加了轧制在不稳定性，由此轧辊润滑工作应运而生，并大行其道。 精轧机是热轧生产的主体设备，产品最终的性能控制、尺寸精度控制都在此完成。在精轧机组中，上游机架承担的任务主要是轧制任务，轧件在厚度变形、凸度等断面尺寸形状尺寸精度控制都在此完成，因此轧辊的工作强度很大，这就要求轧辊的耐磨性好，能承担较高的负荷，并且轧辊还不容易产生不均匀磨损；对于精轧的下游机架，轧辊的轧制任务较小，负荷变形量较小，主要负责控制带钢平直度等板形尺寸精度。另外，由于热轧带钢产品在用途上主要是应用到汽车面板、家电面板及高标准要求在机械制造产品上，因此对轧辊在另一个要求就比较突出，轧辊表面保持一定在光洁度，即轧辊具有耐表面缺陷的性能。 20世纪80年代，精轧机组上游机架工作辊主要材质为高碳镍铬耐磨辊和高铬；90年代起，高速钢轧辊开始应用在生产实际中，到目前为止，精轧上游机架几乎全部使用高速钢轧辊。精轧机组的下游机架，在80~90年代主要使用高碳镍铬铸铁耐磨辊或者是其改进型，目前使用高速钢轧辊最好应用到倒数第3机架，但由于高速钢轧辊在应用的过程中会产生加大的轧制力，导致精轧轧制稳定性降低，是困扰下游机架高速钢轧辊应用的一个难题。粗轧轧辊要求耐磨、耐表面缺陷，同时必须具有良好的咬入性能。原来以高镍铬锻钢辊为主，近年来也开始试用高速钢轧辊。 
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3.  支撑辊热轧工艺润滑系统设计 ..... 27 
3.1 热轧油系统改造方案 ..... 27 
3.2  热轧油系统的其它设备配置情况 ........28 
3.3  热轧油系统关键设备装置的设计 ........ 29 
3.3.1  支撑辊热轧油喷射集管设计 ...... 29 
3.3.2  支撑辊热轧油切水板装置设计 .......... 30 
3.3.3   热轧油水系统蒸汽加热装置改造 .... 32 
4.  支撑辊润滑关键控制技术与工艺技术开发 ......... 34 
4.1  热轧油流量控制技术 .... 34 
4.2  精轧更换工作辊控制 .... 36 
4.3  热轧油喷射时序控制 .... 37 
4.4  热轧油在工作辊表面的附着性 .... 37 
4.5  热轧润滑工艺参数调试与优化 .... 38 
5.  支撑辊工艺润滑结果与效益计算 ......... 40 
5.1 辊缝冷却和热轧油同时使用 ......... 40 
5.2 工作辊和支撑辊磨损 ..... 40 
5.3 轧辊表面质量改进情况 ......... 41 
5.4 经济效益计算 ......... 52 

5.  支撑辊工艺润滑结果与效益计算

5.1 辊缝冷却和热轧油同时使用

支撑辊润滑系统在2007年6月开始设计与制造，2007年年底完成了支撑辊润滑系统的改造工作，，2008年1月开始调试，2008年12月F3机架支撑辊热轧油正式投入使用，到2009年底，2150生产线前段机架全部实现了支撑辊润滑。前段机架支撑辊热轧油投入使用后，我们又对支撑辊热轧油的相关参数进行调整与优化，完成了高速钢工作辊、ASPB+辊型等的试验工作到2012年6月，完成了F5与F6机架的热轧油试验工作，实现国内第一个成功使用支撑辊热轧油的热轧带钢生产线。 采用支撑辊润滑，辊缝冷却和热轧油可以互不干涉，同时投入，充分发挥二者在防止工作辊表面氧化膜脱落和提高带钢表面质量的作用。采用支撑辊润滑后，支撑辊磨损量也有一定程度的降低，对提高支撑辊换辊周期以及板形控制都起到了积极作用。 表5.1为采用支撑辊润滑后，精轧工作辊和支撑辊的使用情况。从表4数据可以看出，降低工作辊和支撑辊磨损，延长换辊周期已经达到50%，已经远超过20%的目标。 

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结论

通过支撑辊热轧工艺润滑应用技术的研究开发，大大降低了工作辊和支撑辊的磨损量，延长了换辊周期，使鞍钢热轧带钢厂2150生产线成为国内第一个成功使用支撑辊热轧油的热轧带钢生产线，填补了本领域空白。得出的结论如下： 
1）热轧工艺润滑经常出现的打滑现象是因为时序不合理、润滑甘油滴落、进钢速度低造成的。 
2）为了保证支撑辊热轧工艺润滑装置的成功应用，要使支撑辊润滑和工作辊润滑两套润滑系统共同存在，可以做到相互及时切换，具有使用方便灵活的特点。为使润滑油以最短的时间内到达工作辊与轧件之间，应将喷射油嘴布置在轧机出口侧。在下工作辊和下支撑辊之间增加一套挡水系统，可以保证下支撑辊热轧油喷射区表面无残水。为确保油水分离时间，为支撑辊热轧油系统配置独立的电磁阀和混合器。 
3）支撑辊热轧油喷射集管设计时，要使热轧油喷射分两段控制，中间9个喷嘴用一个阀控制，边部2个喷嘴用一个阀控制。当轧制带钢宽度≤1600mm，只有中部9个喷嘴打开，边部两个喷嘴关闭；当轧制带钢宽度＞1600mm，11个喷嘴全部打开。正常工作时，水压一般为4~5bar。当水压为4bar时，单喷嘴流量约为7L/min。喷嘴全部打开时，水量为154L/min，边部喷嘴关闭时，水量为126L/min。当水压为5bar时，单喷嘴流量约为7.7L/min。喷嘴全部打开时，水量为169L/min，边部喷嘴关闭时，水量为138L/min。 
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参考文献(略)

本文编号：46874