改善轧辊冷却工艺的生产实践

总第166期
2008年第4期H E B EI M ETALLU R G Y
T otal166 2008,N um ber4
收稿日期:2008-04-09改善轧辊冷却工艺的生产实践
李朝晖
(河北奇圆工程技术有限公司,河北　石家庄　050031)
摘要:通过改善精轧区轧辊冷却工艺,单辊轧制量提高了1136倍,降低了生产成本。

关键词:轧辊;冷轧工艺;实践
中图分类号:TG333117 文献标识码:B文章编号:1006-5008(2008)04-0057-02
PRA C TIC E TO I M PROV E ROLL COOL I N G PROC ESS
L i Zhaohui
(H ebei Q iyuan Engineering and Technique C o1,L td1,Shijiazhuang,H ebei,050031)
A bstract:W ith i m p roving roll cooling p rocess in fine-rolling region,rolling out put for a single roll is in2 creased by1.36ti m es and cost reduced.
Key W ords:roll;cooling rolling p rocess;p ractice
河北澳森钢铁公司轧材厂带钢车间(以下简称“带钢车间”)建于2005年,设计能力80万t/年,所用坯料为360mm×135mm,400mm×135mm,460 mm×135mm3种,成品规格为(355～505)mm×(215～515)mm,钢种为Q195～235,为半连轧布置。

在实际生产中,精轧轧辊的消耗居高不下是降低生产成本的一大难题,尤其是工作辊,始终和红热的钢坯直接接触,极易造成轧辊磨损、龟裂、剥落甚至断辊,影响了带钢质量。

为了避免影响带钢质量,生产过程中频繁换辊,而频繁换辊又耽误了生产时间,影响了产量,因此提高轧辊寿命、降低辊耗已成为急需解决的问题。

1　轧辊消耗的主要原因
轧辊消耗主要有轧辊磨损和轧辊破损,它们都和冷却工艺有密切关系。

111　轧辊磨损
轧辊磨损与其它磨损在形成机理上相同。

从摩擦学角度分析,可理解为轧辊宏观和微观尺寸的变化。

一般讨论的轧辊磨损,包括宏观磨损和微观磨损,具体表现为轧辊直径的缩小。

轧辊的磨损形式主要有:机械磨损:工作辊与轧件及支撑辊表面相互作用引起的摩擦形成磨损;化学磨损:辊面与周围其它介质相互作用,造成表面膜的形成与破坏;热磨损:在工作状态下,轧辊因高温作用表面层温度剧烈变化引起的磨损。

由以上分析可以看出,轧辊磨损主要与轧辊的材质和表面温度有关,而温度又决定于轧辊的冷却工艺。

112　轧辊破损
轧辊破损包括裂纹、剥落、断裂,这三种轧辊消耗也和冷却工艺有紧密联系。

(1)轧辊裂纹。

轧辊裂纹是由于多次温度循环产生的热应力造成轧辊逐渐破裂,发生在轧辊表面薄层。

轧制时,轧辊受冷热交替变化剧烈,从而在轧辊表面产生严重应变,逐渐产生热疲劳裂纹。

这种裂纹由热循环应力、拉应力及塑性应变等多种因素形成的,塑性应变使裂纹出现,拉应力使其扩展。

(2)轧辊剥落。

生产中热轧工作辊的剥落多数为辊面裂纹所致。

当工作辊与高温带钢接触时,辊面温度可升高到500～600℃;而当接触到冷却水时,工作辊的温度又迅速降到150℃以下。

这种周期性的加热和冷却使工作辊辊面产生了变化的温度场,因而产生了明显的周期应力,当热应力超过材料的疲劳极限时,轧辊表面便产生细小的网状热裂纹,即龟裂。

另外,在轧制过程中,当带钢出现甩尾、叠轧时,轧件将划伤轧辊,就形成了新的裂纹源。

轧辊表面的龟裂、表层裂纹等,在工作应力、残余应力和冷却作用下引起的氧化,使裂纹尖端的应力急剧增
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加并超过材料的允许应力而向轧辊内部扩展。

当裂纹发展成与辊面呈一定的角度甚至沿着辊面平行的方向扩展时,就造成了轧辊剥落。

(3)轧辊断裂。

轧辊断裂的因素很多,其中包括本身的因素,即辊身内部存在大量裂纹、轧辊组织缺陷和铸造缺陷。

在生产过程中,如辊身内部存在大量裂纹,则该裂纹尖端产生应力集中而快速扩展并连接形成一个较大的裂纹,这种裂纹在交变应力的作用下,由内向外逐渐扩大,当裂纹扩大到一定程度时就会发生断裂。

由上述分析可以看出,轧辊破损的根本原因在于轧辊热裂纹,热裂纹主要与轧辊的冷却不均匀、局部急冷有关。

通过控制改善轧辊的冷却工艺,提高轧辊的冷却效果,可防止轧辊出现严重的热裂纹,提高轧辊的使用寿命。

2　实际生产情况
带钢车间的工艺流程为:加热→水除鳞→粗轧→精轧→卷取。

211　轧辊材质
带钢车间目前精轧机组采用的是高镍离心铸铁轧辊,金相组织为:贝氏体+少量马氏体及残余奥氏体+碳化物+少量石墨。

工作层碳含量为311%～315%,铬含量为115%～210%,镍含量为410%～510%。

这种轧辊内部存在较大的铸造应力和亚稳定的残余奥氏体组织,对其进行热处理后,形成以贝氏体为主的基体,硬度可达HS70～80。

这种以贝氏体为基体的轧辊,热稳定性较差,如果轧辊的温度过高,轧制时在轧制应力和热应力的作用下,极易引起轧辊工作层的剥落、龟裂,造成轧辊掉皮等缺陷。

212　轧辊冷却工艺
目前,带钢车间由1台水泵供粗轧和精轧使用,水泵为单极双吸离心泵,水压为0165M Pa、水量为1170m3/h、水温为20～40℃,水量对于精轧区轧辊冷却能力明显不足,结果精轧轧辊工作温度高于60℃,所以需要增大精轧区轧辊的冷却水量。

3　改进措施
311　增加1台水泵
带钢车间增加1台水泵专门用于精轧轧辊冷却使用,冷却水压力为1M Pa、水量为1200m3/h,这样精轧区每架轧机冷却水量可保持在120m3/h,轧辊表面温度低于60℃,降低了热应力对精轧轧辊的影响。

另外,加强对浊环水池氧化铁皮清理,减少浊环水的氧化铁皮量,提高浊环水质,从而降低了氧化铁皮对轧辊表面的磨损。

312　轧辊检验
对新轧辊用便携式超声波探伤仪进行检验,及时检测出辊身内部裂纹及轧辊组织缺陷和轧辊的铸造缺陷,对有缺陷的轧辊做到不使用。

313　轧钢工艺的改进
(1)开轧前,辊身必须给水方可进行空试车;轧制时控制辊身温度不高于60℃,工作辊上机前轴承座注油室内必须充分注油,防止辊颈温度过高,一般辊颈温度不高于40℃。

(2)正确地掌握要钢速度,做到既不影响轧制,又不使板坯在辊道上停留时间过长,以防过大的温降和造成黑印。

(3)严禁轧制被高压水局部浇冷或有黑头的钢坯,低于开轧温度或温度严重不均匀的钢坯不准轧制,钢坯表面不清洁也不准轧制。

314　冷却工艺的改进
(1)轧制过程中出现卡钢事故时,轧辊表面的温度会迅速升高,处理不当极有可能出现轧辊烧伤和热裂,严重时可能会造成断辊。

因此,卡钢时必须立即关闭冷却水,并迅速排除轧件;之后,轧辊空转到辊身温度低于60℃时(一般为15m in),再由小到大缓慢加大冷却水量并恢复轧钢,以此保证轧辊不受伤害。

(2)短时间待轧,轧辊必须爬行,不要关闭辊身冷却水;停轧后关闭辊身冷却水,如再轧钢时才能开启辊身冷却水,以防轧辊产生热裂纹。

315　磨辊
轧辊磨削时先用着色探伤剂探伤,具体做法为:先使用清洗剂清洗轧辊表面,使表面清洁,再使用渗透剂喷涂轧辊表面;过10m in后,用显像剂喷涂,这样裂纹就会显示出来,然后磨削掉所有探测到的裂纹。

重复以上步骤,继续探伤磨削,直到将裂纹清除干净。

除了需要磨削掉检测到的裂纹之外,还要在此基础上多磨去011～012mm的应力影响区,这样就可以防止旧裂纹的扩展和新的磨削裂纹产生。

4　结语
采取以上措施后,以精轧3架轧机工作辊为例,改善轧辊冷却工艺前,可轧制18185t;改善冷却工艺后,可为24724t,轧辊的轧制量提高了1136倍。

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