6、鄂钢棒材《实施新冷却技术,降低轧辊导卫消耗,提高生产率》[1]

武钢集团鄂钢公司棒材厂
《实施新冷却技术降低轧辊导卫消耗，提高生产率》
简介
原棒材厂二车间轧辊、导卫及精轧活套器旋转辊的冷却管网布置、冷却结构件的设计以及冷却水质量等诸多方面都存在缺陷，造成生产过程中，导致轧辊缺水断辊、轧槽烧损不耐磨、旋转辊粘铁、备件消耗大以及圆钢成品表面出现麻点、凹坑等质量问题。

围绕以上问题，对冷却管网、冷却结构件等进行重新设计和改造，实施新冷却技术，达到了杜绝轧辊缺水断辊、轧槽耐磨损、旋转辊不粘铁、备件消耗降低以及圆钢成品表面质量满足国家标准的良好效果。

武汉钢铁（集团）公司合理化建议“金点子”申报材料
鄂钢公司棒材厂
《实施新冷却技术，降低轧辊导卫消耗，提高生产率》
武钢集团鄂钢公司
二O一O年五月
目录
1、《实施新冷却技术，降低轧辊导卫消耗，提高生产率》合理化建议书
2、《实施新冷却技术，降低轧辊导卫消耗，提高生产率》审查论证意见
3、《实施新冷却技术，降低轧辊导卫消耗，提高生产率》立项计划
4、《实施新冷却技术，降低轧辊导卫消耗，提高生产率》实施情况报告
5、《实施新冷却技术，降低轧辊导卫消耗，提高生产率》效益分析报告
6、鄂钢公司《关于表彰2009年度合理化建议“金点子”和优秀组织单位的决定》
7、武汉钢铁（集团）合理化建议“金点子”申报表
《实施新冷却技术降低轧辊导卫消耗，提高生产率》
合理化建议书
武钢集团鄂钢公司棒材厂尹志香、王汉林
二OO九年六月
一、建议产生的背景：
鄂钢棒材厂二车间是2003年12 月26日投产的一条连轧生产线。

年设计产量为50万吨。

该车间1＃750轧机至18＃350轧机机架是由哈东伟提供的短应力轧机，通过悬挂式横梁输送浊循环水冷却轧辊和导卫。

由于初始设计缺陷，冷却方式和效果明显不满足生产现场需要：粗轧孔型烧损、掉块及断辊现象频繁；中精轧孔型磨损不均、龟裂、发黑现象严重。

，致使换辊换孔型频繁、成品材尺寸和质量不合格，严重制约了棒材厂生产的正常进行。

二、建议提出：
2006年5月，棒材厂就二车间轧辊和导卫水冷却存在的问题，组织轧钢、准备等相关管理人员召开专题讨论会，成立以“二车间轧辊和导卫水冷却操作”的专题攻关小组。

提问题、找差距、想办法、定措施。

在项目专题攻关中，组织专业技术人员对设备存在的缺陷进行认真分析。

攻关小组成员立足于棒材厂二车间的实际状况，参考一车间轧辊和导卫冷却生产实践的成功经验，大胆创新，提出建议：对棒材厂二车间全线轧辊和导卫水冷却操作进行改进，以提高冷却质量、降低辊耗、提高产品实物质量，满足生产需求。

三、采取的改造方案与措施：
通过分析，我们认为主要是由于冷却水管网原设计布局和轧机机架与悬挂式横梁空间配合尺寸存在缺陷;经研究决定采取以下方案：
1、管网类：
（1）将粗轧2＃、4＃、6＃、8＃、10＃、12＃主供水管网改造并增加冷却
水装置。

（2）改造精轧活套器水冷却管路，形成单独供水，与精轧轧辊和导卫水冷却管网分开。

2、结构件类：
（1）、450和350机架进口方向横梁滑座新加工进水口，增加冷却水装置，改善原设计中轧机机架与悬挂式横梁空间配合尺寸局陷，环状冷却弯管长度由以前的≤285毫米增加至≥570毫米。

（2）、胶管总成接口由原设计的六种螺纹接口形式改为两种快换接头形式，规定所有接口加装生料带避免浊循环水腐蚀。

（3）450和350机架横梁滑座出口接口由原设计的右边（水平辊）和上边（立轧辊）分别改至左边（水平辊）和下边（立轧辊）。

（4）全线导卫进出口增加水冷却。

四、实施：
2008年7月至2009年1月，我们利用停产检修时间，按照以上方案逐步进行施工，较好地解决了二车间轧辊和导卫水冷却无法满足生产需要的问题。

五、实施效果：
经过改进，彻底解决了750、650和550轧机轧辊孔型烧损、掉块、两对称孔型磨损不均及断辊现象；450和350轧机杜绝出现烧损、掉块、螺纹钢尺寸超差；圆钢麻点、划线等质量异议；减少轧辊重车量、减少换辊换孔型次数、缩短检修时间和误时，提高操作效率，减少劳动强度。

六、启示及努力方向：
经过对二车间轧辊和导卫水冷却改进，较好地解决了辊耗和产成品质量的问题，但是在生产实践中我们看到有以下不足：
（1）减定径机组碳化钨辊环在历次调试中发生的崩裂、烧损现象现在还没有确切的完善方法，下一步我们的工作依然是要突破原设计缺陷，勇于创新，设计制造出效果明显、简单易行的装置，为提高生产率提供技术支撑。

（2）轧钢行业已经并正在推广使用高速钢轧辊，因其优越的性能和高昂的
采购价格，单纯从常规的增大环状冷却面已经不能适应发展需要，务必从水质、水温等技术层面更深入研究。

审查论证意见
2008年5月，鄂钢棒材厂工会针对公司开展节能减排的活动要求，在全厂范围内发动职工查找漏洞，进行小改小革。

为改变轧辊和导卫水冷却存在的问题，技术设备科、热轧车间成立以“二车间轧辊导卫冷却技术操作”的专题攻关小组，对轧辊导卫冷却技术操作进行改进。

解决辊耗和产成品质量的问题和不足。

该成果是岗位职工立足本岗，善于观察，勤于思考不断试验的结晶。

该成果不但解决了辊耗和产成品质量的问题，减少了质量异议；而且基本解决了轧辊烧损、龟裂、黑化及断裂现象，提高了轧辊使用寿命；减少换辊换孔型次数，提高了作业时间；提高了产成品质量，极大地满足了生产要求。

该成果的攻关过程对于今后解决生产中类似的其他问题有着良好的借鉴作用，具有一定的技术推广价值，适用于同行业其他兄弟厂家大力推广应用。

武钢集团鄂钢公司棒材厂
二OO九年六月十五日
立项计划
2008年5月，武钢集团鄂钢公司棒材厂二车间以“二车间轧辊导卫水冷却技术操作法”的专题攻关课题进行技术攻关，具体情况如下：
一、攻关小组
组长：盛家斌
副组长：尹志香
组员：王汉林、吴丰权、林森。

二、攻关内容
2008年5月，棒材厂就二车间轧辊导卫水冷却的问题，组织轧钢、点检、保产等相关管理人员召开专题讨论会，成立以“二车间轧辊导卫水冷却技术操作法”的专题攻关小组，提问题、找差距、想办法、定措施。

在项目专题攻关中，组织专业技术人员对设备存在的缺陷进行认真分析，攻关小组成员立足于棒材厂二车间的实际状况，参考一车间轧辊和导卫冷却生产实践的成功经验，大胆创新，建议提出：对棒材厂二车间全线轧辊和导卫水冷却操作进行改进，以提高冷却质量、降低辊耗、提高产品实物质量，满足生产需求。

三、改造计划与措施
通过分析，我们认为主要是由于冷却水管网原设计布局和轧机机架与悬挂式横梁空间配合尺寸存在缺陷;经研究决定采取以下方案：
1、管网类：
（1）将粗轧2＃、4＃、6＃、8＃、10＃、12＃主供水管网改造并增加冷却水装置。

a)改造精轧活套器水冷却管路，形成单独供水，与精轧轧辊和导卫水
冷却管网分开。

2、结构件类：
（1）、450和350机架进口方向横梁滑座新加工进水口，增加冷却水装置，
改善原设计中轧机机架与悬挂式横梁空间配合尺寸局陷，环状冷却弯管长度由以前的≤285毫米增加至≥570毫米。

（2）胶管总成接口由原设计的六种螺纹接口形式改为两种快换接头形式，规定所有接口加装生料带避免浊循环水腐蚀。

（3）450和350机架横梁滑座出口接口由原设计的右边（水平辊）和上边（立轧辊）分别改至左边（水平辊）和下边（立轧辊）。

3、全线导卫进出口增加水冷却。

四、预计效果：
经过改进后，彻底解决了750、650和550轧机轧辊孔型烧损、掉块、两对称孔型磨损不均及断辊现象；450和350轧机杜绝出现螺纹钢尺寸超差；圆钢麻点、划线等质量异议；减少换辊换孔型次数、缩短检修时间和误时，提高操作效率，减少劳动强度。

武钢集团鄂钢公司棒材厂
二OO八年五月十日
《实施新冷却技术降低轧辊导卫消耗，提高生产率》
实施情况报告
2008年5月，棒材厂就二车间轧辊导卫水冷却的问题，组织热轧、准备班相关管理人员召开专题讨论会，成立以“二车间轧辊导卫水冷却技术操作法”的专题攻关小组，提问题、找差距、想办法、定措施。

在项目专题攻关中，组织专业技术人员对设备存在的缺陷进行认真分析，攻关小组成员立足于棒材厂二车间的实际状况，大胆创新，对棒材厂二车间轧辊导卫水冷却操作法进行改进，改造项目具体实施情况如下：
我们针对该车间1＃750轧机至18＃350短应力轧机机架与悬挂式横梁输送浊循环水冷却轧辊和导卫的不足。

解决了粗轧孔型烧损、掉块及断辊问题；中精轧孔型磨损不均、龟裂、发黑现象严重问题。

，换辊换孔型频繁、成品材尺寸和质量不合格问题，极大地保证了棒材厂的正常生产。

创新点在于：理想的冷却效果应该是……
1、改变了轧制线冷却水管网的布局：
粗轧750、650和550轧机主供管网改造，重新布局管路，简化接口形式减少备件品种；活套器制作专门管网，与轧辊导卫管网分开，单独供水。

2、对原轧机机架与悬挂式横梁的配合设计缺陷进行优化：
为确保足够的环状冷却面，将粗轧2＃、4＃、6＃、8＃、10＃、12＃增加冷却水装置；450和350机架进口方向横梁滑座新加工进水口，增加冷却水装置，环状冷却弯管长度由以前的≤285毫米增加至≥570毫米；胶管总成接口由原设计的六种螺纹接口形式改为两种快换接头形式，规定所有接口加装生料带避免浊循环水腐蚀；450和350机架横梁滑座出口接口由原设计的右边（水平辊）和上边（立轧辊）分别改至左边（水平辊）和下边（立轧辊）；全线导卫进出口增加水冷却。

经过改进后，彻底解决了粗轧750、650和550轧机下辊和立轧北辊孔型磨损不均、烧损掉块严重的问题；精轧轧辊上下孔型不对称磨损导致轧件尺寸控制
不严、孔型发黑和龟裂问题；提高了轧辊（特别是高速钢轧辊）的使用周期，提高单槽轧制量，降低成本、杜绝出现螺纹钢尺寸超差；圆钢麻点、划线等质量异议。

减少因尺寸超差、麻点、划线等缺陷而判废或采取的精整工序、减少换辊次数、缩短检修时间和误时，提高操作效率，减少劳动强度。

保证并促进了棒材厂二车间的正常高效生产。

武钢集团鄂钢公司棒材厂
二00九年一月十五日
《实施新冷却技术降低轧辊、导卫消耗，提高生产率》
效益分析报告
通过本次“二车间轧辊导卫水冷却技术操作法”的项目技术攻关，这一项目创造的直接或间接经济效益统计如下：
节约备件：精轧轧辊月节约2套×2.2＝4.4万元，粗中轧轧辊季节约1套×3.6＝3.6万元，合计全年67.2万元
减少待处理品费用效益：待处理品费用3万元/月，精整费600元/吨×580吨＝34.8万元，其它合计34.84万元
节约误时：节约换辊、换孔时间2小时/月×12月×80元/吨×100吨＝19.2万元
合计：投产后全年效益合计121.23万元。

武钢集团鄂钢公司财务部
二00九年十一月
武汉钢铁（集团）公司合理化建议“金点子”申报表
第28卷第1期
2006年3月
甘肃冶金
GANSU METALLURGY
Vol. 28No. 1
Mar. , 2006
文章编号: 167224461 (2006) 0120004203
浅析铸造热轧带钢工作辊的剥落与断裂失效
王训宏1 ,王快社1 ,郑健峰1 ,马叶红2
(1. 西安建筑科技大学,陕西西安710055; 2. 宝钢集团,上海梅山
热轧板厂,江苏南京210039)
摘要:本文论述了在热轧带钢生产过程中工作辊剥落和断裂失效的主要形式,分析了其产生的主要原因,并针对每一种失效形式提出了具体的改进方法和预防措施。

关键词:热轧带钢;剥落;断裂;预防措施
中图分类号: TG335. 11文献标识码:A
1前言
铸造热轧带钢工作辊表面硬度高,辊身表面硬度均匀,而且工作层硬度落差几乎不降。

耐磨性好,轧辊芯部强度高,轧制的板带材表面质量好。

在热轧带钢生产过程中,铸造热轧带钢工作辊的剥落失效可以导致轧辊事故或轧机长时停机,另外,轧辊事故对支撑辊或轧机的损害也是不可避免的。

有些损坏常常需要过一段时间才能体现出来[ 1 ] 。

轧辊剥
落失效的发生不但会引发轧辊的严重损坏,而且会造成带钢的报废和生产停顿。

一般不能对损伤的轧辊使用修磨的方法进行修复,因此必须在轧辊的生产与使用过程中采取相应的预防措施并且建立良好
的轧辊管理制度,从而提高生产率,降低辊耗[ 2 - 5 ] 。

2工作辊的剥落失效形式
2. 1马鞍形剥落
这种马鞍形状的疲劳剥落是起源于结合层下部芯部材质,从而引发了大块的掉肉。

从断裂表面上可以看到许多疲劳截面的传播途径。

这种剥落往往发生在灰口铁芯部的离心工作辊( 4辊轧机) ,而且发生的部位往往是辊身中部。

见图1。

图1马鞍形剥落
马鞍形剥落往往是由于在轧制薄而硬的带钢时,压下比大,轧辊偱环承受高负荷而引发的剥落。

轧辊芯部材质交错地受正负应力的作用,在超过疲劳极限时,会引发微裂纹的产生。

随着微裂纹的增加,则会导致芯部材质的弱化。

在随后的工作过程中,这些裂纹通过传播会合,逐渐由芯部延伸到辊身表面,进而产生大块的“马鞍形”掉肉。

在轧辊自身残余拉应力还在的情况下,越容易导致这种现象的发生。

在剥落的早期,芯部弱化的第一阶段通常可用超声波很容易地检测出来。

回波的减弱会给我们这方面的提示,也就是说这种轧辊材质不能承受此类轧机的负荷。

为预防轧辊“马鞍形”剥落的产生,对轧辊制造厂家来说,应根据客户的要求及轧辊工作的实际状况,对负荷大的轧机应采用高强度的球墨铸铁芯部材质,来避免采用低强度的灰铸铁材质。

2. 2挤压裂纹和带状疲劳剥落(猫舌状剥落)
轧制过程中在局部挤压过大的区域,轧辊表面会形成1条或几条裂纹,这样的裂纹往往会在平行于辊轴的方向形成,然后逐渐沿径向传播;随着轧制过程的继续进行,疲劳会逐渐向圆周方向漫延,呈现出平行于辊身表面的猫舌状断裂带。

断裂面的漫延方向同轧辊旋转方向相反。

这种断裂首先是在工作层中产生的,进而逐渐往辊身方向变深变宽,最终导致辊身大面积的剥落。

见图2。

这种剥落形式产生的主要原因是过大的局部负荷超过轧辊外层的抗剪切强度时会引发裂纹。

在持续的轧制过程中疲劳会继续引发裂纹的产生,进而导致辊身局部大面积掉肉。

对服役期较长的工作辊和支承辊,磨损的表面会时常产生局部的超负荷,对不正确的CVC轮廓来说也是同样。

持续使用弯辊技术、没有合理的辊端倒角轮廓(以均衡支承辊端部应力)的支承辊、轧机事故以及轧制外来物都会引发此类裂纹。

( a)挤压裂纹
( b)带状疲劳剥落
图2挤压裂纹和带状疲劳剥落
为预防这类剥落失效的产生,轧辊每次服役后应对其缺陷进行检测。

在发生严重轧机事故后,轧辊应进行100%裂纹检测,除此之外,还应采取一系列附加的措施,如服役期长短的控制,修磨时能否完全去除裂纹、正确的轧辊凸度控制等等,从而有效地控制由于负荷过载所导致的轧辊失效。

另外,用户可通过良好的轧辊检测纪律及正常的轧机运行避免此类失效的发生[ 6 ] 。

2. 3表皮/芯部结合层处脱落
工作辊表层金属由于结合层不良与芯部材质脱落,随后脱落层沿着这一弱结合面进一步扩展,最终导致工作层局部剥落。

此类结合层处脱落的原因是表皮材质同芯部材质冶金结合性不好。

造成该情况的主要原因是:
⑴表层和芯部间残留的氧化层;
⑵结合层中残留的熔剂和杂质;
⑶结合层中过多的碳化物、气孔、片状石墨或非金属残留物如硫化物等。

其他造成表面同芯部脱落的因素还有:
⑴由于轧制事故,可能造成局部负荷过载,引发外部与芯部材质的脱落,进而分隔面沿着结合层逐步扩展,直到达到临界尺寸,瞬间产生二次脱落。

这种损坏形式在结合层没有任何缺陷的情况下也可发生。

⑵由于不正常的过热现象(冷却系统问题,粘钢等)结合层径向张力过大,也会导致结合层剥落。

图3表皮/芯部结合层处脱落
为了防止这种剥落形式的发生,可通过超声波检测和量化表皮与芯部结合程度,并可预测轧辊在使用过程中此结合层脱落的传播面。

具有破坏性后果的剥落,一般通过轧辊使用前的超声波检测是可以避免的。

对于其结合层局部分离尺寸已接近危险尺寸的,不能上机使用。

3主要的断裂失效形式
3. 1弯矩引起的轴承部位断裂
这种失效形式的断裂面从轴承部位外部开始延伸到整个截面。

典型的是从圆弧部开始,通常是由于疲劳而产生的裂纹扩展后引起的。

其失效的主要原因是高弯矩负荷超过了轧辊轴承部弯矩负荷极限或抗疲劳极限。

它常常发生在热轧二辊机架任何材质的工作辊上。

断裂原因可分为以下几种情况:
⑴高轧制力和过低轧辊强度设计。

⑵轧制事故引发的高弯曲负荷。

⑶轧辊在轴承部位有质量缺陷。

⑷轧辊辊身辊颈部过渡圆弧太小,圆弧表面刀痕及腐蚀引起的疲劳裂纹等产生的切口效应。

因此,在使用过程中应避免弯曲负荷超载,选用符合要求的轧辊的设计和轧辊材质。

将过渡圆弧部分抛光以减少刀痕所引起的切口效应。

保护过渡圆弧,避免其发生锈蚀。

安排经常性的轧辊检验。

3. 2传动端扭矩引起辊颈折断
这种断裂发生在传动端强度最低的截面,经常是辊子密封圈安放处,并向辊颈心部或轧辊圆弧顶部扩展。

断面同辊轴不垂直,经常呈现由撕裂引起的像钻头形状的断面。

其产生的主要原因是加在传动端辊颈部位的扭矩超过辊颈材质最大的承受能力。

辊颈的强度受到密封圈安放处槽底、径向钻孔等半径尺寸过小所引
第1期王训宏等:浅析铸造热轧带钢工作辊的剥落与断裂失效起的应力集中及切口效应的影响,强度降低。

如果负荷从轧机设计和轧制角
度看是正常的,那么轧辊的材质就需要升级。

或者负荷超过了正常轧制水平,扭矩就大于轧辊材质最大的抗扭矩能力,造成断辊。

过载会在下列几种情况下产生:
⑴轧机由于粘钢引起的停转。

⑵轧辊事故,如粘钢、不恰当的初始辊缝设置等等。

⑶轧辊与传动轴安装问题。

因此,应确保稳定的轧制状况。

避免在高负荷截面出现小半径的圆弧及圆孔,如在密封圈安放处,扁方或梅花头处。

安装剪切保护装置避免扭矩过载等。

确保转动处及联结系统的尺寸精度。

3. 3轴承磨损及烧死引发的辊颈折断
此类失效的主要原因是不恰当的、损坏了的或没安装的密封环造成冷却水、氧化皮和其他杂质侵入轴承内圈与辊颈间隙。

轴向深度拉痕是由于轴承与辊颈间存在的一些小金属碎片引起的,当辊子下机修磨时,这些小碎片可能会隐藏在轴承与辊颈之间,造成划伤。

如果润滑油的黏度太低,轴承和辊颈间安装间隙不合适,加上杂质的存在可能导致辊颈表面磨损,甚至可导致辊颈与轴承之间的冷焊和粘合,也会造成润油孔的堵塞,造成摩擦负荷增加,产生过热、热裂,使轴承抱死。

因此,应确保任何时候在轴承内有足够的油和其他润滑剂,加强密封圈的维护以避免冷却水和氧化皮进入轴承区域。

提高辊颈的表面硬度不是有效的措施。

3. 4热应力折断
热应力折断同辊身表面和芯部的最大温度差有关。

温差的产生是由于
轧辊冷却系统不好,甚至冷却系统瘫痪,或辊身由于轧制初期过钢量过大,导致辊子表面过热。

辊身表面同内部的温差产生热应力,它加在辊身原有的内应力上。

例如:辊身表面同内部的70 ℃的温差,会在轧制初期最关键时刻产生轴向110MPa额外热应力。

一旦芯部轴向应力超过芯部材料的最大强度,热应力断裂就会突然发生。

良好的轧辊冷却系统是最好的保障,它确保可能产生的最大温差不会带来问题,在冷却系统状态不能发挥最大效能的时候,应注意采取以下防范措施:
⑴在轧制初期减少轧制量。

⑵轧制前对工作辊进行预热。

⑶轧辊温度必须达到同室温一致的温度,或者芯部采用高强度材质(用球墨铸铁材质代替片状灰口铁材质) 。

⑷轧辊制造时,避免产生过大的内应力,避免内部的铸造缺陷,如缩孔、偏析、气孔等等。

4结语
随着经济全球一体化进程的加快,钢铁企业间的竞争日趋激烈,这就要求企业必须在提高产品质量的同时降低成本,从降低轧辊消耗指标这一角度出发,应当加强轧辊的生产工艺管理和建立良好的轧辊管理制度,这当中包括轧制周期长短的确定,良好的磨辊程序及无损检测手段。

除此之外,轧辊磨损轮廓的测量记录,工作硬化层的检测对延长轧辊服役期也是有益的。

参考文献:
[ 1 ] 王延溥. 金属塑性加工学[M ]. 北京:冶金工业出版社. 1991.
[ 2 ] 汪祥能,丁修堃. 现代带钢连轧机控制[M ]. 沈阳:东北大学出版社, 1996.
[ 3 ] 钱爱文,邸洪双,鲍培玮,等. UC轧机中间辊横移对轧件板形影响的统计分析[ J ]. 钢铁研究, 2003, 3: 35237.
[ 4 ] 陈先霖. 新一代高技术宽带钢轧机的板形控制[ J ]. 北京科技大学学报, 1997, 19: 225.
[ 5 ] Vladimir B Ginzburg. Selection of op timum strip p rofileand flatness technology for rolling mills. I & S Engineer,
1997, 7: 30237.
[ 6 ] 符寒光,刘金海,殷作虎. 国外高速钢复合轧辊研究的进展[ J ]. 铸造, 1999, 2 (2) : 44247.
收稿日期: 2005211221
作者简介:王训宏(19812) ,男,硕士研究生,主要研究方向为材料加
工方法与工艺。

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6 甘肃冶金
第28卷__。