2 250 mm 熱連軋產線軋輥利用率的提升實踐

陳志桐，史偉萍，劉永強，吳 迪，李 娜

（河鋼集團邯鋼公司，河北 邯鄲 056003）

0 引言

在熱軋生產過程中，軋輥表面在高溫下會形成一層氧化膜，由于軋輥處于高溫、高速、驟冷驟熱的環境下，且承受著周期變化的應力，當達到一定的疲勞極限后，氧化膜產生微裂紋并不斷擴展，最終脫落壓入帶鋼，對帶鋼表面質量影響極大。隨著邯鋼產品結構的不斷升級調整，高表面等級的產品占比逐漸加大，如酸洗汽車家電用鋼、冷軋汽車“O5”板等，該類產品對表面質量有較高的要求。為保證產品質量，熱軋生產過程中必須保證軋輥的表面質量。為達到這一目的，目前主要采用縮短軋制計劃單元的方式，但該方式存在幾個問題：一是短的軋制計劃單元必然增加換輥次數，降低了生產效率；二是縮短了軋輥在機時間，增加了軋輥消耗；三是使得生產效率下降及輥耗增加，直接造成生產成本的增加。為了解決以上問題，有必要進行軋輥利用率的提升研究，以適應目前的發展趨勢，降低生產成本。

1 軋輥利用率影響因素

1.1 加熱工藝

加熱工藝是影響板坯表面質量的關鍵因素，加熱工藝參數主要包括加熱溫度和加熱時間。加熱溫度高、加熱時間長，氧化鐵皮易黏在鋼坯上，不容易被清除掉，軋制時則形成一次氧化鐵皮壓入，若帶著氧化鐵皮壓入缺陷到精軋工序，會加速軋輥局部磨損。出爐溫度降低必然減少一次氧化鐵皮的生成厚度，在后續除鱗時能較徹底地清除，利于精軋階段帶鋼表面質量的提高，減少軋輥的磨損消耗[1-3]。

1.2 精軋油膜潤滑

油膜潤滑可以有效改善軋輥表面質量，減少磨損，提高帶鋼表面質量。在帶鋼進入輥縫前，將混合后的油水混合物通過噴嘴噴到軋輥表面，潤滑劑在變形區高溫、高壓環境下發生汽化和分解，形成高溫、高壓的氣墊，氣墊能夠將軋輥與帶鋼隔開，起到潤滑作用，降低軋輥與帶鋼之間的摩擦系數。

1.3 軋輥冷卻

邯鋼2 250 mm 熱軋線油膜潤滑噴嘴位于精軋機入口軋輥冷卻水集管的上方，投用油膜潤滑時，軋輥入口冷卻水要關閉，避免沖掉潤滑油，因此軋輥的冷卻主要依靠出口冷卻水。在軋制過程中如果軋輥得不到充分冷卻，則會加速氧化膜剝落趨勢[4-7]。此外，軋輥冷卻水噴嘴堵塞、歪斜、變形等情況會造成輥面局部冷卻不足和氧化膜剝落，如圖1 所示。

圖1 噴嘴堵塞與軋輥氧化膜脫落的關系圖

1.4 三次氧化鐵皮厚度

精軋階段產生的三次氧化鐵皮的厚度對軋輥磨損具有重要影響[8-10]。較厚的氧化鐵皮會使軋輥磨損更嚴重，從而影響使用周期。帶鋼表面溫度較低，產生的氧化鐵皮厚度更薄，且氧化鐵皮結構組成中硬度更小的FeO 占比更多，有利于軋輥保持良好的表面狀態。

2 優化改進方案

2.1 合理控制出爐溫度、加熱時間

根據實踐經驗，將低碳鋼的出爐溫度控制在1 210 ℃以下，高強鋼的出爐溫度控制在1 230 ℃以下，在爐時間控制在200 min 以內，產生的爐生一次氧化鐵皮厚度適宜，能夠被除鱗機清除干凈。溫度過高或在爐時間過長均可能導致產生的氧化鐵皮殘留，在后續軋入帶鋼，產生氧化鐵皮壓入，在精軋階段加劇軋輥局部磨損。

2.2 優化精軋油膜潤滑量

軋制計劃單元延長后，根據下機軋輥表面狀況，增加F2—F5 油膜潤滑量（見表1），同時保證軋制力降幅不超12%，從而使潤滑效果達到最理想的狀態。

表1 精軋油膜潤滑量 單位：mL

2.3 增加軋輥冷卻水水量、封堵邊部噴嘴

將精軋F2—F5 機架出口軋輥冷卻水噴嘴改為更大流量的噴嘴，4 個精軋機架的軋輥冷卻水流量分別由750～770 m3/h、750～770 m3/h、600～620 m3/h、600～620 m3/h 提高到800～820 m3/h、780～800 m3/h、810～830 m3/h、700～720 m3/h，提高軋輥冷卻效果。

為了更直觀、準確地檢查噴嘴角度、冷卻長度、均勻程度等情況，將表面銹蝕的軋輥推入軋機，開啟軋輥冷卻水進行打擊，推出軋輥后檢查打擊痕跡，對異常噴嘴進行調整或更換，如圖2 所示，保證噴嘴打擊痕跡排列整齊，偏轉角度正常，長度范圍為160～180mm，寬度范圍為8～12 mm。

圖2 軋輥冷卻水打擊痕跡

精軋軋輥中間部分的溫度比邊部更高一些，為了減少軋輥冷卻水邊部流量的損耗，提高中間部分的流量分配，進一步增強軋輥中間部分的冷卻效果，封堵精軋F1—F7 軋輥冷卻水噴嘴兩側邊部各3 個噴嘴。結果顯示，邊部噴嘴被封堵后，軋輥中間部位溫度可降低3 ℃左右。邊部噴嘴封堵前后軋輥下機溫度對比如圖3 所示。

2.4 使用機架間冷卻水

機架間冷卻水的使用對于減緩三次氧化鐵皮的生成具有良好的效果，但是一般水量不能太多，否則會導致氧化鐵皮破裂而起到反作用，根據經驗，將水量開度控制在80%以下，一般不會導致氧化鐵皮破碎。

試驗對比不同工藝下的氧化鐵皮厚度，一卷在軋制中關閉機架間冷卻水，對另一卷投用前機架間冷卻水，這兩卷的精軋入口溫度FET、終軋溫度FDT 和卷取溫度CT 等其他工藝基本相近，如表2 所示。對成品熱卷取樣測量帶鋼表面氧化鐵皮厚度差異，測量結果如表3 所示，投用機架間冷卻水的鋼卷表面氧化鐵皮厚度平均為6.70 μm，而未投用冷卻水的鋼卷氧化鐵皮厚度則為9.45 μm，表明投用機架間冷卻水后，氧化鐵皮平均厚度減薄。卷1、卷2 的氧化鐵皮厚度情況分別如圖4、圖5 所示。

表2 試驗卷的工藝參數

表3 氧化鐵皮厚度對比

圖4 卷1 氧化鐵皮厚度

圖5 卷2 氧化鐵皮厚度

使用機架間冷卻水后可以提高帶鋼軋制速度。軋制過程中帶鋼與軋輥表面接觸，帶鋼對軋輥持續加熱，如果精軋機的純軋時間過長則軋輥溫度過高，軋輥表面氧化膜更容易剝落，使用周期縮短。試驗結果如表4 所示，開啟機架間水后，最高軋制速度提高2 m/s，軋制時間縮短6 s。

表4 試驗卷軋制速度和軋制時間

3 優化效果

經過設備改造和工藝優化后，軋輥表面質量得到改善，生產高表面等級品種時，軋輥有效使用公里數由45 km 增加到56 km，提高了軋輥利用效率，減少換輥次數，達到提產降本的目的。軋輥有效使用公里數變化如圖6 所示。

圖6 軋輥有效使用公里數變化

4 結論

通過分析影響軋輥利用率的因素，并相應采取設備改造和工藝優化措施，具體為：控制出爐溫度及在爐時間，保證一次氧化鐵皮清除干凈；調整油膜潤滑量，提高潤滑效果和下機輥面質量；改造F2—F5 機架出口軋輥冷卻水噴嘴，增大冷卻水流量；封堵邊部噴嘴，提高中部軋輥冷卻效果；投用機架間冷卻水，控制三次氧化鐵皮厚度，并避免氧化鐵皮破碎，同時提高軋制速度、縮短純軋時間。通過以上改進，減少了軋輥磨損，延長了軋輥使用周期，最終實現了軋制單元長度的增加，提高了軋輥利用率。