1.  緒  論

1.1  項目研究意義及背景
從上世紀九十年代末，到本世紀 20 年代，國內(nèi)新上馬的熱連軋機組增加迅速，并且都向高速、高效發(fā)展，其所生產(chǎn)出來的熱軋卷產(chǎn)量在鋼材總產(chǎn)量中所占的比重越來越大。在此過程中，由于 2008 年經(jīng)濟危機，各熱軋板帶生產(chǎn)廠為競爭客戶，普遍采取提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本從而提高生產(chǎn)效率，提高競爭力。其中，軋輥在線潤滑技術得到了普遍應用，其提高產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力的作用開始逐漸凸顯，并且其工藝應用措施也在實踐中不斷改進，更加完善。 潤滑軋制最早開始提出的目的是為了提高熱軋帶鋼的本體質(zhì)量（表面狀況，氧化鐵皮痕和斷面形狀），然而到現(xiàn)在，其最重要的功能則演變?yōu)榻档蛙堉瞥杀�，�?jié)省熱連軋機組電耗和輥耗，是降低經(jīng)濟指標的最好方法之一。 熱軋工藝潤滑可顯著降低工作輥與帶鋼間的磨擦系數(shù)，磨擦系數(shù)可降低1/3～1/2。較低的磨擦系數(shù)對改善工作輥表面狀況、節(jié)能、及降低輥耗等都有好處。主要表現(xiàn)在： （1）降低軋輥磨損，減少軋輥單耗，延長工作輥換輥周期。（2）降低軋制力，減少電能消耗，并可實現(xiàn)更薄規(guī)格帶鋼的軋制。（3）提高工作輥表面光潔度，減少氧化鐵皮壓入，提高帶鋼表面質(zhì)量。（4）在鐵素體軋制過程中，熱軋潤滑可以改善帶鋼的顯微組織，提高其力學性能。 熱軋工藝潤滑根據(jù)潤滑油噴射集管安裝位置不同，可分工作輥切水板下方潤滑、工作輥切水板上方潤滑和支撐輥潤滑。由于前兩種方式的安裝結構簡單，便于拆卸，因此國內(nèi)主要的鋼廠的潤滑方式基本都采用以上兩種，第三種的結構安裝方式很少，至于其它的方式還沒有報道。 
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1.2  研究的內(nèi)容和目標

通過與兄弟廠家和行業(yè)內(nèi)專業(yè)供應商、及相關專業(yè)的高校專家進行系統(tǒng)、全面的技術交流，我們認為采用支撐輥潤滑（即第三種潤滑方案）要優(yōu)于工作輥切水板上方潤滑。為此，確定了支持輥熱軋油系統(tǒng)的改造方向。 

1.2.1  研究內(nèi)容 
（1）根據(jù) 2150ASP 精軋機現(xiàn)狀，研究如何利用現(xiàn)有的工作輥工藝潤滑系統(tǒng)，設計一套切實可行的支撐輥工藝潤滑系統(tǒng)； 
（2）開發(fā)支撐輥熱軋油控制程序； 
（3）研究軋制工藝、油溫、水溫、水壓、熱軋油濃度等工藝參數(shù)對支撐輥表面熱軋油向工作輥表面?zhèn)鬟f的效率的影響規(guī)律，以及對熱軋油離水展著性的影響規(guī)律。 
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2.  熱軋工藝潤滑原理及發(fā)展前景

2.1  熱軋潤滑機理及其作用
人類應用潤滑技術的有記錄歷史可以追溯到公元前3000年埃及法老為自己建造金字塔時期，那時人們將油脂等黏性物質(zhì)傾倒在搬運石塊的前進道路上，以降低拖拽的拉力，而軋制潤滑技術應用最早在拉拔金屬絲工藝上，人們采用固體油脂粉末涂抹在金屬磨具中，以降低拉拔產(chǎn)生的拉力和熱量。在熱軋帶鋼中的潤滑歷史只是在近代鋼鐵工業(yè)發(fā)展起來后才有，今天我們看到的成形的潤滑工藝也只是在日本應用20多年，但已經(jīng)是軋鋼技術的一大進步[1-2]。熱軋生產(chǎn)中采用潤滑工藝可以獲得很多的益處，如降低動力成本消耗，軋輥消耗和提高板帶的表面質(zhì)量，尤其是對表面要求較高的汽車板、家電面板，同時更能改善帶鋼的微觀組織，具有良好的深沖機械性能，這一點對下游冷軋材產(chǎn)品尤為重要，同時冷軋生產(chǎn)也大量應用潤滑，解決各種生產(chǎn)難題[3]。 而在生產(chǎn)中，薄材在國民生產(chǎn)中的應用越來越廣，從而也帶動薄材的生產(chǎn)需求的擴大，這導致在軋制薄材的生產(chǎn)工藝研發(fā)進度加快，軋輥的改進就是其中重要的一項。軋輥改進最重大的一步是在性能上，主要的結果就是高速鋼軋輥的應用不斷擴大。但是高速鋼軋輥在生產(chǎn)應用時，在其它條件不變的條件下，其軋制力有所增加，導致電耗和軋輥的磨損都有所增加，降低了軋制薄材所帶來的利潤，而熱軋潤滑工藝則是目前已知最有效的改善手段之一[4-8]。 在國外，熱軋潤滑研究已經(jīng)普遍開展，其中日本已經(jīng)進展到生產(chǎn)實際應用中[9]，而在歐洲則更深入一些，鋼廠將潤滑油與軋輥（主要是高速鋼軋輥）聯(lián)合一起研究，以獲得更好的經(jīng)濟效益。國內(nèi)的軋制潤滑技術目前才剛剛起步，并且國內(nèi)生產(chǎn)軋制潤滑的廠家大多是國外廠商在國內(nèi)的合資企業(yè)，其影響力還不足以領導國內(nèi)潤滑事業(yè)，其產(chǎn)品的應用不多，并且國產(chǎn)大的鋼廠都是在應用國外的著名潤滑品牌，如殼牌等。
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2.2  熱軋輥材質(zhì)與熱軋潤滑要求
隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展、產(chǎn)品質(zhì)量的提升，客戶對產(chǎn)品的要求也隨之越來越高。為了使顧客滿意，鋼鐵生產(chǎn)廠在努力適應客戶，開發(fā)新鋼種如高強鋼和極薄帶鋼等新產(chǎn)品的同時，還在努力提高板帶的外觀幾何尺寸精度和表面質(zhì)量，為客戶提供高的成材率、效益，為實現(xiàn)這一目標，為此開發(fā)出來PC軋機、HC軋機等新型軋機。為了提高生產(chǎn)效率，先后開發(fā)了連續(xù)鑄軋、自由規(guī)程軋制、高速連軋等工藝技術，并日益成熟，相應的熱軋工作輥的工作條件越來越惡劣，這就對軋輥提出了新的要求。為實現(xiàn)上述目的，首先開發(fā)新材質(zhì)的高耐磨軋輥，延長軋輥在機使用時間，以減少軋輥磨損、延長使用壽命為工作重點，但該種軋輥在軋制極薄帶鋼在條件下，軋輥所承受在軋制壓力也急劇增加，增加了軋制在不穩(wěn)定性，由此軋輥潤滑工作應運而生，并大行其道。 精軋機是熱軋生產(chǎn)的主體設備，產(chǎn)品最終的性能控制、尺寸精度控制都在此完成。在精軋機組中，上游機架承擔的任務主要是軋制任務，軋件在厚度變形、凸度等斷面尺寸形狀尺寸精度控制都在此完成，因此軋輥的工作強度很大，這就要求軋輥的耐磨性好，能承擔較高的負荷，并且軋輥還不容易產(chǎn)生不均勻磨損；對于精軋的下游機架，軋輥的軋制任務較小，負荷變形量較小，主要負責控制帶鋼平直度等板形尺寸精度。另外，由于熱軋帶鋼產(chǎn)品在用途上主要是應用到汽車面板、家電面板及高標準要求在機械制造產(chǎn)品上，因此對軋輥在另一個要求就比較突出，軋輥表面保持一定在光潔度，即軋輥具有耐表面缺陷的性能。 20世紀80年代，精軋機組上游機架工作輥主要材質(zhì)為高碳鎳鉻耐磨輥和高鉻；90年代起，高速鋼軋輥開始應用在生產(chǎn)實際中，到目前為止，精軋上游機架幾乎全部使用高速鋼軋輥。精軋機組的下游機架，在80~90年代主要使用高碳鎳鉻鑄鐵耐磨輥或者是其改進型，目前使用高速鋼軋輥最好應用到倒數(shù)第3機架，但由于高速鋼軋輥在應用的過程中會產(chǎn)生加大的軋制力，導致精軋軋制穩(wěn)定性降低，是困擾下游機架高速鋼軋輥應用的一個難題。粗軋軋輥要求耐磨、耐表面缺陷，同時必須具有良好的咬入性能。原來以高鎳鉻鍛鋼輥為主，近年來也開始試用高速鋼軋輥。 
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3.  支撐輥熱軋工藝潤滑系統(tǒng)設計 ..... 27 
3.1 熱軋油系統(tǒng)改造方案 ..... 27 
3.2  熱軋油系統(tǒng)的其它設備配置情況 ........28 
3.3  熱軋油系統(tǒng)關鍵設備裝置的設計 ........ 29 
3.3.1  支撐輥熱軋油噴射集管設計 ...... 29 
3.3.2  支撐輥熱軋油切水板裝置設計 .......... 30 
3.3.3   熱軋油水系統(tǒng)蒸汽加熱裝置改造 .... 32 
4.  支撐輥潤滑關鍵控制技術與工藝技術開發(fā) ......... 34 
4.1  熱軋油流量控制技術 .... 34 
4.2  精軋更換工作輥控制 .... 36 
4.3  熱軋油噴射時序控制 .... 37 
4.4  熱軋油在工作輥表面的附著性 .... 37 
4.5  熱軋潤滑工藝參數(shù)調(diào)試與優(yōu)化 .... 38 
5.  支撐輥工藝潤滑結果與效益計算 ......... 40 
5.1 輥縫冷卻和熱軋油同時使用 ......... 40 
5.2 工作輥和支撐輥磨損 ..... 40 
5.3 軋輥表面質(zhì)量改進情況 ......... 41 
5.4 經(jīng)濟效益計算 ......... 52 

5.  支撐輥工藝潤滑結果與效益計算

5.1 輥縫冷卻和熱軋油同時使用

支撐輥潤滑系統(tǒng)在2007年6月開始設計與制造，2007年年底完成了支撐輥潤滑系統(tǒng)的改造工作，，2008年1月開始調(diào)試，2008年12月F3機架支撐輥熱軋油正式投入使用，到2009年底，2150生產(chǎn)線前段機架全部實現(xiàn)了支撐輥潤滑。前段機架支撐輥熱軋油投入使用后，我們又對支撐輥熱軋油的相關參數(shù)進行調(diào)整與優(yōu)化，完成了高速鋼工作輥、ASPB+輥型等的試驗工作到2012年6月，完成了F5與F6機架的熱軋油試驗工作，實現(xiàn)國內(nèi)第一個成功使用支撐輥熱軋油的熱軋帶鋼生產(chǎn)線。 采用支撐輥潤滑，輥縫冷卻和熱軋油可以互不干涉，同時投入，充分發(fā)揮二者在防止工作輥表面氧化膜脫落和提高帶鋼表面質(zhì)量的作用。采用支撐輥潤滑后，支撐輥磨損量也有一定程度的降低，對提高支撐輥換輥周期以及板形控制都起到了積極作用。 表5.1為采用支撐輥潤滑后，精軋工作輥和支撐輥的使用情況。從表4數(shù)據(jù)可以看出，降低工作輥和支撐輥磨損，延長換輥周期已經(jīng)達到50%，已經(jīng)遠超過20%的目標。 

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結論

通過支撐輥熱軋工藝潤滑應用技術的研究開發(fā)，大大降低了工作輥和支撐輥的磨損量，延長了換輥周期，使鞍鋼熱軋帶鋼廠2150生產(chǎn)線成為國內(nèi)第一個成功使用支撐輥熱軋油的熱軋帶鋼生產(chǎn)線，填補了本領域空白。得出的結論如下： 
1）熱軋工藝潤滑經(jīng)常出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象是因為時序不合理、潤滑甘油滴落、進鋼速度低造成的。 
2）為了保證支撐輥熱軋工藝潤滑裝置的成功應用，要使支撐輥潤滑和工作輥潤滑兩套潤滑系統(tǒng)共同存在，可以做到相互及時切換，具有使用方便靈活的特點。為使?jié)櫥鸵宰疃痰臅r間內(nèi)到達工作輥與軋件之間，應將噴射油嘴布置在軋機出口側。在下工作輥和下支撐輥之間增加一套擋水系統(tǒng)，可以保證下支撐輥熱軋油噴射區(qū)表面無殘水。為確保油水分離時間，為支撐輥熱軋油系統(tǒng)配置獨立的電磁閥和混合器。 
3）支撐輥熱軋油噴射集管設計時，要使熱軋油噴射分兩段控制，中間9個噴嘴用一個閥控制，邊部2個噴嘴用一個閥控制。當軋制帶鋼寬度≤1600mm，只有中部9個噴嘴打開，邊部兩個噴嘴關閉；當軋制帶鋼寬度＞1600mm，11個噴嘴全部打開。正常工作時，水壓一般為4~5bar。當水壓為4bar時，單噴嘴流量約為7L/min。噴嘴全部打開時，水量為154L/min，邊部噴嘴關閉時，水量為126L/min。當水壓為5bar時，單噴嘴流量約為7.7L/min。噴嘴全部打開時，水量為169L/min，邊部噴嘴關閉時，水量為138L/min。 
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參考文獻(略)

本文編號：46874