孔繁博 李建設(shè) 繆明軍 黃建民

(北京首鋼總公司設(shè)備部 北京100041)

某熱軋1580生產(chǎn)線工作輥熱凸度分析研究

孔繁博①李建設(shè) 繆明軍 黃建民

(北京首鋼總公司設(shè)備部 北京100041)

熱軋精軋機(jī)換輥、軋制中斷、軋制節(jié)奏明顯變化等工藝條件下，容易出現(xiàn)較大偏差，導(dǎo)致軋制不穩(wěn)定、板形有質(zhì)量缺陷等問題。對首鋼某熱軋1580生產(chǎn)線工作輥冷卻方式進(jìn)行改造，由輥身均勻冷卻方式改為中段集中冷卻方式，以便降低工作輥中部溫度、減小中部與端部的溫差，從而獲得較好的工作輥熱凸度輪廓曲線，軋制出板形和表面質(zhì)量良好的帶鋼產(chǎn)品。

工作輥 熱凸度 冷卻方式 輪廓曲線

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋼鐵行業(yè)中熱連軋技術(shù)日臻成熟。近幾年由于鋼鐵產(chǎn)量嚴(yán)重過剩，導(dǎo)致帶鋼銷售越來越困難，同時用戶對帶鋼的質(zhì)量尤其是板形和板凸度要求越來越高。軋輥冷卻水系統(tǒng)除了有冷卻軋輥、延長軋輥使用壽命的功能外，還有一個最重要的功能就是保證產(chǎn)生對稱的軋輥熱凸度和軋制凸度，從而獲得良好的板形，如果利用軋機(jī)前后的工作輥噴水冷卻系統(tǒng)，沿著輥身長度方向改變冷卻液的流量分布，就可以改變各部分的冷卻條件，從而也就改變了工作輥的凸度值。

1 目前存在的問題

1)熱軋精軋機(jī)的工作輥輥身溫度一般中部高于兩端20℃以上，輥身最佳工作溫度一般應(yīng)在60℃以下，形成軋輥正凸度，在板形控制系統(tǒng)中有專門計算精軋機(jī)軋輥熱凸度的數(shù)學(xué)模型，但很難計算準(zhǔn)確。

2)首鋼某熱軋1580生產(chǎn)線雖然采用了流行的CVC軋輥、工作輥彎輥和竄輥系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，但是精軋機(jī)工作輥冷卻水系統(tǒng)自投入以來冷卻效果一直不好，導(dǎo)致工作輥輥身過熱，破壞了輥身表面的氧化膜，造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷產(chǎn)生。

3)目前精軋機(jī)F1-F4機(jī)架工作輥輥面溫度實測值一般為60℃-70℃，偶爾會達(dá)到甚至超過80℃,大大超過了最佳工作輥溫度。并且工作輥冷卻水系統(tǒng)的噴嘴設(shè)計不合理，軋制油集管設(shè)計在刮水板外部，不能投入軋制潤滑；軋制潤滑泵站選型也不合理，無法達(dá)到潤滑流量和壓力要求，致使軋制潤滑系統(tǒng)不穩(wěn)定，無法正常投入生產(chǎn)。

4)改造前按照精軋機(jī)工作輥出口冷卻水系統(tǒng)使用的噴嘴型號和集管布置方式做水印和水量分布的模擬分析，研究發(fā)現(xiàn)存在以下主要的問題：

(1)從噴射水印看，中排噴嘴和下排噴嘴的水印干涉嚴(yán)重，上排噴嘴和中排噴嘴的噴射水印也有干涉；

(2)沿工作輥輥身長度方向的水量分布為不均勻連續(xù)變化曲線，冷卻效果差；

(3)冷卻水總水量不合理，不能滿足生產(chǎn)所需。

2 改造方案

針對首鋼此熱軋1580生產(chǎn)線存在的問題，經(jīng)過認(rèn)真分析研討后確定

1)重新設(shè)計工作輥冷卻集管噴嘴布置位置和噴射角度；

2)將進(jìn)出口冷卻集管比例由原來的3∶7優(yōu)化為2∶8；

3)對出口工作輥冷卻集管的水箱進(jìn)行整體設(shè)計；

4)將軋制油集管布置到刮水板內(nèi)，在需要軋制潤滑時關(guān)閉進(jìn)口工作輥冷卻水；

5)對軋制潤滑系統(tǒng)的油泵站和水泵站重新選型設(shè)計，使其與軋制潤滑的壓力和流量匹配。

圖1 出入口工作輥冷卻和軋制潤滑布置圖

圖2 改造前沿軋輥輥身長度方向的水量分布示意圖

圖3 改造后沿軋輥輥身長度方向的水量分布模擬圖

1)改造前的水量分布模擬(F1-F4出口上)

(1)從噴射水印看，上排噴嘴和中排噴嘴的噴射水印有干涉；

(2)沿軋輥輥身長度方向的水量分布為不均勻連續(xù)變化曲線；

(3)冷卻水總水量為342.1m3/h。

2)改造后的效果模擬(F1-F4出口上)

(1)最大最小輥徑下，不同排噴嘴的噴射水印均不干涉，同排噴嘴在軋輥上的噴射水印均不干涉；

(2)沿輥身長度方向的水量中間高、兩側(cè)低，即軋輥中部水量大、兩側(cè)水量?。?/p>

(3)中間部位的水量分布非常均勻，最大最小流量之差為3%。

3 實際改造效果評價

首鋼此熱軋1580生產(chǎn)線精軋機(jī)F1-F7的工作輥冷卻集管(連同刮水板框架)改造后一同上線，選取了軋制薄規(guī)格1.6×1175mm時的任意時間段軋輥溫度作為測量對象，經(jīng)10次測量取平均值后得到數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 軋制薄規(guī)格1.6×1175mm時的任意時間段F1-F7軋輥溫度表

圖4 工作輥F1輥身溫度分布

圖5 工作輥F2輥身溫度分布

根據(jù)上表的數(shù)據(jù)繪制出輥身熱凸度折線圖，得到改造后此熱軋1580生產(chǎn)線精軋機(jī)F1-F7工作輥沿輥身長度方向的冷卻水系統(tǒng)的實際效果，精軋機(jī)F1-F7工作輥輥身溫度分布情況如圖4～圖10。

圖6 F3輥溫度分布

圖7 F4輥溫度分布

圖8 F5輥溫度分布

圖9 F6輥溫度分布

圖10 F7輥溫度分布

通過研究首鋼此熱軋1580生產(chǎn)線精軋機(jī)F1-F7輥身熱凸度輪廓折線圖和沿軋輥輥身長度方向的冷卻水系統(tǒng)的實際效果，可以看出：

其中F1 BOT、F2 TOP、F2 BOT、F3 TOP、F3 BOT、F4 BOT、F5 BOT、F6 TOP、F6 BOT和F7 BOT屬于均勻形熱凸度輪廓曲線，表明冷卻水延軋輥長度方向為對稱冷卻，形成了均勻的軋制凸度，從而得到較好的板形控制效果。

F1 TOP屬于下凹形熱凸度輪廓曲線，表明在輥身中部使用了大噴嘴、大水量而造成冷卻水過量，導(dǎo)致輥身中部溫度較低。

F4 TOP屬于平坦形熱凸度輪廓曲線，表明軋輥中部區(qū)冷卻水相對于下凹形曲線使用的冷卻水少，但比均勻形曲線中部使用的水量多。

F5 TOP屬于近似錐形熱凸度輪廓曲線，表明冷卻系統(tǒng)的集管位置有問題，可能噴嘴堵塞或是噴嘴的偏移角度不對稱，造成延輥身長度方向上一側(cè)的水量大、冷卻能力強(qiáng)，而另一側(cè)的水量小、冷卻能力差。

F7 TOP屬于兩端微翹形熱凸度輪廓曲線，表明冷卻水不均勻，尤其是軋輥頸部冷卻水量較小造成的。

仔細(xì)研究分析以上這些輥身熱凸度折線圖，并與剛換輥下機(jī)測量的工作輥輥身熱凸度曲線進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)：每兩個小時這些曲線就會變化一次，軋機(jī)在一個軋制周期內(nèi)可以從均勻形變成下凹形，再變成平坦形，再回到均勻形。這是因為在軋制過程中的影響因素很多，軋輥溫度處于不穩(wěn)定狀態(tài)，軋輥的熱凸度也是經(jīng)常改變的。開軋一段時間后，工作輥輥溫逐漸升高，當(dāng)熱凸度隨之與未散失的熱量接近平衡，才能使輥溫分布處于穩(wěn)定狀態(tài)，這時工作輥輥身的熱凸度才是暫態(tài)穩(wěn)定值。

4 結(jié)語

首鋼此熱軋生產(chǎn)線通過精軋機(jī)F1-F7工作輥冷卻水系統(tǒng)的改造升級，工作輥的工作溫度從最高80℃的高溫，大致降低到了60℃左右及以下，初步達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

由于軋輥溫度處于不穩(wěn)定狀態(tài)，軋輥的熱凸度也經(jīng)常連續(xù)變化，國內(nèi)外帶鋼熱軋生產(chǎn)線相繼開發(fā)了工作輥彎輥系統(tǒng)，可膨脹的支撐輥系統(tǒng)，可變工作輥熱凸度系統(tǒng)，工作輥竄輥系統(tǒng)、CVC軋機(jī)系統(tǒng)和PC軋機(jī)系統(tǒng)等用以補(bǔ)償軋輥熱凸度，從而獲得更好的工作輥熱凸度輪廓曲線，提高對板形質(zhì)量的控制能力。

下一步重點研討影響產(chǎn)品最終板形的各種因素，通過有效的方法和措施，使各種影響因素相互補(bǔ)償進(jìn)而改善軋輥熱凸度，最終得到板形優(yōu)質(zhì)的熱軋產(chǎn)品。

[1]王國棟.板形控制和板形理論.北京：冶金工業(yè)出版社，1986：406-408，380-437,386-389.

[2]包鐘南.帶鋼熱軋工作輥瞬態(tài)溫度場及熱磨輥的研究.北京科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,1996.

[3]李小玉等.軋制工藝潤滑.北京:冶金工業(yè)出版社,1981:222-297.

[4]宋佩莼,韋光.板帶鋼生產(chǎn)工藝學(xué).西安：西安交通大學(xué)出版社，1989：59-68，114-124.

[5]葛志祺.板帶車間機(jī)械設(shè)備設(shè)計.冶金工業(yè)部有色金屬加工設(shè)計研究院,1983:140-150.

[6]郭劍波,連家創(chuàng)等.熱帶鋼連軋機(jī)工作輥溫度場和熱凸度計算.燕山大學(xué)學(xué)報,1998,Vol.22(3):255-258.

[7]徐光,張黃強(qiáng)等.CVC軋輥熱凸度模型研究.冶金設(shè)備,2006(5).

[8]李俊洪,連家創(chuàng)等.熱帶鋼連軋機(jī)工作輥溫度場和熱凸度預(yù)報模型.鋼鐵研究學(xué)報,2003,Vol.15(6):25-28.

[9]郭忠峰,徐建忠等.1700熱連軋機(jī)軋輥溫度場及熱凸度研究.東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008(4).

[10]李維剛,劉相華等.帶鋼熱連軋工作輥溫度場和熱凸度數(shù)值模擬.中國有色金屬學(xué)報,2012,Vol.22(11).

[11]盧紅梅.軋輥熱凸度實例分析.甘肅省:酒鋼科技,2011(2).

[12]賈儒松,周旭東.軋鋼輥子溫度場與熱凸度模擬計算研究.山東省:鍛壓裝備與制造技術(shù),2010(4).

[13]張偉,譚坤.軋輥熱凸度模型的研究與實現(xiàn).河北省:工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育,2014(1).

WorkRollThermalCrownAnalysisofthe
1580mmHotRollingProductionLine

Kong Fanbo

(The Equipment Department of Shougang Iron and Steel Co., Ltd., Beijing 100041)

The hot rolling finishing mill changing rolls, interruption of rolling and rolling rhythm changing process conditions have a bigger deviation, lead to instability of rolling and some trip shape quality defects, etc. Now the work roll cooling way of the Shougang 1580mm hot rolling production line would be corrected from a roll uniform cooling way to a middle centralized cooling way. In order to decrease the work roll′s temperature in the middle, and reduce the difference between the middle and end′s temperature. This method had gained a better work roll thermal crown and a contour curve. The good flatness and surface quality of rolled strip steel products of 1580mm hot rolling were achieved in Shougang.

Work roll Thermal crown Cooling way Contour curve

孔繁博，男，1980年出生，2004年畢業(yè)于燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院軋鋼專業(yè)，工程師

TG333.17

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.008

2014-07-24)