熱軋廠粗軋四輥可逆軋機(jī)工作輥使用打滑問題分析和防治措施

何 杰，汪長安，江金仙

（1寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 寶山 201900；2寶山鋼鐵股份有限公司，上海 寶山 200941）

隨著國內(nèi)外帶鋼軋制技術(shù)的不斷進(jìn)步，對軋輥使用技術(shù)也提出了更高的要求。尤其近年來，國內(nèi)熱帶連軋機(jī)各機(jī)架軋輥材質(zhì)不斷更新?lián)Q代，高等級材質(zhì)工作輥如高速鋼輥和半高速鋼輥等復(fù)合材質(zhì)軋輥在軋機(jī)前機(jī)架已經(jīng)開始普及使用。如何提高高等級軋輥在機(jī)使用時間，提高軋制效率，改善帶鋼質(zhì)量、減少軋輥損失，成為各個軋鋼廠重點(diǎn)考慮的工作。寶鋼股份某熱軋廠粗軋可逆軋機(jī)工作輥早期投用的是半鋼材質(zhì)整體鑄造軋輥，在2002年左右引進(jìn)了耐磨性更好和使用周期更長的半高速鋼材質(zhì)和高速鋼材質(zhì)復(fù)合軋輥，在使用過程中碰到了使用過程中打滑的問題，不僅影響到軋機(jī)的產(chǎn)能發(fā)揮，嚴(yán)重時會造成撞壞精軋入口輥道護(hù)板、粗軋卡鋼甚至廢鋼事故以及設(shè)備相關(guān)的損失等。詳見圖1-3。所以說如何解決粗軋工作輥使用過程中打滑問題，從而提高產(chǎn)線效率和帶鋼品質(zhì)，成為后面粗軋工作輥使用技術(shù)一個趨勢[1-3]。

圖 1 板坯打滑形成的凹槽

圖 2 輥道護(hù)板撞擊變形

圖 3 粗軋廢鋼

1 打滑產(chǎn)生機(jī)理研究

實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象分為咬入打滑和軋制打滑兩類。咬入打滑是咬入條件不能滿足，軋件不能順利咬入的現(xiàn)象，由此引起軋機(jī)主傳動系統(tǒng)振動；軋制打滑現(xiàn)象，即帶材和軋輥之間發(fā)生的相對滑動，其實(shí)質(zhì)是帶鋼的變形區(qū)完全由前滑區(qū)或后滑區(qū)所取代。軋制過程中打滑現(xiàn)象是極具破壞性，輕者造成表面熱擦傷、擦痕，軋機(jī)跳電，引起堆鋼。當(dāng)打滑嚴(yán)重時，足以造成軋鋼主傳動系統(tǒng)零部件早期疲勞破壞，甚至瞬時過載破壞。特別是現(xiàn)代化軋機(jī)工作轉(zhuǎn)速越來越高，這一問題便更加突出。本文重點(diǎn)研究分析軋制打滑現(xiàn)象。

軋制打滑的根本原因是摩擦系數(shù)低，造成軋輥與鋼坯表面發(fā)生相對滑動。凡是造成摩擦系數(shù)降低的因素都會引起軋件打滑。主要因素如下：①輥面摩擦系數(shù)低或降低；②壓下量較大；③軋制速度不匹配；④特殊鋼種影響；⑤前后張力差等，所以在粗軋階段軋件最容易出現(xiàn)打滑事故。粗軋立輥軋機(jī)與四輥水平軋機(jī)之間微張力軋制，奇數(shù)道次軋制時，水平軋機(jī)軋制速度大于立輥軋制速度，偶數(shù)道次可逆軋制時，立輥不參與軋制，立輥與水平輥之間無張力，所以打滑一般出現(xiàn)在奇數(shù)道次。

正常軋制過程，由于存在前滑區(qū)和后滑區(qū)，是個軋件相對軋輥的滑動過程，其方向有2個(見圖4)，在前滑區(qū)金屬相對軋輥向前滑動，而在后滑區(qū)金屬相對軋輥向后滑動，其分界線是在角度γ為的對應(yīng)線上。稱為中性角，在與γ對應(yīng)的中性面上，軋件與軋輥同步運(yùn)動。顯然，γ的太小決定了變形區(qū)中前后滑區(qū)的大小，亦即決定了向前移動和向后移動的金屬的比例。生產(chǎn)軋制過程中出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象是指指整個變形區(qū)中的金屬相對于軋輥朝著一個方向移動。也就是整個變形區(qū)都被前滑區(qū)或后滑區(qū)取代。由于中性角可以反映出前后滑的比例，因此，先從分析影響中性角的因素著手[4,5]。

圖 4 軋件在變形區(qū)中金屬滑動狀態(tài)

軋件在軋輥中的受力如圖5所示，顯然，隨著上述參數(shù)的變化而變化。由于軋件在軋制過程中是勻速運(yùn)動，所以，變形區(qū)所受之力應(yīng)滿足力平衡方程：

式中：?為摩擦系數(shù)；p為單位壓力；B為帶材寬度；R′為工作輥考慮壓扁后的半徑，α為咬入角。將上述關(guān)系式代入式（1），并令 ：

式（2）中，R為工作輥半徑；Δh為道次絕對壓下量?？紤]到軋制打滑即實(shí)質(zhì)是帶鋼的變形區(qū)完全由前滑區(qū)或后滑區(qū)所取代，用公式表示如下：

由打滑因子公式（5）可以看出，Ψ≤0．5時，軋制過程才處于穩(wěn)定狀態(tài)，不出現(xiàn)打滑。但是，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，各種軋制因素不斷變化，為此，須對各影響因素進(jìn)行分析，克服限制條件。

圖5 軋件在變形區(qū)中受力狀態(tài)

2 防止打滑的措施

2.1 一種自動控制軋制過程打滑的技術(shù)

為了控制粗軋軋制打滑，通常采用減少打滑道次的壓下量和降低打滑道次的速度、提高軋輥的摩擦系數(shù)等措施。但是減少打滑道次的壓下量和降低打滑道次的速度目前只能通過手動抬輥縫和手動控制軋制速度的方段來實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)速度慢且控制不精確；提高軋輥摩擦系數(shù)是提高軋輥表面粗糙度，但經(jīng)過一段時間的軋制，軋輥的摩擦系數(shù)會因?yàn)檐堓伇砻嫜趸さ纳啥焖俳档?，打滑現(xiàn)象又會出現(xiàn)。

本技術(shù)的目的是在粗軋打滑發(fā)生時，實(shí)現(xiàn)粗軋機(jī)架的自動降低軋制速度和減少壓下量，從而達(dá)到控制打滑的目的。根據(jù)打滑時軋制力迅速下降并產(chǎn)生波動，且控制打滑的措施是降低軋制速度和減小壓下量的特點(diǎn)，所以當(dāng)電氣檢測到軋制力迅速下降并產(chǎn)生波動且未拋鋼時，即對主傳動進(jìn)行減速和將AGC的高度下降0.5mm，最終控制AGC的高度比打滑發(fā)生前降低最多3mm（此數(shù)據(jù)根據(jù)手動調(diào)整經(jīng)驗(yàn)值所得），AGC停止下降，另外檢測到打滑后在操作畫面上報(bào)警。

圖6 粗軋機(jī)和入口、出口側(cè)導(dǎo)板的簡圖

圖中1是入口側(cè)導(dǎo)板，2是立輥軋機(jī)，3是水平軋機(jī)，4是出口側(cè)導(dǎo)板，5是中間坯，6是入口熱金屬檢測器，7是出口熱金屬檢測器。

圖中1是液壓AGC油缸，2是下水平輥，3是上下水平輥間的輥縫，4是上水平輥。

具體控制過程如下：

（1）當(dāng)中間坯（圖6中5）進(jìn)入水平軋機(jī)（圖6中3）時，打滑檢測器模塊開始檢測。

（2）采用咬鋼后0.4s-1s之間采集10個軋制力數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，作為軋制力判斷的基準(zhǔn)值。軋制力偏差的基準(zhǔn)為：軋制力在0.5s內(nèi)一直低于基準(zhǔn)值的80%，則認(rèn)為軋制力存在偏差。

（3）檢測到打滑狀態(tài)后，進(jìn)入打滑控制模式，首先對主傳動進(jìn)行減速，每一個掃描周期（0.05s）將速度給定降低最多0.5m/s，但是限制最小的軋制速度不能低于1m/s。同時，在每個掃描周期內(nèi)將AGC的高度下降0.5～1mm，最終控制液壓AGC油缸（圖7中1）的高度比打滑發(fā)生時降低最多3mm，AGC停止下降。當(dāng)軋制力回升至基準(zhǔn)軋制力的80%以上時，認(rèn)為打滑狀態(tài)消失，退出上述打滑操作模式。

（4）打滑現(xiàn)象出現(xiàn)后操作畫面上立即會出現(xiàn)打滑報(bào)警畫面。

（5）熱金屬檢測器HMD（圖6中6或7）檢測到帶鋼已拋鋼，則打滑控制程序停止或不啟動。

2.2 降低鋼種的影晌

某些鋼種表面容易形成氧化鐵皮，降低了鋼坯表面與軋輥之間的摩擦力。如船板、硅鋼和其他低合金鋼，如含有Si、Ni、Nb等元素高的鋼，這些元素易與氧化氣體發(fā)生反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)的氧化物，使鐵皮熔化，黏性增加。有資料表明：Si＞0．25%時鋼加熱時極易形成Fe2SiO4，它在1175℃以上時熔融，導(dǎo)致在除鱗之后還有部分氧化鐵皮附著在鋼坯表面，經(jīng)過水平輥軋制時剝落導(dǎo)致打滑。對含這些元素的鋼種應(yīng)加強(qiáng)除鱗工藝控制，除鱗水道次加大，減少氧化鐵皮從鋼坯基體剝落導(dǎo)致軋輥與基體發(fā)生相對滑動的幾率。

2.3 前后張力差

使前張力大于后張力，即前后張力差值為負(fù)，從而使Ψ值降低。由于熱軋粗軋單機(jī)架后張力主要集中在軋件正壓力的水平分量和立輥側(cè)壓時線速度過慢帶來的滯后力，前張力主要為水平工作輥咬人軋件切向摩擦力的水平分量。因?yàn)榇周垯C(jī)架軋制壓下量較大，所以此時的張力差對軋制起著調(diào)節(jié)作用，尤其是奇道次軋制時，合理的板坯咬入角和板道輥、立輥線速度，可以有效實(shí)現(xiàn)前后張力差負(fù)值，進(jìn)而降低Ψ值和打滑風(fēng)險。

2.4 優(yōu)化了加熱制度

針對軋制高溫鋼容易打滑的現(xiàn)象，我們對加熱爐加熱溫度和時間作了調(diào)整：

①實(shí)際出爐溫度按1235℃±5℃控制。

②高溫鋼上下表面出爐溫差：20℃左右，可根據(jù)粗軋翹扣頭情況適當(dāng)調(diào)整。

③各段爐溫設(shè)定規(guī)定：一加爐溫設(shè)定：1150℃-1180℃二加爐溫設(shè)定：1280℃-1300℃均熱段爐溫設(shè)定：1230℃-1260℃。

④一加IF鋼板坯實(shí)際溫度控制：1、2、3號爐一加段末溫度應(yīng)控制在950℃以上，4號爐一加段末溫度應(yīng)該控制在900℃以上；二加IF鋼板坯實(shí)際溫度控制：＞1180℃；均熱段IF鋼板坯實(shí)際溫度控制：＞=1230℃；

⑤各段在爐時間規(guī)定：一加、二加加熱各段時間不少于40分鐘，均熱段加熱時間不少于35分鐘。注意檢查各段在爐時間，及時調(diào)整抽出節(jié)奏，以保證在爐時間。

2.5 調(diào)整除鱗水噴水制度和水嘴布置

當(dāng)R2第一道次出現(xiàn)打滑時，采用第一道次不除鱗，改為第二道次除鱗的除鱗制度。

2.6 合理控制標(biāo)高

粗軋機(jī)架的軋制線高度通常情況下是取≦40MM，但是由于R2出入口的導(dǎo)衛(wèi)板受扣頭沖擊后下墜和磨損，因此粗軋機(jī)組的實(shí)際軋制線高度會出現(xiàn)大于40MM的情況，導(dǎo)致上輥壓下量增加后發(fā)生打滑。因此，在每次換支撐輥時，軋制線高度應(yīng)該根據(jù)軋機(jī)的導(dǎo)衛(wèi)板、工作輥和支撐輥輥徑的情況在15～40mm內(nèi)合理選擇，通常是控制周轉(zhuǎn)工作輥直徑在一個合理范圍內(nèi)。

3 取得效果

沒采取措施之前，粗軋單機(jī)架曾多次發(fā)生嚴(yán)重打滑事故，不僅造成軋線設(shè)備損壞和長時間的故障，而且也給軋輥本體帶來極大的損失。根據(jù)以上分析形成具體控制措施后，軋輥軋制過程中打滑概率大幅度下降。

4 結(jié)語

本文對寶鋼某熱軋粗軋可逆軋機(jī)工作輥使用中碰到打滑問題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，從操作控制到鋼種加熱等進(jìn)行措施優(yōu)化和技術(shù)條件改善，從而有效的杜絕了惡性打滑，明顯減少了軋輥使用過程中的軋輥本體以及軋機(jī)的損失。主要結(jié)論和效果如下：

（1）設(shè)定一種自動控制軋制過程中的打滑控制程序，主要通過在粗軋打滑發(fā)生時，實(shí)現(xiàn)粗軋機(jī)架的自動降低軋制速度和減少壓下量，從而達(dá)到控制打滑的目的。

（2）針對特殊鋼種，特殊對待，加大除磷和冷卻水；

（3）合理控制前后張力差和軋制線標(biāo)高；

（4）優(yōu)化加熱爐加熱制度，實(shí)現(xiàn)板坯的燒透，合理控制板坯上下溫差。

（5）中間換輥制度，避免高峰打滑期。

通過課題研究，打滑導(dǎo)致的廢鋼以及軋線設(shè)備的次生傷害未再發(fā)生。不過通過此課題驗(yàn)證了輥形和初始輥面粗糙度對粗軋輥打滑并無明顯影響。