重軌軋輥技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化

石春有

（武鋼條材總廠 湖北 武漢：430080）

某鋼廠2007年從德國引進的高速重軌萬能軋機生產(chǎn)線，既要生產(chǎn)重軌系列品種，又要生產(chǎn)型鋼系列品種。由于軋輥沒有共用性，使得軋輥儲備量很大，軋輥成為廠里的消耗大戶。重軌產(chǎn)品占全年總軋制量的95%以上，要降低軋輥消耗，首先應(yīng)降低重軌品種軋輥的消耗。通過對BD1軋機采取優(yōu)化軋輥孔型參數(shù)和孔型配置、對BD2軋機軋輥的材質(zhì)進行優(yōu)選、對萬能軋機采取增大軋輥直徑等措施，提高了軋輥使用壽命，各軋機重軌品種軋輥的消耗都有不同程度降低。

1 BD1軋機軋輥孔型優(yōu)化配置

1.1 BD1軋輥孔型現(xiàn)狀

在重軌BD1（開坯軋機）軋輥中，為了軋制重軌系列的不同品種，德國西馬克公司（簡稱SMS）在設(shè)計中一套軋輥配置了6個不同的箱形孔型（見圖1）。

圖1 重軌系列BD1軋輥配輥圖

軋制的重軌系列P43、P50、P60 、UIC54、UIC60品種使用的是矩形坯料，在軋制P43品種時用軋輥孔型的2、3、4、5孔。軋制P50、P60、UIC54、UIC60品種時僅用軋輥孔型2、3、4孔（見圖2）。但是軋輥的l、5、6孔不使用，每次軋輥孔型進行修復(fù)（車削）時也要跟著軋過鋼的2、3、4孔一起車削。一套軋輥只相當于半套輥使用，軋輥使用功能降低了50%。BD1重軌軋輥體單重、價格昂貴，造成軋輥的極大浪費。

圖2 重軌P50、P60、UIC54、UIC60孔型

1.2 優(yōu)化軋輥孔型參數(shù)

為了提高軋輥使用功能，通過優(yōu)化軋輥孔型技術(shù)參數(shù)，對軋輥孔型重新排列組合，把BDl軋輥中原6個不同的孔型在開新輥時，分別設(shè)計成兩個相同的2孔、3孔、4孔。即在一套軋輥中配置兩套相同的孔型（簡稱雙孔型軋輥，見圖3），這樣可使軋輥的過鋼量可提高1倍，一套軋輥相當于原軋輥的兩套輥使用，此套軋輥除P43品種外，其它重軌系列品種都可軋制。

1.3 效果分析

新系統(tǒng)雙孔型軋輥專門軋制P50、P60、UIC54、UIC60重軌，通過實際使用效果非常好，新系統(tǒng)軋輥每次的軋制量是老系統(tǒng)軋輥兩倍，達到了一套軋輥當兩套軋輥使用的目的。BD1重軌軋輥雙孔型實物圖見圖4。

從圖中可看出，此套軋輥有兩套孔型，即兩個2孔、兩個3孔、兩個4孔。結(jié)束了原來一套輥當半套輥使用的歷史。

軋輥消耗從原來的0.256kg／t降到0.128kg／t，降低了50%。雙孔型軋輥不但可以大幅降低BDl軋輥消耗，還帶來一系列消耗的降低：

（1）BDl軋輥導(dǎo)衛(wèi)板消耗降低50%。單孔型導(dǎo)衛(wèi)板的利用率只有50%，雙孔型軋輥中所有的孔型均軋鋼，導(dǎo)衛(wèi)板得到了充分使用，導(dǎo)衛(wèi)板使用壽命提高一倍，導(dǎo)衛(wèi)板的數(shù)量可以減半；

（2）BDl軋機前后輥道的使用壽命提高一倍。因為雙孔型軋輥中的6個孔型均軋鋼，軋機前后輥道的輥身部分均與軋件接觸，輥道得到了充分利用，輥道使用壽命提高一倍；

（3）軋輥的加工費用減半。雙孔型軋輥相當原來單孔型軋輥的兩套輥使用，車削軋輥刀具消耗和軋輥加工費用同時可以降低50%。由于一套軋輥中有兩套孔型，中間沒有換輥時間；

（4）可減少BDl軋輥的儲備。由于一套軋輥當兩套輥用，軋輥儲備數(shù)量可減少。

2 BD2軋機軋輥材質(zhì)的優(yōu)化

2.1 BD2軋機軋輥狀況

軋輥材質(zhì)的選擇是非常重要的，材質(zhì)選擇的是否合理，直接影響到軋輥消耗的高低和產(chǎn)品實物的質(zhì)量。BD2軋機原來軋輥使用材質(zhì)是合金鑄鋼。該材質(zhì)特點是強度高抗沖擊性強，其弱點是軋輥硬度低不耐磨。BD2軋輥在使用中出現(xiàn)孔型磨損快，孔型出現(xiàn)凹坑，造成重軌產(chǎn)品實物產(chǎn)生鐵皮壓入；軋輥輥環(huán)的大斜面易磨損造成孔型錯位，使得產(chǎn)品的不對稱現(xiàn)象嚴重（見圖5）。

圖5 BD2重軌軋輥配輥圖

從圖5中看出在軋鋼時，上下軋輥兩個大斜面是靠在一起相互產(chǎn)生摩擦擠壓，由于合金鑄鋼軋輥的基體為珠光體，上下軋輥在擠壓過程中極易產(chǎn)生磨損。軋輥斜面磨損后，在上下軋輥的斜面產(chǎn)生的間隙逐漸增大，導(dǎo)致上軋輥向1孔方向偏移，下輥向5孔方向偏移。軋輥偏移的結(jié)果使得孔型產(chǎn)生錯位，造成上下軋輥在軋制中出現(xiàn)竄動現(xiàn)象，軋輥竄動的結(jié)果最終導(dǎo)致軋出的鋼不對稱。

2.2 軋輥材質(zhì)優(yōu)化

為了減少軋輥孔型的磨損和上下軋輥的竄動，減少因為軋輥磨損對重軌產(chǎn)品實物質(zhì)量的影響，應(yīng)對軋輥的材質(zhì)進行優(yōu)化。合金球墨鑄鐵軋輥的硬度比鑄鋼軋輥硬度高，軋輥耐磨性好，采用此軋輥可以減少軋輥孔型的磨損，且合金球墨鑄鐵軋輥每噸的單價比合金鑄鋼軋輥價格低12%～15%。另外由于軋輥中含有石墨，在軋鋼時，上下軋輥的斜面在相互摩擦擠壓過程中，軋輥中的石墨還可以起到潤滑作用，使得軋輥的斜面磨損大大降低，軋輥上下軋輥左右竄動的現(xiàn)象得以控制。此材質(zhì)軋輥的弱點是強度和抗沖擊性能比合金鑄鋼低。通過對合金球墨鑄鐵輥的強度和沖擊性能的可行性分析，BD2軋機完全可以用合金球墨鑄鐵輥代替合金鑄鋼輥。

2.3 效果分析

通過新材質(zhì)軋輥的使用，軋輥的強度完全滿足了工藝上的需求，軋輥輥環(huán)斜面磨損減小，每套軋輥的過鋼量增加40%，產(chǎn)品實物質(zhì)量明顯提高，鐵皮壓入和不對稱的現(xiàn)象大為改觀。無論是軋輥的消耗還是軋制量及產(chǎn)品的實物質(zhì)量都有不同程度的提高。目前BD2軋機重軌全部使用的是合金球鐵軋輥。

合金鑄鋼軋輥的消耗是1.98kg／t，使用合金球墨鑄鐵軋輥后消耗為1.25kg／t。輥耗得到了明顯的降低。

3 優(yōu)化UF軋機重軌輥環(huán)參數(shù)

3.1 現(xiàn)狀分析

萬能軋機組由UR中軋機、E軋邊機、UF精軋機組成。其孔型系統(tǒng)由SMS提供。UF精軋機工藝上設(shè)計的最大直徑為Φ1220mm，UF精軋機重軌品種系列軋輥輥環(huán)最大使用直徑設(shè)計為Φ1180mm，而UF精軋機在軋制H型鋼時，H型鋼的各品種軋輥輥環(huán)最大使用直徑為Φ1220mm。重軌和H型鋼各品種UF軋機水平軋輥參數(shù)對照表見表1。

表1 重軌和H型鋼各品種UF軋機水平軋輥參數(shù)對照表

從表1中看出，同為UF軋機，不同品種的軋輥輥環(huán)最大使用直徑卻不同。由于UF軋機重軌輥環(huán)最大使用直徑為Φ1180mm，造成軋輥有效使用直徑減少，軋輥的利用率降低。目前UF軋機重軌各規(guī)格軋輥最小使用直徑為Φ1060mm，即軋輥有效使用直徑為120mm（1180－1060）。軋輥的利用率約10%。如果H型鋼各規(guī)格軋輥使用最小直徑按重軌的最小使用直徑相同進行計算，軋輥有效使用直徑為160mm（1220－1060）。軋輥的利用率為13%，重軌各規(guī)格軋輥的利用率相對于H型鋼的利用率低了30%。

3.2 原因分析

UF精軋機的水平軋輥由兩部分組成，一個是軋輥芯軸，另一個是軋輥輥環(huán)，分別見圖6和圖7。

圖7中顯示的是重軌品種的軋輥輥環(huán)，不同品種的輥環(huán)的外觀不同。軋輥輥環(huán)通過加熱后，熱裝在軋輥芯軸上，組成UF水平軋輥（見圖8）。

圖8 UF重軌水平軋輥

軋輥輥環(huán)是從最大直徑使用到最小使用直徑時報廢，當軋輥輥環(huán)報廢后，將套在芯軸上的輥環(huán)取下，將使用后的芯軸再與新輥環(huán)重新熱裝在一起組成新的UF水平軋輥，軋輥的芯軸可以反復(fù)使用三次。即一根芯軸先后可與3個不同輥環(huán)相配，無論每次軋輥輥環(huán)直徑的大小，不影響軋輥芯軸的使用次數(shù)。

如果重軌使用Φ1220輥環(huán)，使用直徑可增大40mm，軋輥有效使用直徑為160mm，為原設(shè)計輥環(huán)的1.34倍（160／120＝1.34）。軋輥心軸的利用率可提高34%，增大后的軋輥輥環(huán)一套軋輥相當于原來輥環(huán)的1.34套使用，相當于一根芯軸可與4個原來的輥環(huán)相配。

在建設(shè)初期，曾建議SMS公司將UF軋機重軌輥環(huán)的最大使用直徑由Φ1180增達到Φ1220，但SMS認為工藝上UF軋機重軌水平軋輥的開口度不夠，輥環(huán)的直徑不能增大。如果將重軌UF軋機輥環(huán)的最大直徑增大到Φ1220，即可節(jié)約軋輥輥環(huán)和軋輥芯軸的費用，針對這一問題進行了可行性分析。

3.3 方案的可行性分析

UF軋機重軌每套軋輥有兩支水平軋輥，軋輥水平輥裝配圖見圖9。

圖9 UF軋機重軌水平軋輥裝配圖

從圖9看出，上下軋輥的開口度即是軋輥的輥縫。圖中輥縫設(shè)定為100mm，為軋制第一道次鋼時軋輥的輥縫值。針對UF軋機重軌水平輥開口度不夠一說，對UF軋機H型鋼和重軌軋輥的各類參數(shù)進行采集，通過模擬軋制采集有關(guān)參數(shù)，采集的UF軋機軋輥參數(shù)比照表見表2。

表2 UF軋機軋輥參數(shù)采集比照表

從表2中得知，重軌系列品種UF軋機軋輥第一道次的輥縫均為100mm。是重軌軋鋼各道次中輥縫最大的，當軋輥輥環(huán)直徑為Φ1180時，軋輥輥縫的最大提升高度為180mm。H型鋼各品種的軋制壓力幾乎高出重軌系列品種的一倍。如果將重軌系列品種UF輥環(huán)直徑增大到Φ1220時，UF軋機重軌軋輥的相應(yīng)參數(shù)將發(fā)生變化，變化后的UF軋機重軌軋輥參數(shù)見表3。

表3 UF軋機重軌軋輥參數(shù)表

從表3中看出，軋輥的輥縫是不變的，當軋輥輥環(huán)直徑取最大值為Φ1220時，軋輥輥縫的最大提升高度為140mm，與H型鋼的最大提升高度相一致，仍大于軋輥的輥縫值。因為軋輥的開口度就是軋輥的輥縫值，開口度為100mm，即可滿足軋鋼的需求，而實際軋輥的最大開口度為140mm，比實際需要的開口度還大40mm，各規(guī)格重軌的軋制壓力不變。所以將UF軋機重軌軋輥輥環(huán)直徑增大到Φ1220是可行的。并在UF軋機的計算機上對重軌Φ1220輥環(huán)進行模擬軋制，將模擬中的輥環(huán)參數(shù)設(shè)定為Φ1220獲得通過。

3.4 實施效果

為了慎重起見，將現(xiàn)場實際模擬軋制采集的參數(shù)向SMS公司進行了通告，SMS回復(fù)是“方案可行”。在各種數(shù)據(jù)可行的情況下，在UF軋機重軌P60品種中進行了試用Φ1220的輥環(huán)。首先從軋輥與導(dǎo)衛(wèi)板的裝配過程中，沒有出現(xiàn)異常現(xiàn)象，軋鋼在調(diào)整過程中也沒有增加調(diào)整難度，試軋獲得成功。隨后Φ1220的軋輥在重軌UF軋輥中擴大使用，在軋制過程中沒有出現(xiàn)任何的副作用。目前UF軋機Φ1220軋輥輥環(huán)已正式在重軌系列品種中使用。開創(chuàng)了全國同類型軋機使用Φ1220軋輥輥環(huán)的先河。萬能軋機各機架軋輥消耗為：UR軋輥單耗為0.41kg／t，E軋輥單耗為0.051kg／t，UF 軋輥單耗為0.223kg／t。UF軋機采用Φ1220軋輥輥環(huán)和采用Φ1160軋輥輥環(huán)消耗對比見圖10。

圖10 UF軋輥采用不同輥環(huán)消耗對比圖

4 結(jié)束語

通過對各架軋機重軌軋輥技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化，取得了明顯的經(jīng)濟效益，BD1重軌軋輥孔型的使用功能提高一倍，一套軋輥相當原來兩套軋輥使用。BD2重軌軋輥孔型的過鋼量增加40%，同時軋輥的采購費用也降低。萬能軋機UF軋輥的利用率提高30%。各軋機的軋輥消耗都有不同程度的降低，產(chǎn)品質(zhì)量也得到了有效控制。今后將不斷探索降低軋輥消耗的新途徑。

［1］白光潤，欒瑰馥，朱殿強.孔型設(shè)計［M］.沈陽：東北工學院出版社，1992.