二次冷軋機(jī)組下切水橡皮綜合優(yōu)化技術(shù)

李貴賓

(寶山鋼鐵股份有限公司 鍍錫板廠，上海 200431)

0 引言

二次冷軋是指在一次冷軋帶鋼經(jīng)退火處理后，再次進(jìn)行壓下減薄。相比傳統(tǒng)的一次冷軋產(chǎn)品，二次冷軋產(chǎn)品具有厚度更薄、強(qiáng)度更高、加工性能更好的優(yōu)點(diǎn)，在保證罐體性能需求的情況下，有效地降低材料消耗、減少了環(huán)境污染，能夠較好地適應(yīng)包裝制罐行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。由于二次冷軋產(chǎn)品厚度薄、強(qiáng)度高，因此采用乳化液直噴系統(tǒng)進(jìn)行軋制潤(rùn)滑。直噴系統(tǒng)是采用高濃度的乳化液噴淋到軋機(jī)輥縫一定距離的入口帶鋼表面上，利用帶鋼表面的親油性保證在帶鋼進(jìn)入輥縫之前乳化液在其表面析出一定厚度的潤(rùn)滑油膜，并與工作輥表面附著的油膜在軋制變形入口區(qū)匯合，一起進(jìn)入軋制輥縫變形區(qū)進(jìn)行潤(rùn)滑，保證軋制的潤(rùn)滑性；與此同時(shí)，軋機(jī)出口側(cè)配備專門的冷卻系統(tǒng)對(duì)軋輥進(jìn)行冷卻。

乳化液在帶鋼表面析出的油膜厚度與工作輥表面附著的油膜厚度是二次冷軋機(jī)組軋制變形區(qū)油膜形成的基礎(chǔ)，直接決定了軋制過(guò)程中變形區(qū)潤(rùn)滑性能的好壞。帶鋼表面析出的油膜厚度主要由乳化液的流量、濃度、溫度、析出距離等工藝潤(rùn)滑參數(shù)所決定，而輥縫入口處工作輥表面附著的油膜厚度則直接受到切水橡皮破壞程度的影響。以往，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于二次冷軋機(jī)組軋制過(guò)程乳化液潤(rùn)滑性能的研究主要集中在對(duì)乳化液流量、乳化液濃度、乳化液析出距離等方面，比較典型的有白振華研究了二次冷軋過(guò)程工藝潤(rùn)滑制度綜合優(yōu)化技術(shù)[1]；李貴賓通過(guò)分布控制帶鋼上下表面的乳化液流量，開發(fā)了極薄板軋制中上下表面均勻潤(rùn)滑控制技術(shù)[2]；李秀軍提出在二次冷軋機(jī)組采用切水橡皮替代擠干輥的切水技術(shù)[3]。但對(duì)切水橡皮對(duì)二次冷軋機(jī)組軋輥表面附著油膜厚度、軋制變形區(qū)油膜厚度、潤(rùn)滑性能以及產(chǎn)品表面質(zhì)量的影響研究尚處于空白階段。研究二次冷軋機(jī)組切水橡皮對(duì)工作輥表面油膜厚度以及軋制變形區(qū)潤(rùn)滑性能的影響，并制定相應(yīng)的切水橡皮優(yōu)化方法，就成為二次冷軋機(jī)組軋制潤(rùn)滑性能與產(chǎn)品表面質(zhì)量控制與提升的必要條件，本文即在此背景下展開研究。

1 二次冷軋機(jī)組潤(rùn)滑系統(tǒng)工作原理

圖1為二次冷軋機(jī)組乳化液、冷液噴淋架與切水橡皮位置示意圖。其中，DA、DB為二次冷軋機(jī)組直噴系統(tǒng)乳化液噴射梁，用于向帶鋼表面噴射一定濃度的乳化液；CA、CB、CC分別為上支撐輥、中間輥、工作輥的冷卻水噴射梁；CD、CE、CF分別為下工作輥、中間輥、支撐輥的冷卻水噴射梁，用于向上下工作輥、中間輥、支撐輥噴射冷卻水。二次冷軋機(jī)組第一機(jī)架后的上下工作輥均配有切水橡皮，上下切水橡皮以一定的壓力緊貼在工作輥上，上切水橡皮用于防止噴在上輥系的冷卻水滴落在帶鋼上表面，下切水橡皮用于防止下輥系的冷卻水飛濺到帶鋼下表面上，從而保證帶鋼上下表面的清潔性。

圖1 二次冷軋機(jī)組噴淋架與切水橡皮位置示意圖

軋制過(guò)程中，乳化液從DA和DB分別噴射在帶鋼的上下表面，并且在進(jìn)入輥縫前有一定的時(shí)間進(jìn)行乳化液的油水分離，即乳化液中的軋制油逐漸吸附在帶鋼表面形成一定厚度的油膜。帶鋼表面附著的潤(rùn)滑油膜會(huì)隨著帶鋼一起進(jìn)入軋制變形區(qū)內(nèi)，在軋輥和帶鋼之間起到潤(rùn)滑的作用。帶鋼和軋輥之間的潤(rùn)滑油膜厚度從軋制變形區(qū)入口到出口的過(guò)程中逐漸變薄，最終在出口處一部分油膜附著在帶鋼表面進(jìn)入2#機(jī)架進(jìn)行平整，另一部分則附著在工作輥表面上，并隨著工作輥的旋轉(zhuǎn)進(jìn)入到下一周期的軋制過(guò)程。

2 二次冷軋機(jī)組切水橡皮對(duì)油膜厚度影響研究

二次冷軋機(jī)組軋制狀態(tài)下，為了防止噴淋在軋輥表面的冷卻水滴落或飛濺到帶鋼表面而影響帶鋼表面質(zhì)量，切水橡皮以一定的壓力與旋轉(zhuǎn)的工作輥表面接觸，這就導(dǎo)致了切水橡皮對(duì)從變形區(qū)出口附著在上下工作輥表面的油膜厚度的破壞。切水橡皮對(duì)工作輥油膜厚度的破壞程度可以表示為：

(1)

其中：ξ2Rk為輥縫入口工作輥表面附著油膜厚度，k為帶鋼上、下表面編號(hào)，k=1表示帶鋼上表面，k=2表示帶鋼下表面；ηk為切水橡皮對(duì)工作輥表面油膜厚度破壞剩余率；ξ1Rk為輥縫出口工作輥表面附著油膜厚度；γk為切水橡皮破壞率系數(shù)；Fk為切水橡皮與工作輥接觸壓力；b為切水橡皮寬度；h為切水橡皮厚度。

另外，二次冷軋機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中，由于噴射在帶鋼上下表面的乳化液受力狀態(tài)不同，帶鋼上下表面的乳化液流量剩余率也存在差異。對(duì)于帶鋼的上表面，乳化液流量的損失主要來(lái)自乳化液從帶鋼兩側(cè)溢流；而對(duì)于帶鋼下表面，由于重力作用，乳化液流量的損失主要來(lái)自 乳化液噴射在帶鋼下表面的反射飛濺與滴落。這就導(dǎo)致帶鋼下表面乳化液流量剩余率低于帶鋼上表面乳化液流量剩余率，進(jìn)入輥縫變形區(qū)時(shí)，帶鋼下表面析出的油膜厚度小于帶鋼上表面的油膜厚度。輥縫入口帶鋼表面析出的油膜厚度可以表示為：

(2)

其中：ξ2Sk為輥縫入口帶鋼表面析出的油膜厚度；αk為帶鋼表面乳化液析出率；βk為帶鋼表面乳化液剩余率；Q為乳化液流量；C為乳化液濃度；B為帶鋼寬度；v0為帶鋼入口速度；λk為帶鋼表面乳化液析出率系數(shù)；δk為帶鋼表面乳化液析出率系數(shù)；s為乳化液析出距離。

綜合考慮二次冷軋機(jī)組帶鋼上下表面乳化液受力狀態(tài)對(duì)析出油膜厚度的影響以及切水橡皮對(duì)附著在工作表面潤(rùn)滑油膜的影響,軋制后上下工作輥表面附著的油膜都會(huì)在一定程度上受到切水橡皮的破壞，但是，由于上下表面乳化液滴落損失量的不同，軋制輥縫入口處帶鋼的上表面能夠形成比下表面更大的油楔，從而可以更好地彌補(bǔ)切水橡皮對(duì)軋制后工作輥表面附著油膜破壞的影響，而下表面則因其軋制變形區(qū)入口處所形成的油楔量較小，容易導(dǎo)致進(jìn)入變形區(qū)的橫向油膜量分布不均勻，使帶鋼下表面更容易受到軋輥表面附著油膜厚度的非均勻性的影響而產(chǎn)生乳化液斑跡缺陷。

3 下切水橡皮的綜合優(yōu)化技術(shù)

由于重力作用對(duì)噴淋在上下輥系上冷卻水的影響，在軋制過(guò)程中，為了阻止噴淋在上輥系的冷卻水滴落在帶鋼的上表面，上切水橡皮必須與上工作輥緊密接觸；而考慮到下工作輥冷卻水的噴射位置及其旋轉(zhuǎn)方向，噴淋在下輥系上的冷卻水是向下滴落的，重力作用不會(huì)導(dǎo)致噴淋在下輥系上的冷卻水滴落在帶鋼下表面，因此，下切水橡皮與下工作輥表面無(wú)需很大的接觸壓力保證緊密貼合，只需阻擋冷卻水向帶鋼下表面的飛濺即可。為此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)降低下切水橡皮與下工作輥的接觸壓力，減小下工作輥表面附著油膜厚度的破壞，增加下工作輥表面油膜厚度以補(bǔ)償帶鋼上下表面析出油膜厚度的差異，實(shí)現(xiàn)上下變形區(qū)入口油膜厚度相等，即：

ξ2S1+ξ2R1=ξ2S2+ξ2R2.

(3)

(4)

切水橡皮優(yōu)化前、后油膜厚度變化示意圖如圖2所示。從圖2中可以看出，優(yōu)化后下切水橡皮與下工作輥接觸壓力降低，變形區(qū)入口下工作輥表面附著油膜厚度增加，彌補(bǔ)帶鋼下表面與帶鋼上表面析出油膜厚度的差異，增加了下表面變形區(qū)油膜的厚度與橫向分布均勻性，進(jìn)而有效控制下表面乳化液斑跡缺陷的發(fā)生，提高帶鋼下表面質(zhì)量。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

國(guó)內(nèi)某鋼廠1220二次冷軋機(jī)組采用乳化液直噴系統(tǒng)進(jìn)行軋制潤(rùn)滑，為了提高上下軋制變形區(qū)油膜的均勻性，減少帶鋼下表面乳化液斑跡缺陷的發(fā)生率，采用本文所述的二次冷軋下切水橡皮綜合優(yōu)化技術(shù)對(duì)下切水橡皮與下工作輥接觸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)定。經(jīng)過(guò)對(duì)一年的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，二次冷軋機(jī)組平均軋制速度提高8.4%，帶鋼表面乳化液斑跡缺陷發(fā)生率降低45.2%，為機(jī)組創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 切水橡皮優(yōu)化前、后油膜厚度變化示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合二次冷軋機(jī)組潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)備與工藝特點(diǎn)，分析了二次冷軋機(jī)組軋制過(guò)程中帶鋼與工作輥表面油膜的形成機(jī)理；分析了二次冷軋機(jī)組切水橡皮對(duì)工作輥表面附著油膜厚度的影響，綜合帶鋼上下表面油膜厚度的差異，研究了對(duì)下切水橡皮與下工作輥接觸壓力與工作輥表面附著油膜厚度的關(guān)系，開發(fā)出二次冷軋下切水橡皮綜合優(yōu)化技術(shù)。 本技術(shù)在二次冷軋機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，平均軋制速度提高8.4%，帶鋼表面乳化液斑跡缺陷發(fā)生率降低45.2%，為機(jī)組創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

]1] 白振華,司紅鑫,周慶田,等.二次冷軋過(guò)程工藝潤(rùn)滑制度綜合優(yōu)化技術(shù)的研究]J].鋼鐵,2011(6):60-62,73.

]2] 李貴賓,李秀軍,石曉東,等.極薄板軋制中上下表面均勻潤(rùn)滑控制技術(shù)的開發(fā)]J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2013(3):102-104.

]3] 李秀軍,陳聲鶴,吳首民,等.寶鋼二次冷軋切水及軋輥冷卻技術(shù)研究]J].中國(guó)冶金,2010,20(6):18-20.