熱軋工藝潤滑技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

劉均賢

(天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院，天津300400)

0 引言

1 傳統(tǒng)的熱軋工藝潤滑方法

熱軋生產(chǎn)時變形區(qū)的高溫、高壓、高速狀態(tài)使軋機(jī)軋輥的工作條件異常惡劣。 軋輥輥面極易磨損和氧化，磨損使軋輥表面出現(xiàn)凹坑和麻點，并反過來加劇軋輥磨損；氧化易在輥面形成黑皮，若不進(jìn)行控制，黑皮過厚易導(dǎo)致軋輥表面層出現(xiàn)龜裂和剝落現(xiàn)象，從而加劇軋輥的失效[1]。

如何在日趨激烈的市場競爭中，提高軋輥初始輥形的保持性、軋機(jī)作業(yè)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，一直是軋鋼生產(chǎn)企業(yè)不懈追求的目標(biāo)。 除了不斷更新裝備技術(shù)和采用更好的軋輥材料外，實施工藝潤滑是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要有效技術(shù)手段之一。

熱軋工藝潤滑劑按其形態(tài)分為固體和液體兩種，由于固體潤滑劑無法連續(xù)供給，并且更換不便，因此限制了其大規(guī)模的推廣應(yīng)用。 目前多使用液體潤滑劑，液體潤滑劑按其基礎(chǔ)油的不同，分為以礦物油為基的潤滑劑、以植物油或動物油為基的潤滑劑和化學(xué)合成潤滑劑。 傳統(tǒng)的熱軋工藝潤滑方法有純油直接涂抹法、純油直接噴射法及油水預(yù)先混合法，各種方法的比較如表1 所示。

2 熱軋工藝潤滑技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

新型熱軋工藝潤滑系統(tǒng)的每個機(jī)架由1 臺計量油泵獨立供油、1 個混合器完成油水混合。潤滑油和水分別以一定的合適壓力經(jīng)過靜態(tài)混合器混合形成乳液，經(jīng)噴嘴噴向軋輥表面。 根據(jù)軋制時乳化液噴向軋輥位置不同，可分為工作輥潤滑和支撐輥潤滑[3]，國內(nèi)的熱軋板帶鋼軋機(jī)多采用乳液對工作輥表面進(jìn)行工藝潤滑的方式。

圖1 是目前應(yīng)用較多的上軋輥切水板下方噴油的潤滑方式示意圖。

表1 傳統(tǒng)的熱軋工藝潤滑方法比較[2]

圖1 熱軋工藝潤滑系統(tǒng)的噴嘴位置示意圖

2.1 熱軋工藝潤滑系統(tǒng)的改進(jìn)和完善

2.1.1 采用2 個獨立的供油系統(tǒng)[4，5]

熱軋工藝潤滑系統(tǒng)已由早前的將潤滑劑直接注入軋輥的冷卻水系統(tǒng)，不單獨設(shè)置潤滑劑噴射系統(tǒng)，發(fā)展到后來的設(shè)置1 個或多個單獨的潤滑噴射系統(tǒng)。 為對不同的工作輥材質(zhì)實施不同的工藝潤滑，充分發(fā)揮潤滑作用，鞍鋼1 780 mm 熱軋帶鋼生產(chǎn)線的工藝潤滑包括2 個供油系統(tǒng)，即F1-F3 機(jī)架由系統(tǒng)1 供油，F(xiàn)4-F7 機(jī)架由系統(tǒng)2 供油。

寶鋼不銹鋼分公司1 780 mm 熱軋帶鋼軋機(jī)有兩個獨立的工藝潤滑系統(tǒng)。 系統(tǒng)1 為前四架軋機(jī)供油，系統(tǒng)2 為后三架軋機(jī)供油，兩個系統(tǒng)間可根據(jù)實際生產(chǎn)情況進(jìn)行自由切換，以滿足軋制不同鋼種時的不同工藝潤滑需求。

2.1.2 改進(jìn)切水板的密封效果

目前， 多采用切水板下方供油方式對工作輥進(jìn)行工藝潤滑， 這種供油方式對切水板的密封性能要求較高。 生產(chǎn)企業(yè)針對實際生產(chǎn)過程中暴露出的問題，采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施。梅鋼1 422 mm 軋機(jī)等[6]通過改進(jìn)切水板材質(zhì)和增加氣缸輔助等措施，提高了切水密封效果和工藝潤滑質(zhì)量。

2.1.3 噴油時序和噴射濃度的二級控制[7]

針對原有的工藝潤滑系統(tǒng)在噴油時序和噴射濃度只有計算機(jī)控制一種方式，給系統(tǒng)調(diào)試和問題處理帶來的不便， 在控制程序上增加手動操作模式，在生產(chǎn)調(diào)試階段，以手動操作模式調(diào)整軋制油噴射濃度，而在正常軋制過程中，由計算機(jī)自動進(jìn)行二級控制，避免人為誤操作。

2.1.4 采用特殊的分段潤滑技術(shù)[8]

鞍鋼1 700 mm 軋機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品中約50%為厚度2.5 mm 以下的薄板帶。 為了實現(xiàn)自由軋制，采用了1 400 mm 輥面潤滑+邊部潤滑的特殊潤滑方式，水平集管噴出的熱軋油可對1 400 mm 的軋輥表面進(jìn)行潤滑，入口導(dǎo)尺上的噴嘴可潤滑工作輥的邊部接觸區(qū)。 從而保證不論軋制何種規(guī)格的帶鋼都能保證與帶鋼邊部接觸的工作輥輥面能夠得到有效的工藝潤滑。 如圖2。

圖2 軋制窄帶鋼（a）和寬帶鋼（b）的潤滑方式示意圖

2.1.5 應(yīng)用噴嘴在線吹掃裝置[9]

為了保證軋制過程中工藝潤滑系統(tǒng)噴嘴和管路的暢通，在混合器前端加裝一個與高壓蒸汽管路相連的三通和控制蒸汽的開關(guān)。 檢修時用高壓蒸汽吹掃噴嘴和混合器至噴嘴間的管路，確保管路和噴嘴不堵塞，保證熱軋工藝潤滑質(zhì)量。

2.2 熱軋工藝潤滑的應(yīng)用效果

2.2.1 提高軋件表面質(zhì)量和組織性能

鄭躍強(qiáng)等[9]在酒鋼的CSP 生產(chǎn)線上進(jìn)行了各種不同的工藝潤滑對比試驗研究， 無潤滑條件下，酸洗后的板帶表面凹凸不平，有明顯的麻點、不連續(xù)的點線狀表面夾層、 表面凹坑和表面孔洞等缺陷；而F2～F5 機(jī)架實施工藝潤滑后，板帶的表面致密均勻，大尺寸的缺陷基本消失。 同時，板帶鋼的表面和內(nèi)部組織晶粒均勻，混晶現(xiàn)象明顯改善。

王作成[11]等通過實驗研究了工藝潤滑對熱軋IF鋼組織和性能的影響規(guī)律， 結(jié)果表明，700℃無潤滑條件下軋制時，板面出現(xiàn)剪切應(yīng)力層，沿板厚方向上晶粒分布不均勻，很難出現(xiàn)擇優(yōu)取向，{111}取向密度僅為1.07，r=0.852，鋼板的深沖性能差。 實施工藝潤滑后，板面剪切應(yīng)力層完全消失，沿板厚方向組織均勻且{111}織構(gòu)取向密度達(dá)5.3，r=1.750，使IF鋼具有良好的深沖性能。

2.2.2 降低輥耗及力能消耗

鞍鋼的1700、1780 機(jī)組[4，8]、寶鋼的1780、2050機(jī)組[5，12]、太鋼的1549 機(jī)組[13]、邯鋼的1830 機(jī)組[14]、珠鋼的1500 機(jī)組[15]、萊鋼的1500 機(jī)組[16]等投入工藝潤滑后的效果非常顯著，無潤滑時軋輥表面經(jīng)常出現(xiàn)的嚴(yán)重火裂紋、橘皮狀痕及氧化皮脫落現(xiàn)象基本消除，軋輥表面氧化膜厚度均勻、合理，整個輥面顏色均勻、光亮。 軋輥的表面粗糙度有較好的保持性。 軋制力平均降低10～25%， 輥耗平均降低20～50%，能耗降低10～20%，軋制公里數(shù)平均延長20～50%，而單機(jī)架的油耗水平可達(dá)15～30 g/t，達(dá)到了國內(nèi)外的領(lǐng)先水平。

2.2.3 提高軋機(jī)工作的穩(wěn)定性[7，10]

隨著CSP 軋機(jī)功能調(diào)試的難度不斷增加，機(jī)組的薄規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)比例至少20%以上， 有的甚至超過50%，在軋制較薄規(guī)格產(chǎn)品時，精軋機(jī)組的中間機(jī)架常因軋制力過大而出現(xiàn)振動現(xiàn)象，軋機(jī)振動不僅影響機(jī)組的產(chǎn)品軋薄，對于冷軋用坯料，還會因軋機(jī)振動造成軋輥表面氧化膜破裂、剝落，在冷軋料表面形成麻面，酸洗后變成凹坑，影響產(chǎn)品使用。 通過實施工藝潤滑，降低了軋制力，避開了軋機(jī)的振動點，軋機(jī)振動現(xiàn)象可明顯消除，提高了軋輥和產(chǎn)品的表面質(zhì)量。

2.2.4 拓展產(chǎn)品品種規(guī)格范圍

采用工藝潤滑技術(shù)后， 軋制的產(chǎn)品品種得以擴(kuò)展， 除了生產(chǎn)常規(guī)的SS400、SPHC、SPHD 等鋼種外，寶鋼不銹鋼分公司的1 780 mm 機(jī)組實現(xiàn)了碳鋼和不銹鋼的混合軋制，有效防止不銹鋼軋制時軋輥輥面的熱粘著，改善不銹鋼板帶的表面粗糙度[5]。太鋼的1 549 mm 機(jī)組則實現(xiàn)了碳鋼、 硅鋼和不銹鋼的混合軋制， 不銹鋼帶鋼上下表面粗糙度分別由不潤滑的1.724 μm 和1.821 μm 提高至潤滑后的1.541 μm 和1.510 μm，不平度和板凸度合格率分別由不潤滑時的74.04%和86%提高至潤滑后的98.17%和100%[13]。

在產(chǎn)品尺寸規(guī)格方面，各生產(chǎn)廠家努力突破現(xiàn)有軋機(jī)的軋制能力極限， 軋制更薄的產(chǎn)品， 珠鋼1 500 mmCSP 機(jī)組厚度小于1.5 mm 的薄規(guī)格產(chǎn)品比例達(dá)20%[14]以上。鞍鋼1 700 mm 生產(chǎn)線中厚度2.5 mm 以下的約占50%[8]， 唐鋼的1 810 mm 和1 700 mm 兩條CSP 生產(chǎn)線的薄規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn)比例超過50%，最小厚度達(dá)0.8 mm[7]。

3 今后研究重點

隨著人們對軋制板帶鋼產(chǎn)量和質(zhì)量要求的不斷提高，為了適應(yīng)生產(chǎn)的要求，板帶鋼軋制已向高速化和連續(xù)化的方向發(fā)展，對工藝潤滑的要求也越來越高。 軋制壓薄率、軋輥壽命、軋制速度、軋件軋后表面光潔度、動力消耗等均與工藝潤滑油的質(zhì)量有很大關(guān)系。 今后應(yīng)加強(qiáng)以下幾方面的研究：

3.1 加強(qiáng)國產(chǎn)潤滑油的研制和形成完善統(tǒng)一的潤滑油評定標(biāo)準(zhǔn)及試驗方法

目前國內(nèi)只有少數(shù)軋鋼廠使用自己研制的潤滑油，大部分企業(yè)使用的為Quaker 和Nalco 生產(chǎn)的潤滑油。 雖然國產(chǎn)潤滑油基本上能滿足軋制工藝的要求，但與國外成熟的潤滑油技術(shù)相比還有一定差距。 同時，國內(nèi)的軋制油還沒有形成統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)， 都是生產(chǎn)廠家和用戶自己制定的一些指標(biāo)，而且差別較大[17]。 導(dǎo)致不同的潤滑油評定標(biāo)準(zhǔn)和試驗方法得到的潤滑油評定結(jié)果也有差異，只有對其進(jìn)行統(tǒng)一，才能為潤滑油的研究、生產(chǎn)和使用提供更好的服務(wù)。

3.2 加強(qiáng)熱軋潤滑油使用技術(shù)的研究

應(yīng)選用適合自身工藝、設(shè)備結(jié)構(gòu)特點的潤滑系統(tǒng)及潤滑油品，精確調(diào)整油壓、水壓和噴射流量、噴射時序和軋制模型， 做好潤滑系統(tǒng)的日常維護(hù)，使軋機(jī)的工藝潤滑取得最佳效果。

3.3 加強(qiáng)高速鋼軋輥的工藝潤滑研究

高速鋼軋輥因具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能而用于熱軋板帶鋼軋機(jī)，但高速鋼軋輥的熱凸度大且不易控制，輥面摩擦系數(shù)大致使軋制力比普通軋輥增加約20%左右，因此，對高速鋼軋輥實施工藝潤滑尤為必要，需加強(qiáng)對高速鋼軋輥用潤滑劑和潤滑方法的研究工作。

3.4 加強(qiáng)型鋼軋制工藝潤滑技術(shù)的研究

目前的熱軋工藝潤滑技術(shù)主要集中于板帶鋼軋制，而關(guān)于型鋼軋制中使用工藝潤滑的研究只見過少量的應(yīng)用報道[18，19]。 與板帶鋼軋制不同，型鋼軋制過程中的高溫、高壓及高摩擦具有集中作用于孔型局部的特點，更易因孔型的局部嚴(yán)重磨損和損壞而影響軋輥的使用壽命、 產(chǎn)品斷面形狀和尺寸精度。 應(yīng)加強(qiáng)型鋼軋制潤滑油品、潤滑裝置及自動控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用水平。