熱連軋機(jī)組精軋工作輥冷卻水的研究及改進(jìn)

胡 亮，劉靖群，徐 芳

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200）

熱軋軋制節(jié)奏的提高，直接影響到生產(chǎn)過程中材料的溫度、組織及其變化規(guī)律，由于高節(jié)奏高速軋制情況下，增加了材料與軋輥之間的熱量轉(zhuǎn)換，直接影響著軋輥溫度和板形控制的變化。軋制節(jié)奏提高帶來的精軋機(jī)工作輥溫度升高，造成軋輥輥面剝落現(xiàn)象增加、產(chǎn)品輥系氧化鐵皮缺陷大幅增加；軋輥熱凸度是影響板帶軋機(jī)負(fù)載輥縫的重要因素。在熱帶鋼連軋機(jī)中，工作輥與高溫軋件直接接觸，當(dāng)冷卻不充分時(shí)，軋輥的熱凸度可達(dá)幾百甚至上千微米[1]。軋制過程中精軋機(jī)工作輥熱凸變化規(guī)律和程度發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致產(chǎn)品板形過程質(zhì)量指標(biāo)下降。

1 工作輥冷卻水使用問題及分析改進(jìn)

隨著軋制節(jié)奏的提升，精軋機(jī)軋制間隙減少，輥溫逐步提高，F(xiàn)1-F4輥溫由70℃提高到85℃，工作輥冷卻能力已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要。經(jīng)常發(fā)生F1-F4軋輥氧化膜剝落的情況，尤其是生產(chǎn)厚度3.0mm以下酸洗板和2.0mm以下馬口鐵鋼種規(guī)格。由于帶鋼較薄，精軋純軋時(shí)間在120~130s，較常規(guī)規(guī)格純軋時(shí)間長(zhǎng)約30s左右，軋制時(shí)間較長(zhǎng)，輥溫過高易造成工作輥氧化膜剝落，帶鋼出現(xiàn)輥系氧化鐵皮缺陷，造成非計(jì)劃換輥。給生產(chǎn)組織、產(chǎn)品質(zhì)量以及成本控制帶來影響。工作輥下機(jī)時(shí)，時(shí)常發(fā)生氧化膜剝落的現(xiàn)象。

工作輥輥溫的控制是由工作輥冷卻水的壓力、水溫、水量入口和出口水量的分配、噴射角度、噴嘴的布置和噴嘴流量等因素共同決定。由于工作輥冷卻水系統(tǒng)壓力改進(jìn)需要改造泵站及主供水管路，改動(dòng)較大。因此通過分析工作輥冷卻集管和噴嘴來進(jìn)行改進(jìn)。

軋輥冷卻的通過對(duì)軋輥冷卻的噴嘴型號(hào)和噴嘴布置進(jìn)行優(yōu)化，來改善軋輥冷卻水量的分布、避免冷卻水印之間的干涉，從而達(dá)到提高熱交換系數(shù)以提高冷卻效率，減緩軋輥的熱膨脹，穩(wěn)定軋輥熱凸度，達(dá)到改善板形控制力能力，提高軋制穩(wěn)定性的目的。

在不改變供水系統(tǒng)和供水主管路的情況下，為充分發(fā)揮工作輥冷卻水的作用，并且能夠滿足快節(jié)奏軋制下的軋輥溫度要求。通過優(yōu)化入口出口的水嘴布置和水量配比，將原設(shè)計(jì)工作輥入口和出口的水量比為30%和70%，調(diào)整為15%和85%。同時(shí)通過調(diào)整噴嘴間距和噴嘴偏轉(zhuǎn)角度，避免各噴嘴之間冷卻水干涉，增加冷卻水覆蓋面，提高冷卻能力。

工作輥冷卻技術(shù)改進(jìn)。

（1）2250線F1-F4工作輥原冷卻集管設(shè)計(jì)：F1-F4軋機(jī)出口上下集管，現(xiàn)有噴嘴型號(hào)和布置參數(shù)，F(xiàn)1-F2出口集管水量總計(jì)是536.51m3/h（8941.85L/min），F(xiàn)3-F4出口集管水量總計(jì)是447.15m3/h（7451.9L/min）。

通過上述數(shù)據(jù)，F(xiàn)1-F4軋輥冷卻水上中下三排噴嘴的噴射水印均不干涉，但是同排噴嘴在軋輥上的噴射水印均存在干涉現(xiàn)象；另外沿輥身長(zhǎng)度方向的各噴嘴水量相等，即軋輥中部水量大與兩側(cè)水量一致，易造成軋輥中間溫度過高，造成的直接影響是軋輥中間凸度偏大，帶鋼在軋制時(shí)易產(chǎn)生中浪的現(xiàn)象。

（2）2250線F1-F4工作輥冷卻技術(shù)改進(jìn)：F1-F4軋機(jī)出口上集管，改造后，通過增加中間排工作輥冷卻水嘴的流量，中間排兩邊不布置噴嘴，提高輥身中部冷卻能力，從而將F1-F2出口上集管水量提升到544.16m3/h（9069.28L/min），F(xiàn)3-F4出口上集管水量提升到599.25m3/h（9987.44L/min）。

相應(yīng)的F1-F4軋機(jī)出口下集管，噴嘴的型號(hào)和布置與上集管對(duì)稱設(shè)計(jì)，改造后的下集管流量與上集管流量相等。

（3）1580線F1-F3工作輥原冷卻集管設(shè)計(jì)：F1-F3軋機(jī)出口集管，現(xiàn)有F1-F3出口集管水量總計(jì)是476.5m3/h（7941.01l/min）：1580線F1-F4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；同排噴嘴沿輥身長(zhǎng)度方向的水量中間高、兩側(cè)低，即軋輥中部水量大、兩側(cè)水量小，中間部位的水量分布非常均勻。

在實(shí)際使用過程中，通過對(duì)工作輥表面進(jìn)行打靶實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)以下問題：上集管最下一排，及下集管最上一排噴嘴，噴射時(shí)其噴射痕跡不清晰，存在噴嘴部分水噴不到軋輥表面的現(xiàn)象，造成軋輥的冷卻不充分。同時(shí)該部分噴嘴的流量占整體流量的比例是較大；每一排噴嘴，由于偏轉(zhuǎn)角度僅為15°，僅有上集管最上一排噴嘴的偏轉(zhuǎn)角度是30°，導(dǎo)致其冷卻覆蓋面的范圍過小，容易引起輥溫在冷卻區(qū)域的極具降低，在非冷卻區(qū)域產(chǎn)生非常明顯的溫度回溫。

目前1580熱連軋以較窄、較薄規(guī)格為主，軋制節(jié)奏的變化，導(dǎo)致現(xiàn)階段輥?zhàn)颖砻鏈囟壬咻^高，亟待解決輥?zhàn)颖砻鏈囟绕叩膯栴}。

（4）1580線F1-F3工作輥冷卻技術(shù)改進(jìn)：通過改造出口噴嘴布置，調(diào)整噴嘴偏轉(zhuǎn)角度、傾斜角度和噴嘴型號(hào)。噴嘴噴射的覆蓋寬度更寬，噴射的覆蓋面增加，進(jìn)一步提高冷卻效率；相鄰兩個(gè)噴嘴、相鄰兩排噴嘴噴射時(shí)有疊加而無干涉，避免了因?yàn)楦缮鎸?dǎo)致的冷卻強(qiáng)度降低；三排噴嘴噴射時(shí)，噴射的水量分布呈兩級(jí)臺(tái)階，第一級(jí)臺(tái)階均勻分布的最小寬度為800mm左右，符合最窄軋材的寬度，第二級(jí)臺(tái)階分布的最小寬度約為1300mm，符合較寬寬度軋材的寬度。

同時(shí)考慮了噴嘴噴射時(shí)與刮水板的干涉問題，針對(duì)上集管的最下一排的噴嘴噴射角度進(jìn)行調(diào)整，提高該排噴嘴的噴射角度，避免噴水與刮水板產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。針對(duì)下集管的最上排噴嘴，由于下工作輥冷卻水刮板是靠導(dǎo)板自重壓在輥身封水，考慮到噴嘴角度偏高會(huì)造成水量集中到刮板與輥身縫隙中，影響下刮水板的封水效果，因此降低下集管最上排噴嘴的噴射角度，避免了噴嘴噴射時(shí)，由于噴水反彈到工作輥輥身和刮水板縫隙中，導(dǎo)致的刮水板無法封水的問題，提高刮水板的封水效果。

2 工作輥冷卻水改造效果

2.1 輥溫方面

通過對(duì)精軋機(jī)工作輥冷卻技術(shù)的改進(jìn)，軋輥溫度顯著下降。依據(jù)軋制節(jié)奏、產(chǎn)品相近輥期軋輥下機(jī)后輥面溫度測(cè)量結(jié)果，通過以上技術(shù)改造輥面溫度下降10℃~15℃，（如表）所示為典型。

表1 軋輥溫度改進(jìn)前后對(duì)比

2.2 輥系鐵皮缺陷

工作輥冷卻集管上機(jī)后，輥系鐵皮缺陷帶出品呈下降趨勢(shì)，薄規(guī)格馬口鐵產(chǎn)品氧化鐵皮發(fā)生率相對(duì)降低18%，熱軋輥系氧化鐵皮總降級(jí)品率降低2%。

2.3 輥縫形狀及凸度

良好的工作輥冷卻及熱凸度控制是降低工作輥消耗、控制板形、提高生產(chǎn)收得率的有效措施[2]。工作輥輥冷卻水對(duì)工作輥的冷卻效果不僅受水量和噴嘴密集程度的影響，而且受冷卻噴嘴與輥面距離、角度、偏轉(zhuǎn)角的影響。冷卻效果的模型表達(dá)式如下式。

其中：Q為冷卻能力；A冷卻水在軋輥上打擊面積；Δt為冷卻水與工作輥面溫度差；為冷卻水打擊位置對(duì)軋輥形成的包角；n為與軋輥輥徑、輥面速度有關(guān)的常數(shù)。

改造后的工作輥冷卻冷卻噴嘴的布置，在軋輥?zhàn)畲蠹白钚≥亸綏l件下，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；沿輥身長(zhǎng)度方向的水量中間高、兩側(cè)低，即軋輥中部水量大、兩側(cè)水量小，中間部位的水量分布非常均勻，最大最小流量之差為3%。

通過精軋機(jī)工作輥冷卻水改進(jìn)技術(shù)方案實(shí)施，取得以下效果：

（1）各機(jī)架最大溫度降低約10℃，軋輥熱輥形分布形式明顯改善。

（2）熱輥形對(duì)軋輥有效輥縫凸度的影響明顯降低，（如圖）所示。

圖1 工作輥冷卻水改進(jìn)對(duì)輥縫形狀的影響

通過工作輥冷卻技術(shù)改進(jìn)，有效減小高速鋼軋輥長(zhǎng)輥期使用導(dǎo)致的軋輥溫度增大和溫度場(chǎng)溫度對(duì)輥縫形狀、凸度的影響，從而為高速鋼軋輥使用條件下的板形控制提供更好的工藝條件。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)工作輥冷卻水的改進(jìn)，軋輥溫度控制在80℃以下，較改進(jìn)前降低10℃以上，有效的改善工作輥冷卻效果，防止工作輥出現(xiàn)嚴(yán)重氧化膜剝落，減少工作輥磨損進(jìn)而減少換輥次數(shù)。同時(shí)減少帶鋼輥系鐵皮的發(fā)生率。

（2）通過控制冷卻，解決了工作輥輥身方向中部溫度高、兩端溫度低的現(xiàn)象，相應(yīng)的減小了在工作輥的輥身方向上產(chǎn)生不同的凸度差，改善工作輥熱凸度，避免不良板形的產(chǎn)生。