2 050 mm寬帶鋼熱連軋機工作輥在機輥型分析與控制

孫麗榮，文 雄，董 強，萬佳峰，王 峰

（1 東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室，遼寧 沈陽 110000；2 山東鋼鐵集團日照有限公司熱軋廠，山東 日照 276800；3 山東鋼鐵集團有限公司研究院，山東 濟南 250101；4 山東交通學(xué)院工程機械學(xué)院，山東 濟南 250357）

1 前言

板帶鋼是重要的工業(yè)基礎(chǔ)原料，熱軋是生產(chǎn)板帶產(chǎn)品的核心工序，熱軋板形質(zhì)量對產(chǎn)品的最終質(zhì)量有著直接影響［1］。軋輥在軋機中的作用舉足輕重，是生產(chǎn)板帶產(chǎn)品的核心零件，工作輥在機輥型對帶鋼變形有“復(fù)印”作用［2-3］。工作輥在機輥型受多方面因素的影響，如工作輥上機磨削輥型、工作輥熱膨脹、磨損、彎輥等，這些影響因素的綜合作用，將產(chǎn)生最終的復(fù)合輥型，從而影響帶鋼板形變化。

某2 050 mm 熱軋生產(chǎn)線，由于生產(chǎn)節(jié)奏的加快，生產(chǎn)現(xiàn)場部分板帶產(chǎn)品生產(chǎn)時出現(xiàn)局部高點、波浪等板形缺陷，嚴重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。為分析問題的原因，對工作輥上下機輥型進行了全面的測量，計算了工作輥磨損量、在機熱凸度和復(fù)合輥型，指出了工作輥熱磨削和不均勻磨損產(chǎn)生的不良影響，分析了不同竄輥位置復(fù)合輥型變化規(guī)律，指出復(fù)合輥型對板形產(chǎn)生的不良影響，最后對復(fù)合輥型的控制提出了一系列措施，進行了上機應(yīng)用，取得板形改善的良好效果。

2 工作輥磨損測試

帶鋼生產(chǎn)過程中，工作輥與帶鋼直接接觸，帶鋼在工作輥擠壓作用下產(chǎn)生變形。隨著工作輥與帶鋼的接觸，磨損逐漸發(fā)生并影響工作輥輥型，從而引起帶鋼變形及板形的變化。為分析工作輥磨損規(guī)律，對粗軋R2機架和精軋7個機架的工作輥的上下機輥型進行測量。通過上機輥型與下機充分冷卻后輥型作差即可得到磨損量分布情況［4］。典型工況下不同機架位置工作輥磨損輥型見圖1。

圖1 不同機架位置機架工作輥磨損量

由圖1 可以看出，粗軋R2 工作輥磨損量在0.35 mm左右，若不考慮熱凸度，上下工作輥導(dǎo)致的板坯凸度將超過600 μm。而控制模型中以精軋來料厚度的1%設(shè)定入口凸度，并根據(jù)精軋出口設(shè)定要求分配各機架凸度控制任務(wù)。若精軋入口來料厚度為35 mm，則模型設(shè)定的來料凸度為350 μm，這一設(shè)定值與軋輥磨損導(dǎo)致的板坯凸度存在較大差別。測量結(jié)果顯示，精軋來料中間坯板廓的實際凸度多在500～800 μm，因此必須解決模型對精軋入口凸度設(shè)定值和實際中間坯凸度值不匹配的問題，以使各機架凸度控制分配合理。由于粗軋機服役條件較差，從軋輥磨損改善角度來進行控制顯然不易實現(xiàn)，這就需要修改模型的入口凸度設(shè)定值，考慮實際測量結(jié)果，可以將精軋入口凸度按1.5%進行設(shè)定。

該軋機精軋上游采用高速鋼工作輥，一般服役不超過3 個單位。從輥型測量結(jié)果來看，高速鋼工作輥具有較好的耐磨性，在機磨損量較低，在確保安全的前提下，可以服役更長時間。精軋下游工作輥為高鉻鋼材質(zhì)，一般服役1～2 個單位，磨損量相對較大，部分機架出現(xiàn)上下輥磨損量差別較大。分析原因，與上下輥采用不同廠家工作輥等因素有關(guān)。

3 工作輥熱凸度測試

帶鋼熱軋過程溫度高，從粗軋開始到精軋結(jié)束，板坯溫度從1 100 ℃（或更高）到800～900 ℃逐漸變化。工作輥與帶鋼的接觸過程中逐漸產(chǎn)生熱凸度，并引起工作輥在機輥型的變化。工作輥熱凸度的大小和分布形式與板坯狀態(tài)、冷卻介質(zhì)類型與狀態(tài)、軋輥材質(zhì)、軋制工藝等因素有關(guān)［5-6］。板坯狀態(tài)主要包括板坯寬度和板坯溫度；冷卻介質(zhì)類型有冷卻水和軋制潤滑油，兩者換熱系數(shù)存在較大差異；冷卻介質(zhì)狀態(tài)主要包括冷卻介質(zhì)壓力、流量、水嘴分布形式、介質(zhì)溫度和管道通暢情況；軋輥材質(zhì)對熱凸度的影響主要表現(xiàn)在高速鋼、高鉻鐵和無限冷硬鋼等不同軋輥材質(zhì)，其熱膨脹系數(shù)稍有差異。一般來說，高速鋼軋輥熱膨脹系數(shù)較大，相同工況下的熱凸度一般也較大。軋制工藝參數(shù)包括軋制節(jié)奏、壓下量和竄輥策略等。以上因素都會對工作輥熱凸度產(chǎn)生影響。在穩(wěn)定軋制過程中，跟蹤測量了工作輥熱凸度分布情況。通過測量下機后熱狀態(tài)的工作輥輥型和完全水冷后的工作輥輥型，兩者作差即可獲得工作輥熱凸度值。工作輥熱凸度測量結(jié)果如圖2所示。

圖2 精軋工作輥熱凸度分布情況

從熱凸度分布來看，精軋上游高速鋼工作輥熱凸度較大，溫度較高的品種且生產(chǎn)節(jié)奏較快時熱凸度超過200 μm，精軋下游高鉻鋼工作輥熱凸度相對較小，一般在100～150 μm。熱凸度會引起工作輥在機輥型的變化，從而導(dǎo)致板形調(diào)控能力發(fā)生改變。

4 工作輥復(fù)合輥型分析

工作輥在機輥型是工作輥初始磨削輥型、熱輥型、磨損和彎輥等因素復(fù)合作用的結(jié)果。根據(jù)前述測量結(jié)果，對工作輥初始輥型和熱輥型組合而成的復(fù)合輥型進行了疊加計算，得到不同竄輥條件下工作輥復(fù)合輥型，如圖3所示。

圖3 工作輥不同竄輥條件下的復(fù)合輥型

工作輥初始輥型在疊加熱凸度之后，工作輥輥縫形狀隨之發(fā)生變化，工作輥中部在零竄輥和正竄輥時都表現(xiàn)為較大的凸度，板坯則表現(xiàn)為相反的負凸度板廓。在零竄輥時，工作輥輥縫復(fù)雜，這種輥縫所導(dǎo)致的輥縫形狀，會引起復(fù)雜的帶鋼板廓，造成帶鋼兩側(cè)凸起趨勢。負竄輥到100 mm時精軋下游工作輥已表現(xiàn)為負凸度輥縫，而精軋上游則仍表現(xiàn)為正凸度輥縫?？梢钥闯觯^大的工作輥熱凸度對板形影響很大，會使板坯在某一個或幾個機架出現(xiàn)負凸度板廓，從而導(dǎo)致復(fù)雜板形缺陷的產(chǎn)生。

5 工作輥在機輥型控制

工作輥在機輥型是影響帶鋼板形板廓的核心因素。工作輥在機輥型主要通過控制軋輥磨損、避免熱磨削、控制在機熱凸度、竄輥和彎輥控制等方面進行控制。首先，工作輥磨損方面，要嚴格控制工作輥服役時間，避免超期服役；其次，待工作輥充分冷卻后進行磨削，避免熱磨削；第三，定期疏通軋機冷卻水管路，減少軋輥冷卻不足或不均勻引起的熱凸度異常問題?，F(xiàn)場采用以上措施后，工作輥嚴重磨損及磨損不均勻性得到改善，工作輥熱凸度減小20 μm以上，帶鋼板形板廓進一步改善。

6 結(jié)語

（1）嚴重磨損的粗軋工作輥會導(dǎo)致精軋來料凸度的升高，應(yīng)控制粗軋工作輥磨損或調(diào)整精軋入口模型設(shè)定凸度，避免精軋機架凸度分配錯誤導(dǎo)致的板形板廓異常。

（2）相比于高鉻鋼工作輥，高速鋼工作輥產(chǎn)生更高的熱凸度。較大的工作輥熱凸度在疊加工作輥初始輥型后，工作輥輥縫復(fù)雜，會使板坯在某一個或幾個機架出現(xiàn)負凸度板廓，導(dǎo)致復(fù)雜板形缺陷。

（3）工作輥在機輥型應(yīng)通過軋輥磨損、避免熱磨削、控制在機熱凸度、竄輥和彎輥控制等進行控制，避免造成難以控制的復(fù)雜板形板廓。