熱軋工藝潤滑技術的應用與工藝優化

王宏博

前言

隨著熱連軋生產線技術的升級發展與生產節能減排的的任務，不僅對熱軋設備提出了更高要求，而且對板帶表面質量，以及對生產的清潔降耗要求也越來越高，因此極大地促進了軋制工藝潤滑技術在軋鋼生產領域普及與應用。當代先進軋制工藝潤滑技術作為主要應用新技術，可以降低軋制力，節約能耗，保證了精軋工作輥表面質量和耐磨耐用的特性，提高了使用壽命，減少板帶表面缺陷，提升了板帶機械性能。

1.工藝潤滑技術

熱軋生產過程中，精軋機組工作環境極其惡劣，在高溫、高壓、多水的環境下，極易造成工作輥軋輥表面腐蝕、磨損，形成腐蝕凹坑，軋輥表面的凸凹不平會加速腐蝕坑形成，造成磨損循環，使軋輥使用壽命加速縮短。而如果在軋輥與高溫、高壓的板坯之間有一層膜，隔開工作輥和板坯，這層潤滑薄膜，就可以延緩軋輥表面出現凹坑和麻點，這就是軋制潤滑技術的原理，即工藝潤滑是利用潤滑油覆蓋在軋輥表面防止氧化鐵皮的生成，從而減少軋輥的磨損[1];同時這層潤滑油可以阻礙高溫軋件向軋輥傳熱，降低軋輥的熱疲勞磨。

工藝潤滑是由供油系統;供水系統;噴射系統組成。壓力相對恒定的冷卻水由供水系統與軋制油進行混合，其中供水系統的壓力決定了軋機上下集管處噴嘴的噴射壓力，供油系統采用計量泵穩定配制供油流量。冷卻水和軋制油通過管路分別輸送到靜態混合器中進行混合，經由靜態混合器混合后的油水混合液通過管路輸送到軋機入口上下集管進行噴射。因此熱軋工藝潤滑技術主要是，在冷卻水注入一定比例的軋制油，混合液經噴射系統噴出后要快速地在軋輥表面形成一層均勻的薄層在起到潤滑作用同時，來降低軋制工作區的摩擦力。

2.工藝潤滑的工作機制

熱軋工藝潤滑是一個復雜的動態過程，潤滑介質在軋制高溫環境下主要生成三種工作狀態：一小部分潤滑介質燃燒后產生的殘碳把軋輥與軋件表面隔開，降低了軋件和軋輥之間的摩擦系數。另一小部分潤滑介質在高溫、高壓條件下急劇氣化和分解，形成高溫、高壓的氣墊，將軋件與軋輥表面隔開，這種氣體間的摩擦遠小于流體間的摩擦。其余大部分潤滑介質則保持原來的狀態，以流體形式通過變形區，在變形區內與軋件和軋輥發生一定的化學和物理反應而起到潤滑作用，這部分潤滑介質起到潤滑的主要作用。

熱軋過程中，由于軋制油不能回收利用，所以潤滑過程潤滑油濃度的并非越大越好，濃度過大會造成咬鋼打滑、潤滑油的浪費同時污染冷卻水，反之濃度太小潤滑效果又不好。因此，選擇合適的潤滑油濃度是工藝潤滑的關鍵。因此需要根據不同的鋼種、不同的規格、不同的機架配置，以及上下輥軋制工藝，分別設置油量。

3.工藝潤滑組成機構

工藝潤滑系統安裝在機架間切水板下方，不同機架處于同個計量油泵中，實現持續供油。用水系統油箱進行分析，具有獨立閥門控制配置，實現油與水的混合。計量泵采用單螺旋桿式，動力采用變頻方式，，該方式的具有強大的抗污能力，供油平穩。噴油集管結構為內藏式，與切水板有效結合，避免軋鋼碰撞，保潤潤滑系統運行穩定。機上閥臺控制結構具有一定的復雜特點，在具體的工作過程中，將電磁轉向閥進行調整，利用氣源對油路及混合器進行有效控制，有利于實現換閥噴射，工作可靠性良好。控制電路電磁換向閥選擇無泄漏密集型座閥，保障其內部壓力平穩，有利于調動流向。控制部分介質利用隔離措施，避免了發熱而引發的介質粘度變化，產生元件在移動過程中卡頓問題。該回路采取換向閥的優勢便是具有優質的密封效果，防止了閥口損傷出現的油路嗆水故障。

4.工藝潤滑對軋輥的影響

軋輥因承受高壓、高溫、沖擊載荷的作用，其強度和硬度很大程度上取決于其耐磨能力。熱軋寬帶鋼軋機工作輥的磨損是由于高溫接觸時在變形區中摩擦力作用的結果，支承輥是由于與工作輥相對滑動而磨損。磨損狀態的表現是軋輥直徑減小、軋輥斷面變化及產生裂紋刮傷、局部損壞等缺陷。在高溫下，軋輥表面層氧化加劇，易形成燒裂網，輥溫升高，改變了表面的機械性能，導致了軋輥滑動過程中磨損增加，軋輥產生嚴重的不均勻磨損，在連續使用一個周期后，軋輥中部與端部磨損差值為0.15-2.0mm，輥面變形導致軋件厚度嚴重不均。工藝潤滑實際上降低了軋輥磨損，用保護性油層覆蓋在軋輥表面上，在變形區緩和水的侵蝕，降低了接觸面的溫度，減緩了軋輥表面氧化變化程度。工作輥表面粗糙度決定了熱軋鋼板表面的微觀表面狀態。隨著軋輥磨損增加，軋件表面質量變壞，軋輥表面磨損影響了軋輥粗糙度和被軋制金屬的表面狀態。工藝潤滑劑對軋輥表面氧化鐵產生化學作用，生成褐色、光滑的Fe3O4薄膜層，改善軋輥表面的摩擦條件，大大降低軋輥的燒裂程度，增加軋輥壽命，提高鋼板表面質量。

5.工藝潤滑的工藝優化

安裝在噴淋板上的水噴嘴，當距離軋輥表面太近時，噴出的射流會造成反濺;若噴射距離太遠，軋制油噴不到軋輥上，或者噴嘴角度的原因，兩股扇形射流之間在輥面上形成無油區。

噴嘴到輥面間距離計算公式為：

L1=W1÷N÷2×tg（D/2） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

L1a=[W+L3×（N- 1）]÷N÷2×tg（D/2） ? ? ? ? （2）

式中：W 為有搭接情況下噴射覆蓋在工作輥上的總寬度;L3為兩股射流的搭接寬度;N 為噴嘴個數;W1為沒有搭接情況下可覆蓋工作輥上的總寬度;β為噴射角;L1a為兩股射流沒有搭接情況下噴嘴到輥面間的距離;L1為兩股射流有搭接情況下噴嘴到輥面間的距離;L2為兩個噴嘴間的距離。

噴射角度α是指噴嘴中心線與軋輥徑向垂線間的夾角。當這個角度小于一定程度時，軋制油會噴到帶鋼表面而被燒掉;當這個角度大于一定程度時，軋制油會噴到切水板上。該角度一般小于90°，噴嘴和切水板基本上平行布置。若夾角α角度為零時會造成噴射流互相干涉的現象，影響潤滑效果;若夾角α大于一定角度時，呈扇形的射流會在軋輥上產生無油區間，造成軋制時軋輥磨損不均。若所有噴嘴射流全部按同一角度布置，則攜帶油的水在鋼板上過分集中，造成鋼板溫降，影響潤滑效果。所以從中間噴嘴開始，兩側噴嘴鏡像排列，使殘留水從鋼板上、下切水板兩側流走，從而減輕帶鋼溫度下降造成的潤滑效果影響。

在連軋過程中，如果當帶鋼頭部沒有咬入軋機時，工作輥上存有殘留潤滑油，會引起軋件打滑咬入困難，因此需要將工藝潤滑噴射的時序與工藝過程進行密切合理配合可以實現穩定軋制。控制潤滑油的噴射時序，當熱軋鋼坯的尾部沒有完全從軋件中脫出時，將該列軋機上的工藝潤滑軋制液停止噴射，利用熱軋帶鋼尾部把殘余潤滑油從軋輥上完全燒盡，下一塊鋼坯咬入時不會引起打滑;下一塊熱軋鋼坯頭部咬入后，再開啟工藝潤滑軋制液的噴射。在每一列軋機上都要嚴格控制軋制液的噴射時序與軋制節奏相對應。

6.結束語

熱軋工藝潤滑在整個在不銹鋼的軋制過程中，在減少電能消耗，降低軋輥單耗，延長換輥周期。改善軋輥表面狀況，防止裂紋的擴展。改善帶鋼表面粗糙度。在同等條件下可以軋制更薄規格的熱軋帶鋼。通過對工藝潤滑的優化，使得整個工藝潤滑系統潤滑效果提高，滿足了不銹鋼等鋼種的生產需要。