冷轧带钢用新型挤油辊研制及性能分析

刘永红，董志国，任伟伟，姚新改*

（1.太原学院机械工程系，山西太原 030032；2.太原理工大学机械工程学院，山西太原 030024；3.精密加工山西省重点实验室，山西太原 030024）

带钢冷轧机可将钢锭或钢坯通过冷轧工艺轧制成钢材带材，具有应用范围广、控制精度高、生产连续性强等优点[1]。冷轧过程中，轧制变形产生大量的热，可使用润滑油进行降温。因此，轧制后平整环节中需要使用挤油辊去除带钢表面油液和细小残留物[2]。传统橡胶挤油辊存在使用寿命短，挤油效果不佳及易划伤带钢表面的缺陷。冷轧带钢用新型挤油辊与之相比具有三个显著优点：割伤部位具有自愈性；摩擦系数较高，可有效防止辊打滑；因其多孔结构而对油液及细小残留物具有较好的吸收特性，可有效避免冷轧带钢表面二次划伤，同时减少轧制油的损耗，提高带钢表面质量[3]。

纤维辊套是新型挤油辊最重要的组成部分，其基体非织造布通过梳理均匀的纤维网和一定配比的自制粘合剂乳液通过特定的加工工艺制作而成，具有一定的拉伸强度、硬度和热稳定性等机械性能。在前期试验的基础上，本文确定了该新型特种非织造布的制备工艺，并对新型挤油辊进行挤油性能试验，验证其可行性。

1 基体非织造布的研制与性能测试

1.1 制备工艺

1.1.1 试验原料及设备

采用聚酰胺66 短纤维，自制自交联丙烯醋酸酯乳液。试验设备，见表1。

表1 试验所用设备

1.1.2 制备工艺流程

（1）根据选用的数字式小样梳棉机型号，将定量的杂乱纤维均匀铺展梳理成纤维网[4]。

（2）将纤维网均匀性较好的中间部分放入自制方形模具中，并喷洒配制好的工作液。

（3）将试样放入温度设置为100℃的干燥箱内烘干处理5 min。

（4）使用电动型硫化成型机将烘干处理后的纤维网试样加固以完成非织造布的制备，其中加固温度设置为150℃，加固持续时间设置为10 min。

1.2 性能测试

1.2.1 拉伸性能测试

将制备好的非织造布切成九片尺寸相同的哑铃状试样，并均匀分成三组进行试验，测量每片试样的标距、厚度和宽度后分别放入温度设置为80℃、100℃、150℃的干燥箱中持续加热180 min后取出。其中所设置80℃为冷轧带钢生产线除油环节温度，100℃为新型挤油辊实际工况最高温度，150℃为特种非织造布制备温度。使用拉力试验机对干燥后的试样进行拉力试验，直至试样发生断裂。试验结果，见图1。

图1 拉伸强度曲线

由图1可知，非织造布试样的拉伸强度的变化为：随着干燥处理温度的升高而逐渐降低，而新型挤油辊实际工况温度一般不会超过100℃，所以其强度可以达到35 500 kPa 以上，足以保证实际使用的需要。

1.2.2 硬度分析

将制备好的非织造布试样切成九片尺寸相同的矩形状，均匀分成三组后分别放入提前调节好的80℃、100℃、150℃的干燥箱中，持续加热180 min后取出。其中所设置80℃为冷轧带钢生产线除油环节温度，100℃为新型挤油辊实际工况最高温度，150℃为特种非织造布制备温度。使用邵氏硬度计测试加热处理后试样的硬度值，测试结果，见图2。

图2 硬度值曲线

由图2可知，非织造布试样的硬度值随着加热温度升高而逐渐升高。在新型挤油辊实际工况最高温度100℃时，其硬度值大约为68A，略低于进口新型挤油辊用非织造硬度。

1.2.3 玻璃化转变分析

使用电子天平称取3～5 mg 非织造布试样，并将试样放入坩埚内，然后压紧坩埚盖，再进一步放入差示扫描量热仪中，打开保护气开关，按照表2所示参数值设定热循环程序。

表2 试验参数及程序

根据试验结果绘制第二次升温DSC曲线，见图3。

图3 第二次升温DSC曲线

由图3知，基线在开始时由于粘合剂单体玻璃化转变的影响有微小波动；在85℃～86℃时出现较大波动并向吸热方向移动；在86℃后基本平稳。因此，非织造布试样在85℃～86℃时发生玻璃化转变，由玻璃态转变为高弹态[5-6]，说明该特种非织布在其工作温度下具有可压缩性，能够用于制作非织造布辊套。

2 挤油辊性能试验研究

2.1 挤油原理

按照图4，通过压力装置给上辊施加竖直向下的压力，下辊主要起支撑作用，冷轧后的带钢夹在两辊之间并水平向右运动，通过摩擦力的作用，带动上下两辊转动。当挤油辊转动到A点时，由于新型挤油辊辊套的多孔结构，油液开始被吸收；从A点转动到B点的过程中，辊套从疏松状态逐渐被压缩；当挤油辊转动到B 点时，挤油辊辊套的压缩变形达到最大，挤油辊与带钢表面间隙基本为零，将轧制油阻隔在挤油辊左侧，吸收在辊套内的轧制油被挤出；从B 点转动到C 点，被压缩的挤油辊逐渐恢复到原先的疏松状态，为下个循环做好准备，如此往复，达到除油目的。

图4 挤油原理图

2.2 试验研究

根据挤油试验装置设计确定特种非织造布切片尺寸，并使用粘合剂将按照所确定的尺寸切制的特种非织造布切片粘接制成辊套，将辊套与钢制辊芯通过端盖锁紧装配成新型挤油辊，使用车床和磨床上对挤油辊外表面加工，最终得到试验用新型挤油辊。

通过锁紧挤油装置压力调节手柄，使得上下两个挤油辊运行线压力为恒定，分别利用新型挤油辊与传统橡胶辊对两块相同的带钢进行挤油性能试验，并在两块经过实验后的带钢表面的相同区域，按照长度方向每点相距8 cm、宽度方向每点相距2 cm 的方式选取测量点，分别选取3 组测量点，然后使用表面粗糙度检测仪和手持油膜测厚仪分别测量各个点的表面粗糙度值和带钢表面油膜厚度值，记录测量结果，见表3、表4。

表3 带钢表面粗糙度值/ μm

表4 带钢表面油膜厚度值/ μm

由表3可知，经过新型挤油辊挤油后的带钢表面质量比经传统橡胶辊挤油后带钢表面质量提高了约1/3，这主要是因为新型辊套具有独特的多孔性结构，能够将带钢表面碎屑藏于其缝隙中，避免划伤带钢表面。

由表4可知，经新型挤油辊挤油后的带钢表面油膜厚度比传统橡胶辊挤油后的油膜厚度低50%，这主要归功于新型挤油辊具有多孔性结构，在挤油过程中能够吸收多余的轧制油，同时利用“真空吸尘器”的原理从而提供更好的挤压效果。

3 结论

在原有非织造布制造工艺基础上，研制出一种适用于冷轧生产线上去除带钢表面油液及细小残留物的新型特种非织造布，较传统非织造布有更佳的机械性能；通过试验说明，在实际冷轧生产线上，该新型特种非织造布的拉伸强度、硬度以及可压缩性能等各方面都可满足生产实际；同时，通过试验进一步证明：与传统橡胶辊相比，新型挤油辊挤油后带钢表面质量提高了约1/3，而且挤油后带钢表面油膜厚度低50%，挤油效果更好，应用前景广阔。