基于提高轧辊寿命的轧钢工艺措施与研究

樊炜凯

（山东钢铁莱芜分公司板带厂，山东 济南 271104）

由于轧辊在运转时受到较大的冲击荷载与轧压制力，因此，对轧辊的抗疲劳强度以及耐磨损性能要求较高，尤其近年来随着市场对轧钢产品需求量的逐年增加，导致轧钢生产工序中辊耗过大，进而增加了生产投入成本。在这种形势下，如何提高轧钢生产率，减少轧辊更换频率，延长轧辊使用寿命，已成为冶金行业普遍关注的焦点问题。

1 轧辊在生产中存在的问题与原因分析

1.1 存在的问题

在生产过程中，轧辊较为常见的问题是爆槽、掉肉、辊环崩裂、轧槽出现麻点以及轧辊断裂等。其中，爆槽、掉肉常常表现为轧槽中心部位出现不规则掉块或者沿轧槽横向或者周向线状掉块，出现这一问题，将直接影响轧钢的产品质量，使轧钢成品成为废品。辊环崩裂表现为相邻两个轧槽之间的辊环崩裂，造成与之相邻的轧槽无法继续使用，也容易使轧钢成品变为废品。轧槽出现麻点虽然对轧钢产品性能不会产生影响，但是会由于成品表面质量问题而直接影响产品销路。而轧辊断裂，将造成严重的堆钢故障，进而影响整个生产流程。

1.2 原因分析

产生上述问题的主要原因包括人为操作不当、冷却效果较差、忽略轧材生产工艺要点以及轧辊自身的质量问题等。不充分或者不适当的冷却容易在轧辊表层内引起巨大的热梯度，导致加速产生轧辊剥落的热应力，如果轧辊温度过高，也会对轧辊的强度与耐磨性能造成影响，进而使轧辊产生爆槽、掉肉、烧裂甚至断辊问题。如果在生产过程中，不考虑轧材与生产工艺特点，选择轧辊材质不恰当，或者由于人为操作失误，出现轧件缠辊及堆钢等现象，也会产生爆槽、掉肉与断辊问题。

在实际生产作业当中，由于冶金钢材料中常常含有SiO2、Al2O3或者硅酸盐等脆性夹杂物，这些夹杂物的存在极易对轧辊的使用寿命造成严重影响，并且根据夹杂物的数量、大小、类型的不同，对轧辊寿命的影响程度也不尽相同。通常情况下，夹杂物越多、尺寸越大，危害性就越大，其中尤以棱面锋利的夹杂物危害性最大。

2 延长轧辊使用寿命的工艺措施

2.1 改进轧辊冷却装置

为了提高冷却水的利用效率，增强冷却水的冷却效果，可以采取改进轧辊冷却装置性能的方法，延长轧辊的使用寿命。过去，在设计轧辊冷却装置时，并未综合考虑沿轧辊圆周方向的水量分布情况，只是遵循均匀供水的原则，配置上下两套水冷装置，这种设计方法，缺少对上下轧辊冷却水需求量的准确判定与分析，导致冷却效果不尽人意。因此，在原有轧辊冷却装置的基础上，可以采取以下改进措施，使水冷装置的各方面性能得到进一步优化。

首先在上辊出口侧配置一个水冷装置，在下辊进口与出口侧各配置一个水冷装置，遵循上一下二的组合原则，使上下辊装置的供水量比例为4：6。然后将方盒带孔的轧槽冷却装置改为实心锥形喷嘴，并在切分楔位置增设两排椭圆形水缝，使切分楔位置的水量是其它位置的三倍，以增强切分楔位置的冷却效果。为了防止溅水量过大，应将喷嘴的喷水方向对轧辊的冲击角度控制在15°～35°之间，使轧辊与冷却水接近呈切线方向接触，避免喷嘴向轧辊表面垂直喷水。另外在布置喷嘴时，应当遵循由密到疏的原则，确保轧辊在脱离轧件位置后及时得到最高强度的冷却，再沿着轧辊圆弧水量循序递减[1]。最后在冷却水管周围用挡水板加以固定，以防止轧槽冷却水喷溅到轧钢机外。通过对轧辊冷却装置的改进，使轧辊工作时的温度大幅降低，对保护轧辊部件，延长其使用寿命起到起到积极的助推作用。

2.2 精选材，促质量

过去，生产和制作轧辊往往采用铬钼无限冷硬球墨铸铁材料，这种材料的稳定性较差，尤其是中精轧架次每个轧槽的轧制量相对较低，极易影响轧钢产品质量。因此，经过大量的生产现场实验表明，利用高速钢材质、碳化钨组合材质以及高硼钢材质制作的轧辊，稳定性较高，使用寿命长，耐磨性能好，并且能够大幅提升轧钢成品质量。

2.3 优化孔型配置

以常规的热轧带肋钢筋品种为例，直径为12mm，初始轧槽中心距为19.0mm，中间辊环宽度为7.8mm，经过现场实验验证，辊环的宽度与实际生产需求不相匹配，宽度的理论设计值较小，轧辊在持续运转时，极易产生裂纹，进而造成辊环崩裂。因此，应当对孔型配置的中心距与辊环宽度等参数进行优化，即将轧槽中心距设计为22.0mm，中间辊环宽度则变为10.8mm，辊环宽度的增加降低了轧辊在疲劳状态下发生裂纹的几率，进而延长了轧辊的使用寿命。

2.4 严格执行生产标准，修复量精准到位

如果修复量不到位，轧钢成品轧槽就会出现裂纹缺陷，继而严重影响轧钢成品质量。因此，切分轧辊成品架次的车削量必须严格遵照生产标准，使修复量精准到位，比如以直径为12mm的热轧带肋钢筋为例，成品轧辊的车削量必须达到6mm，在保证车削量满足设计要求的情况下，假若在生产过程中，个别轧槽仍然存在裂纹，则可以确定此类轧槽已不具备加工和使用价值。

2.5 调整冷却水参数，改造供水系统

针对成品轧辊因冷却不均而导致辊环掉块或者爆槽现象，可以对轧辊的冷却水管路进行改造和优化，将浊低系统供水改为浊中系统供水，水泵的电机替换成变频电机，同时，将水压提升到0.8Mpa，并且结合生产流程，能够自动调整水压。比如可以在轧机供水总管上面增装水压表，操作人员根据水压表示数，以手动调节的方法，将水压控制在标准范围内，这样既能够保证冷却效果，而且也节省了大量水资源[2]。

2.6 优化工艺装置平面配置

轧机装置配置多为6架粗轧机+6架中轧机+6架精轧机的形式，预切分架次通常为1架，在这种配置形式下，轧辊切分楔极易劳损，轧制量也仅为3000t～4000t。因此，应当对工艺装置平面配置进行改型，精轧机与中轧机的数量不变，将预精轧机调整为4架，精轧机调整为4架，预切分架次由1架增至2架。改型后的工艺装置减少了切分压力，使切分压下量呈现均衡分布态势，不仅提高了单槽轧制量，而且也延长了切分楔的使用寿命。另外，飞剪的数量由3台增至4台，同时在4架精轧机组前设置了1次切头，这就使轧件头部对轧辊的冲击破坏力大大减少。

2.7 遵照工艺流程，避免人为失误

由于人为操作失误的主观原因导致轧辊寿命缩短的情况也时有发生，因此，在实际生产当中，操作人员应做到以下几方面。其一是避免导卫装置与轧槽直接接触，并严格执行轧辊冷却水的开关制度，避免换孔后头部无水过钢现象的出现。其二是进一步加大日常巡检力度，如果在巡检过程中，发现缠辊故障，应当立即采取停机处理措施，当缠辊料温度与室温接近时，方可对废钢进行处理。其三是严格遵照生产工艺流程，在保证轧件料形的同时，防止单架次料形过大的现象，与此同时，操作人员在轧钢机运转前，先行清除轧件头部黑头，以防出现过黑钢的情况。

3 结语

通过采取上述工艺措施，经生产现场实践证明，彻底解决了辊环掉块的问题，降低了操作工人的生产劳动强度，节省大量的人工投入成本，而且轧钢机的有效作业率也提升4.8%以上，以直径为12mm的钢筋为例，负偏差率由5.5%提升至6.0%，辊耗降低20%，年度增产能力也超过4万t以上。由此可见，提高轧辊的使用寿命不但能够提质增效，而且也能够促进企业经济效益的大幅提升。随着轧钢工艺的日渐纯熟，轧辊的使用寿命也逐步得到延长，在这种利好形势之下，轧钢产品的市场占有率必将实现质的跨越，对促进冶金工业的健康可持续发展也将起到推波助澜的作用。