热轧工艺润滑技术的应用与工艺优化

王宏博

前言

随着热连轧生产线技术的升级发展与生产节能减排的的任务，不仅对热轧设备提出了更高要求，而且对板带表面质量，以及对生产的清洁降耗要求也越来越高，因此极大地促进了轧制工艺润滑技术在轧钢生产领域普及与应用。当代先进轧制工艺润滑技术作为主要应用新技术，可以降低轧制力，节约能耗，保证了精轧工作辊表面质量和耐磨耐用的特性，提高了使用寿命，减少板带表面缺陷，提升了板带机械性能。

1.工艺润滑技术

热轧生产过程中，精轧机组工作环境极其恶劣，在高温、高压、多水的环境下，极易造成工作辊轧辊表面腐蚀、磨损，形成腐蚀凹坑，轧辊表面的凸凹不平会加速腐蚀坑形成，造成磨损循环，使轧辊使用寿命加速缩短。而如果在轧辊与高温、高压的板坯之间有一层膜，隔开工作辊和板坯，这层润滑薄膜，就可以延缓轧辊表面出现凹坑和麻点，这就是轧制润滑技术的原理，即工艺润滑是利用润滑油覆盖在轧辊表面防止氧化铁皮的生成，从而减少轧辊的磨损[1];同时这层润滑油可以阻碍高溫轧件向轧辊传热，降低轧辊的热疲劳磨。

工艺润滑是由供油系统;供水系统;喷射系统组成。压力相对恒定的冷却水由供水系统与轧制油进行混合，其中供水系统的压力决定了轧机上下集管处喷嘴的喷射压力，供油系统采用计量泵稳定配制供油流量。冷却水和轧制油通过管路分别输送到静态混合器中进行混合，经由静态混合器混合后的油水混合液通过管路输送到轧机入口上下集管进行喷射。因此热轧工艺润滑技术主要是，在冷却水注入一定比例的轧制油，混合液经喷射系统喷出后要快速地在轧辊表面形成一层均匀的薄层在起到润滑作用同时，来降低轧制工作区的摩擦力。

2.工艺润滑的工作机制

热轧工艺润滑是一个复杂的动态过程，润滑介质在轧制高温环境下主要生成三种工作状态：一小部分润滑介质燃烧后产生的残碳把轧辊与轧件表面隔开，降低了轧件和轧辊之间的摩擦系数。另一小部分润滑介质在高温、高压条件下急剧气化和分解，形成高温、高压的气垫，将轧件与轧辊表面隔开，这种气体间的摩擦远小于流体间的摩擦。其余大部分润滑介质则保持原来的状态，以流体形式通过变形区，在变形区内与轧件和轧辊发生一定的化学和物理反应而起到润滑作用，这部分润滑介质起到润滑的主要作用。

热轧过程中，由于轧制油不能回收利用，所以润滑过程润滑油浓度的并非越大越好，浓度过大会造成咬钢打滑、润滑油的浪费同时污染冷却水，反之浓度太小润滑效果又不好。因此，选择合适的润滑油浓度是工艺润滑的关键。因此需要根据不同的钢种、不同的规格、不同的机架配置，以及上下辊轧制工艺，分别设置油量。

3.工艺润滑组成机构

工艺润滑系统安装在机架间切水板下方，不同机架处于同个计量油泵中，实现持续供油。用水系统油箱进行分析，具有独立阀门控制配置，实现油与水的混合。计量泵采用单螺旋杆式，动力采用变频方式，，该方式的具有强大的抗污能力，供油平稳。喷油集管结构为内藏式，与切水板有效结合，避免轧钢碰撞，保润润滑系统运行稳定。机上阀台控制结构具有一定的复杂特点，在具体的工作过程中，将电磁转向阀进行调整，利用气源对油路及混合器进行有效控制，有利于实现换阀喷射，工作可靠性良好。控制电路电磁换向阀选择无泄漏密集型座阀，保障其内部压力平稳，有利于调动流向。控制部分介质利用隔离措施，避免了发热而引发的介质粘度变化，产生元件在移动过程中卡顿问题。该回路采取换向阀的优势便是具有优质的密封效果，防止了阀口损伤出现的油路呛水故障。

4.工艺润滑对轧辊的影响

轧辊因承受高压、高温、冲击载荷的作用，其强度和硬度很大程度上取决于其耐磨能力。热轧宽带钢轧机工作辊的磨损是由于高温接触时在变形区中摩擦力作用的结果，支承辊是由于与工作辊相对滑动而磨损。磨损状态的表现是轧辊直径减小、轧辊断面变化及产生裂纹刮伤、局部损坏等缺陷。在高温下，轧辊表面层氧化加剧，易形成烧裂网，辊温升高，改变了表面的机械性能，导致了轧辊滑动过程中磨损增加，轧辊产生严重的不均匀磨损，在连续使用一个周期后，轧辊中部与端部磨损差值为0.15-2.0mm，辊面变形导致轧件厚度严重不均。工艺润滑实际上降低了轧辊磨损，用保护性油层覆盖在轧辊表面上，在变形区缓和水的侵蚀，降低了接触面的温度，减缓了轧辊表面氧化变化程度。工作辊表面粗糙度决定了热轧钢板表面的微观表面状态。随着轧辊磨损增加，轧件表面质量变坏，轧辊表面磨损影响了轧辊粗糙度和被轧制金属的表面状态。工艺润滑剂对轧辊表面氧化铁产生化学作用，生成褐色、光滑的Fe3O4薄膜层，改善轧辊表面的摩擦条件，大大降低轧辊的烧裂程度，增加轧辊寿命，提高钢板表面质量。

5.工艺润滑的工艺优化

安装在喷淋板上的水喷嘴，当距离轧辊表面太近时，喷出的射流会造成反溅;若喷射距离太远，轧制油喷不到轧辊上，或者喷嘴角度的原因，两股扇形射流之间在辊面上形成无油区。

喷嘴到辊面间距离计算公式为：

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

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

式中：W 为有搭接情况下喷射覆盖在工作辊上的总宽度;L3为两股射流的搭接宽度;N 为喷嘴个数;W1为没有搭接情况下可覆盖工作辊上的总宽度;β为喷射角;L1a为两股射流没有搭接情况下喷嘴到辊面间的距离;L1为两股射流有搭接情况下喷嘴到辊面间的距离;L2为两个喷嘴间的距离。

喷射角度α是指喷嘴中心线与轧辊径向垂线间的夹角。当这个角度小于一定程度时，轧制油会喷到带钢表面而被烧掉;当这个角度大于一定程度时，轧制油会喷到切水板上。该角度一般小于90°，喷嘴和切水板基本上平行布置。若夹角α角度为零时会造成喷射流互相干涉的现象，影响润滑效果;若夹角α大于一定角度时，呈扇形的射流会在轧辊上产生无油区间，造成轧制时轧辊磨损不均。若所有喷嘴射流全部按同一角度布置，则携带油的水在钢板上过分集中，造成钢板温降，影响润滑效果。所以从中间喷嘴开始，两侧喷嘴镜像排列，使残留水从钢板上、下切水板两侧流走，从而减轻带钢温度下降造成的润滑效果影响。

在连轧过程中，如果当带钢头部没有咬入轧机时，工作辊上存有残留润滑油，会引起轧件打滑咬入困难，因此需要将工艺润滑喷射的时序与工艺过程进行密切合理配合可以实现稳定轧制。控制润滑油的喷射时序，当热轧钢坯的尾部没有完全从轧件中脱出时，将该列轧机上的工艺润滑轧制液停止喷射，利用热轧带钢尾部把残余润滑油从轧辊上完全烧尽，下一块钢坯咬入时不会引起打滑;下一块热轧钢坯头部咬入后，再开启工艺润滑轧制液的喷射。在每一列轧机上都要严格控制轧制液的喷射时序与轧制节奏相对应。

6.结束语

热轧工艺润滑在整个在不锈钢的轧制过程中，在减少电能消耗，降低轧辊单耗，延长换辊周期。改善轧辊表面状况，防止裂纹的扩展。改善带钢表面粗糙度。在同等条件下可以轧制更薄规格的热轧带钢。通过对工艺润滑的优化，使得整个工艺润滑系统润滑效果提高，满足了不锈钢等钢种的生产需要。