冷軋軋制冷卻液設備維護與創新

秦 疆

（河鋼集團邯鋼公司邯寶冷軋廠，河北 邯鄲 056015）

河鋼邯鋼邯寶冷軋廠（以下簡稱我廠）酸軋線是由西馬克公司設計的代表著冷軋技術最為先進的生產線，產品定位于高檔汽車板和家電板，是邯鋼公司最重要的利潤點之一。該產線采用的是五機架六輥連軋機組。為保證高端面板的產品表面質量，必須不斷優化控制軋制中使用的軋制冷卻液的各項參數，以提升帶鋼表面質量。

冷軋軋制中冷卻液是冷軋軋機在軋制過程中潤滑軋輥輥縫和冷卻帶鋼的關鍵。通過優化乳化液的工作溫度、適宜濃度、噴射角度、噴射壓力、噴射流量等參數，從而達到降低軋制力、延長軋輥使用壽命、控制帶鋼表面質量、控制板帶板型及延緩帶鋼表面二次銹蝕的作用。為改善乳化液的使用質量，現從工藝和設備兩方面著手進行優化。首先優化乳化液工作參數，其次針對乳化液系統中設置的撇油器、真空過濾器、磁性過濾器等各類設備進行優化改進，從而達到改善乳化液使用質量，提升帶鋼產品品質的目的。

1 軋制冷卻液的組成及其主要性能參數

1.1 軋制冷卻液的組成

實際生產中，冷軋中軋制冷卻液主要是由基礎油、乳化劑、添加劑和水組成。由于其主要成分是由基礎油配水形成的懸濁液，因此軋制冷卻液也叫乳化液。組成乳化液的各組分的性能、含量都會對乳化液的潤滑性能、使用效果及使用壽命產生重要影響。基礎油可以是礦物油、動植物油或合成油，且潤滑劑具有多種物理、化學性能，如黏度、閃點、傾點等都是由基礎油決定的。另外，基礎油的黏度也是影響乳化液性能的關鍵因素之一，同時還要考慮基礎油的黏度要與乳化劑和添加劑的黏度相近,否則可能會對乳化液的穩定性產生影響。由于兩種互不相溶的液相，如油和水混合時不能形成穩定的平衡體系，故需加入表面活性劑，即乳化劑。乳化劑具有獨特的分子結構，其分子一端為親油基，而分子的另一端為親水基。這樣，通過乳化劑把油和水結合起來形成穩定的油水平衡體系。添加劑就是能夠改善油品某種性能的化合物或聚合物，也是提高礦物油潤滑性能的最經濟、最有效的途徑之一。為了保證軋制潤滑劑的各種功能，添加劑也是不可少的。乳化液中的添加劑主要包含改善乳化液性能的乳化穩定劑、抗氧劑、油性劑、極壓劑、防銹劑、清靜劑、防腐劑等。其中油性劑和極壓劑主要用于提高乳化液的潤滑性能，尤其是極壓劑，由于乳化液中90%～95%是水，油相只占5%～10%，故基礎油中必須加入極壓劑。我廠在冷軋軋制中針對不同強度、不同鋼種建立了一套完整的乳化液參數數據庫。一般F1-F4機架乳化液由于其軋制力較大，需要的乳化液濃度較高，需控制在3%～5%左右。而對于F5機架來說，由于對帶鋼表面光潔度有要求，需要的乳化液濃度較低一些，一般控制在1%左右即可。另外乳化液的另一個關鍵作用是冷卻軋輥，因此軋制中需要保證乳化液系統的溫度穩定，我廠將乳化液溫度控制在50～55℃以內。

1.2 各機架內乳化液流量控制

軋機F1、F4機架乳化液配置相同，主要分為A、B、D三個區；F2、F3機架乳化液配置相同，主要分為A、B、C、D四個區，F3機架乳化液管路配置圖如下頁圖1所示。

從圖1中可以看出F1-F4機架乳化液管路中都包含了A、B、D三個區。A區主要是指為軋輥入口板帶噴射的乳化液，其目的是降低軋制力。B區主要是起冷卻工作輥的作用，D區主要是起冷卻支撐輥作用。其乳化液流量分配分別為A區1 750 L/min、B區1 750 L/min、D區500 L/min。在F2、F3機架外側增加了C區噴梁，主要作用是增加冷卻區，以便在軋制特種鋼時增加冷卻效果。C區流量參數為500 L/min。其中每根管道的流量分配可以通過管路上的流量調節閥進行手動設定，在A、B區上使用ARCA的流量調節閥進行壓力的自動設定。而F5機架的乳化液流量分配與其他機架不相同，如圖2所示。

圖1 軋機F3機架乳化液管路配置圖

圖2 F5機架乳化液流量分配

由圖2可知，F5機架將乳化液分為E、F、G三個區。其中E區主要給工作輥輥身冷卻，最大流量為3 080 L/min；F列為帶鋼冷卻區，其最大流量為1 800 L/min；G列為支撐輥、中間輥潤滑區，冷卻流量為472 L/min。其中E、F列噴嘴可通過控制噴嘴開啟的頻率來達到控制不同噴射流量的目的。

2 對軋制冷卻液設備的研究與改進

2.1 真空過濾器

乳化液真空過濾器的工作原理主要是將一個罐體通過濾紙分為上、下兩個部分，通過一臺循環泵從濾紙下方將乳化液吸出，再輸送至濾紙的上方，經過多次此循環，當雜質在濾紙上堆積的過多就會導致濾紙下方出現真空，然后通過壓力表檢測后打開旁通閥，平衡濾紙上、下的乳化液壓力，使得板式濾紙鏈帶動濾紙行走，當新濾紙進入罐體后關閉旁通閥，形成下一個循環，從而達到自動過濾乳化液的目的。

真空過濾器系統的改進主要分為以下幾個方面：

1）針對真空過濾器齒輪馬達電機（如圖3）傳動皮帶經常失效的問題，經過分析得出皮帶傳動失效主要是由于圖3中的皮帶張緊裝置失效引起的，其設計的皮帶張緊是通過調節兩片凸形圓盤的間距來張緊皮帶，而張緊距離短極易形成打滑。通過在主軸上焊接螺桿，利用螺母的旋轉來調節皮帶凸輪的間距，可大大增加皮帶的調節間距，同時增加皮帶的使用壽命，避免皮帶打滑的問題。

圖3 真空過濾器鏈條傳動馬達

2）針對真空過濾器液位過高頻繁溢流的問題，經過反復討論后確定在真空過濾器高液位報警信號與其系統的回油泵之間增加連鎖設置，保證真空過濾器出現高液位報警時，能實現回流泵電機減速，從而解決真空過濾器液位過高頻繁溢流的問題。

3）乳化液真空過濾器主要是過濾乳化液中的固體雜質顆粒，是保證乳化液使用質量的重要設備。真空過濾器在工作時會出現濾紙堵塞及真空過濾器內部壓力降低問題，當其內部壓力降至-0.04MPa（-0.4 bar）后旁通閥開啟，延時10 s后濾紙更換齒輪馬達開啟，于是對真空過濾器內的濾紙進行更換，齒輪馬達工作20 s后，電機關閉，進行下一個循環。但是該程序齒輪馬達頻繁啟動易導致齒輪馬達內的傳動皮帶經常損壞，同時由于液壓馬達開啟的條件信號是旁通閥門開展10 s后開啟，會使氣動系統動作遲緩，經常出現10 s內氣動旁通閥門未開展，導致齒輪馬達過載跳停的報警，最終導致真空過濾器高液位停車，進而嚴重影響到乳化液的使用質量。經過分析，真空過濾器頻繁報警及皮帶損壞的主要原因有兩點：一是齒輪馬達開啟過于頻繁，每次濾芯切換周期后，新濾紙在罐內只行走1.5 m，而罐體長度在8 m。因此為減少單位時間內的電機開啟次數，需要將每次濾紙更換的長度延長，以達到減少電機起停次數的目的。二是針對真空過濾器經常出現高液位報警的問題，經過分析發現旁通的氣動閥門在開啟時由于動作遲緩未能在10 s內完成閥門開展動作，導致齒輪馬達不能正常開啟報錯，最終導致真空過濾器高液位停車。因此將旁通閥門開啟信號變成時間控制的脈沖信號，將齒輪馬達的開啟條件設定為檢測到旁通閥門開展的位置信號，以減少高液位報警問題。

2.2 一種新型乳化液噴梁結構

由于軋機中支撐輥輥縫潤滑的乳化液噴梁設計不合理，在使用中經常出現噴梁斷裂開焊等故障。我廠通過對出現的噴梁斷裂故障分析，設計出一種新式噴梁結構，它由U型底座、方形噴梁、可拆卸G2對絲、鎖緊銷及G3/8對絲組成。圖4中顯示兩U型底座對稱焊接在下中間輥軌道下表面處，注意安裝中U型底座距噴梁的側端面距離應該一致，且不超過100 mm。方形噴梁安裝在U型底座中，注意安裝時前后方向準確，固定噴嘴的G3/8對絲側朝向軋機機架內。其背面安裝有兩個G2寸的對絲，用于連接DN50的軟管。鎖緊銷為方形設計，其與U型底座配合用于將噴梁的固定。G3/8對絲用于連接乳化液噴嘴，由于其為可拆卸設計，便于日常維護中對噴嘴的拆卸清洗與安裝。方形噴梁的噴嘴面與軟管連接面成6.25°的夾角，目的是為滿足軋機機架中關于乳化液噴嘴角度的設定要求。U型底座上合適位置開有方形的配套階梯孔，用于鎖緊銷穿過。U型底座焊接中注意對其安裝位置的找正，不要使得噴嘴露出下中間輥的換輥軌道，以免劃傷下中間輥。

圖4 新式噴梁結構圖

2.3 制作乳化液多區冷卻噴嘴測試平臺

軋機F5乳化液多區冷卻系統主要由E、F列噴嘴組成。其中E列噴嘴主要控制軋機工作輥輥身分區冷卻，F列噴嘴主要控制板帶冷卻。為了控制板型凸度變化，根據熱脹冷縮原理可控制相應區域工作輥輥身凸度的乳化液噴射量，進而達到控制乳化液板型的目的。多區冷卻系統主要由噴嘴閥、氣動控制閥及電控系統組成。乳化液多區冷卻系統使用后常出現有些噴嘴閥不能正常噴射，氣動閥控制失效問題，因此需要定期對噴嘴閥及氣動閥進行清洗更換。清洗后的舊噴嘴閥及氣動閥在上機前因不能確認是否有效，就還需要制作1個噴嘴閥及氣動閥的測試平臺，以確保每個噴嘴閥及氣動閥再次上機時能夠可靠工作。通過分析，根據噴嘴閥安裝的框架結構設計了噴嘴閥測試模塊，該模塊最多可同時測試12個噴嘴閥，由2組兩位五通換向閥控制其噴嘴的通斷。模塊上端進乳化液，后端為控制氣管，噴嘴閥靠兩根M5螺栓固定在模塊上。圖5為設計的噴嘴測試模塊的結構圖。

圖5 乳化液噴嘴測試閥塊設計

噴嘴平臺制作后，對乳化液噴嘴進行測試，總計完成160個噴嘴閥的測試。此設計有效避免了失效的噴嘴閥帶來的問題，減少了事故的發生，節約了設備的檢修維護成本與時間，有力的保證了生產順利進行。圖6為正在進行密封滲漏測試的噴嘴閥。

圖6 噴嘴測試平臺

3 結語

在冷軋生產中，軋制冷卻液起到非常關鍵的作用，它不但能降低軋制力、給軋輥降溫，還能保護板帶避免其在空氣中氧化生銹，因此在生產中需要時刻關注軋制冷卻液的性能參數變化。在今后的生產中，我們會繼續深入地對乳化液系統進行研究，針對不同強度的鋼種建立完善的冷卻液參數數據庫，為實現我國冷軋板質量的進一步提高做出貢獻。