熱連軋機(jī)組精軋工作輥冷卻水的研究及改進(jìn)

胡 亮，劉靖群，徐 芳

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200）

熱軋軋制節(jié)奏的提高，直接影響到生產(chǎn)過程中材料的溫度、組織及其變化規(guī)律，由于高節(jié)奏高速軋制情況下，增加了材料與軋輥之間的熱量轉(zhuǎn)換，直接影響著軋輥溫度和板形控制的變化。軋制節(jié)奏提高帶來的精軋機(jī)工作輥溫度升高，造成軋輥輥面剝落現(xiàn)象增加、產(chǎn)品輥系氧化鐵皮缺陷大幅增加；軋輥熱凸度是影響板帶軋機(jī)負(fù)載輥縫的重要因素。在熱帶鋼連軋機(jī)中，工作輥與高溫軋件直接接觸，當(dāng)冷卻不充分時，軋輥的熱凸度可達(dá)幾百甚至上千微米[1]。軋制過程中精軋機(jī)工作輥熱凸變化規(guī)律和程度發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致產(chǎn)品板形過程質(zhì)量指標(biāo)下降。

1 工作輥冷卻水使用問題及分析改進(jìn)

隨著軋制節(jié)奏的提升，精軋機(jī)軋制間隙減少，輥溫逐步提高，F(xiàn)1-F4輥溫由70℃提高到85℃，工作輥冷卻能力已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要。經(jīng)常發(fā)生F1-F4軋輥氧化膜剝落的情況，尤其是生產(chǎn)厚度3.0mm以下酸洗板和2.0mm以下馬口鐵鋼種規(guī)格。由于帶鋼較薄，精軋純軋時間在120~130s，較常規(guī)規(guī)格純軋時間長約30s左右，軋制時間較長，輥溫過高易造成工作輥氧化膜剝落，帶鋼出現(xiàn)輥系氧化鐵皮缺陷，造成非計(jì)劃換輥。給生產(chǎn)組織、產(chǎn)品質(zhì)量以及成本控制帶來影響。工作輥下機(jī)時，時常發(fā)生氧化膜剝落的現(xiàn)象。

工作輥輥溫的控制是由工作輥冷卻水的壓力、水溫、水量入口和出口水量的分配、噴射角度、噴嘴的布置和噴嘴流量等因素共同決定。由于工作輥冷卻水系統(tǒng)壓力改進(jìn)需要改造泵站及主供水管路，改動較大。因此通過分析工作輥冷卻集管和噴嘴來進(jìn)行改進(jìn)。

軋輥冷卻的通過對軋輥冷卻的噴嘴型號和噴嘴布置進(jìn)行優(yōu)化，來改善軋輥冷卻水量的分布、避免冷卻水印之間的干涉，從而達(dá)到提高熱交換系數(shù)以提高冷卻效率，減緩軋輥的熱膨脹，穩(wěn)定軋輥熱凸度，達(dá)到改善板形控制力能力，提高軋制穩(wěn)定性的目的。

在不改變供水系統(tǒng)和供水主管路的情況下，為充分發(fā)揮工作輥冷卻水的作用，并且能夠滿足快節(jié)奏軋制下的軋輥溫度要求。通過優(yōu)化入口出口的水嘴布置和水量配比，將原設(shè)計(jì)工作輥入口和出口的水量比為30%和70%，調(diào)整為15%和85%。同時通過調(diào)整噴嘴間距和噴嘴偏轉(zhuǎn)角度，避免各噴嘴之間冷卻水干涉，增加冷卻水覆蓋面，提高冷卻能力。

工作輥冷卻技術(shù)改進(jìn)。

（1）2250線F1-F4工作輥原冷卻集管設(shè)計(jì)：F1-F4軋機(jī)出口上下集管，現(xiàn)有噴嘴型號和布置參數(shù)，F(xiàn)1-F2出口集管水量總計(jì)是536.51m3/h（8941.85L/min），F(xiàn)3-F4出口集管水量總計(jì)是447.15m3/h（7451.9L/min）。

通過上述數(shù)據(jù)，F(xiàn)1-F4軋輥冷卻水上中下三排噴嘴的噴射水印均不干涉，但是同排噴嘴在軋輥上的噴射水印均存在干涉現(xiàn)象；另外沿輥身長度方向的各噴嘴水量相等，即軋輥中部水量大與兩側(cè)水量一致，易造成軋輥中間溫度過高，造成的直接影響是軋輥中間凸度偏大，帶鋼在軋制時易產(chǎn)生中浪的現(xiàn)象。

（2）2250線F1-F4工作輥冷卻技術(shù)改進(jìn)：F1-F4軋機(jī)出口上集管，改造后，通過增加中間排工作輥冷卻水嘴的流量，中間排兩邊不布置噴嘴，提高輥身中部冷卻能力，從而將F1-F2出口上集管水量提升到544.16m3/h（9069.28L/min），F(xiàn)3-F4出口上集管水量提升到599.25m3/h（9987.44L/min）。

相應(yīng)的F1-F4軋機(jī)出口下集管，噴嘴的型號和布置與上集管對稱設(shè)計(jì)，改造后的下集管流量與上集管流量相等。

（3）1580線F1-F3工作輥原冷卻集管設(shè)計(jì)：F1-F3軋機(jī)出口集管，現(xiàn)有F1-F3出口集管水量總計(jì)是476.5m3/h（7941.01l/min）：1580線F1-F4不同排噴嘴的噴射水印均不干涉，同排噴嘴在軋輥上的噴射水印均不干涉；同排噴嘴沿輥身長度方向的水量中間高、兩側(cè)低，即軋輥中部水量大、兩側(cè)水量小，中間部位的水量分布非常均勻。

在實(shí)際使用過程中，通過對工作輥表面進(jìn)行打靶實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)以下問題：上集管最下一排，及下集管最上一排噴嘴，噴射時其噴射痕跡不清晰，存在噴嘴部分水噴不到軋輥表面的現(xiàn)象，造成軋輥的冷卻不充分。同時該部分噴嘴的流量占整體流量的比例是較大；每一排噴嘴，由于偏轉(zhuǎn)角度僅為15°，僅有上集管最上一排噴嘴的偏轉(zhuǎn)角度是30°，導(dǎo)致其冷卻覆蓋面的范圍過小，容易引起輥溫在冷卻區(qū)域的極具降低，在非冷卻區(qū)域產(chǎn)生非常明顯的溫度回溫。

目前1580熱連軋以較窄、較薄規(guī)格為主，軋制節(jié)奏的變化，導(dǎo)致現(xiàn)階段輥?zhàn)颖砻鏈囟壬咻^高，亟待解決輥?zhàn)颖砻鏈囟绕叩膯栴}。

（4）1580線F1-F3工作輥冷卻技術(shù)改進(jìn)：通過改造出口噴嘴布置，調(diào)整噴嘴偏轉(zhuǎn)角度、傾斜角度和噴嘴型號。噴嘴噴射的覆蓋寬度更寬，噴射的覆蓋面增加，進(jìn)一步提高冷卻效率；相鄰兩個噴嘴、相鄰兩排噴嘴噴射時有疊加而無干涉，避免了因?yàn)楦缮鎸?dǎo)致的冷卻強(qiáng)度降低；三排噴嘴噴射時，噴射的水量分布呈兩級臺階，第一級臺階均勻分布的最小寬度為800mm左右，符合最窄軋材的寬度，第二級臺階分布的最小寬度約為1300mm，符合較寬寬度軋材的寬度。

同時考慮了噴嘴噴射時與刮水板的干涉問題，針對上集管的最下一排的噴嘴噴射角度進(jìn)行調(diào)整，提高該排噴嘴的噴射角度，避免噴水與刮水板產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。針對下集管的最上排噴嘴，由于下工作輥冷卻水刮板是靠導(dǎo)板自重壓在輥身封水，考慮到噴嘴角度偏高會造成水量集中到刮板與輥身縫隙中，影響下刮水板的封水效果，因此降低下集管最上排噴嘴的噴射角度，避免了噴嘴噴射時，由于噴水反彈到工作輥輥身和刮水板縫隙中，導(dǎo)致的刮水板無法封水的問題，提高刮水板的封水效果。

2 工作輥冷卻水改造效果

2.1 輥溫方面

通過對精軋機(jī)工作輥冷卻技術(shù)的改進(jìn)，軋輥溫度顯著下降。依據(jù)軋制節(jié)奏、產(chǎn)品相近輥期軋輥下機(jī)后輥面溫度測量結(jié)果，通過以上技術(shù)改造輥面溫度下降10℃~15℃，（如表）所示為典型。

表1 軋輥溫度改進(jìn)前后對比

2.2 輥系鐵皮缺陷

工作輥冷卻集管上機(jī)后，輥系鐵皮缺陷帶出品呈下降趨勢，薄規(guī)格馬口鐵產(chǎn)品氧化鐵皮發(fā)生率相對降低18%，熱軋輥系氧化鐵皮總降級品率降低2%。

2.3 輥縫形狀及凸度

良好的工作輥冷卻及熱凸度控制是降低工作輥消耗、控制板形、提高生產(chǎn)收得率的有效措施[2]。工作輥輥冷卻水對工作輥的冷卻效果不僅受水量和噴嘴密集程度的影響，而且受冷卻噴嘴與輥面距離、角度、偏轉(zhuǎn)角的影響。冷卻效果的模型表達(dá)式如下式。

其中：Q為冷卻能力；A冷卻水在軋輥上打擊面積；Δt為冷卻水與工作輥面溫度差；為冷卻水打擊位置對軋輥形成的包角；n為與軋輥輥徑、輥面速度有關(guān)的常數(shù)。

改造后的工作輥冷卻冷卻噴嘴的布置，在軋輥?zhàn)畲蠹白钚≥亸綏l件下，不同排噴嘴的噴射水印均不干涉，同排噴嘴在軋輥上的噴射水印均不干涉；沿輥身長度方向的水量中間高、兩側(cè)低，即軋輥中部水量大、兩側(cè)水量小，中間部位的水量分布非常均勻，最大最小流量之差為3%。

通過精軋機(jī)工作輥冷卻水改進(jìn)技術(shù)方案實(shí)施，取得以下效果：

（1）各機(jī)架最大溫度降低約10℃，軋輥熱輥形分布形式明顯改善。

（2）熱輥形對軋輥有效輥縫凸度的影響明顯降低，（如圖）所示。

圖1 工作輥冷卻水改進(jìn)對輥縫形狀的影響

通過工作輥冷卻技術(shù)改進(jìn)，有效減小高速鋼軋輥長輥期使用導(dǎo)致的軋輥溫度增大和溫度場溫度對輥縫形狀、凸度的影響，從而為高速鋼軋輥使用條件下的板形控制提供更好的工藝條件。

3 結(jié)語

（1）對工作輥冷卻水的改進(jìn)，軋輥溫度控制在80℃以下，較改進(jìn)前降低10℃以上，有效的改善工作輥冷卻效果，防止工作輥出現(xiàn)嚴(yán)重氧化膜剝落，減少工作輥磨損進(jìn)而減少換輥次數(shù)。同時減少帶鋼輥系鐵皮的發(fā)生率。

（2）通過控制冷卻，解決了工作輥輥身方向中部溫度高、兩端溫度低的現(xiàn)象，相應(yīng)的減小了在工作輥的輥身方向上產(chǎn)生不同的凸度差，改善工作輥熱凸度，避免不良板形的產(chǎn)生。