何 杰，汪長(zhǎng)安，江金仙

（1寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 寶山 201900；2寶山鋼鐵股份有限公司，上海 寶山 200941）

隨著國(guó)內(nèi)外帶鋼軋制技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)軋輥使用技術(shù)也提出了更高的要求。尤其近年來(lái)，國(guó)內(nèi)熱帶連軋機(jī)各機(jī)架軋輥材質(zhì)不斷更新?lián)Q代，高等級(jí)材質(zhì)工作輥如高速鋼輥和半高速鋼輥等復(fù)合材質(zhì)軋輥在軋機(jī)前機(jī)架已經(jīng)開(kāi)始普及使用。如何提高高等級(jí)軋輥在機(jī)使用時(shí)間，提高軋制效率，改善帶鋼質(zhì)量、減少軋輥損失，成為各個(gè)軋鋼廠重點(diǎn)考慮的工作。寶鋼股份某熱軋廠粗軋可逆軋機(jī)工作輥早期投用的是半鋼材質(zhì)整體鑄造軋輥，在2002年左右引進(jìn)了耐磨性更好和使用周期更長(zhǎng)的半高速鋼材質(zhì)和高速鋼材質(zhì)復(fù)合軋輥，在使用過(guò)程中碰到了使用過(guò)程中打滑的問(wèn)題，不僅影響到軋機(jī)的產(chǎn)能發(fā)揮，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成撞壞精軋入口輥道護(hù)板、粗軋卡鋼甚至廢鋼事故以及設(shè)備相關(guān)的損失等。詳見(jiàn)圖1-3。所以說(shuō)如何解決粗軋工作輥使用過(guò)程中打滑問(wèn)題，從而提高產(chǎn)線效率和帶鋼品質(zhì)，成為后面粗軋工作輥使用技術(shù)一個(gè)趨勢(shì)[1-3]。

圖 1 板坯打滑形成的凹槽

圖 2 輥道護(hù)板撞擊變形

圖 3 粗軋廢鋼

1 打滑產(chǎn)生機(jī)理研究

實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象分為咬入打滑和軋制打滑兩類。咬入打滑是咬入條件不能滿足，軋件不能順利咬入的現(xiàn)象，由此引起軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)；軋制打滑現(xiàn)象，即帶材和軋輥之間發(fā)生的相對(duì)滑動(dòng)，其實(shí)質(zhì)是帶鋼的變形區(qū)完全由前滑區(qū)或后滑區(qū)所取代。軋制過(guò)程中打滑現(xiàn)象是極具破壞性，輕者造成表面熱擦傷、擦痕，軋機(jī)跳電，引起堆鋼。當(dāng)打滑嚴(yán)重時(shí)，足以造成軋鋼主傳動(dòng)系統(tǒng)零部件早期疲勞破壞，甚至瞬時(shí)過(guò)載破壞。特別是現(xiàn)代化軋機(jī)工作轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，這一問(wèn)題便更加突出。本文重點(diǎn)研究分析軋制打滑現(xiàn)象。

軋制打滑的根本原因是摩擦系數(shù)低，造成軋輥與鋼坯表面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。凡是造成摩擦系數(shù)降低的因素都會(huì)引起軋件打滑。主要因素如下：①輥面摩擦系數(shù)低或降低；②壓下量較大；③軋制速度不匹配；④特殊鋼種影響；⑤前后張力差等，所以在粗軋階段軋件最容易出現(xiàn)打滑事故。粗軋立輥軋機(jī)與四輥水平軋機(jī)之間微張力軋制，奇數(shù)道次軋制時(shí)，水平軋機(jī)軋制速度大于立輥軋制速度，偶數(shù)道次可逆軋制時(shí)，立輥不參與軋制，立輥與水平輥之間無(wú)張力，所以打滑一般出現(xiàn)在奇數(shù)道次。

正常軋制過(guò)程，由于存在前滑區(qū)和后滑區(qū)，是個(gè)軋件相對(duì)軋輥的滑動(dòng)過(guò)程，其方向有2個(gè)(見(jiàn)圖4)，在前滑區(qū)金屬相對(duì)軋輥向前滑動(dòng)，而在后滑區(qū)金屬相對(duì)軋輥向后滑動(dòng)，其分界線是在角度γ為的對(duì)應(yīng)線上。稱為中性角，在與γ對(duì)應(yīng)的中性面上，軋件與軋輥同步運(yùn)動(dòng)。顯然，γ的太小決定了變形區(qū)中前后滑區(qū)的大小，亦即決定了向前移動(dòng)和向后移動(dòng)的金屬的比例。生產(chǎn)軋制過(guò)程中出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象是指指整個(gè)變形區(qū)中的金屬相對(duì)于軋輥朝著一個(gè)方向移動(dòng)。也就是整個(gè)變形區(qū)都被前滑區(qū)或后滑區(qū)取代。由于中性角可以反映出前后滑的比例，因此，先從分析影響中性角的因素著手[4,5]。

圖 4 軋件在變形區(qū)中金屬滑動(dòng)狀態(tài)

軋件在軋輥中的受力如圖5所示，顯然，隨著上述參數(shù)的變化而變化。由于軋件在軋制過(guò)程中是勻速運(yùn)動(dòng)，所以，變形區(qū)所受之力應(yīng)滿足力平衡方程：

式中：?為摩擦系數(shù)；p為單位壓力；B為帶材寬度；R′為工作輥考慮壓扁后的半徑，α為咬入角。將上述關(guān)系式代入式（1），并令 ：

式（2）中，R為工作輥半徑；Δh為道次絕對(duì)壓下量。考慮到軋制打滑即實(shí)質(zhì)是帶鋼的變形區(qū)完全由前滑區(qū)或后滑區(qū)所取代，用公式表示如下：

由打滑因子公式（5）可以看出，Ψ≤0．5時(shí)，軋制過(guò)程才處于穩(wěn)定狀態(tài)，不出現(xiàn)打滑。但是，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，各種軋制因素不斷變化，為此，須對(duì)各影響因素進(jìn)行分析，克服限制條件。

圖5 軋件在變形區(qū)中受力狀態(tài)

2 防止打滑的措施

2.1 一種自動(dòng)控制軋制過(guò)程打滑的技術(shù)

為了控制粗軋軋制打滑，通常采用減少打滑道次的壓下量和降低打滑道次的速度、提高軋輥的摩擦系數(shù)等措施。但是減少打滑道次的壓下量和降低打滑道次的速度目前只能通過(guò)手動(dòng)抬輥縫和手動(dòng)控制軋制速度的方段來(lái)實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)速度慢且控制不精確；提高軋輥摩擦系數(shù)是提高軋輥表面粗糙度，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的軋制，軋輥的摩擦系數(shù)會(huì)因?yàn)檐堓伇砻嫜趸さ纳啥焖俳档停蚧F(xiàn)象又會(huì)出現(xiàn)。

本技術(shù)的目的是在粗軋打滑發(fā)生時(shí)，實(shí)現(xiàn)粗軋機(jī)架的自動(dòng)降低軋制速度和減少壓下量，從而達(dá)到控制打滑的目的。根據(jù)打滑時(shí)軋制力迅速下降并產(chǎn)生波動(dòng)，且控制打滑的措施是降低軋制速度和減小壓下量的特點(diǎn)，所以當(dāng)電氣檢測(cè)到軋制力迅速下降并產(chǎn)生波動(dòng)且未拋鋼時(shí)，即對(duì)主傳動(dòng)進(jìn)行減速和將AGC的高度下降0.5mm，最終控制AGC的高度比打滑發(fā)生前降低最多3mm（此數(shù)據(jù)根據(jù)手動(dòng)調(diào)整經(jīng)驗(yàn)值所得），AGC停止下降，另外檢測(cè)到打滑后在操作畫面上報(bào)警。

圖6 粗軋機(jī)和入口、出口側(cè)導(dǎo)板的簡(jiǎn)圖

圖中1是入口側(cè)導(dǎo)板，2是立輥軋機(jī)，3是水平軋機(jī)，4是出口側(cè)導(dǎo)板，5是中間坯，6是入口熱金屬檢測(cè)器，7是出口熱金屬檢測(cè)器。

圖中1是液壓AGC油缸，2是下水平輥，3是上下水平輥間的輥縫，4是上水平輥。

具體控制過(guò)程如下：

（1）當(dāng)中間坯（圖6中5）進(jìn)入水平軋機(jī)（圖6中3）時(shí)，打滑檢測(cè)器模塊開(kāi)始檢測(cè)。

（2）采用咬鋼后0.4s-1s之間采集10個(gè)軋制力數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，作為軋制力判斷的基準(zhǔn)值。軋制力偏差的基準(zhǔn)為：軋制力在0.5s內(nèi)一直低于基準(zhǔn)值的80%，則認(rèn)為軋制力存在偏差。

（3）檢測(cè)到打滑狀態(tài)后，進(jìn)入打滑控制模式，首先對(duì)主傳動(dòng)進(jìn)行減速，每一個(gè)掃描周期（0.05s）將速度給定降低最多0.5m/s，但是限制最小的軋制速度不能低于1m/s。同時(shí)，在每個(gè)掃描周期內(nèi)將AGC的高度下降0.5～1mm，最終控制液壓AGC油缸（圖7中1）的高度比打滑發(fā)生時(shí)降低最多3mm，AGC停止下降。當(dāng)軋制力回升至基準(zhǔn)軋制力的80%以上時(shí)，認(rèn)為打滑狀態(tài)消失，退出上述打滑操作模式。

（4）打滑現(xiàn)象出現(xiàn)后操作畫面上立即會(huì)出現(xiàn)打滑報(bào)警畫面。

（5）熱金屬檢測(cè)器HMD（圖6中6或7）檢測(cè)到帶鋼已拋鋼，則打滑控制程序停止或不啟動(dòng)。

2.2 降低鋼種的影晌

某些鋼種表面容易形成氧化鐵皮，降低了鋼坯表面與軋輥之間的摩擦力。如船板、硅鋼和其他低合金鋼，如含有Si、Ni、Nb等元素高的鋼，這些元素易與氧化氣體發(fā)生反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)的氧化物，使鐵皮熔化，黏性增加。有資料表明：Si＞0．25%時(shí)鋼加熱時(shí)極易形成Fe2SiO4，它在1175℃以上時(shí)熔融，導(dǎo)致在除鱗之后還有部分氧化鐵皮附著在鋼坯表面，經(jīng)過(guò)水平輥軋制時(shí)剝落導(dǎo)致打滑。對(duì)含這些元素的鋼種應(yīng)加強(qiáng)除鱗工藝控制，除鱗水道次加大，減少氧化鐵皮從鋼坯基體剝落導(dǎo)致軋輥與基體發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的幾率。

2.3 前后張力差

使前張力大于后張力，即前后張力差值為負(fù)，從而使Ψ值降低。由于熱軋粗軋單機(jī)架后張力主要集中在軋件正壓力的水平分量和立輥側(cè)壓時(shí)線速度過(guò)慢帶來(lái)的滯后力，前張力主要為水平工作輥咬人軋件切向摩擦力的水平分量。因?yàn)榇周垯C(jī)架軋制壓下量較大，所以此時(shí)的張力差對(duì)軋制起著調(diào)節(jié)作用，尤其是奇道次軋制時(shí)，合理的板坯咬入角和板道輥、立輥線速度，可以有效實(shí)現(xiàn)前后張力差負(fù)值，進(jìn)而降低Ψ值和打滑風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 優(yōu)化了加熱制度

針對(duì)軋制高溫鋼容易打滑的現(xiàn)象，我們對(duì)加熱爐加熱溫度和時(shí)間作了調(diào)整：

①實(shí)際出爐溫度按1235℃±5℃控制。

②高溫鋼上下表面出爐溫差：20℃左右，可根據(jù)粗軋翹扣頭情況適當(dāng)調(diào)整。

③各段爐溫設(shè)定規(guī)定：一加爐溫設(shè)定：1150℃-1180℃二加爐溫設(shè)定：1280℃-1300℃均熱段爐溫設(shè)定：1230℃-1260℃。

④一加IF鋼板坯實(shí)際溫度控制：1、2、3號(hào)爐一加段末溫度應(yīng)控制在950℃以上，4號(hào)爐一加段末溫度應(yīng)該控制在900℃以上；二加IF鋼板坯實(shí)際溫度控制：＞1180℃；均熱段IF鋼板坯實(shí)際溫度控制：＞=1230℃；

⑤各段在爐時(shí)間規(guī)定：一加、二加加熱各段時(shí)間不少于40分鐘，均熱段加熱時(shí)間不少于35分鐘。注意檢查各段在爐時(shí)間，及時(shí)調(diào)整抽出節(jié)奏，以保證在爐時(shí)間。

2.5 調(diào)整除鱗水噴水制度和水嘴布置

當(dāng)R2第一道次出現(xiàn)打滑時(shí)，采用第一道次不除鱗，改為第二道次除鱗的除鱗制度。

2.6 合理控制標(biāo)高

粗軋機(jī)架的軋制線高度通常情況下是取≦40MM，但是由于R2出入口的導(dǎo)衛(wèi)板受扣頭沖擊后下墜和磨損，因此粗軋機(jī)組的實(shí)際軋制線高度會(huì)出現(xiàn)大于40MM的情況，導(dǎo)致上輥壓下量增加后發(fā)生打滑。因此，在每次換支撐輥時(shí)，軋制線高度應(yīng)該根據(jù)軋機(jī)的導(dǎo)衛(wèi)板、工作輥和支撐輥輥徑的情況在15～40mm內(nèi)合理選擇，通常是控制周轉(zhuǎn)工作輥直徑在一個(gè)合理范圍內(nèi)。

3 取得效果

沒(méi)采取措施之前，粗軋單機(jī)架曾多次發(fā)生嚴(yán)重打滑事故，不僅造成軋線設(shè)備損壞和長(zhǎng)時(shí)間的故障，而且也給軋輥本體帶來(lái)極大的損失。根據(jù)以上分析形成具體控制措施后，軋輥軋制過(guò)程中打滑概率大幅度下降。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)寶鋼某熱軋粗軋可逆軋機(jī)工作輥使用中碰到打滑問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，從操作控制到鋼種加熱等進(jìn)行措施優(yōu)化和技術(shù)條件改善，從而有效的杜絕了惡性打滑，明顯減少了軋輥使用過(guò)程中的軋輥本體以及軋機(jī)的損失。主要結(jié)論和效果如下：

（1）設(shè)定一種自動(dòng)控制軋制過(guò)程中的打滑控制程序，主要通過(guò)在粗軋打滑發(fā)生時(shí)，實(shí)現(xiàn)粗軋機(jī)架的自動(dòng)降低軋制速度和減少壓下量，從而達(dá)到控制打滑的目的。

（2）針對(duì)特殊鋼種，特殊對(duì)待，加大除磷和冷卻水；

（3）合理控制前后張力差和軋制線標(biāo)高；

（4）優(yōu)化加熱爐加熱制度，實(shí)現(xiàn)板坯的燒透，合理控制板坯上下溫差。

（5）中間換輥制度，避免高峰打滑期。

通過(guò)課題研究，打滑導(dǎo)致的廢鋼以及軋線設(shè)備的次生傷害未再發(fā)生。不過(guò)通過(guò)此課題驗(yàn)證了輥形和初始輥面粗糙度對(duì)粗軋輥打滑并無(wú)明顯影響。