寶鋼熱軋工藝潤滑技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

何曉明　楊春平

摘　要：闡述了熱軋工藝潤滑的機(jī)理及作用，并結(jié)合工藝潤滑技術(shù)在寶鋼2050mm熱軋廠的開發(fā)與應(yīng)用，探討了工藝潤滑對(duì)帶鋼表面質(zhì)量及環(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞：熱軋；工藝潤滑

1　熱軋工藝潤滑技術(shù)的發(fā)展

1957年，熱軋工藝潤滑技術(shù)在美國獲得成功應(yīng)用，當(dāng)時(shí)使用的潤滑劑為水溶性的油，應(yīng)用在精軋機(jī)組的支撐輥上。近10幾年來，由于鋼鐵市場(chǎng)對(duì)薄帶材質(zhì)量的要求日益提高，而且熱帶鋼軋機(jī)向連續(xù)、高速、大型、自動(dòng)化方向發(fā)展，軋輥的使用周期明顯相對(duì)縮短，頻繁換輥對(duì)軋機(jī)產(chǎn)量有很大影響。因此，以減少軋輥磨損為主要出發(fā)點(diǎn)的熱軋工藝潤滑的研究逐步引起重視。發(fā)展到現(xiàn)在，世界上已有數(shù)10套熱軋帶鋼軋機(jī)應(yīng)用了工藝潤滑。美國內(nèi)陸鋼廠在使用高速鋼軋輥的同時(shí)也應(yīng)用了工藝潤滑，取得了更好的效果。

從目前應(yīng)用來看，熱軋工藝潤滑按潤滑作用點(diǎn)可分為支撐輥潤滑和工作輥潤滑；按作用方式可分為噴嘴式、毛刷式、毛氈式和噴霧式等。寶鋼2050mm精軋機(jī)組采用工作輥噴嘴潤滑方式。

2　熱軋工藝潤滑的機(jī)理及作用

2.1　熱軋工藝潤滑的機(jī)理

熱軋工藝潤滑是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，在變形區(qū)高溫、高速、高壓狀態(tài)下潤滑油所起的變化難以實(shí)驗(yàn)?zāi)M，因而目前對(duì)熱軋的潤滑機(jī)理尚無統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。一般認(rèn)為，熱軋潤滑劑以3種狀態(tài)起潤滑作用：

一部分潤滑油被燃燒，燃燒殘留物主要是殘?zhí)?，使軋輥與金屬表面隔開，殘?zhí)颗c金屬和軋輥之間的摩擦小于金屬與軋輥之間的固體摩擦。

另一部分潤滑油在變形區(qū)高溫、高壓下急劇氣化和分解，形成高溫、高壓的氣墊，將金屬與軋輥表面隔開，起到潤滑作用，這種氣體間的摩擦遠(yuǎn)小于流體間的摩擦。

其余部分潤滑油可能保持原來的狀態(tài)，以流體形式通過變形區(qū)。

由于現(xiàn)代熱軋工藝特點(diǎn)是高溫、高速、高壓、工作輥輥面瞬時(shí)溫度可達(dá)600～700℃，經(jīng)冷卻散熱而穩(wěn)定在50～80℃。因此，為適應(yīng)熱軋工藝特點(diǎn)，熱軋潤滑劑要滿足如下要求：

（1）熱軋時(shí)具有良好的潤滑性，降低摩擦，減少磨損；

（2）應(yīng)具有良好的吸附性和潤濕性，以便在軋輥表面形成連續(xù)牢固的潤滑膜；

（3）粘度要適中，易于輸送和噴涂，不易從變形區(qū)擠出；

（4）具有較高的閃點(diǎn)和熱分解穩(wěn)定性；

（5）潤滑油燃燒生成氣體量少，燃燒物應(yīng)無毒，對(duì)環(huán)境污染小。

2.2　熱軋工藝潤滑的作用

熱軋工藝潤滑具有以下作用：

（1）使熱軋力能參數(shù)發(fā)生變化，由于軋制力的降低，減少了電能消耗；

（2）由于潤滑油形成覆蓋在軋輥表面的保護(hù)膜，緩和了水對(duì)軋輥的急冷與氧化作用，同時(shí)這層保護(hù)膜還起著阻礙軋件向軋輥傳熱的作用，降低了軋輥的熱疲勞，從而使磨損減輕。

（3）改善熱軋板的表面質(zhì)量。由于保持了軋輥表面狀況和外形處于滿意的狀態(tài)，可提高軋輥斷面和軋件的幾何尺寸精度以及防止三次氧化鐵皮被粗糙軋輥壓入。

（4）延長軋制公里數(shù)，減少換輥次數(shù)，增加作業(yè)時(shí)間。

（5）減少軋輥購置費(fèi)用。

3　熱軋工藝潤滑的應(yīng)用

熱軋工藝潤滑是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的新技術(shù)，因?yàn)槊刻总垯C(jī)的結(jié)構(gòu)與特性不同，在原有系統(tǒng)應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是一項(xiàng)較復(fù)雜的工程。

3.1　應(yīng)用系統(tǒng)

整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)包括以下幾部分：

（1）潤滑劑儲(chǔ)罐

此為大型容器，可儲(chǔ)存60m³潤滑劑，避免每周補(bǔ)充潤滑劑。

（2）工作油箱

此油箱容積2.3m³。配備有如下裝置。

①蒸汽加熱裝置?？杀３譂櫥瑒囟群愣ㄔ?0～60℃。保持潤滑劑粘度的恒定是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中很重要的環(huán)節(jié)。

②溫度、液位指示器。

③液位控制器?？刂茲櫥瑒膬?chǔ)油罐到工作油箱的輸送泵的關(guān)閉與啟動(dòng)。

④液位報(bào)警器。具有低、高位報(bào)警功能，當(dāng)液位處于高位報(bào)警狀態(tài)時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉輸送泵。

⑤流量計(jì)。記錄由儲(chǔ)油罐打入工作油箱的油量，用于測(cè)定潤滑劑的消耗量。

圖1　軋制潤滑應(yīng)用系統(tǒng)

1-潤滑油儲(chǔ)罐；2-儲(chǔ)罐液位；3-輸送泵；4-流量計(jì)；5-溫度計(jì)；6-工作罐；7-背壓調(diào)節(jié)箱；8-工作罐液位；9-過濾器；10-泵前壓力；11-泵1；12-泵2；13-泵后壓力；14-壓力開關(guān)；15-壓力指示；16-平衡管；17-F1～F6控制電磁閥；18-F1～F6上輥油壓；19-F1?F6下輥油壓；20-油背壓；21-飛剪；22-PLC控制箱

（3）工作泵組

潤滑劑循環(huán)泵和備用泵都配備有真空過濾器、真空指示表及真空?qǐng)?bào)警器。每個(gè)泵都配備壓力表、壓力報(bào)警器及止回閥、安全閥和隔離閥。

（4）熱平衡管

熱平衡管保證每個(gè)噴油口能得到相同的油溫和油壓。

（5）立式控制盒

F1～F6軋機(jī)均有1個(gè)控制盒，控制和監(jiān)測(cè)注入混和噴嘴的潤滑劑量。

（6）注入點(diǎn)

潤滑劑從立式控制盒流出至注入點(diǎn)的混合噴嘴，混和噴嘴將潤滑劑和軋輥冷卻水均勻混和，冷卻水?dāng)y帶著分散的潤滑劑至軋輥表面。

（7）PLC控制箱

PLC控制箱和操作面板是系統(tǒng)的信息和控制中心，顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，診斷系統(tǒng)故障。

3.2　系統(tǒng)的操作

通過安裝在操作室的控制箱對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。液位控制器、液位報(bào)警器都在操作臺(tái)顯示并監(jiān)控。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，立式控制盒里的所有電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，直至鋼板進(jìn)入精軋機(jī)。電磁閥開閉的順序是：鋼板進(jìn)入軋機(jī)，軋制力信號(hào)通過PLC延遲6s后啟動(dòng)，F(xiàn)n(n=1～6)機(jī)架上的電磁閥，一旦帶鋼尾部離開切頭剪，F(xiàn)1電磁閥關(guān)閉；尾部離開F2，關(guān)閉F3電磁閥，依此類推。其目的是防止?jié)櫥驮谲堓伇砻娑逊e和燃燒不凈造成下一塊帶鋼進(jìn)鋼時(shí)打滑。同時(shí)，頭部延時(shí)時(shí)間的設(shè)定也考慮了避免對(duì)軋制力遺傳系數(shù)產(chǎn)生影響，以保證數(shù)學(xué)模型的設(shè)定精度。

操作面板上，通過對(duì)系統(tǒng)油壓的選擇可控制油量大小。在計(jì)劃軋制過程中，隨軋輥磨損加劇，系統(tǒng)油壓呈分段階梯自動(dòng)控制，以達(dá)Z佳潤滑效果。

3.3　潤滑劑

潤滑劑分為固體和液體2種。由于固體潤滑劑不能連續(xù)供給，且更換不便，因而未能推廣應(yīng)用。液體潤滑劑按其基礎(chǔ)油的不同，可分為3種：（1）以礦物油為基的潤滑劑；（2）以植物油或動(dòng)物油為基的潤滑劑；（3）化學(xué)合成型潤滑劑。

目前寶鋼2050熱軋廠使用的潤滑劑為恒豐公司生產(chǎn)的HYG-1和Nalco公司生產(chǎn)的HM-40。潤滑劑在水中具有良好的分散性能，能與水混合形成均勻的混合物，當(dāng)它以高速湍流狀態(tài)噴射到工作輥上，其分子極性使其牢固地吸附在軋輥表面。潤滑劑的高分子量酯類化合物和碳?xì)浠衔锸蛊渚哂懈邷貪櫥匦浴?/p>

3.4　潤滑的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象

在F1～F4機(jī)架使用軋制潤滑，而在沒有使用潤滑劑的F5機(jī)架也看到了和使用潤滑劑類似的現(xiàn)象，Z明顯的是軋制力下降。這種現(xiàn)象可解釋為潤滑劑在前面的機(jī)架中沒有完全燃燒，而隨帶鋼一起進(jìn)入下一個(gè)機(jī)架。另外，帶鋼頭尾無潤滑部分的表面比中部有潤滑的部分表面相對(duì)粗糙，摩擦系數(shù)發(fā)生了變化。

4　軋制潤滑對(duì)帶鋼表面質(zhì)量的影響

帶鋼表面狀況是一個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)。通常，一次和二次氧化鐵皮通過采用合理的加熱制度和高壓水除鱗可以控制。而三次氧化鐵皮壓入造成的氧化鐵皮細(xì)孔則與精軋前部機(jī)架工作輥表面狀態(tài)密切相關(guān)。氧化鐵皮細(xì)孔發(fā)生在軋制計(jì)劃的后半期，為了避免其發(fā)生，通常臨時(shí)換輥，這樣不僅中斷了軋制計(jì)劃的連續(xù)性，而且造成軋制作業(yè)率下降。

在軋制變形區(qū)的前滑區(qū)和后滑區(qū)，帶鋼和軋輥表面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，和軋輥表面接觸的薄氧化鐵皮層要強(qiáng)烈地被冷卻，從而使其硬度增高。當(dāng)軋輥和帶鋼表面間相對(duì)移動(dòng)時(shí)，將發(fā)生氧化鐵皮層變形和金屬接觸層被犁溝。軋輥表面越粗糙，這種機(jī)械作用越大。這樣，在接觸面發(fā)生氧化鐵皮的聚集并且壓入相對(duì)軟的帶鋼中。在熱軋過程中，工作輥始終處于高溫，高負(fù)荷和高速狀態(tài)下，隨軋制的進(jìn)行，軋輥表面逐漸磨損、粗糙。

潤滑油在變形區(qū)可降低軋輥磨損速度。另外，由于潤滑油形成覆蓋在軋輥表面的保護(hù)膜，緩和了水對(duì)軋輥的急冷與氧化作用；同時(shí)，這層保護(hù)膜還有阻礙軋件向軋輥傳熱的作用，降低了軋輥的熱疲勞，從而使磨損減輕。使用潤滑油后，軋制潤滑平均計(jì)劃長度可達(dá)到153km，比使用前薄板平均計(jì)劃長度90km增加41%,軋制潤滑Z大計(jì)劃長度可達(dá)到180km。

5　軋制潤滑對(duì)軋輥使用壽命的影響

由于軋制潤滑減少了軋輥磨損，因而軋制潤滑計(jì)劃公里數(shù)及軋制噸位數(shù)增加，但下機(jī)后磨削量并未增加，使噸鋼輥耗降低，如表1所示。

表1　軋輥磨削量比較舉例

6　軋制潤滑對(duì)環(huán)境的影響

在潤滑軋輥輥縫的過程中，絕大部分潤滑劑被軋輥以及帶鋼表面的高溫燃燒掉，燃燒產(chǎn)物為二氧化碳和水，沒有毒性。而沒有燃燒掉的少許潤滑劑會(huì)在鐵皮坑里浮至水面或吸附在氧化鐵皮表面。浮在水面的潤滑劑可撇去，吸附在氧化鐵皮上的潤滑劑可隨氧化鐵皮一起除去。

對(duì)軋制潤滑前和軋制潤滑期間對(duì)軋線回水含油量、經(jīng)撇油機(jī)處理后水中含油量作了抽樣分析，見表2。

表2　軋線回水含油量和經(jīng)撇油機(jī)處理后水中含油量的比較

表2說明投入潤滑油后軋線回水中油含量比平時(shí)上升，但經(jīng)撇油機(jī)處理后，含油量可下降到平時(shí)水平，軋制潤滑對(duì)C系統(tǒng)水質(zhì)無明顯影響。

作者簡(jiǎn)介：何曉明（1970～），男（漢族），福建人，工程師。

作者單位：寶山鋼鐵（集團(tuán)）公司熱軋部，上?！?00941

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（來源：軋鋼）