热矫直机工作辊辊面粘钢分析

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摘 要： 分析了造成热矫直机工作辊辊面粘钢的原因，提出了改进的措施，使辊系的在线使用寿命得到提高。

关键词： 热矫直机；工作辊；粘钢

中图分类号：TB

文献标识码： A

文章编号： 16723198（2013）13019701

1 前言

热矫直机通常布置在层流冷却装置后，它对改善钢材外形、提高成材率具有重要意义。安钢炉卷生产线使用的是九辊热矫直机，由Danieli设计制造，矫直机工作辊的辊径为285mm，材质为40CrMoV5。热矫直机在使用过程中，工作辊辊面极易出现粘钢缺陷，一般更换20天后即出现粘钢，平均在线使用时间为45天。辊面出现粘钢后，由于生产节奏紧，靠人工在线修磨比较困难，即使修磨好由于粗糙度值达不到要求，也极易在原部位再次出现粘钢。造成被矫直的钢板板面有压痕，影响产品质量。

2 工作辊辊面粘钢的原因

在微观条件下，钢板与工作辊表面是凸凹不平的，在一般的机械零件相接触时，轮廓接触面积约为名义接触面积的5%～15%，而实际接触面积只为名义接触面积的0.01%～0.1%，因实际接触面积小，故实际接触面积上的压应力远大于按名义接触面积所计算出的数值，矫直力加上钢板本身以及弹塑性变形产生的高温，金属将会产生电子扩散及原子结合，使钢板与工作辊在该点产生所谓的“冷焊”现象。当钢板与工作辊表面产生冷焊后再次滑动时，冷焊结合点处强度较低的钢板颗粒将被撕离母体，部分颗粒就留在强度较高的工作辊表面上，形成“粘接瘤”。当“粘接—撕裂”不断的重复，就在工作辊的表面形成粘钢现象。工作辊表面上形成的“粘接瘤”将会划伤钢板表面，加大摩擦，加剧工作辊磨损，降低工作辊的使用寿命，并使钢板表面产生压痕。辊面粗糙度越低，辊面粘接的可能性越小，反之越大。避免或减缓工作辊辊面粗糙度值增大是提高工作辊使用寿命的有效途径。但在使用过程中，有很多的因素会造成辊面粗糙度值的增大。

2.1 辊面氧化层对辊面粗糙度的影响

工作辊采用的是中耐热性热作模具钢，在使用一段时间后，由于本身材质的因素，会在辊面形成一层致密的附着性很强的氧化膜，从而防止内部金属被继续氧化或腐蚀，氧化膜比金属基体的硬度和耐划伤性要高，可以有效起到保护金属的作用。在矫直过程中，氧化层不断被磨损，但又会不断有新的氧化层生成，当这一过程达到平衡时，可以有效的提高工作辊的使用寿命，反之则降低工作辊的使用寿命。辊系在采用内水冷却的同时，如也采用外冷却水对辊身进行冷却。这就会造成了工作辊在高温、高速和骤冷骤热条件下工作，加上周期性的交变应力作用下，辊面形成的氧化膜在达到一定疲劳极限后，会产生微裂纹并扩展。裂纹尺寸长大到一定程度时，垂直于辊面的裂纹与平行于辊面的裂纹汇合，在矫直机力和钢板的作用下，辊面氧化膜脱落，使工作辊辊面粗糙度值增加。

2.2 支承辊对工作辊辊面粗糙度的影响

矫直机支承辊用于增加工作辊的刚度和强度，采用交叉布置，每根工作辊由6根支承辊支撑。在矫直过程中，根据钢板的不同板形，需要设定一定的负弯或正弯，同时两个支承辊之间在工作辊轴向存在的一定的距离，再加上装配误差的存在，支承辊和工作辊之间的接触就有可能是点接触，形成应力集中。特别是在支承辊的棱边处，应力集中会造成支承辊棱边的塌陷、掉块，与之接触的工作辊辊面由于在周期性巨大接触应力的作用下氧化层脱落，工作辊辊面被有缺陷的支承辊划伤。同时，支承辊在使用过程中由于轴承缺油损坏而卡死的情况也会对工作辊表面产生划伤，这些都会使辊面的粗糙度值增大。

2.3 相对滑动对辊面的粗糙度的影响

矫直过程中钢板与工作辊的相对滑动存在两种情况，一种是由于矫直机辊系采用集中传动所形成的，是固有的，在矫直时辊系一般设定入口的辊缝小，出口的辊缝大，从而使钢板在各辊的压弯量的不同，即弯曲半径不一样，使钢板在辊系入口处中性层的速度大于出口的速度，当速度差达到一定的程度，工作辊间形成的负转矩足于克服辊面与钢板之间的摩擦力时，就是钢板与辊面发生滑动，这时容易因摩擦发热和摩擦对辊面的拉力而在辊面留下打滑裂纹。另一种滑动是由于控制的原因形成，是可以避免的。钢板在轧制完成后，是通过输送辊道输送到热矫直机的，钢板的位置是由热金属检测器采集并把信号传给计算机，当钢板的跟踪位置与实际位置不一样时，轧件跟踪系统通过检测器自动修正或通过操作工校准。当热矫直前热金属检测仪出现不能检测钢板位置或检测钢板位置不准确，将导致矫直机提前提速或未及时提速。矫直的过程为高温计检测到钢板时，输送辊道的速度降到钢板咬入速度，钢板咬入后输送辊道和矫直机提升到矫直速度，最后再减速，让钢板以较低的速度抛出。矫直机提前提速或减速都将使钢板在工作辊表面产生滑动。这两种钢板相对工作辊的滑动都会造成工作辊表面的划伤，使辊面的粗糙度值增大。

3 预防措施

3.1 降低工作辊表面的粗糙度

降低矫直机工作辊辊面的粗糙度，安钢炉卷生产线原使用的热矫工作辊辊面粗糙度为Ra0.8，粗糙度偏高，使工作辊粘钢的几率增加。现使用工作辊的辊面粗糙度为Ra04，可有效减少工作辊的粘钢事故的发生。

3.2 减少钢板与辊面之间的滑动

当发现矫直机存在明显的提前提速或未及时提速时，及时检查热金属检测器是否存在故障，操作工应对轧件的跟踪进行校准，同时二级人员应检查轧件跟踪系统是否存在问题，就可以避免矫直机提速慢或提前提速，可有效避免由于钢板相对工作辊辊面滑动造成的辊面划伤事故。采用

单轴驱动代替集中驱动是消除钢板在辊间滑动的根本办

法，但在已固有的集中驱动结构上去改造为单轴驱动不能够很好的实现。而矫直机通常入口4根工作辊由一台电机驱动，出口5根工作辊由另一台工作辊驱动，两台电机通过电气同步，两台电机之间可设定一定的速度差，应可减少钢板在辊间的滑动。

3.3 工作辊的采用内水冷却

工作辊表面产生的氧化层可起到减磨耐磨的作用，如果采用外冷水对辊面进行冷却，工作辊辊面在钢板加热和外冷却液的交替作用下，使氧化层热疲劳破损，增加辊面的粗糙度，因此避免用外水冷却。工作辊在较高温度下具有抗软化能力，但使用温度高于540℃硬度出现迅速下降，必须采用合适的内水冷却。在矫直过程中，工作辊辊面与钢板接触的瞬时温度可达到400℃左右，在辊面与钢板脱离接触后，温度迅速降到100℃以下。内冷却水的流量为15m3/h，在矫直完钢板后测量工作辊辊面温度为75℃，冷却水进水温度

t1=25℃，出水温度为t2=34℃，同时，工作辊矫直钢板是间断性的和不断旋转的，这都有利于辊身的降温。所以单独使用内冷却水是可以达到冷却工作辊并保证辊面硬度的目的，确保辊面不会由于软化而被划伤。

3.4 改善支承辊的工作条件

在支承辊辊身两端设计有约30mm×0.3mm的倒角，这可以有效改善支承辊棱边对工作辊辊面造成的应力集中。辊系一般在使用3个月后，支承辊两端的倒角基本上被磨平，定期对支承辊进行拆卸修磨、提高辊系的装配精度，提高工作辊与支承辊的接触面积是保证辊型和避免棱边处应力集中的一个有效的措施。支承辊的卡死一般是由于轴承缺油造成的，热矫直机辊系采用的是油气，使用递进式分配器对辊系供油，通过安装在递进式分配器上得接近开关，可以在线监测热矫直机辊系的供油情况，发现供油异常时及时对分配器和油气混合块进行清洗和更换，可有效避免支承辊的卡死和工作辊表面由于划伤而形成的粘钢 。

4 结语

工作辊在使用过程中辊面粗糙度值的增加是工作辊辊面粘钢的主要原因，在修磨时降低工作辊辊面的粗糙度，减少或避免钢板相对工作辊的滑动，避免使用外水冷却并提供合适的内水冷却流量，定期对支承辊进行拆卸修磨并保证轴承的。通过这些措施，辊系在线使用可以达到3个月以上，比原来提高一倍以上。

参考文献

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