（机械工程专业论文）梅钢热连轧精轧机组轧制润滑工艺试验和研究.pdf

一 一 b yo u y a n gz h i y o n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rh ex u e h o n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y f e b r u a r y2 0 0 8 l 必 t ，+ 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为 氐获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 。 文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。 学位论文作者签名：跚c j f 锄西鹜 签字日期：前； 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交 流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意) 学位论文作者签名狮气勇导师签名： j 弓嘲乏 签字日期：砷请，l签字日期： y o - o 寻z 盟丛生哇塑邋盘一一 揎璺 梅钢热连轧精轧机组轧制润滑工艺试验和研究 摘要 轧制润滑工艺是轧钢生产中改善产品质量、降低成本、提高产量、拓展产品规格的 一个极其重要的技术环节。在轧制中应用润滑工艺的主要目的是降低变形区接触弧表面 上的摩擦系数和摩擦力，改变变形区的三向应力状态。从而达到降低轧制力和轧制能耗， 减少轧辊磨损，提高带钢表面质量和轧机作业率的目的。 本论文针对梅钢热带钢连轧精轧机组轧辊磨损严重、换辊周期短、带钢表面质量差 等一系列问题，应用轧制润滑相关技术，结合现场情况对轧制润滑工艺进行了工程试验， 试验结果表明，轧制润滑工艺对轧制力能参数、轧辊磨损、带钢表面质量等都有很大的 影响。通过分析试验数据，研究出了轧制润滑对轧制力、轧制能耗、轧辊磨损、带钢表 面质量影响的规律。根据试验结果，初步制定了适用于梅钢1 4 4 2 m m 热连轧精轧机组特 点的轧制润滑工艺，为热轧厂车l 制润滑工艺技术的应用提供了重要的参考。 研究指出：对于不同的机架轧制润滑效果差别较大，前三架效果比后三架明显；轧 制润滑工艺主要通过润滑油膜对轧辊和带钢接触面的隔离作用降低接触表面的摩擦力、 减少轧辊的磨损，减轻氧化铁皮细孔缺陷的产生，改善带钢表面质量。 试验数据表明：采用轧制润滑后，轧制力降低了5 - - 1 9 ，电动机总功率平均降低 3 8 ，吨钢节电4 0 k w h ；轧辊磨损减少3 5 ，在轧辊磨耗相近的情况下，轧制量增加 i i 6 6 ；改善了带钢表面质量，粗糙度降低2 1 3 3 ，氧化铁皮细孔缺陷挑出率从0 1 降到0 0 3 ，降低了0 0 7 。具有明显的经济和社会效益。 关键词：热连轧、轧制润滑、试验、摩擦系数、磨损 e x p e r i m e n ta n dr e s e a r c ho nr o l l i n gl u b r i c a n t t e c h n o l o g yi nh o t s t r i p f i n i s h i n g mi l lm e i s h a n s t e e l a b s t r a c t b e c a u s eo fd e c r e a s ef r i c t i o n a lc o e f f i c i e n to f r o l ls u r f a c ea n dc h a n g eo ft h r e e o r i e n t a t i o n s t r e s si nc o n t a c ta r to fd e f o r m a t i o na r e a ，t h ea p p l i c a t i o no f l u b r i c a n tt e c h n o l o g yi nr o l l i n gc a n d e c r e a s ei nr o l l i n gp r e s s u r e ，e n e r g yc o n s u m eo fr o l l i n ga n dw e a ro f r o l l ，i n c r e a s ei ns u r f a c e q u a l i t yo fs t r i pa n dj o be f f i c i e n c yo fm i l l i nt h i s p a p e r , t h el u b r i c a n tt e c h n o l o g ya c c o r dw i t hf i n i s h i n g h o t s t r i p m i l l 14 4 2i n m e i s h a n - s t e e lw a se s t a b l i s h e db yi n d u s t r i a le x p e r i m e n t a tt h es a m et i m e ，t h ee f f e c tt or o l l i n g p r e s s u 。e s ，e n e r g yc o n s u m p t i o no fr o l l i n g ，w e a r so fr o l la n ds u r f a c eq u a l i t i e so fs t r i pw e r e i n v e s t i g a t e d f o rd i f f e r e n tm i l l ，t h ee f f e c to fl u b r i c a n tt e c h n o l o g yh a so b v i o u sd i f f e r e n c e s ，a n de f i e c t t of1 f 3f i n i s h i n gm i l li s b i g g e rt h a nt h a to ff 4 - f 6f i n i s h i n gm i l l d e c r e a s eo fr 0 1 1w e a ra n d h o l ed e f e c to ff e r r i co x i d e ，a n di m p r o v e m e n to fs u r f a c eq u a l i t i e so fs t r i pw e r ew o r k e db y i s o l a t i o nu s eo fl u b r i c a n to i lf i l mb e t w e e nr o l la n ds t r i p a f t e ru s eo fl u b r i c a n tt e c h n o l o g y , t h ec o n c l u s i o ni s a sf o l l o w s ：a tf i r s t ，d e c r e a s eo f r o l l i n gp r e s s u r ei s5 19 ；a v e r a g ed e c r e a s eo fo v e r a l lp o w e ro fm o t o ri s 3 8 ；e l e c t r i c s a v i n go f p e rt o ns t e e li s4 0k w h ；d e c r e a s eo f r o l lw e a ri s3 5 s e c o n d ，i n c r e a s eo f r o l l i n g y i e l di s6 6 i ns a m er o l lw e a r t h i r d ，i ni m p r o v e m e n to fs u r f a c eq u a l i t i e so f s t r i p ，d e c r e a s eo f c o a r s e n e s si s21 3 3 ；p e r c e n t a g eo fh o l ed e f e c to ff e r r i co x i d ed e c r e a s ef r o m0 10 t o 0 0 3 ；t h ed e c r e a s er a n g ei s0 0 7 b a s eo nu p w a r d sc o n c l u s i o n ，t h el u b r i c a n tt e c h n 0 1 0 9 y h a v ee v i d e n te c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t i v k e yw o r d s ：h o tc o n t i n u o u sr o l l i n g ； r o l l i n gl u b r i c a t i n g ； e x p e r i m e n t ； f r i c t i o nc o e f f i c i e n t ；w e a r a b s t r a c t i i i 目录。i v 第一章绪论1 1 1 项目的研究意义1 1 2 立题背景2 1 3 研究内容和目标4 1 3 1 主要研究内容4 1 3 2 研究目标4 第二章热轧轧制润滑工艺技术研究和状况5 2 1 国外热s l s l n 润滑工艺技术发展状况5 2 1 i 热s l s l 匍j 润滑剂的发展情况5 2 1 2s l n 润滑剂的供给方式6 2 2 国内典型钢厂热轧轧制润滑工艺的应用和技术发展状况。1 0 2 2 1 武钢热s l s l n 润滑技术研究和试验情况1 0 2 2 2 宝钢热s l 车l n 润滑情况1 0 2 2 3 其它钢厂试验情况1 0 2 3 轧制润滑理论及影响因素1 1 2 3 1 摩擦、润滑、磨损的基本概念1 1 2 3 2s l n 润滑机理1 3 2 3 3 轧制润滑的影响因素1 3 第三章轧制润滑工艺试验方法1 9 3 1 试验条件和对象1 9 3 1 1 生产工艺简介1 9 3 1 2 试验对象2 0 3 1 3 精轧机组设备参数2 1 3 1 4 轧制润滑系统设备简介2 1 3 2 试验钢种和规格2 3 3 3 试验用润滑油2 3 1 v 东北大学硕士学位论文 目 录 3 4 试验方法和内容2 4 3 5 试验方案2 4 3 6 试验参数检测方法和仪器2 6 3 6 1 轧制力测量。2 6 3 6 2 电动机功率测量2 6 3 6 3 油压、油量等参数的测量2 6 3 6 4 轧辊直径、辊型的测量2 6 3 6 5 粗糙度的测量2 6 第四章试验结果与分析。2 7 4 1 初步试验结果和分析2 7 4 1 1 初步试验结果2 7 4 1 2 初步试验结论2 8 4 2 扩大试验结果和分析。2 9 4 2 1 轧制润滑对轧制力能参数的影响2 9 4 2 2 轧制润滑对轧辊磨损的影响3 1 4 2 3 轧制润滑对带钢表面质量的影响3 3 4 2 4 轧制润滑对环境和冷却水的影响3 5 4 3 试验结果的原理分析3 6 4 3 1 润滑对轧制力能参数的影响分析3 6 4 3 2 轧辊磨损分析3 8 4 3 3 润滑对带钢表面质量的影响研究分析柏 4 4 对进一步提高轧制润滑效果的建议4 1 第五章效益评估。4 3 5 1 直接经济效益4 3 5 2 间接效益。4 4 第六章结论。4 5 6 1 结论4 5 6 2 今后的研究方向4 6 参考文献4 7 s c 谢4 9 v 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 项目的研究意义 轧制润滑工艺是轧钢生产中改善产品质量、降低消耗、提高产量的一个极其重要的 技术环节。在轧制中应用润滑工艺主要目的是降低变形区接触弧表面上的摩擦系数和摩 擦力。众所周知，轧制时轧辊与被轧件接触表面的摩擦力是建立轧制过程实现金属塑性 变形不可缺少的，这是摩擦的积极因素；但是另一方面，摩擦使变形力、能耗增加，加 速轧辊的磨损，影响产品的表面质量【1 、2 矗4 、5 1 。正因为如此，近年来，轧钢润滑工艺理 论与实践上不断取得突破和发展，采用良好的润滑工艺己成为冷轧板带生产的必要条 件，同时润滑工艺也逐渐成为热轧生产的一项重要新技术，受到冶金行业的普遍重视。 轧制润滑工艺是指在轧制时通过特定的方式将润滑剂带入轧制变形区，使轧辊与被 轧件之间形成一层润滑油膜，该油膜改变了传统的轧辊与被轧件间的金属金属的直接 接触，大大降低了轧辊与被轧件间的接触摩擦系数和摩擦力，改善了变形区三向压应力 状态和变形流动性，从而降低了轧制压力和能耗，减少轧辊磨损延长轧辊寿命，提高带 钢表面质量和轧机作业率。 一 润滑工艺技术在冷轧生产中早已取得成功应用经验和理论上的突破，在锻钢、挤压、 有色金属轧制方面也早已采用润滑工艺。但在热轧板和型钢方面的工作长期处于摸索阶 段【5 】。1 9 6 8 年，首先在美国获得成功应用，随后日本、西欧、前苏联等国也相继开展了 热轧润滑工艺的研究工作与实际应用【6 】。目前，全世界已有数十套热带钢轧机应用了润 滑工艺技术，并取得可喜成效【7 1 。根据文献、叼介绍，可降低轧制力1 0 3 0 ，轧辊磨损 降低4 0 - 7 0 ，能耗降低1 0 - - , 2 0 ，同时可改善带钢表面质量，使带钢表面氧化铁皮的数 量、结构发生变化，加快了冷轧酸洗的速度。 一 随着钢铁市场对热轧薄带钢产量的更大需求和对质量的更高要求，对于连续化、高 速化、大型化、自动化水平越来越高的热带钢轧机，轧辊的使用周期相对缩短，频繁的 换辊造成轧机的产量损失越来越突出：另方面，为降低成本，增强市场竞争力，“以 热代冷”的市场发展趋势要求更高质量的热轧薄板，替代冷轧板，特别是高性能的热轧 薄板目前主要采用铁素体区轧制润滑技术为主【8 。1 ，因此，热轧轧制润滑工艺技术的研 究受到业界的高度重视。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 立题背景 1 ， 梅钢1 4 2 2 热连轧机组于1 9 9 6 年3 月2 8 日正式投产，配置了一座2 5 0 t h 的加热炉， 设计年产量1 1 5 4 万吨，2 0 0 1 年的实际产量是1 4 8 万吨。其后分别进行了两次大规模的 在线技术改造工程，即在2 0 0 1 - 2 0 0 2 年完成“精轧机f 1 卷取机”的改造，2 0 0 5 2 0 0 6 年 一 完成“粗轧机 f 0 精轧机”的改造，轧机的辊身长改为1 4 4 2 m m 。这第一次的大规模的技 改后，新增了2 8 加热炉。经过0 1 0 2 年的第一次大改造后，2 0 0 2 年和2 0 0 3 年实际生产 产量已分别达到1 6 0 和2 2 0 万吨。机组出口最大速度设计为1 5 9 8 m r a i n ，实际最高速度 1 4 m m i n ，产品规格为( 1 2 1 2 7 m m ) ( 6 5 0 1 3 2 0 m m ) ，产品有普碳钢、优碳钢、低 合金钢、焊瓶钢、汽车大梁钢、管线钢、耐侯板等，其中4 0 左右为供冷轧用原料。 热轧板厂在工艺和质量控制方面存在三大问题：一是板型差；二是精轧机组轧辊磨 损严重，换辊周期短；三是带钢表面质量差。这些问题的存在严重制约着热轧产量和质 量的进一步提高。因此，在进行第一次在线技术大改造的前后，梅钢就开始致力于轧制 润滑工艺技术的研究，并在2 0 0 3 年完成润滑系统设备的安装调试，进入试验阶段。 轧辊的磨损主要是轧辊与带钢间的摩擦、轧辊周期承载引起的表层机械疲劳、被轧 件周期加热和冷却水周期冷却引起的热疲劳所造成的损伤。通常，轧辊磨损只考虑局部 磨损和均匀磨损，均匀磨损主要是热疲劳引起的，局部磨损是轧辊表面带状损伤，主要 是由于二次、三次氧化铁皮积累引起的。轧辊的磨损与轧辊材质密切相关【i 。 完成第一次技术改造后，梅钢1 4 4 2 m m 热连轧精轧机组工作辊的材质为：f 0 为半 钢、f 1 f 3 为高铬铸铁轧辊、f 4 一f 6 为高铬镍无限冷硬铸铁轧辊( 详见表1 1 ) 。根据统 计，梅钢2 0 0 2 2 0 0 3 年精轧工作辊吨钢消耗为0 5 k g 左右，与先进水平存在较大差距。 由于磨损严重，一个轧制单位的s l n 量只能控制在1 0 0 0 1 5 0 0 吨，频繁换辊影响了轧制 。 生产能力的最大发挥；另一方面，由于磨损严重，导致带钢表面粗糙和大量的氧化铁皮 细孔缺陷。 表1 1 精轧机组工作辊的材质 ! 唑：! ：! 丛型呈! i 垒! 旦! q 巳皇垒i 呈! 里! ! q ! 塞i 翌g ! q ! ! i 望! ! 里i ! 垒i 璺g 里! ! ! 机架f o w r f 1 。f 3 w rf 4 f 6 w r - 2 东北大学硕士学位论文第一章绪论 带钢表面粗糙和氧化铁皮细孔缺陷给冷轧生产带来如下影响： ( 1 ) 经过酸洗后，带钢表面粗糙，屋麻点状，对热轧酸洗板和热轧镀锌板是一个致 命缺陷。热轧酸洗主要是“以冷代热”，用户大多用于涂镀。由于麻点影响，涂镀后表面 出现漏镀及镀层脱落等，表面反光不均，影响外观质量，严重者完全报废，随着产量的 增加，用户质量异议也不断提出i l u ；对热镀锌板的影响也是同样的，加之其它因素的影 响，导致了热轧镀锌板开发工作处于停滞状态【l2 1 。另外，在酸洗过程中，由于带钢表面 粗糙，增大了带钢表面吸附面积，酸液中的大量铁粉颗粒吸附在带钢表面使带钢发黑， 无金属光泽，而正常带钢板面应呈银白色，具有金属光泽。 ( 2 ) 在冷轧轧机的大压下量轧制过程中，轧辊与带钢间的摩擦，产生大量直径小于 i u m 的铁粉颗粒，这些颗粒的存在加剧了磨粒磨损，产生更多的铁粉颗粒，流入轧制乳 化液中，一方面污染了乳化液，另一方面，大量吸附在带钢表面污染带钢。带钢表面粗 糙会加剧冷轧时轧辊与带钢间的摩擦，使铁粉颗粒的产生和吸附残留更加严重。根据实 际检测，梅钢热轧的带钢产品在经冷轧轧制后，表面残铁量高达1 4 0 - 2 0 0 r n g l m 2 ，而宝 山分公司仅为5 0 m g m 2 左右【1 3 1 4 1 。根据文献研究表明，带钢表面残留铁粉颗粒是热镀 锌工序产生锌粒、锌疤缺陷的直接原科”】。 另外，轧制润滑工艺是热轧超薄规格和高性能热轧薄板生产的重要条件。根据文献 6 j 介绍，日本川崎钢铁公司在千叶厂3 号热轧机上利用“无头轧制”配合轧制润滑工艺等 技术开发出1 0 r a m 、0 9 m m 、o 8 m r n 的超薄热带钢。其研究表明，在轧制过程中。随着 带钢变薄，弹性模量迅速上升，0 9 m m 时为1 2 m m 的2 倍，0 8 m m 时为1 2 r n m 的3 倍。 通过采用润滑工艺后，0 8 m m 的热轧带钢与0 1 5 r a m 的冷轧处于同一水平。对铁素体区 热轧与轧制润滑的关系研究表吲8 9 1 ，要大幅提高热轧薄板的深冲性能，必须进行i f 钢 的铁素体区轧制。而在i f 钢铁素体区热轧时，要想获得良好的深冲性能，热轧轧制润 滑工艺也是不可缺少的条件之一。近年来，国内珠钢、邯钢、包钢相继建成薄板坯连铸 连轧生产线，以生产薄带钢为主，宝钢股份宝山分公司通过轧制润滑也成功生产出 1 2 m r n 的热轧带钢，正在开发1 0 m r n 及以下热轧带钢。随着热轧薄带钢的质量提高， 在许多行业，“以热代冷”成为可行。热轧薄带钢的市场需求和容量越来越大，而市场供 应能力相对较小，造成市场紧俏。因此，其附加值远大于普通规格热轧带钢。 梅钢1 4 4 2 热连轧机组设计最薄规格为1 2 7 m m ，2 0 0 2 年实际极限只能轧到1 6 m m ， 而且生产中存在轧机负荷大、电机过流无法加速、影响终轧温度的命中率，轧制过程不 稳定等问题，由此带来的产品质量很不稳定、辊耗和换辊周期短、能耗增加明显，生产 3 东北大学硕士学位论文第一章绪论 计划难以实施，无法满足连续生产以及冷轧厂和市场上对薄规格产品的需求。 综上所述，轧制润滑技术的应用是梅钢降低消耗、提高质量、拓展规格、发挥产能、 生产高质量高性能高附加值热轧薄板产品的迫切需求。进行热轧轧制润滑工艺的研究已 是当务之急，可以解决热轧工作辊磨损、提高带钢表面质量，同时可为开发极薄规格和 高附加值新产品提供有利条件。 1 3 研究内容和目标 ， 热；l s l n 润滑工艺技术在国外已取得成功应用，并积累了丰富的经验，在国内宝钢 股份宝山分公司的2 0 5 0 、1 5 8 0 热连轧机上也成功应用了该技术。但是，热轧轧制润滑 工艺是一项实践性极强的应用技术，对于不同的轧机系统，应有不同的润滑系统和工艺。 本课题主要研究适用于梅钢1 4 4 2 m m 热轧精轧机特点的轧制润滑工艺，并应用在实际生 产中，解决困扰精轧机轧辊磨损和带钢表面质量问题。 1 3 1 主要研究内容： ( 1 ) 轧制润滑对轧制力影响的规律； ( 2 ) 轧制润滑对轧辊磨损的影响； ( 3 ) 轧制润滑对带钢表面质量的影响； ( 4 ) 制定适用于梅钢1 4 4 2 m m 热连轧精轧机组特点的轧制润滑工艺。 1 3 2 研究目标： 。 ( 1 ) 轧制力下降5 1 5 ； ( 2 ) 轧辊磨损降低2 0 4 5 ； ( 3 ) 轧制能耗降低2 5 ； ( 4 ) 带钢表面质量明显提高； 。 ( 5 ) 润滑液消耗0 3 5 公斤吨钢。 4 东北大学硕士学位论文第二童热轧轧制润滑工艺技术研究和状况 第二章热轧轧制润滑工艺技术研究和状况 2 1 国外热轧轧制润滑工艺技术发展状况 轧制润滑工艺对冷轧的重要性早己为人们所认识，而热轧轧制润滑工艺的重要性只 是在近三十年来才为人们所认识、接受，并得到工业应用。特别是在成功解决了热轧固 有的苛刻条件与润滑工艺之间的矛盾后才进入实用化阶段。1 9 6 8 年，美钢联的大湖钢铁 厂在带钢热连轧机组上应用q u a k e r 化学公司的热轧润滑油进行润滑轧制取得成功后， 日本、前苏联等国家相继开展了热轧轧制润滑工艺技术的试验研究。迄今在日本己有8 0 的热连轧机采用了润滑工艺技术1 6 1 7 1 ，前苏联的扎波罗热1 6 8 0 热轧机、马格泥托可 尔斯基1 4 4 2 热轧厂等数十家钢厂【1 矗1 引、西欧部分热轧机均采用了润滑工艺技术。 2 1 1 热轧轧制润滑剂的发展情况 由于热轧通常是在8 0 0 - 1 1 0 0 的高温条件下进行，变形区辊面温度高达4 5 0 5 5 0 ，必须用大量的冷却水。在这种条件下对变形区进行有效的润滑，润滑剂必须具备以 下性能【1 、1 8 】： ( 1 )具有良好的润滑性能。 ( 2 )具有良好的粘着性和耐水淋性。 ( 3 )具有良好的冷却能力。 ( 4 )抗乳化性强，易与水分离。 ( 5 )无污染，不与带钢、设备发生化学反应。 ( 6 ) 价格低廉。 因此，热车l t g l n 润滑剂有三种性能，第一种是工艺性能，其影响轧制过程的s l n 压 力、电流、轧辊寿命、轧件表面质量等；第二种是使用性能，主要是制备和供给润滑剂 的难度系数，当使用条件发生变化时，其性能的稳定性以及对设备的影响；第三种是指 环卫性能，是否影响感觉，对人体是否有不利影响，以及对周围环境的影响。 轧制润滑剂可分为：固体润滑剂、稠状润滑剂、液体润滑剂。 固体润滑剂与稠状润滑剂主要材料有玻璃、木素、云母、氮化硼等，它们的高温性 能比液体润滑剂好，但是，这两种润滑剂需通过制成块或粉，用皮带输送或人工方式输 送到辊面，施与外力附着在辊面上；或通过管线用压力空气或蒸汽喷射到辊面上，存在 着很大的难度。其表现在： s 东北大学硕士学位论文第二章热轧轧制润滑工艺技术研究和状况 ( 1 ) 在轧辊上的润滑剂的量测量不准； ( 2 ) 固体润滑剂沿辊身长度上分布不均匀，这不仅造成轧辊磨损不均匀，还可能造 成轧制不稳定； ( 3 ) 将固体润滑剂和稠状润滑剂熔化后带入变形区，残留在轧件和轧辊上的残留物 清除困难。 由于以上原因，这两种润滑剂只限于实验室研究和试验，未能在工业上应用，只有 液体润滑剂才得到了工业化应用。从试验室试验研究到轧机的工业应用，液体润滑剂的 三种性能( 工艺性能、使用性能、环卫性能) 完全满足热轧工艺要求。在使用性能上， 无论是润滑剂制备、输送、计量、控制等环节，还是从轧件表面清除的难度上，液体润 滑剂比固体润滑剂或稠状润滑剂都要简单。 液体润滑剂以矿物油、合成油、动物油为基础油，添加特殊的添加剂调配而成。液 体润滑剂按使用形式可分为纯油、油一水混合液、乳化液三种形式。选择液体润滑剂的 标准应是能最有效发挥润滑性能且耗量小。就润滑性能而言，纯油，特别是添加提高辊 面附着性的纯油更好，但在这种情况下必须考虑经济性，即润滑剂耗量最小。水一油混 合液是将水与油机械混合，以水为油的载体，将油附着在辊面上。对于这种润滑剂而言， 当润滑剂喷到轧辊表面上时，混合相中的分散相( 油) 的分布均匀性、颗粒度最为重要。 水能够精确控制和调节油相，对有机物润滑剂的热效保护起良好作用，且油水分离容易。 乳化液具有最优的使用性能，因为乳化液中油含量稳定，但是乳化液中乳化剂的亲水一 亲油基团是热轧润滑技术的一个致命缺陷。第一，油相从乳化剂中析出附着n - 辊表面 困难；第二，乳化液能使游离油乳化，造成冷却水污染。 各种润滑油的工业应用证明，就其综合性能而言，水一油混合液是最为人们接受的， 在国外也是使用最为广泛的润滑形式。 2 1 2 轧制润滑剂的供给方式 润滑工艺的效率取决于润滑剂的喷涂部位和喷涂方式。目前，润滑剂的喷涂部位大 致有三种【1 9 2 0 2 1 1 ( 如图2 1 所示) ：a 直接向机架出i e 处工作辊与支承辊之间的间隙供 给润滑剂；b 直接向支承辊供给润滑剂；c 直接向变形区供给润滑剂。 a 方式是最为有效和合理的，因为此种喷油方式，润滑剂与轧辊的接触时间延长， 轧辊表面上的润滑剂随之增加。此外，在工作辊和支承辊的接触区域，油一水混合物中 的水从润滑剂中排除，润滑油层增加，油膜厚度最厚2 引，但是此种方式对油品的综合性 能要求也最高。目前，使用较多的是向变形区供给润滑剂的方式。 6 东北大学硕士学位论文第二章热轧轧制润滑工艺技术研究和状况 a 穗 ( 图2 1 润滑剂喷涂部位示意图 f i g 2 1l u b r i c a n to i ls p r a y i n gl o c a t i o ns k e t c h 喷油方式大致有四种： ( 1 )纯油喷射式 此种方式是将润滑油以一定压力，用喷嘴直接喷向轧辊【l 】，以美国纱伦钢铁厂1 5 2 4 热连轧机为代表( 见图2 2 ) 。该种装置的重要元件是喷嘴，喷嘴要使喷出的油呈扇形平 面，保证沿辊身长度方向润滑油均匀附着。该系统的缺点是油容易在轧辊上集聚，钢带 容易打滑；喷嘴孔小，易堵塞。 图2 2 纯油喷射系统示意图 f i g 2 2p u r eo i lj e t t i n gs y s t e ms k e t c h 1 一泵2 一电机3 一过滤器4 一阀5 一蒸气加热器6 一旁管7 一压力表 8 一阀9 一电磁阀l o 一挡水板1 1 一油1 2 一擦辊器1 3 一冷却水 ( 2 )直接涂布法 润滑剂通过管线送入，经毡片擦辊器把润滑剂涂抹在轧辊表面。采用此种方法，润 滑剂不只局限在变形区，而且还可以润滑中间辊，同时润滑剂沿辊身长度分布均匀，装 7 东北大学硕士学位论文第二章热轧轧制润滑工艺技术研究和状况 备费用少，并能清除轧辊表面粘附的氧化铁皮，防止由此造成的磨损。图2 3 为日本新 日铁土界厂热连轧机的润滑剂直接涂布装置示意图【2 3 】。 万囱 、一 2 图2 3 日本新日铁土界厂润滑剂直接涂布示意图 f i g 2 3d i r e c ti m b r u i n go i ls y s t e ms k e t c ho fn i p p o n - s t e e lj a p a n l 一支承辊2 一工作辊3 一轧件4 一水5 一安装板6 一螺钉7 一u 形架 8 一主管9 一支管1 0 一供给装置1 1 一油管1 2 一压力表1 3 一阀1 4 一泵 1 5 一油箱1 6 一油1 7 一粗滤器1 8 、2 0 、2 2 一毛毡1 9 、2 l 、2 3 一橡皮 ( 3 )水一油混合液喷涂法 该方法是将润滑剂与水按一定比例混合，通过喷射系统喷到所要求的部位。此方法 以水为载体，不仅解决了喷嘴的堵塞，而且更能发挥润滑效果。此方法又分为两种： ( a ) 混入轧辊冷却水系统：将润滑剂按比例混入到轧辊冷却水系统中，并与轧辊 冷却水同时喷向轧辊，这种方法虽然能解决喷嘴堵塞问题，但耗油量大，而且大量 含油冷却水进入轧机冷却水中，造成大量润滑油浪费和冷却水的污染，其次控制调 节油浓度困难，所以这种方法很少采用。 8 东北大学硕士学位论文第二章热轧轧制润滑工艺技术研究和状况 ( b ) 单独油一水混合系统：将润滑剂与水按要求比例预先混合，通过喷射系统喷 到轧辊上，而不和轧辊冷却水混到一起。此种方式需要增设一套油一水混合系统， 但由于使用灵活，耗油量小，润滑效果好，是目前通行的方式。在日本，绝大多数 热连轧机工艺润滑均采用该方法。图2 4 为带静态混合器的油水混合润滑系统示意 图【2 4 1 。 图2 4 带静态混合器的油水混合润滑系统 f i g 。2 4m i x t u r eo fo i la n dw a t e rl u b r i c a n ts y s t e mw i t hs t a t i cm i x e r 1 、1 0 粗滤器2 、4 、1 2 、1 4 压力表3 计量泵5 、8 、9 、1 1 阀6 、1 9 止回阀7 润滑控制螺旋 管 1 3 水压调节器1 5 稳压阀1 6 节流环1 7 车l 机水管1 8 静态混合器2 0 区域选择阀2 1 i 区喷嘴2 2 i i 区喷嘴2 3 支承辊 ( 4 )乳化液喷射系统 该方法是把润滑剂先配成乳化液，然后通过喷嘴喷到轧辊上【k 们，这种方法的优点 是在工作辊与支承辊接触区润滑剂通过能力高，但乳化液中油水难分离，需要一套单独 的乳化液处理系统。 - 9 东北大学硕士学位论文 ( 5 )乳化液蒸汽雾化润滑系统 该方法是先将润滑剂制成乳化液，通过蒸汽 2 2 国内典型钢厂热轧轧制润滑工艺 2 2 1 武钢热车l 车l n n 滑技术研究和试验情况 1 9 8 1 年，武钢钢研所，热轧厂、武汉油脂化学厂等单位联合开展了热轧轧制润滑油 的研制【2 6 1 ，并优选出三种配方子8 3 年在涟钢跟踪轧机成品机架上进行了半工业试验， 采用雾化法喷油方式。电流降低4 1 1 8 4 ，轧制力降低4 1 1 4 8 5 。随后在武钢1 7 0 0 热连轧机f 3 机架上进行了单机架试验【2 7 】，8 4 年又在f 3 、f 4 、f 5 机架上进行了连轧工 艺试验，总功率下降3 0 1 5 7 ，电流下降4 0 2 8 ，轧制力下降6 0 - 3 8 ，辊耗降低 5 0 。 1 9 8 4 年1 1 月、1 9 8 5 年6 月两次在2 8 0 0 可逆式中厚板轧机上进行了试验 4 1 ，轧制电 流下降5 7 3 ，辊耗降低3 0 6 9 。 2 2 2 宝钢热s l 车l nn 滑情况 9 0 年代中期，宝钢股份公司在宝山分公司2 0 5 0 轧机f 2 f 5 机架上进行了工艺润滑 试验和工业应用1 1 5 】，润滑设备系统有美国n a l c o 公司提供，采用润滑油供给变形区的喷 油方式。先后应用了n a l c o 公司和中国江苏靖江恒丰化工有限公司生产的热轧轧制润滑 油，取得如下效果：轧制力下降1 0 1 5 ，* l n 长度由9 0 公里延长到1 3 0 公里，大大 提高了轧机作业率和产量，吨钢成本降低了1 7 6 9 元【l4 1 。1 9 9 8 年下半年又在1 5 8 0 轧机 进行了试验，吨钢油耗在0 1 5 k g 以下，效果明显【2 引。 2 2 3 其它钢厂试验情况 鞍钢曾在1 7 0 0 轧机成品机架上进行过平板和花纹板的轧制润滑试验【2 2 9 3 0 1 。轧制 花纹板时，轧机电耗降低8 0 7 1 9 。1 5 ，轧平板时电耗降低7 0 1 3 0 6 ；花纹板的豆高 合格率从3 4 5 提高到7 2 2 。太钢于7 4 年8 4 年在炉卷轧机上进行了热轧工艺试验【6 j ， 试验钢种为普碳钢、不锈钢。轧制压力分别降低1 8 2 1 5 、1 1 1 4 4 ，轧制电流分别 降低1 5 2 0 、9 1 3 3 ，轧辊使用寿命平均提高5 4 。攀钢、成都钢管厂也曾在6 0 k g m 钢轨和无缝钢管上进行过轧制润滑试验p 。 1 0 东北大学硕士学位论丈 第二章热轧轧制润滑工艺技术研究和状况 2 3 轧制润滑理论及影响因素 2 3 1 摩擦、润滑、磨损的基本概念 z 3 1 1 摩擦 广义上讲，摩擦就是在外力作用下，当一个物体相对于另一个物体表面有运动或运 动趋势时，作用在两物体共同界面上的切向阻力摩擦分为四种基本形式【l 】：干摩擦、 边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦。 在摩擦体表面没有任何润滑剂或玷污物( 包括周围介质微粒) ，这种条件下的摩擦 叫干摩擦( 见图2 5 a ) ，习惯上又叫非润滑摩擦。当接触表面存在极薄油膜( 其厚度正 在1 1 0 - 1 u m 左右) 时的摩擦叫边界摩擦( 见图2 5 b ) 。摩擦体表面存在较厚的润滑 油层，这时完全不存在表面不平度的直接咬合( 见图2 5 b c ) ，这种条件下的摩擦叫液体 摩擦。实际上，最常见的是混合摩擦，即干摩擦、边界摩擦的组合( 见图2 5 d ) 或液体 摩擦、边界摩擦及其他摩擦的组合( 见图2 5 e ) 。 轧辊 带钢 a 轧辊 带钢 2 d 带钢 b 轧辊 带钢 c 图2 5 表面接触状态示意图 f i g 2 5s 仃i ps u r f a c ec o n t a c ts t a t u ss k e t c h e 2 3 1 2 润滑 润滑分为固体膜润滑、极压( e p ) 润滑、边界润滑、流体厚膜润滑、流体动力润滑、 混合膜润滑【7 1 。 东北大学硕士学位论文 第二章热轧轧制润滑_ r - e 技术研究和状况 ( 1 ) 固体膜润滑。由于工具、工件表面附着一层诸如氧化膜、金属膜、聚合物等 物质，防止了金属间的直接接触，降低了接触面的剪切强度。 ( 2 ) 极压润滑。极压润滑是固体膜的一种变化形式，区别在于接触点的剪切强度 更低。 ( 3 ) 边界润滑。两接触表面间的摩擦和磨损不是取决于整体粘度，而取决于表面 和润滑剂的特性的摩擦条件下的润滑。 ， ( 4 ) 流体厚膜润滑。两物体间的界面膜足够厚，可以忽略表面不平度的影响，并 在假设接触物体为刚性情况下的润滑。 ( 5 ) 流体动力润滑。流体润滑分两类：弹性流体动力( e h d ) 润滑和塑性流体动 力( p h d ) 润滑。e h d 润滑理论认为实际润滑剂的粘度随着压力的增加而增加，两接 触表面的材料发生弹性变形；p h d 理论是e h d 理论的一个扩展，材料发生塑性变形。 ( 6 ) 混合膜润滑。既以上两种或几种润滑形式的组合。混合膜润滑的机理如下： ( a ) 润滑剂进入变形区，膜厚不足以使接触表面完全分开； ( b ) 由于工件材料表面的不同沉陷，产生了表面油池中的局部流体厚膜，引起 工件表面的粗糙。随着变形的进行，所夹的润滑剂不及工件表面延展快，使 得表面增加部分成为边界接触。 ( c ) 工件、工具表面的微凸体及圆角半径对混合膜润滑的塑性变形几乎没有影 响，界面的大部分实际上处于边界接触，这样，工具表面的特征就会印到工 件表面上。 ( d ) 当选择好合适的工具和工件材料组合时，仅在很少的金属间接触点处引起 粘着。当发生粘着时，会导致剥落。 ( e ) 电化学效果在润滑作用中起重要作用，尤其在润滑流体是电解质的情况下 更是如此。 2 3 1 3 磨损 工具、工件在变形过程中的逐步损耗称为磨损。磨损过程是一个非常复杂的现象， 通常包括许多不同磨损的同时机械作用。根据伯韦尔( b u r w e l l ) 的研究结果【7 1 ，可将磨 损分为四类： ( 1 ) 粘着磨损。这种磨损产生于工具与工件表面的微凸体犁过界面膜的情形，粘 着可能引起冷焊，进一步的相对滑动使接合处破坏。 1 2 第二章热轧轧制润滑工艺技术研究和状况 这是由较硬微凸体( 两相磨损) 或由表面间的颗粒( 三相磨损) 磨料磨损的阻力是硬度的函数，硬度越大，磨损阻力越大。 这种磨损出现于周期承载情况下。重复的加载常常在工具表面产 随后的加载、卸载过程中扩展。当微裂纹达到一定的临界尺寸时， 面，结果造成板状颗粒从表面脱落，当脱落颗粒较大时称为剥落， 表面形成麻点或麻坑。热轧过程中的热疲劳对轧辊的损伤极大，产 嵌网。 化学磨损是由于润滑剂、工具、工件及环境之间的摩擦化学反应 而引起的磨损。 2 3 2 轧制润滑机理 根据沙耶( s c h e y ) 的研究表明【l 7 、3 2 1 ，热轧润滑的机理与采用润滑剂的形式有关， 不同形式的润滑剂其润滑机理是不一样的。不同的研究者对热轧润滑机理有不同的观 点。综合前人的研究结果，对于采用液体润滑剂时的润滑机理总结如下： 。 ( 1 ) 热轧液体润滑属于混合膜润滑。 ( 2 ) 液体润滑剂瞬间( 在百分之一千分之一秒) 通过变形区，少部分燃烧挥发， 部分在变形区进行热分解，其分解产物同样具有润滑性能，而大部分润滑剂通过变形区 不发生化学变化，保持其原有性质和性能，通过轧辊和带钢表面带走。 ( 3 ) 润滑剂进入变形区，一方面填充轧辊和带钢表面大量的微凸体，使带钢和轧 辊表面成为“平”的接触，减弱了轧辊和带钢之间微凸体的粘着、