精轧机工作辊辊面氧化膜的控制.doc

精轧机工作辊辊面氧化膜的控制赵建勇，闫萍（唐山不锈钢有限责任公司 轧钢部）摘要：分析了氧化膜生长机制、分布形态及变化规律，探讨了氧化膜失效对辊面粗糙度和磨损状态的影响，结合1 580 mm生产线的实践提出了控制轧辊温度、降低剪切应力的改进措施。关键词：精轧机；工作辊；辊面；氧化膜；控制1概述 热轧精轧机工作辊处于高温、高应力、水蒸气等工况条件,工作辊表面会形成一层薄的、致密的但是耐磨的氧化膜。完好致密的辊面氧化膜不仅可以降低带钢和工作辊之间的摩擦因数、防止热裂纹向辊体扩展、阻止带钢热量向辊体扩散从而延长工作辊的工作周期和使用寿命,而且可以提高带钢的表面质量。相反,氧化膜不均匀脱落,将造成辊面的不均匀磨损,直接影响辊形、动态辊缝和带钢断面凸度。2 辊面氧化膜的形成2.1氧化膜的产生机理 工作辊辊面的氧化膜是在辊面、带钢以及轧辊冷却水形成的高温、高应力、水蒸气等工况条件下，通过辊面中铁离子和氧的扩散来形成和生长的：大气中的氧分子吸附在辊面的表面上发生离解获得电子而生成氧离子，然后与辊面基体内的铁离子相遇并生成氧化膜。氧离子继续向轧辊内部扩散，与此同时，铁离子和电子从铁表面释放并向氧化膜表面输送，氧离子和铁离子在氧化膜中的某处相遇并生成新的氧化物。2.2氧化膜的宏观形态 下机后的工作辊，辊面氧化膜按其宏观形貌以及粗糙程度大体可分为以下几种形态： （1）辊面均匀分布一层呈银灰色或浅蓝色的薄氧化膜，表面光洁，此时能够完全满足带钢表面的质量要求，而且可以装入轧机继续使用。 （2）辊面氧化膜也呈银灰色或浅蓝色甚至蓝色，但是辊面光洁度较差，无法满足某些对表面有特殊要求的带钢的质量要求，需要换辊。 （3）氧化膜较厚呈黑色时，氧化膜表面分布着致密的龟裂纹，存在局部划伤和脱落，粗糙度明显增大且分布不均匀，会导致带钢产生三次氧化铁皮等缺陷。 （4）氧化膜裂纹明显扩展，造成辊面氧化膜脱落，形成流星斑、回纹、斑带和大面积脱落等氧化膜异常缺陷。 综上所述，氧化膜的厚度决定了其宏观形貌，氧化膜的宏观形貌又决定了热轧带钢的表面质量，理想的辊面氧化膜意味着辊面颜色保持银灰色,经过长时间的轧制,也不会发生脱落,这对于减少热轧工作辊磨损和异常事故非常有利，因此良好辊面氧化膜的建立与维护成为了重中之重。随着氧化膜的厚度不同，其颜色也不断变化,颜色越深则氧化膜越厚。其中，以灰色以及浅蓝色的氧化膜厚度为最好，银色氧化膜由于太薄不耐磨，易引起轧辊辊面粗糙；而蓝色、深蓝色以及黑色的氧化膜会出现橘皮现象或者脱落。这是由于氧化膜的抗剪强度及与基体的结合强度随着氧化膜的厚度增加而降低。当氧化膜呈深蓝色或黑色时, 其厚度通常会超过2 m，在轧制力的反复作用下,氧化膜沿碳化物周围萌生微裂纹,致使辊面粗糙度升高、耐磨损性能下降，严重者形成大面积脱落等氧化膜异常缺陷。3 良好辊面氧化膜的建立 要想建立理想的氧化膜，关键在于工作辊上机后开轧初期的辊身温度控制，因此要制定严格的烫辊制度和工作辊冷却水水量制度。轧钢时必须严格按规定进行烫辊：计划换辊后开轧前 5 块钢时，轧辊冷却水的水量要由F7 轧机的65%向上游机架依次增大，两块钢的轧制时间间隔为5min，保证轧辊的平缓预热； 轧制后 5 块钢时，轧辊冷却水的水量F7为70%，同时上游机架依次增大，连续两块钢的轧制时间间隔为3-4min,适当提高辊温, 加速轧辊氧化膜的形成；轧制第 11 块钢之后,水量恢复到100 % ,以防止氧化膜进一步加厚而剥落，烫辊期间轧制节奏要慢, 以确保轧辊辊面氧化膜建立良好。4 工作辊辊面氧化膜的维护 建立了良好的辊面氧化膜后, 在轧制过程中还应重点维护，维护的重点在于轧辊温度的控制以及降低剪切应力的作用。4.1轧辊温度的控制 热轧过程中工作辊的瞬时表面温度为500700 ,辊体温度超过60 。影响氧化膜增长的关键因素是工作辊表面温度，因此,加强工作辊强冷却,缩短辊面处于高温状态的时间,是控制辊面的氧化膜厚度、热凸度、减少热裂纹的重要手段。资料1显示，当轧辊温度控制在某一范围内时, 轧辊辊面氧化膜维护良好, 热轧带钢表面不会产生氧化铁皮缺陷。 （1）轧辊周向温度的控制。辊面从与带钢的接触弧出来后,为了缩短辊面处于高温状态的时间，必须尽快将温度由700 降至300 以下,以防止进一步氧化。可以采取在轧辊入口侧布置两排喷嘴、出口侧布置3排喷嘴的冷却水装置,通过加大出口侧冷却水量、减少入口侧水量以加强工作辊的冷却效果。另外，在高温卷在同一轧制计划中编排过多时，还要通过控制轧制的节奏的快慢来调节轧辊的冷却效果。 （2）轧辊轴向温度的控制。由于轧制时，带钢与轧辊的宽度不同，这就造成了轧辊在轴向上温度分布不均，这直接影响了工作辊氧化膜的保持和带钢断面控制,存在局部氧化膜较厚或脱落现象。通过对工作辊冷却水分布进行优化,加大了工作辊中部的冷却水量,辊面轴向温度明显分布均匀,氧化膜的厚度和颜色趋于正常。另外，轧辊冷却水喷嘴的通畅与否是影响轧辊温度在宽度方向上均匀性的另一主要原因。因此每次换辊时都应对轧辊冷却水喷嘴进行检查。如有堵塞现象要立即进行更换，以确保轧辊冷却水的正常投入。4.2降低剪切应力作用辊面氧化膜受到的剪切应力是其失效脱落的另一个重要因素，减少其因受到的交变应力、摩擦力引起的剪切应力是维护氧化膜的一个主要措施。 （1）降低有负荷引起的剪切应力。精轧机工作辊载高温、高速、大压下量和骤冷骤热条件下工作，其辊面氧化膜周期承受着巨大的交变应力，如果轧机F1F7 的负荷分配不合理，某一个或者几个机架的负荷过大，造成工作辊辊面氧化膜达到疲劳极限, 辊面氧化膜就会产生裂纹,当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,在工作辊和热轧带钢之间的强大剪应力作用下,辊面氧化膜就会产生剥落。在生产实践过程中，1 580mm生产线轧机F2在所有机架中负荷分配最大，在前一段时间F2轧辊表面氧化膜脱落比较严重。因此负荷的合理分配对氧化膜的保护至关重要。如生产中发现某机架的负荷过大时, 可适当将该机架的负荷分配到其他机架,或者将一部分负荷调整到粗轧机，以减少对辊面氧化膜的剪切破坏作用。 （2）使用轧制润滑油减少摩擦引起的剪切应力，轧制润滑油可以降低带钢与轧辊氧化膜的摩擦力以及轧制力。在生产中未投入使用轧制油，所以效果有待于进一步研究。5 结论 工作辊的氧化膜形态特征决定了失效形式,氧化膜的厚度不同,颜色也不同。颜