降低钢轨轧辊消耗工艺技术研究.doc

林 刚:1998年毕业于重庆大学金属压力加工专业，同期分配到新钢钒轨梁厂，先后在轧钢车间、技术科、万能轧钢车间工作。参与轨梁厂万能线建设，负责部分工艺工作。先后参与新标准09CuPTiRE耐大气腐蚀槽钢的研制等多个科研项目工作，担任国家十五攻关项目“高速重载钢材新技术研究”子项目“工艺参数及液压AGC自动控制技术对尺寸精度的影响研究”负责人。2007年到技术质量部负责重轨、型材新产品开发工作。降低60kg/m钢轨轧辊消耗工艺技术研究林 刚(新钢钒技术质量部)摘 要：研究了轨梁厂万能线生产60kg/m钢轨的轧辊消耗，得出万能线辊耗偏高主要由BD2轧辊、万能水平辊和轧边辊辊耗高造成。在此基础上，提出了孔型展宽、优化孔型配置、增大孔型侧壁斜度及负展宽车削等技术方案，较好地解决了万能线辊耗偏高的问题。关键词：钢轨；轧辊消耗；万能轧制；孔型；车削40 引言轨梁厂万能线产品定位设计为钢轨与H型钢，随着市场形势的变化，万能线已逐渐变成生产钢轨为主。在钢铁生产原材料不断上涨的情况下，如何降低生产成本，对于提高企业市场竞争力意义重大。轨梁厂钢轨生产成本主要包括水电费、人工成本、轧辊消耗、管理费等几部分，其中轧辊消耗约占生产成本的20。因此，降低轧辊消耗对于降低轨梁工序生产成本意义重大。通过对孔型设计、孔型配置及孔型恢复车削等方面的系统研究，成功地找到了导致万能线轧辊消耗偏高的主要因素，并提出了相应的解决方案，较好地解决了轧辊消耗偏高的技术难题，有效降低了攀钢钢轨的轧制成本。1 轧辊消耗偏高原因分析轨梁厂万能生产线机械设备主要从德国西马克公司引进，按照合同要求，其工艺也由该公司负责。其中60kg/m钢轨为考核重点品种之一，其孔型分布为：开坯机BD1设计六个箱形孔；开坯机BD2轧机设计一个梯形孔、一个帽形孔、三个轨形孔；万能粗轧机组UR1/E1轧制三道次；万能粗轧机组UR2/E2及万能精轧机UF各轧制一道次。 在60kg/m钢轨达产后，发现在采用该孔型系统条件下，BD2轧辊、UR1 和UR2水平辊及UF水平辊消耗偏高，从而导致了整个万能线的轧辊消耗成本增加，主要有以下三方面因素。1.1 BD2轧辊消耗偏高原因分析BD2机架配置孔型为梯形孔、帽形孔、轨型切深孔、轨型延伸孔和先导孔，均采用直轧孔型设计。直轧孔型系统与斜轧孔型系统相比，具有孔型切槽浅、大辊径轧辊使用少、轧辊轴向力小和轧制精度高等优点。但是，由于轧制不均匀变形主要集中在轨型切深孔和轨型延伸孔，加之轧槽切入深度大、轧槽在切深轧制过程中与轧件剧烈摩擦，导致轧辊磨损不均匀，磨损量大。梯形孔、帽型孔和先导孔磨损则相对较小，轧制量远大于切深孔和延伸孔。但由于BD2机架轧件表面质量直接影响到成品表面质量，因此在切深孔和延伸孔过度磨损后就需更换轧辊，造成其余孔型轧制量浪费，辊耗无形中增加。另外，BD2轧辊材质为锻钢，虽然强度高，但耐磨性差，在轧制过程中辊面产生麻点现象严重，而且磨损极不均匀，从而导致辊耗增加。以上两因素导致了BD2孔型磨损严重，单套轧辊轧制量低（约3.5万t）。同时，在60kg/m钢轨生产工艺中，BD机单套轧辊价格最高。因此，降低BD2轧机轧辊的消耗可以大幅度降低生产成本。1.2 万能轧机水平辊消耗偏高原因分析从60kg/m钢轨标准断面看，其轨底上表面由两段斜线构成，而万能水平辊侧壁斜度按标准断面斜度设计，在实际生产过程中，万能水平辊侧壁（轨底侧）单次磨损量约2mm，按正常车削，每次必须车削20mm才能完全恢复孔型形状，由此导致万能轧机水平辊使用次数减少，轧辊消耗增加。即断面特征是造成轧辊消耗偏高的另一因素。1.3 轧边机辊耗偏高原因分析由于铸铁轧辊相对铸钢与锻钢轧辊耐磨性好、不粘氧化铁皮，利于提高钢轨表面质量。因此，轧边机一般都选用铸铁轧辊。虽然在订购轧辊时对轧辊辊面硬度均匀性、工作层深度及工作层硬度梯度都有要求，但在实际使用过程中发现，工作层在使用5080mm后其硬度梯度变化加大、均匀性变差，造成轧辊磨损加快，从而使轧辊消耗增加。2 采用的技术措施及效果2.1 降低BD2轧辊消耗技术措施通过以上分析，提出了孔型展宽、优化孔型配置及增大孔型侧壁斜度等技术措施，解决直轧及锻钢材质带来的BD2轧辊消耗偏高问题。2.1.1 孔型展宽在钢轨孔型设计中，通常孔型设计定型后，每次车削是不允许改变孔型尺寸的。但BD2孔型侧壁斜度小，若将磨损的侧壁沿轧辊轴向车削1mm，则需在轧辊径向车削100mm，这必将导致轧辊使用次数大大减少，导致辊耗亦相应增加。因而在不影响出钢、孔型充满等情况下，允许孔型有一定展宽显得尤为重要。在确定孔型展宽量时,综合考虑了孔型出钢、孔型充满等情况，确定了各孔展宽量，见表1。表1 BD2孔型展宽量规定孔号传动侧/mm操作侧/mm轨形切深孔 610轨形延伸孔 610先导孔 6102.1.2优化BD区孔型配置通过优化BD区孔型配置，将BD2的梯形孔、帽形孔移至BD1；BD2的轨形切深与轨形延伸孔各增加一备用孔，这样配置BD2单套轧辊轧制量可增加一倍。2.1.3增大轨型延伸孔侧壁斜度从轧辊磨损情况看，轨型延伸孔磨损最严重，轨型切深孔次之，先导孔磨损最轻；而轨型延伸孔磨损最严重的部位为开口腿侧壁，因此，增大其侧壁斜度有利于降低轧辊消耗。借鉴工字钢设计经验，其侧壁斜度由2增大为4。2.1.4降低BD机轧辊消耗技术措施应用效果按以上优化方案车削1套BD1、BD2轧辊，并上线试验，BD1、BD2各孔出钢正常，各翻钢道次均能实现自动翻钢。轧后对BD1、BD2轧辊单次轧制量进行统计：BD1轧制13100t，BD2轧制7020t，各架轧机轧辊单次轧制量完全达到预期值，其中BD2轧辊单套轧制量达到了6万t。2.2 降低万能水平辊消耗技术措施2.2.1 降低UR1/UR2水平辊消耗技术措施从生产实际情况测量，腿尖部分的斜线段磨损最严重，单次轧制3000t该段磨损量为2.0mm，完全恢复车削量为20mm，万能水平辊允许最大车削量为160mm，按该车削量车修1套轧辊使用次数为8次，总轧制量为2.4万t，则UR1/UR2水平辊吨钢消耗为18.7元。为了降低吨钢轧辊消耗，提出了轧辊负展宽车削方式（即允许轧辊实际尺寸比设计值小）。通过采用负展宽车削方式，UR1水平辊单次车削量由20mm降为15mm，即吨钢轧辊消耗降为7.5元；UR2水平辊单次车削量由15mm降为12mm，即吨钢轧辊消耗降为7.2元。2.2.2 降低UF水平辊消耗技术措施由于UF腹腔尺寸直接关系到成品尺寸，因此，其腹腔尺寸不允许按负展宽进行车削。降低UF轧辊消耗的关键在于充分利用轨头侧壁斜度较大的特点，采用向轨头侧偏移（即轧辊中心线偏移向轨头）的车削方式，这样可以有效降低UF轧辊单次车削量。UF轧辊最难恢复的是斜线段，该部位通常磨损量在2.0mm左右，单纯采用沿轧辊直径方向车削方式，车削18mm才能完全恢复，而在轨头斜度条件下，磨损量在2.0mm时，只需要车削6mm就能完全恢复。因此采用将轧辊中心偏移向轨头的车削方式，也就是将腹腔斜线段需要的恢复量转移到轨头，使整个UF水平辊各部分需要的车削量基本保持一致，这样轧辊单次车削量就会大大减小。通过分析，采取了偏移约2.0mm的车削方式。采用该车削方式后，轧辊单次车削量为10mm，轧辊消耗降低50。2.3 降低轧边机轧辊消耗技术措施由于铸铁轧辊具有良好的耐磨性及不粘氧化铁皮特性，是轧制高表面质量钢轨的首选材料，因此从轧辊材质方面降低轧辊消耗的可能性已不大。通过研究轧边机孔型配置及辊身长度，发现可通过增加轧辊孔型配置数量达到降低轧辊消耗的目的。为此，提出了在E2轧边机轧辊上再增加1个孔型的技术方案，即由原来配置3个孔型增加为4个，由此，轧辊消耗降低了30。2.4 综合应用效果 采用前述相应技术措施后，整个万能线生产60kg/m钢轨的轧辊消耗吨钢成本降低了57.2元，取得了较好的效果，见表2。表2 各机架轧辊吨钢消耗情况 元项目改进前吨钢消耗改进后吨钢消耗吨钢消耗降低量BD157.157.10BD257.133.323.8UR118.77.511.2UR218.77.211.5UF19.29.69.8E23.93.00.9合计174.7117.757.23 结论（1）通过系统分析，准确找到了万能线生产60kg/m钢轨轧辊消耗偏高的主要原因是:BD区孔型配