承钢高速线材生产线精轧机炸辊环原因分析及改进措施

吴春东　赵丁　刘福申　梁艳军

（河北钢铁集团 承德分公司棒线厂）

摘　要：通过对承钢辊环炸裂事故的深入调研，分析影响辊环炸裂的主要原因，并对辊环的使用、安装等提出改进措施以减少辊环炸裂现象，节约生产成本。

1、前言

承钢高速线材生产线精轧机组共10架，由5架Φ230轧机和Φ170轧机组成，10架轧机采用顶交45°形式布置，辊环采用碳化钨硬质合金，通过锥套连接在轧辊轴上。热轧过程中，由于碳化钨辊环承受着高温、轧制应力、热腐蚀、冲击负荷等，因而经常出现辊环炸裂现象，不仅影响生产效率，还大大增加了备件消耗，致使企业生产成本上升。据统计，承钢年两条高速线材生产线辊环炸裂共计122片，直接造成经济损失近100万，为了减少碳化钨辊环的炸裂现 象，对辊环炸裂的原因进行分析并提出改进措施。

2、碳化钨辊环炸裂原因分析

2.1 高速区堆钢

从辊环炸裂原因分析，以上的辊环炸裂是由堆钢事故造成。辊环设计可承受健倍的正常轧制力，但当发生堆钢时 会使辊环承受更大的额外应力，因而造成炸裂。高速区堆钢主要原因有导卫、导槽安装不正及磨损严重、导卫粘铁皮、导辊不转、轴承烧损、轧件劈头以及辊缝设定错误、水冷段冷却水开启过早、速度不匹配等等都会造成堆钢。另外，轧制中产生断线也会引起机架间堆钢。

2.2 热疲劳

轧制过程中，热轧件与轧槽表面接触，使辊环表面温度升高，这部分金属要产生膨胀，而 辊环深层的金属温度由于温度升高较小，就会对辊环表面金属产生压应力反之，当辊环表层被冷却水急冷后，表层金属收缩，而深层的金属收缩不如表层金属大，就会对表层的金属产生一个拉应力，这种反复交变的热应力极易产生热疲劳裂纹，造成辊环槽底出现微裂纹，槽底出现微裂纹会使材料强度明显下 降。据资料介绍，1mm深的裂纹使材料强度降至300-500MPa；2mm深的裂纹使强度降至250-350MPa，3mm深的裂纹，则使强度降至200-300MPa。若轧制量过多，裂纹过深，未及时换辊，微裂纹延伸将会使微裂纹边宽变深，或出现龟裂纹，严重就会造成辊环碎裂甚至爆裂。

2.3 辊环安装不当

精轧机辊环的装卸有明确的工艺要求，但生产过程中操作工为了求快，往往忽略这些操作工艺要求，在辊环清洁、锥套清洁方面做得不够。当接触面不洁净时改变了摩擦系数，不能保证轧制力矩，造成锥套打滑、辊环松动严重时出现辊环炸裂。另外在安装辊环过程中，若辊环与锥套及辊轴之间的配合过紧，将使处在张力状态下的辊环因温升产生径向裂纹过松则使轧制中的辊环与锥套和轴之间产生相对滑动，造成接触面磨损或刮痕，破坏辊环。

2.4 冷却条件不好

虽然辊环材质的导热率是钢的2-3倍，但有效的冷却对辊环的使用寿命仍至关重要。在轧制过程中辊环会产生热疲劳裂纹，为了减少裂纹，必须用冷却水把热量带走，在轧制过程中，辊环表面可达500-600℃，冷却水压过高或过低都会影响辊环的冷却效果。水压高于1MPa，当水被喷到槽孔后会弹起来，造成对辊环的冷却效果不好，使辊环槽孔的热量没有被及时地带走造成辊环温度升高，严重时导致碎辊。水压低于0.6MPa，由于辊环转速较高，辊环冷却水会在辊环车瞻上形成一层蒸气层，使辊环冷却水不能冲破蒸气层，不能把辊环轧槽的热量及时带走，导致辊环温度升高造成辊环碎裂。同时冷却水水量要充足，如水管喷嘴堵塞或冷却水水量不足，也会影响辊环的使用寿命。

2.5 冷却水质不好

水质会对精轧机辊环的寿命造成很大影响，碳化钨辊环对水质的酸碱度有特殊要求。实验证明，当PH值小于7.2时，对钴的腐钊功口剧，会使得碳化钨颗粒脱落，在轧槽内形成裂纹，裂纹在轧制中进一步延伸，最后造成碎辊。水质PH值大于7.2时，不仅对硬质合金辊环腐蚀减少，提高寿命，而且对车晰的腐蚀也减少，起了保护作用。冷却水中的悬浮物对硬质合金辊的腐蚀影响也很大，固体粒子在轧制时如同磨料的作用致使轧槽的微裂纹较快的扩大 和延长，当微裂纹扩散到一定程度时易造成辊环破碎。

2.6 磨削液质量不合格

磨削液对辊环的磨削起到润滑、冷却、清洗、防锈作用，正确选用合格磨削液，可以降低磨削温度，减少磨削力，改善工件表面质量。磨削液选用不当，容易造成磨削负荷增大，磨削时砂轮剧烈跳动导致辊环表面出现波纹，光洁度差，并且会使辊环中的钻元素从辊环中稀出来，使轧制的产品质量及辊环的过钢量明显下降，严重时出现炸辊环现象。

2.7 其他

辊环本身的材质及生产工艺存在缺陷。碳化钨硬质合金辊环一般有热压、冷压、热等静压、冷等静压四种工艺方法，以获得辊环内部组织的致密性，确保辊环的耐磨性及足够的强 度，但由于生产过程中，受各种因素的影响，生产出来的辊环，在其组织内部，会出现如同铸造工艺产生的沙眼，造成辊环炸裂。另外还有由于安装辊环时压力太大，导致拆卸辊环时卸不下来，造成人为将其炸裂。

3、减少碳化钨辊环炸裂改进措施

3.1 控制高速区堆钢

正确安装导卫，每次在更换精轧导卫时，要对精轧内各架进出口导卫的对中情况进行检查，确保各架导卫安装合适。以减少由于导卫对中不好所造成的对辊环的冲击力及辊环碎辊的几率。轧件头、尾应切除干净，以免铁皮带入辊槽。正确配辊并根据料型合理调整辊缝。按规定设置头部未穿水冷却段长度，避开水箱高压水对轧件头部的冲击。合理调整料型，特别是小规格线材的生产，要严格炉前挑废，减少高速区轧件断线。

3.2 控制轧制量定额

精轧机寸辊环的单槽毫米轧制量控制在5000吨以内，6寸辊环的单槽毫米轧制量控制在3000吨以内，达到额定轧制量时要及时修磨。避免超额轧制，避免辊环裂纹向内部扩展。修磨时每次的进刀量要小，避免对辊环造成应力集中，一般将进刀量控制在每次0.01mm。

3.3 正确安装辊环

避免为了求快乎略细节，在安装辊环前，必须用无水酒精清洗辊轴、锥套和辊环，保证接触面洁净掌握好打压压力，40-45Mpa。不能过紧或松动。严禁用铁锤或其他硬物敲打辊环。运输、安装过程中严禁辊环的相互碰撞，以防损坏辊环。

3.4 合理冷却

辊环工作时冷却系统冷却水水压要保证在0.6-1MPa，冷却水的水量应控制在250~300L/min；喷水方向为径向，与辊环方向成15°~30°，冷却水的水温应控制在35℃；实验表明，冷却水与轧槽转切线方向呈合适夹角能达到最佳冷却效果。另外，精车躁作工在每次换辊换槽、换导卫时，要认真检查冷却水管，并对各架辊环表面温度进行检查，以判定各架辊环冷却效果，减少由于冷却不好而造成的炸辊环。

3.5 改善水质

冷却水进行沉淀和净化处理，将水中固体粒子的含量控制在小于15mg/L，冷却水的PH值控制在7.2~7.9，可以泛组经济的冷却效果。

3.6 正确采用质量合格磨削液

在动平衡、锥套、冷却水温度和压力、碳化钨辊环材质等均正常状态下，有效降低辊环炸裂与正确选择和使用磨削液有必然的联系。磨削液必须采用科技含量高且使用中必须按比例进行配比，按时更换，会对辊环的磨削加工起到润滑、冷却、清洗、防锈作用，降低辊环炸裂。

3.7 其他

严格把关辊环的生产工艺，确保辊环内部组织的致密性、耐磨性及足够的强度，避免出现沙眼运输、安装过程中严禁辊环之间的相互碰撞，以防损坏辊环要正确安装辊环，如果遇到卸不下来的情况，选用超高压手动液压泵卸辊环，尽量避免人为炸裂。

4、结束语

通过对承钢高线精轧机辊环使用过程中的辊环炸裂原因进行深入分析，以及改善措施的实施，2011年上半年，承钢两条高线辊环炸裂次数较去年减少39%，取得了良好的效果，为企业挖潜增效降成本做出了突出贡献。

来源：2012年河北省轧钢生产技术暨学术年会

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