高速钢轧辊爆槽原因分析及控制

轧辊与高温轧件接触，表层温度快升并随后水 冷温度骤降，这种激冷激热的工况使轧辊径向产生 不断循环的温度梯度，轧槽周围产生疲劳热应力，随 着轧制时间的增加，热应力不断增加，特别是当轧制 异常状况下，如事故卡钢、循环水故障等，会造成辊 面局部过热，热应力骤增，随后产生沿晶分布呈龟裂 状的垂直裂纹，热疲劳裂纹一旦生成就沿碳化物和 基体的界面迅速扩展。由于高速钢轧辊碳含量较高 （1.5%～2.0%），合金总量超过 15%，热膨胀系数较 大，具有较高的裂纹敏感性，当应力达到轧辊强度承 受极限时，轧槽底部横肋间或槽间隔环等应力集中
2）优化 K3、K4 切分楔。预切分处楔尖圆弧半径 一般设计为 1.4～2.0 mm，切分道次楔尖半径一般设 计为 0.6～0.9 mm，从设计角度出发，要求这两道次
1
135°
40
30
A向展开
1- 下轧辊；2- 进口导卫；3- 上轧辊；4- 进水管；5- 方管；6- 喷嘴； 7- 轧件；8- 出口导卫
作者简介：王建（1970—），男，现为山东钢铁股份有限公 司 莱 芜 公 公 司 棒 材 厂 工 程 师 ， 从 事 管 理 工 作 。 Tel: 0634- 6823451，E- mail:xl_3102@
点就会产生爆裂（爆槽），形成事故［1］。 2.2 机械及摩擦应力产生的裂纹
轧制过程中，作用在轧辊上的机械应力主要包 括：由轧制载荷产生的直接剪应力、弯曲应力和为了 驱动轧辊克服轧制摩擦力所必需的转矩而产生的扭 转剪切应力、轧辊与轧件之间的相对滑动产生的摩 擦力［2］。轧件咬入和抛出瞬间产生的机械冲击负荷， 也会加剧机械应力的作用。生产实践过程中异常，如 冷却水使用不当或飞剪切头误差造成的“黑头钢”， 调整不当造成的低温轧边、低温拉丝或其他硬质杂 物，进入轧槽后都会产生剧烈的冲击载荷，极具破坏 性。高速钢轧辊虽然有较高的硬度和耐磨性，但韧性 和抗冲击能力较低，当机械应力裂纹达到一定极限， 极易引发轧槽爆裂事故。现场发现，机械应力裂纹无 明显分布特征，属于斜裂纹，一般逆轧制方向扩展且 扩展速度较快，一旦发生，很难控制。 3 控制措施 3.1 改善轧机浊环水水质
轧机系统冷却水直接与冷却设备接触，用后水 质较差，主要污染因子是悬浮物和 pH、废油等。水质 达不到要求会影响轧辊冷却效果，严重时在管道或 喷嘴内结垢堵塞，为此，棒材厂在原平流池加药自然 沉淀的基础上，增加了高效斜板化学除油器、污泥压 滤机等设备。轧机冷却回水汇入铁皮沟，自流入旋留 沉淀池，经初步沉淀后，提升至污水化学除油器，经 加药沉淀、除油、pH 值调整，自流入泵站热水井，用 冷却泵提升至冷却塔降温后，泵送到冷水井，再由循 环水泵送至浊环水用户。根据轧辊冷却对水质要求， 轧机浊环水水质应满足下页表 1 的要求。 3.2 水量、水压的要求
热轧工作辊实际工作时，往往同时承受热疲劳、 机械、摩擦等应力的综合作用，要想减少高速钢轧辊 爆槽事故的发生，必须综合考虑轧辊使用工况。上述 措施实施后，高速钢轧辊爆槽次数由原来的每月 4～5 次降到目前的不到一次，有效降低了工艺故 障，提高了生产效率及产品质量。
参考文献 ［1］ 符寒光，刑建东.高速钢轧辊制造技术［M］.北京：冶金工业出
严格控制过钢量，防止轧辊的过度使用，带肋钢 筋 K1 辊单槽过钢量推荐 400～450 t、预切分辊 K4 辊 2 000～2 500 t，修复轧辊时确保轧槽边部、底部 裂纹全部车削掉，尤其槽口处不得有黑皮、细小裂 纹；严格安装出口导卫装置，不得造成导卫直接接触 轧槽；严格控制轧辊进口冷却水量，以减轻对轧件头 部激冷；加强生产过程中的动态监控，减少缠辊故 障，缠辊时，必须用冷却水将缠辊的废品全部冷却至 室温，才允许停水处理废钢。 4 结语
生产中轧辊冷却水压力应维持在 0.4～0.6 MPa
2012年第 3 期
王建：高速钢轧辊爆槽原因分析及控制
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表 1 轧机浊环水水质控制标准
参数
单位
控制值 参数 单位 控制值
pH
7～9 总铁 mg/L ≤1.0
3
浊度
NTU
＜30 油分 mg/L ≤5
2
总硬度 mg/L（以 CaCO3 计） ＜500 氯离子 mg/L（以 Cl- 计） ≤400
1）增大轧槽中心距。为避免槽间爆裂，满足进口 导卫要求的情况下适度增大轧槽中心距。一般轧制 Φ10～Φ14 mm 带肋钢筋时，轧槽中心距由原来的 10 mm 增加到 15 mm，Φ16～Φ25 mm 轧槽中心距由 原来的 15 mm 增加到 20 mm，Φ25 mm 以上轧槽中心 距增加到 25 mm。同时加大槽口圆角，由原来 0.8 mm 加大到 1.2 mm，以此减轻应力的集中。
引起的，通过实施冷却水应用改进、工艺参数优化等措施，减少了爆槽事故的发生，提高了生产效率。
关键词：高速钢轧辊 爆槽 原因分析 控制措施
中图分类号：TG333.17
文献标识码：B
收稿日期：2012- 03- 19
山东钢铁股份有限公司莱芜公公司棒材厂现有 4 条钢筋生产线，年产建筑用螺纹钢、矿业锚杆钢、预应力 精轧螺纹等 270 万 t，为提高钢筋表面质量及生产效率， 2010 年起开始在精轧机组推广使用高碳高钒系列高速 钢轧辊，替代原来的高铬铸铁及无限冷硬球墨铸铁轧 辊。经使用对比，高速钢轧辊的耐磨性及耐表面粗糙性 明显优于普通轧辊，单槽过钢量可以提高 5～6 倍，轧材 表面质量、外形尺寸精度明显改善，轧辊的性价比较高。 但是，在原轧辊使用工况的环境下，发现成品槽 K1 及切 分、预切分槽 K3、K4 轧槽频繁出现爆槽现象，主要表现 为成品 K1 轧槽底部螺纹横肋掉块和两相邻轧槽中间辊 环崩裂，K3、K4 轧槽切分楔龟裂，造成生产事故及钢材 合格率下降，给生产及产品质量带来较大影响。为此，棒 材厂对高速钢轧辊使用工况、工艺参数等进行了全面优 化，以适应其自身特性，减少事故发生。 2 轧辊爆槽原因分析 2.1 疲劳热应力产生的裂纹
总第 137 期 2012 年第 3 期
文章编号：1672-1152（2012）03-0072-02
山西冶金 SHANXI METALLURGY
高速钢轧辊爆槽原因分析及控制
Total 137 No.3，2012
王建
（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司棒材厂， 山东 莱芜 271104）
摘 要：系统分析了高速钢轧辊使用工况，明确了轧辊爆槽主要原因是由热疲劳、机械、摩擦等应力的综合作用
版社，2007. ［2］ 文铁铮，郭玉珍.冶金轧辊技术特性概论［M］.石家庄：河北科
技技术出版社，1995.
（编辑：苗运平）
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图 1 螺纹钢 K1 辊三切分冷却喷淋装置示意图
轧槽既要有较高的耐磨性，又要具有一定的韧性,否 则极易发生楔尖过度磨损或楔尖崩掉，因此，满足切 分要求的前提下，圆弧半径尽可能取上限值。
3）严格控制 K2 料型宽度与轧槽内径比值不超 过 1.7 倍。防止 K2 宽度过大，造成 K1 压下量过大， 造成金属流动快，在轧件反复作用下，导致轧槽出现 细丝状掉肉或形成周期性掉块。 3.5 严格工艺纪律
传统的轧槽冷却一般在轧件进口、出口两端上 下辊各设置一个冷却喷嘴，喷嘴的大小及喷射角度 较随意，不能做到标准化，致使轧槽冷却不均匀，轧 辊温度过高，经常因冷却问题造成轧槽爆裂。为保障 高速钢轧辊的冷却要求，避免热应力的急剧增加，根 据轧制规格对冷却水量的不同要求，专门设计了呈 环形分布的组合喷淋装置（见图 1）。采用不锈钢材 质，喷射水幕宽度超出轧槽槽口宽度 2～4 cm，喷射 水幕沿轧辊切线方向成 30°夹角，出口端环 1/2 轧 槽水量占总水量 70%，进口导卫冷却水尽量不要直 接喷淋到轧件上，防止造成黑头钢。靠近出口导卫处 为主喷嘴，水量为整个轧槽上总水量的 30%，保证把 冷却水喷到轧槽中刚刚脱离轧件的部位，目的是把 轧槽上的热量迅速置换，减少热应力的生成。由于下 辊的冷却条件比上辊差，因此在设计下辊的冷却喷 嘴时，计算总水量比上辊增加 10%～15%。 3.4 优化轧槽工艺参数
电导率 Us/cm ＜1500 细菌 个 /mL ＜1.0×105
50
A
30°
4
5 6 7
8 4
3LLຫໍສະໝຸດ 500Φ403
之间，根据不同的轧制规格及速度采用不同流量的 冷却喷嘴，轧制 Φ10～Φ50 mm 钢筋时，单槽冷却水 量一般控制在 300～500 L/min。根据环境温度变化， 及使调整水量与水压。特别是北方冬季，当环境温度 降到摄氏 - 10 ℃以下时，应加强运行监护，轧辊在冷 状态开轧时过钢频率不宜过快，让轧辊有一个缓慢 温升的过程，经测试，停止过钢后，轧槽表面温度与 环境温度差控制在 15 ℃以内为宜。 3.3 改变传统的轧槽冷却方式