世界最高轧制速度的冷轧技术.docx

世界最高轧制速度的冷轧技术JFE冷冈铁公司设计出极薄板带基板高效轧制的专用冷轧机，与通常定型设计的冷轧机相比，可实现各种规格高速轧制以往，由于轧制润滑及冷却问题，导致轧件表面缺陷，尚达不到最高速度轧制1995年7月，JFE钢铁公司东日本制铁所千叶第一冷轧厂对镀锡（马口铁）基板2号串列式冷连轧机组（2号TCM）进行各种高速轧制技术研发，最高轧制速度从设备改造前的2260m/min增速到改造后的2813m/min,实现了世界上冷轧机最高速度的轧制近年来，随着罐用钢板薄型化，对板带纵向及横向的板厚精度更为严格继1993年7月在东日本制铁所千叶第一冷轧厂所有轧机的支承辊上采用滚柱轴承，1995年7月又对各轧机采用高响应性的主电机，控制板带边缘悬垂由此，提高板带在稳态及加减速轧制纵向板厚精度，同时提高了板带横向板厚精度在2号TCM上灵活实施这些轧制技术后，可实现轧后板厚＜0.15mm的极薄板带高精度、高速冷轧1. 设备概要2号TCM轧机于1963年投建，1984年改为全连轧，使板带头尾两端的板厚精度明显提高，实现自动化和节能化轧机主要技术条件示于表1该轧机特点是以2813m/min速度连续轧制平均厚度0.24mm的高精度冷轧薄钢板，作镀锡薄板、无锡薄板或镀锌板等表面处理钢板用基板。

另外，供油系统采用直接导入轧制油的方式1.1 提高板厚精度提高纵向板厚精度以往采用油膜轴承支承辊的轧机，受各机架支承辊偏心影响，板厚变化很大，且由于摩擦系数发生变化而引起轧制速率不均，产生速度及张力变化是造成板带加、减速区的冷轧板带变厚的主要原因因此，为提高板带纵向板厚精度，将支承辊的油膜轴承改为滚柱轴承，同时将轧机主电机由DC电机改为AC电机，其速度响应性从原先8rad/s提高到45rad/s支承辊改为使用滚柱轴承后，消除了支承辊偏心，恒速轧制区的板厚变化降低50％；提高轧机主机速度响应性，使各机架间的速度差控制在1％以内，使在加、减速区轧制厚度波动值7.4％和恒速轧制区厚度波动值2％分别减少到1.6％和1％，提高了厚度精度1.2 提高横向板厚精度为控制2号TCM轧机横向板厚精度，1995年7月安装边缘悬垂控制设备边缘悬垂测量仪的设置在传动装置的1号机架出口侧，控制响应性好为确保轧后的板厚精度，设置在最后1个机架的出口侧移动位置的配置方法是，为得到轧制后所需断面，以2〜6号机架轧制时板带边悬垂量为基准，计算出1号机架出口侧所需断面，依据热轧卷断面数据得出1号机架辊距，通过迭代计算，设定工作辊位移。

该边缘垂落控制设定计算模型，通过比较WRS-6的设定位置和经反馈控制的实际位置，可知带边缘悬垂控制具有高精度工作辊位移的设定计算结果与反馈控制修正的位移误差控制在±12mm如将位移和给与板厚偏差的影响系数换算，板厚误差±1.5pm，完全达到设定精度东日本制铁所千叶第一冷轧厂采用能测定整个板卷长度和宽度方向板厚的边缘垂悬落量仪作为确保板带纵长质量保证体系的手段由80KVX—射线放射源、X—射线发生器、传感器和小车道轨组成该C型框架式板带断面传感器，该装置覆盖680〜1300mm板宽范围，量板带宽度为537mm能同时测定间隔1.4mm的宽度方向板厚采用整个长度方向边缘悬垂的反馈控制系统，板带产品头尾的横向板厚精度达到5％以内1.3 开发极薄板带高速轧制技术高速轧制技术为轧制极薄马口铁板带，轧机需有高的生产率鉴于轧制润滑及冷却问题，有时尚不能实现最高轧制速度为此东日本制铁所千叶第一冷轧厂对2800m/min冷轧工艺采用神经网络图将问题归纳为热条纹、颤振、热引起的轴承破坏和平直度解决方法包括采用最好的润滑油、工作辊高效冷却、高耐磨性工作辊、轴承润滑系统和平直度控制系统以高润滑性的新轧制油、出口侧带特殊密封的冷却介质、粗糙度再生的工作辊、带传感器和过滤器的新型轴承和多通道区域冷却介质作突破点。

为实现高速轧制，应提高轧制润滑冷却能力，得到长时间稳定的工作辊最佳摩擦系数至关重要，另外，还需考虑高速轧制产生的机械负荷，尤为长时间高速连轧，不可缺少防轴承烧损技术开发耐磨工作辊、高润滑轧制油、高效冷却技术和高速板型控制系统，解决此课题1.4 耐磨工作辊提高轧机的轧制效率和降低成本，须有耐磨性优异的工作辊为得到价廉且磨削性好，东日本制铁所千叶第一冷轧厂开发了添加微合金元素，有效析出硬质碳化物的加Ti型工作辊，提高耐磨性比较5%Cr轧辊与Ti增强型轧辊的实时粗糙度变化可见，5%Cr轧辊在轧制长度500km的辊面粗糙度变化达0.2》m,前期磨损显著；而Ti增强型轧辊在轧制长度2000km的辊面粗糙度变化仅为0.05》m以内，磨损非常小，为前者的轧制距离2倍以上还不见粗糙度降低运用这个特性，Ti增强型轧辊前期磨损小，轧制时一直能保持磨损前期低粗糙度的最佳摩擦系数由于长时间能保持该粗糙度，减少了轧辊换辊次数5%Cr轧辊的轧制长度为500km，需经长时间加速，轧制速度才能提到1800〜2200m/min,轧制速度会出现颤振；而Ti增强型轧辊可直接将轧制速度提速至2200m/min以上，轧制速度恒定。

通过采用加Ti型轧辊，该冷连轧机组换辊后立即可以最高速度轧制且由于延长轧辊寿命，增加最高轧制速度所占轧制时间比例，显著提高轧制率开发高润滑性轧制油（1）新乳化抑制剂实现高速轧制，润滑至关重要采用直接导入轧制油的供油系统的冷轧机，将轧制油有效提供钢板显示乳化稳定性指数（E.S.I）几乎接近零，提高板带轧制速度带负离子静电荷的棕榈油粒子和抑制乳化添加剂的抑制乳化机理由添加剂+脂肪酸一高聚合物阳离子完成通过中和带负电荷的微细化乳胶液粒子能够促进凝聚，采用正离子性高分子凝集剂作为乳化抑制剂使用乳化抑制剂后，E.I.S指数几近于零，轧制润滑稳定性不会随时间而变化2）研发轧制油基油采用乳化抑制剂，大幅降低E.S.I指数，得到稳定轧制的润滑性为进一步降低E.S.I稳定，得到更好润滑性，研发基油实际上轧制油在瞬时通过轧机辊缝至钢板将E.S.测定静态时间缩为30s，由于轧制油中含有无机物及磷类脂化合物，影响乳化抑制效果，而使E.S.I指数发生变化为解决此问题，将原先天然棕榈油提炼出的精制棕榈油作为轧制油添加有效的游离脂肪酸，提高油性脂肪酸和消除无机夹杂物与磷脂质的基础油，达到发挥乳化抑制剂的效果3）发挥轧制油润滑效果对T5牌号、厚为0.193mm冷轧板带用三种不同类型轧制油进行轧制力和E.S.I指数分析研究。

选定乳化抑制剂、基油及脂肪酸，开发轧制油，实时轧制试验其中，粗棕榈油、粗棕榈油+抑制乳化添加剂、精炼除臭棕榈油+脂肪酸+抑制乳化添加剂这三种轧制油的轧制力分别为8.25、7.30和7.0KN/mm，乳化稳定性指数（E.S.I）分别为0.83、0.05和0.04,表明采用新型轧制油获得改善效果目前，该轧制油用于各种冷轧工艺中，取得稳态高效轧制1.5 开发高效冷却技术与高速控制系统1）成品机架出口侧冷却轧辊咬入轧件使轧辊迅速温升，在轧机出口侧进行工作辊冷却效果最好鉴于成品机架出口侧喷入冷却剂存在脱水问题，而改为从成品机架入口侧喷入冷却剂，而使该机架工作辊的热凸度达至65“m，从而对控制板带中浪极为不利为解决该问题，开发了与成品机架非接触式脱水密封装置，能在成品机架出口侧冷却开发该项技术，控制轧辊辊面方向冷却剂流量进行区域冷却，即使长时间持续高速轧制，也能够得到稳定的板形2）入口、出口冷却剂流量最佳化如上所述，工作辊冷却以出口侧添加冷却剂最为有效但从板带冷却效果考虑，入口侧添加冷却剂有利入口侧冷却剂不仅能使工作辊的冷却效果好，对轧辊咬入的板带冷却效果也好降低轧辊咬入时的板带温度，可防止板带出现热条纹及板面油污。

为冷却板带，设定最佳入口侧冷却剂量；为冷却工作辊，出口侧设定最佳冷却剂流量极为重要为有效冷却工作辊与板带，应单独控制轧机入口侧与出口侧冷却剂流量这样，即使长时间高速轧制，也能得到稳定板型，并确保板面清洁度高速轧制防轴承烧损技术（1）防止支承辊轴承烧损为提高板厚精度，将支承辊轴承更改为滚柱轴承，严重影响轴承寿命，尤其在高速轧制时，使用条件更为苛刻因此，为提高轴承可靠性，应强化设备实时监控，并使润滑油清洁化高速轧制中，支承辊密封圈的耐磨性十分重要密封圈由鳞片密封、中间密封、轴承密封3部分组成，应采用切实密封密封材料采用氟素橡胶，轴承侧嵌环上使用硬质镀铬，提高耐磨性通过这种改进，比以前密封圈寿命提高4倍在上、下支承辊用轴承润滑系统采用强制润滑轴承方式为确保给油量，每个轴承设置流量仪通过测量每个轴承润滑油回油温度，实时监控轴承润滑系统有无异常发热加强轴承密封不能完全防止轴承内部水、异物的混入由于轴承内部磨损，混入异物而恶化因此，设置除异物及水分过滤器，实现润滑油清洁化改进轴承后能稳定长期使用2）防止工作辊及轧机辅助辊道轴承烧损与支承辊一样，对工作辊及轧机内外辅助辊道轴承烧损采取对策工作辊采用高润滑PV油与改善密封圈。

另外，对轧机内及轧机内外辅助辊道采用油空气－轴承给油方式，进行轴承温度实时监视系统，防止烧损制动垫块2. 2800m/min冷轧状况通常，增加轧制速度，轧辊咬入轧件时轧制油容易流入而降低摩擦系数但达到高速轧制状态时，轧辊入口的轧制油温度上升，导致轧制油粘度下降，轧辊咬入轧件时轧制油不易流入，摩擦系数反而升高因此，高速轧制时，轧辊咬入区的摩擦系数状况是决定轧制速度的重要因素对表2所示A、B和C三类考察不同轧制速度对摩擦系数的影响A类在轧制速度1000m/min时，摩擦系数为0.019,在2000m/min降至0.016，之后摩擦系数升高，在2500m/min达到0.017B类在轧制速度1000m/min时，摩擦系数为0.016,在25000m/min降至0.013，之后几乎不变C类在轧制速度1800〜2800m/min时，摩擦系数一直保持在0.0125表明轧制速度与成品终轧制道次的轧辊咬入时的摩擦系数相关性当工作辊轧制轧件长度超过400km时，由于轧辊粗糙度降低，摩擦系数未上升当工作辊粗糙度升高，变形阻力高，而进行高压下率轧制材料时，在2000m/min以上轧制，摩擦系数会升高，但采取各种措施后，可控制B类和C类摩擦系数不升高。

其中，C类的轧后厚度0.186mm，轧制长度达431km3. 极薄板带高速轧制技术应用经过上述改进后再观察极薄板带轧制，在最佳的润滑、冷却等各种条件下轧制极薄板带表明，厚度V0.15mm极薄板带产量比以2001年1月为100%计算，1995年4〜9月仅为25％，2001年1月已高达300％，改进5年来，高速轧制产量明显提高2000年1月，以轧制板厚0.13mm为主的极薄板带，比1999年下半年产量提高3倍多4. 稳定高速轧制作业化在极薄板带的市场背景下进行各项技术开发目前仍积极致力于进一步极薄板带的稳态高速轧制操作技术开发轧辊与钢板冷却的重要性如上所述，冷却水温度上升，其流量需要随温度上升而增加，而受到设备限制为此，夏天水温高的季节，为使高速轧制热凸度处于适当状态，有必要控制冷却水温度利用2003年9月冷却水处理设备移地改造机会，进行设备更新，增强冷却能力，结果如表3、表4所示更新后，一年四季都可提供恒温冷却水，从而实现稳态高速轧制作业李丽琴邱松年）表1主要技术条件型式6机架（4辊）串列式全连续轧机轧制材料低碳钢（镀锡板、无锡板及镀锌板用）最大轧制速度，m/min2813轧后厚度，mm0.1〜1.0板带宽度，mm508〜1295工作辊直径，mm495〜610支承辊直径，mm1270〜1427润滑方式直接表2各类轧制工。