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浅谈轧辊表面螺旋纹的影响及控制

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摘要:热轧板带精轧机工作辊辊面的螺旋纹在轧制过程中压印至带钢表面,使带钢表面产生条纹状缺陷,经分析,确认导致轧辊表面产生螺旋纹的主要原因是轧辊辊型和轧辊磨削参数设定不合理。通过优化轧辊磨削参数以及轧辊辊型曲线,消除了轧辊表面螺旋纹。

关键词:热轧;轧辊表面螺旋纹;轧辊辊型;磨削工艺

前言

轧辊的表面质量是影响带钢表面质量的重要因素之一,轧辊表面的缺陷在轧制过程中会复印到带钢表面,造成带钢表面缺陷,轧辊表面螺旋纹是常见的因轧辊磨削不当或轧辊辊型不合理而引起的轧辊表面缺陷。本文通过分析轧辊表面磨削纹形成的机理,确认了轧辊表面磨削纹形成的主要原因是轧辊磨削参数选择不当以及轧辊辊型曲线不合理,通过优化轧辊磨削参数,有效消除了轧辊表面磨削纹。

1轧辊表面螺旋纹形成机理

1.1轧辊修磨原理和螺旋纹的形貌特征热轧带钢的轧辊在轧制了一定量产品之后,需要修磨轧辊表面,去除轧辊表面的疲劳层,并将轧辊修磨至规定的尺寸、辊型,并保证表面质量。轧辊磨削由以下几个运动组合完成:S1轴,轧辊回转运动;S2轴,砂轮回转运动;Z轴(车架),砂轮沿床身纵向运动;X轴(端进刀),砂轮垂直轧辊轴线的横向进给运动;Y轴,控制辊型的运动;U轴,砂轮垂直轧辊轴线微进给运动。Y轴通过杠杆机构控制U轴运动,其进给机构示意图如图1中(a),(b)所示。轧辊磨削时,设定合适的S1,S2,Z,X和Y运动参数,就可以磨削出需要的轧辊。轧辊磨削时,砂轮沿轧辊轴线呈螺旋运动,并在轧辊表面留下磨削印痕,当这些印痕积累到一定程度时,就可以在轧辊表面看到一条清晰的沿辊身螺旋前进的磨削痕迹,痕迹呈等间距,与轧辊轴线成一定角度,这就是轧辊表面的螺旋纹(见图2所示)。将有这种螺旋纹的轧辊用于成品机架时,就会在带钢表面压制出同样形状的条状表面缺陷(见图3所示),从而造成产品质量缺陷。将有这种螺旋纹的轧辊用于非成品机架时,如果螺旋纹的程度较严重,带钢表面压制出来的条状压痕在经过后续成品机架轧制后,也有可能消除不了,给带钢表面造成质量缺陷。因此,轧辊表面的螺旋纹会给产品表面质量带来缺陷,在轧辊磨削时就应设法消除。

1.2产生轧辊表面螺旋纹的原因分析要消除轧辊表面的螺旋纹,就必须要找到产生螺旋纹的原因。经过现场原因分析,发现导致轧辊表面螺旋纹形成的因素主要有轧辊辊型、磨削参数和机床精度。1.2.1轧辊辊型对螺旋纹的影响精轧机工作辊辊型曲线为3次方曲线,辊型曲线方程见式(1)。y=A2x+A2x2+A3x3(1)式中:y—轧辊直径,mm;x—轧辊辊身长度,0~1880mm;A1,A2,A3—辊型曲线系数。以某热轧厂精轧F1~F7工作辊辊型曲线为例来进行分析,其辊型曲线方程见式(2)。y=1.53013×10-3x-2.07107×10-6x2+7.54489×10-10x3(2)对辊型曲线求导,可得出辊型曲线的切线斜率方程式见式(3)。y=1.53013×10-3-4.14214×10-6x+2.26347×10-9x2(3)图4是辊型曲线和辊型曲线对应各点的切线斜率曲线图。由于需要的轧辊母线不是直线而是曲线,因此在磨削轧辊时,砂轮表面(宽度为100mm)和轧辊表面就不是全部接触,而是砂轮的一个棱边接触轧辊表面(如图5所示),从而使轧辊磨削时表面出现螺旋纹,螺旋纹的明显程度和辊型曲线的切线斜率有关。从砂轮和轧辊的接触特性及轧辊辊型曲线各点的切线斜率分析可知,当Z轴和X轴的运动参数不变时,辊型曲线切线斜率的绝对值越大,螺旋纹越明显;辊型曲线切线斜率的绝对值越小,螺旋纹越不明显。实际情况也表明辊身500mm附近和1300mm附近出现的螺旋纹较其他部位的螺旋纹更轻微,轧辊中部出现的螺旋纹比两端的螺旋纹更轻微。1.2.2磨削参数对螺旋纹的影响轧辊磨削包括粗磨、半精磨和精磨三个过程,粗磨的主要作用是去除轧辊表面的疲劳层,半精磨和精磨过程是修磨出辊型并保证表面质量。磨削参数主要有S1(砂轮速度),S2(轧辊转速),Z轴(车架)速度和X轴(端进刀)。参数的选择直接影响螺旋纹程度。1)当磨削进给量(端进刀)大于0.03mm/次,Z轴(车架)速度大于2600mm/min时,磨削效率高,磨削后的轧辊表面螺旋纹非常明显,如图6中(a)所示。2)当磨削进给量(端进刀)大于0.03mm/次,Z轴(车架)速度为1500~2000mm/min时,螺旋纹间距变窄,磨痕有一定程度减轻,但不能完全消除该缺陷,如图6中(b)所示。3)保持Z轴(车架)速度为1500~2000mm/min,提高轧辊转速,同时适当减小X轴周期进给量,轧辊螺旋纹逐渐变轻微,磨削纹间距逐渐变窄,同时,螺旋纹边部由锐利逐渐变为钝化、模糊,但仍然可见模糊的螺旋纹,如图6中(c)所示。4)在上述条件下,再适当增加精磨道次,在检测辊型合格后,增加1~2道次X轴零进给精磨,可使模糊的螺旋纹进一步消除,表面看不出有螺旋纹,如图6中(d)所示。这种方法能满足成品机架轧辊的表面质量要求,但磨削效率有所降低。1.2.3机床精度对螺旋纹的影响1)轧辊回转系统精度包括头架主轴的回转精度,头架、轧辊、尾架的同轴度,头架、尾架刚度,托瓦刚度和安装精度。轧辊回转系统精度影响着轧辊轴向窜动和径向跳动。2)砂轮回转系统精度。影响着砂轮和轧辊的接触状况和轧辊表面磨痕。1.2.4砂轮材质和硬度对螺旋纹的影响砂轮材质、硬度不同,砂轮的脱粒速度不同。砂轮连续补偿值要根据砂轮具体情况设定,砂轮连续补偿值设置过大,轧辊容易产生螺旋纹;设置过小,磨削效率降低。

2措施

由轧辊螺旋纹形成的原因分析可知,控制轧辊螺旋纹产生的主要措施有以下几个方面:优化辊型曲线,优化磨削参数,控制合理的磨床精度。

2.1优化辊型曲线由辊型曲线分析可知,优化辊型曲线,减小辊型曲线的切线斜率可以有效减轻螺旋纹,但是对板形控制来说,辊型曲线的切线斜率越小,辊缝凸度可调范围则越小,板形调控能力有一定减弱,因此减小辊型曲线的切线斜率也受到一定限制。生产实际情况也表明:当辊型曲线的切线斜率过小时,会出现轧钢时调整困难,反而影响轧制的稳定性。

2.2优化磨削参数在轧辊的粗磨、半精磨和精磨三个过程中,各阶段的磨削参数(如轧辊转速、砂轮转速、端进刀量、砂轮磨损补偿值、车架速度和精磨道次等)的选择对轧辊磨削质量和磨削效率都有不同程度影响。单纯依靠优化某一个参数,比如降低车架速度来消除磨削螺旋纹,会增加磨辊时间,降低磨削效率,也不能完全消除螺旋纹。因此,既要消除轧辊表面螺旋纹,又要保证磨削效率,满足生产节奏的要求,就需要合理选择、匹配各项磨削参数。我们经过多次生产实践摸索,并结合生产上原有的辊形曲线,通过优化车架速度、轧辊转速、端进刀量、砂轮自动补偿量和各阶段磨削次数等,确定了合理的磨削参数配置,最终消除了轧辊表面的螺旋纹,也保证了磨削效率。表1为优化后的磨削参数配置。在生产中,由于每根轧辊的磨损程度不一样,因此操作人员在磨削时会对设定的参数进行细微调整,以保证有最佳效果。图7是F5~F7轧辊的具体磨削参数设定值。

2.3维持合理的磨床精度1)轧辊回转系统的精度维护,主要是保证头架轴承的回转精度,做好轴承的润滑。保证头架、轧辊、尾架的同轴度,定期做轧辊对中;托瓦要固定可靠,托瓦的油气润滑要良好,以确保托瓦磨损均匀。2)砂轮回转系统的维护,主要是使砂轮主轴润滑系统的流量、压力保持在正常值,油质符合要求;冷却水的过滤系统运行要正常,控制冷却水中杂质颗粒的含量和大小;冷却水的喷射位置要对准砂轮和轧辊的结合点,保证冷却效果并及时冲走附在砂轮和轧辊上的颗粒。

3结语

1)导致轧辊表面螺旋纹产生的主要因素有辊型曲线、磨削参数和磨床精度。2)在保证板形控制精度的前提下,降低辊型曲线的切线斜率,优化磨削过程中的轧辊转速、车架速度、砂轮速度、端进刀量、砂轮补偿值、磨削次数等工艺参数,可以消除轧辊表面螺旋纹。3)保持磨床的合理精度,有利于消除轧辊表面螺旋纹并提高作业效率。4)根据砂轮材质和硬度来选择合理的砂轮补偿值,有利于消除轧辊表面螺旋纹。

作者:易康乐 胡建敏 单位:新余钢铁集团有限公司

江西冶金杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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