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轧辊的抛丸毛化处理技术在冷连轧生产线上的开发应用

介绍轧辊抛丸毛化机的原理及柳钢冷轧板带厂使用抛丸毛化辊生产冷轧带钢的现状, 通过优化轧 辊抛丸毛化工艺及冷连轧轧制工艺, 实现抛丸毛化辊在冷连轧机组生产麻面冷硬带钢。

轧辊抛丸毛化机
轧辊抛丸毛化机

0前言

冷轧带钢表面结构主要分为麻面和光面, 目前市场上主要以麻面结构为主, 多用于涂镀、 汽车、 轻工等行业。 带钢的麻面结构通过在轧 制过程中轧辊的表面结构复制得到。 目前主流 的轧辊毛化方式有电火花毛化、 抛丸毛化、 激 光毛化等, 各种毛化方式在不同领域均发挥着 各自特点。 本文主要讲述柳钢冷轧板带厂使用 抛丸毛化轧辊开发、 生产麻面冷硬带钢过程。

1 柳钢冷轧板带厂使用抛丸毛化辊生产现状

柳钢冷轧板带厂主要生产装备有 2 条五机架冷连轧机组, 3 条单机架平整机组, 罩式退火 机组, 2 台轧辊抛丸毛化机、 1 台电火花毛化机 以及相应的磨床等。 轧辊抛丸毛化技术应用到 冷连轧机组之前, 主要用于平整机组生产麻面 冷轧退火带钢, 冷连轧机组只生产光面冷硬带 钢。 冷连轧机组生产光面冷硬带钢易产生打滑、 热擦伤等质量问题。 由于层间光滑、 摩擦力小 等原因, 光面冷硬带钢翻转为立卷状态后, 在 夹钳吊运过程中, 存在夹吊不紧, 钢卷掉落的 风险。 经罩式退火及平整后, 容易产生粘钢、 黑带、 乳化液斑、 擦伤、 粗糙度不合等质量缺 陷。 而近年来随着我厂麻面冷硬带钢需求增加 以及自身产品定位提高, 产品质量提升, 光面 冷硬带钢不再满足需要。 因此, 在保证平整机组电火花毛化和抛丸毛化用辊的基础上, 柳钢 冷轧板带厂开展轧辊抛丸毛化技术在冷连轧机 组的开发应用。

2 轧辊抛丸毛化原理

轧辊抛丸毛化技术主要是对轧辊表面进行 抛丸毛化处理, 以增加轧辊表面的疲劳强度, 并在轧制过程通过轧辊将其表面形貌复制到带 钢表面。 抛丸毛化机主要由料仓、 斗式提升机、 振动筛、 抛丸机、 抛丸室、 风机、 除尘系统、 轧辊运送车等组成, 见图 1。 其原理是利用高速 旋转的抛丸器, 将高硬度钢丸经过抛丸器离心 加速, 按预定的程序加速到 60~100 m·s-1, 抛射 到轧辊表面上, 在轧辊表面上产生无数个无序 且有一定粗糙度的强化砂面。 钢丸强烈高速的 冲击轧辊表面, 使轧辊表面形成冷硬化, 淬火 层更加致密, 保证轧辊表面金属纤维结构, 增 加轧辊表面的接触疲劳强度。

原理图
原理图

3 冷连轧机组使用抛丸毛化轧辊技术研究

衡量轧辊抛丸毛化质量的指标参数主要有 粗糙度 (Ra) 大小、 峰值数 (RPc) 大小[1]以及 其均匀性等, 实验过程主要围绕以上指标开展。 3.1 抛丸毛化前冷轧基辊的准备经过磨床砂轮磨削获得一定均匀的粗糙度 值、 峰值数值, 并经过涡流探伤合格的轧辊是 抛丸毛化处理的前提条件。 实验主要通过确定 轧辊磨削曲线, 优化砂轮材质选型及砂轮转速、 横向移动速度、 纵向给进速度以及磨床上轧辊 转速等参数, 确保冷轧基辊的粗糙度值控制在0.1~0.3 μm 之间, 均匀性在 90%以上。 磨削后, 使用涡流探伤进行检测, 确保轧辊不存在裂纹、 软点等缺陷。 使用合格基辊轧制的光面冷硬带 钢表面通过电镜扫描形貌如图 2。

表面形态
表面形态

经分析, 是因为钢丸选型以及清洁不良, 抛丸频率控制不当造成。 钢丸是直接与轧辊接 触的抛丸毛化材料, 其本体的尺寸、 形状、 硬 度直接决定轧辊毛化质量, 钢丸尺寸越大, 毛 化后轧辊表面粗糙度越大, 峰值数越小; 反之 则粗糙度越小, 峰值数越大。 实验在相同条件 下使用 850 HV 钢丸进行抛丸毛化, 得到的钢丸 尺寸与轧辊粗糙度、 峰值数对照见表 1。 使用棱 角分明的钢丸毛化后得到的轧辊表面凹坑深、 尖, 使用球形钢丸毛化后得到的轧辊表面细腻圆滑。 硬度小的钢丸经过反复击打不利于保持 原有尺寸, 随着毛化时间的延长, 毛化轧辊粗 糙度不断衰减。 清洁的钢丸则对设备的稳定运 行和轧辊的表面清洁起到一定作用。

粗糙度对比
粗糙度对比

抛丸频率是影响毛化质量的另一项重要因 素。 频率控制不好直接导致钢丸喷射速度 (力 度)、 抛丸转速 (角度) 以及流量不稳定, 从而 影响毛化质量[2]。 因此, 通过优化电机变频调速 对抛丸器电机的转速进行无级调速, 以达到不 同的抛丸处理强度, 提高适用性。 实验发现: 提高频率, 轧辊抛丸毛化后表面粗糙; 降低频 率, 轧辊抛丸毛化后表面细腻。 不同抛丸频率 得到的喷射速度、 抛丸转速与轧辊粗糙度、 峰 值数见表 2。

不同抛丸频率效果对比
不同抛丸频率效果对比

通过优化抛丸毛化工艺, 确定使用硬度为 850 HV, 尺寸为 0.8 mm 的钢丸在 45 Hz 抛丸频 率下进行抛丸毛化, 所得轧辊应用于冷连轧末 机架轧制冷硬带钢, 其表面形貌均匀细腻程度 有所改观, 表面形貌电镜扫描结果见图 4。

冷轧带钢表面
冷轧带钢表面

冷连轧机组使用抛丸毛化辊轧制工艺研究 根据冷连轧过程各机架带钢秒流量相等的 轧制原理, 原末机架光辊连轧工艺不能满足末 机架抛丸毛化辊工艺。 与末机架使用光辊比较, 使用毛化辊后, 轧辊粗糙度值增大, 摩擦力增 加, 末机架带钢变得更加容易咬入。 末机架带 钢流动速度增加, 但第 4 机架出口带钢速度不 变, 根据冷连轧过程各机架带钢秒流量相等的 轧制原理, 导致 4~5 机架间张力增大, 断带风 险增加; 同时, 因冷连轧机组总压下率较大 (70%~85%), 末机架担负着粗糙度控制和成品 厚度控制的任务, 在轧制偏薄冷硬带钢 (≤0.6 mm) 时, 带钢加工硬化趋势明显[3]。 若要生产 出恒定粗糙度值的薄带钢, 则需增大轧制力, 甚至出现上下工作辊压靠, 最终导致冷硬带钢表面轧制痕迹明显, 见图 5。

表面形态
表面形态

通过实验, 将冷连轧 2 级计算机设定的各 机架间的张力值、 各机架轧制力值重新分配, 把 4~5 机架间张力设定值减小, 2~3 机架间以及3~4 机架间张力设定值增大以解决 4~5 机架间张 力增大问题。 在轧制偏薄冷硬带钢时, 将前 4机架轧制力设定值增大, 通过 AGC 厚度控制在 前 4 机架完成轧制任务, 使第 4 机架出口带钢 厚度基本达到目标值, 末机架则选用较高粗糙 度值的轧辊进行粗糙度控制; 同时, 配合末机 架恒延伸率控制模式, 以降低末机架轧制力, 避免轧制过程带钢加工硬化以及带钢表面的轧 制痕迹的产生, 最终使冷硬带钢得到一定的粗 糙度及良好的表面形貌, 见图 6。

4结论

(1) 通过对轧辊抛丸毛化处理以及冷连轧 的工艺优化, 成功实现了轧辊抛丸毛化技术在冷连轧的应用, 取得了良好成效, 丰富冷硬带 钢的表面结构类型。

(2) 使用硬度为 850 HV, 尺寸为 0.8 mm 的 钢丸在 45 Hz 抛丸频率下对冷连轧末机架轧辊进 行抛丸毛化, 生产的冷硬带钢表面形貌均匀细 腻程度将有所改观。

(3) 通过增加前 4 机架轧制力, 加大前 4 机架压下率, 减少末机架轧制力, 降低末机架 压下率, 并在末机架采用恒延伸率控制模式, 可有效避免带钢表面轧制痕迹, 使带钢表面得 到良好的粗糙度和表面形貌。

(4) 提高抛丸毛化机的使用效率, 节约 毛化设备的投资成本。

专业轧辊毛化抛丸机研发设计单位,制造连续毛化轧辊系统与冷轧钢生产线集成毛化冷轧钢生产线。

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