冷轧轧制冷却液设备维护与创新

秦 疆

（河钢集团邯钢公司邯宝冷轧厂，河北 邯郸 056015）

河钢邯钢邯宝冷轧厂（以下简称我厂）酸轧线是由西马克公司设计的代表着冷轧技术最为先进的生产线，产品定位于高档汽车板和家电板，是邯钢公司最重要的利润点之一。该产线采用的是五机架六辊连轧机组。为保证高端面板的产品表面质量，必须不断优化控制轧制中使用的轧制冷却液的各项参数，以提升带钢表面质量。

冷轧轧制中冷却液是冷轧轧机在轧制过程中润滑轧辊辊缝和冷却带钢的关键。通过优化乳化液的工作温度、适宜浓度、喷射角度、喷射压力、喷射流量等参数，从而达到降低轧制力、延长轧辊使用寿命、控制带钢表面质量、控制板带板型及延缓带钢表面二次锈蚀的作用。为改善乳化液的使用质量，现从工艺和设备两方面着手进行优化。首先优化乳化液工作参数，其次针对乳化液系统中设置的撇油器、真空过滤器、磁性过滤器等各类设备进行优化改进，从而达到改善乳化液使用质量，提升带钢产品品质的目的。

1 轧制冷却液的组成及其主要性能参数

1.1 轧制冷却液的组成

实际生产中，冷轧中轧制冷却液主要是由基础油、乳化剂、添加剂和水组成。由于其主要成分是由基础油配水形成的悬浊液，因此轧制冷却液也叫乳化液。组成乳化液的各组分的性能、含量都会对乳化液的润滑性能、使用效果及使用寿命产生重要影响。基础油可以是矿物油、动植物油或合成油，且润滑剂具有多种物理、化学性能，如黏度、闪点、倾点等都是由基础油决定的。另外，基础油的黏度也是影响乳化液性能的关键因素之一，同时还要考虑基础油的黏度要与乳化剂和添加剂的黏度相近,否则可能会对乳化液的稳定性产生影响。由于两种互不相溶的液相，如油和水混合时不能形成稳定的平衡体系，故需加入表面活性剂，即乳化剂。乳化剂具有独特的分子结构，其分子一端为亲油基，而分子的另一端为亲水基。这样，通过乳化剂把油和水结合起来形成稳定的油水平衡体系。添加剂就是能够改善油品某种性能的化合物或聚合物，也是提高矿物油润滑性能的最经济、最有效的途径之一。为了保证轧制润滑剂的各种功能，添加剂也是不可少的。乳化液中的添加剂主要包含改善乳化液性能的乳化稳定剂、抗氧剂、油性剂、极压剂、防锈剂、清静剂、防腐剂等。其中油性剂和极压剂主要用于提高乳化液的润滑性能，尤其是极压剂，由于乳化液中90%～95%是水，油相只占5%～10%，故基础油中必须加入极压剂。我厂在冷轧轧制中针对不同强度、不同钢种建立了一套完整的乳化液参数数据库。一般F1-F4机架乳化液由于其轧制力较大，需要的乳化液浓度较高，需控制在3%～5%左右。而对于F5机架来说，由于对带钢表面光洁度有要求，需要的乳化液浓度较低一些，一般控制在1%左右即可。另外乳化液的另一个关键作用是冷却轧辊，因此轧制中需要保证乳化液系统的温度稳定，我厂将乳化液温度控制在50～55℃以内。

1.2 各机架内乳化液流量控制

轧机F1、F4机架乳化液配置相同，主要分为A、B、D三个区；F2、F3机架乳化液配置相同，主要分为A、B、C、D四个区，F3机架乳化液管路配置图如下页图1所示。

从图1中可以看出F1-F4机架乳化液管路中都包含了A、B、D三个区。A区主要是指为轧辊入口板带喷射的乳化液，其目的是降低轧制力。B区主要是起冷却工作辊的作用，D区主要是起冷却支撑辊作用。其乳化液流量分配分别为A区1 750 L/min、B区1 750 L/min、D区500 L/min。在F2、F3机架外侧增加了C区喷梁，主要作用是增加冷却区，以便在轧制特种钢时增加冷却效果。C区流量参数为500 L/min。其中每根管道的流量分配可以通过管路上的流量调节阀进行手动设定，在A、B区上使用ARCA的流量调节阀进行压力的自动设定。而F5机架的乳化液流量分配与其他机架不相同，如图2所示。

图1 轧机F3机架乳化液管路配置图

图2 F5机架乳化液流量分配

由图2可知，F5机架将乳化液分为E、F、G三个区。其中E区主要给工作辊辊身冷却，最大流量为3 080 L/min；F列为带钢冷却区，其最大流量为1 800 L/min；G列为支撑辊、中间辊润滑区，冷却流量为472 L/min。其中E、F列喷嘴可通过控制喷嘴开启的频率来达到控制不同喷射流量的目的。

2 对轧制冷却液设备的研究与改进

2.1 真空过滤器

乳化液真空过滤器的工作原理主要是将一个罐体通过滤纸分为上、下两个部分，通过一台循环泵从滤纸下方将乳化液吸出，再输送至滤纸的上方，经过多次此循环，当杂质在滤纸上堆积的过多就会导致滤纸下方出现真空，然后通过压力表检测后打开旁通阀，平衡滤纸上、下的乳化液压力，使得板式滤纸链带动滤纸行走，当新滤纸进入罐体后关闭旁通阀，形成下一个循环，从而达到自动过滤乳化液的目的。

真空过滤器系统的改进主要分为以下几个方面：

1）针对真空过滤器齿轮马达电机（如图3）传动皮带经常失效的问题，经过分析得出皮带传动失效主要是由于图3中的皮带张紧装置失效引起的，其设计的皮带张紧是通过调节两片凸形圆盘的间距来张紧皮带，而张紧距离短极易形成打滑。通过在主轴上焊接螺杆，利用螺母的旋转来调节皮带凸轮的间距，可大大增加皮带的调节间距，同时增加皮带的使用寿命，避免皮带打滑的问题。

图3 真空过滤器链条传动马达

2）针对真空过滤器液位过高频繁溢流的问题，经过反复讨论后确定在真空过滤器高液位报警信号与其系统的回油泵之间增加连锁设置，保证真空过滤器出现高液位报警时，能实现回流泵电机减速，从而解决真空过滤器液位过高频繁溢流的问题。

3）乳化液真空过滤器主要是过滤乳化液中的固体杂质颗粒，是保证乳化液使用质量的重要设备。真空过滤器在工作时会出现滤纸堵塞及真空过滤器内部压力降低问题，当其内部压力降至-0.04MPa（-0.4 bar）后旁通阀开启，延时10 s后滤纸更换齿轮马达开启，于是对真空过滤器内的滤纸进行更换，齿轮马达工作20 s后，电机关闭，进行下一个循环。但是该程序齿轮马达频繁启动易导致齿轮马达内的传动皮带经常损坏，同时由于液压马达开启的条件信号是旁通阀门开展10 s后开启，会使气动系统动作迟缓，经常出现10 s内气动旁通阀门未开展，导致齿轮马达过载跳停的报警，最终导致真空过滤器高液位停车，进而严重影响到乳化液的使用质量。经过分析，真空过滤器频繁报警及皮带损坏的主要原因有两点：一是齿轮马达开启过于频繁，每次滤芯切换周期后，新滤纸在罐内只行走1.5 m，而罐体长度在8 m。因此为减少单位时间内的电机开启次数，需要将每次滤纸更换的长度延长，以达到减少电机起停次数的目的。二是针对真空过滤器经常出现高液位报警的问题，经过分析发现旁通的气动阀门在开启时由于动作迟缓未能在10 s内完成阀门开展动作，导致齿轮马达不能正常开启报错，最终导致真空过滤器高液位停车。因此将旁通阀门开启信号变成时间控制的脉冲信号，将齿轮马达的开启条件设定为检测到旁通阀门开展的位置信号，以减少高液位报警问题。

2.2 一种新型乳化液喷梁结构

由于轧机中支撑辊辊缝润滑的乳化液喷梁设计不合理，在使用中经常出现喷梁断裂开焊等故障。我厂通过对出现的喷梁断裂故障分析，设计出一种新式喷梁结构，它由U型底座、方形喷梁、可拆卸G2对丝、锁紧销及G3/8对丝组成。图4中显示两U型底座对称焊接在下中间辊轨道下表面处，注意安装中U型底座距喷梁的侧端面距离应该一致，且不超过100 mm。方形喷梁安装在U型底座中，注意安装时前后方向准确，固定喷嘴的G3/8对丝侧朝向轧机机架内。其背面安装有两个G2寸的对丝，用于连接DN50的软管。锁紧销为方形设计，其与U型底座配合用于将喷梁的固定。G3/8对丝用于连接乳化液喷嘴，由于其为可拆卸设计，便于日常维护中对喷嘴的拆卸清洗与安装。方形喷梁的喷嘴面与软管连接面成6.25°的夹角，目的是为满足轧机机架中关于乳化液喷嘴角度的设定要求。U型底座上合适位置开有方形的配套阶梯孔，用于锁紧销穿过。U型底座焊接中注意对其安装位置的找正，不要使得喷嘴露出下中间辊的换辊轨道，以免划伤下中间辊。

图4 新式喷梁结构图

2.3 制作乳化液多区冷却喷嘴测试平台

轧机F5乳化液多区冷却系统主要由E、F列喷嘴组成。其中E列喷嘴主要控制轧机工作辊辊身分区冷却，F列喷嘴主要控制板带冷却。为了控制板型凸度变化，根据热胀冷缩原理可控制相应区域工作辊辊身凸度的乳化液喷射量，进而达到控制乳化液板型的目的。多区冷却系统主要由喷嘴阀、气动控制阀及电控系统组成。乳化液多区冷却系统使用后常出现有些喷嘴阀不能正常喷射，气动阀控制失效问题，因此需要定期对喷嘴阀及气动阀进行清洗更换。清洗后的旧喷嘴阀及气动阀在上机前因不能确认是否有效，就还需要制作1个喷嘴阀及气动阀的测试平台，以确保每个喷嘴阀及气动阀再次上机时能够可靠工作。通过分析，根据喷嘴阀安装的框架结构设计了喷嘴阀测试模块，该模块最多可同时测试12个喷嘴阀，由2组两位五通换向阀控制其喷嘴的通断。模块上端进乳化液，后端为控制气管，喷嘴阀靠两根M5螺栓固定在模块上。图5为设计的喷嘴测试模块的结构图。

图5 乳化液喷嘴测试阀块设计

喷嘴平台制作后，对乳化液喷嘴进行测试，总计完成160个喷嘴阀的测试。此设计有效避免了失效的喷嘴阀带来的问题，减少了事故的发生，节约了设备的检修维护成本与时间，有力的保证了生产顺利进行。图6为正在进行密封渗漏测试的喷嘴阀。

图6 喷嘴测试平台

3 结语

在冷轧生产中，轧制冷却液起到非常关键的作用，它不但能降低轧制力、给轧辊降温，还能保护板带避免其在空气中氧化生锈，因此在生产中需要时刻关注轧制冷却液的性能参数变化。在今后的生产中，我们会继续深入地对乳化液系统进行研究，针对不同强度的钢种建立完善的冷却液参数数据库，为实现我国冷轧板质量的进一步提高做出贡献。