一种金属板带轧制润滑冷却工艺的制作方法

本发明涉及金属板带加工工艺技术领域，具体的讲涉及一种能够实现精确定量润滑的金属板带轧制润滑冷却工艺。

背景技术：

目前，金属板带加工的工艺润滑冷却所使用的介质主要是乳化液。乳化液是轧制油在乳化剂的作用下溶解到水中形成油浓度小于10%乳浊液，乳化液在箱体内配制而成并储存其中，经过离心泵通过管道和喷嘴，喷射到轧辊和轧件上，其中的油吸附在轧辊和轧件（轧制方向F）表面上形成油膜在变形区（辊缝）中起到润滑作用，水对轧辊和轧件起到冷却作用，未能进入轧制变形区的乳化液和完成工作的乳化液靠自重流回乳化液箱体，经过过滤、保温和补偿浓度等，把各项指标调整合格后再进入下一个工作循环。即乳化液的润滑原理如图1所示。在轧制的入口区110，乳化液120中的油滴130粘附在轧辊140和轧件150上形成油膜160，油膜在辊缝前交叉形成油池170。

在上述利用乳化液进行金属板材的轧制过程中，存在以下问题：

其一，润滑冷却效果彼此影响，润滑程度难以把握

传统乳化液的工作压力是5-10bar，这个压力会把吸附在金属板带和轧辊表面上的轧制油冲掉20-40%，而且乳化液中油浓度越高润滑性能就越好，但冷却性能就越差，反之亦然；油池形成的快慢和油池内油量的大小，取决于乳化液中油颗粒度的大小：油颗粒越大，就越容易积聚成大的油滴，辊缝区前的油池内储油量就越大，轧制油也越容易黏附在轧辊和轧件表面形成厚的油膜，进入轧制变形区内的轧制油就趋向越多；随着轧制速度的不断提高油池形成的速度落后于轧制速度，此时也就没有足够的油进入变形区提供润滑，使得轧制无法正常进行，这种情况在业内叫“乏油润滑”，也叫欠润滑；而当变形区内的油膜厚到足够把轧辊和轧件隔离开来时，就会出现轧制打滑，也叫过润滑现象；

其二，只能模糊调整润滑趋势，不能精准调整润滑状态

乳化液的润滑能力取决于变形区前油池形成的速度，而油池形成的快慢又和乳化液中油滴从乳化液中分离出来的速度密切相关，乳化液中油的颗粒越大就越容易从乳化液中分离出来；乳化液中油颗粒度的大小主要是通过选择的乳化剂类型或乳化剂添加量的多少来实现的；当轧制出现过润滑时，经常采取加水来降低乳化液的浓度，甚至添加乳化剂来减少油的颗粒度，而降低润滑，当轧制出现欠润滑时，往往采取多加油来提高乳化液的浓度，抑或加入化学添加剂来减弱乳化剂的乳化功能，但很难把握调整的精度和调整的程度；

第三，对轧制工况的适应性差

由于冷轧的材质不同，如普碳钢、高强钢、硅钢、不锈钢等，亦或轧制相同材质时的成品厚度不同，加工硬化的程度不尽相同，对润滑的要求也有很大的差异，即使是同一套图纸设计出来的轧机，也往往会因为生产品种或轧制后道工序的处理工艺不同，使用条件不同，对润滑的要求也不尽相同；一旦轧制油的组分确定下来，就很难完全满足复杂的工况要求；

第四，对配套环境要求高

由于乳化液的润滑性能很大程度上还受到水的pH、电导率、细菌和温度等因素影响，所以配制乳化液所用的水通常都是通过离子置换法（RO膜）生产出的去离子水，PH值接近中性，电导率小于5us/cm，去离子水的出水率在90%左右，对水资源造成了浪费。为了防止滋生细菌吞噬油脂而降低乳化液的润滑能力，乳化液的控制温度必须维持在45-58°C之间，因此，消耗大量的能量。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种规避使用乳化液所导致的各种缺陷，精确提供润滑并把冷却功能发挥到极致的、能够避免因过润滑和欠润滑的金属板带轧制润滑冷却工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种金属板带轧制润滑冷却工艺，在包括单机架或双机架可逆轧机或两个机架以上的连轧机构成的轧制装置的金属板带加工工艺中，

通过设置于每个构成机架的轧制方向入口侧金属板带上下方流量可控的喷嘴，直接向所述金属板带的上下表面喷涂轧制油；同时

根据轧制参数所反应的润滑情况，所述喷嘴自动调整轧制油的喷涂量来满足并维持润滑；同时

通过在所述机架轧制方向的出口侧直接对轧机的轧辊和板带喷水，用于进行工艺冷却。

在上述一种金属板带轧制润滑冷却工艺中，

——所喷涂的轧制油是液态纯油且不含有乳化剂；

——所述板带表面的轧制油涂油量随轧制出口板带前滑值的增加而增加，或减小而减小使得轧制变形区处于润滑状态；

——通过设置在轧制方向的出口侧的压缩空气喷嘴向所述金属板带喷射压缩空气，进一步把所述板带上的冷却水吹掉，以便于再次精确喷涂轧制油，进入下一个轧制工作过程。

本发明所提供的一种金属板带轧制润滑冷却工艺与现有技术相比具有以下优点；

其一，润滑和冷却分开使用，避免了相互影响

用精密喷涂设备在轧制方向的入口侧直接给轧件的上下表面喷涂轧制油来提供润滑，同时在轧制方向的出口侧直接喷水，来冷却和轧辊和轧件；在轧制入口侧只喷轧制油而不喷水，从而避免了高压水冲走部分已经吸附在轧辊和金属板带表面上的轧制油，不仅确保了轧辊和金属板带表面所吸附轧制油的精准度，而且也使得润滑和冷却的功能可以独立发挥到最大限度。

其二，精确控制润滑

轧件的前滑值是反应辊缝变形区内润滑情况的重要指标之一。随着轧制的进行，当板带的前滑值逐渐增大，则反应此时辊缝内的润滑趋向变弱，当前滑值持续增大，则润滑会持续降低直至润滑不足，轧制无法正常完成；反之，当在轧制过程中板带的前滑值逐渐变小，则反应变形区内的润滑正在加强，当前滑值小于0很多时，变形区内就会出现过润滑，轧辊和轧件就会出现打滑，轧制也无法正常进行；根据每个机架（可逆轧机的每个道次）的轧制特点不同，设定适当的前滑值控制范围，当轧制过程中出现润滑不足时通过电控程序自动加大板带上的涂油量来提高润滑，直至前滑值恢复到正常范围，并维持这个润滑状态，反之亦然。

其二，所使用的轧制油不需要含有乳化剂，而使得轧制油的组成更加简单，轧制油的成本也会因此而降低1/4—1/3，特别是轧制油可以实现标准化生产，而节省了社会资本；通过精确调整喷油量来实现对板带轧制的过润滑和欠润滑缺陷的克服，并大大降低了轧制油的消耗（可降低10-20%）。

其三，理论上润滑供油量不再是影响设计轧机最高轧制速度的主要因素。同时精确润滑和强力冷却能降低轧辊消耗和轧制电耗。

其四，因为油水自动分离，对废液的处理更为简单，对温度和水质的要求放宽，节省了能源，进而更有利于环保。

附图说明

图1为现有技术金属板带轧制润滑冷却的原理示意图；

图2为本发明金属板带单机架可逆轧机轧制润滑冷却工艺的示意图；

图3为四连轧机机构构成的金属板带轧制润滑冷却工艺的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的金属板带轧制润滑冷却工艺做进一步详细说明。

如图2所示，由单机架可逆轧机构成的本发明金属板带轧制润滑冷却工艺的工艺示意图；即构成该装置的结构包括由上下支撑辊A+、A-、上下中间辊B+、B-、上下工作辊C+、C-构成的机架以及开卷机K、卷取机R、转向辊D+、D-和挤干辊121、122，在上述可逆轧机的两侧，金属板带5的上下方设置的轧制油喷涂量和流量可控的电子喷嘴131、132，在上述单机架轧机两侧，金属板带的上下方设置有喷射量和流量可控的对偶的上支撑辊、上下中间辊和上下工作辊喷水的喷嘴141、142，用于对轧辊和金属板带进行冷却；另外在轧机两侧、挤干辊的外侧设置有压力可控制的压缩空气喷嘴111、112向板带喷射压缩空气，进一步把轧制后的金属板带上的冷却水吹掉，以便开始下一个轧制道次，能够再次在板带表面上精确喷涂轧制油。

上述单机架可逆轧机金属板带轧制润滑冷却的工艺过程为，通过电机泵组对入口侧的金属板带，设置一个初始的轧制油涂油量150-400mg/m²（单面）（轧机出口卷取速度为零时涂油量为0），由轧制油电子喷嘴131均匀地喷洒在金属板带的上下表面上，随着轧制（沿箭头F方向）的进行，供油模型会根据轧机反应润滑的参数——金属板带前滑值的变化，对轧制入口侧电子喷嘴131的轧制油喷涂量进行闭环控制，（轧制油喷涂控制原理同附图3所表述的，以冷轧四连轧机为例说明轧制油喷涂控制过程）轧制油经电子喷嘴131均匀地在板带上、下表面喷涂；在轧制出口侧，低温冷却水经喷嘴141喷射在工作辊、中间辊和支承辊等轧辊和金属板带上进行冷却。在金属板带卷取之前，通过挤干辊121把板带表面的水充分挤干后，空气喷嘴111喷出压缩空气进一步把金属板带上的冷却水吹掉，再进行卷取；当进行下一个道次，按箭头E方向轧制时，图2中的卷取机和开卷机的功能互换，电子喷嘴132投入工作，131关闭；冷却水喷嘴142投入工作，141关闭； 挤干辊122投入工作，121停止工作；压缩空气喷嘴112投入工作，111关闭停止工作，跟随轧制道次的变换，如此往复循环直至轧制终止。

如图3 所示，为四连轧机机构及构成金属板带沿F方向轧制润滑冷却工艺的结构示意图；

四个机架的设备相同且串联安装，轧制油电子雾化喷嘴11、21、31、41分别置于第一、第二、第三、第四机架1、2、3和4的入口侧、金属板带5的上下方，用于对金属板带表面均匀喷涂轧制油；冷却水喷嘴12、22、32、42 分别置于第一、第二、第三、第四机架的出口侧，用于冷却轧辊和金属板带；压缩空气喷嘴13、23、33、43分别置于第一、第二、第三、第四机架出口侧冷却水喷嘴的外侧，用于把金属板带表面的冷却水吹扫干净，以便精确涂油或完成卷取。

其轧制油喷涂控制过程为：

由于第一机架的轧制变形量通常都在30%以上，第一机架的工作辊和金属板带原材料的表面粗糙度也通常都在1um以上，把板带出口的前滑值的上限设定为5%、下限设定为1%，在连轧机出口卷取速度小于150m/min（剪切速度或爬行速度）时，第一机架轧制油电子喷嘴11的初始喷涂量设定在400mg/m²（单面）(出口速度卷取为0时，轧制油的喷涂量为0)，当卷取速度大于150m/min时，涂油量根据前滑值的变化进行自动控制；当前滑值大于5%时，第一机架油喷嘴按前滑值每增加0.1%，喷涂量递增10%，直到前滑值恢复到3%（1%+5%的中间值），并保持喷涂量；当卷取速度大于150m/min，前滑值减小时，调整过程相反；同时，轧制力作为辅助监控报警型号，当实际轧制力超出计算机设定值+/-30%时，发出红色报警信号，以警示金属板带的轧制变形区的润滑处于过润滑或欠润滑状态。

设定第二、三机架的前滑值的上下限为0-4%，轧机出口卷取速度小于150m/min时，设定轧制油电子喷嘴21、31的涂油量为300mg/m²（单面） ，轧制过程中当前滑值超出4%或小于0时，电子喷嘴21、31的喷涂量按第一机架相同的调节方式加大或减少涂油量，直到前滑值恢复到2%时，并维持喷涂量；直到随着轧制的进行，前滑值超出范围，再调整涂油量使得前滑值恢复到正常，并维持涂油量，同样，轧制力为辅助监控报警信号；

第四机架为最终成品轧制机架，当该机架的变形量大于20%时，设置前滑值的范围-2%—+2%，当卷取速度在小于150m/min时，轧制油电子喷嘴41的喷涂量为250mg/m²（单面），当前滑值变化并超出设定范围时，按同第一机架喷涂油量调整的方式，电子喷嘴41加大或减少喷涂油量，直到金属板带的前滑值回到0%时，电子喷嘴41维持喷涂量，直到前滑值超出设定范围时再进行调整；如果该机架的变形量小于5%，作毛辊平整功能使用，卷取速度小于150m/min时，初始设定轧制油电子喷嘴41喷涂量在150mg/m²（单面），设定前滑值范围1%-- +3%；当卷取速度大于150m/min时，且前滑值超出1-3%时，电子喷嘴41按着第一机架相同的调节方式加大或减少涂油量，直至金属板带的前滑值恢复到2%，并维持喷涂量；第四连轧机（末机架）喷水的喷嘴42喷出的水量以冷却金属板带为主，流量和温度的大小，按卷温要求进行调节。

轧制变形区的润滑受摩擦副表面的粗糙度和原料的力学性能及变形量的影响很大，所以，在不同的轧制机架（可逆轧机的轧制道次）和轧制速度下，前滑值的大小是有差异的，可根据实际的情况适当调整和设置前滑值的控制范围，控制理念相同。

在轧制方向的出口，板带上少量被冷却水冲掉的轧制油和冷却水流回收集箱内，因油水不溶，轧制油漂浮在液面上，可由撇油机撇除，因变形摩擦产生的铁粉，及油和铁粉的混合物仍由磁过滤分离器滤掉。

在金属板带轧制润滑冷却工艺中，根据不同的板带材质、构成连轧机的不同的机架、轧辊的粗糙度以及构成板带的轧制变形量来设置不同的前滑值来控制润滑，以克服过润滑和欠润滑现象的出现。本发明专利的金属板带轧制润滑冷却工艺中，只需控制板带表面轧制油的喷油量，就可以克服过润滑和欠润滑现象的发生。

本发明仅采用了前滑值和轧制力两个轧制参数对轧制变形区的润滑作为监控参数，来调整电子喷嘴控制金属板带的喷油量，以实现轧制过程处于润滑状态，避免欠润滑和过润滑现象的发生。当然，电子喷嘴对金属板带的喷油量的大小还可以通过，如，主机电流、主机扭矩等参数来实现控制，即通过设定的主机电流、主机扭矩的参数值来调整电子喷嘴实现对金属板带的喷油量的控制，同样也可以实现本发明的目的。