如何在生产中延长铸轧辊的使用寿命

王海宾，王 强，苏 波，刘 超

（邹平县宏程铝业科技有限公司，山东 滨州 256200）

在连续铸轧过程中，铸轧辊不仅承受着铝熔体凝固时释放诸多热量形成的热应力，同时还承受着为凝固板带坯施加压力而形成的金属变形抗力，另外由于目前现有的铸轧机轧制力矩一般借助轮套和辊芯之间较大的盈量传递，使铸轧辊还承受着较大装配应力。在各种力的作用下，轧辊的使用寿命大大下降，而买一对新的轧辊需要几十万元，因此，如何延长铸轧辊的使用寿命成为铝加工行业的主要课题之一。

铸轧机在轧制生产过程中，铸轧辊与液态金属熔体周期性接触，使金属熔体迅速凝固，发挥着“结晶器”的作用，同时又连续轧制已经凝固的带坯，发挥了“热轧制”的作用，连铸连扎工艺流程见图1。因此高性能的铸轧辊既是确保铸轧过程顺利开展的关键，也是提高带坯质量的重要基础[1]。铸轧辊主要组成部分为辊芯和辊套。辊套直接接触熔体，辊芯被通入冷却水对辊套进行冷却，从而将辊套传来的热量带走，加之其他力的作用，使之处于较为恶劣的工作环境之中，不仅会降低铸轧辊的使用寿命，还会直接影响产品质量。

图1 连铸连轧工艺流程图

1.1 辊套

一般来说，铸轧辊内表面温度被看作和冷却水温度相近，外表面通过转动与熔融铝液周期性接触，靠冷却水和外界热传导来降温，这时温度梯度会形成内在热应力，在辊套表面形成残余应力。在铸轧过程中，热变形的周期循环会加剧辊面机械疲劳导致微裂纹产生，同时在轧制力的作用下，受铝液的侵蚀促使辊面微裂纹扩大，最终导致辊套表面龟裂而被迫更换。

轧辊裂纹扩展分缓慢区、匀速区、剧变区三个区[2]。每台铸轧机的操作条件和人员的生产经验是决定铸轧辊能否达到最佳经济期限的关键。裂纹扩展到剧变区危险性极大，如果继续生产，裂纹速度会急剧增加，大大超过缓慢区和匀速区。较深的裂纹造成辊套下次车削深度增加，严重的还会形成冷却水渗漏，造成轧辊报废。一般情况下在进入均匀区尾部，即轧辊表面出现严重点状或者轻微的网状裂纹时，就要适时对轧辊进行车磨甚至更换，避免裂纹进入剧变区。

另外轧辊表面的擦划伤也是导致裂纹扩展以及应力集中的重要因素。

1.2 辊芯

1）水槽的堵塞。在铸轧中，因为水槽结构缺乏合理性或冷却用水水质与要求不符，以及管路或水池中有异物，使辊芯水槽被堵塞，导致轧辊辊套表面变形情况加重，从而对加工板材的尺寸精度造成了极大影响。

2）水槽破裂。因为设计的原因，导致在加工辊芯水槽时产生程度不一的应力集中，同时在铸轧中轧辊所承受的组合应力也十分复杂，如遇辊芯热处理不当，材质调质硬度较高，也会导致辊芯水槽局部破裂。其裂变或断裂部分会堵塞部分水路，也会对板材的尺寸精度造成影响。

2.1 遵循铸轧辊生产使用原则

车磨后的铸轧辊使用应遵循由大规格向小规格逐步递减的原则，由于在线轧制时边部温度较中心位置温度偏低，尤其是铸轧板边部位置温度更低，铸轧辊两端所受到的轧制力相比中间位置更大，导致此部位辊面机械疲劳强度相对于中间位置更大。边部位置会首先形成微裂纹，此处的裂纹扩展会首先进入剧变区，所以遵循车磨后的铸轧辊使用时由大规格向小规格逐步递减的原则，能够增加铸轧辊使用寿命，并能消除小规格向大规格转变时造成的两侧辊痕，改善板面质量，尤其是生产双零等板面质量要求较高的产品时尤为重要。

2.2 合理控制轧制力

当把轧制力控制在预设辊缝和正常生产轧制时，一般将压力控制在中限，过高的压力会使铸轧辊变形量增加，辊套易出现辗皮效应，磨损程度增大，所以要根据铸轧板规格、合金材质、板面润滑度、厚度、凸度、速度等方面合理控制压力至中限水平，以增加铸轧辊使用寿命[3]。如果立板后出现单侧或者两侧压力偏高时，在立板前要通过辊缝调节器和调整中间垫板，再次恢复压力至中限水平。

2.3 释放车磨后铸轧辊应力

如果条件应许，车磨后的铸轧辊放置7 d以后，车磨形成的内部残余应力消除，也避免上下轧辊互换导致辊套和辊芯之间正方向滑动引发磨损。

2.4 合理设置工艺参数

1）铸轧区设置不宜太大。虽然大的铸轧区对于提高生产效率有益，但轧制力也相应增加，辊套磨损程度也相应增大。

2）温辊立板。为减少高温熔体对铸轧辊表面的热冲击应力，要求立板时辊面温度应被控制在50~60℃。

3）随着生产的延续，铸轧辊车磨次数增加，铸轧辊辊套厚度逐渐变薄，生产大规格（以1 003 mm×1 900 mm轧机为例，1 500 mm以上）产品时，会出现横向板差和纵向板差难以控制的局面，超出质量要求。一般是辊套厚度低于使用厚度的20%时，铸轧生产规格能够得到合理调配；
生产较小规格（以1 003 mm×1 900 mm轧机为例，1 300 mm以下）产品，可以延长铸轧辊的使用寿命。

4）生产过程中应尽量避免进入黏辊状态，以免造成钢-铝界面的直接摩擦，减少对铸轧辊辊面的损伤。

2.5 进行维护和保养

禁止使用粗砂纸或者尖锐物擦刮辊面，以减少细小划伤而引起的应力集中源、生产中辊面的顽固性黏铝；
禁止使用尖锐物或者刮刀去除，应使用180目以下的细砂纸周向打磨去除。同时，为了有效延长铸轧辊的使用寿命，应掌握好重磨后的辊面粗糙度、重磨量以及重磨时间。通常来说，应在碾套表面裂纹发展第二阶段末之前进行铸轧轮重磨，此时应控制裂纹深度在4 mm以内。为了修磨干净裂纹，相较于实际裂纹深度，重磨量应增多0.5 mm。

通过相关资料可知，若不能将裂纹修磨干净，将留下100 μm深的裂纹，通过3 000个热循环周期后，相较于修磨干净的铸轧辊，其裂纹深度要多4倍。若是重磨时间延后到辊套表面裂纹发展到第三阶段之时，重磨量将增加一次。借助多次少量的磨削方式，可以促进延长铸轧辊的使用寿命。二者相比，后者使用寿命可以衍生30%左右。

目前，邹平县宏程铝业科技有限公司使用的另外一种实用的新型铸轧辊，其水槽是由目前大量运用的辊芯水槽改的辊套水槽，热交换面积增大，在生产中不管是立板阶段还是过程控制黏辊现象明显减少，在生产双合箔速度方面比辊芯水槽铸轧辊提高了10~20 mm/min。总之，通过以上措施，能够有效延迟辊面网状龟裂及麻点的形成，提高铸轧辊质量，使昂贵的铸轧辊使用周期有所延长，从而降低成本。