CN103419137B - 一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法 - Google Patents

Abstract

一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，设置混合射流喷嘴与向混合射流喷嘴输入介质的连接管路以及混合射流喷嘴的稳定夹持装置，其特征在于，所述表面处理装置包含轧辊（1、6）、混合射流喷嘴（4）、介质输送管路（5）、用于支撑多个混合射流喷嘴的支撑架（3）、混合射流（2）以及外部的防护罩（7）。其中混合射流喷嘴（4）通过介质输送管路（50输送的混合有一定粒度、一定质量的磨料颗粒之后，经过混合射流喷嘴（4）加速、喷射，并形成高速射流（2）向轧辊（1、6）表面进行喷射、撞击，喷射期间的水介质与磨料颗粒必然会发生飞溅，为保证操作人员的人生安全以及生产现场的噪声、污染等，必须增设外部防护罩（7）进行整体防护。

Description

一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法

技术领域

本发明属于轧机轧辊表面处理技术领域，该装置及技术用于对磨削完毕的轧辊表面进行粗糙度与表面强化处理，通过混合射流对轧辊表面的均匀轰击，保证轧辊表面存在所需的表面微凹坑与粗糙度，同时通过高速轰击方式提高轧辊表面的接触强度，提高轧辊的一次服役寿命。

背景技术

现代冶金企业轧机所用的铸钢轧辊，大多采用高碳锰钢铸造而成。其材料表面设有初始樱花层，所述初始樱花层在首次使用后，由于磨损及重车，使得硬度较低的内层露出，经实测，其硬度通常仅为HRC25左右。因其硬度不高，耐磨性降低，使用寿命短，增加了备件的消耗费用。

为提高每个轧辊的整体服役寿命，冶金生产企业必须在对轧辊表面进行强化处理，以满足轧辊本身以及产品对表面的质量要求。所述质量要求包括：防止打滑或粘结等，以显著提高单次轧辊的轧制量。

为达到上述质量要求，对轧辊本身表面的质量要求指标为：需要毛化到3～12×3～12尖峰/mm²（指表面凸凹的形状参数指标，即表面凸凹尖峰的高度值与凸凹的槽宽度值范围）。通常，每平方毫米的尖峰数量取决于具体的轧制工艺和产品的表面要求。为达到上述表面指标要求，其常用的方法有三种，分别为压缩空气喷丸毛化、电火花毛化和激光毛化，他们各自特点如下：

压缩空气喷丸毛化是利用压缩空气瞬间喷射而出的高速气流将一定质量与形状大小的磨料颗粒高速抛射值轧辊表面，将已经磨光的轧辊表面打出印痕，是表面的粗糙度加大，实现轧辊表面毛化。因为压缩空气的驱动效果直接收空气压力的大小以及磨料颗粒的本体质量、形状大小决定，其磨料颗粒的粒度直径不能太小，因此在轧辊表面不可能产生较大的、较高的尖峰，毛化效果不稳定，尤其是不能满足高表面质量产品的要求；虽然喷丸由冷作硬化轧辊表面的作用，但与另两种毛化方式比，轧辊每次毛化后的单词渣质量不高，辊耗高。优点是：毛化效率高，投资省。

电火花毛化是通过击穿轧辊与电极间的绝缘层、轧辊因放电失去材料而在表面形成参差不齐的尖峰，实现轧辊毛化。因放电的强度可控，轧辊的表面粗糙度可以达到Ra0.8～15um，但尖峰的形状和分布是不可控的。其尖峰在升温后迅速被绝缘油冷却而淬硬，从而高轧辊的过钢量，辊耗较低，毛化效率较高，运行费用很高，投资较大。

激光毛化是将激光聚集成一个直径在0.2mm左右的光斑投射至轧辊表面，将该区域的金属熔化去除，形成毛化表面。因激光加热区域小、速度快，对坑周围区域的材料有很强的淬硬作用，从而将过钢量提高到电火花毛化轧辊的2倍左右，辊耗低。但激光光斑直径较大，2500KW以上激光器的最小光斑直径约为0.15mm，形成的坑直径在0.17mm以上，要事先高密度的毛化点阵以满足汽车、家电高级板面要求目前仍存在较大困难。国产激光毛化机床投资在900万RMB左右，运行费用较高。

在轧辊表面强化方面，目前主要采用镀铬的办法。但是，该方法成本较高，在生产现场也不易实施。为此，生产企业迫切希望需要一种能再投资省、效率高、操作方便可行的方式来实现轧辊的表面处理工艺，以提高其使用寿命，降低备件的消耗费用。然而，根据目前常规的热处理方法难以达到这一要求。

发明内容

为满足上述要求，本发明的目的在于：提供一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，所述轧辊表面强化与粗糙度控制方法系利用高压水带动磨料颗粒的方式对轧辊表面进行喷射处理，以实现轧辊表面所需的处理指标。

本发明技术方案如下：

一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，包括：混合射流喷嘴与向混合射流喷嘴输入介质的连接管路以及混合射流喷嘴的稳定夹持装置，其特征在于，

所述表面处理装置包含轧辊1、6、混合射流喷嘴4、介质输送管路5、用于支撑多个混合射流喷嘴的支撑架3，

其中，混合射流喷嘴4通过介质输送管路5输送混合有一定粒度、一定质量的磨料颗粒之后，经过加速、喷射，形成高速射流2向轧辊表面1、6进行喷射、撞击。

根据本发明所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，所述表面处理装置设置外部防护罩7。

因为，在磨料颗粒经过混合射流喷嘴4加速、喷射，并形成高速射流2向轧辊表面1、6进行喷射、撞击时，喷射期间的水介质与磨料颗粒必然会发生飞溅，为保证操作人员的人生安全以及生产现场的噪声、污染等，必须增设外部防护罩7进行整体防护。

根据本发明所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，在轧辊1、6表面已经磨削完毕后，将轧辊1、6运输至表面处理单元，此时将安装于支撑架3上的混合射流喷嘴4正对轧辊1、6表面，且保持混合射流喷嘴4与轧辊1、6表面以一定的距离。

此时，基于轧辊1、6表面对粗糙度与强化要求，选用合理的磨料粒度（主要影响辊面的粗糙度级别与凹坑大小）、磨料种类（主要影响磨料的密度，从而影响磨料的质量）以及喷射压力（影响表面凹坑深度与表面所需的强化级别）。

根据本发明所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，当混合射流喷嘴4与轧辊1、6均已就位之后，打开混合射流喷嘴4进行稳定压力喷射，此时为保证混合射流喷嘴4喷出的射流2能在轧辊1、6辊面均匀喷射，混合射流喷嘴4与轧辊1、6辊面之间保持一种旋转+水平移动的复合相对移动方式。

根据本发明所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，所述轧辊1、6与混合射流喷嘴4之间旋转式的复合相对运动，为轧辊作旋转而混合射流喷嘴4作水平移动，或者为轧辊作旋转的同时也做水平移动。

根据本发明所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，所述复合相对运动要求如下：

$v=\frac{L\·v_0}{n\·D\·\mathrm{\π}}$

即该公式就是轧辊的辊身旋转速度n与混合射流喷嘴沿着辊身轴线方向水平移动速度v之间的关系，

其中，D为轧辊的辊身直径参数；

L为混合射流喷嘴组合单元的总喷射宽度值；L=n×l，

l为单个混合射流喷嘴在辊面的粗糙度有效喷射宽度值；

n为喷射单元中的排布的混合射流喷嘴数量；

v₀混合射流喷嘴在保证有效宽度值l时与辊面的最大相对移动速度值；

η为轧辊转动的转速，单位为R/s，则旋转角速度w值为：w=2πη；

v混合射流喷嘴在轧辊辊身轴向的匀速移动速度值为m/s。

另外，根据所述，混合射流喷嘴并非平直的排布在一条直线上，而是错位排布，这样保证每个混合射流喷嘴的有效宽度值最大。

如此，可用图5解释说明：

图中，n为一个喷射单元的混合射流喷嘴数量值；L为该喷射单元所有混合射流喷嘴的总有效喷射宽度值，所谓有效宽度值，是指喷射单元能对辊面产生直接所需粗糙度指标的宽度值，L=n×l；D为辊身直径；

基于此，可以得出，轧辊螺旋转动角速度与相对窜动水平速度值之间的关系如下：

$\frac{n\·D\·\mathrm{\π}}{v_0}=\frac{L}{v}$

该公式可推导为：该公式就是轧辊的辊身旋转速度n与混合射流喷嘴沿着辊身轴线方向水平移动速度v之间的关系.

如果混合射流喷嘴保持不动，所有运动均由轧辊来实现，即轧辊不仅要水平移动，同时要旋转运动，如此，其关系式与上式完全一致，只是矢量方向相反而已。

根据本发明所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，所述混合射流喷嘴4可以为前混合射流喷嘴，也可以为后混合射流喷嘴。前混合射流喷嘴与后混合射流喷嘴存在最大的不同是磨料颗粒与水的混合时间，前混合的混合射流喷嘴只有一个介质进入管路，该管路中的介质为已经混合好的磨料颗粒与水，即浆料，而后混合的混合射流喷嘴有两个介质进入管路，这两个管路分别为磨料颗粒与水，此两种介质是在混合射流喷嘴里面进行混合，混合后直接由后混合射流喷嘴喷出，这就是两者的技术特征差异。

所述混合射流喷嘴4喷射的射流2中包含介质主要为水与磨料颗粒，其中磨料颗粒可以为自然矿物磨料，如石榴石、棕刚玉、河沙等，也可以为人造磨料，如钢丸、钢砂、钢丝切丸等；

根据本发明所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，所述处理对象轧辊1、6可以为表面平直的圆柱形轧辊或轮廓异形的型钢轧辊，所述异形轧辊，即表面并非通体平直的规则圆柱形轧辊，如H型钢轧辊、钢棒的搓轧轧辊、工字钢轧辊。

上述这些轧辊均需要进行表面粗糙度与强化处理，因为其不平直，所以对混合射流喷嘴的布置方式与运行形式均由不同要求，但规律一样。

另外，根据本发明所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，在进行表面处理时，必须使得混合射流喷嘴4的中心线垂直于辊面。

根据本发明所述的轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，所述所述混合射流喷嘴4喷射的射流2的喷射压力在5Mpa～80Mpa之间，另一种磨料颗粒的粒度范围通常在10目～120目之间。

根据本发明所述的轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，所述所述混合射流喷嘴4喷射的射流2的喷射压力在45Mpa～65Mpa之间.

根据本发明所述的轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，所述磨料颗粒的粒度范围在Ra=10um以上时，则选择60目或更粗，在Ra=5um以下时，则必须选择100目的或更细颗粒。

附图说明

图1为本发明的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法中，平直轧辊表面处理示意图。

图2为本发明的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法中，异形轧辊表面处理的示意图。

图3为本发明的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法中，平直轧辊表面处理示意图。

图4为本发明的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法中，轧辊处理时外加防护示意图。

图5为本发明的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法中，异形轧辊表面处理的所述轧辊与混合射流喷嘴之间旋转式的复合相对运动示意图。

具体实施方式

按照上文所述的技术方案，以冷轧板带轧机的工作辊表面采用后混合射流进行喷射处理为实施例，具体实施方式如下：

在轧辊1更换下线且通过磨辊间进行表面磨削作业完毕之后，该轧辊1被运输至表面喷射防护罩7中，固定好轧辊1与混合射流喷嘴4及混合射流喷嘴支撑架3，确保混合射流喷嘴4的射流2方向与轧辊1表面保持垂直。

此时，为保证喷射后的辊面满足工艺要求，明确轧辊1表面所需的凹坑大小约为0.2mm，粗糙度约为Ra5.0um，则需要对混合射流喷嘴4的输送介质种类进行选型，分别为：高压水压力水平保持50Mpa，且磨料颗粒为S110钢丸。此时，可打开输入介质管路5并传递至混合射流喷嘴4，使得混合射流喷嘴4立刻喷射出高速混合射流2，并打击在轧辊1的表面上。为保证混合射流喷嘴4的高速射流2能均匀打击在轧辊1的所有外辊面上，此时轧辊均匀、缓慢转动，而混合射流喷嘴4在混合射流喷嘴支撑架3的作用下水平缓慢移动，其移动速度满足与轧辊的直径、转速密切相关，以满足射流2均匀打击在轧辊1所有表面为基本目标。

如此，当完成整个轧辊1辊面的喷射之后，轧辊1表面即完成了表面处理。

以上借助于具体实施例描述了本发明专利的具体实施方式，但是应该理解的是，这里具体的描述不应理解为对本发明的实质和范围的限定，该发明不仅适用于各种钢材轧辊的表面处理，同时可用于对需要进行表面处理的金属制品等，所有这些本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例作出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

本发明主要优点为以下几个方面：

1）本发明采用高压水驱动一定粒度与密度的磨料颗粒对轧辊表面进行喷射强化，该方式能通过对磨料粒度的精密控制、混合射流喷嘴压力的控制来达到对辊面凹坑的深度、分布进行精确控制，从而实现对辊面粗糙度的稳定控制；

2）通过高压混合射流对辊面表层的轰击，达到对辊面进行强化的效果，提高轧辊的单词过钢量；

3）本发明采用混合射流进行表面处理，其所需配备的系统简单、投资省，且操作、维护简单，能有效的降低表面处理工艺成本；

本发明充分利用高压混合射流的打击原理，利用细小磨料颗粒的撞击而产生的凹坑、强化作用，实现轧辊辊面的粗糙度控制与强度控制，在降低表面处理工艺成本的同时，提高表面处理效率。由于本发明所采用技术成熟，实施容易，推广应用完全可行。另一方面，本发明能很好的适应公司进一步产线的生产能力要求，减少投资成本。因此，本发明在轧制生产领域具有广阔的应用前景。

Claims (8)

1.一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，使用：包括混合射流喷嘴(4)、向混合射流喷嘴输入介质的介质输送管路(5)以及混合射流喷嘴的表面处理装置，其特征在于，

所述表面处理装置还包含轧辊(1、6)、用于支撑多个混合射流喷嘴的支撑架(3)，

其中，混合射流喷嘴(4)通过介质输送管路（5）输送混合有一定粒度、一定质量的磨料颗粒之后，经过加速、喷射，形成高速射流(2)向轧辊(1、6)表面进行喷射、撞击，

当混合射流喷嘴(4)与轧辊(1、6)均已就位之后，打开混合射流喷嘴(4)进行稳定压力喷射，此时为保证混合射流喷嘴(4)喷出的射流(2)能在轧辊(1、6)辊面均匀喷射，混合射流喷嘴(4)与轧辊(1、6)辊面之间保持一种旋转+水平移动的复合相对移动方式，

所述复合相对运动要求如下：

即该公式就是轧辊转动的转速η与混合射流喷嘴沿着辊身轴线方向水平移动速度v之间的关系，

其中，D为轧辊的辊身直径参数；

L为混合射流喷嘴组合单元的总喷射宽度值；L＝n×l；

l为单个混合射流喷嘴在辊面的粗糙度有效喷射宽度值；

n为喷射单元中的排布的混合射流喷嘴数量；

v₀混合射流喷嘴在保证有效宽度值l时与辊面的最大相对移动速度值；

η为轧辊转动的转速，单位为R/s，则旋转角速度w值为：w＝2πη；

v混合射流喷嘴在轧辊辊身轴向的匀速移动速度值为m/s。

2.如权利要求1所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于：

所述表面处理装置设置外部防护罩(7)。

3.如权利要求1所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，

在轧辊(1、6)表面已经磨削完毕后，将轧辊(1、6)运输至表面处理装置，此时将安装于支撑架3上的混合射流喷嘴(4)正对轧辊(1、6)表面，且保持混合射流喷嘴(4)与轧辊(1、6)表面以一定的距离。

4.如权利要求1所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，

所述轧辊(1、6)与混合射流喷嘴(4)之间旋转+水平移动的复合相对运动，为轧辊作旋转而混合射流喷嘴(4)作水平移动，或者为轧辊作旋转的同时也做水平移动。

5.如权利要求1所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，所述混合射流喷嘴(4)为前混合射流喷嘴，或为后混合射流喷嘴。

6.如权利要求1所述的一种轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，所述轧辊(1、6)为表面平直的圆柱形轧辊或轮廓异形的型钢轧辊，所述异形轧辊，即表面并非通体平直的规则圆柱形轧辊，有H型钢轧辊、钢棒的搓轧轧辊、工字钢轧辊。

7.如权利要求1所述的轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，所述混合射流喷嘴(4)喷射的射流(2)的喷射压力通常在5Mpa～80Mpa之间，所述磨料颗粒的粒度范围在10目～120目之间。

8.如权利要求1所述的轧辊表面强化与粗糙度控制方法，其特征在于，所述磨料颗粒的粒度范围在Ra＝10um以上时，则选择60目或更粗颗粒，在Ra＝5um以下时，则选择100目的或更细颗粒。