轧钢备品对高速轨产品质量的影响分析

2021-11-29陈立珂刘宏基朱华林张志鹏

中国金属通报 2021年10期

陈立珂，刘宏基，朱华林，张志鹏

(1.河钢集团邯钢公司，河北邯郸 056000；2.河北工程大学，河北邯郸 056000）

高速铁路用轨是高速铁路运输系统的基础，其质量的好坏直接影响高速铁路运输的安全、平稳与高效。在高速铁路运输高速、重载的发展趋势下，对高速铁路用钢轨各项质量指标也提出了更高的要求。轧钢备品是高速轨轧制开始前进行的轧辊、导卫和其它工艺件等的准备工作，主要包括轧辊的车削和刻字、导卫的维护和预调整、辊系的装配和落辊等工作。其准备质量的高低将直接影响高速轨生产过程中尺寸和表面的质量控制，是高速轨生产过程中至关重要的环节。

1 轧辊准备对高速轨质量影响

重轨生产中的轧辊准备主要包括BD轧辊、万能轧辊、轧边辊、万能立辊和UF轧辊的车削，UF轧辊的刻字，轧辊表面处理，轧辊硬度和孔型检验以及轧辊参数的测量和设定等工作，是直接影响钢轨成品尺寸的关键环节。

1.1 轧辊车削对高速轨质量影响

钢轨生产过程中轧辊车削对钢轨外形尺寸、表面质量有着直接的影响，首先BD轧辊、万能轧辊、轧边辊、万能立辊和UF轧辊的孔型的车削精度、孔型对称性等直接影响着钢轨外形尺寸和钢轨的轧制状态，特别是万能轧辊、轧边辊、万能立辊和UF轧辊孔型的车削，由于以上几架轧机的轧辊参于的是钢轨轧制过程的最后几道次轧制，如果以上几架次轧辊孔型车削精度出现问题，将直接导致钢轨成品尺寸出现严重的尺寸缺陷，比较容易出现的缺陷有：轧辊轨冠饱满度不合、腹腔不合、轨底宽度不合等。例如，万能头部立辊孔型精度主要影响钢轨轨冠饱满度，该孔型如果车削精度出现问题会导致成品轨冠饱满度不合，或者导致头部立辊未轧制到量提前下线。Uf轧辊车削过程中，比较容易出现尺寸波动的是轧辊轨腰宽度，由于涉及人工挑尖，因此操作偏差容易导致轨腰宽度不稳定的现象，为了保证留有足够的磨损量，轨腰宽度设计过程中通常会按照标准要求尺寸的上限设计，如果车削尺寸偏大容易导致钢轨腹腔大超标，而如果轧辊轨腰车削尺寸偏小则容易使Uf辊轧制量较少时就不得不提前下线。

轧辊孔型车削不合还会导致钢轨严重的表面质量问题，通常由于孔型偏差会导致钢轨在轧制过程中出现侧弯或者上翘、下扣问题，这就会导致轧制变形的钢轨撞击轧辊，造成轧辊磕伤或者轧辊切钢，在钢轨后续轧制过程中形成表面轧疤缺陷。

1.2 轧辊表面处理对高速轨质量影响

目前BD轧辊，特别是BD1轧辊，由于轧制力和扭矩过大，大多采用钢质轧辊，同时，由于BD区钢轨变形比较剧烈且不均匀，因此钢质轧辊在钢轨轧制过程中，部分孔型会导致比较严重的粘钢问题。目前钢厂采取的主要措施是对轧辊进行表面处理或者采用在轧辊表面堆焊一种新材质的方法进行处理，以提高轧辊表面硬度，减少轧辊粘钢问题，这就对轧辊表面处理后的硬化质量提出较高要求。轧辊硬化主要的质量问题是表面硬度不合、硬化后孔型精度差，硬化表面掉块等，以上问题在钢轨轧制过程中会导致表面轧疤，钢轨尺寸不合等问题，且由于后续经过较多道次轧制，缺陷通常难于发现，容易造成较为严重的质量问题。例如，当BD轧辊硬度不达标时，钢轨在轧制过程中对轧辊产生冲击，在轧辊表面产生凹坑，影响钢轨表面质量。当硬化质量不稳定而导致轧辊掉块时，会在钢轨表面形成轧疤，且经过后续反复轧制后，形成较为隐蔽的表面轧制，更加难于及时发现，容易导致比较严重的质量事故。部分轧辊经过表面硬化后，由于硬化层厚度控制不佳，会导致BD轧辊孔型尺寸发生变化，严重影响钢轨轧制过程的尺寸控制。

1.3 UF辊刻字对高速轨质量影响

UF轧辊刻字是钢轨生产过程中的重要工序，标准TB/T 3276-2011和TB/T2344-2012中都对轧辊刻字有着明确的要求，UF轧辊经过一定的过钢量后，会在轧辊刻字处出现轻微的裂纹，严重的可能会导致轧辊掉块现象。解决以上问题通常是要定期更换轧辊刻字刀，确保刻字过程中不产生较大应力。其次，轧辊刻完字后要对锋利倒角进行倒圆角处理，防止轧辊轧钢过程中产生应力集中。

2 导卫准备对高速轨质量影响

导卫是钢轨生产过程中的重要工艺件，特别是高速轨生产对导卫质量和导卫准备工作提出了更高的要求。无论是BD辊系还是万能辊系的导卫，其主要作用就是在钢轨轧制过程中对钢轨起到导向和扶持作用，减少钢轨弯头和翘扣头，避免钢轨直接撞击轧辊、辊道或者其他设备，导卫在钢轨的轧制过程与钢轨（特别是钢轨头尾两端）保持接触，因此其对钢轨的表面质量会产生比较大的影响。

2.1 BD导卫准备对高速轨质量影响

BD导卫分为上卫板和下整体导卫，下整体导卫上安装有分体导卫和侧导板。上卫板主要安装在上辊的帽型孔和切分孔，主要起到将钢坯脱离轧槽的作用。上卫板安装的高度要合适，基本位于辊面以内5mm～10mm的位置，上线后根据具体使用情况进行调整。上卫板过高，容易导致压不住钢轨，钢轨超出推床容易造成轨底和轨头划伤。上卫板过低，容易造成钢轨上下面划伤，需要经常对上卫板表面进行打磨，防止粘钢，造成钢轨外表面铁皮压入。

BD下整体导卫上安装有分体导卫，BD下整体导卫和分体导卫高度需要调整到辊面以内3mm～8mm以内。当BD出口下整体导卫和分体导卫高度过低，起不到对钢轨的扶持作用，钢轨容易产生扣头现象，冲击工作辊道，造成轨头下侧磕伤。当BD入口下整体导卫和分体导卫高度过低，会导致钢轨直接撞击轧辊，造成轧辊磕伤。当BD出口下整体导卫和分体导卫过高，钢轨容易撞击导卫，在钢轨下表面产生划伤。当BD入口下整体导卫和分体导卫过高，会导致导卫夹钢，而是钢轨无法正常咬入。

BD下整体导卫上安装的侧导板主要安装在个别道次入口侧，安装要求露出辊面0-5mm,在起到对钢轨的扶持作用的同时，避免钢轨直接撞击轧辊侧面。如果侧挡板露出辊面，会导致钢轨撞击轧辊，导致轧辊产生凹坑或者粘钢，后续轧制过程中在钢轨轨头侧产生轧疤。

2.2 万能导卫准备对高速轨质量影响

万能轧机导卫涉及U1/E/U2三架轧机，共计20片导卫。由于万能轧机存在连轧关系，万能导卫的安装调整要求较其它机架更高，是影响高速轨生产和产品质量的关键因素之一。高速轨生产对万能导卫的维护要求较高，为了保证万能导卫调整的精确性，要求时刻保证万能导卫偏心销灵活可调，横梁与导卫盒子之间相对可调，且不能存在较大间隙，防止导卫在钢轨轧制过程中左右窜动。同时，导卫安装到辊系上后要保证导卫不存在前后左右的晃动现象，避免在钢轨轧制过程中，因导卫前后左右晃动而导致的钢轨轧制状态不稳定，进而导致钢轨表面划伤的产生。

万能导卫在线下准备过程中，要求连轧机组辊系上线后在钢轨轧制过程中的每一道次都保证各机架导卫左右、上下对正，高低保持一致，且单片导卫不能存在明显的不水平现象。以免钢轨在轧制过程中出现扭转、弯头和上下扣头现象，造成钢轨表面缺陷的产生和轧辊的撞伤。

万能导卫横梁衬板的维护如果不到位，会造成横梁在辊箱内前后晃动，导致导卫在钢轨轧制过程中出现抖动，在导卫上产生粘钢现象，粘钢会掉落在钢轨上，导致钢轨产生表面缺陷。

2.3 UF导卫准备对高速轨质量影响

UF导卫准备过程中，要注意UF入口导卫的左右位置，根据钢轨咬入端的弯曲情况，尽量保护UF轧辊的轨头位置，防止钢轨弯头撞伤轧辊导致轨头下颚轧疤的产生。UF出口导卫相对于轧辊的水平高低位置是影响钢轨表面质量和端部平直度的重要因素，出口下导卫过高或者出口上导卫过低会对钢轨造成划伤，出口下导卫过低或者上导卫过高会出现钢轨扣头或者翘头严重。因此，目前要求UF导卫准备过程中，出口导卫尽量与轧辊水平面保持平齐，UF轧辊辊径设计按照下压下，尽量避免钢轨下扣。经验表明，上、下卫板间距比腰厚大3～4mm，则能控制出钢状态，又能防止卫板卡钢或刮伤。如60kg/m重轨腰厚16.5mm，上下卫板间距应为20mm，则要求下卫板与轨面间距要小于卫板与上辊面间距。如下卫板与下辊最高面间距按3～5mm控制，则能充分保证出钢上翘。

3 辊系装配对高速轨质量影响

辊系装配影响高速轨生产质量的主要因素有万能水平辊轴向窜动量、BD辊系垫片以及辊箱各个衬板的尺寸精度。辊系装配质量对钢轨的表面质量、外形尺寸和轧制过程都会产生比较直接的影响，是提升高速轨产品质量和产量的关键因素。

3.1 万能水平辊轴向窜动对高速轨质量影响

由于设备精度误差和辊箱轴承配合间隙的存在，万能水平辊轴向窜动量不可避免，但是必须控制在合理的范围之内，否则在钢轨的轧制过程中就会导致钢轨通长尺寸波动或者轧辊的磕伤。当万能水平辊轴向窜动量超出标准时，万能水平辊会在钢轨咬入的一瞬间向力小的方向窜动，导致钢轨在咬入的一瞬间打滑，造成轧辊磨损异常或者磕伤。每次更换完成万能轧机轧辊后，需要对万能轧辊进行标定，如果万能轧辊轴向窜动量异常，标定完成的孔型会产生严重的错位，导致调整工调整尺寸的过程异常困难。

3.2 BD辊系装配对高速轨质量影响

BD辊系垫片通长是根据辊径的变化和孔型的配置来进行调整，如果垫片过低会导致钢轨轧件咬入孔型困难，轧件脱离孔型时上翘严重。如果垫片过高同样会导致钢轨轧件咬入孔型困难，轧件脱离孔型时下扣严重，轧件猛烈撞击辊道和导卫，对轧件表面和尺寸都会造成一定的影响。

BD辊系装配过程中，主要是通过辊箱上的螺纹套和半环控制轧辊轴向位置，当螺纹套旋出不到位或者半环脱落，会导致BD轧辊轴向不受控，影响钢轨轧制过程的咬入和尺寸变化。

3.3 辊箱衬板尺寸精度对高速轨质量影响

万能水平辊箱设计有保证辊箱轴向和径向固定的衬板，如果衬板尺寸超出设计偏差，辊系就会在轧机内晃动，会造成万能轧机孔型在钢轨轧制过程中的不稳定，也会导致钢轨在咬入时产生打滑，对钢轨的表面质量和产品尺寸都会产生不良影响，当万能水平辊辊箱衬板磨损严重时，万能水平辊会在钢轨咬入的一瞬间向力小的方向窜动，导致钢轨在咬入的一瞬间打滑，造成轧辊磨损异常或者磕伤。

万能立辊辊箱上的衬板主要起到对立辊辊箱垂直方向和水平方向的固定作用，立辊辊箱上的衬板磨损超出标准后，立辊就会在垂直和水平方向产生错位，导致万能孔型产生变化和立辊的横向位移，同样会造成钢轨轧制过程中的不稳定和钢轨在咬入时产生打滑，对钢轨的表面质量和产品尺寸产生不良影响。