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1、吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎？与朋友交而不信乎？传不习乎？论语万两黄金容易得，知心一个也难求。曹雪芹轧辊技术发展回顾和展望 1/3 轧辊技术发展回顾与展望 编者按本文概括了热轧扁平材所使用的轧辊技术以及实践经验。经过 30 年缓慢发展之后，目前客户对生产率以及产品质量的高要求推动轧辊技术不断开发。国际上的发展已经有目共睹，特别是为满足目前的表面质量要求，必须采用高速钢轧辊。目前，最急需解决的问题是改进最后几架轧机的工作辊。扁平材生产企业面临的主要问题 近 23 年，钢铁工业面临众多严峻挑战：首先是产能过剩；其次是经济极度萧条所导致的价格过度竞争。为此，全球钢铁工业做出巨大调整，如下调整是事先
2、没有预测到的。日本合并：近 30 年以来，日本大型钢铁联合企业首次进行合并并缩小运行规模；北美企业破产：产能过剩导致热轧卷现货价格降到 30 年来的最低水平。许多钢铁联合企业被指控倾销钢材，无奈之下采取破产保护；欧洲经济联盟：经济联盟带来的压力导致进一步的合并和缩小规模。尽管面临上述挑战，但全球仍有许多大型钢铁企业进行改造，其中一些改造成本超过了最初的建设成本。大部分改造不是用来增加产能，而是为了提高扁平材的质量。二代热轧机合理化只有最好的能生存下来 北美建成的二代热轧机有 12 套以上，这些热轧机配备连续式粗轧机组、低效的推钢式板坯加热炉和 80 英寸宽轧机。而且大多热轧机所采用的原料为铸锭
3、。此时热轧机的生产率较低，质量并不是很重要，但随后的生产表明：产量决定一切。世界钢产量从 3 亿 t 增加到6 亿 t 以上。此时热轧卷主要作为最终产品进行销售。从 1975 年到 1985 年这一钢需求周期中，上述一部分热轧厂进行了再投资。所有二辊式万能板坯初轧机均被停产，新建了几套半连续式热轧机，并配备了高效步进梁式加热炉，而且，为提高生产率和产品质量，引进了高铬轧辊。这一时期客户的要求越来越高，但产量仍然是最重要的。20 世纪 90 年代是又一个需求高峰期，这一时期观察到新的现象：开始引入紧凑式带钢生产工艺（CSP）。该工艺缩短了交货期，而且极大地降低了生产成本，这使得钢铁联合企业感到震
4、惊。此时高速钢（HSS）工作辊应用到一小部分热轧机上，用来提高产品质量。到2000 年，普通热轧卷的价格降到 25 年以来的最低水平，这个时候低效轧机陷入困境。在 2001年，北美钢产量减少 11、欧洲减少 3、日本减少 3；而非洲的钢产量增长 9、中东增长 8、亚洲增长 5。这一时期产量不在是优势，价格、交货时间和产品质量成为最终占领市场的决定因素。目前的轧辊技术日本的轧辊制造商开发了一种新的轧辊技术，那就是连续浇注复合轧辊（CPC），其首先是设计、制造并成功地将这种轧辊应用到热轧机的精轧机架上。日本大多数的钢铁企业在其粗轧机架上完全使用这种轧辊，而在中轧机架上至少是部分工作时间采用这种轧辊
5、。目前。轧辊制造商正在开发一种改进型铸造高速钢工作辊，期望能超过其开发的CPC 工作辊。在北美，目前铸造高速钢工作辊已普遍应用到所有带钢轧机的粗轧机架上。而且大多数的钢铁企业至少尝试采用上述的连续浇注复合轧辊。北美两家主要的钢铁企业率先对 CPC工作辊进行试验，经过大量分析和讨论后，最终决定采用这种轧辊。目前，已有 4 家钢铁联合企业和 3 家紧凑式带钢生产企业正式采用 CPC 工作辊进行生产。在欧洲，高铬铁轧辊和无限冷硬轧辊在热轧机上的应用仍然占据统治地位。某些企业试图采用铸造高速钢轧辊，而 CPC 轧辊在两家企业的应用也仅处于试验阶段。在亚洲，高速钢工作辊已普遍应用在所有现代化热轧机的粗轧
6、机架上。这种工作辊的价百川东到海，何时复西归？少壮不尽力，老大徒伤悲。汉乐府长歌行万两黄金容易得，知心一个也难求。曹雪芹轧辊技术发展回顾和展望 2/3 格与用其生产的产品质量同样具有极高的竞争力，价格总是最重要的。目前，全球大多数的钢铁企业已经认识到：产品表面质量要想满足当今标准的要求，必须采用高速钢工作辊。某些钢铁企业尝试了这种新技术，但以各种理由对其进行了否决主要是因为不愿意解决问题、不愿意为设备更换进行必要的投资或者不愿意相信采用这种技术是必须的。高速钢轧辊并未象 10 年前高铬铸铁轧辊一样占领市场。因此，某些轧辊制造商陷入了困境，从而影响到其研发活动。许多轧辊制造商仍然坚持认为高铬铸铁
7、轧辊仍存在很大市场，否认了铸钢辊因为同样技术问题而不存在的事实。轧辊技术的进展近 30 年以来，轧辊技术进展缓慢。主要由于轧机未延迟便可达到目标产量。采用新轧辊的企业，都存在一段时间的犹豫期。采用新轧辊的目的是为了降低成本或减少轧辊更换所需的时间。在大多数情况下，采用高速钢工作辊的尝试最初都失败了或者因为轧辊技术不太成熟，或者因为钢厂的生产状况不利于轧辊试验获得成功。大多对高速钢轧辊性能感兴趣的钢铁企业在评估其性价比后，并未采用这种轧辊，因为价格太高。改进轧辊的目的是为了提高产品质量并缩短交货时间，这两种属性在首次或日常生产理想产品过程中需要结合在一起。出于任何其它原因对新轧辊进行的试验最初总
8、会面临许多挫折，每当这个时候，总是责怪轧辊不可行，因此试验也难于进行下去。轧辊的运行环境必须按照客户进行定制，以便能够获得最佳的产品质量。最近对北美钢铁企业的调查表明：采用高速钢轧辊的企业也增加了轧辊冷却水、工作辊或支撑辊添加了轧制油，而且采用了先进的板型和平直度控制系统。轧辊性能改进近 30 年，轧辊性能（按 t/mm 测量）沿指数曲线改进。最初的铸铁和铸钢轧辊性能低于 3000t/mm。高铬轧辊引入到热轧机最初几架精轧机架上后，性能翻倍。随后，铸造高速钢工作辊的引入又带来一大进步，尽管其引入过程所需的时间很长。自引入CPC 辊以后，轧辊性能开始以指数曲线提高，而且这种提高一直延续到轧辊重复
9、使用能力得以最大化，即便如此，轧辊性能仍不够好，为此必须进行改进。日本的轧辊制造商已经认识到这一问题，开始着手改进其铸造高速钢轧辊技术。多法斯科轧制工艺改进采用高速钢工作辊的目的是为了改善产品表面质量。多法斯科所生产的产品表面性能之所以能够达到如此高的水平，主要源于如下因素的共同作用：采用了目前最先进的轧制技术；改进了轧辊冷却系统；支撑辊使用了轧制油；轧制工艺稳定，消除了轧制废品；改进了除磷系统；采用中间几架冷却系统；开发出一体化温度控制系统。近 10 年，多法斯科热轧机的轧辊性能稳步提高，主要源于如下因素：与高铬铸铁轧辊相比，高速钢轧辊的耐磨性能提高；高速钢轧辊无需研磨，可使用多个换辊周期；
10、消除了由于产品表面问题而进行的非定期轧辊更换；生产条件得到改善，从而提高了运行稳定性。所生产的废品明显减少，使得消除危险裂纹而进行的额外研磨最小化；安装了新的研磨设备（改进型涡流和超声波检测设备），使得轧辊研磨水平得以检测和控制；大多数的高速钢轧辊制造商已经解决外层和内层交界面上的缩孔问题；使用 CPC 型高速钢工作辊，使得轧辊性能远远高于铸造高速钢工作辊；引进改进型铸造高速钢工作辊，其性能水平接近于 CPC 轧辊，但成本低于后者。CPC 轧辊性能 令人关注的是 CPC 轧辊，这种轧辊由于其自身的微观组织和加工工艺，使得其使用多个换辊周期后，轧辊表面状况仍无明显变化。通过轧辊表面粗糙度测量发现
11、，CPC 轧辊在非淡泊无以明志，非宁静无以致远。诸葛亮古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。苏轼轧辊技术发展回顾和展望 3/3 不进行研磨的条件下，使用 4 个换辊周期后，轧辊表面仍然保持光滑；尽管铸造高速钢工作辊也可重复使用，但其表面粗糙度增加。CPC 轧辊近乎完美的表面精度再加上极低的磨损率使得其拥有极高的潜能，但其美中不足是价格太高，是铸造高速钢工作辊价格的 23 倍。未来轧辊发展随着许多钢铁联合企业的破产、合并以及拆分，生产角色上的转换将在今后 10 年呈现出来。扁平材生产领域将呈现出两个角色：一种角色是低成本、商品级热轧板卷生产者；另一种角色是高附加值优质产品生产者（集中
12、于涂层产品）。针对第一种角色，轧辊制造商仍然坚持生产铬铁轧辊和无限冷硬轧辊。但这些轧辊生产企业将跟随处于非营利周期的用户。针对第二种角色，只有最好性能的轧辊技术将被采用。双方均能达到稳定一致的高性能水平才能保证双方获得稳定收益。而且，如果短流程生产企业对轧辊技术未提出更高的要求（由于轧制过程中所采用的温度和大压下），那么这种企业也将出现与钢铁联合企业类似的情况。这将对生产商品级带钢的联合企业造成更大的压力。未来轧辊如何被使用？1.轧辊使用必须成为行业的核心竞争力。如下 4 个因素表明轧辊在轧制扁平材过程中的重要性：高成本；对产品质量影响很大；对设备运行状况（计划和非计划延迟）影响很大；维修费用
13、高（车间、设备以及运输）。正确选用轧辊并控制其保持良好状态是一项高成本，并对产品质量产生巨大影响的事情，这就需要轧辊制造商和其用户共同对待，这种责任很难成功转嫁给第三方。2.核心竞争力需要全面的控制方法。除了用户，没有其他人对轧辊进行成功管理。除了用户，轧辊维修也可以由第三方进行，但是没有。轧辊供应商必须与用户保持紧密联系，并为其提供目标服务。3.钢厂轧辊车间必须进行改进。车间操作人员不要太关注轧辊单件研磨时间、人员定额以及金属切削液的结构，而必须成为高级技工，掌握世界一流操作所具备的检查、监测、鉴别以及执行能力。在某些情况下，轧辊车间的人员需要与轧制人员沟通配合。而且需要与质检员一起，做出与
14、轧辊有关的决策，这些决策远远不只是轧辊更换和维修。4.轧辊供应商必须满足或者超过钢厂客户的期望。和扁平材产量过剩一样，轧辊制造行业也出现了产能过剩情况。许多轧辊制造商没有什么新技术可以提供，为此他们必须细化市场。轧辊制造商必须掌握新技术，使得高端带钢产品的生产企业获得较高的竞争力。5.使用传统轧辊技术的热轧企业不能坐以待毙。随着对产品质量要求的不断提高、对生产率和金属收得率要求的不断提高以及对成本要求越来越低，轧辊用户被迫采用新技术。而且，为保证高性能轧辊的成功使用，钢厂的运行状况必须改变。6.轧辊采购全球化。轧辊制造商不再拥有固定用户，为满足其客户要求，必须加紧开发。受汇率波动对成本的影响，轧辊采购将受到总成本模型分析驱动