温轧机的轧辊加热研究----温轧技术专题报告之一作者 北京中冶设备研究设计总院上海分院 黄伟引言 “温轧”是指在金属或合金常温组织发生回复的温度以上，再结晶温度以下的温度范围内进行的轧制过程。温轧普遍的应用于钛、钼、钨等难变形金属和镁合金等特殊晶格结构金属的压延加工。本文作者试图从实践角度阐述温轧技术，抛砖引玉，期待理论上的逐渐完备。传统意义上的温轧，大多是在冷轧机上实施的。一般的做法是将工件加工到200~400℃后实施压延。对工件加热问题将在以后的专题报告中阐述。随着钛、钼、钨等难变形金属的市场容量加大，特别是镁合金材料的晶格结构特殊性，专用温轧机应运而生。温轧机轧辊的加热是温轧设备关键技术之一。温轧机轧辊加热方法温轧机轧辊的加热方法从能源介质角度分，主要有电加热、流体加热和火焰加热三种。从加热手段看，分为内加热和外加热两种。图1给出了各种加热方法的归类。图1 轧辊辊面各种加热方法1. 辊内电加热辊内电加热一般都会采用管状电热元件，插入工作辊或支承辊，通过旋转接头接通电源。这种加热方式的优点是不影响轧机内外部结构，简单易行。缺点在于热量是芯部向外传导，中间先热，增加了加热过程中轧辊的热应力。加热过程的热惯量较大，温度调整不灵敏。而且轴承温度偏高，增加润滑难度。这种加热方式适合于小型试验轧机。2. 辊内流体加热辊内流体加热有3种方式：（1）以水为介质的加热方式。即用高温水通入轧辊内腔对轧辊实施加热。这种加热方式的优点是运行成本低。缺点是加热温度受限制，轧辊加工难度大，水的结垢影响传热。一般不采用此类加热方式。（2）以蒸汽为介质的加热方式。即用高温水蒸汽通入轧辊内腔对轧辊实施加热。这种加热方式的优点也是运行成本低。缺点是轧辊加工难度大，对系统的密封要求高，同时加热温度也不太高。此类加热方式极少采用。（3）以耐高温矿物油为介质的加热方式。耐高温矿物油可在260℃稳定工作，能满足大多数温轧机轧辊温度的要求。这种加热方式的缺点是轧辊加工难度大，对系统的密封要求高，运行成本比较高。此类加热方式适用于工作辊表面温度等于或小于200℃以下的温轧机。3. 辊面电加热辊面电加热有以下方式：（1）传导加热，用电热丝对辊面进行“烘烤”。这种方式造价低，但能耗大，热惯性大，已逐步被淘汰。（2）辐射加热，装备红外辐射管对辊面加热。这种方式比较廉价，能耗也可接受，但热惯性大。（3）感应加热，轧辊在感应线圈中被加热。这种方式能耗低，热惯性小，但装置复杂，只能在停机状态下工作。少有采用。（4）电磁加热，应用电磁感应原理（类似于电磁炉）对辊面加热。这种方式能耗最低，热惯性小，可以在轧制过程中精确控制轧辊表面温度。缺点是造价高。对于高质量的温轧机，电磁加热是首选。北京中冶设备研究设计总院上海分院已有1套成功的经验和2套正在制作的装置。4. 辊面火焰加热辊面火焰加热以天然气和煤气为主，少有油气加热的。火焰加热的优点是系统简单，造价和运行成本都低。缺点是辊面局部高温对轧辊有伤害，安全性也稍差。对镁合金温轧完不适用。除了上述加热方式外，还有离线加热的设想。即把辊系移出轧机，在一个专门的加热装置中加热，然后装回轧机。作者觉得对于小型试验轧机，由于受空间限制，可优先考虑采用此法。但对于大型轧机和生产用轧机完全不适用。首先轧制时辊面温度不可控。其次，带高温安装辊系，安全性难以保障。轧辊表面温度均匀性控制轧辊表面均匀性可以用一个2维系统来描述：周向和轴向。周向是指同一横截面上辊面形成的圆周上各点温度的均匀性。轴向指同辊面宽度方向上各点温度的均匀性。周向温度的均匀性通过缓慢地旋转轧辊就能取得理想的结果。轴向温度的均匀性则需要非常关注。1. 各种加热方式对辊面轴向温度均匀性的影响1.1. 沿辊面宽度均匀加热时轴向温度的变化图2给出了沿辊面宽度均匀加热（辊面电加热方式）时轴向温度的变化曲线。现场对辊面和辊内加热的测量呈现以下规律：（1）辊面电加热方式，距辊面两端150mm开始，辊面温度显而易见地下降。辊内加热方式，距辊面两端70mm开始，辊面温度显而易见地下降。（2）在同样的表面温度情况下，辊内加热方式下的轴承温度大大高于辊面加热方式的轴承温度。图2 沿辊面宽度均匀加热时轴向温度的变化曲线. 辊面两端加强加热时轴向温度的变化图3给出了辊面两端加强加热（辊面电加热方式）时轴向温度的变化曲线。与均匀加热相比，端面温降区显著缩短，大约为70~80mm。但是轴承温度有所提高。辊内加热方式时两端加强加热实现起来困难，目前尚无实例。图3 辊面两端加强加热时轴向温度的变化曲线. 辊面两端加热区延长并加强加热时轴向温度的变化图4给出了辊面两端加热区延长并加强加热时轴向温度的变化曲线。与上述加强加热相比，端面温降区进一步缩短，大约为40~50mm。但是轴承温度也更加提高。图4 辊面两端加热区延长并加强加热时轴向温度的变化曲线. 辊面轴向温度的均匀性控制国内现存技术，只有辊面加热方式能够对辊面轴向温度的均匀性实施控制。本节讨论仅限于辊面加热方式时的轴向温度均匀性控制。从上述各种加热方式对辊面轴向温度均匀性的影响的规律性来看，通过对轧辊两端提高加热强度可以轻松又有效地减轻轧辊两端的温降。因此，分段加热是提高辊面轴向温度均匀性的必要条件。两端加热区延长因其空间布置困难，加上对轴承的不利影响，在实践中少有采用。在实际运用中，采用下列组合措施可以有效提升辊面轴向温度均匀性。2.1. 轧辊辊面宽度大于轧件宽度200~250mm，对于宽板还可以加大到300mm。2.2. 加热装置有效加热区尽可

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