随着我国钢铁工业的不断发展，市场竞争日趋激烈，用户对钢板表面质量的要求也愈来愈高。可通过两种途径改善轧制产品的表面质量：一是通过改进轧辊材质，提高轧辊的耐磨性；二是将工艺润滑技术应用于热轧生产中。采用热轧润滑技术，不仅可以降低能耗，提高生产率，降低轧辊成本和改善带钢表面质量，而且可以使热轧IF钢的晶粒组织得以改善，使之具有理想的深冲性能。随着短流程连轧工艺的发展和市场对厚度小于1mm热轧带钢需求的增加，热轧润滑技术已引起广泛关注并得到普遍应用。目前，国外几乎所有热轧带钢轧机均采用了热轧润滑技术，国内一些钢铁公司对此也较重视，并先后在热轧生产线应用了该技术，获得了良好的经济效益，但我国热轧工艺润滑的研究和应用远远落后于国外。

　　为研究采用热轧润滑后轧制压力的降低情况，国外研究者主要利用小型热轧机研究热轧板带过程中基础油的成分和润滑油添加剂对摩擦系数的影响，以获取一些热轧过程中摩擦系数的数值，但仍未充分弄清轧辊和轧件间界面处的润滑行为。

　　本文利用高温热磨损试验机对常用轧辊材料进行了水润滑和不同浓度润滑油润滑条件下的对比性试验研究，通过接触压力和圆盘间摩擦系数的变化，确定了不同润滑油的润滑效果。

　　试验机润滑系统

　　按照润滑剂是否重复使用，轧制工艺润滑系统分为循环式和非循环式两种润滑系统。如果采用循环式系统则需要设计庞大而复杂的回水循环系统，同时必须将冷却水和所供应润滑剂分开，因为润滑油和冷却液体与热的试验机装备接触会引起燃烧，严重污染空气；另外，热轧过程中生成的氧化铁皮粘附在润滑油上，使润滑剂不能完全回收和重复使用，导致试验费用过高。因此，本试验机润滑系统采用非循环式的工艺润滑系统。

　　系统工作原理。热轧工艺润滑所采用的润滑剂有液体和固体两大类，其中，以液体润滑剂应用较多。液体润滑剂有纯油和纯水混合两种。从国内外发展趋势看，油水混合润滑剂已逐步取代纯油润滑剂。润滑系统的润滑效果通常与所采用工艺润滑系统特别是供油方式有很大关系。目前，世界上板带钢热轧工艺润滑系统常用的供油方法有油水预搅拌混合法、蒸汽雾化混合法、直接注入法和油水在管路中直接混合法等，根据试验机的实际使用特点，选择油水在管路中直接混合法作为该润滑系统的供油方法，该系统由供油、供水、混合和喷射等四部分组成。

　　试验机运行中，油和水按照上位机预设的混合比例在一定温度条件下通过油水供应系统分别进入混合器进行混合，混合好的润滑剂通过喷嘴以一定的喷射角度（一般为80°—110°）喷射到工作辊入口处辊面上。

　　试验机润滑系统组成。试验机润滑系统由油水混合系统、温度控制系统和流量控制系统组成。

　　混合系统。混合器是油水混合系统的关键元件，它关系到油的分散性及其在辊面的分布状态。常用的混合器有文杜里管系统和静态混合器。相比较而言，静态混合器的混合效果更好，更适用于现场应用，其主要工作原理是：由于空心管道中混合单元的作用，使流体在输送过程中通过分割、旋转和汇集进行充分有效的混合，不仅将中心液流推向周边，而且还将周边流体推向中心，从而形成良好的混合效果。

　　系统在实际的安装和运行中，必须为混合器选择合适的安装位置，使得润滑剂从混合器到喷嘴的运行距离适当，否则，如果运行距离过长，则油水会分离，从而使一部分油附着在管壁上，而油附着在管壁一方面造成润滑效果下降，另一方面时间一长会堵塞管壁；若运行距离过短，造成油还没有从水中分离就从喷嘴喷出，也会影响其润滑效果。因此必须根据所选用的润滑油进行现场试验，对混油点位置进行准确的标定，以充分发挥润滑油的润滑效果。

　　温度控制系统。在润滑系统的水箱和油箱内分别安装电加热器及各自对应的电接点温度计，以使油和水保持在一个合理的温度范围内。通常情况下，选择油箱的恒定温度为40—65℃，这样有利于油中水、杂质和气泡的快速分离，同时提高油的过滤性能。为了保证加热的均匀性，同时防止局部过热将润滑油烧焦，在系统的开发设计中采用间接加热方式进行润滑油的加热，即在电热丝与管子周围填充耐高温材料，然后将电热管装入油箱上的一个套管之中使用，这种加热方式增大了换热面积，能够使油箱被均匀加热，且易更换（可直接取出加热器而不必抽出油箱中的润滑油）。

　　在试验机的运行过程中，加热器根据油路中电接点温度计的测量值进行实时的开关加热，保持油箱和水箱中润滑剂温度的基本恒定。

　　流量控制系统。为了实现不同油水混合比例下的润滑效果比较试验，在润滑系统的供油系统中增加了流量控制环节，该环节主要由流量传感器、比例流量阀和信号转化器等组成，在试验中可以根据试验要求和实际运行情况，通过上位机调节油水混合比例进行比较试验。

　　流量控制是通过流量控制阀来自动控制的，流量传感器检测到通过管路的油流量，然后由信号调节器转变为电信号，送到可编程控制器（PLC）中与上位机预设的流量信号值比较，将比较差值转换成相应的压力信号经过放大送入流量控制阀，控制阀口开度，从而控制送入混合器的油的流量，实现不同比例的油水混合。

　　试验机润滑系统的技术特点

　　试验机润滑系统的技术特点如下：1）供油和停油迅速。2）喷射流量和油水混合比例可以根据实际情况进行动态调节。3）喷油量小且燃烧充分，水中油残留少，对水处理系统无特殊要求。4）喷嘴不易被堵塞。5）调节快捷、简便和油耗低。

　　本试验所用三种轧辊圆盘分别为高铬镍无限冷硬铸铁（HSS）、高铬钢（HiCr）和高速钢（IC），轧件盘钢种为Q235。

　　润滑油的选取。现代热轧工艺特点是高温、高速和高压，因此选择的润滑剂要满足润滑性、粘着性、在高温下有良好的抗氧化性和耐分解性、良好的抗乳化性和离水展着性，以及润滑油燃烧生成气体量少，燃烧物无毒，对环境污染小等特点，从润滑剂的工艺性能、使用性能及环保性能等方面满足试验和现场生产的要求。

　　根据上述润滑油的选取要求，本试验选用某厂生产的HYG-1和HYG-3型热轧润滑油，其理化性能见表1（注：PB为油膜强度）。

　　试验参数设定和试验步骤。试验参数设定为试验电机频率为9Hz、圆盘的线速度为0.293m/s，每次试验时间为60min左右。

　　先将整流电流调到90A，将轧件快速加热到950℃，然后调节整流电流到80A，使轧件保温，上下圆盘稳定接触压力达到850N时开始试验，试验过程中将纯水和配制好的不同浓度的两种润滑液连续向轧辊表面喷射，每隔1分钟记录一次接触压力，比较纯水及浓度为1.0%，2.0%，4.0%润滑油的圆盘间接触压力及圆盘间摩擦系数的变化情况。

　　试验结果及分析

　　接触压力的变化。采用纯水（即润滑油浓度为0%）及HYG-1和HYG-3润滑油（其浓度分别为1.0%，2.0%，4.0%）作为润滑剂时圆盘间接触压力随时间的变化曲线分别如图1，2所示。

　　由图1，2可以看出：试验采用油润滑与采用水润滑相比，接触压力普遍降低。HYG-1型润滑油浓度由0增至1.0%，2.0%，4.0%时，接触压力分别降低7.50%、17.1%和10.8%，可以看出对于HYG-1型润滑油来说，浓度为2.0%时接触压力降低最大；而对于HYG-3型润滑油浓度由0增至1.0%，2.0%，4.0%时，接触压力分别降低了6.42%，10.2%，12.5%，浓度为4.0%时接触压力降低最大，效果最好。

　　试验结果表明：1）两种润滑油都表现出了良好的降压能力。由于接触压力的降低，减少了电能消耗，从变频器参数变化可观察到，电流由10.2A降到9.3A，热轧油的浓度对热轧润滑效果具有很大的影响。2）对HYG-1润滑油来说，浓度为2.0%时反而比4.0%的降压效果要好。一般认为，当油滴与金属表面接触后，由乳化液分子的极向形成的阴离子层促使油滴吸附在金属表面，并以一定的润湿角铺开。使金属表面的油膜厚度增大，从而降低摩擦系数。变形区油膜厚度在2—3μm就可以达到润滑目的，增加用量并不产生更有效的润滑作用；当HYG-1型润滑油浓度为4.0%时，由于油膜太厚、油滴尺寸太大，导致油和水发生分离，在轧制过程中只有水起作用，而油被挤出。润滑油的最佳使用浓度由具体轧件材料、轧制产品的厚度、轧制温度、热轧油自身特性以及具体形态决定。3）从接触压力降低率来看，HYG-1型润滑油表现出了比HYG-3型润滑油更好的润滑效果，这与HYG-1型润滑油本身粘度高，油膜更容易附着在轧辊表面有关。4）当油水混合液送到辊面时，水是载体，少量的油均匀分散在水中，油水混合液的作用过程是水包油相向油包水相的转变过程。混合液到达辊面后，以水包油的形式迅速在辊面展开。当进入变形区与高温的轧件接触时，在温度和压力的作用下，水很快蒸发并转变成油包水相，一部分油燃烧产生以灰份为主的燃烧物；一部分油以油膜的形式覆盖在轧件与轧辊的接触弧上，两者在变形区极短的时间内起到润滑作用，还有部分润滑油可能保持原来的状态，以流体形式通过变形区。

　　摩擦系数的变化。采用热轧润滑后，圆盘间摩擦系数将产生变化，试验过程中定期地记录电机扭矩及圆盘间接触压力的变化，圆盘间摩擦系数μ的计算公式如下：

　　式中：T为电机扭矩，N·mm；P为圆盘间接触压力，N；R为圆盘半径，mm。

　　圆盘间的摩擦力矩通过电机变频器获得，压力传感器测得的载荷为圆盘间的接触压力。采用HYG-1和HYG-3型润滑油润滑时圆盘间摩擦系数的变化如图3所示。

　　由图3可以看出：1）对于HYG-1型润滑油，摩擦系数的变化分为两个阶段：当在水润滑条件下，摩擦系数最大为0.45，随着润滑油浓度的增大，摩擦系数逐渐降低；当润滑油浓度增至2.0%时，摩擦系数降至最低值0.20；继续增加润滑油浓度，摩擦系数没有降低反而增大，这是因为任何润滑油的润滑效果都有1个临界油膜厚度值，超过该临界值润滑效果反而变差。2）随着HYG-3型润滑油浓度的增大，圆盘间摩擦系数逐渐降低，当润滑油浓度增至4.0%时，摩擦系数降至最低，但其最低值仍高于HYG-型润滑油浓度为4.0%时所对应的摩擦系数。这是由于HYG-3型润滑油的粘度比HYG-1型的低，润滑油在辊面的粘附性差，随着油浓度的增加，粘附在辊面上的油数量增加，摩擦系数降低。

　　综上所述，1）与水润滑条件相比，使用润滑油后，圆盘间接触压力均有较大降低，当HYG-1型润滑油浓度分别为1.0%，2.0%，4.0%时，接触压力分别降低了7.50%，17.1%，10.8%，其中浓度为2.0%时接触压力降低最大；使用不同浓度的HYG-3型润滑油时，接触压力分别降低了6.42%—12.5%，其中浓度为4.0%时接触压力降低最大；HYG-1型润滑油的润滑效果比HYG-3型润滑油的润滑效果好。2）使用润滑油后，圆盘间的摩擦系数均下降，由于HYG-1型润滑油的粘度高于HYG-3型润滑油的粘度，因此相应地使用HYG-1型润滑油时摩擦系数更低。圆盘间的摩擦系数由水润滑时的0.45降为HYG-1型润滑油浓度为2.0%时的0.20