劉 松，竇 鋒，賀 琪，王大號(hào)，魏維剛，趙曉輝，黃慶學(xué) ，周存龍

(1.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032；2.太原理工大學(xué)， 山西 西安 030024；3.太原科技大學(xué)，山西 太原 030024)

0 前言

鋼鐵生產(chǎn)對(duì)工業(yè)系統(tǒng)的良性循環(huán)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)足發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，而板帶材在鋼鐵總產(chǎn)量的比重表征著鋼鐵發(fā)展生產(chǎn)水平。近年來(lái)，隨著汽車(chē)、電子和國(guó)防等產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，日益需要大量的高精度冷軋薄板作為原料。由于市場(chǎng)需求的急劇上漲，薄板冷軋?jiān)O(shè)備和冷軋工藝在近年來(lái)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。

泰鋼950 mm單機(jī)架可逆冷軋機(jī)組由中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司自主成套，采用了多項(xiàng)當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的裝備和控制技術(shù)并于2004年投產(chǎn)運(yùn)行。在十余年的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，該機(jī)組不僅穩(wěn)定可靠而且為用戶贏得了巨大的經(jīng)濟(jì)利益。

不過(guò)隨著時(shí)間的推移，市場(chǎng)對(duì)于厚度在0.3 mm以下板材的需求日益劇增，但本機(jī)組的設(shè)計(jì)初衷是主要生產(chǎn)0.3 mm以上的產(chǎn)品。因此生產(chǎn)厚度在 0.25 mm以下的產(chǎn)品時(shí)，用戶需在完成一個(gè)軋程后先進(jìn)行去應(yīng)力退火再進(jìn)行下一個(gè)軋程。這不僅極大的降低了生產(chǎn)效率和企業(yè)年產(chǎn)量，而且造成了能源、介質(zhì)和設(shè)備的巨大損失以及對(duì)環(huán)境的不良影響。

為了徹底改善這種局面并充分發(fā)掘原有設(shè)備的潛力，經(jīng)與用戶的協(xié)商、研討和論證，最終采用局部改造并充分利舊的方案。通過(guò)技術(shù)人員的計(jì)算和分析，最終做出如下改造措施：

(1)工作輥直徑減小，中間輥直徑增大，支承輥輥徑不變，輥系的軸向尺寸不作改變；

(2)工作輥鑲塊和中間輥鑲塊在高度方向的尺寸和行程重新設(shè)計(jì)，水平方向的尺寸不作改變；

(3)牌坊、軋線調(diào)整裝置和AGC壓上缸利舊。

(4)萬(wàn)向聯(lián)軸器重新選型，電機(jī)和主減速機(jī)利舊；

(5)接軸夾緊裝置重新設(shè)計(jì)；

(6)換輥車(chē)軌道和相應(yīng)機(jī)內(nèi)軌道的標(biāo)高重新設(shè)計(jì)，換輥車(chē)車(chē)體利舊；

1 改造目標(biāo)

用戶根據(jù)設(shè)備現(xiàn)有的生產(chǎn)能力和目前市場(chǎng)需求提出了改造目標(biāo)：原料由(2.5～3.0)mm×(750～850)mm一軋程生產(chǎn)(0.15～0.2)mm×(750～850)mm；軋機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，厚度波動(dòng)控制在±10 μm以?xún)?nèi)；調(diào)偏量、彎輥力、輥縫、軋制力等穩(wěn)定，使用正常。

原有設(shè)備的基本狀況是改造和利舊的基礎(chǔ)，該機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 改造前950 mm HC軋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2 可行性分析

此軋機(jī)改造的主要目的是順利軋制出更薄的帶材，但原料和產(chǎn)品的寬度并未發(fā)生改變。而生產(chǎn)過(guò)程中軋輥的彈性壓扁直接決定了帶材的可軋最小厚度，即

hmin=3.58dμK/E

(1)

式中，d為工作輥直徑；μ為摩擦系數(shù)；K為金屬平面變形抗力；E為機(jī)械彈性模量。

根據(jù)用戶產(chǎn)品大綱中所軋帶材的材質(zhì)和厚度，按式(1)計(jì)算后初定改后工作輥的直徑為φ280/φ250 mm。

為了充分利舊和減小改動(dòng)量，牌坊窗口的縱向尺寸鏈做盡可能小的變動(dòng)，即支承輥的輥徑不變?chǔ)?50/φ890 mm， 將中間輥輥徑相應(yīng)增大。HC軋機(jī)的中間輥的主要作用是使工作輥與中間輥脫離有害接觸區(qū)，而中間輥輥徑的增大對(duì)于實(shí)現(xiàn)該作用是有益的。改造后中間輥輥徑初定為φ390/φ360 mm。

軋制力是冷軋過(guò)程中重要的參數(shù)之一，而軋輥輥徑的變化會(huì)引起軋制力的變化，即

(2)

由式(2)可知，其他參數(shù)不變時(shí)軋制力與接觸弧長(zhǎng)成正比。此次改造工作輥輥徑的變小會(huì)使接觸弧長(zhǎng)變小，因此改造后的軋制力會(huì)比原來(lái)減小，因而牌坊等重要部件可以滿足改造后力學(xué)性能要求。

(3)

同理由式(3)可知，最大軋制力矩隨工作輥輥徑減小而減小，原有電機(jī)和主減速箱可以滿足使用要求。

3 改造方案

根據(jù)可行性分析，改造后設(shè)備承受載荷減小，用戶提出的改造目標(biāo)和改造要求是可以實(shí)現(xiàn)的。改造后的輥系配置見(jiàn)表2。

牌坊窗口縱向總體尺寸基本不變而且軋制力和軋制扭矩變小，因此原有設(shè)備的牌坊、軋線調(diào)整裝置、壓上AGC缸、支承輥平衡缸、主電機(jī)和主傳動(dòng)裝置等均可以利舊。

表2 改造后輥系配置

根據(jù)輥系變化，軸承座、鑲塊和軌道提升缸等部件進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整并制定圖1所示的整體改造方案,

圖1 整體改造方案

3.1 輥系改造

工作輥輥系改造是此次改造的重點(diǎn)，而且直接決定產(chǎn)品厚度和精度。根據(jù)輥徑變化，軸承座尺寸作相應(yīng)改變而且軋輥軸承由原來(lái)的四列圓柱軸承改為滾針軸承，中間輥輥系僅對(duì)輥徑進(jìn)行調(diào)整，軸承座等其他零部件均利舊。支承輥輥系完全利舊。

3.2 主傳動(dòng)改造

原有主電機(jī)和主減速箱可以滿足改造后的生產(chǎn)需求，但是工作輥輥徑及其相應(yīng)扁頭的減小使得可用空間變小，因此原有的十字軸式萬(wàn)向接軸不滿足改造后的裝配要求。

球籠式萬(wàn)向接軸具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，尤其在高速傳動(dòng)時(shí)有良好的穩(wěn)定性，因此本次改造選用球籠式萬(wàn)向接軸。

3.3 其他零部件改造

軋輥直徑的改變使得其他零部件需要作相應(yīng)的調(diào)整和改造，這主要是由于縱向尺寸變化引起的。

工作態(tài)時(shí)，為滿足最大最小工作輥輥徑均能實(shí)現(xiàn)有效的正負(fù)彎輥，根據(jù)工作輥輥系的變化，將工作輥缸塊向上和向下的行程由20 mm和40 mm分別調(diào)整為37.5 mm和42.5 mm。

換輥態(tài)時(shí)，為使軋輥?lái)樌槌?，最大軋輥直徑時(shí)軋輥間需脫離開(kāi)一定距離，因此中間輥軌道提升缸行程增加5 mm，工作輥軌道提升缸行程增加15 mm。機(jī)內(nèi)軌道的橫斷面輪廓進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整以保證穩(wěn)定軋制時(shí)軌道與軸承座滾輪間脫開(kāi)一定距離。

由于軋輥直徑和機(jī)內(nèi)軌道標(biāo)高的改變，換輥車(chē)軌道和軸頭抱緊裝置的標(biāo)高進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和標(biāo)定，換輥車(chē)車(chē)體等利舊。

改造后的產(chǎn)品厚差如圖2所示。

圖2 某道次的入出口厚差

4 改造結(jié)果

通過(guò)軋機(jī)改造來(lái)滿足市場(chǎng)需求變化具有成本低、周期短和操作適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。改造后950 mm HC軋機(jī)可穩(wěn)定軋制出最薄0.12 mm的帶材且板型板厚精度均達(dá)到考核目標(biāo)值，產(chǎn)品厚差滿足要求。目前機(jī)組運(yùn)行狀況良好，使用戶在薄板市場(chǎng)占有率有很大提升。

參考文獻(xiàn):

[1] 夏宇.兩種常用軋制力公式在帶鋼冷軋中的應(yīng)用[J].重型機(jī)械，2011(04).

[2] 張小平.軋制理論[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[3] 黃慶學(xué).軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[4] 趙志業(yè).金屬塑性變形與軋制理論[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1980.

[5] 劉相華.冷軋生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展與新技術(shù)應(yīng)用[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2003.

[6] 高林林，陳璽. HC六輥軋機(jī)的板形調(diào)整特點(diǎn)分析研究[J].重型機(jī)械，2007(S1).

[7] [美]L.R 金茲伯格.馬東清[譯]. 板帶軋制工藝學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

[8] 趙團(tuán)民,高林林，計(jì)江.馬口鐵基板冷軋機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)[J].重型機(jī)械，2008(01).

[9] 連家創(chuàng)，劉宏民.板厚板形控制[M].北京：兵器工業(yè)出版社，1996.

[10] 楊節(jié).軋制過(guò)程數(shù)學(xué)模式[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1983.

[11] 王仁，熊祝華，黃文彬.塑性力學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，1982.

[12] 楊義勇，金德聞.機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[13] 郭希學(xué),胡錫增,馬紅.HC軋機(jī)輥系優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].太原重型機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào),1996(01):6-17.

[14] 白金蘭,王軍生,王國(guó)棟,等.六輥軋機(jī)輥間壓力分布解析[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào),2005(02):133-136.

[15] 楊光輝,張杰,李洪波.寬帶鋼冷軋機(jī)輥系縱向剛度特性對(duì)比[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2012,34(05):576-581.

[16] 劉玉禮,連家創(chuàng),段振勇.HC軋機(jī)中間輥軸向移動(dòng)力的研究[J].冶金設(shè)備,1990(06):10-14.

[17] 劉剛,王俊海,亓俊鴻.950mm冷軋軋機(jī)中間輥滾珠軸承失效原因分析[J].中國(guó)重型裝備,2013(01):31-33.

[18] 趙永和.HC軋機(jī)軋輥輥身直徑的確定[J].鞍鋼技術(shù),1986(08):17-20.