3892011-11-1-11-55-13八辊轧机的特点

八辊轧机的特点这种八辊轧机是我国自主开发的新型轧机,在1996年取得实用新型专利,专利号为2ZL962.11943.1。第一台辊宽450mm的三机架无头轧制八辊冷连轧机1998年在广东佛山市南海区私企东钢板材有限公司投入运行至今，实践证明这种轧机的工艺性能良好公差及板形皆优于一般四、六辊轧机，而且能消除原料带材的镰刀弯。这条生产线为该公司创造了上千万人民币的利税。此后在专利有效期10年内在广东、河北大厂、浙江宁波等地有多套800mm以下轧机投入运行，同时在唐山玉田、山东冠州、福建凯西、凯景等地,有六条五机架1250—1450mm宽形无头轧制液压压下冷连轧机投入运行,实践证明玉田1250mm这台轧机在不加予控AGC，不使用张力反馈条件下由2.75*1020胚料轧出厚度0.47mm的成品带钢,其公差带可达10μm(5μm)以内，板形良好并生产出合格的镀锌板和彩涂板。福建凯景的轧机的最大轧制速度已超过设计速度8m/s,并且二级电子计算机操作系统投入使用。这些轧机具备了高强度、高刚度、工艺性能好,重量轻、基建投资少等优点,但由于这些轧机处于开发初始阶段还存在一些不足之处如:轧制速度低、换辊不方便、外支撑辊寿命低、下工作辊标高不稳定等不足之处,这一批轧机外支撑辊直径在420mm以下是为第一代八辊轧机.在这之后新设计的八辊轧机把外支撑辊直径加大到480mm以上，解决了外支撑辊寿命低,同时相应在结构上解决了换辊方便、下工作辊标高不稳定等一些问题,这种新设计轧机已在湖北宜昌有两套五机架1450mm宽形无头轧制液压压下冷连轧机投入运行而且采用了卡伦塞尔卷取机,山东冠州已有一套1250mm可逆轧机投入运行还有两套1450mm在建,是为第二代八辊轧机,实践证明已经完全克服了第一代八辊轧机所存在的问题.下面谨就八辊轧机一些特点进行论述.1.轧机机架八辊轧机的辊系为1－1－2型，是由外支承辊为多支点靠背式支撑的1-2辊系的森吉米尔ZS型6辊整体机架轧机演变而成。原6辊轧机一个重大缺点为支承辊的分段痕迹印到工作辊表面而直接反映到带钢表面影响成品质量，现八辊轧机则是再追加一对辊子作为中间辊而原来6辊轧机的工作辊被中间辊隔开，把分段的外支承辊压痕只能反映到中间辊，而对工作辊影响减少了，改善了原6辊轧机的不足。这一改动同时也避免了1-2型6辊轧机进出口空间小的缺点。轧机简图见图1，在一个整体框架的内部放上四根由背衬式轴承辊组成的外部支撑辊，接着再放入中间辊、工作辊。（见图1）\轧机牌坊受力条件好（见图2），右图示出一般四辊轧机受力及变形示意图，P为一片牌坊承受的轧制压力,由于两片牌坊不能做得太厚（过厚牌坊将导致轧辊跨距加大造成刚性、强度降低）,势必造成牌坊过于宽高，左图为整体机架的八辊轧机受力及变形条件，八辊轧机可以充分利用板材宽度空间把机架做得很厚形成整体一件,而且构形做到更合理，主轧制力P变成P/2而且沿整个宽度均布，框架力臂长变短至框架跨距的1/4左右，不像四辊轧机其牌坊跨度受支承辊直径限制要搞得很大，其着力点位于跨距中心。八辊轧机外支承辊直径较小（最大485mm）横梁跨距变得更小，改善了轧机机架受力条件,而且八辊还多出Q水平力可使轧机受力条件进一步改善。Q趋向于减小机架受力变形和应力,我们请中国科学研究院力学研究所刘玉标高工用有限元分析对1450八辊高速轧机进行计算结果，轧机牌坊大部分区域vonMises等效应力水平小于30Mpa,不大于50Mpa满足常规轧机机架安全系数大于10的要求。而圆角处vonMises等效应力最大达53.1Mpa略大于50Mpa属于应力集中，当切入深度达10mm以后应力已小于30Mpa.在轧机压下油缸达到最大压下力18000kN（相当于正常允许最大轧制压力110000kN的1.6倍）,这时压下油缸已经卸荷,属于非正常运行情况例如:断带、超载、失张等事故状态,尽管如此整体机架应力水平达48Mpa仍不超过50Mpa，而局部应力集中处应力虽然略超过50Mpa属事故状态,其载荷性质为脉动循环载荷,疲劳应力安全系数(已考虑尺寸、表面状态因素)达到1.52超过允许安全系数1.3,因此轧机机架有足够静应力和疲劳强度。根据有限元计算:牌坊最大总垂直变形小于0。3mm满足冷轧机牌坊总变形小于0.4-0.5mm(见[3]208页)，此牌坊无论强度还是刚度都满足冷轧机要求，但其总质量仅68吨(含底座)，是一般四辊轧机总质量的三分之一。2、支承辊为多点支承（见图3）由于八辊轧机支承辊采用多点支承，支承轴的直径为180mm，其支承辊环直径最大485mm，轴的应力与变形满足要求而辊子则背靠在刚性和强度甚大的牌坊上。而四辊轧机为两点支撑其跨距大，辊子应力高刚性低，对于宽1米以上大型轧机支承辊直径都在1.2米以上单根辊重30吨以上，单套辊组达60吨。而八辊轧机工作辊的横向辊缝更接近平行直线有利于改善板形。1450高速八辊轧机其多点支承的外部支承辊心轴直径为180mm、辊套式外支承辊其直径仅485mm，上下整套辊组总重不到14吨，但八辊轧机的纵向和横向刚度远比四、六辊轧机为大，其纵向刚度~10000kN/mm,横向刚度～180000kN/mm。3.轧机传动问题冷轧机由于咬入弧小、轧制压力相对轧制力矩为大，适于采用支承辊传动，用较小工作辊径使轧制压力减小，但对四辊轧机较大的支承辊与较小的工作辊径将形成很大的增速比，减速设备必须用相反的减速比与之抵消，形成出轴转速低扭矩大的庞大速比减速机，八辊轧机由于工作辊与中间辊的辊径比较小，增速比仅0.5~0.7左右不致于造成庞大的减速装置反而有条件采用齿轮座与减速齿轮一体的紧凑传动结构，有利于减轻设备重量提高传动效率。对于冷连轧机主传动是一个精确控制的多电动机传动装置，其运转质量及控制技术的难易在很大程度上取决于机械及电机传动系统的动力参数,例如四辊轧机主机架回转件折算到工作辊轴上的转动惯量（RM2）约为1.9t-m2，而1450八辊高速轧机则仅有四个直径485mm的辊环加上两对中间辊其折算工作辊轴上的转动惯量（RM2）仅有0.2t-m2相差9—10倍这对降低传动系统的扭转振动负荷和提高传动控制精度大有好处。用电机微量软特性取代了复杂的张力反馈控制系统，已在广东南海800、450、河北玉田1250轧机上采用，现运行速度已达6m/s,最薄已轧到0.25mm,免去了张力计的事故麻烦，各机架微调也不受限制,为生产带来很大方便。这对传统冷连轧机电传动设计是一重大变革，值得有关专业人员认真研究。4.工作辊直径的选择较小工作辊直径有利于降低轧制能耗、轧制压力、提高轧制精度但不利于改善板形，但对八辊轧机在板形上有着先天的优越性。因此八辊轧机应尽可能选用较小工作辊径。但工作辊传动的轧机由于传动轴尺寸的限制特别是宽带轧机不可能选用较小直径的工作辊。过小的工作辊径横向稳定性可能有问题，设计结构上应给予足够重视。工作辊直径选择还必须考虑咬入条件，一般咬入量：hr=Rμ2自由咬入hr=4Rμ2强迫咬入式中R：轧辊半径；μ：带钢与轧辊间摩擦系数。当咬入时无润滑、磨光轧辊可取μ=0.12~0.15。对于冷轧机由于带钢与轧辊间摩擦系数比较小、压下量偏小、轧机弹跳值相对较大，计算咬入条件必须考虑轧机弹跳值。S=P/C式中S:轧机弹跳值;P:轧制压力；C:轧机自然纵向刚度考虑咬入条件时必须减掉S。对于无头轧制开始可以将各架轧辊全抬起使带胚全通过并咬入卷取机，然后慢速开动轧机根据轧制计划依次给定各架压下量及张力，这种方式引料时要消耗20~30m带钢，一般四辊或六辊连轧机都采用这种方式，但对八辊式轧机则可充分利用轧机刚度大弹跳小的特点，可按轧制计划或接近轧制计划顺次逐架引料即可省掉上述带钢消耗。例如全连续式1250—1450无头轧制八辊冷连轧机的自然纵向刚度约为10000kN/mm、最大轧制压力为11000kN,取μ=0.12、R=135则hr=2.09mm,第一道一般压下量在0.7~0.9mm左右，轧制压力约为最大值一半则S=5500/10000=0.55mm。按此条件1号轧机最大咬入量1.94-0.55=1.39mm基本满足咬入要求，所以1450轧机工作辊直径选用270~310mm可实现比较经济的直接按计划引料。再以四辊五机架冷连轧机为例：系工作辊传动其工作辊最小半径为240mm，实际最大轧制压力为15000kN,自然刚度4000kN/mm(不足八辊轧机的一半)按上述同样算法得出咬入量为负（-0.29mm）说明不能自由咬入只能强迫咬入，四辊轧机尽管工作辊直径很大，也必须采用不经济的强迫咬入方式。6恒通1450八辊高速无头五机架冷连机与国外同类型对比表VAI-KLSIM(法-奥)日立-三菱(四机架)SMSDemag恒通1450八辊轧机5号轧机出口速度1250m/min1250m/min1000m/min960m/min轧制带钢最大宽度1680mm1600mm1615mm1260mm轧机参考产量150万吨/年140万吨/年140万吨/年100万吨/年轧机轧制厚度4—0.25mm4—0.254—0.253.5(2.5)—0.2(0.16)轧机总功率21000kw19500kw19380kw18200kw轧机动力指数S0.010.00930.01240.015(注3)压下油缸最大压下力30000kN22000kN25000kN18000kN轧制力指数A0.6580.5660.6060.688现运转厂矿唐钢邯钢恒通轧机型式四辊UC-M轧机,六辊四-六轧机八辊轧机工作辊直径525—425mm435mm470mm310—265mm轧制材料涂镀板σs324Mpa涂镀板σs350Mpa涂镀板σs430Mpa涂镀板σs430Mpa轧机传动类型交流调速交流调速交流调速直流调速焊机类型Miebach—HSL17闪光焊机Miebach—HSL17激光焊机(2.5mm)卷取机型式卡伦塞双卷取机卡伦塞双卷取机卡伦塞双卷取机卡伦塞双卷取机快速换辊(全套)有有有有AGC预控+监控预控+监控预控+监控预控+监控AFC检测5号轧机出口板形仪5号轧机出口板形仪5号轧机出口板形仪—板形控制手段工作辊抽动+斜交+弯辊工作辊抽动+斜交+弯辊工作辊抽动+斜交+弯辊工作辊抽动+弯辊乳化液分区冷却轧辊乳化液分区冷却轧辊乳化液分区冷却轧辊乳化液分区冷却轧辊设备总重(轧机+卷取)3000＋255吨——950＋255吨投资估算(不含酸洗)15-20亿15-20亿15-20亿2-2.5亿注1轧机动力指数见2.4.1注2轧制力指数见2.4.1现代轧机都采用液压压下,一般都以油缸的最大出力定义为最大轧制力准确讲应称”压下油缸最大出力”因为达到此力已不能轧钢,当轧制力超出此力,液压系统泄荷保证轧机工作安全。注3考虑轧机总压下率经常在超过87%条件下运转,因此加大动力.7、关于厚度自动控制厚度自动控制一般称之为AGC,对于现代化冷连轧机成品厚度公差要求很严、轧制速度和轧制力都比较大以选用液压压下为宜。对于八辊轧机不同於一般轧机，压下油缸端头齿条与工作辊之间有一个i=10~12的速比因此具有如下特点：1)油缸头处定位精度到工作辊处可提高i倍，就是说可选用较低精度的位移传感器即可实现工作辊较高的定位精度，2)由于i的存在可选用铰小油缸尺寸，3）由于i的存在使轧辊系整个工作质量m折算到油缸头部的惯性质量要除以相当于i2的系数可有效的减小了系统振动质量，4）正由于上述特点降低了对伺服阀响频特性要求，可以用性能要求较低的高频响比例阀（例如博世-力士乐的EV2101阀，其响应频率100HZ左右可适应NAS9级污染度）取代精度要求很高的喷嘴挡板力马达伺服阀，因此提高了伺服阀应用管理的方便性、降低了系统的制造成本和冷轧成本。在第一架轧机前采用预控AGC是最有效的控制方法，对于八辊轧机不能直接测出轧制压力采用预控有一定困难，前面曾谈到厚0.47mm的成品带钢在没有预控条件下厚度公差为±5μm（负公差-0.01mm）已超过国外进口轧机水平，为了能在八辊轧机实现预控现提出如下方法，则轧制公差水平可进一步提高。一般予控的表