高速线材轧机扭转辊辊型设计

高速线材轧机扭转辊辊型设计潘峰摘要马钢引进高线轧机粗中轧机后扭转辊设计存在较大偏差,通过理论分析和计算,得出扭转辊试棒直径的合理尺寸,使用此值,从根本上解决了轧机的窜辊问题。关键词高线轧机,扭转辊,设计TheDesignofRollCrownofTwistrollofHighSpeedWireMillPanFeng(HighSpeedWirePlant,MaanshanIron&SteelCo.,243011)AbstractThedesignoflatertwistrollofroughingandintermediatemills,whichareimportedbyMaanshanIronandSteelCo.,existgreatbias.Thereasonablesizeoftwistbardiameterisgottenbytheoryanalysisandcalculation.Sotheproblemofalternatingmotionofrollisresolvedbasedonit.Keywordshighspeedwiremill,twistroll,design1前言马钢高速线材轧机是由德国引进的,全线共25架轧机,其中12#～25#轧机为无扭轧制,而1#～11#粗中轧机均为水平二辊轧机。为使轧件扭转90°,在偶数机架后布置了扭转导卫,而扭转辊设计的合理与否,对稳定轧制有重要意义,也是导卫设计中的主要内容,2轧件扭转角的确定扭转辊设计主要包括扭转辊辊面倾角和扭转辊开口度的确定,而确定该值,首先要确定轧件在扭转辊处的扭转角度。轧件扭转角的确定原则：（1）轧件进入下一架轧辊孔型中心时,正好扭转90°。（2）在两架轧机间,轧件的扭转角呈线性变化。据此,存在如下关系：=l1/L.90（1）式中,l1为扭转辊到本架轧辊中心的距离；L为本架轧机至下一架轧机轧辊中心的距离。的理论计算值与德方设计值见表1。由表1可看出：2#扭转角理论值与设计值有较大误差,其余架次基本吻合。表12#～10#机架的轧件扭转角机架2#4#6#8#10#L／m31002800250020502050L1／mm650650540540455设计扭转角／19.5020.9019.5023.7020.00计算扭转角／18.8720.8919.4423.7119.983扭转辊辊面倾角和试棒直径扭转辊辊面投影为带有一定角度的斜线,在前架孔型和扭转角确定后,即可确定轧件形状和空间位置,当上下扭转辊夹持轧件,确保轧件扭转角,扭转辊开口度由此确定。生产中扭转辊开口度的调整是在导卫上轧制前用一设计好的圆柱形调整试棒,使上下扭转辊接触到试棒,此时的开口度即可确保扭转角的实现,见图1。图1轧件扭转示意图在图1中,轧件中心O到扭转辊斜面垂直距离为D/2,（2）式中,R为轧件圆弧半径,H为轧件高度,P点为轧件圆弧圆心,根据扭转辊辊面倾角?,计算试棒直径,见表2。
表2扭转辊试棒直径机架2#4#6#8#10#（5.5／6.5mm）／3838353535D计算值／mm86.5064.4943.1228.0522.52/23.39D设计值／mm87.0064.0041.5028.0022.00/23.00*6#以后的数据为近似值由表2可看出,6#计算值和设计值有较大误差,其余基本吻合。一般来说,倾角不能小于扭转角,否则,不能实现正常扭转,当然,也不宜过大,否则,扭转辊难以咬入轧件,德方选择值为35°～40°。4关于导辊开口度的探讨根据线性扭转的假设和扭转辊设定值,可以算出轧件到下架滚动导辊处的扭转角d,显然d不等于90°。d=,l2/l1式中,l2为导辊至本架轧机的距离,l1为扭转辊至本架轧机的距离,由于轧件在导辊中处于倾斜状态,下架导辊开口度应大于本架轧件高度,导辊开口度可根据几何关系计算。在图2中,t为导辊槽深,假设导辊弧顶端对应处的轧件A在坯料旋转时发生最大位移,坯料以其中心为圆点,旋转90-d,坯料上A点移至B点,导辊开口度相应增加,导辊辊面C点外移至B点夹持轧件,BC段（即EF段）为导辊开口度增加量。图2导辊开口度导辊理论开口度K应为坯料宽度H加上坯料旋转产生的位移增量：K=H+2EF导辊也是通过试棒或塞规调整开口度的,试棒直径列于表3。每架导辊试棒直径均大于轧件高度,但仍较多的小于计算值K,这表明导辊试棒直径仍偏小,导辊将承受扭转力。表3导辊扭转角和导辊开口度机架2#4#6#8#10#（5.5／6.5mm）／19.520.919.523.720l2／l12825／6502550／5402250／5401870／5401870／455d／84.7581.9981.2582.0782.20轧件高度H／mm72.857.437.225.119.0／19.9导辊试棒Dd／mm75.058.038.025.819.5／20.5K83.5769.2048.5533.2525.10／25.955扭转辊的修复扭转辊使用一段时间后,辊面出现磨损,应拆下重车。辊面车净后可在扭转辊大头部加垫片。装辊时,因垫片的作用扭转辊向小头方向推移,使扭转辊辊面回到原来位置。6扭转辊类型我厂粗中轧机前2个偶数机架的扭转导卫为A型,后3个偶数机架的导卫为B型。二者的区别在于开口度调整方式不同,A型扭转辊下辊固定不动,上辊装置一端为固定铰链,另一端可绕其转动,使开口度得以调整。当上辊装置处于水平位置时,其开口度正好为设计值,A型扭转辊上辊调整可近似为直上直下,因而较为简单。在图3中,B型扭转辊,以两扭转辊轴线及其连线组成平行四边形,上下两辊同时对称转动使开口度得以调整,扭转辊辊面倾角均为40°图3B型扭转辊示意图但扭转辊转动过程中,辊面和水平线的夹角将不再是40°,它将随着转动角度的增加而减小。当轧件形状和扭转角确定后,扭转辊转动（转动中心与扭转辊中心线不在一条线上）,直至和轧件接触而夹持住轧件。该角度的确定和试棒直径都要通过循环逼近计算,求出转动角和理论试棒直径D,表2中6#以后的试棒直径计算值为近似值,精确数据列入表4中。表4扭转辊试棒理论直径机架2#4#6#8#10#（5.5／6.5mm）／005.134.854.90／5.24／383834.8735.1535.10／34.76D计算值／mm86.564.4643.0228.1322.57／23.28*为扭转辊辊面夹持轧件时于水平线的夹角。7扭转辊存在的问题如前所述,2#扭转角和6#试棒直径计算值与设计值有较大误差,现根据德方提供的试棒直径设计值,反算出坯料实际扭转角（参考图2）：A型扭转辊不变,B型扭转辊仍用前述方法计算。从表5可看出,轧件进入下架轧机孔型时扭转角均超过90°,即存在过扭转情况（导辊开口度偏小加剧了这一状况）,6#和10#尤为严重,实际生产也充分证明了这一点,而11#轧机存在严重的错辊现象,轧钢时上下辊向相反方向窜动,这表明,轧件进入11#轧机时出现过扭转,轧辊受到轴向扭转力的作用而发生窜动。目前采用预先加垫片,使其先反向错辊的办法予以解决。表5轧件实际扭转角机架2#4#6#8#10#（5.5／6.5mm）D设计值／mm87.064.041.528.022／23／38.0038.0035.4335.235.37／34.89／19.1721.4722.2124.0021.53／20.76z／91.4192.47102.8591.1296.9993.53*z－轧件进入下架孔型的扭转角。8反扭转试验为确认反扭转力的存在,摸索解决11#轧机错辊的办法,进行了反扭转实验,在A线10#轧机位置设计了反向扭转导卫。而B线仍用原扭转导卫,这样,在双线走钢时,两线轧件扭转方向正相反,起到相互抵消的作用,将反扭转导卫上机试轧,测量轧辊窜动情况,结果见表6。表6轧辊窜动情况测量位置空转/mmB线空转A线双线上辊18.219.4,19.418.519.519.719.7下辊20.219.3,19.220.419.219.119.1试验结果表明,因轧件过扭转而对轧辊产生的扭转力是错辊的外部原因。如轧件扭转方向改变,轧辊错辊方向也随之改变。因此,德方扭转导卫设计在6#和10#出现较大偏差,如生产中使用的扭转辊试棒直径采用理论计算值,即可从根本上解决11#轧机的错辊问题。作者简介：潘峰,男,39,高级工程师，[phone]。作者单位：潘峰马鞍山钢铁股份有限公司高速线材厂.243011