用1 5 8 0 mm軋機軋制1 5 0 0 mm寬板的設(shè)備適應(yīng)性改造

賀 聯(lián)，陳 磊

(日照鋼鐵控股集團有限公司1580帶鋼廠，山東 日照 276806)

日照鋼鐵控股集團有限公司(以下簡稱“日鋼”)1 5 8 0帶鋼生產(chǎn)線的設(shè)計始于2 0 0 5年5月，設(shè)計產(chǎn)能為2 0 0萬t/年，生產(chǎn)帶鋼最大寬度為1 4 3 0 m m，而市場需求為1 5 0 0 m m寬帶鋼。為此，日鋼及時對生產(chǎn)管理和品種結(jié)構(gòu)進行了升級調(diào)整，決定采用1 5 8 0生產(chǎn)線軋制1 5 0 0 m m寬帶鋼(見圖1)。

一、設(shè)備改造難點和問題分析

1.技術(shù)難點和必備條件

使用1 5 8 0 m m軋機軋制15 0 0 m m寬板，由于產(chǎn)品寬度超出設(shè)計要求，開發(fā)該項產(chǎn)品必須考慮設(shè)備的安全性、可行性及穩(wěn)定性。設(shè)備改造的必備條件：軋件對中、軋制偏移量等軋制變形條件必須滿足超寬軋制要求；軋線加熱爐、粗軋機、熱卷箱、精軋機、卷取機等機電設(shè)備的承載能力必須滿足超寬軋制的能力要求；必須進行軋機架強度及彈性變形核算；軋輥受力條件改變后，必須滿足軋輥的使用安全性；工藝優(yōu)化、模型配套開發(fā)必須保證產(chǎn)品精度；產(chǎn)品質(zhì)量符合相應(yīng)標準。

2.問題分析和解決方法

為滿足1 5 0 0 m m規(guī)格超寬軋制的需要，根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行了設(shè)備適應(yīng)性改造，主要包括工藝通道擴寬、軋機架強度及彈性變形校核、飛剪剪刃及冷卻集管的增寬、軋輥使用安全性及輥型優(yōu)化等相關(guān)設(shè)施核算。

二、工藝通道的擴寬

1.重新設(shè)計了除鱗箱內(nèi)襯板的厚度，采用高強度、高耐磨材料，從而減薄襯板厚度，加寬除鱗箱的寬度。

2.粗軋機前后推床，通過改變鏈接液壓缸的基座位置，達到在液壓缸有效行程內(nèi)實現(xiàn)大開口度的目的，開口度由原1 5 8 0 m m擴寬到1 6 2 0 m m。

3.將立輥開口度由原來的1 5 8 0 m m擴寬到1 6 2 0 m m。

4.改變鏈接液壓缸基座位置，使熱卷箱側(cè)導板、飛剪前側(cè)導板、精軋入口側(cè)導板、卷取側(cè)導板的開口度由原1 5 8 0 m m擴寬到1 6 2 0 m m。

5.飛剪剪刃及冷卻集管的增寬。

⑴原設(shè)計飛剪剪刃寬度為15 8 0 m m，通過對剪刃的改造，解決了中間坯鐮刀彎過大或跑偏嚴重造成的無法切頭或頭部切不斷的情況。

⑵增加機架間冷卻集管的噴嘴數(shù)量，保證機架范圍內(nèi)的帶鋼全寬冷卻均勻。

三、精軋機架強度及彈性變形核算

精軋軋制原設(shè)計寬度規(guī)格為1 4 3 0 m m，改造后軋制寬度規(guī)格為1 5 0 0 m m，以5.7 5 m m常見厚度規(guī)格為例(表1)。

從表1中看出，精軋F1處所受的軋制力最大，因操作側(cè)機架斷面較傳動側(cè)軋制力要小，所以按操作側(cè)的機架斷面進行強度和彈性變形核算。

表1 軋制力數(shù)據(jù)表 k N

1.核算機架強度

單側(cè)機架所承受的軋制力為P/2。

計算機架中心線所在位置如下：

(1)窗口高度H=6.7 5 m，寬度B=1.7 3 m。

(2)立柱斷面高度h2＝0.8 2 m，厚度b2＝0.7 4 m；

立柱斷面尺寸：b2×h2=0.7 4 m×0.8 2 m。

(3)橫梁斷面高度h1＝1.6 4 m，厚度b1＝0.7 4 m；

橫梁斷面尺寸：b1×h1=0.7 4 m×1.6 4 m。

(4)機架F1處斷面尺寸(見圖2)。

由于機架上下橫梁之間及左右立柱之間的對稱度較高，故設(shè)上下橫梁的中心線至上橫梁上下緣的距離為y；左右立柱的中心線至立柱內(nèi)側(cè)邊緣的距離為x；x1為左右立柱的寬度；y1為上下橫梁的高度；Sx、Sy為圖形的靜面矩；F為圖形的面積。

由組合圖形求形心公式，得：

所以，上下橫梁中心線長度L1=L3=4 1×2+1 6 4=2 4 6 0 m m

左右立柱中心線高度L2＝8 2×2+6 7 5＝8 3 9 0 m m

2.計算上下橫梁及左右立柱的慣性矩

橫梁斷面的慣性矩：

橫梁斷面的抗彎截面系數(shù):

立柱斷面的慣性矩：

立柱斷面的抗彎截面系數(shù)：

3.計算靜不定力矩

4.計算上下橫梁間及左右立柱的應(yīng)力

(1)采用兩片整體鑄鋼機架，材質(zhì)為Z G 2 3 0～4 5 0，熱處理工藝是正火及回火，抗拉強度σb≥5 0 0 M P a，屈服強度σs=2 3 0 M P a，延伸率δ為1 2%～1 6%。

(2)機架的安全系數(shù)ηj。

為防止過載時破壞機架，假設(shè)軋輥斷裂時，機架不產(chǎn)生塑性變形，則安全系數(shù)ηj為：

式中：ηj——機架的安全系數(shù)；

ηg——軋輥的安全系數(shù)，一般取ηj=(2～2.5)ηg，ηg取5；

σb——機架材料抗拉強度極限；

經(jīng)計算：ηj=1 0，材料的許用應(yīng)力為[σb]=σb/ηj=5 0 M P a

(3)上橫梁中間處的彎曲力矩最大，設(shè)為M1，因上下橫梁的慣性矩相同，則：

代入數(shù)據(jù)計算得：

5.計算機架內(nèi)部各處的應(yīng)力

式中：Wz1、Wa1——分別為機架橫梁內(nèi)側(cè)、外側(cè)的斷面系數(shù)；

Wz2、Wa2——分別為機架立柱內(nèi)側(cè)、外側(cè)的斷面系數(shù)；

F2——機架立柱斷面面積(0.7 4 m×0.8 2 m)。

代入數(shù)據(jù)計算得：

因σa1、σn1、σn2、σa2均小于[σb]，故上下橫梁及立柱安全，機架強度滿足使用要求。

6.計算機架的彈性變形量

閉式機架的彈性變形主要為橫梁的彎曲變形和立柱的拉伸變形，計算橫梁的彎曲變形時也應(yīng)考慮橫向切力的影響。

式中：f——機架的彈性變形量；

f1——在橫梁上彎矩所產(chǎn)生的彎曲變形量；

f2——在橫梁上剪力所產(chǎn)生的彎曲變形量；

f3——在立柱上拉力所產(chǎn)生的拉伸變形量。

橫梁上彎矩所產(chǎn)生的彎曲變形量

式中：E——機架材料的彈性模量，為2.0 6×1 05M P a；

I1——橫梁的慣性矩；

L1——橫梁中心線的長度；

R——橫梁上的作用力。

經(jīng)計算f2=0.1 8 m m；f3=0.4 0 m m。

已知熱軋帶鋼機架的許用彈性變形量[f]=0.5～1.0 m m。

因為f=f1+f2+f3=0.7 1 m m，所以機架的彈性變形量在允許范圍內(nèi)，可以滿足使用要求。

四、軋輥的安全性改造

為在軋件偏出支承輥時避免工作輥折斷，對軋輥進行了安全性改造。

⑴粗軋支承輥設(shè)計長度為1 5 8 0 m m，改進后使用長度為1 6 6 0 m m。

⑵粗軋工作輥設(shè)計長度為1 5 8 0 m m，改進后使用長度為1 6 8 0 m m。

⑶精軋支承輥設(shè)計長度為1 5 8 0 m m，改進后使用長度為1 6 2 0 m m。

⑷粗軋支承輥倒角由原先的1 0 0×2 m m優(yōu)化為現(xiàn)在執(zhí)行的復(fù)合倒角。

(5)重新設(shè)計精軋支承輥倒角、支承輥輥型，優(yōu)化工作輥輥型及串輥。

1.設(shè)計支承輥輥型

采用常規(guī)支承輥輥型，F(xiàn)1～F7機架軋輥軸向不均勻可導致輥面磨損嚴重，工作輥常呈現(xiàn)箱形或凹槽形，且導致輥面產(chǎn)生硬化層，為此采取如下對策。

⑴將支承輥倒角由原來的直線倒角改為直線復(fù)合倒角，即將原1 0 0×2 m m倒角改為在2 5 0×0.7 m m倒角的基礎(chǔ)上增加1 0 0×2 m m倒角(見圖3)，并保證軋輥磨削精度，錐度≤0.0 2 m m。

⑵采用特殊的圓弧輥型，使輥系在軋制力的作用下，支承輥和工作輥的接觸長度能夠滿足軋制要求，降低帶鋼的凸度，使軋后帶鋼的板形保持穩(wěn)定。

通過以上措施有效提高了板形的控制能力，滿足產(chǎn)品要求，實現(xiàn)了7天的換輥周期，周期軋制量達1 5萬t以上。支承輥下線后其倒角仍可見，輥身表面無明顯擠壓亮帶，經(jīng)探傷，其內(nèi)部組織無缺陷。

2.工作輥輥型最優(yōu)設(shè)計

設(shè)計專用精軋工作輥輥型，保證了帶鋼板形質(zhì)量，實現(xiàn)了長軋程大批量同寬軋制，增大了極限規(guī)格寬薄比重。

(1)工作輥輥型的優(yōu)化(見表2)。

表2 優(yōu)化后的輥型 m m

通過分析確定的精軋工作輥輥型，解決了軋輥熱膨脹過大超過其抗彎能力、軋件厚度不均、浪費材料等嚴重問題，同時增大了板形的控制能力。

(2)采用軋輥橫移策略，解決軋輥磨損不均問題。

軋輥橫移目的是增強帶鋼凸度的控制能力，使軋輥磨損平滑。它是進行逆寬軋制、擴大同寬軋制長度、實現(xiàn)自由軋制的重要手段。

平輥橫移(負輥型)分周期性定步長橫移和變步長橫移兩種。本次采用前者，其優(yōu)點是當產(chǎn)生局部高點時，可根據(jù)帶鋼的磨損和熱凸度的計算值擬合帶鋼的出口輪廓曲線，搜索輪廓曲線的局部高點，求出局部高點的極大值和極小值，并計算其差值的最大值。為得到平緩的板帶凸度，變換橫移位置，并由過程控制級(L 2)的設(shè)定模型計算出橫移量，自動執(zhí)行。此外，通過對局部高點位置的確認，可優(yōu)化支承輥的輥型曲線。

五、改造效益

通過改造，保證了軋件良好的對中效果及生產(chǎn)穩(wěn)定性，且?guī)т撔阅堋缀尉燃巴庥^質(zhì)量均符合國標，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

經(jīng)濟效益：經(jīng)計算，年度經(jīng)濟效益平均值為3 2 0 1.0 1萬元，本次改造總費用為2.3 5萬元，故年效益為3 1 9 8.6 6萬元。

此寬板設(shè)備適應(yīng)性改造技術(shù)可在軋鋼企業(yè)板帶廠推廣。