自主創(chuàng)新技術在不銹鋼二十輥精密板材冷軋機組中的應用

馬 凱

（天津冶金規(guī)劃設計院/工業(yè)工程技術裝備所，天津300203）

1 引言

20世紀90年代末，我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)迎來了重要的發(fā)展機遇，并伴隨著同一時期國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，不銹鋼產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)了爆發(fā)式的增長。我國是不銹鋼第一生產(chǎn)大國，但與世界不銹鋼的生產(chǎn)強國還有一定差距，主要體現(xiàn)在冷軋不銹精密帶鋼的生產(chǎn)能力上。同不銹鋼生產(chǎn)強國相比，我國不銹鋼生產(chǎn)的品種、產(chǎn)品質(zhì)量還有相當?shù)牟罹?。國?nèi)具有冷軋不銹精密帶鋼生產(chǎn)能力的企業(yè)有近30家之多，但能夠真正生產(chǎn)冷軋不銹精密帶鋼產(chǎn)品僅占其企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)能力的很低比例。差距主要表現(xiàn)在：（1）生產(chǎn)品種不能滿足市場需求；（2）產(chǎn)品規(guī)格不全；（3）管理不完善；（4）工藝裝備水平不高等。同時，中國尚無不銹精密帶鋼的國家、企業(yè)標準。

2 二十輥軋機在不銹鋼精密板材生產(chǎn)中的應用

多輥軋機，尤其是二十輥軋機，由于其本身固有的特點，生產(chǎn)冷軋精密不銹帶鋼有其得天獨厚的優(yōu)勢，幾乎是生產(chǎn)冷軋精密不銹帶鋼軋制設備的唯一選擇：工作輥直徑小，軋制壓力低，單道次變形量大的特點，適合于軋制不銹帶鋼這種難變形的金屬，屬于高壓下率軋機；輥系呈塔型部置，有效地約束了工作輥兩個受力方向的撓曲變形，且軋制力通過外塔型輥系的支承輥分散均勻地傳給牢固的機架的特點，決定了其為高剛度軋機，即可生產(chǎn)薄規(guī)格、精密鋼帶的精密軋機，能夠滿足不銹精密帶鋼產(chǎn)品對板型、板面、色澤及性能的特殊要求。

國內(nèi)具有冷軋不銹精密帶鋼生產(chǎn)能力的企業(yè)中，還遠未達到100%采用多輥軋機（二十輥軋機）裝備的水準。大多數(shù)廠家軋機機型種類多且工藝裝備水平不高，典型的塔形輥系的多輥軋機不多，造成生產(chǎn)品種、規(guī)格不全，產(chǎn)品質(zhì)量低檔次不夠。這也從另一方面說明，國產(chǎn)裝備只要不斷提高裝備水平，在民營企業(yè)中有著廣闊市場。

3 采用自主創(chuàng)新技術的二十輥軋機

3.1 二十輥軋機簡介

目前二十輥軋機有多種結(jié)構(gòu)形式，主要可分為傳統(tǒng)經(jīng)典型和新型直接壓下型兩種。

傳統(tǒng)經(jīng)典型的代表主要有森吉米爾（Sendzimir）型（整體機架）及松德維格（Sundwig）型（四立柱）兩大主流機型。

3.1.1 傳統(tǒng)經(jīng)典型

3.1.1.1 松德維格（Sundwig）型（四立柱）

德國的松德維格（Sundwig）公司買下了由德國工程師羅恩（Rohn）于1925年提出并于1930年取得專利的塔形輥系軋機的專利，并經(jīng)持續(xù)改進，于1960年問世松德維格（Sundwig）型（四立柱）二十輥軋機，。近些年，我國太鋼精密帶鋼、寶鋼集團寶新不銹鋼等引進了該型軋機。

3.1.1.2 森吉米爾（Sendzimir）型（整體機架）

1932年，波蘭工程師森吉米爾（T.Sendzimir）發(fā)明了軋機機架為整體結(jié)構(gòu)的多輥冷軋機，1939年在美國申請了該軋機的專利權(quán)?，F(xiàn)在世界上有森吉米爾軋機（Sendzimir）超過450余臺[1]。我國引進的二十輥軋機以森吉米爾（Sendzimir）型（整體機架）為主，數(shù)量最多，天津的天材科技就是引進美國的I2S公司生產(chǎn)的森吉米爾軋機。

3.1.2 直接壓下型

傳統(tǒng)經(jīng)典型與直接壓下型二十輥冷軋機由于結(jié)構(gòu)的差異所以各有其明顯的優(yōu)點和不足（此處不再贅述）。值得注意的是，近幾年兩種機型有互相取長補短，相互融合的趨勢；新建二十輥軋機中，采用直接壓下型機型的比重呈上升趨勢，我國武鋼三硅鋼、寶鋼硅鋼、鞍本硅鋼均引進了日本日立/三菱公司生產(chǎn)的直接壓下型二十輥冷軋機。

縱覽全行業(yè)，目前國內(nèi)真正能用于實質(zhì)性工業(yè)生產(chǎn)的大中型多輥合金板材冷軋，特別是精密不銹鋼帶商用機組基本上為進口設備（含二手設備），在此意義上，采用國產(chǎn)裝備生產(chǎn)精密不銹鋼帶，其本身就是創(chuàng)新。

3.2 采用自主創(chuàng)新技術的二十輥軋機

天津冶金規(guī)劃設計院工業(yè)工程技術裝備所采用自主創(chuàng)新技術提供的二十輥軋機，機型屬直接壓下型二十輥軋機，除具備直接壓下型多輥軋機所有優(yōu)點外，還在如下方面進行了自主創(chuàng)新。

3.2.1 采用自主創(chuàng)新技術的二十輥軋機主要創(chuàng)新點

（1）采用自主創(chuàng)新的核心技術

采用自主創(chuàng)新并擁有獨立自主的知識產(chǎn)權(quán)的《多輥冷軋機用輥形調(diào)整機構(gòu)》/《多輥冷軋機側(cè)向可調(diào)支撐機構(gòu)》/《具有二維等變形梁的多輥軋機機架》/《等變形梁式軋機輥箱》/《多輥軋機用變心背襯軸承》等專利技術，使本案軋機處于同行業(yè)國內(nèi)領先水平。

（2）采用整體式機架

有別于直接壓下型多輥軋機多采用的分體式機架，本案例繼承了傳統(tǒng)經(jīng)典型二十輥軋機的優(yōu)點，采用整體式機架，經(jīng)優(yōu)化設計后，自然剛性高。

（3）獨特的加工制造、裝配、調(diào)試，完整的解決方案

有鑒于目前國內(nèi)制造水平，將影響軋機精度的主要要素的加工由8個呈梅花形分布的非全圓孔轉(zhuǎn)換為對稱平面加工，由此降低了加工檢驗的難度及成本，目前國內(nèi)中上水平的制造商，均可達到加工制造的水平。

建立一套完整的包括加工、檢驗、裝配、現(xiàn)場安裝調(diào)試、后期維護等在內(nèi)的質(zhì)量包證體系，

（4）有效提高其工作機座的自然剛度

針對直接壓下型二十輥軋機工作機座自然剛度低的固有弱點，采取了有效措施，盡可能提高其工作機座的自然剛度，上述（2）所述采用的整體機架是措施之一。

（5）易于維護

針對國外直接壓下型二十輥軋機其輥系不易拆裝的弱點，設計充分考慮了輥系維護時的拆裝的簡易及可靠型，重復性好，易于維護。

（6）優(yōu)化的工藝操作

對于精密不銹鋼帶多品種規(guī)格小批量生產(chǎn)的特點，優(yōu)化了工藝操控性，提供了寬泛的工藝適應性。

（7）盡可能采用當今成熟的先進技術

本案例盡可能采用當今成熟的先進技術。軋機主要部件均經(jīng)過通用有限元軟件ANSYS進行過仿真優(yōu)化；工藝潤滑采用在線反沖洗過濾系統(tǒng)先進技術；基礎自動化采用全數(shù)字控制技術，特別是核心技術“多輥冷軋機用輥形調(diào)整機構(gòu)”采用了先進的全數(shù)字電/液伺服系統(tǒng)；子系統(tǒng)間通訊全部采用網(wǎng)絡化通訊等。

3.2.2 采用自主創(chuàng)新技術的二十輥軋機的知識產(chǎn)權(quán)

軋機的核心技術具有獨立自主的知識產(chǎn)權(quán)，已獲5項國家專利，核心技術具有法律保障。

5項專利分別是：

多輥冷軋機用輥形調(diào)整機構(gòu)，專利號：Z L200520092065.X；

多輥軋機用變心背襯軸承，專利號：Z L 2005200906991；

多輥冷軋機側(cè)向可調(diào)支撐機構(gòu)，專利號：Z L 2006200903964；

具有二維等變形梁的多輥軋機機架，專利號：Z L200620093792.2；

等變形梁式軋機輥箱，專利號：Z L 201220443991.7。

3.2.3 與國內(nèi)外同類機型的比較

（1）作為直接壓下型，二十輥機型主要技術研發(fā)水平處于國內(nèi)一流水平的領先地位，達到商業(yè)機的生產(chǎn)工藝成熟應用程度。原料產(chǎn)品覆蓋范圍大于進口機，如可用3.0以上原料。同時解決了200系列不銹鋼及高牌號取向硅鋼板帶材的軋制難題。

（2）成套自動化配套可達到目前國際市場最高端商業(yè)機的70%～80%的水平，850 mm的中型機組設備技術主要參數(shù)接近進口同類設備。

（3）機組設備投資（技術層面同等配置）僅為進口同類設備的30%～40%，具有極高的性價比。

（4）項目軋機自主創(chuàng)新研發(fā)，核心技術具有獨立自主的知識產(chǎn)權(quán)，已獲國家專利，具有法律保障。

4 應用效果

4.1 應用概況

2000—2013 年期間，天津冶金規(guī)劃設計院工業(yè)工程技術裝備所進行了持續(xù)的自主創(chuàng)新，將創(chuàng)新技術應用于所承擔的精密不銹鋼板材軋機設備工程承包（EPC）項目中，共完成工程項目13項，建成的機臺數(shù)為18臺套，產(chǎn)品規(guī)格寬350～1320 mm，厚度最薄0.05 mm（寬/厚比達12600）；形成產(chǎn)能約為60萬t。機型全部為采用自主創(chuàng)新技術的直接壓下型多輥精密板材冷軋機組，全部為成功案例，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。在國產(chǎn)不銹鋼裝備制造業(yè)中，處于技術領先地位。

4.2 典型案例

通過此典型案例，具體介紹自主創(chuàng)新機型在不銹鋼二十輥精密冷軋機組設備工程承包（EPC）項目中的應用與實踐。

4.2.1 項目背景

業(yè)主為廣東江門市日盈不銹鋼材料廠有限公司，以產(chǎn)品上精度、拓高端、創(chuàng)一流為目的，使不銹精密帶鋼的生產(chǎn)緩和國內(nèi)市場需求，擬利用現(xiàn)有廠房及部分公用設施、國內(nèi)先進的工藝技術及工藝設備，建設具有一定規(guī)模、品種齊全、質(zhì)量優(yōu)良、生產(chǎn)成本低廉、裝備水平處于較高水平的，具有自主知識產(chǎn)權(quán)精密不銹帶鋼冷軋生產(chǎn)線。本單位為850 mm精密不銹帶鋼二十輥可逆冷軋機組工程的總承包商。

4.2.2 項目軋機主要設計技術參數(shù)

軋制品種：普碳/低合金鋼/SUS300/400/800系列不銹鋼/高鎳合金；

坯料厚度：0.3～4.0 mm；

坯料寬度：400～750 mm；

成品厚度：0.08～1.5 mm，硬態(tài)料，δs=280～1140 MPa；

成品寬度：400～750 mm；

軋機規(guī)格：850 mm塔式20輥系/輥箱式全液壓直接壓下式；

最大出口速度：400 m/min；

帶鋼張力：12.5～250 kN（最大張力時速度小于等于 240 m/min）。

4.2.3 本案例項目最終實施效果

截至2012年9月，本案例通過了業(yè)主組織的全面考核，考核涵蓋了技術規(guī)格書中全部指標，確認考核通過，并簽署了考核移交文件《850 mm二十輥可逆冷軋機設備驗收意見書》。

2013年1月5 日，已生產(chǎn)出寬度630 mm，厚度為0.05mm，卷重為3500 kg的硬態(tài)交貨不銹鋼成品（寬/厚比已達12600），已超出合同規(guī)定的成品最薄厚度0.08 mm的指標。截至2013年8月，該機組已穩(wěn)定運行近一年，已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

[1]潘純久.二十輥軋機及高精度冷軋鋼帶生產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003：1-15.

[2]Bernd Berger，Heinz Schult，Manfred Benfer，F(xiàn)riedrich-Wilhelm Rinke.先進的 20 輥軋機技術[J].冶金設備和技術，2001（1）：80-84.