淺談帶鋼生產設備

【摘要】鋼鐵工業(yè)屬于原材料工業(yè)，是國民經濟中的基礎工業(yè)，鋼鐵工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展仍在很大程度上體現(xiàn)一個國家的科學技術水平和經濟發(fā)展實力。本文對軋鋼生產設備與技術在我國的應用作了簡要陳述，對先進軋機技術的現(xiàn)狀及特點進行概括介紹，并簡述了軋機技術的發(fā)展方向。

【關鍵詞】軋機簡史；先軋機技術；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展方向

軋鋼生產是鋼鐵生產的后部工序，是將鋼錠或鋼坯軋制成鋼材的生產環(huán)節(jié)。目前，約有90%的鋼材都是經過軋制成才的。在軋鋼生產的產品中，又以板帶材應用最廣泛。如今，板帶比已經成為衡量一個國家鋼鐵工業(yè)水平的重要標志之一。本文對軋鋼生產設備與技術在我國的應用作了簡要陳述，對先進軋機技術的現(xiàn)狀及特點進行概括介紹，并簡述了軋機技術的發(fā)展方向。

一、熱帶鋼軋機簡介

板帶材生產分熱軋和冷軋，在軋機形式上經過單機架，雙機架和多機架連軋機組。每套機架按軋輥數(shù)量又包括二輥軋機、四輥軋機機和多輥軋機。所謂熱軋，是指軋件在再結晶溫度以上的軋制工藝。

熱帶鋼軋機一般有兩個機組：粗軋機組和精軋機組組成。最簡單的粗軋機組的布置為：大立輥軋機或壓力定寬機側壓，二輥軋機或四輥軋機壓下。隨著產量的提高，精軋機組的來料厚度增加，精軋機組的數(shù)目由原5-6增加到7-8架?，F(xiàn)代熱帶軋機的布置和組成主要分為全連續(xù)式，半連續(xù)式和3/4連續(xù)式三大類。為了使粗軋機紐與精軋機組的產量平衡，3/4連續(xù)式布置形式被大量采用，并被公認為是最合理配置，即在粗軋機組內布2架可逆式或一架可逆一架不可逆軋機。以現(xiàn)在滄州中鐵裝備制造材料有限公司裝備的1780線為例，兩架粗軋機全為可逆軋機，R1為二輥軋機R2為四輥軋機，精軋機為7機架，日產能可達1.5萬噸。

二、帶鋼熱軋發(fā)展現(xiàn)狀

板帶材的幾何尺寸精度包括縱向厚差、橫向厚差和板形（平直度）三大質量指標。板厚控制和板形控制是板帶軋制領域里的兩大關鍵技術。對于縱向厚差的控制，由于理論及技術上相對簡單，因而首先得到發(fā)展。目前，采用計算機AGC系統(tǒng)、IGC系統(tǒng)以及最新的基于激光測速的物流自動厚度控制系統(tǒng)等控制方式，已相當成功地解決了縱向厚差的控制問題，成卷寬幅冷軋帶鋼的厚度精度已達±（2～5）μm（占全長 98%），熱軋帶鋼的厚度偏差已達±30μm（占全長98%），基本上已能滿足用戶的要求。關于板形和板凸度的控制，特別是板形控制，從20世紀70年代以來，就成為人們研究與開發(fā)的重點課題。人們先后開發(fā)出許多諸如HC、CVC、PC等一系列新的板形控制軋機，但由于影響板形和板凸度的因素復雜多變，在基礎理論、檢測技術和控制技術方面都還有許多問題沒有得到根本解決，仍然是擺在人們面前的重大研究課題。

板帶材的軋制過程是一個極其復雜的金屬壓力加工過程，軋后板帶材的板凸度和板形決定于軋件在輥縫中的三維變形。對于這一過程的研究，長期以來，人們從不同角度出發(fā)對板形理論進行了深刻的探討和研究，使之成為一個較為完整的理論體系。完整的板形計算理論主要包括以下兩個方面：

（1） 輥系彈性變形和熱變形計算理論—————輥系模型；

（2） 金屬三維塑性變形理論—————————金屬模型；

輥系彈性變形主要是指：在帶材軋制過程中，軋輥在軋制變形區(qū)、輥間接觸變形區(qū)的彈性壓扁以及軋輥軸線的彈性彎曲總和。產生輥系彈性變形最根本的原因是帶材在塑性變形時由其變形抗力而產生的軋制壓力以及彎輥力等。

板帶塑性變形理論即軋制理論建立于1925年，Von karman針對板帶軋制寬展變形小的特點，忽略了金屬塑性流動中的寬展量，根據(jù)塑性理論及微元體的力學平衡條件，建立了求解平面軋制力沿接觸弧分布的平衡微分方程式。以次為開端，使軋制理論的研究得到了較快的發(fā)展。1943年，Orown提出了考慮軋件不均勻變形理論，導出了Orown 單位壓力平衡微分方程式。這兩個方程建立，創(chuàng)立了早期軋制理論的力學模型，這對促進現(xiàn)代軋制理論發(fā)展產生了重大影響。平面變形軋制理論的基本出發(fā)點是將變形區(qū)金屬橫向切片，在忽略剪力作用時建立了單元的平衡微分方程。其中前、后滑區(qū)的單元平衡微分方程是在如下假設條件推導出來的：

（1）不考慮金屬寬展變形且認為變形為均勻；

（2）按庫侖摩擦條件τ μ x = p 確定表面摩擦力；

（3）軋輥為剛性，材料沒有加工硬化；

（4）忽略了軋件彈性壓縮與彈性恢復，且輥徑方向軋制力近似表示為主應力；由此推出的Von karman微分方程具有如下形式：

d h p tg dx x x （σ）=2（α±μ）

式中“-”表示后滑區(qū)；“+”表示前滑區(qū)

隨著研究的深入，其它算法也不斷地被用來求解軋制問題。如滑移線法、能量變分法、極限分析法等。研究的范圍也由二維問題轉向三維問題、由簡單邊界條件過渡到考慮多種因素的復雜邊界條件。特別是計算機技術的迅速發(fā)展，為數(shù)值分析提供了多種可能性。

三、熱帶鋼軋機發(fā)展方向

在板形精度控制方面：綜合近幾年國內外文獻，提高厚度精度大致向三個方面發(fā)展：第一，改進精軋機傳統(tǒng)設定模型，包括變形抗力模型、摩擦系數(shù)模型、溫度模型等，使原設定模型更精確化；第二，神經網絡、模糊控制等人工智能技術在軋機設定中的應用：（1）利用神經網絡的設定模型，（2）結合式設定模型（即傳統(tǒng)數(shù)學模型與神經網絡結合的設定模型）（3）用模糊理論進行模糊動態(tài)設定；第三，控制模型改進，及采用新的控制方法：（1）絕對值AGC控制（要求全部機架都為液壓AGC），（2）活套角速度控制（針對頭部厚控的），（3）多變量控制（針對穩(wěn)定段厚控制的），（4）機架間增設測厚儀及激光測速儀。

四、結論

熱軋帶鋼是重要的鋼材品種，對整個鋼鐵工業(yè)的技術進步和經濟效益有著重要影響。我國鋼鐵工業(yè)尤其是河北省鋼鐵工業(yè)近年來產量增長較快，但高附加值產品的數(shù)量和質量較低。下一步我國必須繼續(xù)追蹤國際上鋼鐵研究的進展，不斷提高我國熱軋板帶鋼生產的技術水平， 努力促使熱軋板帶生產成為我國從鋼鐵產量大國向鋼鐵技術強國邁進的排頭兵。

參考文獻

[1]《軋鋼機械設備》.冶金工業(yè)出版社，第1版

[2]黃慶學主編.《軋鋼機械設計》.冶金工業(yè)出版社