淺析軋鋼設(shè)備與技術(shù)

李華強

(西林鋼鐵集團阿城鋼鐵有限公司, 哈爾濱 150300)

軋機是直接軋延金屬的主機，它利用旋轉(zhuǎn)的軋輥輾壓坯料,使金屬按規(guī)定的要求產(chǎn)生塑性變形。軋延是生產(chǎn)率最高、成本最低的金屬成形方法，適用于軋延橫斷面相同或有周期性變化的條狀或板狀材料；特殊軋機可軋制機械零件或其毛坯以及某些非金屬材料。軋延主要有熱軋和冷軋兩種方式。通常將軋制溫度在金屬再結(jié)晶溫度以上的軋制工藝稱為熱軋，低于金屬再結(jié)晶溫度的軋制稱為冷軋。冷軋作業(yè)溫度較低，產(chǎn)品表面質(zhì)量好，尺寸精度高，厚度均勻，并可改善軋件的機械性能，但要求設(shè)備強度和精度高，能耗大。

冷軋用熱軋鋼卷為原料，經(jīng)酸洗去除氧化皮后進行冷連軋，其成品為軋硬卷，由于連續(xù)冷變形引起的冷作硬化使軋硬卷的強度、硬度上升、韌塑指標下降，因此沖壓性能將惡化，只能用于簡單變形的零件。軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料，因為熱鍍鋅機組均設(shè)置有退火線。軋硬卷重一般在6～13.5t，鋼卷在常溫下，對熱軋酸洗卷進行連續(xù)軋制。內(nèi)徑為610mm。產(chǎn)品特點：因為沒有經(jīng)過退火處理，其硬度很高(HRB大于90)，機械加工性能極差，只能進行簡單的有方向性的小于90度的折彎加工(垂直于卷取方向)。

1 軋機分類

軋機可按所軋延的材料分為：軋延鋼材的和軋延鋁、銅等有色金屬的兩類。各類軋機的工作原理和主要結(jié)構(gòu)基本相同，只是軋延的溫度、壓力和速度有所差異。軋機中使用最多的是軋鋼機。軋機又可分為半成品軋機和成品軋機。半成品軋機主要是開坯機，包括初軋機、板坯軋機和鋼坯軋機。隨著連鑄機的逐步推廣，某些裝有連鑄機的鋼廠已不再使用開坯機開坯。成品軋機有型材軋機、軌梁軋機、線材軋機、厚板軋機、薄板軋機、帶材軋機、箔帶軋機、無縫管軋機、銅板軋機、鋁板軋機和某些特殊軋機。它們的主要區(qū)別是軋輥的布置和輥的形狀不同，并且在精度、剛度、強度和外形尺寸上也有很大的差別。輔機是成套的輔助設(shè)備，可分為加工用輔助設(shè)備和儲運包裝等輔助設(shè)備。加工輔助設(shè)備包括:切成一定尺寸用的各種鋸床、剪斷機和圓盤剪;精整軋材用的矯正機和平整機;熱處理用的各種工業(yè)爐(包括推料出料機)和可控氣氛裝置;表面加工和清理用的除鱗(清氧化皮)、拋丸(鐵丸噴射鋼材表面)、酸洗、清洗、鍍層、涂塑、涂油和打印等機組。儲運包裝輔助設(shè)備有運錠車、各種輥道、推床(橫移軋件)、升降臺、翻轉(zhuǎn)機、回轉(zhuǎn)臺，以及帶材卷取機、開卷機、堆垛機和打捆機等。此外，軋延機械還包括復(fù)雜的機械傳動系統(tǒng)和相應(yīng)的電力拖動系統(tǒng)，以及先進的電氣控制系統(tǒng)。

2 軋機的組成

由主電機、主傳動和主機座(工作機座)組成。主電機在需要調(diào)速時使用直流電機，不需要調(diào)速時使用同步或異步(帶飛輪)交流電機。主機座由機架、軋輥、軸承座、壓下裝置和平衡裝置等組成。機架是承受軋延力的部件，閉式機架有較好的剛度，但開式機架換輥較方便。軋輥是軋延金屬的部件，輥身為工作部分，軸頭用于傳動。板材軋輥的輥身形狀稱為輥型，型材軋輥的軋槽稱為孔型。壓下裝置用來調(diào)節(jié)軋輥的壓下量。高速帶材軋機的厚度自控常由液壓壓下裝置來完成。平衡裝置用于消除壓下螺絲等處游隙的影響，以免受載時產(chǎn)生沖擊。板帶軋機的主機座中還設(shè)有液壓彎輥裝置，在輥頸施加附加彎矩而使輥身產(chǎn)生附加撓度，以此來控制帶材的橫向厚度而獲得最佳的板型。

軋機的結(jié)構(gòu)型式和性能主要決定于軋輥的布置形式和主機座的布置形式。

(1)二輥軋機：結(jié)構(gòu)簡單、用途廣泛。它分為可逆式和不可逆式。前者有初軋機、軌梁軋機、中厚板軋機等。不可逆式有鋼坯連軋機、疊軋薄板軋機、薄板或帶鋼冷軋機、平整機等。80年代初最大的二輥軋機的輥徑為1 500mm，輥身長3 500mm，軋制速度 3～7m/s。

(2) 三輥軋機：軋件交替地從上下輥縫向左或向右軋制，一般用作型鋼軋機和軌梁軋機。這種軋機已被高效二輥軋機所取代。

(3) 勞特式三輥軋機：上下輥傳動,中間輥浮動,軋件從中輥的上面或下面交替通過。因中輥的直徑小，可減少軋延力。常用于軋制軌梁、型鋼、中厚板，也可用于小鋼錠開坯。這種軋機漸為四輥軋機所取代。

(4) 四輥軋機：工作輥直徑較小,傳遞軋制力矩、軋延壓力由直徑較大的支承輥承受。這種軋機的優(yōu)點是相對剛度高、壓下量大、軋延力小，可軋制較薄的板材。有可逆和連軋兩種，廣泛用作中厚板軋機、板帶熱軋或冷軋機以及平整機等。

(5) 五輥軋機：有兩種：一種是 C-B-S(接觸-彎曲-拉直)軋機,它是一種帶有使軋件彎曲的小直徑(為工作輥的1/20)空轉(zhuǎn)輥的四輥軋機，其壓下量比通常的四輥軋機大許多倍。軋件圍繞小空轉(zhuǎn)輥發(fā)生塑性彎曲變形，可軋制難變形的金屬和合金帶材。另一種是泰勒軋機，中間小輥的位置可沿軋機入口或出口方向調(diào)節(jié)，以保持件正確的厚度，用來軋制厚度公差很小的不銹鋼、碳鋼和有色金屬帶材。

(6) HC軋機：高性能的、可控制輥型凸度的軋機。相當于在四輥軋機的工作輥與支承輥之間增設(shè)一對可軸向移動的中間輥，并將兩中間輥輥身的相應(yīng)端部分別調(diào)整到與帶鋼兩邊緣對應(yīng)的位置，以提高壓力分布和工作輥彈性壓扁的均勻性，保證帶鋼的尺寸精度并可減少其邊緣的超薄量和開裂等缺陷。HC軋機宜用作冷軋寬帶鋼。

(7) 偏八輥軋機：它是四輥軋機的變型。工作輥直徑為支承輥的 1/6，且作相對的偏移，以防止工作輥的水平彎曲，軋制力比四輥軋機小一半。工作輥的穩(wěn)定性好、水平剛度高，可用以軋制須用二十輥軋機軋制的部分產(chǎn)品。它的結(jié)構(gòu)及其調(diào)整卻比二十輥軋機簡單得多。這種軋機可改裝為二、四、八、十六輥幾種型式，適宜多品種的需要，因而又稱多用途軋機。它有可逆和連軋兩種，用于冷軋難變形鋼、硅鋼和有色金屬帶材。

(8) 六輥軋機:由一對工作輥和兩對支承輥組成，有較穩(wěn)定的輥系。但它的剛性與四輥軋機相仿，且操作不便，因而應(yīng)用不廣，一般用于軋制高精度海底電纜的銅帶。

(9) 多輥軋機：有十二輥、二十輥和三十六輥 3種型式。軋機中部一對直徑最小的軋輥是工作輥，其余均為支承輥。它具有相對剛度高、壓下量大、軋延力小、可軋極薄的帶材等優(yōu)點。初期的多輥軋機由工作輥傳動，后來用中間支承輥傳動。可軋制寬 200～1 000mm，厚0.02～0.0015mm的箔材。

(10) 行星軋機：兩個大直徑支承輥帶動兩組行星輥系,板坯或扁錠一次通過即可熱軋成薄帶,壓下率達 90%～95%。若在前道工序配以連鑄機，后道工序配以平整機則可簡化熱軋帶鋼的生產(chǎn)工藝。大型行星軋機的輥身長度可達 1 450mm。

(11)萬能軋機：由一組成對的水平輥和立輥組成，所有軋輥都由動力傳動。用于軋制板坯或扁鋼。

(12)萬能鋼梁軋機：結(jié)構(gòu)與萬能軋機相似，唯有立輥與水平輥的軸線置于同一垂直平面內(nèi)，而且立輥是從動的。適于軋制高度為300～1 200mm的寬緣鋼梁。

(13)盤式穿孔機：軋件軸線低于圓盤軸線，圓盤旋轉(zhuǎn)時使軋件頂著芯棒螺旋前進，將實心的圓鋼頂軋成空心的毛坯管，適用于軋制φ60～150mm的無縫鋼管。另有一種斜軋式穿孔機，其鼓形的軋輥斜交并旋轉(zhuǎn)，工作原理與盤式穿孔機相似，適于軋制φ60～650mm的無縫鋼管。斜軋穿孔機與自動軋管機、均整軋機、定徑(減徑)機和斜輥矯直機配套為無縫鋼管熱軋機組。

(14)輪箍軋機：由一對立輥軋延輪箍的內(nèi)外圓，一對斜置的錐形輥軋延輪箍的兩端面。用于軋制車輪或滾動軸承的內(nèi)環(huán)和外環(huán)。

(15)圓球軋機：有一對斜交的帶螺旋半圓槽的軋輥，棒料在旋轉(zhuǎn)的軋輥間螺旋前進而被軋成圓球，可軋制直徑60～650mm的圓球。

3 軋鋼設(shè)備及技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 軋鋼設(shè)備的發(fā)展趨勢

軋鋼設(shè)備發(fā)展動向是大型化、連續(xù)化、高速化和自動化。

(1)大型化方面

a)增大綱錠(鋼坯)或帶卷重量。過去初軋機鋼錠一般為10～20t，現(xiàn)在已加大到40～50t(目前已經(jīng)向全連鑄發(fā)展，從而取消初軋)，熱連軋的最大帶卷重量已有15t增大到45t，冷軋卷重達60t，線材盤重已達2～4t。

b)增大軋輥直徑初軋機軋輥直徑已達1 300～1 500mm，帶鋼熱軋工作輥已達760～850mm，精軋機組的支承輥直徑已增加到1 700mm。

c)增大主電機功率

(2)高速化方面

寬帶鋼熱連軋速度達28.6m/s，冷連軋已達41.5m/s，線材軋機已達60～75m/s。

(3)連續(xù)化方面

原有冷、熱連軋、線材軋機外，尚發(fā)展了寬邊工字鋼連軋機、無縫鋼管連軋機、連續(xù)焊管軋機及圓、方坯連軋機等。

(4)自動化方面

目前寬帶鋼軋機的計算機自動控制水平在各類軋機中是最高的，從板坯上料到卷取全部采用計算機控制。冷連軋機上亦采用了鋼板厚度自動控制(AGC)。平整機上延伸率自動控制(AEC)和其它自動化措施等。

3.2 國際不銹鋼板帶生產(chǎn)技術(shù)裝備發(fā)展動向

現(xiàn)以不銹鋼板帶生產(chǎn)為例加以介紹。

國際上，不銹鋼板帶生產(chǎn)技術(shù)裝備發(fā)展的特點是設(shè)備大型化，生產(chǎn)連續(xù)化與自動化、檢測在線化。其先進的生產(chǎn)工藝和裝備保證了生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量好，提高了產(chǎn)品的競爭力。

隨著用戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，對產(chǎn)品的薄型化、寬幅化和對價格要求，冷軋不銹鋼板帶生產(chǎn)技術(shù)裝備向以下幾個方面發(fā)展。

(1)提高作業(yè)率，小時產(chǎn)量、收得率及滿足用戶要求為目的，冷軋板帶加工向大型化、薄型化和高速化發(fā)展。

(2)為保證厚度精度，在冷軋機上配置了壓下AGC、張力AGC、秒流量AGC等自動測量控制系統(tǒng)，厚度精度可達到微米級。

(3)為保證帶鋼板形平直度，在高速冷軋機上配置高性能的帶鋼平直度測量及自動控制系統(tǒng)，在精整線上采用拉、彎矯直技術(shù)，使用帶板形儀的六輥HC軋機作為平整機，以確保帶鋼板形平直度，可生產(chǎn)平直度達1-2I的薄帶。

為了能軋出寬而薄的帶鋼，且軋制道次少，軋制時間短，帶鋼尺寸精確，厚度變化小，帶鋼平直度和表面質(zhì)量好，特別是能經(jīng)濟地軋制高強度薄規(guī)格帶鋼，并保證每道次壓下量及總壓下量大，世界上不銹鋼冷軋機大多采用小輥徑工作輥的多輥軋機，也有的采用連續(xù)軋機軋制不銹鋼板。在多輥軋機中，二十輥森吉米爾軋機使用最廣，其它還有德國森德維西公司建造的四柱式二十輥軋機，以及日本三菱重工建造的十二輥CR軋機。

3.3 板帶軋制設(shè)備國產(chǎn)化的展望

目前板帶軋機成套引進，板帶軋機改造也由外國公司承包，其原因是要引進國外板形控制的裝備和技術(shù)。動態(tài)設(shè)定型變剛度厚控方法(簡稱DAGC)是我國發(fā)明的，DAGC 技術(shù)創(chuàng)新在于：用于分析法得出軋件擾動可測，APC實現(xiàn)了AGC功能，具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、操作簡便，特別是與其它厚控方法共用具有自動解耦的效能。2002年底，根據(jù)DAGC與監(jiān)控?zé)o相互干擾的特征，修改了監(jiān)控AGC 參數(shù)，使厚控精度進一步提高，使30m

的百分數(shù)提高了5個百分點以上，30m的占全長比例達到90%。

要達到主體設(shè)備立足國產(chǎn)化目的，需要幾家國內(nèi)企業(yè)的合作，其中包括機械、液壓設(shè)備制造、電氣及自動化控制等。經(jīng)過近三十年在此領(lǐng)域的積累，我們已基本掌握了熱軋、冷軋帶鋼全過程的工藝和設(shè)備、自動化控制的常規(guī)技術(shù)；國內(nèi)設(shè)備制造廠家通過多年和國外廠家進行合作制造也基本具有了板帶鋼設(shè)備的制造、加工手段和技術(shù)；自動化控制的硬件目前基本上仍依靠引進，但基礎(chǔ)自動化和過程控制的軟件有待進一步消化。