多輥軋機(jī)漫談

錢文軍

(北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京100029)

多輥軋機(jī)漫談

錢文軍①

(北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京100029)

自從20世紀(jì)初多輥軋機(jī)發(fā)明以來, 各種多輥軋機(jī)得到了長足的發(fā)展。全世界95%以上的不銹鋼帶和難變形的金屬帶材都是由多輥軋機(jī)生產(chǎn)的。主要介紹了多輥軋機(jī)的特點(diǎn)、用途和發(fā)展史；多輥軋機(jī)百年大事記；塔形輥系和復(fù)合式多輥軋機(jī)的各種型式；并著重介紹了Rohn型、Sendzimir型、Fr?hling型多輥軋機(jī)、CR軋機(jī)、Demag和DMS雙牌坊20輥軋機(jī)、三菱和日立雙牌坊HZ20輥軋機(jī)、HDK十輥軋機(jī)、MKW軋機(jī)、Z-Hi18輥軋機(jī)、以及中國人自己設(shè)計(jì)研制的SR 12/20輥可換式多輥軋機(jī)和集成式多輥軋機(jī)。

多輥軋機(jī) 性能與特點(diǎn) 發(fā)展史

1 概述

1.1 多輥軋機(jī)特點(diǎn)

1)冷軋鋼帶最初是在2輥、4輥軋機(jī)上軋制的。隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，需要更薄更寬更精的帶材，4輥軋機(jī)已經(jīng)不能滿足這一要求。因?yàn)?輥軋機(jī)的工作輥直徑較大，軋制時(shí)軋輥本身產(chǎn)生的彈性變形比所要軋制的帶材厚度還要大。軋輥的彈性變形在單位壓力相同時(shí)，與軋輥直徑成正比。當(dāng)軋輥材質(zhì)一定時(shí)，要減小軋輥的彈性變形值，就必須減小輥徑，而軋輥輥徑的減小，又會(huì)出現(xiàn)輥系剛度降低的問題。為了解決這一矛盾，便出現(xiàn)了既具有小的軋輥直徑，同時(shí)又具有大剛度的塔形支承輥系的新型軋機(jī)——多輥軋機(jī)。

與4、6輥軋機(jī)相比，多輥軋機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)由于采用了多點(diǎn)支承的背襯軸承輥結(jié)構(gòu)，輥系的剛度較大。降低了軋輥的垂直和水平撓度，從而可以使用小直徑的工作輥；

(2)由于使用小直徑的工作輥，降低了軋制壓力，且輥系剛度較大。因此，采用AGC后能得到更理想的厚度公差；

(3)小直徑工作輥可以得到較大的道次壓下率(達(dá)60%)和軋程總壓縮率(達(dá)90%)，可不經(jīng)中間退火達(dá)到所需成品厚度，從而達(dá)到節(jié)能和降低產(chǎn)品成本的目的；

(4)小直徑工作輥的使用，可以得到寬厚比更大的產(chǎn)品。通常一臺(tái)軋機(jī)的最小可軋厚度為工作輥直徑的1/1000～1/2000；

(5)更換工作輥方便、快捷(僅需1～2分鐘)，提高了生產(chǎn)效率；

(6)硬質(zhì)合金工作輥的使用成為現(xiàn)實(shí)；

(7)較小的軋輥不需要專用的大型軋輥磨床，而只需一般的外圓磨床，即可滿足生產(chǎn)要求；

(8)具有特殊的輥型調(diào)整機(jī)構(gòu)，使在軋制過程中可以調(diào)整和控制輥型。從而達(dá)到軋材板形自動(dòng)控制的目的，以保證帶材的厚度精度、平面度和表面質(zhì)量；

(9)由于輥系剛度大，多輥軋機(jī)在即使沒有厚控的情況下，也能獲得較高的帶材厚度精度；

(10)使用小直徑工作輥，其變形區(qū)內(nèi)應(yīng)力降低和寬展減小從而減少了帶材裂邊；

(11)軋制帶材規(guī)格擴(kuò)大。坯料和成品厚度之比達(dá)50以上，最大寬度與最小寬度之比達(dá)2∶1；

(12)當(dāng)軋制難變形金屬及其合金時(shí)，與4、6輥軋機(jī)相比可降低能耗,(也有專家對此持否定意見)；

(13)軋機(jī)重量比4輥、6輥軋機(jī)減輕，從而降低了軋機(jī)和車間建設(shè)成本；

(14)軋制帶材成本較低，約為4輥軋機(jī)的40%。用多輥軋機(jī)生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼和精密合金冷軋薄板、帶，在薄板生產(chǎn)領(lǐng)域中占有特殊的地位。多輥軋機(jī)幾乎獨(dú)占了不銹鋼帶產(chǎn)品市場，多輥軋機(jī)也用于生產(chǎn)大多數(shù)取向硅鋼帶和耐蝕鋼帶。全世界的多輥軋機(jī)約占帶材冷軋機(jī)10%以上。僅森吉米爾式多輥軋機(jī)已有500多臺(tái)在全世界運(yùn)行。

2)據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，目前世界上多輥軋機(jī)軋制的最小厚度為0.00025mm[1]；軋制帶材最大的寬厚比達(dá)97857，為一套20輥軋機(jī)軋制出0.007×658mm的銅箔[2]；厚度公差的最高精度為0.07×650mm，Σ0.12μm[3];軋制速度：1200m/min.[4]。

3)誠然，世間的任何事物多具有二重性，多輥軋機(jī)也有其不足之處。如軋制速度的提高受輥系的散熱空間限制，軋輥制造，背襯軸承的制造、組裝及機(jī)架或輥箱鏜孔都要求較高精度，軋制生產(chǎn)過程中，清理輥系中的斷帶較為困難等。

4)但是，多輥軋機(jī)的上述優(yōu)點(diǎn)是普通4，6輥軋機(jī)所望塵莫及的。因此，多輥軋機(jī)問世至今，一直處于蓬勃發(fā)展之中。在發(fā)達(dá)國家中多輥軋機(jī)軋機(jī)在不銹鋼、硅鋼等特種合金帶材的生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)揮越來越重要的作用。

1.2 多輥軋機(jī)的用途及最小可軋厚度

1)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對各種材料、各種規(guī)格的薄帶和極薄帶材的需求不斷增長。例如：汽車工業(yè)需要寬度大于1000mm，厚度為0.1～0.5mm的薄帶材；航空航天電子儀表工業(yè)需要厚度為0.002mm左右，寬度為100mm左右的極薄帶材；用以制造超小型變壓器鐵芯、應(yīng)變片以及近年作為激光聚變的靶向材料。如果沒有鈦、鉭、鉬和其他難熔特種合金極薄帶材，電子工業(yè)就不能順利發(fā)展?？傊?，在現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代國防和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，薄帶和極薄帶材都發(fā)揮著越來越重要的作用。而且，對這些帶材的質(zhì)量要求越來越高。

2)據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，用戶對現(xiàn)代冷軋機(jī)提出的要求是：

(1)航空航天、汽車工業(yè)需要寬度大于1000mm，厚度為0.1～0.5mm的超低碳高強(qiáng)度鋼和不銹帶鋼及鈦合金帶。例如：0.2～0.1×1000～1250mm帶材，其寬厚比達(dá)：12500；

(2)電子工業(yè)、儀器儀表工業(yè)需要寬120mm，厚度為0.01～0.002mm的鈦、鉭、鈮、鉬等特種合金極薄帶材；

(3)較少的軋制道次，較短的軋制時(shí)間；

(4)不經(jīng)中間退火，達(dá)到最大的總壓縮率。例如：從厚度3.0～2.75mm，不經(jīng)退火軋到0.25～0.2mm，總壓縮率達(dá)91.6%～92.7%；

(5)較小的厚度公差；

(6)良好板形及表面光潔度。

3)某些薄帶材的厚度公差達(dá)±1%或更高，表面光潔度和板形要求也很高。這樣的高精度，在4輥或6輥HC軋機(jī)上，由于工作輥輥徑大、軋輥彈性變形大、側(cè)向剛度差，而難以達(dá)到。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，全世界95%以上的不銹鋼帶和難變形的金屬帶材是由多輥軋機(jī)生產(chǎn)的。因此，只有多輥軋機(jī)才能較好地滿足用戶的上述要求。

4)因此，人們關(guān)心一臺(tái)特定的薄帶軋機(jī)的最小可軋厚度。國外許多學(xué)者對此作了大量的研究，已發(fā)表的最小可軋厚度公式有：M.D.Stone、Tong-Sachs、Hill-Longman、Ford-Alexander、Roberts、Павров、Радченко等。而通常以M.D.Stone公式為代表：

式中d——工作輥直徑，mm；μ——帶材與工作輥間的摩擦系數(shù)，0.05～0.08；

σ0——材料軋制前的屈服極限，MPa；

s——帶鋼的平均壓力,MPa；

E——工作輥材料的彈性模量，MPa。

例如：取μ=0.05；σ0=981MPa；s=0.5σ0=490.5MPa；E=20.6×104MPa時(shí)，如一臺(tái)20輥軋機(jī)工作輥直徑為6.5mm，其最小可軋厚度為0.0036mm。而當(dāng)采用硬質(zhì)合金材料制作工作輥時(shí)，其最小可軋厚度為0.0013mm，因?yàn)橛操|(zhì)合金的彈性模量E為53.17×104MPa。

當(dāng)一臺(tái)30輥軋機(jī)工作輥直徑為2mm時(shí)，其最小可軋厚度為0.0011mm。

當(dāng)一臺(tái)軋機(jī)工作輥直徑為100mm時(shí)，其最小可軋厚度為0.05mm。

由Stone公式可見，獲得最小可軋厚度的途徑有二：一是減小工作輥直徑；二是采用彈性模量大的材料如硬質(zhì)合金制作工作輥。這就導(dǎo)致工作輥直徑足夠小而輥系剛度足夠大的多輥軋機(jī)的發(fā)展。

2 多輥軋機(jī)的發(fā)展史

早在1837年德國就有人提出了六輥軋機(jī)的設(shè)計(jì)方案。1910年瑞士工程師馬瑞(Mathey)設(shè)計(jì)、英國羅伯遜公司制造了一臺(tái)小型六輥軋機(jī)并取得了專利[5]。其輥系布置方式如圖1所示。但是這種軋機(jī)當(dāng)工作輥直徑減小到某一極限時(shí)，其支持輥外徑將相切于軋制線。見圖1。 因此，工作輥直徑減小受到限制。

為了解決減小工作輥直徑而不減小支持輥直徑的問題，德國工程師羅恩(Rohn)于1925年左右設(shè)計(jì)了帶有十個(gè)或十八個(gè)支承輥的十二輥和二十輥軋機(jī)。圖2為早期羅恩式軋機(jī)[7]。第一臺(tái)羅恩式十二輥軋機(jī)工作輥直徑為10mm，中間輥直徑為20mm，外層支持輥直徑為40mm。它能將厚度0.5mm的坯料，經(jīng)6道次軋成0.01mm的鎳帶[5]。這在當(dāng)時(shí)是一個(gè)了不起的成就。

圖1 六輥軋機(jī)輥系布置

圖2 早期羅恩多輥軋機(jī)

圖3 早期 Sendzimir6輥軋機(jī)

波蘭工程師森吉米爾博士(Tadeus Sendzimir)成功地發(fā)展了羅恩的這些設(shè)想。

第一臺(tái)森吉米爾軋機(jī)于1932年在波蘭的Nowy Bytom投產(chǎn)。是一臺(tái)工作輥直徑為100mm，背襯軸承直徑為228.6mm，輥面寬度為812.8mm的六輥軋機(jī)。這臺(tái)軋機(jī)沒有卷取機(jī)，僅在軋機(jī)兩側(cè)設(shè)置了緊裝置。二次大戰(zhàn)前，幾臺(tái)這種軋機(jī)先后在法國、英國和波蘭建成[6]。

圖3 為早期 Sendzimir6輥軋機(jī)。

3 多輥軋機(jī)的型式

目前，世界上用于生產(chǎn)薄帶和極薄帶的多輥軋機(jī)種類繁多，通常按其輥系的布置形式和機(jī)架結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行分類?？煞譃樗屋佅刀噍佨垯C(jī)和復(fù)合式輥系多輥軋機(jī)。

3.1 塔形輥系的多輥軋機(jī)

塔形輥系多輥軋機(jī)種類很多，應(yīng)用也相當(dāng)普遍。顧名思義其輥系呈塔形布置。主要有：1-2型、1-2-3型、1-2-3-4型、1-2-3-4-3型、1-2-3-4-5型、1-2-3-4-1-2-5型。也就是所謂6輥、12輥、20輥、26輥、30輥和36輥軋機(jī)。這種輥系多輥軋機(jī)的水平和垂直方向的剛度較大，輥系穩(wěn)定性也容易保證，故實(shí)際應(yīng)用也較多。圖4為塔形輥系的多輥軋機(jī)輥系布置圖。

圖4 多輥軋機(jī)塔形輥系示意圖

其中，6輥、12輥、20輥軋機(jī)最為常見。而26輥、32輥和36輥軋機(jī)的報(bào)道最先見諸于前蘇聯(lián)。

為了軋制0.001mm左右的極薄帶，各國研制了幾種工作輥直徑為2mm左右的新型多輥軋機(jī)。 據(jù)文獻(xiàn)[12]認(rèn)為采用1-2-3-4-5型輥系是十分自然聯(lián)想到的方案，但實(shí)際上由于最外層支承輥相碰于軋制線而無法實(shí)現(xiàn)，除非輥系比例關(guān)系減少，但這樣又達(dá)不到加大最外層支承輥的效果，因此，經(jīng)多次計(jì)算對比，在保證穩(wěn)定性和便于傳動(dòng)的基礎(chǔ)上選擇了36輥方案，使外層支承輥套外徑達(dá)26mm?？磥砬疤K聯(lián)和北京鋼鐵研究院之所以選擇36輥系方案，就是基于這一論點(diǎn)。1972年日本第二吉田紀(jì)念鐵工所的30輥軋機(jī)方案中(無實(shí)物)，最外層支承輥直徑也僅為24mm，似乎也基于這一論點(diǎn)。然而在設(shè)計(jì)中采取了相應(yīng)的措施后，使30輥軋機(jī)外層背襯軸承外徑也達(dá)到了26mm。因此，文獻(xiàn)[12]中的這一論點(diǎn)是值得商榷的。

塔形輥系12輥，20輥軋機(jī)尤其是20輥軋機(jī)在世界上多輥軋機(jī)中仍然占有主導(dǎo)地位。

3.2 復(fù)合式輥系多輥軋機(jī)

在4輥軋機(jī)的工作輥和支承輥上增加一些側(cè)向或垂直支承輥就發(fā)展成為各種復(fù)合式輥系多輥軋機(jī)。這類軋機(jī)有八輥(MKW)、復(fù)合8輥、14輥、雙8輥(雙MKW)、森吉米爾Z-hi系列軋機(jī)(包括S14輥、S18輥、S20輥、S22輥軋機(jī))等。復(fù)合式多輥軋機(jī)輥系布置如圖5所示。對于泰勒(Taylor)軋機(jī)，HC軋機(jī)已有許多專文介紹，通常也不作為多輥軋機(jī)，這里不再贅述。

圖5 復(fù)合式多輥軋機(jī)輥系示意圖

1973年我國自行設(shè)計(jì)研制的Ф4/Ф23/Ф70×92mm14輥軋機(jī)上已經(jīng)軋出了0．0015×10mm的極薄帶材。但是，由于這種軋機(jī)支承輥同時(shí)與三個(gè)輥?zhàn)咏佑|，軋輥磨損后配輥復(fù)雜，需大量備輥。

1986年東北工學(xué)院連鑄—連軋科研攻關(guān)組編寫的連鑄—連軋講座資料中介紹了瑞典皇家工學(xué)院一臺(tái)8輥軋機(jī)。近年來，北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院設(shè)計(jì)研制了多套8輥五機(jī)架連軋機(jī)。

8/16/32輥集成式多輥軋機(jī)是中國人自己設(shè)計(jì)研制的新型多輥軋機(jī)。2003年 北京冶金設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院為中國工程物理研究院激光聚變中心研制了一臺(tái)Ф2/Ф26/Ф65×65mm8/16/32輥整體牌坊(one-piece)集成式多輥軋機(jī)。用于生產(chǎn)微米級激光聚變靶向材料。

4 幾種多輥軋機(jī)簡介

4.1 Rohn型多輥軋機(jī)

Rohn型多輥軋機(jī)，機(jī)架為上下剖分式，其壓下方式有鍔式和四立柱式二種。工作輥直徑使用范圍大、輥縫開口度大，操作也較方便,但機(jī)架剛性稍差、壓下裝置復(fù)雜,控制系統(tǒng)也較復(fù)雜。圖6為Rohn型鍔式和四立柱式(Sundwig)軋機(jī)的示意圖。

圖6 Rohn型鍔式和四立柱式(Sundwig)軋機(jī)示意圖

4.2 Sendzimir型多輥軋機(jī)

Sendzimir型多輥軋機(jī)的機(jī)架是整體的，剛性好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難。配輥復(fù)雜，其工作輥直徑使用范圍小、輥縫開口度小,維護(hù)檢修困難。其壓下方式為齒輪齒條偏心式.由于齒輪齒條無論加工精度多高總有間隙存在,因此控制系統(tǒng)較復(fù)雜。目前全世界有五百多臺(tái)這種多輥軋機(jī)在運(yùn)行中,我國進(jìn)口多輥軋機(jī)中絕大多數(shù)是這種機(jī)型。 圖7為Sendzimir 20輥軋機(jī)。

圖7 Sendzimir 20輥軋機(jī)

圖8 Fr?hling 20輥軋機(jī)

4.3 Fr?hling型多輥軋機(jī)

Fr?hling直接作用式液壓壓下多輥軋機(jī)是采用類似普通四輥冷軋機(jī)機(jī)架。其壓下方式也采用與普通四輥軋機(jī)相同的直接作用式液壓壓下，將兩個(gè)壓下油缸置于機(jī)架橫梁和輥?zhàn)g。這是目前多輥軋機(jī)中最為簡單可靠、精度較高的壓下方式。圖8為Fr?hling 20輥軋機(jī)。兩個(gè)壓下油缸位于上輥?zhàn)纳喜縖3]。

4.4 CR軋機(jī)

CR-12輥軋機(jī)是日本三菱重工上世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)、專門用于冷軋?zhí)厥怃摰男滦投噍佨垯C(jī)。這種軋機(jī)也采用普通四輥軋機(jī)機(jī)架和壓下方式。與其他多輥軋機(jī)不同的是，其背襯軸承為2大1小，即邊部兩側(cè)背襯軸承大、中間小。另外，這種軋機(jī)還采用了中間輥彎輥裝置控制板形。同時(shí)保留了傳統(tǒng)多輥軋機(jī)特有的偏心式輥型調(diào)整機(jī)構(gòu)，中間輥軸向移動(dòng)裝置。這種軋機(jī)既保留了多輥軋機(jī)小直徑工作輥，軋制力小、道次壓下量大、能耗低，具有多種板形控制手段的特點(diǎn)，又采用了傳統(tǒng)4輥軋機(jī)機(jī)架和壓下方式，解決了多輥軋機(jī)制造困難、輥縫開口度小的固有弊病，是一種新型多輥軋機(jī)。圖9為CR12輥軋機(jī)三維圖，其二個(gè)壓上缸位于下輥箱和機(jī)架橫梁之間[6]。

圖9 CR12輥軋機(jī)三維圖

4.5 DEMAG和DMS雙牌坊20輥軋機(jī)和三菱和日立雙牌坊HZ20輥軋機(jī)

DEMAG和DMS公司制造的直接作用式液壓壓下式雙牌坊20輥軋機(jī)，其結(jié)構(gòu)型式與Fr?hling雙牌坊軋機(jī)大同小異。仍采用了森吉米爾軋機(jī)的梅花形鏜孔鞍座和偏心調(diào)整機(jī)構(gòu)。圖10為DEMAG 20輥軋機(jī)三維圖，其二個(gè)壓上缸位于下輥箱和機(jī)架橫梁之間。[7]

圖10 DEMAG雙牌坊20輥軋機(jī)三維圖

圖11所示為雙牌坊HZ20輥軋機(jī)是日本三菱和日立公司最新設(shè)計(jì)研制的20輥軋機(jī)。采用了所謂內(nèi)外機(jī)架結(jié)構(gòu)，但仍采用了森吉米爾軋機(jī)的梅花形鏜孔鞍座和偏心調(diào)整機(jī)構(gòu)。其二個(gè)壓上缸也位于下輥箱和機(jī)架橫梁之間。

圖11 雙牌坊HZ20輥軋機(jī)

4.6 HDK十輥軋機(jī)

HDK十輥軋機(jī)是Andritz公司在20世紀(jì)70年代發(fā)展的一種新型多輥軋機(jī)，其壓下裝置位于支持輥輥身中部，但只見到一臺(tái)HDK530軋機(jī)的報(bào)導(dǎo)后未見進(jìn)一步的報(bào)導(dǎo)，圖12為Andritz HDK軋機(jī)圖，其二個(gè)壓下缸位于上支持輥輥身中部。[14]

圖12 Andritz HDK軋機(jī)示意圖

4.7 MKW軋機(jī)

從1952年起，德國施羅曼(Schloemann)公司開始制造和出口MKW軋機(jī)。這是一種介于4輥和20輥軋機(jī)之間的多輥軋機(jī)。其布置形式可以為8輥或16輥(見圖5)。

MKW軋機(jī)是支承輥傳動(dòng)的，工作輥和其他軋輥靠摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)。工作輥相對支承輥有一個(gè)較大的偏移量(約為支承輥徑的5%)，并在工作輥偏移側(cè)加上側(cè)向支持輥系統(tǒng)。

因此，20世紀(jì)60、70年代各國開始引進(jìn)了這種軋機(jī)，用于軋制不銹鋼帶和硅鋼帶。1967年我國太鋼引進(jìn)了施羅曼公司一臺(tái)U-MKW112-1400 MKW 8輥軋機(jī)。由于種原因這臺(tái)軋機(jī)一直沒有正常生產(chǎn)。

因?yàn)檫@種軋機(jī)有其致命的缺點(diǎn)，其側(cè)向中間輥是一個(gè)明顯薄弱環(huán)節(jié)，穩(wěn)定性較差，其軸承經(jīng)常損壞，影響正常生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的12輥軋機(jī)、20輥軋機(jī)相比，無明顯優(yōu)點(diǎn)。后來這種MKW軋機(jī)也逐漸退出了歷史舞臺(tái)。但近年國內(nèi)一些小企業(yè)在對該軋機(jī)不甚了解的情況下，建設(shè)了一批這種8輥軋機(jī)，這是值得引起關(guān)注的。

圖13為一臺(tái) MKW軋機(jī)。

圖13 MKW軋機(jī)

4.8 Z-Hi18輥軋機(jī)

森吉米爾Z-Hi18輥軋機(jī)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種全新的多輥軋機(jī)。其工作輥直徑僅為4輥軋機(jī)工作輥直徑的1/3,且沒有輥頸。因此，工作輥可在幾分鐘內(nèi)予以更換，其中間輥帶有軸向調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這與傳統(tǒng)的森吉米爾軋機(jī)完全一樣。它還采用了傳統(tǒng)的窗口式機(jī)架。因此，這種軋機(jī)可以在舊的四輥軋機(jī)上加以改造，而支承輥甚至可維持不變。新設(shè)計(jì)的Z-Hi軋機(jī)，由于具有傳統(tǒng)多輥軋機(jī)的大部分優(yōu)點(diǎn)。與MKW-8輥軋機(jī)相比，其輥系穩(wěn)定，受力也更合理。因此，這種軋機(jī)在不銹鋼帶、硅鋼帶生產(chǎn)中也占有一席之地。

圖14 Z-Hi18輥軋機(jī)

廣東聯(lián)眾和太鋼分別引進(jìn)了三機(jī)架和五機(jī)架Z-Hi18輥連軋機(jī)用于生產(chǎn)不銹鋼帶。圖14為 Z-Hi18輥軋機(jī)

4.9 SR 12/20輥可換式多輥軋機(jī)

1)2000年北京冶金設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院為無錫銀光鍍錫板有限公司研制了世界上第一臺(tái)無鞍座式小拋物線三缸壓下的Ф100/Ф300(160)×900mm整體牌坊(one-piece)12輥軋機(jī)，見圖15。

圖15 三缸壓下900mm12輥冷軋機(jī)(無錫)

2007年 北京斯蒂爾羅林公司為廣東雄順達(dá)公司研制了世界上第一臺(tái)無鞍座小拋物線壓下整體牌坊(one-piece) 1450mm 12/20輥可換式多輥軋機(jī)。圖16為無鞍座12/20輥可換式多輥軋機(jī)三維圖。圖17為無鞍座12/20輥可換式多輥軋機(jī)。

圖16 無鞍座12/20輥可換式多輥軋機(jī)三維圖

圖17 無鞍座12/20輥可換式多輥軋機(jī)

該新型12/20輥可換式多輥軋機(jī)的特點(diǎn)如下：

(1)12/20輥系互換：同一臺(tái)軋機(jī)上，只需更換一套帶有12輥20輥輥系的上下輥箱就可實(shí)現(xiàn)12/20輥輥系的互換，從而根據(jù)軋制帶材品種和規(guī)格優(yōu)選輥系；

(2)剖分式輥箱：機(jī)架內(nèi)裝有可上下移動(dòng)的上下輥箱，輥箱內(nèi)配有背襯軸承和集束式中間輥、工作輥的輥系；

(3)快速換輥：由于采用集束式中間輥組和相應(yīng)的八缸式平衡裝置以及專門設(shè)計(jì)的快速換輥裝置，可幾分鐘內(nèi)更換工作輥，可一小時(shí)左右更換整套輥系，提高了軋機(jī)工作效率；

(4)連續(xù)軋制線調(diào)整：連續(xù)軋制線調(diào)整裝置可以整個(gè)移出機(jī)架窗口。使軋機(jī)開口度增大，操作方便，便于維修；

(5)背襯軸承“錯(cuò)位”布置：消除了通常多輥軋機(jī)所特有的“輥印”缺陷。實(shí)踐證明采用本措施后帶材表面上沒有“輥印”；

(6)整體機(jī)架：為使軋機(jī)有足夠的剛度和較大開口度，操作、維修、換輥方便，采用了窗口式整體機(jī)架；

(7)小拋物線直接作用式液壓壓下裝置：下置的兩個(gè)液壓缸中心線間距與輥寬一樣大小，使工作輥在軋制壓力作用下形成小拋物線孔型。從而既減小帶材厚度公差，改善板形，又有傳統(tǒng)壓下方式在拋物線孔型中軋件自動(dòng)對中的功能；

(8)不同直徑背襯軸承組合：根據(jù)多輥軋機(jī)輥系受力分析，采用不同直徑背襯軸承的“等壽命”組合。12輥輥系采用兩大一小，20輥輥系采用“兩大兩小”，使內(nèi)外側(cè)軸承載荷更為均衡，提高了軸承壽命，又可使機(jī)架窗口盡量減小，減輕設(shè)備重量；

(9)偏心杠桿式板形調(diào)節(jié)裝置：采用了不同于森吉米爾軋機(jī)偏心齒輪齒條式的偏心杠桿式板形調(diào)節(jié)裝置，機(jī)構(gòu)簡單可靠，反應(yīng)靈敏。每一個(gè)偏心機(jī)構(gòu)分別由一套伺服電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，并均設(shè)有位移傳感器，可準(zhǔn)確記錄每一個(gè)偏心機(jī)構(gòu)的確切位置，可使背襯輥形成一定的輥形，有利于板形的調(diào)節(jié)；

2)這種新型12/20輥軋機(jī)，將傳統(tǒng)4、6輥軋機(jī)的窗口式機(jī)架、2×4缸式平衡，小車式快速換輥的優(yōu)點(diǎn)和多輥軋機(jī)小直徑工作輥、輥系剛度大、板形控制功能完善的優(yōu)點(diǎn)，有效、全面地結(jié)合在一起而設(shè)計(jì)研制的一種新型多輥軋機(jī)。(專利號：ZL 2008 1 215583.4)

這種新型12/20輥軋機(jī)克服了Sendzimir 20輥軋機(jī)輥系結(jié)構(gòu)復(fù)雜(鞍座和雙偏心機(jī)構(gòu))開口度小，換輥時(shí)間長的缺點(diǎn)(整套輥系更換時(shí)間長達(dá)6～8小時(shí))；也克服了Fr?hling 雙牌坊20輥軋機(jī)和Demag 、三菱和日立雙牌坊20輥軋機(jī)不能整套更換輥系的缺點(diǎn)，提高了軋機(jī)的作業(yè)率；兩大兩小的背襯軸承設(shè)計(jì)優(yōu)化了輥系受力狀態(tài)，使背襯軸承接近等壽命，并減小了窗口尺寸、減輕了機(jī)架重量；采用小拋物線直接作用式壓上裝置，增大了輥系橫向剛度，降低了厚度偏差，更便于控制板型。

3)該軋機(jī)于2008年5月一次試軋成功。軋制201不銹鋼，一個(gè)軋程從3.0mm軋到0.68mm ～ 0.88mm厚度，總變形率達(dá)77%。軋制SPCC，一個(gè)軋程從2.0mm軋到0.11mm ～ 0.135mm厚度，總變形率達(dá)94.5%，穩(wěn)速段厚度公差達(dá)±0.003mm。

5 集成式多輥軋機(jī)

1)目前薄帶材軋制大多采用4輥軋機(jī)，HC軋機(jī)，CVC軋機(jī)等軋機(jī)。但由于這幾種軋機(jī)的支承輥均為兩點(diǎn)支撐的簡支梁結(jié)構(gòu)，受軋制力后產(chǎn)生撓度造成沿帶材橫斷面上不均勻延伸(邊緣薄中間厚)，并使帶材平直度惡化。為解決這一問題，往往在軋機(jī)上增設(shè)多種板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，并增大支承輥直徑以增加軋機(jī)橫向剛度。但這無疑是增加軋機(jī)尺寸，重量及制造成本，并使軋機(jī)越來越復(fù)雜化。

2)多輥軋機(jī)以其小直徑工作輥、大輥系剛度而聞名于世，但無論是Sendzimir20輥，Sundwig和 Fr?hling 20輥軋機(jī)都結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，使用和維護(hù)成本較高。20世紀(jì)70年代，Sendzimir 公司發(fā)明了一種Z-High軋機(jī)，它既具有普通4輥軋機(jī)制造簡單，又具有小直徑工作輥的優(yōu)點(diǎn)，日本日立公司制造的UCM軋機(jī)也與其類似。但均未解決支承輥兩點(diǎn)支承的結(jié)構(gòu)問題。

3)這種集成式多輥軋機(jī)，吸取了普通4，6輥軋機(jī)制造方便，維護(hù)簡單和多輥軋機(jī)小直徑工作輥及多點(diǎn)支承的背襯輥結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，從根本上解決了4，6輥軋機(jī)固有的支承輥偏心對軋材厚度及板形影響的缺點(diǎn)，也解決了傳統(tǒng)20輥軋機(jī)制造困難，使用維護(hù)成本高的缺點(diǎn)。

4)這種現(xiàn)已取得中國專利的集成式多輥軋機(jī)，可根據(jù)用戶產(chǎn)品要求制作成8/16/18/32輥多種輥系可換的可逆式冷軋機(jī)。圖18為 200mm8/16輥集成式多輥軋機(jī)。

圖18 200mm8/16輥集成式多輥軋機(jī)

5)軋機(jī)的特點(diǎn)是：

(1)采用了不同于傳統(tǒng)多輥軋機(jī)的背襯軸承輥系結(jié)構(gòu)；

(2)采用了與傳統(tǒng)四、六輥軋機(jī)類似的整體機(jī)架和小拋物線型直接作用式壓下裝置；

(3)采用了集成式多輥輥系，8/16/32輥多種輥系可換；

(4)僅上下支承輥傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單；

(5)上下大支承輥上的背襯軸承輥結(jié)構(gòu)，消除了4、6輥軋機(jī)因支承輥偏心對厚度偏差和板形影響的缺陷。

6)2003年 北京冶金設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院為中國工程物理研究院激光聚變中心研制了一臺(tái)Ф2/Ф26/Ф65×65mm8/16/32輥整體牌坊(one-piece)集成式多輥軋機(jī)。用于生產(chǎn)微米級激光聚變靶向材料。

圖19為 8/16/32輥集成式多輥軋機(jī)。

圖19 8/16/32輥集成式多輥軋機(jī)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從來不是一帆風(fēng)順的。多輥軋機(jī)的發(fā)展中也曾出現(xiàn)了所謂XGK專利軋機(jī)事件這樣一段插曲[23]。

6 多輥軋機(jī)百年大事記

(1)1910年,瑞士工程師Mathey設(shè)計(jì)了第一臺(tái)6輥軋機(jī)[5]；

(2)1925年，第一臺(tái)羅恩式(Rohn)12輥軋機(jī)在德國投產(chǎn)[8]；

(3)1930年，德國Heraeus-Vacuudmschmelze公司和羅恩(Wilhelm Rohn)取得了多輥軋機(jī)專利權(quán)[8]；

(4)1932年，第一臺(tái)森吉米爾(Sendzimir)多輥軋機(jī)(ZS6輥)在歐洲建成。1937～1938年在波蘭、法國、英國等相繼建成了六臺(tái)這種多輥軋機(jī)[6]；

(5)1940年，第一臺(tái)ZR型12輥軋機(jī)于美國投產(chǎn)[6]；

(6)1940年，森德威克(Sundwig)公司獲得了制造羅恩式多輥軋機(jī)的專利許可[8]；

(8)1948年，森吉米爾(Sendzimir)獲20輥軋機(jī)專利權(quán)[6]；

(9)1948～1949年，全蘇冶金機(jī)械制造科學(xué)研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)研制了第一批Ф38/Ф120×350mm12輥軋機(jī)和Ф8/Ф50×160 mm 20輥軋機(jī)[11]；

(10)1952年，西德施羅曼(Schloeman)公司研制了MKW-8輥軋機(jī)[10];

(11)1956年，日本引進(jìn)森吉米爾(Sendzimir)20輥軋機(jī)；

(12)1958年，森德威克(Sundwig)公司研制了四立柱式多輥軋機(jī)[8]；

(13)1958年，日本制作第一臺(tái)森吉米爾ZR22-50型20輥軋機(jī)；

(14)1960年，北京鋼鐵學(xué)院研制了一臺(tái)Ф8/Ф47×110mm20輥軋機(jī)；

(15)1960年，美國花崗巖城公司投產(chǎn)了一臺(tái)串列式12輥軋機(jī)，軋速達(dá)7.8m/s[10]；

(16)1961年，北京鋼鐵研究院采用蘇聯(lián)圖紙?jiān)谖覈圃炝艘慌ぷ鬏亸涧?8×350mm的12輥軋機(jī)和工作輥徑Ф8×160mm的20輥軋機(jī)，在我國幾家生產(chǎn)精密合金工廠投產(chǎn)使用；

(17)1962年，北京鋼鐵研究院通過第三方引進(jìn)森德威克WV20R-72 20輥軋機(jī)；

(18)1963年，北京鋼鐵學(xué)院研制了一臺(tái)Ф7×130mm20輥軋機(jī);

(19)1966年，日本昭41-14971公開了14輥軋機(jī)發(fā)明專利；

(20)1966～1970年，西安重型機(jī)械研究所研制了Ф16/Ф90×280mm和Ф40/Ф225×700mm森吉米爾式20輥軋機(jī);

(21)1967年，我國太鋼引進(jìn)森德維克公司一臺(tái)羅恩四立柱WV20S-300-1150 20輥軋機(jī)；

(22)1969年，前蘇聯(lián)莫斯科中央黑色冶金科學(xué)研究院研制了能軋制厚0.0005mm寬5～10mm極薄帶的32輥和36輥軋機(jī)[11]；

(23)1969年，森吉米爾公司為日本日新制鋼周南廠研制了世界上第一套4機(jī)架20輥連軋機(jī)[6]；

(24)1969～1971年，北京冶金設(shè)計(jì)院研制了我國第一臺(tái)能軋制厚0.0026mm寬100mm極薄帶的Ф6.5/Ф55×130mm四立柱式20輥軋機(jī)[13]；

(25)1975年，北京鋼鐵研究院研制成功能軋制厚0.001mm寬30mm極薄帶的36輥軋機(jī)[12]；

(26)1975年，我國武鋼引進(jìn)日立公司森吉米爾(Sendzimir)ZR22BS-4220輥軋機(jī);

(27)1976～1978年，德國弗洛林(Fr?hling)公司研制了機(jī)械——液壓壓下的四立柱式多輥軋機(jī)[9]；

(28)1977～1980年，北京冶金設(shè)計(jì)院研制了世界上第一臺(tái)能軋制厚0.0008mm寬45mm極薄帶的Ф2/Ф26×65mm四立柱式30輥軋機(jī)[18]；

(29)1978年，美國森吉米爾公司發(fā)明了Z-Hi-18輥軋機(jī)[6]；

(30)1979年，冶金部機(jī)械部組織北京冶金設(shè)計(jì)院和上海機(jī)床廠研制了5 臺(tái)Ф6.5/Ф55×130mm 四立柱式20輥軋機(jī)；

(31)20世紀(jì)80年代，奧地利安德烈茨(Andriz)公司研制了Ф50×230mm(帶寬)HDK-10輥軋機(jī)[14]；

(32)20世紀(jì)80年代，日本三菱重工(Mitsubishi)研制了CR-12輥軋機(jī)[15]；

(33)20世紀(jì)80年代，日本日立(Hitachi)公司也研制成功了UC1、UC4多輥軋機(jī)；

(34)1986～1989年，德國弗洛林(Fr?hling)公司研制了直接作用式液壓壓下的雙牌坊(Twin-housing)12輥、20輥軋機(jī)[9]；

(35)1987～1989年，美國I2S公司研制了三臺(tái)VC型組合機(jī)架的直接作用式液壓壓下式20輥軋機(jī)[22]；

(36)1989～1991年，北京冶金設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院改制了一臺(tái)Ф45/Ф100/Ф280×300mm18輥冷軋機(jī)；

(37)1995年，北京冶金設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院為上海寶果實(shí)業(yè)公司研制了能軋制厚0.001mm寬45mm極薄帶的Ф2/Ф26/Ф65×65mm整體牌坊(one-piece)22/26輥軋機(jī)；

(38)1995年，德國曼內(nèi)斯曼—德馬克(MDS)公司研制了雙牌坊式(Twin-housing)直接液壓壓下式20輥軋機(jī)[16]；

(39)1997年，北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院獲一種8輥軋機(jī)實(shí)用新型專利[17]；

(40)2000年，北京冶金設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院和北京科技大學(xué)合作研制了第一臺(tái)Ф160/Ф400×400mm4輥和Ф50/Ф110×400mm18輥整體牌坊(one-piece) 雙機(jī)架可逆式冷軋機(jī)；

(41)2000年，北京冶金設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院為無錫銀光鍍錫板有限公司研制了世界上第一臺(tái)無鞍座式小拋物線壓下的Ф100/Ф300(160)×900mm整體牌坊(one-piece)12輥軋機(jī)；

(42)2001年，日本三菱重工—日立(Mitsubishi-Hitachi)研制了雙牌坊式(M-H Split housing)HZ-20輥軋機(jī)[21]；

(43)2003年，北京冶金設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院為中國工程物理研究院激光聚變中心研制了一臺(tái)Ф2/Ф26/Ф65×65mm8/16/32輥整體牌坊(one-piece)集成式多輥軋機(jī)；

(44)2004年，北京泰隆自動(dòng)化設(shè)備有限公司和北京冶金設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院合作研制了世界上第一臺(tái)Ф120/Ф520(300)×1400mm整體牌坊(one-piece)12輥雙機(jī)架可逆式冷軋機(jī)；

(45)2007年，北京斯蒂爾羅林公司為廣東雄順達(dá)公司研制了世界上第一臺(tái)無鞍座小拋物線壓下式整體牌坊(one-piece) 1450mm 12/20輥可換式多輥軋機(jī)[20]。

7 結(jié)語

中國人自己設(shè)計(jì)研制的這些全新多輥軋機(jī)已經(jīng)在祖國大地上日夜運(yùn)轉(zhuǎn)著，為祖國四個(gè)現(xiàn)代化生產(chǎn)著各種材料的薄帶和極薄帶。這些多輥軋機(jī)的設(shè)計(jì)思想已處于國際領(lǐng)先地位。這些多輥軋機(jī)無論機(jī)械電控和整機(jī)性能都已接近或達(dá)到國際水平。有的機(jī)型還填補(bǔ)了機(jī)型空白。如: 12/20輥可換式多輥軋機(jī)、30輥軋機(jī)和集成式多輥軋機(jī)。

[1]錢文軍.國外極薄帶多輥軋機(jī)簡況.冶金設(shè)備，1982(2).

[2]Peter Fr?hling, Jens Rieckmann, Fr?hling GmbH, Olpe.采用直接液壓壓下的多輥軋機(jī)，MPT-CHINA 1992 Page 68-72.

[3]Bernd Berger. 先進(jìn)的20輥軋機(jī)技術(shù).冶金設(shè)備和技術(shù),2001(1).

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[5]W.L.羅伯茨.冷軋帶鋼生產(chǎn).北京：冶金工業(yè)出版社，1985.

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[23]張樹堂等.尊重科學(xué)實(shí)事求是-XGK專利軋機(jī)真相.冶金設(shè)備,2014(2).

An Informal Discussion of the Multi-Hi Rolling Mill

Qian Wenjun

(Beijing Metallurgical Equipment Research and Design Co., Ltd of MCC, Group, Beijing 100029)

All kinds of multi-Hi rolling mills have been fully renovated and improved since they were first invented in the last century. Nowadays, more than 95% stainless steel strips and deformation- resistance metal strips are produced by multi-Hi rolling mills all over the world. This article mainly introduced the characteristics, usages and memorable big events in a hundred yeas of multi-Hi rolling mills on the development history. It also described different types of mills such as the Radial roll set mills and composite roll set mills, especially emphasized on the following types of mills including the Rohn mill, the Sendzimir mill, the Fr?hling mill, the CR mill, the Demag and DMS Twin-housing 20-Hi mill, the Mitsubishi and Hitachi M-H Split housing HZ20-Hi mill, the HDK-10-Hi mill, the MKW mill, the Z-Hi mill, the SR 12/20-Hi changeable multi-Hi rolling mill and the integrated multi-Hi rolling mill designed and developed by Chinese engineers solely.

Multi-Hi rolling mill Function and characteristics Development history

錢文軍,男，1941年出生，教授級高工，從事多輥軋機(jī)設(shè)計(jì)研究工作，退休前任北京冶金設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院軋鋼所副所長， 享受國務(wù)院政府特殊津貼

TG333.17

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.03.002

2015-02-10)