冷軋板帶軋機(jī)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

曹秉宇，宋美娟，丁 一，陳 浩，李開創(chuàng)

（徐州工程學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

1 板帶軋機(jī)發(fā)展歷程

現(xiàn)代軋鋼技術(shù)與裝備以板帶生產(chǎn)為代表，板帶鋼的生產(chǎn)設(shè)備根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，軋機(jī)設(shè)備的組成也有較大差異。1924年，在美國阿姆柯公司巴特勒工廠建成了世界第1套冷連軋機(jī)組，軋機(jī)配置為四輥3機(jī)架。為了獲得更薄的板帶材，4機(jī)架、5機(jī)架冷連軋機(jī)組相繼出現(xiàn)[1]。為了能獲得更薄的鍍錫板，美國楊斯頓板管公司于上個(gè)世紀(jì)中葉建成了世界第1套6機(jī)架冷連軋機(jī)組，可以軋制0.1mm以下的薄鍍錫板。同4機(jī)架、5機(jī)架冷連軋機(jī)組所生產(chǎn)的薄規(guī)格帶鋼能力相比，6機(jī)架的實(shí)際生產(chǎn)速度得到了很大的提高。

但與五機(jī)架相比，沒有太大的優(yōu)越性，故目前新建或改造的冷連軋生產(chǎn)線基本上以4機(jī)架和5機(jī)架為主[2]。

2 板帶軋機(jī)的基本組成

板帶軋機(jī)的基本組成：分為主要設(shè)備和輔助設(shè)備：主要設(shè)備是指使得軋件發(fā)生塑性變形的設(shè)備，由主電機(jī)、工作機(jī)座、主傳動(dòng)、齒輪基座、減速機(jī)和軋輥等組成。輔助設(shè)備是指除了主機(jī)以外可以完成一系列輔助工序的設(shè)備。板材與帶材的軋制在實(shí)際的生產(chǎn)過程中可以互換[3]。圖1為板帶軋機(jī)的組成示意圖。

3 軋機(jī)組的發(fā)展變化及分類

板帶軋機(jī)的發(fā)展歷史悠久，從上個(gè)世紀(jì)到現(xiàn)在，板帶軋機(jī)各部位均有不同程度的變化，從最初的簡單的三機(jī)架發(fā)展到四機(jī)架還有五機(jī)架軋機(jī)，以及現(xiàn)在多型號(hào)混合式多機(jī)架軋機(jī)[4]。

3.1 軋機(jī)組的發(fā)展變化

3.1.1 三機(jī)架軋機(jī)

350 mm三機(jī)架冷連軋機(jī)組，主要設(shè)備為鋼材準(zhǔn)備站、開卷機(jī)、設(shè)置三臺(tái)軋機(jī)、卷取機(jī)、最后用托盤運(yùn)輸系統(tǒng)直接和卷材庫相連接，實(shí)現(xiàn)鋼材的自動(dòng)化儲(chǔ)存和使用。但是機(jī)架加速過程緩慢，持續(xù)時(shí)間長，經(jīng)濟(jì)效益相對于5機(jī)架較低。

3.1.2 五機(jī)架軋機(jī)

1720 mm冷連軋機(jī)采用5機(jī)架6輥UCM軋機(jī)的形式。六輥UCM軋機(jī)有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，能夠找到一個(gè)中間輥橫移量，保證軋機(jī)的橫向剛度達(dá)到無窮大，無論軋制壓力如何發(fā)生變化，這個(gè)時(shí)候的板形也不會(huì)改變[5]。而且5機(jī)架生產(chǎn)效率，板材質(zhì)量也較高。

采用的AGC系統(tǒng)是由前饋AGC、反饋AGC進(jìn)行厚度調(diào)節(jié)。厚度前饋AGC是根據(jù)來料情況進(jìn)行提前調(diào)整，利用軋機(jī)入口處測厚儀間接測厚信息對其后面軋機(jī)壓下進(jìn)行控制。通過延遲壓下以減小控制增量以免振蕩，減小滯后時(shí)間。

五機(jī)架冷連軋機(jī)組主要用于軋制汽車板和鐵素體不銹鋼。

主要生產(chǎn)鋼種：409L/430/低碳鋼/高強(qiáng)鋼。

3.2 冷連軋機(jī)分類

冷連軋機(jī)根據(jù)尺寸與功能可以分為四種類別：無取向硅鋼冷軋機(jī)組、通用寬帶鋼冷軋機(jī)組、鍍錫板冷軋機(jī)組和大型寬帶冷連軋機(jī)組[6]。它們之間的差異主要體現(xiàn)在冷軋完后的工藝處理過程，但是它們都可以生產(chǎn)普通的冷軋產(chǎn)品。

（1）無取向硅鋼冷軋機(jī)。無取向硅鋼是一種重要的軟磁合金，廣泛應(yīng)用于各種電機(jī)、壓縮機(jī)電機(jī)以及汽輪發(fā)電機(jī)等制造。

（2）通用寬帶鋼冷軋機(jī)。當(dāng)代各國使用機(jī)型最多的就是這種冷軋機(jī)，并且適用于大型板帶材的生產(chǎn)使用。

（3）鍍錫板冷軋機(jī)。這種軋機(jī)的出現(xiàn)既保證了板帶成品的質(zhì)量有很大程度的提升了軋制速度。并且此軋機(jī)特點(diǎn)是成品質(zhì)量好而且薄。

（4）大型寬帶冷連軋機(jī)。為了滿足企業(yè)以及消費(fèi)者的需求，大型軋機(jī)被投入使用，產(chǎn)量高，規(guī)模大是其主要特色。

4 AGC系統(tǒng)在冷軋帶鋼中的應(yīng)用

近年來，隨著我國核電、船舶、能源化工、工程機(jī)械等行業(yè)快速發(fā)展，人們對厚度10mm以下的寬薄板需求日益增加。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，根據(jù)寬厚板軋機(jī)設(shè)備和控制系統(tǒng)的具體特點(diǎn)以及生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析冷軋板帶鋼過程中存在的問題，來制定不同的厚度自動(dòng)控制AGC系統(tǒng)方案，以解決冷軋板帶鋼過程中產(chǎn)生的問題。

傳統(tǒng)AGC是以厚度反饋方式為主，其存在滯后過大，響應(yīng)時(shí)間長等缺點(diǎn)，在冷軋板帶鋼厚度控制的研究過程中，考慮各方面影響厚差的原因，制定不同的厚度控制方案，例如針對于本次所研究的冷連軋五機(jī)架，通過所設(shè)定的方案對軋制各個(gè)道次進(jìn)行監(jiān)測。其最大特點(diǎn)是采用厚度前饋控制方案，根據(jù)來料情況，提前進(jìn)行調(diào)整，解決反饋AGC不可避免存在的時(shí)間滯后的問題。同樣對厚度自動(dòng)控制AGC系統(tǒng)進(jìn)行控制參數(shù)優(yōu)化和控制邏輯改進(jìn)，以進(jìn)一步提高板帶鋼的厚度精度。

圖1 軋機(jī)的組成

表3 國內(nèi)外冷軋機(jī)重要的技術(shù)參數(shù)

國內(nèi)大部分是控制水平較低、技術(shù)落后的冷軋機(jī)，為平衡帶鋼厚度均勻性，降低帶鋼厚度偏差，在冷軋板帶鋼生產(chǎn)過程中，越來越精良且逐步技術(shù)成熟的厚度自動(dòng)控制AGC系統(tǒng)在板厚控制中得到充分應(yīng)用[7]。

5 國內(nèi)外冷軋帶鋼技術(shù)現(xiàn)狀分析及前景展望

5.1 國內(nèi)外冷軋帶鋼技術(shù)分析

我國的冷軋帶鋼起步緩慢，受工業(yè)革命的影響，國外冷軋發(fā)展迅速。早在19世紀(jì)中葉德國就率先進(jìn)行冷軋板帶材的生產(chǎn)，之后美國英國也相繼的建成冷軋機(jī)。在二十世紀(jì)初，德國建成了兩輥可逆式冷軋機(jī)，發(fā)展迅速[8]。

和國外其他工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，我國的冷軋板帶工業(yè)的發(fā)展較晚，在二十世紀(jì)六十年代鞍鋼建立了我國第一臺(tái)單機(jī)可逆式冷軋機(jī)。七十年代之后武鋼、寶鋼相繼建成了1700mm和2030mm的五機(jī)架冷連軋機(jī)。目前，我國95%以上的鋼材品種，從數(shù)量到質(zhì)量都可以滿足國民經(jīng)濟(jì)各部門的需要[9]，但是我國的鋼材質(zhì)量同國外相比還是存在很多的不足。如表3是國內(nèi)外冷軋機(jī)重要的技術(shù)參數(shù)。

5.2 我國冷軋板帶鋼現(xiàn)狀及展望

冷軋技術(shù)對一個(gè)國家的發(fā)展十分重要，越來越多的發(fā)達(dá)國家投入大量的財(cái)力物力將熱軋技術(shù)轉(zhuǎn)為冷軋。2016年我國的冷軋發(fā)展迅速，使得這一行業(yè)的產(chǎn)量增長許多，但是同時(shí)也伴隨著價(jià)格下降的風(fēng)險(xiǎn)。

如今我國的冷軋板帶材已經(jīng)夠自給自足，雖然發(fā)展緩慢，但是自2017年來我國獨(dú)立研發(fā)出許多國際領(lǐng)先水平的技術(shù)與設(shè)備，不僅速度提升了許多而且質(zhì)量也大大提高。

同工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比，我國的冷軋板帶材在鋼鐵中的使用比例增長緩慢的多，仍有一定的差距。普通鋼材在2018-2025這一階段需求會(huì)下降許多。高端鋼材需求越來越大。所以我國應(yīng)更多的開發(fā)高端產(chǎn)品以提高競爭力[10]。

6 結(jié)論

（1）板帶軋機(jī)的制造水平應(yīng)該適應(yīng)時(shí)代需求，要與時(shí)俱進(jìn)，應(yīng)當(dāng)注重節(jié)能、節(jié)力、實(shí)用、環(huán)保，滿足我國對鋼材和有色金屬板帶材的需求。

（2）經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，但同時(shí)也會(huì)有新的挑戰(zhàn)，在未來的冷軋帶鋼技術(shù)領(lǐng)域的競爭也會(huì)更加激烈，我相信我國定會(huì)立足國情，研制出更加高效的冷軋機(jī)。