炉卷轧机的发展与典型结构

炉卷轧机的发展与典型结构

萧其林

摘要：按照传统型、改造型、现代型三个阶段叙述了炉卷轧机的发展，并对炉卷轧机的典型布局与结构进行分析。

关键词：炉卷轧机；发展；典型布局；结构

1 炉卷轧机的发展

炉卷轧机，又称斯特克尔轧机（Steckel轧机）。自美国于1932年研制出第一台试验性炉卷轧机并于1949年正式应用于工业生产以来，到现要已有近70年。近70年来炉卷轧机经历了传统型、改造型、现代型三个发展阶段。随着现代冶金技术的发展和现代传动、控制技术的应用，炉卷轧机已步入了蓬勃发展时期。本文依照传统型、改造型、现代型三个阶段对炉卷轧机的发展予以阐述。

1．1传统型炉卷轧机（1932～1960年）

炉卷轧机发明于20世纪30年代。该发明解决了成卷热轧薄板轧制过程中温度降低太快的问题，使得带卷在轧制过程中进行可逆式的往复轧制，直到轧制过程完成，这就是所谓的炉卷轧制方法。图1-1为其示意图。

图1-1 炉卷轧机示意图

1——带保温炉的卷取机；2——送料辊；3——四辊可逆轧机；4——升降导板

图1-2 炉卷轧机工艺设备布置图

1-再加热炉 2-除鳞机 3-立辊轧机 4-粗轧机 5-辊道 6-切头剪

7-左卷取炉 8-炉卷机 9-右卷取炉 10-冷却辊道 11-地下卷取机

１．１．１炉卷轧机生产工艺流程与设备布置

炉卷轧机的生产工艺流程和设备布置如图１－２。板坯在连续式加热炉中加热后，通过高压水除鳞，然后在带立辊的四辊粗轧机上分别轧制一定道次，将板坯轧成厚１０～２０ｍｍ的带坯，在飞剪上切除头尾，然后送入炉卷轧机进行可逆轧制。当第一道带坯头部出炉卷轧机后，右边的升降导板抬起，将带坯的头部引入右边卷取炉的卷鼓中进行卷取。卷取炉卷鼓与轧机之间带钢的张力不大，其总张力为３００００Ｎ。当第一道轧件尾部一出轧辊，右边的夹送辊下降，整个机组反转，开始第二道轧制，此时左边的夹送辊和升降导板抬起，又将带钢导入左边的卷取炉进行卷取，如此反复轧制几道，即轧成所需要的带卷。由

于每道轧制时轧件端部均需通过轧辊，因而每道次开始时都需以导入速度（０．５～２．５ｍ／ｓ）轧制，使轧件端部平滑进入卷鼓的槽口。导入后，卷鼓和轧机同步升速到正常轧制速度。而在每道次终了时，则必须及时制动，以防轧件尾部进入保温炉内。这样频繁改变的操作制度必须依赖自动控制才能实现，同时也限制了轧制速度的提高。一般轧件在炉卷轧机上轧制７～９道次，轧到要求的带卷厚度后，通过运输辊道冷却到卷取温度，在地下卷取机上卷成钢卷。

1．1．2 传统炉卷轧机的优点：

１）轧制过程中可大幅减少钢板的温降；

２）与经典的热连轧相比所需设备数量少，投资低；

３）工艺道次较灵活，适合于生产批量不大而品种较多的产品；

４）适合于低节奏、难加工的不锈钢及特种合金钢的生产。

１．１．３传统炉卷轧机的缺点：

１）由于是单机架多道次轧制，精轧时间长，二次氧化皮多，所轧制的产品表面质量较差，不能生产薄板；

２）技术经济指标较低，各项消耗较高；

３）轧辊易磨损，换辊频繁；

４）工艺操作要求高，比连轧复杂。

１．２改造型炉卷轧机（１９６０～１９８０）

由于传统炉卷轧机所固有的工艺缺陷并存在产品表面质量差的弊病，从而阻碍了炉卷轧机的发展。

６０年代，美国铁本公司（Ｔｉｐｐｉｎｓ，又译梯平斯）等通过对炉卷轧机的潜在能力和不足之处的研究，开始用现代控制技术来改造传统炉卷轧机，重新发展了自３０年代发明以来几乎被人遗忘了的炉卷轧机。１９８０年前后，发达国家纷纷兴建新的或改造旧的炉卷轧机，但主要还是用来专业化生产不锈钢和特种合金钢，仅有少部炉卷轧机生产碳素结构钢。

在此阶段由于冶金轧制工艺和控制技术还没有发生质的飞跃，因此炉卷轧机的发展主要是停留在一般性的改进上，并没有发生根本性的变化。

１．３现代炉卷轧机（１９８０～至今）

进入８０年代后，冶金工业技术突飞猛进，近终型连铸技术、连铸连轧技术、现代控制技术、计算机技术、新型材料技术、数字传动技术、变频调速技术的普及应用使得冶金轧制工艺技术发生了质的飞跃，给炉卷轧机的发展带来了新的生机。

１．３．１现代炉卷轧机的主要特点

１）新流程

随着薄板坯连铸技术的发展，国外出现了一批以生产中厚板为主、兼生产薄板卷的综合型炉卷轧机，它与炼钢炉、精炼炉、中薄板连铸机共同组成了新一代集约型的板带材生产线。９０年代以来，在全世界新建和改建炉卷轧机共１４台，其中以生产不锈钢为主的４台，生产不锈钢兼碳钢的３台，其余７台均以生产碳钢和低合金钢为主［１］，其具体情况见表１－１。

２）新工艺

现代炉卷轧机采用了提高中间带坯进精轧机的厚度，在精轧机上采用高的压缩比，提高轧制速度，减少轧制道次，提高卷重，使轧制温度均匀化等新工艺。炉卷轧机的传统工艺与新工艺的主参数对比见表１—２。

表１－２炉卷轧机传统工艺与新工艺的主参数对比

３）新设备

新设备的应用在现代炉卷轧机的关键部位得到了较好的体现，主要表现在以下五个方面：

一是高刚度的轧机，将轧机允许的最大轧制力加大及刚度提高，使得轧机弹跳减少，其允许的最大轧制力比传统炉卷轧机提高了近１倍。

二是卷取炉内的卷取芯轴采用带水冷芯轴的预热卷鼓，这种采用了新型设计和材料的卷鼓其表面温度可达９５０℃，卷取带钢厚度可达２０ｍｍ。

三是采用了带有封闭式炉底和新型炉型的卷取炉，采用计算机控制炉内气氛，减少了热损和炉内氧化，提高了炉温控制精度和均匀分布度。

四是采用了具有较短换向时间（约３Ｓ）的交流变频主传动电机，其加速与反转时间比直流电机减少。

五是在炉卷轧机内设有在线轧辊修磨系统，轧辊不必更换就可在线进行修磨，通过轧制过程中轧辊表面的修磨，可改善带钢的表面质量和增加轧制量。

４）新技术

现代炉卷轧机全面引用了热带钢连轧的新技术，如坯料采用连铸坯或连铸薄板坯；加热炉采用步进式炉；采用了高效、高压水除鳞技术；粗轧机采用带立辊轧边的四辊可逆式轧机；在中间辊道中采用了保温技术；在炉卷轧机后设立了层流冷却系统；在地下卷取机上采用了液压踏步控制系统等等。更重要的是炉卷轧机还采用了下述新技术：

一是液压厚度自动控制技术（ＨＡＧＣ－－ＨｙｄｒａｕｌｉｃＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｇｅＣｏｎｔｒｏｌ）ＨＡＧＣ系统通过计算机对轧件厚度进行自动控制，包括厚度控制、速度补偿、张力补偿、头尾补偿及测厚仪监控等功能。采用该技术生产的带钢其纵向厚度公差已达到或接近热连轧机±０．０５ｍｍ的水平，而传统炉卷轧机生产的带钢厚度公差为±０．２～０．４ｍｍ。〔２〕由于ＨＡＧＣ技术具有响应速度快、压下速度快、设定精度高、控制系统比较简单等特点，因而在现代炉卷轧机中得以应用。

二是板形自动控制技术（ＡＦＣ—ＡｕｔｏｍａｔｉｃＦｌａｔｎｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ），该系统采用了四