板形作业

轧辊轴向移动轧机的应用与发展

叶长根

(安徽工业大学材料科学与工程学院,安徽马鞍山243002)

摘要：介绍了轧辊轴向移动轧机如森吉米尔轧机、HC轧机、HCW轧机、HCMW轧UC 轧机、CVC轧机、UPC轧机的发展过程、工作原理、形式特点以及目前在国内的应用情况。

关键词：轧辊轴向移动板形控制厚宽比边部减薄量

1 轧辊轴向移动轧机的起源与发展

为了提高冷轧薄钢带的横向尺寸精度，改善板形质量，早在DE 年代初，美国森吉米尔钢铁公司便研制出具有中间辊移动机构Z 形轧机，即森吉米尔轧机。此类轧机有十二辊、二十辊等形式，中间移动辊一端部带有锥度，通过调整中间辊的轴向移动量来控制板带的横向尺寸精度和板形。由于森吉米尔轧机辊系结构复杂，投资大，主要用于薄带材、超薄带材以及硅钢、特殊钢等高精度带材的生产，因此其推广应用受到了一定的限制。

为了改善普通冷轧薄带的板形质量，减少边部减薄量，研究者们就普通四辊轧机

在轧制规程的修正方面做了大量的工作，主要有改变压下量、改变后张力以及轧辊的液压弯辊。液压弯辊具有控制板形灵活、快速等特点，与其它规程变量不发生干扰，因此比较理想。液压弯辊的基本原理是：通过向工作辊或支撑辊辊颈施加液压弯辊力(如图1)。来瞬时改变轧辊的有效凸度，从而改变承载辊缝、形状和轧后带钢的延伸沿横向的分布。

图1 四辊轧机液压弯辊

由于液压弯辊具有这些优点，因此广泛应用于板形的调整，截止到1969年已有41套液压弯辊装置投产。它既可以安装在中厚板轧机、带钢热连轧机和单机可逆轧机上，也可安装在带钢冷轧机上。但工作辊液压弯辊使工作辊轴承

日本石川岛播磨重工业公司研制出一项改善液压弯辊控制能力的新技术——双轴承座工作辊弯辊装置（DC-WRB）（如图2）

图2 双轴承座工作辊弯辊

开始用于热轧，后来推广应用到冷轧和平整。液压弯辊虽然具有较强的板形控制能力，但仍存在着一定的问题：首先，它是通过弯曲刚度很大的轧辊来实现，最终的弯曲曲线基本上接近于二次曲线，而实际轧辊在轧制过程中由于磨损和受热凸度变化的影响，曲线变得比较复杂，常出现复合浪、局部浪等缺陷，单靠液压弯辊是无法解决的；其次，在板宽范围以外，四辊轧机的工作辊和支撑辊之间有害接触区内的接触压力不仅限制了弯辊效果的发挥，也加大了板带的边部减薄量（如图3）,为了解决这类问题，又出现了双锥度和双阶梯支撑辊（如图4）。

图3 四辊轧机轧辊变形图

图4 双阶梯支撑辊

分析普通四辊轧机轧辊的受力及变形可以得知，普通四辊轧机工作辊与支撑辊辊身长度基本相同，辊间接触长度总是不变辊身长度大于带钢宽度，在带钢宽度以外的工作辊与支撑辊之间存在一个对轧制板形有害的接触区，有害接触区内的辊间接触应力形成一个有害弯矩，这个有害弯矩使带钢的边部减薄，板凸度增大，板形不好。同时有害弯矩也抵消了一部分工作辊的弯辊力矩，限制了轧机的板形控制能力。采用双锥度或双阶梯支撑辊减弱或消除了有害弯矩，但由于实际生产中，带钢的宽度是经常变化的，双锥度或双阶梯支撑辊与工作辊接触长度却不能改变。为了解决这一问题，1972年日本日立公司研制出新式六辊轧机———HC 轧机（如图5）。

图5 HC轧机

度变化时，可以通过向相反方向移动中间辊，来改变中间辊和工作辊的接触长度，使其适应板宽的变化。HC 轧机一出现，其优点就充分显示出来，主要表现在板形控制能力强，板形稳定性高，削弱了带材的边部减薄，提高成材率；减小了工作辊直径，可实现大压下量

轧制；并可降低轧制功率（比普通四辊轧机可降低10%）；增大来料厚度；取消了中间退火工序；提高轧机生产率。因此，HC 轧机很快得到推广应用，它不仅用于冷轧带钢生产及平整、热轧钢带的轧制生产，也广泛用于特殊钢带和铜、铝等有色金属的轧制生产。据统计，到1987年3 月，安装的HC轧机已达189 台。根据HC 轧机优良的板形控制特长，便于普通四辊轧机改造的特点，1982年研制了一种新型的HCWM轧机，它除了具有原HC轧机的特点外，主要增加了工作辊轴向移动装置，通过中间辊的轴向移动可达到任意控制板形的目的；同时可以控制板凸度和减小边部减薄，通过工作辊轴向移动实现了热轧自由规程轧制（如图6）。新日铁八幡厂研制出用于热轧带钢生产的HC,（川崎公司称之为K-WRS）四辊轧机（如图7）。

图7 HCW 轧机图

此轧机具有工作辊轴向移动功能和液压弯辊功能，更适用于普通四辊轧机的改造。在HC轧机的基础上，日立研究所研究出一种主要用于生产冷轧薄带材和高镍电子材料的UC轧机（如图8），

图8 UC轧机

该轧机除了具有工作辊液压弯辊和中间辊轴向移动功能外，又增加了中间辊的液压弯辊装置，使生产中出现的复合浪得到控制。根据工作辊轴向移动的四辊轧机（HCW）的原理，1983年西德SMS公司开发出连续可变凸度轧机——CVC 轧机（如图9。

图9 CVC轧机

由于该轧机板形控制优良，很快得到了推广应用，到1987 年已加工订货49台，其中2/3 用于带钢的冷、热轧与平整用于铝板铝箔的轧制。1/3用于铝板铝箔的轧制。CVC轧辊在沿辊身长度上成瓶状或S状，上下辊型一样，其中一个与另一个反对称布置，通过上下两辊向相反方向移动使辊缝形状发生变化，从而有效地控制了板带材的板凸度。1987年德国MDS公司推出了一种具有特殊辊形的轧辊轴向移动轧机——UPC轧机如图10。它是在HCW,CVC 轧辊基础上研究出来的，其工作辊为雪茄形，并具有轴向移动功能，再配合上下工作辊的正负液压弯辊，使得UPC轧机具有较大的板形控制范围。轴向移动轧机的形式与特点见表1。

图10 UPC 轧机

机型 森吉米尔轧机 HC 轧机 HCW

轧机 HCMW 轧机

UC 轧机

CVC 轧机 UPC 轧

机

轧辊数量 12. 18. 20 6 4

6

6

2.4.6

4

移动辊 一中间辊

一中间辊

工作辊

工作辊及 中间辊

中间辊

工作辊及 中间辊 工作辊

弯辊

形式 支撑辊轴承

ASU 整

工作辊液 压弯辊

工作辊液 压弯辊

工作辊液

压弯辊

工作辊. 中间辊 工作辊液 压弯辊

工作辊液 压弯辊 传动辊 二中间辊 工作辊

中间辊 支撑辊

工作辊

工作辊

工作辊

工作辊

典型

产品 冷轧不

锈

钢、硅钢、特 种钢及超薄

冷、热轧不

锈钢、硅

钢、 特种钢、低 碳钢及有色金属

热轧 中厚板 及各钢种

热轧 中厚板

及各 钢种

冷、热轧不 锈钢、硅钢、 特种钢、低 碳钢及有色金属

冷、热轧不 锈钢、硅钢、

特种钢、低 碳钢及有色 金属

冷、热轧不 锈钢、硅钢、

特种钢 低碳钢

轧机布置 形式

单机可逆 单机可

逆、 平整及连轧 机组

热连轧机

热连轧机

单机可逆、 平整及连轧 机组 单机可逆、 平整及连轧机组

单机可逆、 平整及连轧机组

结构特点

结构复杂

结构简单 结构简单

结构复杂

结构较复杂

结构简单、 磨辊复杂

结构简单、 磨辊较复杂