第2章 森吉米尔二十辊轧机

第2章森吉米尔二十辊轧机森吉米尔冷轧机与其他类型轧机的本质区别是轧制力传递的方向不同。

森吉米尔轧机轧制力从工作辊通过中间辊传到支撑辊装置，并最终传到坚固的整体机架上。

这种设计保证了工作辊在整个长度方向的支撑。

这样辊系变形极小，可以在轧制的整个长度方向获得非常精确的厚度偏差。

2.1 森吉米尔轧机主要特点及发展水平森吉米尔轧机在结构性能上主要特点：(1) 具有整体铸造（或锻造）的机架，刚度大并且轧制力呈放射状作用在机架的各个断面上。

(2) 工作辊径小，道次压下率大，最大达60%。

有些材料不需中间退火，就可以轧成很薄的带材。

(3) 具有轴向、径向辊形调整，辊径尺寸补偿，轧制线调整等机构，并采用液压压下及液压AGC系统，因此产品板形好，尺寸精度高。

(4) 设备质量轻，轧机重量仅为同规格四辊轧机的三分之一。

所需基建投资少。

森吉米尔轧机基本上是单机架可逆布置，灵活性大，产品范围广。

但亦有极个别呈连续布置的森吉米尔轧机，如日本森吉米尔公司1969设计了一套1270mm四机架全连续式二十辊森吉米尔轧机。

目前森吉米尔轧机的发展水平如下：（1）轧制带材最大宽度。

目前轧制带材最宽的是法国的一台ZR22-80型轧机，轧制宽度最大为2032mm的软钢和硅钢，厚度偏差为 0.005mm。

（2）轧制带材最小厚度。

轧制带材最小厚度与其宽度和钢种有关。

美国轧制硅钢最小厚度为0.002mm，其宽度为120mm，日本轧制不锈钢，当宽度为1220mm时，最小厚度为0.127mm；宽度为200mm时，最小厚度为0.01mm；轧制有色金属时，最薄可达0.0018mm。

（3）轧机开口度的提高。

近年来法国的DMS公司于美国的森吉米尔公司一起终于打破了森吉米尔轧机为整体机架的传统观念，推出了分体式机架森吉米尔轧机。

即将机架分为上下两部分。

两部分在机架四个角由四个液压缸紧密的合上，他能保留所有零凸度机架的特征和优点。

机架可允许有130mm的开口度。

（4）在板形控制方面也有新的创新。

在传统的轧机上，由于支撑辊的刚度大，限制了B、C支撑辊对1/4边浪的控制。

于是发明了弹性心轴支撑辊，这使轧机在1/4边浪的控制方面提高很多，改善了板带的平直度。

（5）1991年日本日立公司制造的K-ZR二十辊轧机投入运行。

该轧机采用了双AS-U-ROLL辊形调整机构，分别设置在A、B和C、D两对辊组上，即轧机上部四组支撑辊均可调整。

通过有限元对辊系辊间压力分配分析，可知轧制时辊间的压力分配会影响辊形，而辊系边部轧辊间的辊间压力大于其他部位，对板形的影响大于其他部分。

双AS-U-ROLL辊形调整机构可以调整边部支撑辊。

所以，双AS-U-ROLL调整板形和控制边部减薄上都比单AS-U-ROLL辊形调整机构好。

（6）轧制速度。

美国的ZR21-44型轧机轧制低碳钢的最大速度大1067m/min；美国、日本等国轧制硅钢及不锈钢的ZR21型轧机轧制速度可达800m/min。

2.2 森吉米尔二十辊轧机结构组成2.2.1 机架森吉米尔轧机机架，是在整体铸钢件中加工出8个梅花状通孔，用以安装支撑辊装置；与梅花通孔垂直的侧面开有通过带材的四棱椎形窗口。

分散传到各支撑辊装置上的轧制压力，在8个梅花状通孔位置被整体机架所吸收。

其受力图见图2-1。

窗孔的半个圆形孔是在坐标镗床上精密加工的。

为了确保加工精度，机架铸造后还要进行完全退火。

粗加工后，还要进行消除应力的退火处理。

森吉米尔轧机机架最初设计出来，仅用于二十辊轧机以及一些非常小的二十辊轧机上，其机架形状为立方体形状。

随着轧机的增大，设计者开始削去机架各个顶角，呈多面体形状。

目前大多数二十辊轧机仍为这种形状轧机。

图2-2 机架横截面（上部）受力图。

轧制力在轧辊长度方向最终是通过支承辊装置的轴承座(鞍座)传递给机架的，机架厚度和形状设计的目的是使机架变形程度最小，受力最为均衡。

机架承受的弯曲力矩，从机架边缘到中心是连续加大的，中心部位力矩最大，因此机架的断面也应该是中心部位最大，往两边逐渐变小。

根据机架的受力情况，可以计算出机架梁上的不均匀变形。

目前，最新式的实际机架模型是断面与受力情况一致的，最接近于鼓形的机架形状，如图2-1机架受力图所示。

图2-1 机架受力图图2-2 机架横截面（上部）受力图2.2.2 辊系布置二十辊森吉米尔轧机的辊系是按1-2-3-4成塔形布置，上下对称设置在机架的8 个梅花孔内（见图2-3 机架辊系图之一图2-4机架辊系图之二）。

上下两个工作辊分别压靠在两个第一中间辊上；上下两对第一中间辊又支撑在3个第二中间辊上；而6个第二中间辊则支撑在外层固定于梅花孔里的8个支撑辊组上。

工作辊之间、第一中间辊彼此之间以及支撑辊彼此之间是不能相互接触的。

图2-3 机架辊系图之一图2-4机架辊系图之二8个支撑辊组分别是A、B、C、D、E、F、G、H每个支撑辊的数个短圆柱轴承（亦称背衬轴承）和鞍座安装在同一轴上，鞍座断面示于图2-5支撑辊鞍座断面图：a-B（C）辊（有辊形调整）；b-B（C）辊（无辊形调整）;c-除B（C）辊外的其他辊组。

除辊组B、C外，其余各支撑辊结构基本相同。

图2-5 支撑辊鞍座断面图：a-B（C）辊（有辊形调整）；b-B（C）辊（无辊形调整）;c-除B（C）辊外的其他辊组2.2.3 轧机调整机构（1）压下调整机构①压下机构森吉米尔二十辊轧机的压下（即辊缝）调整，是通过转动两个上部中间支撑辊B、C的偏心环来实现的，（见图2-6压下机构示意图）。

B、C支撑辊组偏心环的转动，是靠上下移动压下双面齿条回转与其啮合的一对扇形齿轮，从而转动偏心轴（轴及偏心环），实现工作辊的压下及抬起。

双面齿条向上移动时，工作辊则向下进行压下；齿条向下移动时，工作辊则抬起。

图2-6 压下机构示意图偏心环安装在鞍座的滚针轴承上，因此它比普通轧机的压下螺丝所受的运动阻力矩要小得多，在轧制过程中也能够很轻便灵活的回转。

B、C支撑辊组的结构如图2-6所示。

图2-7 B 、C 支撑辊组结构图1-背衬轴承 2-鞍座 3-滚针轴承 4-外偏心环 5-齿轮片6-内偏心环 7-轴 8-扇形齿轮 9-键 现代森吉米尔二十辊轧机都采用液压压下机构调整轧机的开口度。

由机架上面的前后两个液压缸活塞杆直接驱动压下双面齿条，齿条使固定在B 、C 支撑辊组偏心环两端的扇形齿轮回转。

图2-6 压下机构示意图中，背衬轴承中心2O ，绕鞍座环的中心1O 转到3O 的位置，背衬轴承的轴线向下移动了一个距离，同时也将第二中间辊和第一中间辊向下推动了一个距离，达到工作辊压下或抬起的目的。

② 轧制线标高调整机构 轧制线标高调整，是通过转动两个下部中间支撑辊F 、G 的偏心轴来完成的。

轧制线的标高必须与前后导向辊标高相同。

如果标高差值较大，将引起轧制带材呈波浪形。

随着工作辊、中间辊和支撑辊的磨损与重磨，必须随时进行轧制线标高的调整。

调整的方法是：移动机架下面的一根双面齿条，使固定在F 、G 支撑辊偏心轴一端的扇形齿轮回转，支撑辊背衬轴承便向上或向下移动，下工作辊随之向下或向上移动，以保证轧制线标高不变。

这样工作辊端面支撑在各自的止推轴承上；其次是对称调整辊缝，以利于穿带和工作辊的插入。

同时，从轧制开始到轧出成品规格，不需要再次调整下部轧辊组，便可得到轧制压下全部行程（2）辊形调整机构为了获得平直度质量高和沿宽度方向厚度一致的带材，森吉米尔二十辊轧机具有很强的辊形调整功能。

它的辊形调整机构包括径向调整机构和轴向调整机构两种。

①径向调整机构径向调整机构的基本原理是：在支撑辊Ｂ、Ｃ的背衬轴承间的鞍座里，在压下调整机构的内偏心环外，再装上一个外偏心环。

该偏心环分别由调整液压缸或液压马达进行单独驱动如图2-8 径向辊形调整机构所示。

他叫做“AS-U-ROLL”辊形调整机构，即在轧制过程中使用液压驱动的辊形调整机构。

任意一个外偏心环的旋转，都能使支撑辊组的轴产生相应的变形，这就能在一定范围内消除被轧带材局部或整个的厚度不均。

B、C支撑辊组的鞍座里装置有双重偏心环。

见图2-9 B、C支撑辊组分解图（a）及背衬轴承形状（TNASWH型）（b）。

扇形齿轮1、内偏心环4用键固定在心轴上，组成压下调整机构；外偏心环5套在内偏心环4和鞍座环7之间，在内偏心环、外偏心环和鞍座环之间装有滚针轴承6，借以减小转动摩擦，用销钉将外偏心环与两侧的扇形齿轮片3连接在一起，组成径向辊形调整机构。

每个鞍座处的液压传动的双面齿条通过扇形齿轮片带动外偏心环回转，由于外偏心环相对于机架的梅花镗孔是偏心的，因此支撑辊心轴在该鞍座部位产生变形，从而使支撑辊的相应背衬轴承8的位置发生变化，以此来达到调整辊形的目的。

由于在外偏心环的内外均装有滚针轴承，因此转动外偏心环的阻力很小，该机构在轧制过程中可以做灵活的微细调整。

图2-8 径向辊形调整机构图2-9 B、C支撑辊组分解图（a）及背衬轴承形状（TNASWH型）（b）1-扇形齿轮2-心轴3-扇形齿轮片4-内偏心环5-外偏心环6-滚针轴承7-鞍座环8-背衬轴承新型的径向辊形调整机构，是采用液压缸的活塞杆直接联结双面齿条，用滑杆式控制盘进行控制。

图2-10 新型径向辊形调整机构滑杆式控制盘示意图。

控制盘安装在主操作盘上，起着预置和指示位置的作用。

所有这些滑杆的相对位置可以使操作者一眼就能看出支承辊组形式是水平、凸形、凹形还是斜形。

每个滑杆控制器都有对应的指示灯，当调节时相应指示灯亮，调节指令完成后指示灯熄灭。

图2-10 新型径向辊形调整机构新型装置的指令响应速度更快，校正时间更短，灵敏度更高，重复性更好。

另外，该装置能与当今的板形传感器及控制装置联用。

②轴向调整机构轴向辊形调整机构除了可以促使带材沿横向尺寸均匀外，还可以用来消除在轧制过程中由于工作辊弯曲变形而产生的带材边浪。

轴向辊形调整机构的基本原理是：在上下两对第一中间辊上，在相反的两端将轧辊加工成锥形，以其相向或相反的轴向移动来调整重合的平行部分（即有效平面量）的长度，这样就可以调节带材边部的形状。

图2-11 轴向辊形调整机构示意图。

图2-11 轴向辊形调整机构示意图较早的轴向辊形调整机构不能在轧制过程中进行调整，而要轧制之前预先调整好。

轴向移动通过液压马达带动链轮实现。

新型的轴向辊形调整机构用液压刚直接推拉第一中间辊，或是液压缸通过连杆机构来推拉第一中间辊。

该机构响应速度快，调整时间短，可以在轧制过程中进行调节，也可实现带负荷调节。

③辊径补偿调整机构由于森吉米尔轧机的机架是一个整体，辊系排列紧凑，压下行程小，当轧辊直径因多次磨削而变小后，即使调节压下和压上机构都不能满足轧辊压紧要求。

为了解决这一问题，在轧机上设有轧辊辊径补偿调整机构。

轧机外侧 4 个支承辊 A 和H、D 和 E 各组成一组辊径补偿调整机构，在无负荷条件下进行调整。