002-多辊轧机发展方向探讨

多辊轧机发展方向探讨

刘宝珩

（北京科技大学）

1多辊轧机的成就

多辊轧机一般指用于冷轧生产较薄板带的12辊、20辊、(HC)6辊、偏八辊等多种类型冷轧机而言。如图1、2、3、4所示目前这些轧机正用于大量生产市场急需的冷轧汽车板、彩色涂层薄板、不锈钢薄板家用电器工钢薄板以及高科技用多种金属极薄材等多种板材，在我国工业发展中起着重要作用。改革开放二十多年来我国钢铁工业高速发展，已从70年代的7千万吨年产量猛增到4亿吨水平。为此，本来起步较晚的我国冷轧板带工业迎来了巨大市场需求压力。国家采取紧急措施，一方面大量进口冷轧板带，另一方面加速钢铁工业改造，引进大批国外先进冷轧机板带技术和装备，同时国内轧机制造业也边改革边学习逐步提高新型轧机制造能力，目前已取得很大进展。随着计算机，自动化仪表等高科技产品水平不断提高，我国冷轧板带技术装备正在向国外先进水平迈进。目前我国轧钢技术装备已能生产连铸连轧成套热连轧板卷轧机，冷连轧板带成套设备也正在建设中，板面宽度已达2米以上。

图1 多辊轧机示意图

a）12辊；b）20辊

图2 偏八辊轧机的辊系

图3 HC轧机简图

图4 12辊轧机工作机座断面图

1-上轧辊箱；2-下轧辊箱；3-齿条传动；4-卫板；5-导向辊；6-电动机

2 多辊轧机结构的变化和发展

早在上个世纪40年代为解决薄带轧制难题美国森吉米尔发明了20辊轧机，到目前已有60年历史如图5、6所示。在此期间该技术得到很大发展。其轧机工作辊径从d≈6mm发展到d≈90mm，辊身长度L从～150发展到＞3000mm，产品厚度h=2∥-0.1mm。后来在50年代，当时苏联为简化20辊结构改为联合式，即下辊用20辊结构，上辊用4辊轧机结构，在使用中也取得良好效果，如图7、8所示结构。德国施罗曼公司70年代研制出偏八辊轧机(MKW轧机)。这种轧机是在四辊冷轧机基础上改进的，将小工作辊加以侧支撑而形成的新结构。在我国使用其生产效果也很好。

从国外多辊轧机发展经历看出，为轧薄材遵循一个原则就是减小工作辊径，使变形区弧长减小，降低轧制压力。在同等压力条件下，小辊径可以取得较大压下量和延伸率。但从另一方面应该看到，当板带厚度轧到一定程度时由于材料加工硬化很高，轧辊系列另件弹性变形和压扁使变形区中摩擦阻力加大，以至产生轧件不能延伸，这种现象尤其在轧制高碳系列合金钢，不锈钢及较硬钢种时出现。为此生产中要增加轧程和退火次数。为改善这种情况冷轧采用各种润滑剂，以减少摩擦阻力，

但效果是有限的。

图5 森吉米尔轧机

图6 Sundwig公司的二十辊轧机

好何解决这一难题，若使上下工作辊表面存在一定速差，在变形区中产生一对剪切力参和延伸变形，这使延伸变形阻力的摩擦力转换成参加和促进延伸的剪切力，有效改善变形区力学条件，这将可能得到降低轧制压力，提高轧机刚度，改善轧件板型的良好效果。上下工作辊的速差AV可用轧辊辊径差AD来实现。在直流电机单独传动轧辊时也可用电控系统实现。两个轧辊保待一定的速差An以满足轧制条件。

以上提出的，用上下工作辊一定速差使变形区产生剪切变形以利轧件延伸的概念是有生产实践根据的，以下举例说明加以论证。

（1）某冷轧厂为生产高碳系列合金钢带企业，在生产中由于经常断辊、磨辊，经常换辊、辊径差或多或少客观存在，很难保持辊径相等，经过实验发现辊径差在一定范围内对较硬钢种易于压下

延伸，而且轧件三点差，即带钢横断面中间和边部厚度差较小，轧制道次和退火次数均可减少，从此看出一定速差可带来改善板型，降低轧制压力，减少道次和退火次数等效果。

图7 联合式多辊轧机

图8 цквмм—38联合式轧机

（2）辊径差AD在实验生产中也是普遍存在的，武钢1700测定轧机上下辊传动力矩也是不相等的，这均和速差有关。

（3）在上世纪70年代苏联学者维德林实验成功“S”平整法，即将板带围绕两工作辊呈S形，两轧辊保持一定速差，卷取机给予一定张力，轧件在变形区中承受剪切变形，达到良好平整效果。轧制中并有恒延伸现象，如图9所示。

图9 “S”平整轧机

（4）一些热轧板厂在产品最后平整工序中常用单辊传动的二辊轧机进行生产。此单辊传动二辊

轧机，实际上被动的轧辊速度稍低于主传动轧辊，存在少量速差A V（一般＜5％），其变形区内力学条件和图10 b相似。在剪切力作用下可得到改善板型效果。

为从轧制原理角度分析上述现象，如图10-a、b所示，图10 a、传统经典轧制理论出发点为上下辊径相等轧辊转速相同的条件下分析其咬入条件，力学平衡，变形特点，功能消耗等等，但实际生产中，一对工作辊径很难长期保待绝对相等。因为有磨损，要经常换辊。在存在辊径差AD情况下其变形区力学条件产生变化，如图5、b所示变形区中出现一个搓轧区，剪切力从磨擦阻力变成促进轧件延伸的作用力，这使轧制压力降低，并对改善板型有利。

图10-a 等径轧制

Vm—轧件线速度；V1=V2—轧辊线速度

图10-b不等径轧制

3 简化多辊轧机新方案

根据以上从生产实践和轧制原理分析，为得到平整较薄板带仅用小工作辊辊径依靠压力解决轧件延伸，必然相应产生轧辊压扁和弹性变形加大，这对板型不利，适当利用剪切力作用在变形区中改变轧件变形力学条件是对冷轧板带非常有利。而且用较大轧辊直径D对剪切力作用更有利。这使轧机结构大为简化。为此提出用新型4辊轧机结构采用异步轧制新工艺轧制薄板带。图11，a，b，所示为可利用4辊冷轧机改造方案，在此方案中可以利用顶轮液压调控板型，更换上工作辊径可得到异步轧制效果。用离合器可实现单辊传动轧制工艺。

图11-a

图11-b

参考文献：

[1] A.B特列奇雅可夫. 姜春阳译. 薄带轧制. 北京：冶金工业出版社，1959，7，21，32

[2] 古可，刘炳南，锺掘. 武钢1700热连轧机主传动系统测试研究. 中国金属学会年会论文. 1981

[3] 朱泉等. 异步轧制极薄带材. 鉴定资料. 1981

[4] 王邦文主编. 新型轧机. 北京：冶金工业出版社，1994 . 4，7

[5] 周存发等编著. 特种轧制设备. 北京：冶金工业出版社，2006 . 6，7