四辊热轧钢板轧机的结构及板形控制

四辊热轧钢板轧机的结构及板形控制
摘要：中厚钢板大约有200 年的生产历史，一个国家的中厚板轧机水平也是一个国家钢铁工业装备水平的标志这之一。

通过对四辊可逆式轧机的结构及影响板形的一些因素的分析，例如：轧机的压下平衡装置，AGC 液压弯辊技术以及矫直机的机理等。

进一步加深了对四辊可逆式轧机的结构及板形控制的分析和了解并且对中厚板生产和钢板质量的提高有举足轻重的作用。

最后从两个问题分析中得出大多数四辊可逆式中厚板轧机的基本结构大致包括以下几部分：辊系、机架部件、压下平衡装置、轧辊的轴向固定装置等。

在板形控制方面控制板形的方法大致包括：设定合理的轧辊凸度，合理的生产安排，合理制定轧制规程以及通过调温控制等。

但随着近几年液压弯辊技术的广泛应用，大部分四辊可逆式轧机在原来轧机的基础上运用了液压弯辊技术，进而VC 辊，CVC 系统，PC 轧机，HCW 轧机，AGC 轧机，CVC轧机这些新一代运用液压弯辊技术的设备应运而生，这些新技术的推广对中厚板的板形控制起到了举足轻重的作用。

关键词：机架；压下装置；辊系；平衡装置；轴向固定装置；液压弯辊
一、前言
板带轧机自18 实际初正式诞生至今，已有210年的发展历史。

由于板带钢是应用最广泛的钢材，所以提高板带钢在钢材生产中的比例是世界各国发展的普遍趋势。

一般将单张钢板和成卷带钢统称为板带钢。

板带材是一种厚度与宽度、长度比相差较大的扁平断面钢材，也称扁平材。

新标准产品分类：其中薄板的厚板界限为3mm，窄带钢与宽带钢的宽度界限为600mm。

特厚板（厚度≥50mm）；厚板（20≤厚度＜
50mm）；中板（3mm≤厚度＜20mm）;热轧薄板（厚度＜3mm，单张）；冷轧薄板（厚度＜3mm,单张）；中厚宽钢带（3mm≤厚度＜20mm，宽度≥600mm）；热轧薄宽钢带（厚度＜3mm,宽度≥600mm）；冷轧薄宽钢带（厚度＜3mm,宽度≥600mm）；热轧窄钢带（宽度＜600mm）；冷轧窄钢带（宽度＜600）; 镀层板（带）；涂层板（带）、电工钢板（带）。

由于板带材有单位体积的表面积大、易成型加工等特点，被称为：“万能钢材”，故广泛用于轮船舰艇、航空、航天器、锅炉、压力容器、汽车、火车、起重机、金属制品、金属结构、屋面板、各种管线等。

所以在生产中要求板带产品具有：尺寸精准、板型良好、表面光洁、性能较高。

但由于板带的断面特点，在轧制过程
中产生极大的轧制力，轧件与轧机同时变形。

要满足上述产品要求，就必须发展轧件的变形控制轧机的变形。

发展轧件的变形主要有两个途径：（1）降低轧件的变形抗力，如加热轧件、退伙轧件等；（2）改变轧件轧制轧制时的应力状态，如减少摩擦力、增加张力，采用小直径轧辊、异步轧制等。

控制轧机的变形主要有两个途径：（1）提高轧机刚度，如增加机架的断面尺寸、缩小轧机应力线长度等；（2）板型控制、厚度和宽度自
动控制，板型控制主要是通过变更轧辊的凸度来控制，基本有三种：一种是横移工作辊，如：HC 轧机、CVC 轧机。

另一种是调整工作辊间交叉角度来形成不同凸度辊缝，如PC 轧机。

第三种是在支撑中间设置液压油腔，在其中注入高压油从而调整支撑凸度的VC 轧辊。

以提高产品强度、韧性、焊接性能为目标的控制轧制、控制冷却技术得以广泛应用。

二、分析四辊热轧钢板轧机的结构及板形的控制热轧中厚板生产工艺流程（图5-1）一般包括坯料准备、加热、轧制和精整。

上图为热轧中厚板的工艺流程图，下面主要剖析轧制工序里面的四辊轧机的结构。

某2300四辊可逆式轧机机座如图5-31所示。

由两台2050kW 、转速60/120r/min 的直流电动机，分别通过万向接轴直接传动工作辊。

最大轧制力20000kN，单根主传动轴传递的最大扭矩600kN·m。

轧辊尺寸，工作辊径φ750mm,支撑辊径φ
1300mm，辊身长度2350mm，轧辊开口度200mm 。

一）、轧辊与轧辊轴承
工作辊、支撑辊相互位置关系及形状尺寸如图5-32所示。

l B、d B、D B 分别代表支撑辊辊颈长度、辊颈直径、辊身直径，l w,d w、D w分别代表工作辊辊颈长度、辊颈直径、辊身直径，L 代表轧辊辊身长度。

轧辊材料一般采用冷硬铸铁、合金铸铁和合金铸钢，下述的2300四辊轧机的工作辊和支撑辊均是用60CrMo 铸钢制成。

2300四辊可逆式轧机轧辊轴承装配如图5-33所示。

该轧机工作辊和支撑辊均是采用四列圆锥滚子轴承支承。

轴承的游隙可以调整，根据使用情况，四列圆锥滚子的各列游隙可相等或不相等配置。

近年来，多采用四列圆柱滚子轴承与止推轴承组合的方法，代替四列圆锥滚子轴承。

这样，可在不改变轴承径向尺寸的情况下，提高轴承轴向和径向承载能力。

工作辊和支撑辊轴承座均由碳素钢铸成。

上、下工作辊轴承座，分别装在上、下支撑辊轴承座的Ⅱ形开口内。

上、下支撑辊轴承座，装在机架窗口内。

工作辊轴承座和支撑辊轴承座的轴向定位，分别由置于换辊侧支撑辊轴承座和机架上的压板7、挡板8完成。

上支撑辊轴承座的顶部，装有止推凸球面铜垫9。

为使工作辊紧压到支撑辊上，在工作辊轴承座上各设有
两个液压缸 10
系统
（二）压下装置 2300 四辊可逆式轧机压下装置如图 5-34 所示。

由两台直流电动机 2 （116kW ）
经联轴器 3、减速机 4 和蜗杆 6、蜗轮 9传动压下螺丝 7，在压下螺 母 8 中转动并上下
移动，实现轧辊调整。

锻钢（ 48SiMn2V ）制成的压下螺丝外 径科 50mm 、螺距 l omm
（锯齿形螺纹）。

离合器 5 可使两个压下螺丝同步或单 独压下。

无处理卡钢或“坐辊”事
故装置，若有事故出现，则用天车盘动联轴器 回松。

有的轧机，将压下螺丝上端做的长一
些，能伸出压下蜗轮箱上盖，用以回 松处理事故，也有的轧机另装了一套回松装置。

为保证板形控制， 除将轧辊磨成凸或凹的辊形外，
在有的轧机上还采用液压弯辊
（三）、上辊平衡装置
2300四辊可逆式轧机压下装置如图5-35所示。

其由装于机架上连接横梁中部的大液压缸（图中未示出）、大柱塞15、一组铰接的杠杆12、13、14 组成。

液压缸柱塞，通过一组接的杠杆将上支撑辊及其轴承座吊起平衡。

上工作辊及辊轴承座，由位于下工作辊轴承座内的各两个小液压缸柱塞16顶起平
衡，使得工作辊紧压到支撑辊上。

平衡力取被平衡零件总重量的 1.2~1.4倍。

（四）、机架
2300 四辊可逆式轧机机架装置如图5-36 所示。

该机架由两片形状相同的闭式机架（牌坊）3,6、上连接横梁1（可装上辊平衡装置液压缸）、下连接横梁4 、轨座12、底横梁（底座）13 等零件组成。

机架由ZG25MnV 制成。

为保护机架窗口和间隙调整，窗口两侧装有可换钢质衬板9。

换辊侧窗口宽度比传动侧宽l0mm 。

每片机架窗口顶部的锉孔中，装有铜质的压下螺母并用压板7、螺
栓8 固定。

装有换辊用导轨11 。

（五）、主传动
2300四辊热轧钢板轧机主要传动装置为两个ZD250/83 型，功率为
2050kW，转速为60~120r/min 的直流电动机，通过万向接轴直接带动工作辊。

如图5-12 所示
(六)板形控制的内容
1、纵向板厚控制
钢板轧制是与定尺长度豹增大，纵向厚差的减小板厚尺寸进级范围的缩小、异形扳
轧制及平面板形控制的需要等有关。

纵向扳厚控制越来越受到重视。

并已成为现代化中
厚板轧机板形控制所必不可缺的重要手段
在轧制过程中影响颁行的因素主要有坯料厚度偏差，轧件头尾温差，黑印，原料强度与硬度不同，轧机刚度变化，轧辊的磨损、压扁、挠度及偏心，压下装置调整与检测偏差
等诸多因素，例如轧辊的磨损：轧件与工作辊及工作辊与支撑辊之间的互相摩擦使轧辊
的磨损不均匀从而影响辊缝形状，以此来影响到轧件的板型。

使得钢板纵向板厚不断变化。

由于中厚扳轧机轧制速度的不断提高，5O 年代开发的电动AGC已满足不了负载情况下快速调整板厚偏差豹要求。

1964年美国伯思斯港厂4064mm厚板轧机首先开始使用液压AGC。

经3O多年不断地改进与完善，目前，国内外中厚板轧机上已普遍采用这一技术。

AGC是根据材料变形抗力或入口侧钢板厚度偏差来控制压下量，使长度方向厚度恒定或很少变动。

作为板厚控制基础的厚度计AGC(GMS AG是C) 板厚计算公式所计算出的轧制中的板厚来控制钢板实际厚度．GMSA GC有前馈(FF AGC)与反馈(FB AGe)~分
FF AGC是从前一道次钢板匠度方向的扳厚偏差及实际轧制力，来预测下一道次轧制模型，并以下一道次板厚偏差为零来进行控制。

以前，FFAGC用于响应性慢的屯动
AGC ；现在，以响应速度快近接射线的测厚仪测出板厚，并得知轧制力变化。

利用FF AGC调整辊缝，并考虑测厚延时、AGC响应滞后和后滑率等因素，即可随时跟踪纵向板厚变化，实现全长扳厚高精度的控制，达到551xm 的偏差要求。

若FFAGC与超补偿AGC相配合，对黑印部位进行过压下，则可以补偿厚差。

FB AGC是随时反馈实际轧制参数，根据其测量结果进行板厚控制。

FB AGC 有相对值（锁定值）AGC和绝对值（目标厚度）AGC之分前者是采用设定轧制力与开始轧制时的实际轧制力相比，并锁定头部厚度这一方式来补偿厚度变化一般相对值AGC用在开始道次，最后几道次则用绝对值AGC，但若轧制力之差达2500MPa 以上时，应继续用相对值AGC。

由于轧制力变化而引起的板厚变化，则采用绝对值AGC加以补偿以达到目标厚度。

液压AGC（ HAGC）除了具有上述的轧前辊缝设定、控制纵向板厚变化黑印修正及头部锁定等功能之外，还用于MAC、ATLAS 、DBR及返回咬入法等扳形控制手段，
以及锥形、梯形、圆形、异宽、异厚、带肋及防挠等异形扳的轧制中。

为此，要求HAGC具有较高的性能，可将响应性快的直动型伺服阀直接安置于液压缸上，以提高其响应性，而压下由直接数字系统负责控制，即｝瘦压缸位置控制由数字信息处理机来执行，这样可大大提高其控制精度。

日本鹿岛厂厚板轧机采用近接测厚仪式自学习与监控的FFAGC后．实现了全K 板厚高精度控制，也使平面板形与板宽控制水平大大提高一步。

2．横向板形控制
中厚板的横向板形控制义称为凸度扳形控制。

由于中厚扳凸度的存在会使板厚偏差值增大，这对任何构件均有不良的影响，特别是对桥梁和多层容器的性能影响更大，容易产生弯曲和剪切应力，降低工作应力与安全系数。

另外，当一块宽扳剖分为两条板时，将造成钢板两边厚度不一致，这也会影响到用户的使用。

因此，现代中厚板生产已将减少钢板凸度提高到非常重要的地位，它是提高生产效益的一项重要措施
中厚板凸度是由轧辊挠度、不均匀磨损、温度变化、辊型不适及偏心等因素所造成的．另外，轧机剐度和轧件温差对其影响也很大。

其中，轧辊挠度对钢板凸度的影响昂为明显。

因此，许多减少钢板凸度的措施都是从减少轧辊挠度出发
的早期采用过烫辊的办法，目前所采用的补偿与修正轧辊挠度的措旌有加大支承辊及机架立柱断面，合理设计机架、辊系、原始辊型，由宽扳至窄扳的轧制顺序，弯：［作轧辊，弯支承辊，同时弯【作轧辊利支承辊，以及采用阶梯辊、VC 辊、HCW轧机、PC轧机及CVC轧机等，现将中厚扳横向板形控制的几种主要方式列表3，可以进行比较。

中厚板的横向板形控制虽逐渐完善起来，但仍朱达到理想的阶段各公司均以白有技术为基础，探索出各白的控制方式，总的目标是趋向丁综合控制。

目前，若单一采用弯辊装置米控制钢扳凸度变化，则控制范同比较窄，且很不稳定。

因为，生产中随着轧制钢板块数的增加，轧辊不均匀磨损加大，对钢板凸度的控制能力随之逐渐减弱，义无法进行辊型的动态变动，因此，控制的局限性很大。

虽然弯辊后可减少换辊次数，延换辊周期，但换辊周期还取决于轧辊表面的光洁度因而白60年代中厚板轧机采用弯辊技术以来，其控制横向板型的效果并不明显，故许多轧机已停用这一方法。

并且7O年代开始，由于支承辊直径的加粗，使弯支承辊技术已被放弃。

近几年来，日本和德国都在研制可灵活控制横向扳形的新型中
表2 横向板型控制
厚扳轧机，这些轧机都配有弯工作轧辊装置，使其可发挥出应有作用。

目前，除PC轧机有2套在生产以外，其它型式轧机都只有1套在试生产中，至今还没有一种型式被广泛推广与肯定。

3、平面板形的控制及典型缺陷
（1）板型控制
申厚板轧制需要展宽操作，不但在扳坯度方向轧制，而且宽度方向也要轧制，这造成钢板4个边都会有不均匀的变形。

中厚扳长度比冷热带短很多，成材率低沏头尾及切边损失约占金属损耗的一半以上。

减少头尾的鱼尾与舌头，以及边部的鼓肚、塌边、迭叠及镰刀弯等不规整变形的损失，使之接近于矩形钢板，是中厚扳平面扳形控制的目的，在
减少切头尾方面，轧机操作者将钢坯对中，扶正后再送人轧机，避免了咬偏、咬斜而产生较大的斜头尾；在轧制过程中，用导向杆进行道次间自动调整方法，主要用于调整钢板因轧机刚性产生的左右偏差、正反转之差，以及板坯厚度左右偏差，来预防轧制后产生的镰刀弯。

控制好板形后，剪切余量自然就减小，它己成为提高成材率的极为有效的措施。

妨碍中厚板矩形化的主要因素是展宽工序。

另外，板坯形状、尺寸、黑印，轧机刚度，轧辊挠度、辊型、磨损及偏心，以及轧件温差等因素对平面扳形的影响也很大。

目前，中厚板平面板形控制方式除水岛自动平面板型控制法、道次间自动平整、法狗骨轧制法、立辊轧制法返回咬入法几种以外，许多厂都有自家的专
利技术，并且很多都是从一项技术衍生与发展表3 国外主要厂家采用的平面控制
技术
起来的，各种方式有自己的功能，其中日本水岛厂创制的MAS法使用比较普遍1989年我国舞钢创制的返回l 咬入法对钢锭轧制成钢板也起到了很好作用。

7O年代连铸扳坯数量迅速增加，钢锭急剧减少。

当时．中厚扳轧机的产量比收得率更受重视，曾出现过“立辊无用论” 。

9O年代开始，轧机开【率频频下降，而提高收得率，降低成本已成为主题。

近几年来．在中厚板轧机上附设立辊轧机又被重视起来，一些原先预留有立辊轧机的中厚扳轧机纷纷安装上新的立辊轧机，有的新建机组也上了立辊轧机，取得了应有的效益。

日本发明了无切边轧制厚板的生产技术，它可采用铣边加工边部方式，每边加上量可控制在20ram 以下。

铣边机布置在切边与切头剪之闻，为螺旋直线切削型，铣刀直径为0]000ram ，2 把刀，进刀速度为42ram／rain ，每边铣边量可达25ram ，板厚为4．5—80ram 铣削采用中心、边部及直线3个位置控制，板宽精度可达± o．5mm以下，保证用户不需要再加工。

但是，中厚板轧机附设立辊轧机后轧机产量会有所下降，～般达10％20 ％，而成材率则可提高1％---3 ％．取舍时必有所权境另外，在精轧机上附设立辊轧机时，还有一
个宽厚比不得大于150的横向刚性问题，虽然采用了压辊等措施补救此限制，但至今操作仍不理想，尚需有一段实践提高的过程。

三、结论
热轧四辊可逆轧机是继二辊可逆轧机和三辊劳特轧机之后代表着新一代轧制水平的轧机。

在保证较大的轧制力的条件下，采用闭口式机架及快速换辊小车的换辊系统，再加上液压弯辊技术的应用，更好的控制了板形，压下装置采用压下螺丝和液压配合使用，大行程的压下采用压下螺丝螺母压下，较精确的压下采用液压压下。

通过对四辊热轧板带轧机结构的分析，使我们对四辊热轧板带轧机的结构有了较为系统的认识，对以后的板带热轧机的升级起到了借鉴的作
通过对板形控制的分析，使我们认识到了影响板形的因素，但中厚板的板形控制由于眨宽多，道次往复轧制，需要转钢操作，田此，控制难度较人。

虽然该技术已发展多年，但目前仍处发展和完善阶段，特别是横向板形控制和精轧立辊轧边技术，至今还处于开发阶段，并未找到一个理想的控制方式。

中厚扳扳形控制是一项报有发展前途的技术它可以使坯轧制成近似矩形的钢板，切头尾及切边的余鼙很少，成材率达96％以上：轧制成不切边或齐边钢板，只切头尾、不切边或铣边，成材率选97％Ll 上：轧制成矩形钢板，既不切头尾，也不切边，成材率可达98％上，只有烧损与取试样的消耗。

目前，世界上还没有一个厂能够生产出矩形钢板，应该向此方向努力。

参考文献
一）中厚板生产张景进北京冶金出版社2005 .3
二）轧钢机械文庆明化学工业出版社2004.6
三）孙荣，中厚钢板生产，北京，冶金工业出版社，1993。