1800 mm熱帶鋼爐卷精軋機設計

王 哲，高德忠

隨著國民經濟的快速發展，市場對不銹鋼材的需求量越來越大，而爐卷軋機的設備投資和產能正適合生產不銹鋼帶材，所以市場需求在逐漸增加。同其它軋鋼設備一樣，以前的爐卷軋機技術完全依賴于進口，引進一套生產線將花費大量的外匯資金。因此，為替代進口，降低爐卷軋機制造成本，我們通過學習并消化吸收國外的先進技術，掌握爐卷軋機的生產工藝和流程，依托在熱軋方面多年積累的豐富經驗，使爐卷軋機技術又有了進一步的提高。

本文依據我國首套自主集成的1800 mm爐卷精軋機，并結合本人的一些工作體會，從設計角度對爐卷精軋機的結構進行介紹。

1 工藝概述

爐卷精軋機前后設有帶保溫爐的卷取機和卷取爐夾送輥，可以在熱狀態下實現成卷帶鋼的可逆軋制（見圖1）。

由粗軋機組軋出的厚度為25～34 mm的中間坯，經過中間輥道進入精軋區，由精軋機前的飛剪切去不規則的頭、尾，經精軋除鱗機除去二次氧化鐵皮后送入精軋機。該精軋機為四輥可逆式，軋機前后各有一座卷取爐和一臺夾送輥。卷取爐內的溫度采用計算機控制，溫度范圍950～1 100℃，滿足加熱保溫中間坯的要求。

圖1 精軋機布置形式

中間帶坯首先通過爐卷精軋機入口側卷取爐進行第一道次軋制。帶坯頭部出精軋機后，由出口側夾送輥送入出口側卷取爐卷取，卷筒與軋機同步；當帶坯進行第二道次軋制時，由入口側夾送輥將帶坯送入入口側卷取爐中。如此往復進行5～9道次的往復軋制，軋制出1．8～20．0 mm厚的成品。

作為成品帶鋼軋機，爐卷精軋機技術水平的高低直接影響著卷板的產品質量。為此，我們將許多現代最先進的熱連軋技術應用于本軋機的設計中，該精軋機采用HCW技術，除我公司獨立開發研制的工作輥彎輥和橫移裝置外，還配有完善的板形控制系統，可以保證不銹鋼板卷的厚度和板形精度。

該爐卷精軋機的最大特點是采用液壓自動厚度控制系統 (HAGC)，所以也被稱為全液壓軋機，該控制系統具有非常快的掃描和響應速度，可保證帶鋼厚度偏差的均勻性。

2 結構特點

該精軋機主要由機架裝配、工作輥軸承、支承輥軸承、支承輥平衡裝置、工作輥彎輥及橫移裝置、上階梯墊裝置、液壓AGC缸裝置、導衛裝置、機架輥裝置、主傳動裝置等組成。

2.1 機架裝配

機架裝配由兩片閉式鑄鋼機架、上、下橫梁、軌座、滑板、工作輥換輥軌道、軸端卡板等組成。由上、下橫梁通過定位鍵及螺栓將兩片機架聯成一體，并通過預緊螺栓固定到軌座上，軌座直接固定到基礎上。機架中部的工作輥換輥軌道采用固定式，換輥時與機架外部的固定軌道對齊。支承輥軸端卡板由擋板和液壓缸組成，把在操作側機架外側，用于防止支承輥軸向竄動。工作輥軸端卡板包含在移動塊內，通過液壓缸打開和鎖緊，保證工作輥隨移動塊一起橫移。

機架窗口尺寸由工作輥開口度、工作輥直徑、支承輥直徑、液壓AGC裝置及上下標高調整裝置等參數決定，在軋機本體設計之前，需首先確定好輥系在機架窗口內的極限位置，本軋機接受中間坯來料厚度為25～34 mm，為均衡上下輥咬入角，將軋制標高（下輥上表面標高）按照比輥道上表面高15 mm設計，根據在正常工作時，開口度取最大，工作輥及支承輥直徑均取最大值來設計最大窗口高度（見圖2）。

圖2 軋機輥系簡圖

機架設計為平板式，把和相關部件的止口部位均采取鍵槽鑲鍵的方式，這樣有利于機架的鑄造、加工及運輸。機架設計要點是先將所有把和在機架上的零部件設計完成并確定好與機架的把和位置后，最后再對機架進行完善。根據要求該軋機最大軋制力為50 000 kN，軋機剛度＞7 000 kN/mm（見圖 3）。

2.2 工作輥軸承

工作輥軸承由上、下工作輥，工作輥軸承座及滑板等組成。傳動側工作輥軸承只裝有四列圓錐滾子軸承，而操作側為四列圓錐滾子軸承加雙列圓錐滾子止推軸承，分別承受徑向力和軸向力。工作輥直徑?720 mm/?650 mm，工作輥輥身長度2 080 mm，其中的軸竄行程為±150 mm。工作輥材質為無限冷硬球墨鑄鐵輥，輥子硬度70～75肖氏硬度。

由于工作輥軸承承受的徑向力是彎輥力。因此選擇四列圓錐滾子軸承時，應在滿足最大彎輥力的要求后，選擇最大外徑的軸承，但軸承座最薄處厚度必須＞20 mm。

圖3 機架有限元分析圖

由于本軋機帶有工作輥彎輥和橫移裝置，軸向力比較大，所以單獨在一側增加雙列圓錐滾子軸承以承受軸向力，軸向力的大小可以按照軋制力的5%～10%來考慮。考慮到四列圓錐滾子軸承也可以承受一部分彎輥力，所以在選擇雙列圓錐滾子軸承時，可以按照5%軋制力來選擇。由于本軋機彎輥力單側達到1 800

kN，所以目前必須使用進口軸承才能滿足要求。

設計工作輥軸承座外形一定要按照輥系圖的要求設計，以防與相關設備發生干涉。在設計中經常遇到操作側軸承座軸端止擋部分在最小輥橫移時，與固定塊干涉的現象，設計時必須加以注意。

圖4 工作輥串輥圖

2.3 支承輥軸承

支承輥軸承由支承輥、軸承座及滑板和油膜軸承等組成。上支承輥軸承座由支承輥平衡裝置的橫梁挑起，使上支承輥軸承座與壓下系統緊靠在一起，調整壓下裝置時上支承輥軸承座隨平衡裝置的橫梁一起沿機架窗口內側滑板上、下滑動。

該軋機支承輥直徑?1 600 mm/?1 450 mm，支承輥輥身長度1 820 mm，支承輥材質45Cr4NiMoV，支承輥油膜軸承選用60″－75 KL（雙止推），由于支承輥承受的是軋制力，所以選擇油膜軸承時，應按照最大軋制力選取，同時還要額外考慮輥系的重量。

2.4 工作輥彎輥及橫移裝置

工作輥彎輥及橫移裝置實際由兩部分組成，即彎輥平衡裝置和竄輥橫移裝置。主要由固定塊、移動塊、工作輥橫移缸、鎖緊缸等組成。四個固定塊固定在機架牌坊立柱的內表面，八個移動塊處于固定塊與工作輥軸承座之間，每個移動塊上裝有2個工作輥彎輥平衡缸。彎輥裝置主要用于板形控制和平直度動態控制，在軋制過程中，通過彎輥力調節工作輥的彎曲變形，實現對板形快速、有效的控制。上、下工作輥可以沿軸向按相反的方向移動，移動距離為±150 mm，移動時工作輥與支承輥間的接觸長度不變（見圖4）。

工作輥彎輥及橫移裝置由四個竄輥缸帶動操作側四個移動塊來實現軋輥的軸向竄動過程。通過軸向固定缸把工作輥和操作側移動塊連在一起或分開。

軋輥竄動要在軋輥旋轉同時進行。軸向固定缸在軋機工作時合上，換輥時打開。平衡塊鎖定缸根據竄輥要求進行鎖定和打開（見圖5）。

圖5 工作輥彎輥圖

2.5 液壓AGC輥縫調整

軋機的軋制力、輥縫調整和板厚控制均由全液壓AGC缸負責。液壓缸安裝在機架窗口上部，直徑為 ?1 100 mm，行程 130 mm，工作壓力 27 MPa，最大出力為5 132 t，滿足最大軋制力要求。

2.6 支承輥平衡裝置

支承輥平衡裝置由平衡柱塞液壓缸、橫梁、提升吊梁、卡緊裝置等組成，在完成平衡作用的同時，還作為導衛裝置及冷卻水集管等的驅動（升降）裝置使用。其中，卡緊裝置由兩個液壓缸驅動，用于在換輥或維修時鎖住平衡吊梁。平衡缸內裝有位移傳感器，用于控制行程。平衡柱塞液壓缸直徑為 ?360 mm，系統壓力為16 MPa。

3 結語

目前該設備已投產使用3年多，使用效果良好，該套軋機對于鋼鐵企業調整產品結構，改善工藝條件，開發高附加值產品，提高產品質量等具有極其重要的作用。