可逆冷軋機除油擠干輥的改進設計與應用

張廣乾 米 琪

（河北鋼鐵集團衡水板業有限責任公司 河北衡水）

一、前言

當今冷軋行業中，因可逆軋機具有投資少、生產組織靈活等特點，在國內仍然擁有廣泛的市場。可逆冷軋機因其有可逆的特點，一些關鍵部件的工況條件相比連軋機更加苛刻，而除油擠干輥就是其中之一。可逆軋機由于單個機架往復軋制，工藝乳化液及冷卻潤滑不能像連軋機那樣進行分機架配置，使得軋制帶鋼表面質量不能在末道次軋制時實現表面殘留的最小化。在工況負荷方面，可逆軋機的擠干輥，既要承受前幾道次大張力分力產生的壓力，又要承受后幾道次產品變薄后的高速度，這種高負荷、高速度給擠干輥的穩定運行及壽命帶來極為嚴苛的挑戰。在可逆軋機設備故障組成中，擠干輥故障占有不可忽視的位置。

二、常見除油擠干輥設計方案

1.四輥式除油擠干輥方案

四輥式除油擠干輥是目前國內可逆冷軋機最為常見的結構形式（圖1）。四根擠干輥為上二下二錯位布置，通常上二輥為同一個輥箱同時升降實現擠干輥裝置的打開或閉合，下二輥為固定輥箱，下輥面與軋制線平齊或略高出，帶鋼通過時上輥壓下通過錯位布置在兩對輥的重疊位置形成兩個小S形，正是依靠S形的包角實現了對帶鋼的擠干。但這種形式有一個缺點就是在帶鋼較厚時尤其是在第一道次軋制時由于原料板型的不確定性使得兩對擠干輥在實現擠壓帶鋼時并不能達到完全同步，從而出現有局部的失速，造成擠干輥表面非純滾動的粘著磨損，嚴重時在軋制成品表面留下線性痕跡或類似劃傷缺陷，不但擠干輥使用壽命周期縮短還影響產品質量。

圖1 四輥式除油擠干輥

2.三輥結構的擠干輥方案

三輥結構的擠干輥方案從大的結構布局方式與四輥結構相似，只是下輥變成了一根擠干輥（圖2）。三輥結構的擠干輥裝置的除油擠干原理與四輥式相同，但有效的減少了一根擠干輥的制造成本和備件費用，應該說更經濟，但在運行穩定性上由于下輥要單獨承受由于上部兩根輥對帶鋼形成包角的反作用力，下輥的受力要比上輥更大也更復雜，所以無論是輥體還是軸承都要承受更大的負荷和更苛刻的工況條件。

圖2 三輥結構的擠干輥

三、除油擠干輥的優化設計

上述兩種除油擠干輥的設計方案，在實際使用中盡管基本上滿足了可逆冷軋機對帶鋼除油擠干的功能，但對于可逆冷軋機越來越高的速度和產品表面質量要求來講，在擠干效果和設備運行穩定性上還存在很大差距，為此按照新的設計要求對除油擠干輥進行了優化設計。設計難點在于結構形式、輥徑及軸承的確定，這關系到是否能夠滿足1200 m/min的線速度。

1.輥徑及材料確定

除油輥幾何參數和材料的確定主要是輥徑和輥身長度的確定以及表面材料的選定。為了防止帶鋼產生永久變形，下輥輥徑的確定以帶鋼包繞在下輥上不產生塑性彎曲變形為原則，即是以帶鋼繞過下輥的彎矩小于或等于帶鋼彈性極限彎矩為準則計算輥徑，即式（1）。

式中 D1——下輥輥徑，m

E——為帶鋼彈性模量，GPa

hmax——帶鋼最大厚度，m

σs——帶鋼屈服極限，MPa

式（1）表明，下輥輥徑取決于帶鋼的彈性模量、屈服極限和最大厚度。但實際中并不是輥徑越大越好，下輥輥徑的大小對設備成本有很大影響，應按所要求的輸出轉矩，輥子尺寸、產品等綜合考慮各種因素選擇合適的輥徑。

圖3 空心輥結構

設計中，選擇Q235A作為下輥材料，查材料手冊得E＝200 GPa，σs＝235 MPa，計算后得D1≥（200×2.5×10-3）235≈309 mm，再參考在線運行輥徑，選定D1=313 mm。輥子長度 L=b+a，其中 b為最大寬度，a為輥身長度的余量系數，它決定了鋼板的最大寬度。

圖4 上下布置的擠干輥裝置

根據以上條件選用輥身長度為1250 mm，為保證輥身硬度的抗衰減性，輥身材料選用40CrNiMo，輥面鍍鉻處理。在輥子結構上考慮到下輥直徑較大，為減輕重量同時節省材料，采用圖3所示空心輥結構。

2.軸承選擇

根據確定的輥徑計算速度，選用型號24026的軸承，除油擠干輥每天工作24 h，要求較高可靠性，使用壽命要求＞10 000 h，軸承的潤滑采用油氣潤滑方式。

3.結構形式的確定

為了便于檢修，采用上下布置的擠干輥結構，上輥由液壓缸驅動，通過擺動方式完成打開壓下動作，下輥采用垂直方向固定但可水平橫移方式，以保證下輥的標高與軋線持平（圖4）。

改進設計后的擠干輥裝置增大了擠干輥體直徑，一方面增大了與帶鋼的接觸面積，改善了擠干除油效果；另一方面輥體增徑后給軸承的選用提供了更大的空間，選用的軸承配以油氣潤滑方式，使用壽命大大延長，提高了軋機的運行穩定性。

四、結束語

對比可逆冷軋機兩種常用的除油擠干輥形式，都存在使用壽命短、產品質量和設備運行穩定性差的缺點。改進后的設計經過實踐檢驗，擠干效果與帶鋼表面清潔度都好于改進前，表面乳化液殘留量達到300 mg/m2，吹掃用壓縮空氣量顯著降低。擠干輥使用壽命達到1年以上，軋機設備穩定性明顯增強。