熱軋精軋機彎竄裝置改造

田小剛，雷 剛

(中冶賽迪裝備有限公司， 重慶 400013)

熱軋精軋機彎竄裝置改造

田小剛，雷 剛

(中冶賽迪裝備有限公司， 重慶 400013)

彎竄技術是熱連軋生產線成品板形精度控制的核心技術。作為最關鍵核心的彎竄裝置，具有改造關系復雜、投資影響較大、改造難度大等特點。針對以上問題，以國內某大型鋼鐵企業1 580 mm熱連軋生產線為例，進行了彎竄裝置改造的可行性分析，最終確定了彎竄裝置改造的設備改造范圍，為彎竄裝置的改造提供了技術參考。

熱連軋；彎輥；竄輥；精軋機；升級改造

Abstract: Bending and shifting technology is the core technology of the precision control of hot continuous rolling product line. With the development of rolling technology, the demand for the upgrading of rolling mill is becoming more and more urgent. The bending and shifting device revamp has the characteristics of complex transformation, large investment and difficult to reform. It is of vital importance to clarify the reform ideas and master the design methods for the bending and shifting device revamp.

Keywords: hot rolling; bending; shifting; finishing mill; revamp

近年來，隨著我國鋼鐵產能過剩現狀和客戶需求的逐步提高，鋼鐵市場的競爭愈加激烈。提高產品質量、延伸產品規格，成為生產線升級改造的目標。熱軋彎輥及竄輥(以下簡稱彎竄)技術作為現代化熱軋生產線實現板形控制的核心技術之一[1]，是熱軋生產線改造中的核心關注點。彎竄裝置是彎竄技術的執行機構，安裝在精軋機機架窗口的中部，受限于精軋機機架窗口內空間、設備結構等綜合因素影響，其改造具有關聯設備多、空間狹小、改造設計難度大、施工周期長、投資費用高等特點。設計中稍有考慮不周，都可能影響產品質量，導致改造失敗。因此，對于彎竄裝置改造思路的梳理是十分必要的。

1 設計輸入

國內某大型鋼鐵企業1 580 mm熱連軋生產線，其原精軋機組未設置竄輥裝置，僅有一套平衡裝置可提供平衡力900 kN/軸承座。以此生產線的彎竄改造為例，探討熱軋彎竄裝置改造思路。

彎竄技術的主要作用有控制產品板形質量、均勻軋輥磨損、減少換輥次數等[1]。因此，彎竄改造的目的往往是根據現有的生產情況提出一個具體的指標。實現這樣的改造目標，是一個多專業協同的過程。其中，落實到彎竄裝置的設備改造只有2個參數：彎輥力和竄輥量。以示例生產線的彎竄改造項目為例，經軋制工藝模擬計算后，設備參數擬增加彎輥力至1 300 kN/軸承座，增設竄輥裝置，竄輥量±150 mm。

2 可行性分析

2.1 彎竄的結構型式選擇

彎竄裝置的結構型式可分為移動式彎竄裝置和固定式彎竄裝置[1]。固定式彎竄裝置即指彎輥缸在竄輥過程中相對于工作輥軸承座的位置是變化的結構形式(圖1)。移動式彎竄裝置即指彎輥缸在竄輥過程中相對于工作輥軸承座的位置是固定的結構形式(圖2)。

圖1 固定式彎竄裝置

圖2 移動式彎竄裝置

改造項目中，彎竄裝置結構型式的選擇需要考慮的因素較多，主要有設備布置空間、工作輥軸承的受力優化、彎竄裝置內部襯板的磨損、彎竄裝置的拆卸維護、油路的配置、客戶的習慣等。

對于示例的1 580 mm彎竄改造，經多方面反復分析論證及大量的可行性分析，最終確定選用固定式彎竄結構。

2.2 彎輥裝置的可行性分析

彎輥力是彎輥裝置設計的核心參數。彎輥裝置改造的可行性主要取決于工作輥裝配能否承受改造后的彎輥力，彎輥裝置自身的布置空間能否得到滿足等因素。以示例的1 580 mm彎竄改造為例：

1) 工作輥軸承的校核

計算條件：

現有軸承外形尺寸：?390×?510×350 mm

軸承額定動態載荷：C90(4)=1 388 kN

彎輥力Fradial：1 300 kN

最大工作速度: 655 r/min

軸承受力計算：

Fradial=1 300 kN,Faxiall=0 kN,(軸向力由推力軸承承擔)

徑向力FrAB=0.5Fradial=650 kN

最大速度：S=655 r/min。

則在最大速度、最大載荷下，軸承的壽命為：

L10=(0.5C90(4)/FrAB)10/3× [(1.5×106)/S]=(694/650)10/3× [(1.5×106)/655]=2 849 h

鑒于軋機實際生產中不可能同時在最大載荷及最大速度下運行，根據經驗按70%的最大載荷和70%的最大速度計算壽命[2-3]。經過計算，軸承滿足1 300 kN彎輥力的工況，軸承可以利舊。

若軸承校核不能通過，則需要更換軸承，然后對軸承座、工作輥進行新的結構設計及強度校核。若仍無法滿足要求，則表明彎輥力選擇的數據不合適，改造不具備可行性，需要降低彎輥力按上述過程重新開展可行性分析。

2) 工作輥強度的校核

如圖3所示，在工作輥主傳動電機最大輸出扭矩不變的情況下，彎輥力增大，對軋輥的影響主要是輥頸的強度及輥身與輥頸過渡圓角處的應力大小，及2-2斷面和3-3斷面[2-3]。

圖3 工作輥的受力分析

依據材料力學彎扭合成強度相關理論，對示例的1 580 mm彎竄改造軋輥進行校核，結果見表1。

表1 軋輥校核數據

通過表1的計算結果可以得出，工作輥強度滿足1 300 kN彎輥力的工況，工作輥可以利舊。

若該校核不能通過，則需要加大輥頸尺寸再行校核。但輥頸加大，會導致軸承、軸承座、傳動軸、軋輥等全部更新。若是單純地只改彎輥裝置而不涉及竄輥裝置，考慮到改造的投資問題，可不用再行分析，直接判定為不可行，需降低彎輥力后再行校核。

3) 軸承座強度的校核

彎輥力對工作輥軸承座的受力有直接的影響，因工作輥軸承座為非標設備，各部位的尺寸關系復雜，故其校核計算采用有限元的方式。以示例1 580 mm彎竄改造項目為例，計算結果(圖4)顯示最大應力值為114.8 MPa，軸承座應力校核略偏大，但依然滿足要求，具備可行性。

圖4 軸承座強度校核

若該校核不能通過，需要重新設計軸承座，涉及軸承、彎輥塊，甚至支承輥軸承座等零部件的結構設計，然后再行校核，直到通過為止。若仍不能滿足強度校核要求，需要降低彎輥力重復校核過程。

4) 彎輥塊結構設計

彎輥塊結構設計復雜程度更高，需要與前邊的校核計算反復交織進行。

如圖5所示，首先根據工作輥輥系和窗口的尺寸初步確定彎輥塊的可用空間，然后根據彎輥力的大小確定彎輥缸的缸桿徑，再進行襯板、油路、安裝空間的設計。若空間不足，則需要協調工作輥軸承座的改造或者牌坊窗口的機加工，直到彎輥塊結構設計可行為止，然后再對因彎輥結構設計而改動的工作輥軸承、牌坊窗口等進行受力分析，若通不過，則需要對彎輥塊的結構設計再行調整，如此反復，直到可行為止。若仍不能滿足要求，則需要降低彎輥力重新進行上述過程。

圖5 彎輥塊結構設計

在示例的1 580 mm彎竄改造項目中，因窗口安裝空間足夠，故未對牌坊進行加工處理，僅軸承座因為竄輥的需要進行了更新，并按前文圖4所示對新軸承座進行了校核計算，結果表明結論可行。

2.3 竄輥裝置的可行性分析

竄輥量是彎輥裝置設計的核心參數。竄輥裝置的可行性主要取決于結構自身對工作輥換輥的影響、輥身加長后機架內的布置情況、主傳動的布置情況、磨輥間的影響等因素[1，4-8]。

1) 竄輥裝置對工作輥換輥的影響

竄輥裝置因為一般都安裝在軋線的操作側，而工作輥換輥時也是從操作側窗口內移出機外，因此，竄輥缸的設計必須保證不能影響工作輥換輥時的移出?？尚行苑治鲋饕墙Y構設計。以示例的1 580 mm彎竄改造為例，最終的結構外形如圖6所示。

一般而言，竄輥裝置的布置對于工作輥換輥的影響都可以避免，只是結構上的復雜程度而已，需要做大量的結構設計工作。

圖6 竄輥裝置結構

2) 工作輥輥身加長的影響

對于沒有竄輥功能的軋機增加竄輥功能，或者原有竄輥功能在改造中擬增加竄輥量的軋機在改造時，均需要根據新增的竄輥量對工作輥輥身進行2倍新增竄輥量的加長。因此，需要對加長后的工作輥軸承座與軋機機架的相對位置、軸承座與彎輥缸的相對位置、軸承座與軸承的相對位置進行綜合考慮，同時要考慮到工作輥吊具、磨輥間磨床、存放架等設備的影響。

以示例的1 580 mm彎竄改造為例，竄輥量為±150 mm，則

① 現有工作輥輥身加長300 mm，需要更新。

② 現有軸承寬度僅為350 mm，無法滿足±150 mm 竄輥量的使用需求，需要更新。

③ 經核算，現有軋輥吊具可以滿足新軋輥的吊裝，吊具利舊。

④ 更新后的工作輥改變了磨床的支撐位置，磨床需要改造。

輥身加長導致對相關件的影響，需要從技術上確認各相關件改造后的可行性。此外，還需要在投資上綜合衡量，選擇合適的竄輥量。

3) 竄輥量對主傳動軸的影響

增加竄輥裝置后，若原來的主傳動不具備伸縮功能或者伸縮長度不能滿足竄輥量的需求，則需要更新主傳動軸，并對新的傳動軸進行可行性分析，該分析主要是通過主軸最大工作擺角進行校核。

以示例的1 580 mm彎竄改造為例，竄輥量±150 mm，則主傳動軸的伸縮量為300 mm。結合新工作輥輥身加長后在機架窗口內的極限位置情況，根據圖7所示，經過計算，新主傳動最大的工作擺角為1.73°，該數值偏大，但不會影響主傳動軸工作的可靠性，具備可行性。

圖7 主傳動軸偏角位置

若主傳動軸擺角的布置結果偏大，超出傳動軸允許的工作極限范圍，則需要對軋輥與牌坊的關系進行重新調整，以降低最大擺角。若仍不可行，則需要減小最大竄輥量或者將主傳動齒輪箱后移，但移動齒輪箱會造成改造投資的大幅增加，一般不采用。

3 改造范圍的確定

通過分別對彎輥裝置和竄輥裝置改造可行性進行分析，結合兩者的結果，就可以最終確定彎竄裝置改造的設備改造范圍。

以示例的1 580 mm彎竄改造為例，經過彎竄的可行性分析，最終明確了具體的改造范圍，即：新增彎竄結構、工作輥裝配(含軸承座、軸承、軋輥)更新、工作輥主傳動軸更新、磨輥間設備改造等。

完成上述可行性分析并確認改造范圍后，即可按分析計算結果進行改造設計并實施。

4 結束語

彎竄技術改造是熱軋生產線改造的重要部分，除了彎竄技術自身對產品的板形質量、軋制工藝生產安排等至關重要外，彎竄裝置的改造空間狹小，結構關系復雜。直接受彎竄裝置改造影響的如軋輥、軋輥軸承、軸承座、主傳動軸、牌坊等零部件都對改造的成本有重大影響，所以彎竄裝置的改造往往需要兼顧投資成本與改造方案，理清思路，逐步進行，可以取得事半功倍的效果。本文示例的1 580 mm彎竄改造項目，在改造前期完成了大量的梳理、分析、計算等可行性研究工作，最終確保了該項目的順利實施。項目自投產以來運行良好，產品質量和軋輥更換周期均滿足改造預期要求。

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[7] 程建國.冷軋機彎輥裝置的設計改進[J].有色金屬加工,2008,37(5):46-47.

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(責任編輯林 芳)

BendingandShiftingDeviceRevamponFinishingMillsinaHotContinuousRollingProductLine

TIAN Xiaogang, LEI Gang

(CISDI Equipment Co., Ltd., Chongqing 400013, China)

2017-04-06

田小剛(1984—)，男，陜西人，工程師，主要從事冶金設備設計研究，E-mail:gang.lei@cisdi.com.cn。

田小剛，雷剛.熱軋精軋機彎竄裝置改造[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2017(9):79-83.

formatTIAN Xiaogang, LEI Gang.Bending and Shifting Device Revamp on Finishing Mills in a Hot Continuous Rolling Product Line[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(9):79-83.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.09.013

TG333

A

1674-8425(2017)09-0079-05