液壓彎輥技術(shù)在鋼材生產(chǎn)中的使用分析

羅應(yīng)義

（寶武集團(tuán)韶關(guān)鋼鐵有限公司，廣東 韶關(guān) 512123）

板帶材廣泛應(yīng)用于汽車制造、精密儀器等多個(gè)領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代工藝技術(shù)的發(fā)展，對冷軋板帶產(chǎn)品規(guī)格要求不斷提高，板帶質(zhì)量是具有滿足用戶要求的良好板形，板帶縱橫向厚度是衡量質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，隨著板形控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用完善，自動寬度控制等軋制設(shè)備的應(yīng)用，板形控制技術(shù)成為生產(chǎn)中需要解決的關(guān)鍵點(diǎn)。液壓彎輥控制涉及分析缺乏基本理論支持，軋機(jī)是復(fù)雜的設(shè)備，多種機(jī)構(gòu)相互聯(lián)系制約，液壓彎輥中受到其他控制系統(tǒng)調(diào)整。彎輥目前有一些20世紀(jì)60年代生產(chǎn)的軋機(jī)，生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量缺乏競爭力，在軋機(jī)上進(jìn)行液壓彎輥改造具有很大市場。

1 彎輥板形調(diào)節(jié)技術(shù)的發(fā)展

板帶產(chǎn)品廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各部門，相關(guān)部門對板帶產(chǎn)品質(zhì)量要求日益嚴(yán)格。縱向厚差精度得到圓滿解決，許多技術(shù)進(jìn)入實(shí)用階段。檢測技術(shù)等方面存在許多問題需要解決。良好的板形是提高生產(chǎn)率的有效手段。控制板形是獲得高精度板形的保證，板形控制成為冶金生產(chǎn)迫切需要解決的問題。板形控制研究始于20世紀(jì)60～70年代，出現(xiàn)液壓彎輥等各種板形控制技術(shù)。

1965年，液壓彎輥板形控制技術(shù)開發(fā)成功，補(bǔ)償軋制壓力等因素引起輥縫形狀變化。液壓彎輥分為工作輥曲面與支承輥彎曲方式，工作輥彎曲具有操作方便等優(yōu)點(diǎn)。板形控制是軋鋼技術(shù)發(fā)展的熱門技術(shù)，相比冷帶軋制板應(yīng)用范圍較廣。目前，板型控制技術(shù)成為新建中厚板軋機(jī)的基本要求。由于中厚板生產(chǎn)需要轉(zhuǎn)崗操作，板形控制處于發(fā)展完善階段，日本中厚板形控制技術(shù)處于領(lǐng)先地位，加強(qiáng)對液壓彎輥控制技術(shù)研究具有重要意義。

20世紀(jì)50年代前，帶鋼板形控制用磨削軋輥凸度方法實(shí)現(xiàn)，通常采用人工控制壓下制度彌補(bǔ)不足。60年代，液壓彎輥裝置應(yīng)用于鋼板軋機(jī)，通過彎輥裝置達(dá)到控制出口帶材板形目的。液壓彎輥具有提高生產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn)。70年代，后板形控制技術(shù)得到很大發(fā)展。1972年，日立公司開發(fā)六輥HC軋機(jī)，改變工作輥與支撐輥接觸長度，使板形理論進(jìn)入新的時(shí)期。日立公司將HC軋機(jī)發(fā)展為UC軋機(jī)，中間輥配有彎輥裝置。1974年，日本住友金屬公司開發(fā)VC軋輥技術(shù)，利用液壓膨脹原理調(diào)整輥間壓力分布。新型軋機(jī)擁有標(biāo)志性板形控制技術(shù)，輔以多項(xiàng)其他通用板形控制技術(shù)，配備板形自動檢測裝置。

2 鋼材生產(chǎn)板形控制理論

板形包含帶鋼截面幾何形狀與平坦度，定量描述涉及邊部減薄量等多項(xiàng)指標(biāo)。帶鋼板形是帶材平坦度，軋制是金屬在滾動軋輥下發(fā)生塑性變形，要求沿板帶寬度各部分有均一縱向延伸，由延伸不均在窄條產(chǎn)生相互作用內(nèi)應(yīng)力。軋制是復(fù)雜的物理過程，板形是板材翹曲程度。

影響帶鋼板形因素較多，金屬在軋制中經(jīng)過系列彈塑性變形軋制成所需板材，板形影響因素包括金屬本性與軋制內(nèi)外因素，金屬本身物理性能影響軋制力，金屬幾何特性是影響板形的重要因素。影響軋制壓力因素會影響板形。常見板形不良現(xiàn)象包括邊浪與中間浪形式，軋板形缺陷與軋后板帶殘余應(yīng)力橫向分布有關(guān)。有載輥縫形狀為帶鋼軋制后橫截面形狀。通過改變工作輥有載輥縫形狀控制帶鋼板形，彎輥將彎輥液壓缸產(chǎn)生力傳遞到輥頸，彎輥力與多種因素有關(guān)，如軋輥橫向剛度等。應(yīng)根據(jù)軋輥磨損等對彎輥力實(shí)時(shí)修正。

3 液壓彎輥控制系統(tǒng)研究

液壓伺服控制是液壓技術(shù)的重要分支，許多工業(yè)部門對高精度液壓控制系統(tǒng)需求加大，工程控制理論應(yīng)用從軍工領(lǐng)域普及到民工部門，電子技術(shù)應(yīng)用使元件系統(tǒng)更加完善。目前液壓伺服控制成為控制技術(shù)的重要發(fā)展方向。水電站動力設(shè)備隨著液壓伺服控制室發(fā)展，工業(yè)技術(shù)發(fā)展促進(jìn)液壓伺服控制技術(shù)的進(jìn)步。液壓伺服控制技術(shù)成為現(xiàn)代控制工程的基本構(gòu)成。液壓伺服控制系統(tǒng)根據(jù)液壓傳動原理建立自動控制系統(tǒng)，執(zhí)行元件跟隨控制元件運(yùn)動控制。

液壓彎輥調(diào)節(jié)裝置出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，最早用于橡膠塑料造紙等供應(yīng)部門，逐漸發(fā)展成為有效的板形控制方法。現(xiàn)代軋機(jī)有液壓彎輥裝置調(diào)整工作輥形，通過施加液壓彎輥使軋輥產(chǎn)生附加彎曲，補(bǔ)償軋制壓力等工藝因素變化產(chǎn)生輥縫變化。液壓彎輥在板形控制中起到了重要作用。制定有效彎輥力是提高帶鋼表面質(zhì)量的關(guān)鍵。液壓彎輥是應(yīng)用最早的板形控制技術(shù)，彎輥裝置增大軋輥彎曲力矩，液壓彎輥曲線二二次曲線，板寬范圍外彎輥效果差，增大彎輥力導(dǎo)致減少軸承壽命。液壓彎輥減小板凸度，提高生產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)代化帶鋼軋機(jī)的重要標(biāo)志。

4 熱軋液壓彎輥改造設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)

某廠1700mm熱軋1968年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)坯料重量為20t，中間坯厚度30～45mm。鋼種包括普通鋼等。板形控制系統(tǒng)是多專業(yè)的復(fù)雜控制系統(tǒng)。用彎輥裝置作為板形控制參數(shù)是彎輥力。老軋機(jī)改造彎輥力受到輥系結(jié)構(gòu)參數(shù)制約，精軋機(jī)工作輥直徑為700/660mm。彎輥力是詢價(jià)數(shù)要求項(xiàng)目。原工作輥軸承采用四列圓錐滾子軸承。改造液壓彎輥與工作輥轉(zhuǎn)換裝置、上下工作輥軸承關(guān)系，壓下裝置運(yùn)行，上下工作輥開口度大等因素有關(guān)，綜合考慮相關(guān)因素，制作符合實(shí)際的牌坊窗口關(guān)系。確定彎輥缸行程，上下工作輥軸承座最小間隙為6mm。機(jī)內(nèi)提升軌道與固定軌道間關(guān)系等。工作輥要承受彎輥力，使工作輥軸承滿足壽命，如何合理確定工作輥軸承是面臨的難題。軸承座強(qiáng)度要求保持最小壁厚；工作輥軸頸處強(qiáng)度要求軸承內(nèi)徑不能過小。軸承寬度加長要維持軋機(jī)傳動主軸關(guān)系。設(shè)計(jì)中進(jìn)行多個(gè)方案比較，決定選用日本NSK四列圓錐輥?zhàn)虞S承，參數(shù)為外徑580mm。牌坊窗口關(guān)系圖如圖1。

圖1 牌坊窗口關(guān)系圖

根據(jù)計(jì)算，軸承選擇滿足要求。無線冷硬合金鑄鐵輥比傳統(tǒng)半鋼輥較好，輥身表面具有不同化學(xué)分布。機(jī)械性能為輥徑硬度35～40Hs。液壓彎輥改造前使用工作輥材料為無線冷硬合金鑄鐵，要求抗拉強(qiáng)度為230MPa,。液壓輥改造后，工作輥徑處受力為彎扭合成應(yīng)力，彎扭合成應(yīng)力計(jì)算截面為440mm，為每個(gè)工作輥計(jì)算扭矩，F(xiàn)2機(jī)架工作輥徑安全系數(shù)最小。根據(jù)牌坊窗口關(guān)系圖（如圖1）確定零件外形尺寸，軸承座內(nèi)控為工作輥軸承外徑。通過有限元法計(jì)算軸承座最大應(yīng)力出現(xiàn)部位，對軸承座設(shè)計(jì)優(yōu)化，選擇合適的截面，合理的熱處理方法（如表1、表2）。

表1 無線冷硬合金鑄鐵化學(xué)成分%

表2 徑向負(fù)荷

約束情況是軸承支座有限元分析計(jì)算中的難點(diǎn)，僅在軸向由鎖緊裝置無法位移。應(yīng)按軸承支座主要受力區(qū)域約束，液壓彎輥改造工作輥中車頂作以有限元分析方法設(shè)計(jì)。軸承座最大應(yīng)力出現(xiàn)在過度圓角處，對軸承座應(yīng)力大區(qū)域超聲探傷。根據(jù)牌坊窗口輥系圖確定彎輥安裝位置，設(shè)計(jì)牌坊加工圖，得到牌坊綜合應(yīng)力，約束按牌坊安裝面固定考慮。加工彎輥處牌坊立柱設(shè)計(jì)應(yīng)力值。目前某廠液壓彎輥改造中機(jī)械設(shè)備投用，產(chǎn)品質(zhì)量比改造前改善。換輥時(shí)間減少到平均15min。液壓彎輥系統(tǒng)改造中，工作輥設(shè)計(jì)等是研究關(guān)鍵技術(shù)。