爐卷軋機剛度研究及改善方法

蔡茗宇

（山東鋼鐵集團日照有限公司中厚板廠，山東日照 276800）

0 引言

中厚板產線、爐卷產線、熱連軋產線等板材生產線的核心設備是可逆式四輥軋機[1]，鋼坯通過其軋輥的變形延展，軋制成成品鋼板并達到要求的厚度、組織和性能。軋制過程中巨大軋制力反作用于軋機本體和輥系產生彈跳[2]。軋機影響彈跳的指標為剛度，現代四輥板材軋機的設計綜合剛度一般為600～950 t/mm，最大軋制力7000～9000 t。有研究表明，軋機綜合剛度越高，軋制過程中軋輥的彈跳越小，厚度越容易控制；軋機操作側和傳動側的分剛度偏差越小，兩側的彈跳偏差越小，鋼板橫向的厚度偏差就越小，對鐮刀彎等板型控制越穩定[3-5]。穩定和高精度軋制不但對軋機的綜合剛度、操作側和傳動側的分剛度均有非常苛刻的要求，剛度的變化對鋼板的凸度控制、鐮刀彎控制、厚度控制及軋制穩定性等有很大影響，甚至直接影響軋機二級模型的計算和產品的尺寸精度，嚴重時造成軋制不穩定產生次品和事故。因此，對軋機剛度的研究和改善具有重要的意義。

1 影響剛度的組件

為改善軋機剛度，首先需要辨識出影響軋機剛度的組件。根據軋機結構，由上至下依次為牌坊本體、壓下系統、壓頭、支撐輥及軸承座（裝配）、工作輥及軸承座（裝配）、彎竄輥滑板、球面墊、階梯墊、HGC（液壓壓下控制）系統等（圖1）。

圖1 影響剛度組件

由于潤滑不暢，氧化鐵皮等污物積累較多時各組件內外部的滑動和配合面會發生磨損、間隙增大、空間位置及受力作用點偏離等情況，這會影響軋機的綜合剛度，并使傳動側和操作側的分剛度偏差變大，影響產品尺寸精度控制和操控穩定性。這些不利的變化很難追溯其根源，成為軋機剛度管理和改善的難題。

2 剛度改善方法

軋機剛度改善方法由剛度測量技術、剛度分析技術、周期管理技術、軋輥裝配技術、牌坊測量技術和間隙管理技術構成。更換支撐輥和工作輥之后，分別對軋機進行長標定和短標定，軋制力分別為65 000 kN 和20 000 kN。將總壓力和兩側平均輥縫數據復制到軋機總剛度Excel 表中，用數值復制到目標位置，利用公式擬合出綜合剛度和兩側剛度曲線。通過長期的數據積累，類比不同支撐輥和工作輥組合下的剛度曲線，可推斷出某一套輥系或軋機本體組件可能存在異常，然后對所推斷異常的組件按照預設方案進行測量檢查，進一步鎖定問題點，然后對問題點進行糾偏處理，重新上線標定，驗證剛度變化。如此循環，最終將軋機剛度恢復和改善到最好水平。

2.1 剛度測量技術

在更換支撐輥或工作輥后做長標，即軋輥標定力達到最大軋制力的60%以上、最大軋制力90 000 kN 的爐卷軋機，標定力需達到50 000 kN 以上。標定后導出標定數據，并用Excel 軟件通過設定數組公式，分別對總的綜合剛度、操作側和傳動側的分剛度在不同軋制力下分別進行曲線擬合。

2.2 剛度分析技術

根據不同的輥系上機、牌坊間隙調整后的剛度變化，評估軋機和輥系綜合狀態，可以反應出軋機總剛度的變化。比較操作側和傳動側剛度偏差，結合對比多套軸承座上機時剛度產生的偏差，可以排查出有問題的軸承座，同時還可以識別牌坊或壓下系統存在的問題。

圖2 為新設備所做的綜合剛度擬合曲線，該軋機設計剛度900 t/mm，實測最大剛度達到930 t/mm，剛度曲線隨著標定力的增大緩慢升高，逐步達到最大值并保持基本穩定，狀態比較理想。圖3 為操作側和傳動側剛度曲線，在總標定力65 000 kN（單側32 500 kN）時，操作側呈現向下叩頭形狀，剛度值與傳動側出現偏離。這個偏離異常可能與操作側軸承座、EGC（電動壓下控制）等組件出現異常有關。

圖2 綜合剛度曲線

圖3 操作側和傳動側剛度曲線

經排查分析，確定操作側支撐輥軸承座為異常組件，存在油膜軸承進水的問題。拆解后發現，該軸承座油膜軸承透蓋法蘭連接螺栓松動，在大標定力下軸承座存在微移動、縫隙加大導致進水。

2.3 軋輥裝配技術

軋輥裝配包含支撐輥裝配和工作輥裝配，其中前者對剛度的貢獻大于后者。針對不同的軋輥裝配，制定了關鍵影響因素的重點管控要素，在鎖定異常軸承座的情況下按照預設的檢查要素逐項檢查測量，就能找到異常的零件或組件。其中，支撐輥裝配重點管控要素有錐套鎖緊、軸承座鎖緊，壓力墊磨損、滑板磨損、密封磨損，透蓋端蓋緊固；工作輥裝配重點管控要素有4 列圓錐軸承、止推軸承游隙，大面滑板磨損、彎輥自位滑塊磨損、軸端滑板磨損，以及柱銷變形、小護板間隙和水平。

2.4 牌坊測量技術

牌坊間隙測量采用激光跟蹤測量技術，測量牌坊與工作輥、支撐輥配合滑板平面的空間位置，得出間隙值，保證輥系中心線共面，不存在工作輥之間及工作輥與支撐輥之間交叉；存在交叉的輥系在軋鋼時會產生軸向力，在標定時表現為輥系受力撓曲。壓下系統的柱面墊不允許出現偏磨、磨平、開裂，壓下球面墊配合面不允許出現臺階。

2.5 間隙管理技術

間隙管理技術主要管理各滑板水平面的平行度、間隙和水平度。其中，滑板主要評估工作輥和支撐輥兩側滑板與牌坊滑板空間平行度、間隙和基準偏差；壓下系統主要管理壓下球面墊、支撐輥柱面墊水平面。

2.6 周期管理技術

周期管理技術是建立組件實時狀態與剛度曲線之間的對應關系，包含支撐輥軸承座、工作輥軸承座、球面墊、牌坊滑板、輥系滑板、牌坊間隙等，通過設定合理測量周期實施數據測量跟蹤，形成磨損劣化趨勢分析，數據越豐富越容易找出這些測量數據與剛度差異存在的因果關系，越能夠精準鎖定異常單元。

對以上技術采集到的數據，采用比較差異法對剛度進行分析，對大量不同組合的剛度曲線和各組件實時狀態進行記錄跟蹤，最終鎖定異常組件（圖4）。

圖4 軸承座跟蹤記錄

3 結論

軋機剛度改善方法的6 項技術包括剛度測量、剛度分析、軋輥裝配、牌坊測量、間隙管理和周期管理等。本文利用差異比較法分析綜合剛度和兩側剛度偏差的原因，從復雜的軋機系統中準確診斷并鎖定造成軋機剛度劣化的異常組件，準確溯源軋機剛度劣化原因。另外，通過更換或維修異常組件，快速恢復和改善軋機的綜合剛度以及傳動側和操作側分剛度，保證軋制過程的穩定性和產品精度。