李華強(qiáng)

(西林鋼鐵集團(tuán)阿城鋼鐵有限公司, 哈爾濱 150300)

軋機(jī)是直接軋延金屬的主機(jī)，它利用旋轉(zhuǎn)的軋輥輾壓坯料,使金屬按規(guī)定的要求產(chǎn)生塑性變形。軋延是生產(chǎn)率最高、成本最低的金屬成形方法，適用于軋延橫斷面相同或有周期性變化的條狀或板狀材料；特殊軋機(jī)可軋制機(jī)械零件或其毛坯以及某些非金屬材料。軋延主要有熱軋和冷軋兩種方式。通常將軋制溫度在金屬再結(jié)晶溫度以上的軋制工藝稱為熱軋，低于金屬再結(jié)晶溫度的軋制稱為冷軋。冷軋作業(yè)溫度較低，產(chǎn)品表面質(zhì)量好，尺寸精度高，厚度均勻，并可改善軋件的機(jī)械性能，但要求設(shè)備強(qiáng)度和精度高，能耗大。

冷軋用熱軋鋼卷為原料，經(jīng)酸洗去除氧化皮后進(jìn)行冷連軋，其成品為軋硬卷，由于連續(xù)冷變形引起的冷作硬化使軋硬卷的強(qiáng)度、硬度上升、韌塑指標(biāo)下降，因此沖壓性能將惡化，只能用于簡單變形的零件。軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料，因為熱鍍鋅機(jī)組均設(shè)置有退火線。軋硬卷重一般在6～13.5t，鋼卷在常溫下，對熱軋酸洗卷進(jìn)行連續(xù)軋制。內(nèi)徑為610mm。產(chǎn)品特點：因為沒有經(jīng)過退火處理，其硬度很高(HRB大于90)，機(jī)械加工性能極差，只能進(jìn)行簡單的有方向性的小于90度的折彎加工(垂直于卷取方向)。

1 軋機(jī)分類

軋機(jī)可按所軋延的材料分為：軋延鋼材的和軋延鋁、銅等有色金屬的兩類。各類軋機(jī)的工作原理和主要結(jié)構(gòu)基本相同，只是軋延的溫度、壓力和速度有所差異。軋機(jī)中使用最多的是軋鋼機(jī)。軋機(jī)又可分為半成品軋機(jī)和成品軋機(jī)。半成品軋機(jī)主要是開坯機(jī)，包括初軋機(jī)、板坯軋機(jī)和鋼坯軋機(jī)。隨著連鑄機(jī)的逐步推廣，某些裝有連鑄機(jī)的鋼廠已不再使用開坯機(jī)開坯。成品軋機(jī)有型材軋機(jī)、軌梁軋機(jī)、線材軋機(jī)、厚板軋機(jī)、薄板軋機(jī)、帶材軋機(jī)、箔帶軋機(jī)、無縫管軋機(jī)、銅板軋機(jī)、鋁板軋機(jī)和某些特殊軋機(jī)。它們的主要區(qū)別是軋輥的布置和輥的形狀不同，并且在精度、剛度、強(qiáng)度和外形尺寸上也有很大的差別。輔機(jī)是成套的輔助設(shè)備，可分為加工用輔助設(shè)備和儲運(yùn)包裝等輔助設(shè)備。加工輔助設(shè)備包括:切成一定尺寸用的各種鋸床、剪斷機(jī)和圓盤剪;精整軋材用的矯正機(jī)和平整機(jī);熱處理用的各種工業(yè)爐(包括推料出料機(jī))和可控氣氛裝置;表面加工和清理用的除鱗(清氧化皮)、拋丸(鐵丸噴射鋼材表面)、酸洗、清洗、鍍層、涂塑、涂油和打印等機(jī)組。儲運(yùn)包裝輔助設(shè)備有運(yùn)錠車、各種輥道、推床(橫移軋件)、升降臺、翻轉(zhuǎn)機(jī)、回轉(zhuǎn)臺，以及帶材卷取機(jī)、開卷機(jī)、堆垛機(jī)和打捆機(jī)等。此外，軋延機(jī)械還包括復(fù)雜的機(jī)械傳動系統(tǒng)和相應(yīng)的電力拖動系統(tǒng)，以及先進(jìn)的電氣控制系統(tǒng)。

2 軋機(jī)的組成

由主電機(jī)、主傳動和主機(jī)座(工作機(jī)座)組成。主電機(jī)在需要調(diào)速時使用直流電機(jī)，不需要調(diào)速時使用同步或異步(帶飛輪)交流電機(jī)。主機(jī)座由機(jī)架、軋輥、軸承座、壓下裝置和平衡裝置等組成。機(jī)架是承受軋延力的部件，閉式機(jī)架有較好的剛度，但開式機(jī)架換輥較方便。軋輥是軋延金屬的部件，輥身為工作部分，軸頭用于傳動。板材軋輥的輥身形狀稱為輥型，型材軋輥的軋槽稱為孔型。壓下裝置用來調(diào)節(jié)軋輥的壓下量。高速帶材軋機(jī)的厚度自控常由液壓壓下裝置來完成。平衡裝置用于消除壓下螺絲等處游隙的影響，以免受載時產(chǎn)生沖擊。板帶軋機(jī)的主機(jī)座中還設(shè)有液壓彎輥裝置，在輥頸施加附加彎矩而使輥身產(chǎn)生附加撓度，以此來控制帶材的橫向厚度而獲得最佳的板型。

軋機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和性能主要決定于軋輥的布置形式和主機(jī)座的布置形式。

(1)二輥軋機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單、用途廣泛。它分為可逆式和不可逆式。前者有初軋機(jī)、軌梁軋機(jī)、中厚板軋機(jī)等。不可逆式有鋼坯連軋機(jī)、疊軋薄板軋機(jī)、薄板或帶鋼冷軋機(jī)、平整機(jī)等。80年代初最大的二輥軋機(jī)的輥徑為1 500mm，輥身長3 500mm，軋制速度 3～7m/s。

(2) 三輥軋機(jī)：軋件交替地從上下輥縫向左或向右軋制，一般用作型鋼軋機(jī)和軌梁軋機(jī)。這種軋機(jī)已被高效二輥軋機(jī)所取代。

(3) 勞特式三輥軋機(jī)：上下輥傳動,中間輥浮動,軋件從中輥的上面或下面交替通過。因中輥的直徑小，可減少軋延力。常用于軋制軌梁、型鋼、中厚板，也可用于小鋼錠開坯。這種軋機(jī)漸為四輥軋機(jī)所取代。

(4) 四輥軋機(jī)：工作輥直徑較小,傳遞軋制力矩、軋延壓力由直徑較大的支承輥承受。這種軋機(jī)的優(yōu)點是相對剛度高、壓下量大、軋延力小，可軋制較薄的板材。有可逆和連軋兩種，廣泛用作中厚板軋機(jī)、板帶熱軋或冷軋機(jī)以及平整機(jī)等。

(5) 五輥軋機(jī)：有兩種：一種是 C-B-S(接觸-彎曲-拉直)軋機(jī),它是一種帶有使軋件彎曲的小直徑(為工作輥的1/20)空轉(zhuǎn)輥的四輥軋機(jī)，其壓下量比通常的四輥軋機(jī)大許多倍。軋件圍繞小空轉(zhuǎn)輥發(fā)生塑性彎曲變形，可軋制難變形的金屬和合金帶材。另一種是泰勒軋機(jī)，中間小輥的位置可沿軋機(jī)入口或出口方向調(diào)節(jié)，以保持件正確的厚度，用來軋制厚度公差很小的不銹鋼、碳鋼和有色金屬帶材。

(6) HC軋機(jī)：高性能的、可控制輥型凸度的軋機(jī)。相當(dāng)于在四輥軋機(jī)的工作輥與支承輥之間增設(shè)一對可軸向移動的中間輥，并將兩中間輥輥身的相應(yīng)端部分別調(diào)整到與帶鋼兩邊緣對應(yīng)的位置，以提高壓力分布和工作輥彈性壓扁的均勻性，保證帶鋼的尺寸精度并可減少其邊緣的超薄量和開裂等缺陷。HC軋機(jī)宜用作冷軋寬帶鋼。

(7) 偏八輥軋機(jī)：它是四輥軋機(jī)的變型。工作輥直徑為支承輥的 1/6，且作相對的偏移，以防止工作輥的水平彎曲，軋制力比四輥軋機(jī)小一半。工作輥的穩(wěn)定性好、水平剛度高，可用以軋制須用二十輥軋機(jī)軋制的部分產(chǎn)品。它的結(jié)構(gòu)及其調(diào)整卻比二十輥軋機(jī)簡單得多。這種軋機(jī)可改裝為二、四、八、十六輥幾種型式，適宜多品種的需要，因而又稱多用途軋機(jī)。它有可逆和連軋兩種，用于冷軋難變形鋼、硅鋼和有色金屬帶材。

(8) 六輥軋機(jī):由一對工作輥和兩對支承輥組成，有較穩(wěn)定的輥系。但它的剛性與四輥軋機(jī)相仿，且操作不便，因而應(yīng)用不廣，一般用于軋制高精度海底電纜的銅帶。

(9) 多輥軋機(jī)：有十二輥、二十輥和三十六輥 3種型式。軋機(jī)中部一對直徑最小的軋輥是工作輥，其余均為支承輥。它具有相對剛度高、壓下量大、軋延力小、可軋極薄的帶材等優(yōu)點。初期的多輥軋機(jī)由工作輥傳動，后來用中間支承輥傳動。可軋制寬 200～1 000mm，厚0.02～0.0015mm的箔材。

(10) 行星軋機(jī)：兩個大直徑支承輥帶動兩組行星輥系,板坯或扁錠一次通過即可熱軋成薄帶,壓下率達(dá) 90%～95%。若在前道工序配以連鑄機(jī)，后道工序配以平整機(jī)則可簡化熱軋帶鋼的生產(chǎn)工藝。大型行星軋機(jī)的輥身長度可達(dá) 1 450mm。

(11)萬能軋機(jī)：由一組成對的水平輥和立輥組成，所有軋輥都由動力傳動。用于軋制板坯或扁鋼。

(12)萬能鋼梁軋機(jī)：結(jié)構(gòu)與萬能軋機(jī)相似，唯有立輥與水平輥的軸線置于同一垂直平面內(nèi)，而且立輥是從動的。適于軋制高度為300～1 200mm的寬緣鋼梁。

(13)盤式穿孔機(jī)：軋件軸線低于圓盤軸線，圓盤旋轉(zhuǎn)時使軋件頂著芯棒螺旋前進(jìn)，將實心的圓鋼頂軋成空心的毛坯管，適用于軋制φ60～150mm的無縫鋼管。另有一種斜軋式穿孔機(jī)，其鼓形的軋輥斜交并旋轉(zhuǎn)，工作原理與盤式穿孔機(jī)相似，適于軋制φ60～650mm的無縫鋼管。斜軋穿孔機(jī)與自動軋管機(jī)、均整軋機(jī)、定徑(減徑)機(jī)和斜輥矯直機(jī)配套為無縫鋼管熱軋機(jī)組。

(14)輪箍軋機(jī)：由一對立輥軋延輪箍的內(nèi)外圓，一對斜置的錐形輥軋延輪箍的兩端面。用于軋制車輪或滾動軸承的內(nèi)環(huán)和外環(huán)。

(15)圓球軋機(jī)：有一對斜交的帶螺旋半圓槽的軋輥，棒料在旋轉(zhuǎn)的軋輥間螺旋前進(jìn)而被軋成圓球，可軋制直徑60～650mm的圓球。

3 軋鋼設(shè)備及技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 軋鋼設(shè)備的發(fā)展趨勢

軋鋼設(shè)備發(fā)展動向是大型化、連續(xù)化、高速化和自動化。

(1)大型化方面

a)增大綱錠(鋼坯)或帶卷重量。過去初軋機(jī)鋼錠一般為10～20t，現(xiàn)在已加大到40～50t(目前已經(jīng)向全連鑄發(fā)展，從而取消初軋)，熱連軋的最大帶卷重量已有15t增大到45t，冷軋卷重達(dá)60t，線材盤重已達(dá)2～4t。

b)增大軋輥直徑初軋機(jī)軋輥直徑已達(dá)1 300～1 500mm，帶鋼熱軋工作輥已達(dá)760～850mm，精軋機(jī)組的支承輥直徑已增加到1 700mm。

c)增大主電機(jī)功率

(2)高速化方面

寬帶鋼熱連軋速度達(dá)28.6m/s，冷連軋已達(dá)41.5m/s，線材軋機(jī)已達(dá)60～75m/s。

(3)連續(xù)化方面

原有冷、熱連軋、線材軋機(jī)外，尚發(fā)展了寬邊工字鋼連軋機(jī)、無縫鋼管連軋機(jī)、連續(xù)焊管軋機(jī)及圓、方坯連軋機(jī)等。

(4)自動化方面

目前寬帶鋼軋機(jī)的計算機(jī)自動控制水平在各類軋機(jī)中是最高的，從板坯上料到卷取全部采用計算機(jī)控制。冷連軋機(jī)上亦采用了鋼板厚度自動控制(AGC)。平整機(jī)上延伸率自動控制(AEC)和其它自動化措施等。

3.2 國際不銹鋼板帶生產(chǎn)技術(shù)裝備發(fā)展動向

現(xiàn)以不銹鋼板帶生產(chǎn)為例加以介紹。

國際上，不銹鋼板帶生產(chǎn)技術(shù)裝備發(fā)展的特點是設(shè)備大型化，生產(chǎn)連續(xù)化與自動化、檢測在線化。其先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和裝備保證了生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量好，提高了產(chǎn)品的競爭力。

隨著用戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，對產(chǎn)品的薄型化、寬幅化和對價格要求，冷軋不銹鋼板帶生產(chǎn)技術(shù)裝備向以下幾個方面發(fā)展。

(1)提高作業(yè)率，小時產(chǎn)量、收得率及滿足用戶要求為目的，冷軋板帶加工向大型化、薄型化和高速化發(fā)展。

(2)為保證厚度精度，在冷軋機(jī)上配置了壓下AGC、張力AGC、秒流量AGC等自動測量控制系統(tǒng)，厚度精度可達(dá)到微米級。

(3)為保證帶鋼板形平直度，在高速冷軋機(jī)上配置高性能的帶鋼平直度測量及自動控制系統(tǒng)，在精整線上采用拉、彎矯直技術(shù)，使用帶板形儀的六輥HC軋機(jī)作為平整機(jī)，以確保帶鋼板形平直度，可生產(chǎn)平直度達(dá)1-2I的薄帶。

為了能軋出寬而薄的帶鋼，且軋制道次少，軋制時間短，帶鋼尺寸精確，厚度變化小，帶鋼平直度和表面質(zhì)量好，特別是能經(jīng)濟(jì)地軋制高強(qiáng)度薄規(guī)格帶鋼，并保證每道次壓下量及總壓下量大，世界上不銹鋼冷軋機(jī)大多采用小輥徑工作輥的多輥軋機(jī)，也有的采用連續(xù)軋機(jī)軋制不銹鋼板。在多輥軋機(jī)中，二十輥森吉米爾軋機(jī)使用最廣，其它還有德國森德維西公司建造的四柱式二十輥軋機(jī)，以及日本三菱重工建造的十二輥CR軋機(jī)。

3.3 板帶軋制設(shè)備國產(chǎn)化的展望

目前板帶軋機(jī)成套引進(jìn)，板帶軋機(jī)改造也由外國公司承包，其原因是要引進(jìn)國外板形控制的裝備和技術(shù)。動態(tài)設(shè)定型變剛度厚控方法(簡稱DAGC)是我國發(fā)明的，DAGC 技術(shù)創(chuàng)新在于：用于分析法得出軋件擾動可測，APC實現(xiàn)了AGC功能，具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、操作簡便，特別是與其它厚控方法共用具有自動解耦的效能。2002年底，根據(jù)DAGC與監(jiān)控?zé)o相互干擾的特征，修改了監(jiān)控AGC 參數(shù)，使厚控精度進(jìn)一步提高，使30m

的百分?jǐn)?shù)提高了5個百分點以上，30m的占全長比例達(dá)到90%。

要達(dá)到主體設(shè)備立足國產(chǎn)化目的，需要幾家國內(nèi)企業(yè)的合作，其中包括機(jī)械、液壓設(shè)備制造、電氣及自動化控制等。經(jīng)過近三十年在此領(lǐng)域的積累，我們已基本掌握了熱軋、冷軋帶鋼全過程的工藝和設(shè)備、自動化控制的常規(guī)技術(shù)；國內(nèi)設(shè)備制造廠家通過多年和國外廠家進(jìn)行合作制造也基本具有了板帶鋼設(shè)備的制造、加工手段和技術(shù)；自動化控制的硬件目前基本上仍依靠引進(jìn)，但基礎(chǔ)自動化和過程控制的軟件有待進(jìn)一步消化。