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(shù)是熱連軋生產(chǎn)線成品板形精度控制的核心技術(shù)。作為最關(guān)鍵核心的彎竄裝置，具有改造關(guān)系復(fù)雜、投資影響較大、改造難度大等特點。針對以上問題，以國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)1 580 mm熱連軋生產(chǎn)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(shè)備改造范圍，為彎竄裝置的改造提供了技術(shù)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(chǎn)能過?，F(xiàn)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(chǎn)品質(zhì)量、延伸產(chǎn)品規(guī)格，成為生產(chǎn)線升級改造的目標(biāo)。熱軋彎輥及竄輥(以下簡稱彎竄)技術(shù)作為現(xiàn)代化熱軋生產(chǎn)線實現(xiàn)板形控制的核心技術(shù)之一[1]，是熱軋生產(chǎn)線改造中的核心關(guān)注點。彎竄裝置是彎竄技術(shù)的執(zhí)行機構(gòu)，安裝在精軋機機架窗口的中部，受限于精軋機機架窗口內(nèi)空間、設(shè)備結(jié)構(gòu)等綜合因素影響，其改造具有關(guān)聯(lián)設(shè)備多、空間狹小、改造設(shè)計難度大、施工周期長、投資費用高等特點。設(shè)計中稍有考慮不周，都可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，導(dǎo)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(shè)計輸入

國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)1 580 mm熱連軋生產(chǎn)線，其原精軋機組未設(shè)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(chǎn)線的彎竄改造為例，探討熱軋彎竄裝置改造思路。

彎竄技術(shù)的主要作用有控制產(chǎn)品板形質(zhì)量、均勻軋輥磨損、減少換輥次數(shù)等[1]。因此，彎竄改造的目的往往是根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)情況提出一個具體的指標(biāo)。實現(xiàn)這樣的改造目標(biāo)，是一個多專業(yè)協(xié)同的過程。其中，落實到彎竄裝置的設(shè)備改造只有2個參數(shù)：彎輥力和竄輥量。以示例生產(chǎn)線的彎竄改造項目為例，經(jīng)軋制工藝模擬計算后，設(shè)備參數(shù)擬增加彎輥力至1 300 kN/軸承座，增設(shè)竄輥裝置，竄輥量±150 mm。

2 可行性分析

2.1 彎竄的結(jié)構(gòu)型式選擇

彎竄裝置的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)型式的選擇需要考慮的因素較多，主要有設(shè)備布置空間、工作輥軸承的受力優(yōu)化、彎竄裝置內(nèi)部襯板的磨損、彎竄裝置的拆卸維護、油路的配置、客戶的習(xí)慣等。

對于示例的1 580 mm彎竄改造，經(jīng)多方面反復(fù)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(jié)構(gòu)。

2.2 彎輥裝置的可行性分析

彎輥力是彎輥裝置設(shè)計的核心參數(shù)。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(xiàn)有軸承外形尺寸：?390×?510×350 mm

軸承額定動態(tài)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(dān))

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(chǎn)中不可能同時在最大載荷及最大速度下運行，根據(jù)經(jīng)驗按70%的最大載荷和70%的最大速度計算壽命[2-3]。經(jīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計及強度校核。若仍無法滿足要求，則表明彎輥力選擇的數(shù)據(jù)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(yīng)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(jù)材料力學(xué)彎扭合成強度相關(guān)理論，對示例的1 580 mm彎竄改造軋輥進行校核，結(jié)果見表1。

表1 軋輥校核數(shù)據(jù)

通過表1的計算結(jié)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(dǎo)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(biāo)設(shè)備，各部位的尺寸關(guān)系復(fù)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(jié)果(圖4)顯示最大應(yīng)力值為114.8 MPa，軸承座應(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(fù)校核過程。

4) 彎輥塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

彎輥塊結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜程度更高，需要與前邊的校核計算反復(fù)交織進行。

如圖5所示，首先根據(jù)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(jù)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(shè)計。若空間不足，則需要協(xié)調(diào)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(jié)構(gòu)設(shè)計可行為止，然后再對因彎輥結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計再行調(diào)整，如此反復(fù)，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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)果表明結(jié)論可行。

2.3 竄輥裝置的可行性分析

竄輥量是彎輥裝置設(shè)計的核心參數(shù)。竄輥裝置的可行性主要取決于結(jié)構(gòu)自身對工作輥換輥的影響、輥身加長后機架內(nèi)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(cè)，而工作輥換輥時也是從操作側(cè)窗口內(nèi)移出機外，因此，竄輥缸的設(shè)計必須保證不能影響工作輥換輥時的移出。可行性分析主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計。以示例的1 580 mm彎竄改造為例，最終的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上的復(fù)雜程度而已，需要做大量的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

圖6 竄輥裝置結(jié)構(gòu)

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(jù)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(shè)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(xiàn)有工作輥輥身加長300 mm，需要更新。

② 現(xiàn)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(jīng)核算，現(xiàn)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(dǎo)致對相關(guān)件的影響，需要從技術(shù)上確認(rèn)各相關(guān)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(jié)合新工作輥輥身加長后在機架窗口內(nèi)的極限位置情況，根據(jù)圖7所示，經(jīng)過計算，新主傳動最大的工作擺角為1.73°，該數(shù)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(jié)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(guān)系進行重新調(diào)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(jié)合兩者的結(jié)果，就可以最終確定彎竄裝置改造的設(shè)備改造范圍。

以示例的1 580 mm彎竄改造為例，經(jīng)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(jié)構(gòu)、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(shè)備改造等。

完成上述可行性分析并確認(rèn)改造范圍后，即可按分析計算結(jié)果進行改造設(shè)計并實施。

4 結(jié)束語

彎竄技術(shù)改造是熱軋生產(chǎn)線改造的重要部分，除了彎竄技術(shù)自身對產(chǎn)品的板形質(zhì)量、軋制工藝生產(chǎn)安排等至關(guān)重要外，彎竄裝置的改造空間狹小，結(jié)構(gòu)關(guān)系復(fù)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(chǎn)以來運行良好，產(chǎn)品質(zhì)量和軋輥更換周期均滿足改造預(yù)期要求。

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(責(zé)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(shè)備設(shè)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(xué)學(xué)報(自然科學(xué))，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