馬慶龍，李文龍

(大連民族大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，遼寧 大連 116605)

20輥森吉米爾(Sendzimir)軋機(jī)是冷軋帶鋼的核心設(shè)計(jì)之一，具有輥系復(fù)雜、工作輥徑小、道次壓下量大和軋制能耗低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高強(qiáng)度鋼和極薄帶材的生產(chǎn)[1-2]。20輥軋機(jī)由于工作輥輥徑小，因而可極大的降低軋制壓力。對(duì)于軋制能耗，軋機(jī)軋制過(guò)程中的能量消耗主要用于克服金屬變形和輥間摩擦兩部分，對(duì)于普通4輥和6輥軋機(jī)而言，輥間摩擦可以忽略，但對(duì)于20輥軋機(jī)而言，由于輥系眾多且復(fù)雜，輥間摩擦不可忽略[3-4]。

有關(guān)20輥軋機(jī)的研究工作，主要集中在輥系結(jié)構(gòu)、輥系受力分析和板形控制等方面[5-7]。對(duì)于20輥軋機(jī)軋制能耗的研究，多為定性分析，而無(wú)定量計(jì)算。本文針對(duì)20輥軋機(jī)軋制過(guò)程中的噸鋼電耗進(jìn)行研究，定量研究其驅(qū)動(dòng)電機(jī)能量消耗情況，并與6輥軋機(jī)軋制過(guò)程噸鋼電耗進(jìn)行對(duì)比，從而為20輥軋機(jī)的使用提供參考。

1 軋制規(guī)程計(jì)算

1.1 輥系結(jié)構(gòu)

20輥軋機(jī)輥系是按1-2-3-4呈塔形布置，上下對(duì)稱布置在機(jī)架的8個(gè)梅花孔內(nèi)，如圖1。輥系由兩個(gè)工作輥(S、T)，四個(gè)第一中間輥(O、P、Q和R)，6個(gè)第二中間輥(I、J、K、L、M和N)和8個(gè)支撐輥(A、B、C、D、E、F、G和H)組成。位于中線兩側(cè)的四個(gè)第二中間輥I、K、N 和 L為驅(qū)動(dòng)輥，其余16根軋輥通過(guò)軋輥之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)，帶材在兩個(gè)工作輥S和T之間進(jìn)行軋制，軋制壓力通過(guò)工作輥、第一中間輥、第二中間輥和支撐輥呈分散狀傳遞到軋機(jī)機(jī)架。

圖1 20輥Sendzimir軋機(jī)輥系結(jié)構(gòu)

1.2 噸鋼電耗模型

對(duì)冷軋機(jī)組而言，其電耗主要來(lái)自驅(qū)動(dòng)電機(jī)的消耗，本文僅對(duì)主軋機(jī)的噸鋼電耗進(jìn)行研究，并對(duì)不同機(jī)型電耗情況進(jìn)行對(duì)比，因此，計(jì)算過(guò)程中僅考慮軋機(jī)本身驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電耗，而對(duì)開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)等設(shè)備的電耗不予考慮。機(jī)組噸鋼電耗是指機(jī)組每生產(chǎn)1噸帶鋼所有道次電耗的總和

(1)

式中：F為軋制過(guò)程中的噸鋼電耗；i為軋制道次編號(hào)；n為軋制總道次；Pi為軋機(jī)第i道次的驅(qū)動(dòng)功率；ρ為帶鋼的密度；B為帶鋼寬度；hi為第i道次出口帶鋼厚度；vi為第i道次出口軋制速度。

軋制過(guò)程中第i道次的驅(qū)動(dòng)功率

(2)

式中：ηi為軋機(jī)第i道次的效率；Mi為軋機(jī)第i道次的驅(qū)動(dòng)力矩；R為軋機(jī)工作輥半徑；fi為軋機(jī)第

i道次的前滑值。

軋機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩包括兩部分，即克服金屬變形的軋制力矩和克服輥系間摩擦的摩擦力矩，對(duì)于6輥軋機(jī)而言，摩擦力矩較小，可忽略不計(jì)，而對(duì)于20軋機(jī)而言，由于輥系眾多且復(fù)雜，輥系間摩擦力矩占較大比重，必須予以考慮，關(guān)于20輥軋機(jī)輥間摩擦力矩的計(jì)算可參看文獻(xiàn)[2]，在此不再贅述。

1.3 計(jì)算參數(shù)與軋制計(jì)劃

采用6輥軋機(jī)和20輥軋機(jī)分別對(duì)相同規(guī)程進(jìn)行模擬計(jì)算，軋機(jī)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 軋機(jī)主要參數(shù)

軋制帶材采用CQ級(jí)，分別采用兩種規(guī)格帶材進(jìn)行計(jì)算，主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 軋制帶材主要參數(shù)

2 結(jié)果分析

為增加可比性，在軋制規(guī)程設(shè)定過(guò)程中選用相同參數(shù)，包括道次壓下量、入口張應(yīng)力、出口張應(yīng)力和軋制速度等，采用6輥軋機(jī)和20輥軋機(jī)分別對(duì)同一軋制規(guī)程進(jìn)行計(jì)算，分析計(jì)算結(jié)果。算例1和算例2的軋制規(guī)程主要參數(shù)見(jiàn)表3和表4。

表3 軋制規(guī)程主要參數(shù)(算例1)

表4 軋制規(guī)程主要參數(shù)(算例2)

采用6輥軋機(jī)和20輥軋機(jī)進(jìn)行軋制時(shí)的軋制壓力對(duì)比情況如圖2。在相同規(guī)程情況下，采用20輥軋機(jī)可明顯降低軋制壓力。

(a) 算例1

(b)算例2

采用6輥軋機(jī)和20輥軋機(jī)進(jìn)行軋制時(shí)的驅(qū)動(dòng)功率對(duì)比情況如圖3。算例1中，1、2、3道次采用20輥軋機(jī)可明顯降低驅(qū)動(dòng)功率，而4、5兩道次區(qū)別并不明顯；算例2中，1、2兩道次采用20輥軋機(jī)可明顯降低驅(qū)動(dòng)功率，而3、4、5三道次則區(qū)別不明顯，甚至出現(xiàn)采用20輥軋機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率高于6輥軋機(jī)的情況。

(a) 算例1

(b)算例2

究其原因，是在初始道次帶材較厚，軋制力矩較大且其在整個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩中所占比重較大，而20輥軋機(jī)由于軋制力降低明顯，因而可明顯降低驅(qū)動(dòng)功率。在4、5道次中，帶材較薄，軋制力矩變小，而輥系間的摩擦力矩所占比重增大，20輥軋機(jī)輥系間的摩擦力矩較大，因而會(huì)出現(xiàn)在帶材較薄時(shí)20輥軋機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率與6輥軋機(jī)接近，甚至更大的情況，帶材越薄，這種情況越明顯。

利用式(1)對(duì)軋制過(guò)程噸鋼電耗進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表5。采用20輥軋機(jī)可明顯降低軋制過(guò)程中的噸鋼電耗，算例1中，采用20輥軋機(jī)的噸鋼電耗較6輥軋機(jī)小27.39%，算例2中，采用20輥軋機(jī)的噸鋼電耗較6輥軋機(jī)小11.94%，軋制帶材較厚時(shí)，噸鋼電耗下降更為明顯。

表5 軋制過(guò)程噸鋼電耗

3 結(jié) 論

本文以20輥軋機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)20輥軋機(jī)軋制過(guò)程中的噸鋼電耗進(jìn)行了分析，并與傳統(tǒng)6輥軋機(jī)進(jìn)行對(duì)比。

(1)對(duì)于驅(qū)動(dòng)功率而言，當(dāng)軋制帶材較厚時(shí)，采用20輥軋機(jī)可明顯降低驅(qū)動(dòng)功率，而當(dāng)軋制帶材較薄時(shí)，由于輥間摩擦力矩所占比例增大，采用20輥軋機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率與6輥軋機(jī)并無(wú)明顯區(qū)別，甚至大于6輥軋機(jī)。

(2)使用20輥軋機(jī)可明顯降低軋制過(guò)程中的噸鋼電耗，與6輥軋機(jī)相比，本例中噸鋼電耗可降低11.94%～27.39%，軋制帶材較厚時(shí)，噸鋼電耗下降更為明顯。

[1] 賀毓辛. 軋制工程學(xué)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2010.

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