冷軋電工鋼森吉米爾軋機研究進展

武佳蕾

（北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京100029）

1 前言

電工鋼主要用于制造變壓器和電動機的鐵芯以及其他導磁元件，是重要的節能型功能材料。電工鋼具有硅含量高、變形抗力大、加工脆性大、斷帶率高的特點。與一般冷軋相比，電工鋼冷軋更加復雜，為獲得期望的電磁和機械特性，軋制工藝需要滿足幾何公差、壓下率、板溫等要求。

冷軋機是電工鋼生產的關鍵設備，除中低牌號鋼外，硅鋼一般采用可逆式軋機軋制，機型主要有CVC 四輥軋機、CVC六輥軋機、UCM 六輥軋機、森吉米爾二十輥軋機等。其中森吉米爾軋機具有整體剛性大、工作輥徑小等特點，是軋制電工鋼廣泛采用的理想機型。

2 森吉米爾軋機特點

森吉米爾軋機采用單機架可逆式布置，主要設備包括：主軋機、開卷機、左卷取機、右卷取機等，設備平面布置簡圖如圖1所示。

圖1 20輥森吉米爾軋機結構簡圖

森吉米爾主軋機機架為零凸度整體鑄鋼結構，外形尺寸緊湊，剛度高。軋機輥系為“l－2－3－4”形式的多層軋輥排列，工作輥由塔形結構支持，軋制力從工作輥通過中間輥呈放射狀傳遞到各支撐輥上，進而傳遞到整體機架上。森吉米爾軋機工作輥徑小，軋制載荷作用下，機架寬度方向上變形均勻分布，因此軋制時自由寬展小，邊部減薄和裂邊傾向小，道次壓下率高，有利于提高成材率，減少斷帶事故，保證軋件尺寸精度［1］。

森吉米爾二十輥軋機具備多種調整機構。最主要的調整機構有壓下調整機構、A－SU 調整機構（徑向調整機構），一中間輥調整機構（軸向調整機構），下壓上調整機構、楔形塊調整機構，軋輥直徑補償調整機構等，通過調整機構實現厚度、板形自動控制。

3 森吉米爾軋機研究進展

3.1 軋機結構

森吉米爾二十輥軋機整體機架剛度高，工作輥徑小，但也存在缺點諸如軋機開口度小，配輥復雜等缺點。近年來，軋機結構也在不斷優化改進。森吉米爾軋機開口度增加，則軋制工程中的穿帶、斷帶處理更容易，便于軋輥輥徑管理，并且適應硅鋼高溫軋制和板溫調整。美國I2S 和Sendzimir公司最新開發的ZR22BE，通過增加壓下行程和軋制線高度調整行程，在保持零凸度整體牌坊基礎上，獲得更寬的開口范圍，最大達到27mm。此外，在保持零凸度設計條件下出現了分體式森吉米爾機架，采用德國Frohling專利，將上、下分體機架裝入雙牌坊閉口式機架中，機架開口度達250mm 左右。法國DMS公司與Sendzimir公司合作推出分體式森吉米爾軋機，兩部分在機架四角由4個液壓缸緊密地合上，機架可允許130mm 的開口度。日本MH 公司開發分體牌坊式大型森吉米爾軋機（HZ－Mill），并采用雙A－SU 輥形調節機構確保了電工鋼板形控制能力，工作輥輥縫達80mm 左右［2］。

3.2 厚度控制研究

森吉米爾軋機具有先進的厚度閉環控制系統AGC，用于消除軋制過程中產生的帶鋼縱向長度上的厚度差。厚度控制系統是通過測厚儀或傳感器（如輥縫儀和壓頭等）連續地測量帶鋼實際厚度，并根據實測值與給定值相比較后的偏差信號，通過控制回路和裝置或計算機的功能程序，改變軋機壓下位置、軋制張力或速度等，將板帶的厚度控制在允許偏差范圍內。

目前，森吉米爾軋機配置了完善的測厚、測速、壓力、張力等檢測儀表，采用前饋AGC、反饋AGC、壓力AGC、秒流量AGC、張力AGC和加減速厚度補償等多種AGC控制技術，提高了帶鋼厚度控制精度。文獻［3］等采用以秒流量AGC為控制系統核心部分，前饋AGC、反饋AGC、加減速厚度補償為輔助AGC 形式的組合的控制策略，使帶鋼厚度偏差消除的效果明顯，提高了薄板帶材的產品質量［3］。

3.3 板形控制研究

由于森吉米爾軋機的工作輥徑小，與帶鋼的接觸面積小，彈性變形復雜，對軋制板形不利，所以軋制過程板形控制非常重要，通過精確的板形控制消除軋制過程中產生的帶鋼橫向寬度上的厚度差，從而避免鋼帶斷帶，獲得良好板形，提高硅鋼片疊片系數，降低磁滯伸縮。

森吉米爾軋機板形控制主要是由板形調節機構，測量裝置，控制和運行模型組成的閉環控制AFC。除此之外，目前森吉米爾二十輥軋機的板形自動控制系統還具備溫度補償和邊部補償功能。森吉米爾軋機開發了動態凸度調節，通過調節上部背襯輥“B”和“C”軸上的各個軸承高度來實現的，允許操作人員在軋機上實現凸度和錐度的增加和減少；開發了w 設計，即“B”、“C”和“A”、“D”備襯輥均有彎曲調整裝置，通過單個液壓伺服閥單獨控制各液壓缸進行垂直移動。日本MH 公司雙AS－U 輥形調整機構可使支承輥進行單獨調節，調整量大，在軋制過程中還可以通過高響應速度的中間輥彎曲來調整板形，綜合板形控制能力較強。

控制模型方面，針對傳統板形預測模型的固有缺陷，文獻［4］建立了基于神經網絡的森吉米爾軋機板形預測模型。經冷軋實測數據驗證，模型具有較高的預測精度。文獻［5］研究森吉米爾軋機的板形變化規律，采用影響函數法建立了多輥系彈性變形仿真模型，對現有板形調控、輥型設計等方面提出了改進方案。文獻［6］以某硅鋼廠ZR22BS－42型森吉米爾軋機輥系為研究對象，從軋輥打滑條件判定，輥系的力矩計算和考慮滑動摩擦和帶材張力的情況下建立和完善現有輥系力學模型，計算求解輥間接觸力以及啟動力矩。文獻［7］采用接觸元雙坐標法建立森吉米爾二十輥軋機輥系變形模型，分析第一中間輥橫移量對板形的影響，掌握了板形控制能力以及板形調整機構對板形的調控規律。文獻［8］基于MATLAB語言開發了分析二十輥軋機板形控制性能的輥系－軋件一體化仿真模型及軟件工具，可以滿足輥系變形在線計算的需求，對國內某廠森吉米爾軋機輥系及軋件的變形行為進行了仿真計算，得到了不同工況下承載輥縫曲線、ASU 調節特性、第1中間輥軸向橫移對邊降的控制能力、第2中間輥隨動輥凸度對板形調控性能影響、輥間接觸壓力分布等結果，進而分析了軋制過程中各板形控制手段的調控能力。電工鋼實際生產過程中，技術人員對森吉米爾板形檢測機構、調整系統設計制造不斷改進，取得良好效果［9，10］。

4 結語

隨著科技和工業的發展，森吉米爾二十輥軋機在電工鋼軋制領域得到了很大的發展和廣泛應用，對森吉米爾軋機的不斷研究，必將使其在電工鋼軋制發揮優良性能，從而獲得理想的電工鋼產品質量。

［1］潘純久.20輥軋機及高精度玲軋帶生產［M］.北京：冶金工業出版社，2007.

［2］有田一豊，冨野貴義，高田貴嗣.軋制電工鋼板的可逆軋機［J］.上海金屬，2007，Vol.29（5）：37－40.

［3］粟中慶，王京，王偉.二十輥單機架可逆冷軋機AGC 系統的研究與應用［J］.內蒙古科技大學學報，2011，Vol.30（3）：244－248.

［4］趙紅雁.森吉米爾軋機板形預測的神經網絡方法［J］.鋼鐵研究，2001，Vol.4（2）：25－27.

［5］王崇濤，方康玲.森吉米爾軋機的板形控制［J］.軋鋼，2005，Vol.22（4）：14－16.

［6］張耀兵.20輥森吉米爾軋機輥系力學分析與計算［D］.武漢科技大學，2012.

［7］劉云飛，黃煜，趙曉輝，孫亞波，閆冬.森吉米爾二十輥軋機第一中間輥橫移影響特性分析［J］.重型機械，2013（1）：2－6.

［8］張清東，代暢，文杰，張曉峰，秦劍.二十輥森吉米爾軋機板形調控性能仿真研究［J］.軋鋼，2013，Vol.30（3）：1－6.

［9］袁明，吳國榮，劉亮，邢明銀，李剛，董濤.冷軋硅鋼森吉米爾軋機板形輥故障分析與解決［J］.冶金設備，2010特刊（1）：79－80.

［10］徐傳偉，孫云飛.森吉米爾軋機板形軸向調整系統改進［J］.冶金設備，2012特刊（195）：38－40.