本鋼冷軋廠重卷矯直機(jī)壓下調(diào)整及工藝優(yōu)化研究

莊傳鐵

（本鋼冷軋廠，遼寧 本溪117021）

2004年9月，本鋼冷軋廠對(duì)重卷機(jī)組進(jìn)行改造，在重卷線上飛剪前安裝一套五重式精矯機(jī)，通過反復(fù)彎曲來(lái)改善板帶的瓢曲和浪形缺陷，提高冷卷板形質(zhì)量及產(chǎn)品級(jí)別。

1 輥式矯直機(jī)工作原理

如圖1所示，輥式矯直機(jī)是由上、下兩排相互交錯(cuò)排列的矯正輥、機(jī)架和傳動(dòng)裝置所組成。被矯鋼材通過上述排列的輥?zhàn)樱枚啻畏磸?fù)彎曲得到矯正。輥式矯直機(jī)是板帶材所用的主要矯直設(shè)備，重卷矯直機(jī)為輥式精矯機(jī)，遵循輥式矯直機(jī)的基本工作原理。矯直方案分為小變形量矯直方案和大變形量矯直方案［1］。

圖1 帶鋼經(jīng)過輥式矯直機(jī)過程簡(jiǎn)圖

2 重卷矯直機(jī)特點(diǎn)及工作原理

重卷矯直機(jī)主要設(shè)備參數(shù)為：輥徑：44.45mm；輥距：47.63mm；輥數(shù)：17；輥身長(zhǎng)度：1 700mm；具有較明顯的輥徑小、輥距小、加工規(guī)格范圍大、矯直效果好、精度高等優(yōu)點(diǎn)（相對(duì)于R1線矯直機(jī)的輥徑：50mm、輥距：55mm；可生產(chǎn)0.5～3.0mm厚帶鋼，而R1、R2線矯直機(jī)加工規(guī)格范圍分別為0.5～1.2mm和1.2～3.0mm）。

但在生產(chǎn)厚規(guī)格料時(shí)，工作輥輥身及表面承受壓力大；與R1線同樣的機(jī)組速度下，其工作輥相對(duì)轉(zhuǎn)速高。這樣就加大了工作輥的磨損速度，及在帶鋼表面產(chǎn)生輥印的頻率。這也是重卷矯直機(jī)換棍周期短的主要原因之一。

如圖2所示，重卷矯直機(jī)為十七輥精矯機(jī)（上八輥下九輥），為五重式，即上表面三重，下表面二重，調(diào)整方式為液壓調(diào)整。上工作輥與支持輥之間為九根中間輥，可以大大減輕帶鋼表面的支持輥油印和暗印缺陷。

圖2 重卷矯直機(jī)軸向視圖

如圖3所示，上、下支持輥均為七列，上支持輥水平固定在機(jī)架上，下支持輥輥架的入、出口側(cè)均裝有傳感器和液壓缸。根據(jù)來(lái)料材質(zhì)、厚度及板形情況，可方便、準(zhǔn)確調(diào)整入、出口壓下量。每個(gè)液壓缸可單獨(dú)調(diào)整，可以針對(duì)來(lái)料不同部位的板形缺陷進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。這樣可從整體及局部上更大程度的改善板形缺陷。

圖3 重卷矯直機(jī)機(jī)組中心線方向視圖

重卷矯直機(jī)中間輥軸承可在一定范圍內(nèi)橫向移動(dòng)，這樣在矯直帶鋼時(shí)可消除中間輥與軸承間產(chǎn)生不利的橫向作用力。避免了該作用力對(duì)帶鋼矯直效果及軸承使用壽命帶來(lái)的不利影響。

3 對(duì)不同來(lái)料分類研究

項(xiàng)目組主要通過對(duì)不同材質(zhì)、厚度、寬度、板形的來(lái)料矯直參數(shù)進(jìn)行分類跟蹤調(diào)整，大量收集原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行綜合分析，從而找出最佳矯正參數(shù)。

3.1 按材質(zhì)分類

普碳鋼（st12、st13、SPCC）、深沖鋼（st14、st15及st15以上級(jí)別鋼）、特殊鋼種（BGD等）。

課后交流，同事總結(jié)說：“楊老師，你的這堂課，有朗讀、靜思、討論、爭(zhēng)鳴、共識(shí)、多元評(píng)價(jià)，充滿學(xué)科特點(diǎn)、人文元素且智慧啟迪。你說的話少，卻又畫龍點(diǎn)睛。滿堂課沒有花樣，卻有氛圍。讓人感覺意猶未盡，聽了還想聽。”

3.1.1 普碳鋼：st12、st13、SPCC等。料塑性、硬度均適中，并且生產(chǎn)量比較大。其矯直參數(shù)的標(biāo)定具有典型的代表性。對(duì)于普碳鋼矯直板形時(shí)，矯直機(jī)入口可投入較大壓下量。即采用大變形量矯直方案缺陷，可有效地改善板形。結(jié)合不同板形缺陷可以單獨(dú)調(diào)整下支持輥，對(duì)帶鋼局部缺陷進(jìn)行矯直。

3.1.2 深沖鋼：st14、st15及st15以上級(jí)別鋼。鋼板的材質(zhì)較軟，塑性好（較普碳鋼）。生產(chǎn)中可適當(dāng)增加矯直機(jī)入口壓下量，板形改善較明顯。但隨著壓下量的增大，帶鋼內(nèi)部將產(chǎn)生殘余應(yīng)力，材料性能有所改變；同時(shí)帶鋼表面與矯直機(jī)工作輥間接觸應(yīng)力增加，工作輥磨損速度及輥印的出現(xiàn)頻率增加。因此在矯直深沖鋼時(shí)，在板形允許的前提下，采用小壓下量、小變形量矯正方案。

3.1.3 特殊鋼：BGD等。鋼板的材質(zhì)較脆硬、塑性差。矯直時(shí)應(yīng)給予較小的壓下量，板形改善效果不如普通料。

3.2 按厚度分

薄規(guī)格（≥0.5mm～1.2mm）、常規(guī)規(guī)格（≥1.2mm～2.0mm）、厚規(guī)格（≥2.0mm～3.0mm）。

3.2.1 薄規(guī)格（≥0.5mm～1.2mm）。薄規(guī)格帶鋼產(chǎn)品的板形要求及控制難度均較高。通過2005年1—10月對(duì)薄規(guī)格產(chǎn)品跟蹤統(tǒng)計(jì)顯示，我廠薄規(guī)格產(chǎn)品板形缺陷比例為：浪形10.5%、瓢曲3.0%、隆起5%。因此，在生產(chǎn)其他缺陷產(chǎn)品時(shí)，矯直參數(shù)設(shè)定應(yīng)主要針對(duì)浪形進(jìn)行局部板形缺陷矯正調(diào)整。對(duì)于其他缺陷產(chǎn)品的矯直應(yīng)采用常規(guī)矯直。

3.2.2 常規(guī)規(guī)格（≥1.2mm～2.0mm）。帶鋼生產(chǎn)中，一般選用常規(guī)規(guī)格，生產(chǎn)量較大的產(chǎn)品作為典型產(chǎn)品。生產(chǎn)廠對(duì)于典型產(chǎn)品的質(zhì)量、性能控制也是最完善的。從我廠2005年1—10月產(chǎn)品缺陷分析中可以看出：常規(guī)規(guī)格板形缺陷中，浪形6.5%、瓢曲4.5%、隆起4%，板形缺陷分布比較均勻，且缺陷量低于薄、厚規(guī)格產(chǎn)品。因此，對(duì)常規(guī)規(guī)格產(chǎn)品矯直時(shí)主要采用常規(guī)矯直，特殊情況特殊對(duì)待。

3.2.3 厚規(guī)格（＞2.0mm～3.0mm）。厚規(guī)格帶鋼隨著厚度的增加，在矯直過程中反彎力增大，對(duì)矯直機(jī)的矯直能力提出更高的要求。在矯直帶鋼時(shí)由于矯直力較大，使得工作輥軸承支持力較大，軸承瓦座會(huì)在較大壓力下摩擦產(chǎn)生大量熱量，溫度快速升高導(dǎo)致油膜變薄，易出現(xiàn)軸承瓦座研死等故障。我廠2005年1—10月重卷線產(chǎn)品缺陷分析顯示：浪形：5%，瓢曲：9.5%，隆起：4.5%。板形缺陷中瓢曲為主要缺陷。在矯直參數(shù)設(shè)定時(shí)應(yīng)主要針對(duì)瓢曲進(jìn)行設(shè)定，其他缺陷按常規(guī)矯直法矯正。

薄規(guī)格料表面質(zhì)量要求嚴(yán)于中、厚規(guī)格，并在對(duì)薄規(guī)格料矯正時(shí)，矯直壓力較小，對(duì)輥面的磨損較小。因此，排產(chǎn)時(shí)應(yīng)遵循先薄后厚的原則。

3.3 按寬度分：窄規(guī)格料（≤1 150mm）：927mm、1 000mm

寬規(guī)格料（＞1 150mm）：1 250mm、1 320mm。

3.3.1 窄料（≤1 150mm）：927mm、1 000mm。圖4為寬1 000mm的鋼板通過矯直機(jī)出口時(shí)的狀態(tài)，鋼板邊緣剛好通過第3、5列支持輥部位而沒有達(dá)到第2、6列支持輥部位。在對(duì)其局部板形缺陷矯直時(shí)主要調(diào)整3、4、5列支持輥，1、2、6、7列支持輥可做輔助調(diào)整，以保證工作輥在各相鄰支撐輥間受力平緩過渡。在鋼板通過矯直機(jī)時(shí)，矯直機(jī)工作輥面與鋼板邊部接觸的部位會(huì)出現(xiàn)接觸應(yīng)力突變。這一部位的輥面易被磨損。如繼續(xù)生產(chǎn)寬規(guī)格料，就會(huì)出現(xiàn)“規(guī)格輥印”。因此，排產(chǎn)時(shí)應(yīng)遵循先寬后窄的原則。

圖4 1 000mm板通過矯直機(jī)出口時(shí)的狀態(tài)圖

3.3.2 寬料（＞1 150mm）：1 250mm、1 320mm。圖5為寬1 250mm的鋼板通過矯直機(jī)時(shí)的狀態(tài)。鋼板邊緣剛好通過第2、6列支持輥部位，也沒有達(dá)到第1、7列支持輥部位。在對(duì)鋼板進(jìn)行局部板形缺陷矯直時(shí)應(yīng)對(duì)第2、3、4、5、6列支持輥進(jìn)行調(diào)整，第1、7列支持輥可做輔助調(diào)整。

圖5 1 250mm板通過矯直機(jī)時(shí)的狀態(tài)

其他寬度規(guī)格鋼板按以上方法視具體情況而定。

3.4 按板形分：浪形、瓢曲、隆起

3.4.1 浪形一般認(rèn)為，浪形缺陷的出現(xiàn)來(lái)源于板寬方向上各縱向纖維的延伸不均［2］。延伸較大的部分被迫受壓，而延伸較小者則被迫受拉。拉伸作用不會(huì)引起板形問題；但是當(dāng)壓縮應(yīng)力超過一定臨界值時(shí)，該部分板材便會(huì)出現(xiàn)類似受壓桿件喪失穩(wěn)定那樣的問題。表現(xiàn)為在壓縮力的作用下該部分板材將產(chǎn)生不同形式的屈曲。如果受壓纖維處在帶鋼中部，則易形成的中浪；若受壓纖維處在帶鋼邊部，則易形成的邊浪（單邊或雙邊浪）。

重卷矯直機(jī)橫向7列下支持輥均可單獨(dú)調(diào)節(jié)。針對(duì)中浪，應(yīng)采用如下方法進(jìn)行局部矯直：如圖所示：將位于中部（浪形所在位置）的第4列支持輥壓下量調(diào)小，增加第1、7列端部支持輥壓下量。其他支持輥壓下量調(diào)整應(yīng)保持如圖6所示的平滑過渡曲線，以避免相鄰兩輥間壓下量突變對(duì)工作輥帶來(lái)的損傷。這樣在重卷機(jī)組張力作用下，在帶鋼寬度方向上，位于兩端部的縱向纖維有一定延伸，而位于中部的纖維則不產(chǎn)生延伸。這樣位于中間位置的浪形將得到改善。同樣的方法，適用于邊浪、肋浪及隆起等缺陷的局部矯正。

圖6 針對(duì)中浪的液壓缸壓力調(diào)節(jié)圖

3.4.2 瓢曲。不同于浪形缺陷，瓢曲缺陷在帶鋼寬度方向上無(wú)明顯的局部板形缺陷分布特征，則在寬度方向的浪彎缺陷沒有局部的調(diào)整手段。因此，對(duì)于瓢曲缺陷的矯直，無(wú)法采用局部缺陷矯直法進(jìn)行矯直。只能采用常規(guī)大變形量矯直法，矯平帶鋼長(zhǎng)度方向的板形缺陷，而寬度方向不均勻分布的板形缺陷是輥式矯直機(jī)所無(wú)法改善的。

圖7 帶鋼經(jīng)過矯直機(jī)矯直過程簡(jiǎn)圖

如圖7所示，帶鋼在經(jīng)過第二排工作輥時(shí)被給予較大的反彎力，產(chǎn)生反彎曲率（遠(yuǎn)大于來(lái)料的最大原始曲率）；經(jīng)過第3排工作輥時(shí)被給予次大的反彎力；依次遞減。使帶鋼在經(jīng)過前4～5排工作輥后，長(zhǎng)度方向上曲率完成統(tǒng)一。保持出口工作輥開口度與帶鋼厚度相同，這樣在后續(xù)工作輥反彎力作用下較好的完成對(duì)帶鋼長(zhǎng)度方向曲率的改善。直到出口時(shí)帶鋼長(zhǎng)度方向曲率接近于零，即完成對(duì)瓢曲帶鋼的矯直。

3.4.3 隆起（凸棱）。對(duì)隆起料矯直時(shí)可采用與對(duì)浪形料矯直相同的方法——局部矯直法。這樣可改善厚度缺陷在卷取過程中累積形成的“板形缺陷”，但也不能從根本上解決隆起問題。由于重卷機(jī)組成品卷也要在張力下進(jìn)行卷取，矯直后的帶鋼在卷取過程中仍會(huì)有輕微隆起出現(xiàn)。但由于成品卷較小，因此殘余隆起缺陷要大大輕于來(lái)料。

4 結(jié)語(yǔ)

通過分析重卷新矯直機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)，根據(jù)不同材質(zhì)、厚度、寬度、板形的來(lái)料，對(duì)新矯直參數(shù)進(jìn)行有針對(duì)性的跟蹤調(diào)整。優(yōu)化了矯直參數(shù)，充分發(fā)揮了新矯直機(jī)設(shè)備潛能。為公司創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

［1］劉寶珩.軋鋼機(jī)械設(shè)備［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1990.

［2］王延溥.金屬塑性加工學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1994.