冷軋板帶軋機的發展歷史與現狀

曹秉宇，宋美娟，丁 一，陳 浩，李開創

（徐州工程學院 機電工程學院，江蘇 徐州 221000）

1 板帶軋機發展歷程

現代軋鋼技術與裝備以板帶生產為代表，板帶鋼的生產設備根據生產工藝的不同，軋機設備的組成也有較大差異。1924年，在美國阿姆柯公司巴特勒工廠建成了世界第1套冷連軋機組，軋機配置為四輥3機架。為了獲得更薄的板帶材，4機架、5機架冷連軋機組相繼出現[1]。為了能獲得更薄的鍍錫板，美國楊斯頓板管公司于上個世紀中葉建成了世界第1套6機架冷連軋機組，可以軋制0.1mm以下的薄鍍錫板。同4機架、5機架冷連軋機組所生產的薄規格帶鋼能力相比，6機架的實際生產速度得到了很大的提高。

但與五機架相比，沒有太大的優越性，故目前新建或改造的冷連軋生產線基本上以4機架和5機架為主[2]。

2 板帶軋機的基本組成

板帶軋機的基本組成：分為主要設備和輔助設備：主要設備是指使得軋件發生塑性變形的設備，由主電機、工作機座、主傳動、齒輪基座、減速機和軋輥等組成。輔助設備是指除了主機以外可以完成一系列輔助工序的設備。板材與帶材的軋制在實際的生產過程中可以互換[3]。圖1為板帶軋機的組成示意圖。

3 軋機組的發展變化及分類

板帶軋機的發展歷史悠久，從上個世紀到現在，板帶軋機各部位均有不同程度的變化，從最初的簡單的三機架發展到四機架還有五機架軋機，以及現在多型號混合式多機架軋機[4]。

3.1 軋機組的發展變化

3.1.1 三機架軋機

350 mm三機架冷連軋機組，主要設備為鋼材準備站、開卷機、設置三臺軋機、卷取機、最后用托盤運輸系統直接和卷材庫相連接，實現鋼材的自動化儲存和使用。但是機架加速過程緩慢，持續時間長，經濟效益相對于5機架較低。

3.1.2 五機架軋機

1720 mm冷連軋機采用5機架6輥UCM軋機的形式。六輥UCM軋機有一個顯著的特點，能夠找到一個中間輥橫移量，保證軋機的橫向剛度達到無窮大，無論軋制壓力如何發生變化，這個時候的板形也不會改變[5]。而且5機架生產效率，板材質量也較高。

采用的AGC系統是由前饋AGC、反饋AGC進行厚度調節。厚度前饋AGC是根據來料情況進行提前調整，利用軋機入口處測厚儀間接測厚信息對其后面軋機壓下進行控制。通過延遲壓下以減小控制增量以免振蕩，減小滯后時間。

五機架冷連軋機組主要用于軋制汽車板和鐵素體不銹鋼。

主要生產鋼種：409L/430/低碳鋼/高強鋼。

3.2 冷連軋機分類

冷連軋機根據尺寸與功能可以分為四種類別：無取向硅鋼冷軋機組、通用寬帶鋼冷軋機組、鍍錫板冷軋機組和大型寬帶冷連軋機組[6]。它們之間的差異主要體現在冷軋完后的工藝處理過程，但是它們都可以生產普通的冷軋產品。

（1）無取向硅鋼冷軋機。無取向硅鋼是一種重要的軟磁合金，廣泛應用于各種電機、壓縮機電機以及汽輪發電機等制造。

（2）通用寬帶鋼冷軋機。當代各國使用機型最多的就是這種冷軋機，并且適用于大型板帶材的生產使用。

（3）鍍錫板冷軋機。這種軋機的出現既保證了板帶成品的質量有很大程度的提升了軋制速度。并且此軋機特點是成品質量好而且薄。

（4）大型寬帶冷連軋機。為了滿足企業以及消費者的需求，大型軋機被投入使用，產量高，規模大是其主要特色。

4 AGC系統在冷軋帶鋼中的應用

近年來，隨著我國核電、船舶、能源化工、工程機械等行業快速發展，人們對厚度10mm以下的寬薄板需求日益增加。在實際生產過程中，根據寬厚板軋機設備和控制系統的具體特點以及生產現狀，分析冷軋板帶鋼過程中存在的問題，來制定不同的厚度自動控制AGC系統方案，以解決冷軋板帶鋼過程中產生的問題。

傳統AGC是以厚度反饋方式為主，其存在滯后過大，響應時間長等缺點，在冷軋板帶鋼厚度控制的研究過程中，考慮各方面影響厚差的原因，制定不同的厚度控制方案，例如針對于本次所研究的冷連軋五機架，通過所設定的方案對軋制各個道次進行監測。其最大特點是采用厚度前饋控制方案，根據來料情況，提前進行調整，解決反饋AGC不可避免存在的時間滯后的問題。同樣對厚度自動控制AGC系統進行控制參數優化和控制邏輯改進，以進一步提高板帶鋼的厚度精度。

圖1 軋機的組成

表3 國內外冷軋機重要的技術參數

國內大部分是控制水平較低、技術落后的冷軋機，為平衡帶鋼厚度均勻性，降低帶鋼厚度偏差，在冷軋板帶鋼生產過程中，越來越精良且逐步技術成熟的厚度自動控制AGC系統在板厚控制中得到充分應用[7]。

5 國內外冷軋帶鋼技術現狀分析及前景展望

5.1 國內外冷軋帶鋼技術分析

我國的冷軋帶鋼起步緩慢，受工業革命的影響，國外冷軋發展迅速。早在19世紀中葉德國就率先進行冷軋板帶材的生產，之后美國英國也相繼的建成冷軋機。在二十世紀初，德國建成了兩輥可逆式冷軋機，發展迅速[8]。

和國外其他工業發達國家相比，我國的冷軋板帶工業的發展較晚，在二十世紀六十年代鞍鋼建立了我國第一臺單機可逆式冷軋機。七十年代之后武鋼、寶鋼相繼建成了1700mm和2030mm的五機架冷連軋機。目前，我國95%以上的鋼材品種，從數量到質量都可以滿足國民經濟各部門的需要[9]，但是我國的鋼材質量同國外相比還是存在很多的不足。如表3是國內外冷軋機重要的技術參數。

5.2 我國冷軋板帶鋼現狀及展望

冷軋技術對一個國家的發展十分重要，越來越多的發達國家投入大量的財力物力將熱軋技術轉為冷軋。2016年我國的冷軋發展迅速，使得這一行業的產量增長許多，但是同時也伴隨著價格下降的風險。

如今我國的冷軋板帶材已經夠自給自足，雖然發展緩慢，但是自2017年來我國獨立研發出許多國際領先水平的技術與設備，不僅速度提升了許多而且質量也大大提高。

同工業發達的國家相比，我國的冷軋板帶材在鋼鐵中的使用比例增長緩慢的多，仍有一定的差距。普通鋼材在2018-2025這一階段需求會下降許多。高端鋼材需求越來越大。所以我國應更多的開發高端產品以提高競爭力[10]。

6 結論

（1）板帶軋機的制造水平應該適應時代需求，要與時俱進，應當注重節能、節力、實用、環保，滿足我國對鋼材和有色金屬板帶材的需求。

（2）經濟全球化的發展帶來了新的機遇，但同時也會有新的挑戰，在未來的冷軋帶鋼技術領域的競爭也會更加激烈，我相信我國定會立足國情，研制出更加高效的冷軋機。