F1 軋機剛度穩定性的提升

陳高林

保持牌坊剛度的穩定，對熱帶鋼軋制精度的影響極大[1～2]，用戶對此都有嚴格要求，對新制牌坊的窗口都要進行預處理。但對于已經產生缺陷的且仍然在線服役的老舊牌坊，目前國內沒有成熟的技術可供參考。在2016 年，梅鋼引進牌坊剛度控制技術[3～5]，即通過控制牌坊兩側窗口的形位公差、窗口與軋輥軸承箱的間隙、搖擺板的技術狀況等來改善軋機的剛度；要求在軋輥正轉時，牌坊兩側剛度的差值與兩側剛度平均值的比值（簡稱：牌坊兩側剛度差） 小于5%，在軋輥正、反轉兩種情況下，傳動側牌坊剛度的差值與傳動側剛度平均值的比值（簡稱：牌坊正反轉剛度差）小于5%，在之后的三年里成功將F1-F6 軋機的兩側剛度差及F2-F6 的正反轉剛度差控制在5%以內。但F1 軋機的正反轉剛度差始終極不穩定，有時僅能維持幾個小時；2021 年開始，其余軋機的剛度也相繼惡化。為提升精軋機組的精度，滿足生產要求，經過討論，決定以技術狀況最為惡劣的F1 軋機為研究對象，分析影響牌坊剛度的主要原因。

1 設備簡介

1.1 設備的結構與功能

該精軋機組垂直系結構中影響軋機剛度的設備有軋機牌坊窗口，上、下支撐輥組（含搖擺板），上、下工作輥組，AGC 油缸，換輥框架等（見圖1）。

圖1 精軋機組的垂直系結構

上述設備主要負責提供穩定的工作輥輥縫與軋機剛度，保證帶鋼厚度的軋制精度。顯然，影響軋機牌坊剛度的主因是輥系垂直系、水平系的間隙及牌坊的形位公差[6]。因此，有必要具體分析各部件的實際使用狀況。

1.2 F1 剛度提升的瓶頸

筆者統計2019 年01 月到10 月的F1 軋機正反轉剛度差后，發現該軋機正反轉剛度差穩定在10%±2%范圍內，遠超5%的技術要求。考慮到與剛度相關的上、下支撐輥組（含搖擺板），上、下工作輥組，AGC 油缸，彎輥裝置屬于定期更換件，對此多次整體更換相關部件，但F1 剛度均無改善。

在利用引進的“牌坊剛度控制技術”調整F1牌坊間隙中，不但沒有解決正反轉的剛度超差問題，還使F1 軋機兩側剛度差達14%，牌坊窗口的對稱性被破壞，帶鋼軋破甩尾率高達1.0%。

2020 年以后，采取更新換輥框架、牌坊底襯板等措施，F1 牌坊的剛度僅能夠維持幾天。在此期間，發現牌坊底襯板有長達60 mm 的壓痕，遠大于≤40 mm 的標準要求，下支撐輥搖擺板則極易開裂。

顯然，根據2016 年的“牌坊剛度控制技術”制定的間隙調整方案及襯板硬度設置方案等并不能解決F1 軋機的剛度問題，需要找出影響軋機剛度的決定因素，采取針對性措施加以解決。

2 問題與處治方案

在控制水平系間隙，更換垂直系的絲桿、AGC油缸后，F1 的剛度仍然異常。故本次研究的重點是垂直系的搖擺板、換輥框架、牌坊底襯板的質量及其相互之間的接觸副是否存在缺陷。并采取先易后難的方案，逐步探尋剛度異常的主因。

2.1 “搖擺板容易開裂”的成因與控制

（1） 搖擺板開裂原因分析

梅鋼1422 mm 生產線的精軋搖擺板在使用中多次開裂（見圖2）。

圖2 搖擺板安裝圖

檢查軸承箱與搖擺板的安裝面發現軸承箱底面有約寬30～50 mm、深6～10 mm 的深腐蝕坑5 處，有深度為2～3 mm 的剝落面，約占軸承箱底與搖擺板安裝面的20%。軸承箱底面與搖擺板的縫隙δ，按照規范要求“用厚0.03 mm 塞尺檢查，插入深度小于5 mm”[7～8]，但實際檢查結果厚2 mm 塞尺檢查插入深度達40 mm。

顯然，軸承箱底面的腐蝕是造成搖擺板斷裂的主因。

（2） 搖擺板對剛度的影響及處治方案

通過分析搖擺板斷裂原因，在其他條件不變的前提下，保持原深腐蝕坑底面不變；0.5mm 平面度的底面的深腐蝕坑進行填充、打磨；0.05mm 平面度的底面堆焊后精銑，對經過上述三種方法處理后的軸承箱分別進行牌坊剛度測試（見表1）。

表1 軸承箱底面在不同平面度下正反轉剛度檢測數據 （%）

數據表明，軸承箱底面與搖擺板貼合狀況的改進對牌坊剛度的改善有一定影響，但不是決定性的因素。

考察軸承箱底面改進對搖擺板斷裂的影響，由于上機時間較短，故以搖擺板使用3 個月的變形量為考察指標（見表2）。

數據表明，軸承箱底面的平面度對搖擺板的變形有決定性的影響。

（3） 控制效果

根據表1、表2 的實驗數據，通過將“軸承箱底面的平面度控制在0.05 mm，粗糙度控制在3.2 μm”，保證軸承箱底-搖擺板結合面接觸率大于95%，0.03 mm 塞尺檢查軸承箱底-搖擺板的縫隙，插入深度小于5 mm 的技術要求，搖擺板的使用壽命由3 個月延長到1 年，取得良好效果。

2.2 換輥框架的設計及優化

維修所有軸承箱底面，將平面度控制在0.05 mm，粗糙度控制在3.2 μm 的基礎上，對換輥框架進行分析與測試。

（1） “牌坊剛度控制技術”的缺點

原有“牌坊剛度控制技術”主要集中在對牌坊間隙、窗口底襯板標高差、安裝密實度，以及搖擺板的控制上[9～10]。這些措施對改善F1 的正反轉剛度差沒有效果，而且F1 換輥框架的使用壽命也較短，顯然還有其他影響牌坊剛度的因素。筆者決定提高換輥框架的硬度與強度，以找出影響因素。

（2） 換輥框架設計

原換輥框架與牌坊剛度相關的部件是測壓頭接觸副。測壓頭接觸副由換輥框架的銅襯板與牌坊窗口底襯板接觸組成滑動副（見圖3）。窗口底部的襯板為復合襯板，其硬度、耐磨性均遠高于換輥框架上的銅襯板。筆者決定將換輥框架的框臼部分鏤空，去除銅襯板、增厚均壓板，均壓板的硬度與窗口底部襯板相同（HRC 58±2），由均壓板和底部襯板組成新的測壓頭接觸副（見圖4）。顯然新的測壓頭接觸副垂直系的間隙層次減少。

圖3 原設計的測壓頭接觸副

圖4 改進的測壓頭接觸副

（3） 改進效果

在2021 年二月至九月間，測試F1 軋機新測壓頭接觸副，正反轉剛度差下降到5%以下，筆者將測量數據與2020 年的數據相比較（見表3～4）。

表3 2020 年舊測壓頭的剛度測試

比較后發現，截止到2021 年9 月，F1 軋機連續8 個月正反轉剛度差小于4%，兩側剛度差小于5%。但在2021 年4 月上旬以前，在每次換輥后（4h/次），F1 工作輥的平行度都會發生正、負飄移，且隨機分布。

表4 2021 年新測壓頭的剛度測試

顯然，新測壓頭接觸副能夠消除牌坊剛度的問題，但輥縫平行度變差。分析后筆者認為影響牌坊剛度的關鍵因素應該是由牌坊窗口底板與窗口底襯板組成的接觸副。

2.3 窗口底板腐蝕的影響與處治

在控制好軸承箱底面，以及新品測壓頭接觸副的基礎上，筆者對窗口底板進行分析與測試。

（1） 窗口底板腐蝕對剛度的影響

跟蹤新測壓頭接觸副的使用狀況發現：工作輥的平行度存在漂移現象，牌坊的底襯板上有嚴重壓痕，壓深與接觸長度沒有關系。拆除底襯板后，發現牌坊窗口底板腐蝕嚴重，某些腐蝕深達6 mm，而且腐蝕深度與底襯板的壓痕正相關。

筆者認為，在F1 軋機窗口底板被腐蝕后，原窗口底襯板因失去軋機底板的有效支撐而剛度變弱，又因窗口底襯板的硬度大于測壓頭接觸副銅襯板，故外觀檢查只能看到窗口底襯板與銅襯板的異常壓痕。當窗口底襯板硬度與新測壓頭的硬墊塊相當時，底襯板發生微小變形，使牌坊窗口底板能夠有效支撐底襯板，軋機剛度差得到控制。但也導致底襯板表面受損，引起工作輥平行度的漂移。

（2） 處治方案與效果

為驗證上述分析，筆者填充窗口底板腐蝕坑，窗口底襯板加厚6 mm，在增加強度的同時調整換輥小車內部的調整墊，以確保軋制線高度不變。改進后測試得到2021 年4 月下旬后的數據。根據該數據筆者最終確認，F1 牌坊底板的腐蝕是造成該軋線軋機剛度惡化的主因。

基于上述研究成果，在2021 年10 月，筆者在線銑削修復F1 軋機牌坊底板，修復后軋機兩側剛度差和正反轉剛度差均小于5%，而且工作輥平行度穩定在0.05，保證帶鋼軋制質量。

3 結 語

通過對F1 的剛度穩定性的研究，筆者發現，軸承箱搖擺板安裝面的腐蝕、換輥框架內部間隙的層次、牌坊底襯板安裝面（窗口底板） 的腐蝕等，都對F1 軋機的剛度有一定影響。其中，牌坊底襯板安裝面，即窗口底板的腐蝕是造成F1 正反轉剛度差超標，以及輥縫平行度波動的主因。在此基礎上，筆者檢查其余六臺軋機的窗口底板，發現都存在程度不同的腐蝕坑，故在2021 年的11 月，對所有軋機的底板進行修復，軋機剛度得以恢復。本次攻關填補軋機剛度管理在底板維護方面的空白，提升軋機剛度的穩定性。