錢文軍

(北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京100029)

多輥軋機漫談

錢文軍①

(北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京100029)

自從20世紀初多輥軋機發(fā)明以來, 各種多輥軋機得到了長足的發(fā)展。全世界95%以上的不銹鋼帶和難變形的金屬帶材都是由多輥軋機生產(chǎn)的。主要介紹了多輥軋機的特點、用途和發(fā)展史；多輥軋機百年大事記；塔形輥系和復合式多輥軋機的各種型式；并著重介紹了Rohn型、Sendzimir型、Fr?hling型多輥軋機、CR軋機、Demag和DMS雙牌坊20輥軋機、三菱和日立雙牌坊HZ20輥軋機、HDK十輥軋機、MKW軋機、Z-Hi18輥軋機、以及中國人自己設計研制的SR 12/20輥可換式多輥軋機和集成式多輥軋機。

多輥軋機 性能與特點 發(fā)展史

1 概述

1.1 多輥軋機特點

1)冷軋鋼帶最初是在2輥、4輥軋機上軋制的。隨著科學技術和工業(yè)技術的發(fā)展，需要更薄更寬更精的帶材，4輥軋機已經(jīng)不能滿足這一要求。因為4輥軋機的工作輥直徑較大，軋制時軋輥本身產(chǎn)生的彈性變形比所要軋制的帶材厚度還要大。軋輥的彈性變形在單位壓力相同時，與軋輥直徑成正比。當軋輥材質一定時，要減小軋輥的彈性變形值，就必須減小輥徑，而軋輥輥徑的減小，又會出現(xiàn)輥系剛度降低的問題。為了解決這一矛盾，便出現(xiàn)了既具有小的軋輥直徑，同時又具有大剛度的塔形支承輥系的新型軋機——多輥軋機。

與4、6輥軋機相比，多輥軋機具有以下優(yōu)點：

(1)由于采用了多點支承的背襯軸承輥結構，輥系的剛度較大。降低了軋輥的垂直和水平撓度，從而可以使用小直徑的工作輥；

(2)由于使用小直徑的工作輥，降低了軋制壓力，且輥系剛度較大。因此，采用AGC后能得到更理想的厚度公差；

(3)小直徑工作輥可以得到較大的道次壓下率(達60%)和軋程總壓縮率(達90%)，可不經(jīng)中間退火達到所需成品厚度，從而達到節(jié)能和降低產(chǎn)品成本的目的；

(4)小直徑工作輥的使用，可以得到寬厚比更大的產(chǎn)品。通常一臺軋機的最小可軋厚度為工作輥直徑的1/1000～1/2000；

(5)更換工作輥方便、快捷(僅需1～2分鐘)，提高了生產(chǎn)效率；

(6)硬質合金工作輥的使用成為現(xiàn)實；

(7)較小的軋輥不需要專用的大型軋輥磨床，而只需一般的外圓磨床，即可滿足生產(chǎn)要求；

(8)具有特殊的輥型調整機構，使在軋制過程中可以調整和控制輥型。從而達到軋材板形自動控制的目的，以保證帶材的厚度精度、平面度和表面質量；

(9)由于輥系剛度大，多輥軋機在即使沒有厚控的情況下，也能獲得較高的帶材厚度精度；

(10)使用小直徑工作輥，其變形區(qū)內應力降低和寬展減小從而減少了帶材裂邊；

(11)軋制帶材規(guī)格擴大。坯料和成品厚度之比達50以上，最大寬度與最小寬度之比達2∶1；

(12)當軋制難變形金屬及其合金時，與4、6輥軋機相比可降低能耗,(也有專家對此持否定意見)；

(13)軋機重量比4輥、6輥軋機減輕，從而降低了軋機和車間建設成本；

(14)軋制帶材成本較低，約為4輥軋機的40%。用多輥軋機生產(chǎn)的高強度鋼和精密合金冷軋薄板、帶，在薄板生產(chǎn)領域中占有特殊的地位。多輥軋機幾乎獨占了不銹鋼帶產(chǎn)品市場，多輥軋機也用于生產(chǎn)大多數(shù)取向硅鋼帶和耐蝕鋼帶。全世界的多輥軋機約占帶材冷軋機10%以上。僅森吉米爾式多輥軋機已有500多臺在全世界運行。

2)據(jù)文獻報道，目前世界上多輥軋機軋制的最小厚度為0.00025mm[1]；軋制帶材最大的寬厚比達97857，為一套20輥軋機軋制出0.007×658mm的銅箔[2]；厚度公差的最高精度為0.07×650mm，Σ0.12μm[3];軋制速度：1200m/min.[4]。

3)誠然，世間的任何事物多具有二重性，多輥軋機也有其不足之處。如軋制速度的提高受輥系的散熱空間限制，軋輥制造，背襯軸承的制造、組裝及機架或輥箱鏜孔都要求較高精度，軋制生產(chǎn)過程中，清理輥系中的斷帶較為困難等。

4)但是，多輥軋機的上述優(yōu)點是普通4，6輥軋機所望塵莫及的。因此，多輥軋機問世至今，一直處于蓬勃發(fā)展之中。在發(fā)達國家中多輥軋機軋機在不銹鋼、硅鋼等特種合金帶材的生產(chǎn)領域中發(fā)揮越來越重要的作用。

1.2 多輥軋機的用途及最小可軋厚度

1)隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展，對各種材料、各種規(guī)格的薄帶和極薄帶材的需求不斷增長。例如：汽車工業(yè)需要寬度大于1000mm，厚度為0.1～0.5mm的薄帶材；航空航天電子儀表工業(yè)需要厚度為0.002mm左右，寬度為100mm左右的極薄帶材；用以制造超小型變壓器鐵芯、應變片以及近年作為激光聚變的靶向材料。如果沒有鈦、鉭、鉬和其他難熔特種合金極薄帶材，電子工業(yè)就不能順利發(fā)展。總之，在現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代國防和現(xiàn)代科學技術領域中，薄帶和極薄帶材都發(fā)揮著越來越重要的作用。而且，對這些帶材的質量要求越來越高。

2)據(jù)有關文獻報導，用戶對現(xiàn)代冷軋機提出的要求是：

(1)航空航天、汽車工業(yè)需要寬度大于1000mm，厚度為0.1～0.5mm的超低碳高強度鋼和不銹帶鋼及鈦合金帶。例如：0.2～0.1×1000～1250mm帶材，其寬厚比達：12500；

(2)電子工業(yè)、儀器儀表工業(yè)需要寬120mm，厚度為0.01～0.002mm的鈦、鉭、鈮、鉬等特種合金極薄帶材；

(3)較少的軋制道次，較短的軋制時間；

(4)不經(jīng)中間退火，達到最大的總壓縮率。例如：從厚度3.0～2.75mm，不經(jīng)退火軋到0.25～0.2mm，總壓縮率達91.6%～92.7%；

(5)較小的厚度公差；

(6)良好板形及表面光潔度。

3)某些薄帶材的厚度公差達±1%或更高，表面光潔度和板形要求也很高。這樣的高精度，在4輥或6輥HC軋機上，由于工作輥輥徑大、軋輥彈性變形大、側向剛度差，而難以達到。據(jù)有關文獻報導，全世界95%以上的不銹鋼帶和難變形的金屬帶材是由多輥軋機生產(chǎn)的。因此，只有多輥軋機才能較好地滿足用戶的上述要求。

4)因此，人們關心一臺特定的薄帶軋機的最小可軋厚度。國外許多學者對此作了大量的研究，已發(fā)表的最小可軋厚度公式有：M.D.Stone、Tong-Sachs、Hill-Longman、Ford-Alexander、Roberts、Павров、Радченко等。而通常以M.D.Stone公式為代表：

式中d——工作輥直徑，mm；μ——帶材與工作輥間的摩擦系數(shù)，0.05～0.08；

σ0——材料軋制前的屈服極限，MPa；

s——帶鋼的平均壓力,MPa；

E——工作輥材料的彈性模量，MPa。

例如：取μ=0.05；σ0=981MPa；s=0.5σ0=490.5MPa；E=20.6×104MPa時，如一臺20輥軋機工作輥直徑為6.5mm，其最小可軋厚度為0.0036mm。而當采用硬質合金材料制作工作輥時，其最小可軋厚度為0.0013mm，因為硬質合金的彈性模量E為53.17×104MPa。

當一臺30輥軋機工作輥直徑為2mm時，其最小可軋厚度為0.0011mm。

當一臺軋機工作輥直徑為100mm時，其最小可軋厚度為0.05mm。

由Stone公式可見，獲得最小可軋厚度的途徑有二：一是減小工作輥直徑；二是采用彈性模量大的材料如硬質合金制作工作輥。這就導致工作輥直徑足夠小而輥系剛度足夠大的多輥軋機的發(fā)展。

2 多輥軋機的發(fā)展史

早在1837年德國就有人提出了六輥軋機的設計方案。1910年瑞士工程師馬瑞(Mathey)設計、英國羅伯遜公司制造了一臺小型六輥軋機并取得了專利[5]。其輥系布置方式如圖1所示。但是這種軋機當工作輥直徑減小到某一極限時，其支持輥外徑將相切于軋制線。見圖1。 因此，工作輥直徑減小受到限制。

為了解決減小工作輥直徑而不減小支持輥直徑的問題，德國工程師羅恩(Rohn)于1925年左右設計了帶有十個或十八個支承輥的十二輥和二十輥軋機。圖2為早期羅恩式軋機[7]。第一臺羅恩式十二輥軋機工作輥直徑為10mm，中間輥直徑為20mm，外層支持輥直徑為40mm。它能將厚度0.5mm的坯料，經(jīng)6道次軋成0.01mm的鎳帶[5]。這在當時是一個了不起的成就。

圖1 六輥軋機輥系布置

圖2 早期羅恩多輥軋機

圖3 早期 Sendzimir6輥軋機

波蘭工程師森吉米爾博士(Tadeus Sendzimir)成功地發(fā)展了羅恩的這些設想。

第一臺森吉米爾軋機于1932年在波蘭的Nowy Bytom投產(chǎn)。是一臺工作輥直徑為100mm，背襯軸承直徑為228.6mm，輥面寬度為812.8mm的六輥軋機。這臺軋機沒有卷取機，僅在軋機兩側設置了緊裝置。二次大戰(zhàn)前，幾臺這種軋機先后在法國、英國和波蘭建成[6]。

圖3 為早期 Sendzimir6輥軋機。

3 多輥軋機的型式

目前，世界上用于生產(chǎn)薄帶和極薄帶的多輥軋機種類繁多，通常按其輥系的布置形式和機架結構型式進行分類?？煞譃樗屋佅刀噍佨垯C和復合式輥系多輥軋機。

3.1 塔形輥系的多輥軋機

塔形輥系多輥軋機種類很多，應用也相當普遍。顧名思義其輥系呈塔形布置。主要有：1-2型、1-2-3型、1-2-3-4型、1-2-3-4-3型、1-2-3-4-5型、1-2-3-4-1-2-5型。也就是所謂6輥、12輥、20輥、26輥、30輥和36輥軋機。這種輥系多輥軋機的水平和垂直方向的剛度較大，輥系穩(wěn)定性也容易保證，故實際應用也較多。圖4為塔形輥系的多輥軋機輥系布置圖。

圖4 多輥軋機塔形輥系示意圖

其中，6輥、12輥、20輥軋機最為常見。而26輥、32輥和36輥軋機的報道最先見諸于前蘇聯(lián)。

為了軋制0.001mm左右的極薄帶，各國研制了幾種工作輥直徑為2mm左右的新型多輥軋機。 據(jù)文獻[12]認為采用1-2-3-4-5型輥系是十分自然聯(lián)想到的方案，但實際上由于最外層支承輥相碰于軋制線而無法實現(xiàn)，除非輥系比例關系減少，但這樣又達不到加大最外層支承輥的效果，因此，經(jīng)多次計算對比，在保證穩(wěn)定性和便于傳動的基礎上選擇了36輥方案，使外層支承輥套外徑達26mm?？磥砬疤K聯(lián)和北京鋼鐵研究院之所以選擇36輥系方案，就是基于這一論點。1972年日本第二吉田紀念鐵工所的30輥軋機方案中(無實物)，最外層支承輥直徑也僅為24mm，似乎也基于這一論點。然而在設計中采取了相應的措施后，使30輥軋機外層背襯軸承外徑也達到了26mm。因此，文獻[12]中的這一論點是值得商榷的。

塔形輥系12輥，20輥軋機尤其是20輥軋機在世界上多輥軋機中仍然占有主導地位。

3.2 復合式輥系多輥軋機

在4輥軋機的工作輥和支承輥上增加一些側向或垂直支承輥就發(fā)展成為各種復合式輥系多輥軋機。這類軋機有八輥(MKW)、復合8輥、14輥、雙8輥(雙MKW)、森吉米爾Z-hi系列軋機(包括S14輥、S18輥、S20輥、S22輥軋機)等。復合式多輥軋機輥系布置如圖5所示。對于泰勒(Taylor)軋機，HC軋機已有許多專文介紹，通常也不作為多輥軋機，這里不再贅述。

圖5 復合式多輥軋機輥系示意圖

1973年我國自行設計研制的Ф4/Ф23/Ф70×92mm14輥軋機上已經(jīng)軋出了0．0015×10mm的極薄帶材。但是，由于這種軋機支承輥同時與三個輥子接觸，軋輥磨損后配輥復雜，需大量備輥。

1986年東北工學院連鑄—連軋科研攻關組編寫的連鑄—連軋講座資料中介紹了瑞典皇家工學院一臺8輥軋機。近年來，北京鋼鐵設計研究總院設計研制了多套8輥五機架連軋機。

8/16/32輥集成式多輥軋機是中國人自己設計研制的新型多輥軋機。2003年 北京冶金設備研究設計總院為中國工程物理研究院激光聚變中心研制了一臺Ф2/Ф26/Ф65×65mm8/16/32輥整體牌坊(one-piece)集成式多輥軋機。用于生產(chǎn)微米級激光聚變靶向材料。

4 幾種多輥軋機簡介

4.1 Rohn型多輥軋機

Rohn型多輥軋機，機架為上下剖分式，其壓下方式有鍔式和四立柱式二種。工作輥直徑使用范圍大、輥縫開口度大，操作也較方便,但機架剛性稍差、壓下裝置復雜,控制系統(tǒng)也較復雜。圖6為Rohn型鍔式和四立柱式(Sundwig)軋機的示意圖。

圖6 Rohn型鍔式和四立柱式(Sundwig)軋機示意圖

4.2 Sendzimir型多輥軋機

Sendzimir型多輥軋機的機架是整體的，剛性好，但結構復雜、制造困難。配輥復雜，其工作輥直徑使用范圍小、輥縫開口度小,維護檢修困難。其壓下方式為齒輪齒條偏心式.由于齒輪齒條無論加工精度多高總有間隙存在,因此控制系統(tǒng)較復雜。目前全世界有五百多臺這種多輥軋機在運行中,我國進口多輥軋機中絕大多數(shù)是這種機型。 圖7為Sendzimir 20輥軋機。

圖7 Sendzimir 20輥軋機

圖8 Fr?hling 20輥軋機

4.3 Fr?hling型多輥軋機

Fr?hling直接作用式液壓壓下多輥軋機是采用類似普通四輥冷軋機機架。其壓下方式也采用與普通四輥軋機相同的直接作用式液壓壓下，將兩個壓下油缸置于機架橫梁和輥座之間。這是目前多輥軋機中最為簡單可靠、精度較高的壓下方式。圖8為Fr?hling 20輥軋機。兩個壓下油缸位于上輥座的上部[3]。

4.4 CR軋機

CR-12輥軋機是日本三菱重工上世紀70年代設計、專門用于冷軋?zhí)厥怃摰男滦投噍佨垯C。這種軋機也采用普通四輥軋機機架和壓下方式。與其他多輥軋機不同的是，其背襯軸承為2大1小，即邊部兩側背襯軸承大、中間小。另外，這種軋機還采用了中間輥彎輥裝置控制板形。同時保留了傳統(tǒng)多輥軋機特有的偏心式輥型調整機構，中間輥軸向移動裝置。這種軋機既保留了多輥軋機小直徑工作輥，軋制力小、道次壓下量大、能耗低，具有多種板形控制手段的特點，又采用了傳統(tǒng)4輥軋機機架和壓下方式，解決了多輥軋機制造困難、輥縫開口度小的固有弊病，是一種新型多輥軋機。圖9為CR12輥軋機三維圖，其二個壓上缸位于下輥箱和機架橫梁之間[6]。

圖9 CR12輥軋機三維圖

4.5 DEMAG和DMS雙牌坊20輥軋機和三菱和日立雙牌坊HZ20輥軋機

DEMAG和DMS公司制造的直接作用式液壓壓下式雙牌坊20輥軋機，其結構型式與Fr?hling雙牌坊軋機大同小異。仍采用了森吉米爾軋機的梅花形鏜孔鞍座和偏心調整機構。圖10為DEMAG 20輥軋機三維圖，其二個壓上缸位于下輥箱和機架橫梁之間。[7]

圖10 DEMAG雙牌坊20輥軋機三維圖

圖11所示為雙牌坊HZ20輥軋機是日本三菱和日立公司最新設計研制的20輥軋機。采用了所謂內外機架結構，但仍采用了森吉米爾軋機的梅花形鏜孔鞍座和偏心調整機構。其二個壓上缸也位于下輥箱和機架橫梁之間。

圖11 雙牌坊HZ20輥軋機

4.6 HDK十輥軋機

HDK十輥軋機是Andritz公司在20世紀70年代發(fā)展的一種新型多輥軋機，其壓下裝置位于支持輥輥身中部，但只見到一臺HDK530軋機的報導后未見進一步的報導，圖12為Andritz HDK軋機圖，其二個壓下缸位于上支持輥輥身中部。[14]

圖12 Andritz HDK軋機示意圖

4.7 MKW軋機

從1952年起，德國施羅曼(Schloemann)公司開始制造和出口MKW軋機。這是一種介于4輥和20輥軋機之間的多輥軋機。其布置形式可以為8輥或16輥(見圖5)。

MKW軋機是支承輥傳動的，工作輥和其他軋輥靠摩擦轉動。工作輥相對支承輥有一個較大的偏移量(約為支承輥徑的5%)，并在工作輥偏移側加上側向支持輥系統(tǒng)。

因此，20世紀60、70年代各國開始引進了這種軋機，用于軋制不銹鋼帶和硅鋼帶。1967年我國太鋼引進了施羅曼公司一臺U-MKW112-1400 MKW 8輥軋機。由于種原因這臺軋機一直沒有正常生產(chǎn)。

因為這種軋機有其致命的缺點，其側向中間輥是一個明顯薄弱環(huán)節(jié)，穩(wěn)定性較差，其軸承經(jīng)常損壞，影響正常生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的12輥軋機、20輥軋機相比，無明顯優(yōu)點。后來這種MKW軋機也逐漸退出了歷史舞臺。但近年國內一些小企業(yè)在對該軋機不甚了解的情況下，建設了一批這種8輥軋機，這是值得引起關注的。

圖13為一臺 MKW軋機。

圖13 MKW軋機

4.8 Z-Hi18輥軋機

森吉米爾Z-Hi18輥軋機是20世紀80年代發(fā)展起來的一種全新的多輥軋機。其工作輥直徑僅為4輥軋機工作輥直徑的1/3,且沒有輥頸。因此，工作輥可在幾分鐘內予以更換，其中間輥帶有軸向調節(jié)系統(tǒng)，這與傳統(tǒng)的森吉米爾軋機完全一樣。它還采用了傳統(tǒng)的窗口式機架。因此，這種軋機可以在舊的四輥軋機上加以改造，而支承輥甚至可維持不變。新設計的Z-Hi軋機，由于具有傳統(tǒng)多輥軋機的大部分優(yōu)點。與MKW-8輥軋機相比，其輥系穩(wěn)定，受力也更合理。因此，這種軋機在不銹鋼帶、硅鋼帶生產(chǎn)中也占有一席之地。

圖14 Z-Hi18輥軋機

廣東聯(lián)眾和太鋼分別引進了三機架和五機架Z-Hi18輥連軋機用于生產(chǎn)不銹鋼帶。圖14為 Z-Hi18輥軋機

4.9 SR 12/20輥可換式多輥軋機

1)2000年北京冶金設備研究設計總院為無錫銀光鍍錫板有限公司研制了世界上第一臺無鞍座式小拋物線三缸壓下的Ф100/Ф300(160)×900mm整體牌坊(one-piece)12輥軋機，見圖15。

圖15 三缸壓下900mm12輥冷軋機(無錫)

2007年 北京斯蒂爾羅林公司為廣東雄順達公司研制了世界上第一臺無鞍座小拋物線壓下整體牌坊(one-piece) 1450mm 12/20輥可換式多輥軋機。圖16為無鞍座12/20輥可換式多輥軋機三維圖。圖17為無鞍座12/20輥可換式多輥軋機。

圖16 無鞍座12/20輥可換式多輥軋機三維圖

圖17 無鞍座12/20輥可換式多輥軋機

該新型12/20輥可換式多輥軋機的特點如下：

(1)12/20輥系互換：同一臺軋機上，只需更換一套帶有12輥20輥輥系的上下輥箱就可實現(xiàn)12/20輥輥系的互換，從而根據(jù)軋制帶材品種和規(guī)格優(yōu)選輥系；

(2)剖分式輥箱：機架內裝有可上下移動的上下輥箱，輥箱內配有背襯軸承和集束式中間輥、工作輥的輥系；

(3)快速換輥：由于采用集束式中間輥組和相應的八缸式平衡裝置以及專門設計的快速換輥裝置，可幾分鐘內更換工作輥，可一小時左右更換整套輥系，提高了軋機工作效率；

(4)連續(xù)軋制線調整：連續(xù)軋制線調整裝置可以整個移出機架窗口。使軋機開口度增大，操作方便，便于維修；

(5)背襯軸承“錯位”布置：消除了通常多輥軋機所特有的“輥印”缺陷。實踐證明采用本措施后帶材表面上沒有“輥印”；

(6)整體機架：為使軋機有足夠的剛度和較大開口度，操作、維修、換輥方便，采用了窗口式整體機架；

(7)小拋物線直接作用式液壓壓下裝置：下置的兩個液壓缸中心線間距與輥寬一樣大小，使工作輥在軋制壓力作用下形成小拋物線孔型。從而既減小帶材厚度公差，改善板形，又有傳統(tǒng)壓下方式在拋物線孔型中軋件自動對中的功能；

(8)不同直徑背襯軸承組合：根據(jù)多輥軋機輥系受力分析，采用不同直徑背襯軸承的“等壽命”組合。12輥輥系采用兩大一小，20輥輥系采用“兩大兩小”，使內外側軸承載荷更為均衡，提高了軸承壽命，又可使機架窗口盡量減小，減輕設備重量；

(9)偏心杠桿式板形調節(jié)裝置：采用了不同于森吉米爾軋機偏心齒輪齒條式的偏心杠桿式板形調節(jié)裝置，機構簡單可靠，反應靈敏。每一個偏心機構分別由一套伺服電機單獨驅動，并均設有位移傳感器，可準確記錄每一個偏心機構的確切位置，可使背襯輥形成一定的輥形，有利于板形的調節(jié)；

2)這種新型12/20輥軋機，將傳統(tǒng)4、6輥軋機的窗口式機架、2×4缸式平衡，小車式快速換輥的優(yōu)點和多輥軋機小直徑工作輥、輥系剛度大、板形控制功能完善的優(yōu)點，有效、全面地結合在一起而設計研制的一種新型多輥軋機。(專利號：ZL 2008 1 215583.4)

這種新型12/20輥軋機克服了Sendzimir 20輥軋機輥系結構復雜(鞍座和雙偏心機構)開口度小，換輥時間長的缺點(整套輥系更換時間長達6～8小時)；也克服了Fr?hling 雙牌坊20輥軋機和Demag 、三菱和日立雙牌坊20輥軋機不能整套更換輥系的缺點，提高了軋機的作業(yè)率；兩大兩小的背襯軸承設計優(yōu)化了輥系受力狀態(tài)，使背襯軸承接近等壽命，并減小了窗口尺寸、減輕了機架重量；采用小拋物線直接作用式壓上裝置，增大了輥系橫向剛度，降低了厚度偏差，更便于控制板型。

3)該軋機于2008年5月一次試軋成功。軋制201不銹鋼，一個軋程從3.0mm軋到0.68mm ～ 0.88mm厚度，總變形率達77%。軋制SPCC，一個軋程從2.0mm軋到0.11mm ～ 0.135mm厚度，總變形率達94.5%，穩(wěn)速段厚度公差達±0.003mm。

5 集成式多輥軋機

1)目前薄帶材軋制大多采用4輥軋機，HC軋機，CVC軋機等軋機。但由于這幾種軋機的支承輥均為兩點支撐的簡支梁結構，受軋制力后產(chǎn)生撓度造成沿帶材橫斷面上不均勻延伸(邊緣薄中間厚)，并使帶材平直度惡化。為解決這一問題，往往在軋機上增設多種板形調節(jié)機構，并增大支承輥直徑以增加軋機橫向剛度。但這無疑是增加軋機尺寸，重量及制造成本，并使軋機越來越復雜化。

2)多輥軋機以其小直徑工作輥、大輥系剛度而聞名于世，但無論是Sendzimir20輥，Sundwig和 Fr?hling 20輥軋機都結構復雜，制造困難，使用和維護成本較高。20世紀70年代，Sendzimir 公司發(fā)明了一種Z-High軋機，它既具有普通4輥軋機制造簡單，又具有小直徑工作輥的優(yōu)點，日本日立公司制造的UCM軋機也與其類似。但均未解決支承輥兩點支承的結構問題。

3)這種集成式多輥軋機，吸取了普通4，6輥軋機制造方便，維護簡單和多輥軋機小直徑工作輥及多點支承的背襯輥結構的優(yōu)點，從根本上解決了4，6輥軋機固有的支承輥偏心對軋材厚度及板形影響的缺點，也解決了傳統(tǒng)20輥軋機制造困難，使用維護成本高的缺點。

4)這種現(xiàn)已取得中國專利的集成式多輥軋機，可根據(jù)用戶產(chǎn)品要求制作成8/16/18/32輥多種輥系可換的可逆式冷軋機。圖18為 200mm8/16輥集成式多輥軋機。

圖18 200mm8/16輥集成式多輥軋機

5)軋機的特點是：

(1)采用了不同于傳統(tǒng)多輥軋機的背襯軸承輥系結構；

(2)采用了與傳統(tǒng)四、六輥軋機類似的整體機架和小拋物線型直接作用式壓下裝置；

(3)采用了集成式多輥輥系，8/16/32輥多種輥系可換；

(4)僅上下支承輥傳動，結構簡單；

(5)上下大支承輥上的背襯軸承輥結構，消除了4、6輥軋機因支承輥偏心對厚度偏差和板形影響的缺陷。

6)2003年 北京冶金設備研究設計總院為中國工程物理研究院激光聚變中心研制了一臺Ф2/Ф26/Ф65×65mm8/16/32輥整體牌坊(one-piece)集成式多輥軋機。用于生產(chǎn)微米級激光聚變靶向材料。

圖19為 8/16/32輥集成式多輥軋機。

圖19 8/16/32輥集成式多輥軋機

科學技術的發(fā)展從來不是一帆風順的。多輥軋機的發(fā)展中也曾出現(xiàn)了所謂XGK專利軋機事件這樣一段插曲[23]。

6 多輥軋機百年大事記

(1)1910年,瑞士工程師Mathey設計了第一臺6輥軋機[5]；

(2)1925年，第一臺羅恩式(Rohn)12輥軋機在德國投產(chǎn)[8]；

(3)1930年，德國Heraeus-Vacuudmschmelze公司和羅恩(Wilhelm Rohn)取得了多輥軋機專利權[8]；

(4)1932年，第一臺森吉米爾(Sendzimir)多輥軋機(ZS6輥)在歐洲建成。1937～1938年在波蘭、法國、英國等相繼建成了六臺這種多輥軋機[6]；

(5)1940年，第一臺ZR型12輥軋機于美國投產(chǎn)[6]；

(6)1940年，森德威克(Sundwig)公司獲得了制造羅恩式多輥軋機的專利許可[8]；

(8)1948年，森吉米爾(Sendzimir)獲20輥軋機專利權[6]；

(9)1948～1949年，全蘇冶金機械制造科學研究設計院設計研制了第一批Ф38/Ф120×350mm12輥軋機和Ф8/Ф50×160 mm 20輥軋機[11]；

(10)1952年，西德施羅曼(Schloeman)公司研制了MKW-8輥軋機[10];

(11)1956年，日本引進森吉米爾(Sendzimir)20輥軋機；

(12)1958年，森德威克(Sundwig)公司研制了四立柱式多輥軋機[8]；

(13)1958年，日本制作第一臺森吉米爾ZR22-50型20輥軋機；

(14)1960年，北京鋼鐵學院研制了一臺Ф8/Ф47×110mm20輥軋機；

(15)1960年，美國花崗巖城公司投產(chǎn)了一臺串列式12輥軋機，軋速達7.8m/s[10]；

(16)1961年，北京鋼鐵研究院采用蘇聯(lián)圖紙在我國制造了一批工作輥徑Ф38×350mm的12輥軋機和工作輥徑Ф8×160mm的20輥軋機，在我國幾家生產(chǎn)精密合金工廠投產(chǎn)使用；

(17)1962年，北京鋼鐵研究院通過第三方引進森德威克WV20R-72 20輥軋機；

(18)1963年，北京鋼鐵學院研制了一臺Ф7×130mm20輥軋機;

(19)1966年，日本昭41-14971公開了14輥軋機發(fā)明專利；

(20)1966～1970年，西安重型機械研究所研制了Ф16/Ф90×280mm和Ф40/Ф225×700mm森吉米爾式20輥軋機;

(21)1967年，我國太鋼引進森德維克公司一臺羅恩四立柱WV20S-300-1150 20輥軋機；

(22)1969年，前蘇聯(lián)莫斯科中央黑色冶金科學研究院研制了能軋制厚0.0005mm寬5～10mm極薄帶的32輥和36輥軋機[11]；

(23)1969年，森吉米爾公司為日本日新制鋼周南廠研制了世界上第一套4機架20輥連軋機[6]；

(24)1969～1971年，北京冶金設計院研制了我國第一臺能軋制厚0.0026mm寬100mm極薄帶的Ф6.5/Ф55×130mm四立柱式20輥軋機[13]；

(25)1975年，北京鋼鐵研究院研制成功能軋制厚0.001mm寬30mm極薄帶的36輥軋機[12]；

(26)1975年，我國武鋼引進日立公司森吉米爾(Sendzimir)ZR22BS-4220輥軋機;

(27)1976～1978年，德國弗洛林(Fr?hling)公司研制了機械——液壓壓下的四立柱式多輥軋機[9]；

(28)1977～1980年，北京冶金設計院研制了世界上第一臺能軋制厚0.0008mm寬45mm極薄帶的Ф2/Ф26×65mm四立柱式30輥軋機[18]；

(29)1978年，美國森吉米爾公司發(fā)明了Z-Hi-18輥軋機[6]；

(30)1979年，冶金部機械部組織北京冶金設計院和上海機床廠研制了5 臺Ф6.5/Ф55×130mm 四立柱式20輥軋機；

(31)20世紀80年代，奧地利安德烈茨(Andriz)公司研制了Ф50×230mm(帶寬)HDK-10輥軋機[14]；

(32)20世紀80年代，日本三菱重工(Mitsubishi)研制了CR-12輥軋機[15]；

(33)20世紀80年代，日本日立(Hitachi)公司也研制成功了UC1、UC4多輥軋機；

(34)1986～1989年，德國弗洛林(Fr?hling)公司研制了直接作用式液壓壓下的雙牌坊(Twin-housing)12輥、20輥軋機[9]；

(35)1987～1989年，美國I2S公司研制了三臺VC型組合機架的直接作用式液壓壓下式20輥軋機[22]；

(36)1989～1991年，北京冶金設備研究設計總院改制了一臺Ф45/Ф100/Ф280×300mm18輥冷軋機；

(37)1995年，北京冶金設備研究設計總院為上海寶果實業(yè)公司研制了能軋制厚0.001mm寬45mm極薄帶的Ф2/Ф26/Ф65×65mm整體牌坊(one-piece)22/26輥軋機；

(38)1995年，德國曼內斯曼—德馬克(MDS)公司研制了雙牌坊式(Twin-housing)直接液壓壓下式20輥軋機[16]；

(39)1997年，北京鋼鐵設計研究總院獲一種8輥軋機實用新型專利[17]；

(40)2000年，北京冶金設備研究設計總院和北京科技大學合作研制了第一臺Ф160/Ф400×400mm4輥和Ф50/Ф110×400mm18輥整體牌坊(one-piece) 雙機架可逆式冷軋機；

(41)2000年，北京冶金設備研究設計總院為無錫銀光鍍錫板有限公司研制了世界上第一臺無鞍座式小拋物線壓下的Ф100/Ф300(160)×900mm整體牌坊(one-piece)12輥軋機；

(42)2001年，日本三菱重工—日立(Mitsubishi-Hitachi)研制了雙牌坊式(M-H Split housing)HZ-20輥軋機[21]；

(43)2003年，北京冶金設備研究設計總院為中國工程物理研究院激光聚變中心研制了一臺Ф2/Ф26/Ф65×65mm8/16/32輥整體牌坊(one-piece)集成式多輥軋機；

(44)2004年，北京泰隆自動化設備有限公司和北京冶金設備研究設計總院合作研制了世界上第一臺Ф120/Ф520(300)×1400mm整體牌坊(one-piece)12輥雙機架可逆式冷軋機；

(45)2007年，北京斯蒂爾羅林公司為廣東雄順達公司研制了世界上第一臺無鞍座小拋物線壓下式整體牌坊(one-piece) 1450mm 12/20輥可換式多輥軋機[20]。

7 結語

中國人自己設計研制的這些全新多輥軋機已經(jīng)在祖國大地上日夜運轉著，為祖國四個現(xiàn)代化生產(chǎn)著各種材料的薄帶和極薄帶。這些多輥軋機的設計思想已處于國際領先地位。這些多輥軋機無論機械電控和整機性能都已接近或達到國際水平。有的機型還填補了機型空白。如: 12/20輥可換式多輥軋機、30輥軋機和集成式多輥軋機。

[1]錢文軍.國外極薄帶多輥軋機簡況.冶金設備，1982(2).

[2]Peter Fr?hling, Jens Rieckmann, Fr?hling GmbH, Olpe.采用直接液壓壓下的多輥軋機，MPT-CHINA 1992 Page 68-72.

[3]Bernd Berger. 先進的20輥軋機技術.冶金設備和技術,2001(1).

[4]FIVES DMS STTS Reversing Cold Rolling Mills 1650mm Stainlees Steel Strip，May 2010.

[5]W.L.羅伯茨.冷軋帶鋼生產(chǎn).北京：冶金工業(yè)出版社，1985.

[6]森吉米爾軋機培訓資料(太鋼).2004.

[7]Von Georg Thiel. Vielrollen-Kaltwalzgerüste der Bauart nach W.Rohn Sundwig 1957.

[8]SUNDWIG. Cold Rolling Cluster Mills，1980.

[9]達涅利佛羅林.特殊軋機和帶材精作業(yè)線.

[10]一機部情報所.重型機械,1974.

[11]П.И.波盧欣等.多輥軋機軋制.北京：冶金工業(yè)出版社，1987.

[12]張樹堂等.軋制0.001mm金屬超薄帶的36輥軋機.鋼鐵,1979(3).

[13]錢文軍,曾潤根等.二十輥軋機設計、安裝調試.北京冶金,1978.

[14]ANDRITZ.MultipleRollSets,CompactRollingMills(HDKSystem)，1988. [15]MITSUBISHI. CR Mill-Mitsubishi Cluster Type Rolling Mill，1993.

[16]DEMAG. 20 Roll Stand Twin-housing Design，1993.

[17]欒紹鈞.一種8輥軋機.ZL96211943.1,1997.4.2.

[18]Wenjun Qian et..Research and design of New type 30 Hi Reversing cold Rolling Mill,The 7th,International Conference on steel Rolling Tokyo.1998.

[19]SMS Demag.Cold Rolling of Stainless steel strip.Taiyuan,2004(6).

[20]Gang Qian et..The Research and Design of a Novel 20-High Rolling Mill.The 10th. International Conference on steel Rolling.Beijing,2010.

[21]Mitsubishi-Hitachi.MZ-Mill for sillicon steel.June,2011.

[22]潘純久.二十輥軋機及高精度冷軋帶鋼生產(chǎn).北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

[23]張樹堂等.尊重科學實事求是-XGK專利軋機真相.冶金設備,2014(2).

An Informal Discussion of the Multi-Hi Rolling Mill

Qian Wenjun

(Beijing Metallurgical Equipment Research and Design Co., Ltd of MCC, Group, Beijing 100029)

All kinds of multi-Hi rolling mills have been fully renovated and improved since they were first invented in the last century. Nowadays, more than 95% stainless steel strips and deformation- resistance metal strips are produced by multi-Hi rolling mills all over the world. This article mainly introduced the characteristics, usages and memorable big events in a hundred yeas of multi-Hi rolling mills on the development history. It also described different types of mills such as the Radial roll set mills and composite roll set mills, especially emphasized on the following types of mills including the Rohn mill, the Sendzimir mill, the Fr?hling mill, the CR mill, the Demag and DMS Twin-housing 20-Hi mill, the Mitsubishi and Hitachi M-H Split housing HZ20-Hi mill, the HDK-10-Hi mill, the MKW mill, the Z-Hi mill, the SR 12/20-Hi changeable multi-Hi rolling mill and the integrated multi-Hi rolling mill designed and developed by Chinese engineers solely.

Multi-Hi rolling mill Function and characteristics Development history

錢文軍,男，1941年出生，教授級高工，從事多輥軋機設計研究工作，退休前任北京冶金設備研究設計總院軋鋼所副所長， 享受國務院政府特殊津貼

TG333.17

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10.3969/j.issn.1001-1269.2015.03.002

2015-02-10)