劉 松，竇 鋒，賀 琪，王大號，魏維剛，趙曉輝，黃慶學 ，周存龍

(1.中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032；2.太原理工大學， 山西 西安 030024；3.太原科技大學，山西 太原 030024)

0 前言

鋼鐵生產(chǎn)對工業(yè)系統(tǒng)的良性循環(huán)和國民經(jīng)濟的長足發(fā)展起著至關重要的作用，而板帶材在鋼鐵總產(chǎn)量的比重表征著鋼鐵發(fā)展生產(chǎn)水平。近年來，隨著汽車、電子和國防等產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，日益需要大量的高精度冷軋薄板作為原料。由于市場需求的急劇上漲，薄板冷軋設備和冷軋工藝在近年來取得了長足的發(fā)展。

泰鋼950 mm單機架可逆冷軋機組由中國重型機械研究院股份公司自主成套，采用了多項當時最先進的裝備和控制技術并于2004年投產(chǎn)運行。在十余年的生產(chǎn)運行過程中，該機組不僅穩(wěn)定可靠而且為用戶贏得了巨大的經(jīng)濟利益。

不過隨著時間的推移，市場對于厚度在0.3 mm以下板材的需求日益劇增，但本機組的設計初衷是主要生產(chǎn)0.3 mm以上的產(chǎn)品。因此生產(chǎn)厚度在 0.25 mm以下的產(chǎn)品時，用戶需在完成一個軋程后先進行去應力退火再進行下一個軋程。這不僅極大的降低了生產(chǎn)效率和企業(yè)年產(chǎn)量，而且造成了能源、介質(zhì)和設備的巨大損失以及對環(huán)境的不良影響。

為了徹底改善這種局面并充分發(fā)掘原有設備的潛力，經(jīng)與用戶的協(xié)商、研討和論證，最終采用局部改造并充分利舊的方案。通過技術人員的計算和分析，最終做出如下改造措施：

(1)工作輥直徑減小，中間輥直徑增大，支承輥輥徑不變，輥系的軸向尺寸不作改變；

(2)工作輥鑲塊和中間輥鑲塊在高度方向的尺寸和行程重新設計，水平方向的尺寸不作改變；

(3)牌坊、軋線調(diào)整裝置和AGC壓上缸利舊。

(4)萬向聯(lián)軸器重新選型，電機和主減速機利舊；

(5)接軸夾緊裝置重新設計；

(6)換輥車軌道和相應機內(nèi)軌道的標高重新設計，換輥車車體利舊；

1 改造目標

用戶根據(jù)設備現(xiàn)有的生產(chǎn)能力和目前市場需求提出了改造目標：原料由(2.5～3.0)mm×(750～850)mm一軋程生產(chǎn)(0.15～0.2)mm×(750～850)mm；軋機運行平穩(wěn)，厚度波動控制在±10 μm以內(nèi)；調(diào)偏量、彎輥力、輥縫、軋制力等穩(wěn)定，使用正常。

原有設備的基本狀況是改造和利舊的基礎，該機組主要技術參數(shù)見表1。

表1 改造前950 mm HC軋機主要技術參數(shù)

2 可行性分析

此軋機改造的主要目的是順利軋制出更薄的帶材，但原料和產(chǎn)品的寬度并未發(fā)生改變。而生產(chǎn)過程中軋輥的彈性壓扁直接決定了帶材的可軋最小厚度，即

hmin=3.58dμK/E

(1)

式中，d為工作輥直徑；μ為摩擦系數(shù)；K為金屬平面變形抗力；E為機械彈性模量。

根據(jù)用戶產(chǎn)品大綱中所軋帶材的材質(zhì)和厚度，按式(1)計算后初定改后工作輥的直徑為φ280/φ250 mm。

為了充分利舊和減小改動量，牌坊窗口的縱向尺寸鏈做盡可能小的變動，即支承輥的輥徑不變φ950/φ890 mm， 將中間輥輥徑相應增大。HC軋機的中間輥的主要作用是使工作輥與中間輥脫離有害接觸區(qū)，而中間輥輥徑的增大對于實現(xiàn)該作用是有益的。改造后中間輥輥徑初定為φ390/φ360 mm。

軋制力是冷軋過程中重要的參數(shù)之一，而軋輥輥徑的變化會引起軋制力的變化，即

(2)

由式(2)可知，其他參數(shù)不變時軋制力與接觸弧長成正比。此次改造工作輥輥徑的變小會使接觸弧長變小，因此改造后的軋制力會比原來減小，因而牌坊等重要部件可以滿足改造后力學性能要求。

(3)

同理由式(3)可知，最大軋制力矩隨工作輥輥徑減小而減小，原有電機和主減速箱可以滿足使用要求。

3 改造方案

根據(jù)可行性分析，改造后設備承受載荷減小，用戶提出的改造目標和改造要求是可以實現(xiàn)的。改造后的輥系配置見表2。

牌坊窗口縱向總體尺寸基本不變而且軋制力和軋制扭矩變小，因此原有設備的牌坊、軋線調(diào)整裝置、壓上AGC缸、支承輥平衡缸、主電機和主傳動裝置等均可以利舊。

表2 改造后輥系配置

根據(jù)輥系變化，軸承座、鑲塊和軌道提升缸等部件進行相應調(diào)整并制定圖1所示的整體改造方案,

圖1 整體改造方案

3.1 輥系改造

工作輥輥系改造是此次改造的重點，而且直接決定產(chǎn)品厚度和精度。根據(jù)輥徑變化，軸承座尺寸作相應改變而且軋輥軸承由原來的四列圓柱軸承改為滾針軸承，中間輥輥系僅對輥徑進行調(diào)整，軸承座等其他零部件均利舊。支承輥輥系完全利舊。

3.2 主傳動改造

原有主電機和主減速箱可以滿足改造后的生產(chǎn)需求，但是工作輥輥徑及其相應扁頭的減小使得可用空間變小，因此原有的十字軸式萬向接軸不滿足改造后的裝配要求。

球籠式萬向接軸具有結構緊湊的特點，尤其在高速傳動時有良好的穩(wěn)定性，因此本次改造選用球籠式萬向接軸。

3.3 其他零部件改造

軋輥直徑的改變使得其他零部件需要作相應的調(diào)整和改造，這主要是由于縱向尺寸變化引起的。

工作態(tài)時，為滿足最大最小工作輥輥徑均能實現(xiàn)有效的正負彎輥，根據(jù)工作輥輥系的變化，將工作輥缸塊向上和向下的行程由20 mm和40 mm分別調(diào)整為37.5 mm和42.5 mm。

換輥態(tài)時，為使軋輥順利抽出，最大軋輥直徑時軋輥間需脫離開一定距離，因此中間輥軌道提升缸行程增加5 mm，工作輥軌道提升缸行程增加15 mm。機內(nèi)軌道的橫斷面輪廓進行相應調(diào)整以保證穩(wěn)定軋制時軌道與軸承座滾輪間脫開一定距離。

由于軋輥直徑和機內(nèi)軌道標高的改變，換輥車軌道和軸頭抱緊裝置的標高進行了重新設計和標定，換輥車車體等利舊。

改造后的產(chǎn)品厚差如圖2所示。

圖2 某道次的入出口厚差

4 改造結果

通過軋機改造來滿足市場需求變化具有成本低、周期短和操作適應性強等優(yōu)點。改造后950 mm HC軋機可穩(wěn)定軋制出最薄0.12 mm的帶材且板型板厚精度均達到考核目標值，產(chǎn)品厚差滿足要求。目前機組運行狀況良好，使用戶在薄板市場占有率有很大提升。

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