劉鴻濤

（新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠）

1 前言

自2018年起八鋼熱軋粗軋機(jī)出現(xiàn)軋制狀態(tài)不穩(wěn)定，導(dǎo)致軋制板形差，易產(chǎn)生鐮刀彎和S 彎，造成熱卷箱卷形差，精軋機(jī)凸度及浪形難以控制。

軋機(jī)剛度是反映軋機(jī)結(jié)構(gòu)性能的重要參數(shù)，是保證軋機(jī)軋制精度的主要指標(biāo)。軋機(jī)剛度會(huì)隨著使用過程中的不均勻磨損而降低，軋機(jī)剛度降低將對鋼帶厚度、板形產(chǎn)生不利影響。維護(hù)不到位會(huì)使軋機(jī)設(shè)備精度降低，設(shè)備精度直接影響著軋機(jī)剛度。

通過解決精度不達(dá)標(biāo)問題，提高軋機(jī)總剛度、減少兩側(cè)剛度差，改善粗軋機(jī)軋制狀態(tài)，降低粗軋機(jī)本體設(shè)備事故，同時(shí)也提高中間坯的產(chǎn)品質(zhì)量。

2 關(guān)于軋機(jī)剛度

軋機(jī)剛度也稱為軋機(jī)模數(shù)，是軋機(jī)受力后所有受力部件產(chǎn)生彈性變形的總和，軋輥之間的實(shí)際間隙要大于空載時(shí)的間隙。如圖1所示，空載時(shí)軋輥之間的間隙為理論原始輥縫S′0，軋機(jī)受力軋制時(shí)軋輥輥縫彈性增加值為彈跳值f。

在軋制力較低時(shí)，P與h為一非線性的曲線段，該非線性段是由于軋機(jī)部件之間的接觸變形和存在間隙產(chǎn)生的。當(dāng)軋制負(fù)荷增加時(shí)，曲線的斜率K 也增加;軋制負(fù)荷達(dá)到一定值后，斜率K 趨于一固定值，P與h趨于線性關(guān)系。A 線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)即為理論原始輥縫S′0，斜率K 為軋機(jī)的剛度系數(shù)，也常常簡稱為剛度。

式中： ΔP- 軋制力增量，kN；Δf- 彈跳變化值，mm。

K的物理意義是使軋機(jī)產(chǎn)生單位彈跳量所需的軋制力，它表示了軋機(jī)抵抗彈性變形的能力，K愈大，軋機(jī)剛度愈好。

圖1 軋機(jī)彈塑性變形示意圖

2.1 軋機(jī)剛度影響因素

影響軋機(jī)剛度的因素很多，設(shè)計(jì)加工、使用和維護(hù)都會(huì)影響軋機(jī)的剛度。設(shè)計(jì)加工方面主要指軋機(jī)牌坊、軸承、軋輥等各受力部件設(shè)計(jì)的固有的彈性變形系數(shù)（或固有剛度值），如牌坊、軸承和軋輥的尺寸、材質(zhì)、形狀、加工的精度等決定了軋機(jī)的剛度值。四輥軋機(jī)的彈性變形包括軋輥系統(tǒng)、支承輥軸承、支承輥軸承座和壓下螺絲間的受壓零件、壓下螺絲和螺母以及機(jī)架等零件的彈性變形，軋機(jī)的彈性變形就等于有關(guān)零件彈性變形之和。

2.2 軋機(jī)剛度測量

通過測量對應(yīng)軋制壓力的軋機(jī)彈跳值，可以測量出軋機(jī)的剛度，方法有軋輥壓靠法和軋制法。

（1）軋制法。保持輥縫一定，用不同厚度的軋件送入軋機(jī)，讀出軋制力(P)，測定軋制后軋件的厚度(h)，根據(jù)軋件厚度和原始輥縫(S0)的差值來確定軋機(jī)的彈跳值。根據(jù)每一軋制力所對應(yīng)的彈跳值，可以計(jì)算分段的剛度，計(jì)算平均值即可得到軋機(jī)剛度- 動(dòng)態(tài)剛度。軋制法測定不能在生產(chǎn)中經(jīng)常使用。

（2）軋輥壓靠法。加載一定的壓靠量，記錄下相應(yīng)的壓下調(diào)節(jié)量和軋制力，以軋制力(P)為縱坐標(biāo)、壓下調(diào)節(jié)量(h)為橫坐標(biāo)，繪出P－h(huán)關(guān)系曲線，即軋機(jī)的彈性變形曲線，即可測量出軋機(jī)的靜態(tài)剛度。

圖2 為八鋼熱軋實(shí)際中采用軋輥壓靠法來計(jì)算軋機(jī)剛度。

圖2 軋輥壓靠法的PDA 記錄圖

軋機(jī)加載一定的壓靠量，記錄下傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)相應(yīng)軋制力下的AGC 伸出值，計(jì)算軋制力差和AGC 伸出值差的比例。

式中：K和- 兩側(cè)剛度和值，kN/mm；K差- 兩側(cè)剛度差值，kN/mm；FDS1- 傳動(dòng)側(cè)第一點(diǎn)軋制力，kN；FDS2- 傳動(dòng)側(cè)第二點(diǎn)軋制力，kN；HGCDS1- 傳動(dòng)側(cè)HGC 第一點(diǎn)伸出值，mm；HGCDS2- 傳動(dòng)側(cè)HGC 第二點(diǎn)伸出值，mm；FOS1- 操作側(cè)第一點(diǎn)軋制力，kN；FOS2-操作側(cè)第二點(diǎn)軋制力，kN；HGCDS1- 操作側(cè)HGC 第一點(diǎn)伸出值，mm；HGCOS2- 操作側(cè)HGC 第二點(diǎn)伸出值，mm。

2.3 軋機(jī)剛度對跑偏的影響

理論上軋機(jī)兩端變形一致，軋機(jī)彈性變形曲線為一直線，軋出的軋件厚度h可以用彈跳方程進(jìn)行計(jì)算：

式中：h—軋件厚度，mm；f—軋機(jī)彈跳值，mm；S0—考慮預(yù)壓靠變形后的空載輥縫，mm；P0—空載軋制力，kN；P—軋制力，kN；K—軋機(jī)剛度系數(shù)，kN/mm

軋機(jī)兩側(cè)的剛度相等時(shí)，兩側(cè)的彈性變形也相等，因此兩側(cè)輥縫相等，兩側(cè)軋制力相等，兩側(cè)的輥縫差為零，跑偏可能性小。當(dāng)軋機(jī)兩側(cè)剛度出現(xiàn)差異，軋機(jī)兩側(cè)的剛度系數(shù)不同，會(huì)使軋機(jī)兩側(cè)的彈跳計(jì)算出現(xiàn)偏差，水平偏差無法預(yù)知和檢測，兩側(cè)彈性變形將出現(xiàn)差異。帶鋼跑偏如圖3所示。

圖3 帶鋼跑偏示意圖

表1 為采用壓靠法測量得的八鋼熱軋粗軋機(jī)兩側(cè)剛度之差最大相差514kN/mm，此時(shí)軋機(jī)兩側(cè)的輥縫差值達(dá)到了0.7mm，而二級模型依然按照相同的軋機(jī)剛度進(jìn)行計(jì)算，帶鋼出現(xiàn)了較大的不對稱浪形。嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)鐮刀彎，帶鋼跑偏失穩(wěn)可能性增加。當(dāng)帶鋼出現(xiàn)跑偏時(shí)，即帶鋼的中心線與軋機(jī)中心線偏離，將導(dǎo)致帶鋼傳遞到軋機(jī)兩側(cè)的軋制壓力出現(xiàn)差異，由于兩側(cè)的壓力差會(huì)導(dǎo)致軋機(jī)兩側(cè)彈性變形的差異。

表1 牌坊修復(fù)前的壓靠法剛度計(jì)算表KN/mm

2.4 軋機(jī)剛度對厚度的影響

理論上軋機(jī)兩端變形一致，按照彈跳方程，軋機(jī)彈性變形曲線為一直線。

在相同的軋制力下，軋機(jī)的剛度越好，即K 值越大，彈跳值f 越小，軋件縱向厚度控制越準(zhǔn)確。因此，為了減小因軋制力波動(dòng)等工藝因素對厚度的影響，應(yīng)盡可能提高軋機(jī)的剛度系數(shù)。表1 通過壓靠法測量得到軋機(jī)兩側(cè)剛度之和最大到4205kN/mm，低于最初設(shè)計(jì)剛度值5000 kN/mm，按照彈跳方程，軋制力造成軋機(jī)彈性變形大于最初設(shè)計(jì)值，軋件的壓縮量小于設(shè)定值，厚度大于計(jì)算值。

使用過程中由于磨損，軋機(jī)剛度系數(shù)會(huì)下降，而且各機(jī)架的剛度變化不完全相同，同一機(jī)架兩端的剛度變化也可能不同。厚度模型在計(jì)算過程中所使用的軋機(jī)剛度是開始時(shí)的剛度或者是軋機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)剛度，當(dāng)模型使用的剛度與軋機(jī)的實(shí)際剛度差異較大時(shí)，AGC 控制基準(zhǔn)的誤差增加，導(dǎo)致厚度模型的波動(dòng)增加，AGC 震蕩幅度、不穩(wěn)定性增大，軋機(jī)的厚度精度將會(huì)受到影響而下降，兩側(cè)厚度偏差如圖4。

圖4 厚度偏差示意圖

3 熱軋粗軋機(jī)剛度分析

3.1 粗軋機(jī)受力分析

圖5 為粗軋機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖

在進(jìn)行粗軋機(jī)進(jìn)行剛度測試時(shí)，壓靠力是從垂直方向和水平方向兩個(gè)方向來傳遞的。

垂直方向受力部件依次為：1→2→3→4→5→6→7→16→15→11→12→13→14→1→10。

水平方向受力部件依次為：

4（7）→19（17）→1。

5（6）→18→20→1。

3.2 軋機(jī)兩側(cè)剛度差影響因素

3.2.1 垂直間隙影響

粗軋機(jī)架是由許多部件組成，部件之間會(huì)有間隙。垂直間隙會(huì)造成輥系傾斜，輥系傾斜會(huì)造成軋制的不穩(wěn)定性，如帶鋼跑偏和甩尾等，因此要盡力避免。為避免輥系傾斜，要保證設(shè)備安裝精度和設(shè)備零部件精度，在日常維護(hù)中尤其要注意保持各接觸面間的清潔。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)整經(jīng)驗(yàn)，各部件接觸面是影響軋機(jī)兩側(cè)剛度差的主要因素，接觸面的清潔度、尺寸精度和硬度等都會(huì)對軋機(jī)兩側(cè)受力產(chǎn)生直接影響。

3.2.2 水平間隙影響

水平間隙會(huì)導(dǎo)致軋輥交叉，從而形成軋機(jī)剛度差。為了便于換輥，軋輥軸承座與牌坊之間是有間隙的，而且都是操作側(cè)間隙大于傳動(dòng)側(cè)。這種情況很容易導(dǎo)致軋輥在操作側(cè)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，從而降低操作側(cè)的剛度。

3.3 垂直系影響剛度原因

結(jié)合熱軋現(xiàn)場粗軋機(jī)運(yùn)行及維護(hù)檢查情況，垂直系對剛度的影響見表2。

表2 垂直系影響剛度原因分析表

通過表2 一一對照檢查分析，（2）（5）（6）（7）(8)項(xiàng)均對垂直系剛度有影響。

3.4 水平系影響剛度原因

軋機(jī)剛度受到軋機(jī)配合間隙、襯板磨損等問題的影響。

水平間隙精度主要靠軋輥軸承座與牌坊窗口間的橫向間隙保證，橫向間隙體現(xiàn)在軋輥軸承座與牌坊的32 塊滑板之間的16個(gè)接觸面間隙。

正常情況下，軋機(jī)的輥系之間接觸是軋輥和軋輥之間的線接觸，但實(shí)際軋鋼過程中由于咬鋼沖擊、腐蝕及磨損的工況影響，滑板的磨損會(huì)加劇，滑板間間隙會(huì)逐漸變大，且這種間隙變化是不均勻的，造成輥系在牌坊內(nèi)穩(wěn)定性降低，甚至輥系失穩(wěn)造成軋輥交叉，軋輥交叉后輥系的線接觸變成了點(diǎn)接觸。接觸狀況的變化會(huì)產(chǎn)生軋機(jī)剛度的變化，和軋機(jī)剛度有直接關(guān)系的軋制力、輥縫、初始擺位精度等也會(huì)出現(xiàn)拍偏差，最終體現(xiàn)到軋制穩(wěn)定性上。

粗軋機(jī)在對工作輥平衡缸缸體滑板加工配墊及檢修更換粗軋機(jī)下支承輥牌坊窗口磨損超標(biāo)滑板工作后，軋機(jī)下部輥系軸線有可能存在偏斜狀況如圖6，致使軋鋼時(shí)產(chǎn)生軸向分力軋制。

圖6 軋輥交叉示意圖

4 解決方案

4.1 定期修復(fù)

軋機(jī)牌坊窗口每隔1～2年應(yīng)定期進(jìn)行測量，通過專業(yè)測量可以精確掌握軋機(jī)牌坊的磨損程度、磨損部位，基于測量數(shù)據(jù)，在大修期間對軋機(jī)牌坊進(jìn)行修復(fù)，這樣可以有效地提高軋機(jī)剛度，保持軋機(jī)的精度。牌坊底面修復(fù)前后對比見圖7。

圖7 牌坊底面修復(fù)前后對比圖

4.2 垂直系周期維護(hù)

（1）定期檢查HGC 缸底部與上支撐輥軸承座處有無異物，及時(shí)清理；

（2）增加下階梯墊吹掃水，在換輥時(shí)確認(rèn)下支撐輥弧形墊與階梯墊處無氧化物等異物；

（3）更換下階梯墊，確保階梯墊無變形磨損；

（4）更換下支撐輥弧形板，弧形板無變形磨損；

（5）更換上下承壓板，確保承壓板無開裂；

（6）檢查更換下承壓座，確保承壓座無開裂；

（7）檢查銅螺母磨損情況，當(dāng)兩側(cè)磨損值差值大于5mm 時(shí)更換，確保兩側(cè)的螺絲副磨損差值在合理范圍內(nèi)。

4.3 水平系窗口檢測及調(diào)整

熱軋粗軋牌坊窗口修復(fù)調(diào)整前后參數(shù)見表3。

表3 牌坊窗口修復(fù)前后檢測原始數(shù)據(jù)對比

表4 牌坊修復(fù)后的壓靠法剛度計(jì)算表 kN//mm

4.4 效果

對粗軋機(jī)牌坊在垂直系修復(fù)完，在水平系調(diào)整完畢后（表4），軋機(jī)總剛度最高提升了800 kN//mm，最大到4700 kN//mm，兩側(cè)剛度差由調(diào)整前的最大差500 kN//mm 提高到調(diào)整后最大差100kN//mm，軋機(jī)剛度明顯得到提升。

5 結(jié)束語

通過對粗軋機(jī)剛度的影響因素分析，提出相應(yīng)的解決辦法并在檢修中得以實(shí)施，使得粗軋機(jī)剛度得到明顯提升，軋機(jī)狀態(tài)改善效果明顯，粗軋軋制的中間坯鐮刀彎狀態(tài)得到明顯改善，熱卷箱卷形好轉(zhuǎn)，開卷時(shí)基本不出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，精軋機(jī)楔形控制趨于穩(wěn)定。

設(shè)備精度工作的持續(xù)改善，對粗軋機(jī)剛度的影響起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)對生產(chǎn)穩(wěn)定及產(chǎn)品質(zhì)量的提高都有長遠(yuǎn)影響。