1800 mm热带钢炉卷精轧机设计

2012-12-11高德忠

一重技术 2012年3期

王哲，高德忠

随着国民经济的快速发展，市场对不锈钢材的需求量越来越大，而炉卷轧机的设备投资和产能正适合生产不锈钢带材，所以市场需求在逐渐增加。同其它轧钢设备一样，以前的炉卷轧机技术完全依赖于进口，引进一套生产线将花费大量的外汇资金。因此，为替代进口，降低炉卷轧机制造成本，我们通过学习并消化吸收国外的先进技术，掌握炉卷轧机的生产工艺和流程，依托在热轧方面多年积累的丰富经验，使炉卷轧机技术又有了进一步的提高。

本文依据我国首套自主集成的1800 mm炉卷精轧机，并结合本人的一些工作体会，从设计角度对炉卷精轧机的结构进行介绍。

1 工艺概述

炉卷精轧机前后设有带保温炉的卷取机和卷取炉夹送辊，可以在热状态下实现成卷带钢的可逆轧制（见图1）。

由粗轧机组轧出的厚度为25～34 mm的中间坯，经过中间辊道进入精轧区，由精轧机前的飞剪切去不规则的头、尾，经精轧除鳞机除去二次氧化铁皮后送入精轧机。该精轧机为四辊可逆式，轧机前后各有一座卷取炉和一台夹送辊。卷取炉内的温度采用计算机控制，温度范围950～1 100℃，满足加热保温中间坯的要求。

图1 精轧机布置形式

中间带坯首先通过炉卷精轧机入口侧卷取炉进行第一道次轧制。带坯头部出精轧机后，由出口侧夹送辊送入出口侧卷取炉卷取，卷筒与轧机同步；当带坯进行第二道次轧制时，由入口侧夹送辊将带坯送入入口侧卷取炉中。如此往复进行5～9道次的往复轧制，轧制出1．8～20．0 mm厚的成品。

作为成品带钢轧机，炉卷精轧机技术水平的高低直接影响着卷板的产品质量。为此，我们将许多现代最先进的热连轧技术应用于本轧机的设计中，该精轧机采用HCW技术，除我公司独立开发研制的工作辊弯辊和横移装置外，还配有完善的板形控制系统，可以保证不锈钢板卷的厚度和板形精度。

该炉卷精轧机的最大特点是采用液压自动厚度控制系统 (HAGC)，所以也被称为全液压轧机，该控制系统具有非常快的扫描和响应速度，可保证带钢厚度偏差的均匀性。

2 结构特点

该精轧机主要由机架装配、工作辊轴承、支承辊轴承、支承辊平衡装置、工作辊弯辊及横移装置、上阶梯垫装置、液压AGC缸装置、导卫装置、机架辊装置、主传动装置等组成。

2.1 机架装配

机架装配由两片闭式铸钢机架、上、下横梁、轨座、滑板、工作辊换辊轨道、轴端卡板等组成。由上、下横梁通过定位键及螺栓将两片机架联成一体，并通过预紧螺栓固定到轨座上，轨座直接固定到基础上。机架中部的工作辊换辊轨道采用固定式，换辊时与机架外部的固定轨道对齐。支承辊轴端卡板由挡板和液压缸组成，把在操作侧机架外侧，用于防止支承辊轴向窜动。工作辊轴端卡板包含在移动块内，通过液压缸打开和锁紧，保证工作辊随移动块一起横移。

机架窗口尺寸由工作辊开口度、工作辊直径、支承辊直径、液压AGC装置及上下标高调整装置等参数决定，在轧机本体设计之前，需首先确定好辊系在机架窗口内的极限位置，本轧机接受中间坯来料厚度为25～34 mm，为均衡上下辊咬入角，将轧制标高（下辊上表面标高）按照比辊道上表面高15 mm设计，根据在正常工作时，开口度取最大，工作辊及支承辊直径均取最大值来设计最大窗口高度（见图2）。

图2 轧机辊系简图

机架设计为平板式，把和相关部件的止口部位均采取键槽镶键的方式，这样有利于机架的铸造、加工及运输。机架设计要点是先将所有把和在机架上的零部件设计完成并确定好与机架的把和位置后，最后再对机架进行完善。根据要求该轧机最大轧制力为50 000 kN，轧机刚度＞7 000 kN/mm（见图 3）。

2.2 工作辊轴承

工作辊轴承由上、下工作辊，工作辊轴承座及滑板等组成。传动侧工作辊轴承只装有四列圆锥滚子轴承，而操作侧为四列圆锥滚子轴承加双列圆锥滚子止推轴承，分别承受径向力和轴向力。工作辊直径Ø720 mm/Ø650 mm，工作辊辊身长度2 080 mm，其中的轴窜行程为±150 mm。工作辊材质为无限冷硬球墨铸铁辊，辊子硬度70～75肖氏硬度。

由于工作辊轴承承受的径向力是弯辊力。因此选择四列圆锥滚子轴承时，应在满足最大弯辊力的要求后，选择最大外径的轴承，但轴承座最薄处厚度必须＞20 mm。

图3 机架有限元分析图

由于本轧机带有工作辊弯辊和横移装置，轴向力比较大，所以单独在一侧增加双列圆锥滚子轴承以承受轴向力，轴向力的大小可以按照轧制力的5%～10%来考虑。考虑到四列圆锥滚子轴承也可以承受一部分弯辊力，所以在选择双列圆锥滚子轴承时，可以按照5%轧制力来选择。由于本轧机弯辊力单侧达到1 800

kN，所以目前必须使用进口轴承才能满足要求。

设计工作辊轴承座外形一定要按照辊系图的要求设计，以防与相关设备发生干涉。在设计中经常遇到操作侧轴承座轴端止挡部分在最小辊横移时，与固定块干涉的现象，设计时必须加以注意。

图4 工作辊串辊图

2.3 支承辊轴承

支承辊轴承由支承辊、轴承座及滑板和油膜轴承等组成。上支承辊轴承座由支承辊平衡装置的横梁挑起，使上支承辊轴承座与压下系统紧靠在一起，调整压下装置时上支承辊轴承座随平衡装置的横梁一起沿机架窗口内侧滑板上、下滑动。

该轧机支承辊直径Ø1 600 mm/Ø1 450 mm，支承辊辊身长度1 820 mm，支承辊材质45Cr4NiMoV，支承辊油膜轴承选用60″－75 KL（双止推），由于支承辊承受的是轧制力，所以选择油膜轴承时，应按照最大轧制力选取，同时还要额外考虑辊系的重量。

2.4 工作辊弯辊及横移装置

工作辊弯辊及横移装置实际由两部分组成，即弯辊平衡装置和窜辊横移装置。主要由固定块、移动块、工作辊横移缸、锁紧缸等组成。四个固定块固定在机架牌坊立柱的内表面，八个移动块处于固定块与工作辊轴承座之间，每个移动块上装有2个工作辊弯辊平衡缸。弯辊装置主要用于板形控制和平直度动态控制，在轧制过程中，通过弯辊力调节工作辊的弯曲变形，实现对板形快速、有效的控制。上、下工作辊可以沿轴向按相反的方向移动，移动距离为±150 mm，移动时工作辊与支承辊间的接触长度不变（见图4）。

工作辊弯辊及横移装置由四个窜辊缸带动操作侧四个移动块来实现轧辊的轴向窜动过程。通过轴向固定缸把工作辊和操作侧移动块连在一起或分开。

轧辊窜动要在轧辊旋转同时进行。轴向固定缸在轧机工作时合上，换辊时打开。平衡块锁定缸根据窜辊要求进行锁定和打开（见图5）。

图5 工作辊弯辊图

2.5 液压AGC辊缝调整

轧机的轧制力、辊缝调整和板厚控制均由全液压AGC缸负责。液压缸安装在机架窗口上部，直径为 Ø1 100 mm，行程 130 mm，工作压力 27 MPa，最大出力为5 132 t，满足最大轧制力要求。

2.6 支承辊平衡装置

支承辊平衡装置由平衡柱塞液压缸、横梁、提升吊梁、卡紧装置等组成，在完成平衡作用的同时，还作为导卫装置及冷却水集管等的驱动（升降）装置使用。其中，卡紧装置由两个液压缸驱动，用于在换辊或维修时锁住平衡吊梁。平衡缸内装有位移传感器，用于控制行程。平衡柱塞液压缸直径为 Ø360 mm，系统压力为16 MPa。