自主创新技术在不锈钢二十辊精密板材冷轧机组中的应用

2013-08-15马凯

天津冶金 2013年5期

马凯

（天津冶金规划设计院/工业工程技术装备所，天津300203）

1 引言

20世纪90年代末，我国不锈钢产业迎来了重要的发展机遇，并伴随着同一时期国民经济的高速发展，不锈钢产业也呈现了爆发式的增长。我国是不锈钢第一生产大国，但与世界不锈钢的生产强国还有一定差距，主要体现在冷轧不锈精密带钢的生产能力上。同不锈钢生产强国相比，我国不锈钢生产的品种、产品质量还有相当的差距。国内具有冷轧不锈精密带钢生产能力的企业有近30家之多，但能够真正生产冷轧不锈精密带钢产品仅占其企业产品生产能力的很低比例。差距主要表现在：（1）生产品种不能满足市场需求；（2）产品规格不全；（3）管理不完善；（4）工艺装备水平不高等。同时，中国尚无不锈精密带钢的国家、企业标准。

2 二十辊轧机在不锈钢精密板材生产中的应用

多辊轧机，尤其是二十辊轧机，由于其本身固有的特点，生产冷轧精密不锈带钢有其得天独厚的优势，几乎是生产冷轧精密不锈带钢轧制设备的唯一选择：工作辊直径小，轧制压力低，单道次变形量大的特点，适合于轧制不锈带钢这种难变形的金属，属于高压下率轧机；辊系呈塔型部置，有效地约束了工作辊两个受力方向的挠曲变形，且轧制力通过外塔型辊系的支承辊分散均匀地传给牢固的机架的特点，决定了其为高刚度轧机，即可生产薄规格、精密钢带的精密轧机，能够满足不锈精密带钢产品对板型、板面、色泽及性能的特殊要求。

国内具有冷轧不锈精密带钢生产能力的企业中，还远未达到100%采用多辊轧机（二十辊轧机）装备的水准。大多数厂家轧机机型种类多且工艺装备水平不高，典型的塔形辊系的多辊轧机不多，造成生产品种、规格不全，产品质量低档次不够。这也从另一方面说明，国产装备只要不断提高装备水平，在民营企业中有着广阔市场。

3 采用自主创新技术的二十辊轧机

3.1 二十辊轧机简介

目前二十辊轧机有多种结构形式，主要可分为传统经典型和新型直接压下型两种。

传统经典型的代表主要有森吉米尔（Sendzimir）型（整体机架）及松德维格（Sundwig）型（四立柱）两大主流机型。

3.1.1 传统经典型

3.1.1.1 松德维格（Sundwig）型（四立柱）

德国的松德维格（Sundwig）公司买下了由德国工程师罗恩（Rohn）于1925年提出并于1930年取得专利的塔形辊系轧机的专利，并经持续改进，于1960年问世松德维格（Sundwig）型（四立柱）二十辊轧机，。近些年，我国太钢精密带钢、宝钢集团宝新不锈钢等引进了该型轧机。

3.1.1.2 森吉米尔（Sendzimir）型（整体机架）

1932年，波兰工程师森吉米尔（T.Sendzimir）发明了轧机机架为整体结构的多辊冷轧机，1939年在美国申请了该轧机的专利权。现在世界上有森吉米尔轧机（Sendzimir）超过450余台[1]。我国引进的二十辊轧机以森吉米尔（Sendzimir）型（整体机架）为主，数量最多，天津的天材科技就是引进美国的I2S公司生产的森吉米尔轧机。

3.1.2 直接压下型

传统经典型与直接压下型二十辊冷轧机由于结构的差异所以各有其明显的优点和不足（此处不再赘述）。值得注意的是，近几年两种机型有互相取长补短，相互融合的趋势；新建二十辊轧机中，采用直接压下型机型的比重呈上升趋势，我国武钢三硅钢、宝钢硅钢、鞍本硅钢均引进了日本日立/三菱公司生产的直接压下型二十辊冷轧机。

纵览全行业，目前国内真正能用于实质性工业生产的大中型多辊合金板材冷轧，特别是精密不锈钢带商用机组基本上为进口设备（含二手设备），在此意义上，采用国产装备生产精密不锈钢带，其本身就是创新。

3.2 采用自主创新技术的二十辊轧机

天津冶金规划设计院工业工程技术装备所采用自主创新技术提供的二十辊轧机，机型属直接压下型二十辊轧机，除具备直接压下型多辊轧机所有优点外，还在如下方面进行了自主创新。

3.2.1 采用自主创新技术的二十辊轧机主要创新点

（1）采用自主创新的核心技术

采用自主创新并拥有独立自主的知识产权的《多辊冷轧机用辊形调整机构》/《多辊冷轧机侧向可调支撑机构》/《具有二维等变形梁的多辊轧机机架》/《等变形梁式轧机辊箱》/《多辊轧机用变心背衬轴承》等专利技术，使本案轧机处于同行业国内领先水平。

（2）采用整体式机架

有别于直接压下型多辊轧机多采用的分体式机架，本案例继承了传统经典型二十辊轧机的优点，采用整体式机架，经优化设计后，自然刚性高。

（3）独特的加工制造、装配、调试，完整的解决方案

有鉴于目前国内制造水平，将影响轧机精度的主要要素的加工由8个呈梅花形分布的非全圆孔转换为对称平面加工，由此降低了加工检验的难度及成本，目前国内中上水平的制造商，均可达到加工制造的水平。

建立一套完整的包括加工、检验、装配、现场安装调试、后期维护等在内的质量包证体系，

（4）有效提高其工作机座的自然刚度

针对直接压下型二十辊轧机工作机座自然刚度低的固有弱点，采取了有效措施，尽可能提高其工作机座的自然刚度，上述（2）所述采用的整体机架是措施之一。

（5）易于维护

针对国外直接压下型二十辊轧机其辊系不易拆装的弱点，设计充分考虑了辊系维护时的拆装的简易及可靠型，重复性好，易于维护。

（6）优化的工艺操作

对于精密不锈钢带多品种规格小批量生产的特点，优化了工艺操控性，提供了宽泛的工艺适应性。

（7）尽可能采用当今成熟的先进技术

本案例尽可能采用当今成熟的先进技术。轧机主要部件均经过通用有限元软件ANSYS进行过仿真优化；工艺润滑采用在线反冲洗过滤系统先进技术；基础自动化采用全数字控制技术，特别是核心技术“多辊冷轧机用辊形调整机构”采用了先进的全数字电/液伺服系统；子系统间通讯全部采用网络化通讯等。

3.2.2 采用自主创新技术的二十辊轧机的知识产权

轧机的核心技术具有独立自主的知识产权，已获5项国家专利，核心技术具有法律保障。

5项专利分别是：

多辊冷轧机用辊形调整机构，专利号：Z L200520092065.X；

多辊轧机用变心背衬轴承，专利号：Z L 2005200906991；

多辊冷轧机侧向可调支撑机构，专利号：Z L 2006200903964；

具有二维等变形梁的多辊轧机机架，专利号：Z L200620093792.2；

等变形梁式轧机辊箱，专利号：Z L 201220443991.7。

3.2.3 与国内外同类机型的比较

（1）作为直接压下型，二十辊机型主要技术研发水平处于国内一流水平的领先地位，达到商业机的生产工艺成熟应用程度。原料产品覆盖范围大于进口机，如可用3.0以上原料。同时解决了200系列不锈钢及高牌号取向硅钢板带材的轧制难题。

（2）成套自动化配套可达到目前国际市场最高端商业机的70%～80%的水平，850 mm的中型机组设备技术主要参数接近进口同类设备。

（3）机组设备投资（技术层面同等配置）仅为进口同类设备的30%～40%，具有极高的性价比。

（4）项目轧机自主创新研发，核心技术具有独立自主的知识产权，已获国家专利，具有法律保障。

4 应用效果

4.1 应用概况

2000—2013 年期间，天津冶金规划设计院工业工程技术装备所进行了持续的自主创新，将创新技术应用于所承担的精密不锈钢板材轧机设备工程承包（EPC）项目中，共完成工程项目13项，建成的机台数为18台套，产品规格宽350～1320 mm，厚度最薄0.05 mm（宽/厚比达12600）；形成产能约为60万t。机型全部为采用自主创新技术的直接压下型多辊精密板材冷轧机组，全部为成功案例，取得了良好的社会效益和经济效益。在国产不锈钢装备制造业中，处于技术领先地位。

4.2 典型案例

通过此典型案例，具体介绍自主创新机型在不锈钢二十辊精密冷轧机组设备工程承包（EPC）项目中的应用与实践。

4.2.1 项目背景

业主为广东江门市日盈不锈钢材料厂有限公司，以产品上精度、拓高端、创一流为目的，使不锈精密带钢的生产缓和国内市场需求，拟利用现有厂房及部分公用设施、国内先进的工艺技术及工艺设备，建设具有一定规模、品种齐全、质量优良、生产成本低廉、装备水平处于较高水平的，具有自主知识产权精密不锈带钢冷轧生产线。本单位为850 mm精密不锈带钢二十辊可逆冷轧机组工程的总承包商。

4.2.2 项目轧机主要设计技术参数

轧制品种：普碳/低合金钢/SUS300/400/800系列不锈钢/高镍合金；

坯料厚度：0.3～4.0 mm；

坯料宽度：400～750 mm；

成品厚度：0.08～1.5 mm，硬态料，δs=280～1140 MPa；

成品宽度：400～750 mm；

轧机规格：850 mm塔式20辊系/辊箱式全液压直接压下式；

最大出口速度：400 m/min；

带钢张力：12.5～250 kN（最大张力时速度小于等于 240 m/min）。

4.2.3 本案例项目最终实施效果

截至2012年9月，本案例通过了业主组织的全面考核，考核涵盖了技术规格书中全部指标，确认考核通过，并签署了考核移交文件《850 mm二十辊可逆冷轧机设备验收意见书》。

2013年1月5 日，已生产出宽度630 mm，厚度为0.05mm，卷重为3500 kg的硬态交货不锈钢成品（宽/厚比已达12600），已超出合同规定的成品最薄厚度0.08 mm的指标。截至2013年8月，该机组已稳定运行近一年，已实现批量生产。