泰钢950 mm HC轧机改造

刘 松，窦 锋，贺 琪，王大号，魏维刚，赵晓辉，黄庆学 ，周存龙

(1.中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 710032；2.太原理工大学， 山西 西安 030024；3.太原科技大学，山西 太原 030024)

0 前言

钢铁生产对工业系统的良性循环和国民经济的长足发展起着至关重要的作用，而板带材在钢铁总产量的比重表征着钢铁发展生产水平。近年来，随着汽车、电子和国防等产业的迅猛发展，日益需要大量的高精度冷轧薄板作为原料。由于市场需求的急剧上涨，薄板冷轧设备和冷轧工艺在近年来取得了长足的发展。

泰钢950 mm单机架可逆冷轧机组由中国重型机械研究院股份公司自主成套，采用了多项当时最先进的装备和控制技术并于2004年投产运行。在十余年的生产运行过程中，该机组不仅稳定可靠而且为用户赢得了巨大的经济利益。

不过随着时间的推移，市场对于厚度在0.3 mm以下板材的需求日益剧增，但本机组的设计初衷是主要生产0.3 mm以上的产品。因此生产厚度在 0.25 mm以下的产品时，用户需在完成一个轧程后先进行去应力退火再进行下一个轧程。这不仅极大的降低了生产效率和企业年产量，而且造成了能源、介质和设备的巨大损失以及对环境的不良影响。

为了彻底改善这种局面并充分发掘原有设备的潜力，经与用户的协商、研讨和论证，最终采用局部改造并充分利旧的方案。通过技术人员的计算和分析，最终做出如下改造措施：

(1)工作辊直径减小，中间辊直径增大，支承辊辊径不变，辊系的轴向尺寸不作改变；

(2)工作辊镶块和中间辊镶块在高度方向的尺寸和行程重新设计，水平方向的尺寸不作改变；

(3)牌坊、轧线调整装置和AGC压上缸利旧。

(4)万向联轴器重新选型，电机和主减速机利旧；

(5)接轴夹紧装置重新设计；

(6)换辊车轨道和相应机内轨道的标高重新设计，换辊车车体利旧；

1 改造目标

用户根据设备现有的生产能力和目前市场需求提出了改造目标：原料由(2.5～3.0)mm×(750～850)mm一轧程生产(0.15～0.2)mm×(750～850)mm；轧机运行平稳，厚度波动控制在±10 μm以内；调偏量、弯辊力、辊缝、轧制力等稳定，使用正常。

原有设备的基本状况是改造和利旧的基础，该机组主要技术参数见表1。

表1 改造前950 mm HC轧机主要技术参数

2 可行性分析

此轧机改造的主要目的是顺利轧制出更薄的带材，但原料和产品的宽度并未发生改变。而生产过程中轧辊的弹性压扁直接决定了带材的可轧最小厚度，即

hmin=3.58dμK/E

(1)

式中，d为工作辊直径；μ为摩擦系数；K为金属平面变形抗力；E为机械弹性模量。

根据用户产品大纲中所轧带材的材质和厚度，按式(1)计算后初定改后工作辊的直径为φ280/φ250 mm。

为了充分利旧和减小改动量，牌坊窗口的纵向尺寸链做尽可能小的变动，即支承辊的辊径不变φ950/φ890 mm， 将中间辊辊径相应增大。HC轧机的中间辊的主要作用是使工作辊与中间辊脱离有害接触区，而中间辊辊径的增大对于实现该作用是有益的。改造后中间辊辊径初定为φ390/φ360 mm。

轧制力是冷轧过程中重要的参数之一，而轧辊辊径的变化会引起轧制力的变化，即

(2)

由式(2)可知，其他参数不变时轧制力与接触弧长成正比。此次改造工作辊辊径的变小会使接触弧长变小，因此改造后的轧制力会比原来减小，因而牌坊等重要部件可以满足改造后力学性能要求。

(3)

同理由式(3)可知，最大轧制力矩随工作辊辊径减小而减小，原有电机和主减速箱可以满足使用要求。

3 改造方案

根据可行性分析，改造后设备承受载荷减小，用户提出的改造目标和改造要求是可以实现的。改造后的辊系配置见表2。

牌坊窗口纵向总体尺寸基本不变而且轧制力和轧制扭矩变小，因此原有设备的牌坊、轧线调整装置、压上AGC缸、支承辊平衡缸、主电机和主传动装置等均可以利旧。

表2 改造后辊系配置

根据辊系变化，轴承座、镶块和轨道提升缸等部件进行相应调整并制定图1所示的整体改造方案,

图1 整体改造方案

3.1 辊系改造

工作辊辊系改造是此次改造的重点，而且直接决定产品厚度和精度。根据辊径变化，轴承座尺寸作相应改变而且轧辊轴承由原来的四列圆柱轴承改为滚针轴承，中间辊辊系仅对辊径进行调整，轴承座等其他零部件均利旧。支承辊辊系完全利旧。

3.2 主传动改造

原有主电机和主减速箱可以满足改造后的生产需求，但是工作辊辊径及其相应扁头的减小使得可用空间变小，因此原有的十字轴式万向接轴不满足改造后的装配要求。

球笼式万向接轴具有结构紧凑的特点，尤其在高速传动时有良好的稳定性，因此本次改造选用球笼式万向接轴。

3.3 其他零部件改造

轧辊直径的改变使得其他零部件需要作相应的调整和改造，这主要是由于纵向尺寸变化引起的。

工作态时，为满足最大最小工作辊辊径均能实现有效的正负弯辊，根据工作辊辊系的变化，将工作辊缸块向上和向下的行程由20 mm和40 mm分别调整为37.5 mm和42.5 mm。

换辊态时，为使轧辊顺利抽出，最大轧辊直径时轧辊间需脱离开一定距离，因此中间辊轨道提升缸行程增加5 mm，工作辊轨道提升缸行程增加15 mm。机内轨道的横断面轮廓进行相应调整以保证稳定轧制时轨道与轴承座滚轮间脱开一定距离。

由于轧辊直径和机内轨道标高的改变，换辊车轨道和轴头抱紧装置的标高进行了重新设计和标定，换辊车车体等利旧。

改造后的产品厚差如图2所示。

图2 某道次的入出口厚差

4 改造结果

通过轧机改造来满足市场需求变化具有成本低、周期短和操作适应性强等优点。改造后950 mm HC轧机可稳定轧制出最薄0.12 mm的带材且板型板厚精度均达到考核目标值，产品厚差满足要求。目前机组运行状况良好，使用户在薄板市场占有率有很大提升。

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