热轧粗轧机换辊干涉原因分析及改进

侯新华，顾晓琳，陈强

（新疆八一钢铁股份有限公司轧钢厂）

1 问题的提出

在热连轧生产线中，轧制线对板坯稳定轧制起着至关重要作用，八钢热连轧粗轧机布置为一架带立辊的可逆式四辊轧机，由于轧辊在机磨损，下线磨削后辊径变小，使下工作辊辊面标高降低，换辊时为保证轧制线标高，通过阶梯垫和圆弧垫的调整来实现。按照设计给出的轧制线调整公式，使用小直径工作辊配大直径支承辊时，在更换圆弧垫后，发生下工作辊与下支承辊辊面干涉，导致工作辊无法装入机架，被迫换辊造成停机时间长；同时由于工作辊小，直径范围无法预知，造成备辊困难。因此，针对这个问题进行分析，探寻解决措施。

2 工作辊和支承辊辊面干涉原因分析

2.1 粗轧轧制线调整方式

轧制线调整是通过下支承辊直径的一半与下工作辊直径的和，计算出阶梯垫的高度来调整轧线高度，使轧线高度保持在一定高度范围内。原设计中，若重磨后工作辊直径与支承辊半径之和减少超过90mm，则采用240mm档圆弧垫调整，利用下支承辊辊系离线时更换，这样在一个换支承辊周期内，换辊时均可自动调整下辊系辊面标高，满足轧线使用。因此圆弧垫厚度设计为150mm和240mm两档，通过阶梯垫（多级布置）和圆弧垫（两挡）的调整，来实现新辊重磨后支承辊与工作辊直径之和减少后的辊面自动标高调整。

现场最大工作直径加上最大支承辊的半径为1975mm,工作辊直径范围为1100～1200mm，支承辊直径范围为1400～1550mm。设计给出了阶梯垫标高调整的公式。

（1）圆弧垫选用一挡（150mm）：

（2）圆弧垫选用二挡（240mm）：

式中：h—阶梯垫可调整的总厚度；D—支承辊直径；d—工作辊直径。

2.2 辊面干涉原因分析

使用的粗轧下工作辊直径d=1116mm，下支承辊直径D=1525mm，工作辊直径与支承辊半径之和为1878.5mm，与标准值1975mm相减后大于90mm，根据设计轧制线调整原理更换为240mm圆弧垫，装辊时却发现下支承辊辊面与下工作辊辊面发生碰撞，说明原设计的换辊调整计算需要改进。

2.2.1 下支承辊与工作辊辊面间隙计算

从粗轧机换辊结构尺寸链解析，在下支承辊和下工作辊换辊位置（图1所示），支撑辊与工作辊轧制位置见图2。工作辊轨道固定在机架上，换辊时下工作辊车轮落在换辊轨道上推入轧机，下工作辊中心线标高固定，下支承辊圆弧垫放置在阶梯垫的换辊级上，换辊级阶梯垫厚度50mm；下阶梯垫与牌坊底面之间有底板、压头和垫块是固定不动的，设为δ。因此，可以推导出下支承辊辊面到下工作辊辊面的间隙尺寸Δt。

式中：H1—牌坊下窗口底面到下工作辊中心线距离（为定值2535mm）；h1—阶梯垫厚度；h2—圆弧垫厚度；h3—支承辊轴承座中心线到圆弧垫安装面的距离（为定值950mm）；D—支承辊直径、d—工作辊直径；Δt—下支承辊与下工作辊辊面之间间隙。

2.2.2 下工作辊与下支承辊辊面干涉量校核

将换辊干涉时的下工作辊与下支承辊直径、更换圆弧垫厚度240mm，换辊级阶梯垫50mm带入公式（3），计算得出 Δt=-25.5mm＜0，两辊辊面重合量为25.5mm，辊面之间干涉。

因此，工作辊换辊成功的必要条件为两下辊辊面间隙Δt＞0，必须降低下支承辊辊面标高，同时也说明下工作辊必然存在一个最大直径，此直径均需要单独计算，故需要对轧制线调整公式中的圆弧垫和阶梯垫进行设计改进。

图1 支承辊与工作辊换辊位置图

图2 支承辊与工作辊轧制位置图

3 辊面干涉的设计改进

3.1 改进方案

为降低下支承辊辊面标高，采用在现有圆弧垫两档级数的中间分层，来降低辊面标高，通过增加中间分层，圆弧垫强度完全满足，支承辊离线更换操作方便，同时在电气控制程序中，增加圆弧垫的挡数分层即可，并推导补充新增层级的计算公式，而且可以满足所有轧辊直径减小后的换辊。如果采用通过增加阶梯垫级数，同时减少阶梯垫厚度来降低支承辊辊面标高的方法，受到牌坊阶梯垫底部空间位置限制及阶梯垫厚度减薄后，会降低阶梯垫强度。因此，增加阶梯垫级数办法不予考虑。

3.2 圆弧垫挡数分层优化改进

根据支承辊和工作辊直径范围，以及阶梯垫每级厚度调整量15mm，减少圆弧垫备件和更换次数的原则，对圆弧垫厚度由两档分为四档，增加180mm和210mm两档；可相对降低下支承辊辊面高度60mm和30mm，满足了不同直径支承辊和工作辊装辊要求。

3.3 工作辊最大直径计算

（1）由于支承辊和工作辊重磨后，直径发生变化，加之更换不同厚度的圆弧垫，以及结合阶梯垫厚度，需要推导出在一个支承辊换辊周期内的工作辊最大直径计算公式，避免辊面干涉。考虑到换辊轨道和辊系车轮正常磨损以及阶梯垫氧化铁皮，Δt取值10mm。

（2）最大工作辊直径计算。换辊条件为Δt=10mm，H1=2535，h=50mm，h3=950mm，带入公式（3） 推导出计算公式：（D/2+dmax/2+10）=1535-h2，h2为四挡圆弧垫厚度。

根据Δt≥10mm的要求，在一个支承辊换辊周期内，即满足（D/2+dmax/2+10）≤1535-h2时，是更换圆弧垫尺寸后的换辊必要条件。因此，在圆弧垫厚度h2和支承辊直径D确定后，计算出d值是使用的最大工作辊直径值。

（3）将改进后的四挡圆弧垫厚度带入推导出的最大工作辊直径计算公式。

3.4干涉的那对轧辊的阶梯垫选用

选用新增的圆弧垫厚度180mm，d=1116mm，D=1525mm，计算下支承辊辊面到下工作辊下辊面的间隙，Δt=34.5mm，辊面不干涉，可以上机使用。

4 改进设计的实施

（1）制作新增的厚度180mm与210mm两个规格圆弧垫，利用下工作辊最大直径的计算公式，提前计算出工作辊最大直径，保证在一个支承辊换辊周期内，工作辊的使用。

（2）粗轧换辊阶梯垫的厚度计算是由L1级自动来完成，在L1级程序中，新增了两档圆弧垫厚度，和新增的两档阶梯垫调整的公式。按照公式（1）和公式（2）之间0～90，相应增加每档-30mm，用作换辊后轧辊直径与阶梯垫位置的换算，实现轧辊标高与轧机标定、轧制模式连锁，达到了程序自动调整的目的。图3为HMI换辊画面阶梯垫选用参数。

图3 HMI换辊画面阶梯垫选用参数

（3）根据图3换辊HMI画面阶梯垫选用，实际换辊实绩，阶梯垫厚度选用180mm，d=1104.82mm，D=1528.28mm，计算得Δt=38.45mm，dmax=1161.72mm；dmin=1095.86mm，可以正常使用。

5 结束语

通过完善热轧粗轧机轧辊换辊条件，解决了下支承辊辊面与下工作辊辊面干涉无法换辊的问题，使轧辊直径全部得到使用。同时依据工作辊最大直径公式，指导了轧辊的备辊，减少热停时间，提高了轧机作业率。