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国产12辊轧机的新发展辛鲁湘北京斯蒂尔罗林科技发展有限公司1.前言•近年来，全国有十多套国产12辊轧机投入使用，主要用于生产厚度0.3mm以下的宽幅薄带和中、高碳钢、合金钢薄带，这也反映了中国钢材市场的对这些品种的需求。对于能生产这些品种的轧制设备，12辊轧机具有一定的优势。12辊轧机的辊系采用3层塔形结构，工作辊具有非常稳定的双向侧支撑，大大降低了轧辊的水平挠度，因此工作辊辊径可以做得小、辊身可以做得长，具备了轧制宽幅薄带的条件。•研究开发12辊轧机具有如下意义:1.为产量小、要求高、变形抗力大的材料提供轧制装备；2.为宽幅、薄规格的产品提供轧制装备；3.可以提高单个轧程的加工率，由此可以增厚坯料的厚度，为热轧机提高产量创造条件。•在12辊轧机研究开发过程中，设计人员也在不断跟踪轧机的使用情况，不断完善设计。在轧机机列的设备配置、机械设备的结构和电气控制等方面都进行了较大改进，使轧机的技术水平有了进一步提高。其中昆明钢铁股份有限公司在2006年9月完成调试的1400mm12辊双机可逆轧机是目前国产12辊轧机中技术水平较高的一台，本文通过该机来介绍目前国产12辊轧机技术水平情况。昆钢1400mm12辊双机架可逆冷轧机组昆钢1400mm12辊双机架可逆冷轧机组机列图2.昆钢12辊轧机的机列及主要技术参数•该机主要用于轧制冷硬卷，镀锌、彩涂基板，解决公司四辊轧机产品较厚，对下工序原料供应不足的问题，轧机年产量15万吨。•表1为轧机的主要技术参数。表1轧机的主要技术参数产品材质Q195、Q235、08Al、SPCC坯料带宽×带厚900～1275×2.0～4.0mm成品带宽×带厚900～1275×0.25～0.8mm卷重25t轧制压力8000kN轧制速度10m/S工作辊尺寸Φ125×1400mm中间辊尺寸Φ215×1400mm大背衬辊直径Φ520mm小背衬辊直径Φ300mm每台轧机的传动电机功率2×1500kW卷取最大张力250kN每台卷取机的传动电机功率2×1500kW开卷速度5m/S开卷机电机功率400kW工艺润滑流量8000L/min轴承润滑流量4000L/min3.轧机的配置水平及主要功能•主轧机、左右卷取机和开卷机采用直流电机驱动。供电及控制单元，采用德国西门子全数字传动控制器。•液压推上油缸控制阀采用美国MOOG两级伺服阀；板形控制油缸、中间辊抽动油缸均采用进口品牌伺服阀。•AGC系统采用SIEMENS工控机加过程控制PLC的控制模式。系统配置了美国进口测厚仪和激光测速仪。AGC构成一套完整独立的系统，具有辊缝控制、压力控制、厚度控制等功能。液压推上油缸、板形控制油缸定位精度0.002mm。•轧机基础自动化系统采用美国RockWell公司的PLC，在主操作台配备两台SIEMENS工控机操作站，提供人机界面的各项功能。控制系统以工业通讯网络技术为基础，将各控制单元连接为分布式的一体化控制系统。AGC系统的过程PLC与基础自动化系统的PLC站之间可以进行快速数据交换。•轧机具有速度闭环、张力闭环、厚度预控、监控、秒流量控制等功能；具有自动上卷、自动穿带、开卷自动对中功能；具有过载保护，断带保护、准确停车等安全保护功能；具有操作及监控显示系统和故障诊断、报警系统，在轧制过程参数显示的同时，还可以用趋势曲线实时显示轧机的速度、轧制压力、辊缝、张力、厚度等工艺参数的变化趋势。4.轧机的特点1）多辊双机可逆双机可逆是近几年新开发的一种工艺布置形式，这种工艺布局与单机可逆式轧机比较有轧制效率高、投入产出比大、运行成本低、能在两架轧机之间建立大张力等优点；与连轧机比较有轧制工艺灵活，便于产品规格变换的优点。多辊双机可逆又是本机的特别之处，目前国内外的双机可逆主要是四辊轧机，就目前查询的资料，多辊双机可逆只有国内12辊轧机采用。多辊双机可逆又有其自身的特点和技术难度。由于12辊轧机工作辊直径小，用不大的轧制力就能实现较大的压下量，能实现较大的单轧程总压缩率，可以用较厚的坯料不经中间退火达到所需的成品厚度，可以使轧制工艺更加灵活。由于轧制力不大，各受力零件变形小，能提高轧机的轧制精度；但另一方面，由于工作辊直径小，变形区接触弧陡徒，变形区敏感度高，容易出板形问题；双机可逆每轧制一次就要进行一次压下率分配和张力设定，压下率分配和张力设定不合适容易造成打滑或断带，因此对工艺过程的细致性和对工艺参数设定的准确性、对控制系统的技术水平都有较高要求。2）两大一小的轴承布置和上下辊座分体的结构工作机座示意图见图2，辊系采用￠520和￠300两种背衬轴承辊，两大一小的布置。从12轧机辊系的受力情况来看，最外层的3组背衬轴承中，两边的受力比中间的大25％，采用两大一小的布置，更符合等强度，同时又可减小作用到辊座上的水平分力，避免辊座发生外张变形。另一方面，辊座用锻钢制造、整体式结构，轴承槽孔之间互相拉连，以保证辊座有足够的强度和刚度。通过有限元分析计算，在8000KN轧制时，辊座的最大应力为40Mpa。由于作用到辊座上的水平分力小，辊座不会发生外张，这就可以把辊座设计成上下分体的结构，这种结构给加工制造、辊系调整、事故处理、维修、换辊都带来方便。3）采用大规格高承载的背衬轴承背衬轴承是多辊轧机的薄弱环节，也是多辊轧机可靠性保证的关键环节。背衬轴承的破坏，主要是由于冲击负荷造成轴承外圈或内圈断裂，保证背衬轴承能具备较强的抗冲击能力是非常必要的。本机的背衬轴承组采用外径为￠520的4组，每组7套，每组轴承组约承受65%的轧制力。外径￠300的2组，每组6套，每组承受约40%的轧制力。而每个￠520轴承的额定动负荷为2700KN，每个￠300轴承的额定动负荷为1650KN，轧机设计的最大轧制力是8000KN，实际使用中轧制力很少超过6000KN。轴承组的承载能力有较大富余量，使轧机具备了较强的抗冲击能力，保证了轧机关键环节的可靠性。4）可连续调节又可整体移动的轧线调整装置该轧机为上推式轧制，轧线调整装置装在机架窗口顶面。调整装置由楔形块、丝杆、步进电机、减速机和支架等组成。调整轧辊位置时，通过操作台上的触摸屏来操作，使楔形块相对移动，由于斜面的关系，楔形块有径向位移，从而实现轧辊位置的调整；楔形块的移动用步进电机驱动，可以准确控制和记录楔形块的移动量，移动量在触摸屏上显示，并通过计算机建立了工作辊和中间辊的直径与轧制线位置的函数关系，只有输入工作辊和中间辊的直径数值，系统就可以把轧制线调整到对应的位置。换支撑辊或中间辊时需要腾出换辊空间，通过操作楔形块移出油缸把整个调整装置移出机架窗口，给换辊带来较大的方便。5)大流量乳化液循环润滑12辊轧机辊子数多，摩擦面多，对辊系进行充分的冷却和润滑是保证顺利轧制的重要条件。该轧机的工艺润滑和背衬轴承润滑均采用乳化液，每台轧机的工艺润滑量为每分钟4000升，背衬轴承润滑量每分钟2000升。进入背衬轴承的乳化液经过多次过滤处理，以保证其清洁度。经处理后的乳化液进入轴承内部，再从轴承缝隙喷出，使背衬轴承得到非常充分的冷却和润滑。工艺润滑和背衬轴承润滑采用相同的介质，可以避免因不同介质之间发生混淆的问题，给使用维护和介质管理带来方便。6）三种手段联合控制板形•板形控制是一项较复杂的各种工作，涉及的因素较多，单一的手段难以达到较好的效果。该轧机的板形控制通过中间辊的原始辊型、中间辊抽动和多点板形调节三种手段联合来实现。•中间辊的原始辊型根据工艺确定，不同的材料、不同的宽度用不同的原始辊型。原始辊型需要在实际使用中摸索和修正，原始辊型也是板形控制的基础，其它控制手段是在原始辊型基础上来进行。•抽动装置有四个抽动油缸，分别与上下中间辊轴承座相连，通过推拉中间辊轴承座来实现中间辊的轴向移动,抽动装置同时也是中间辊的轴向定位装置。抽动油缸由伺服阀控制，配有操作开关，位移量在屏幕上显示。在一定的中间辊原始辊型基础上，通过中间辊的轴向移动可以延伸扩大中间辊原始辊型的适应范围，补偿原始辊型的不足。图3中间辊抽动装置和板形控制装置示意图•多点板形控制装置装在轧机上辊座中，板形控制装置的油缸分别与伺服阀及各自的电控单元构成油缸压力闭环和位置闭环,位置控制精度为±0.002mm。通过板形控制油缸输出的液压力，推动中间背衬轴承辊的芯轴，通过背衬轴承辊和中间辊将力传递到工作辊上，改变工作辊沿辊身的受力分布状况，从而实现板形调节。每个油缸可以单调，配有对应的操作扭，输出力和活塞杆的位移量由屏幕显示并配有输出力柱状图。•中间辊抽动和多点板形调节分别由各自的控制装置来控制，两者可以各自动作，也可以联合使用。在一定的中间辊原始辊型基础上,通过两者的联合使用可有效地对带材板形进行控制5.轧机的使用情况•昆钢1400mm12辊双机可逆轧机于2006年9月28日一次负荷试车成功，之后试轧了Q195、Q235、08Al、SPCC等一些热轧带卷，坯料厚度4～2.75mm，宽度1000～1275mm，主要成品厚度0.25～0.5mm，成品厚度偏差均小于±0.005mm，板形良好。从轧制情况看，由于工作辊直径小，轧制力一般都在5000kN以内，轧制普碳钢一个轧程的总压下率能达到≥92%，较大的单轧程总压下率对昆钢来说可以把热轧机的成品卷厚度增加，提高热轧卷的产量，同时也解决热轧机轧制薄带的困难。•试轧过程中发现，采用原始辊型、中间辊抽动、多点板形调节三种手段联合控制板形可以提高板形控制的效果，扩大板形控制范围。只要配一二种中间辊的辊型，就能实现多种宽度和不同原始板形带卷的板形控制，减少配套辊和换辊工作，降低生产成本提高工作效率。•轧机的操作和换辊过程都比较顺畅，穿带在2分钟内能完成，换工作辊在5分钟内能完成；更换支撑辊在30分钟内能完成。该轧机于2007年4月18日通过了昆钢的验收，并被评为优秀工程项目。•轧机在性能考核时轧制速度达到10m/S的设计速度,目前通常使用在6至8m/S,产量已基本达到设计产量，随着轧制工艺的优化和轧制速度的提高，产量还会增加。6.近期投产的其他国产12辊轧机使用情况简介•2006年10月25日，在上海诚通带钢股份有限公司，一次负荷试车成功一台1400mm12辊单机可逆轧机。该机轧制力10000kN，卷取机张力500kN，主轧机结构和辊系参数与昆钢轧机相同。轧制材料为中、高碳钢、弹簧钢和合金钢，坯料厚度从2～12mm；厚坯料采用焊接引带的方式进行轧制，再经中间退火后轧制到成品，成品为厚0.2～0.3mm、宽900～1270mm的精密薄带。上海诚通带钢股份有限公司1400mm12辊单机可逆冷轧机组•2006年12月8日，在广东佛山市南海利斯达薄板有限公司，一次负荷试车成功一台1200mm12辊单机可逆轧机。该轧机轧制力6000kN，卷取机张力180kN，工作辊直径φ120mm。用户用该机生产厚0.15～0.18mm、宽700～1050mm的镀锌基板，坯料为经四辊轧机轧制过的冷轧硬卷，坯料厚度0.6～1mm，不经退火，经过该机轧制2～3个道次达到0.15～0.18mm。广东佛山市南海利斯达薄板有限公司1200mm12辊单机可逆冷轧机组•这两台轧机投产以来，一直稳定运行，轧制速度达到设计指标，成品厚度偏差均小于±0.005mm，板形良好，部分产品出口到国外。7.结语•近几年来国产12辊轧机发展较快，形成了1000mm、1200mm、1400mm、1700mm系列产品，机列的布置有单机可逆和双机可逆。轧机在结构的可靠性、厚度控制、板形控制和操作的顺畅性等方面都达到了国内先进水平；轧制普碳钢一个轧程的总压下率能≥92%，轧机可以生产0.3～0.15mm的宽幅薄带，可以轧制中高碳钢、弹簧钢、合金钢等变形抗力大的材料。谢谢！北京斯蒂尔罗林科技发展有限公司