3种不锈钢多辊冷轧机的使用比较

3种不锈钢多辊冷轧机的使用比较沃海波（宝新不锈钢有限公司，宁波，315807）摘要：通过实际使用经验，从机械设备维护、厚度控制、板形控制三个方面，对三种不同类型的轧机进行了比较，提出了设计和使用上的不足，并对某些不足给出了改进建议。关键词：厚度控制；板形控制；牌坊；辊系Abstract:Basedonpracticalexperience,throughcomparingmechanicalequipmentmaintenance,AGCandAFCofthreekindsofmills,pointsoutdeficienciesofdesignanduse,andgivesomesuggestions.Keywords:AGC；AFC；stand；rolls1前言宁波宝新不锈钢有限公司四期工程建成以后，共装备三类不锈钢多辊冷轧机，分别是日本三菱重工的12辊轧机（coldrollingmill，简称CRM）、法国DMS公司的20辊森吉米尔轧机（ZR22B54，）、德国森德威公司的20辊四立柱轧机（SUNDWIGdesignfourcolumnmill，简称SFC）。三种轧机都适用于不锈钢冷轧，但因其在机械设备维护、厚度控制、板形控制等方面互有优缺点，因此了解和掌握设备的基本性能，对于充分发挥设备功能，确保运转稳定至关重要。当然，决定设备性能的因素很多，包括：硬件、软件和辅助设施。本文试图通过自身的使用经验，对三方面的内容加以直观比较，供相关人士了解、参考。2机械设备维护与管理2.1本体设备特点DMS20辊森吉米尔轧机的机械设备相对比较简单：牌坊采用一体浇注，并预置预应力，牌坊内设有圆弧面轨道，用于固定支撑辊；所有中间辊都通过传动侧和操作侧的悬挂液压缸作用，固定在牌坊上，悬挂力按辊身自重给定；轧制力和轧制线调节分别通过上下部分的B、C和F、G支撑辊的偏心调节，总的垂直调节空间约14mm。受到一体牌坊尺寸的制约，工作辊配辊空间相当有限，为此，特别设计了A、D、E、H支撑辊偏心机构，在空载状态下打开，以利于装辊。在轧制力的加载过程中，应用了杠杆原理（传递系数约21），应用较小的主压下液压缸，便可实现800吨的最大轧制力加载，大部分的轧制负荷通过辊系传递到牌坊。另外，DMS专利产品高效四辊擦拭器是本轧机的最大亮点（在实际使用过程中，由于设计缺陷，曾导致多起火险事故，通过我们的改良（已申请专利），该擦拭器目前稳定运行），维护、安装简单，使用管理成本低廉，刮油效果好，运转稳定，可完全确保800mpm高速轧制。受一体牌坊空间的限制，至今未有实现轧辊自动更换的报导。森德威20辊四立柱轧机采用分体式牌坊，四侧设置四个立柱，四个主压下液压缸与四立柱联结；牌坊内设有专用的支撑辊安装轨道，用于更换和固定支撑辊，其余轧辊全部通过专用换辊机器人实现自动更换，这一点对于缩短换辊时间、降低操作强度、提高换辊成功率都具有重要意义；轧制线调节通过下部辊系F、G支撑辊底部的斜楔，由液压缸水平驱动实现，具有机构简单，调节行程大的优点。机器人换辊是该类轧机的最大特点，四立柱的液压压下设计更是独具匠心。三菱12辊轧机的最大特点是辊系简单（相较于20辊轧机，省掉了上下最外一层各4个支持辊系，同时加大了支撑辊直径）：上下支撑辊辊系分别安装在一个一体浇铸的鞍座上，离线预组装。牌坊外设置推拉液压缸、牌坊内设有换辊轨道，确保支撑辊实现整体更换；中间辊的更换类似支撑辊，也通过轨道一体更换。牌坊内还配备了左右工作辊拖架和下工作辊提升支架，从而实现新旧工作辊自动更换同步完成，极大的提升了换辊效率；牌坊顶部设有阶梯块和斜楔，由液压缸驱动实现轧制线的粗调与精调；为避免由于辊系简单导致的轧制时支撑辊轴承印反映到带钢表面，专门设置了中间辊窜动系统：由安装在两侧牌坊上的蜗轮蜗杆传动副和安装在鞍座上的双面齿轮传动副，通过万向接轴连接，在液压马达的驱动下，按照程序设定的最优化的轧制速度比例往复窜动。这一结构与中间辊传动、弯辊互不干涉，设计可为巧夺天工；另外，牌坊内还设置了支撑辊平衡缸、中间辊平衡缸、工作辊平衡缸和止推轴承、穿带导板及轧制油喷淋系统等，机械组成极为复杂。轧制时的全部轧制力由牌坊底部两个直径为600mm的上推液压缸提供。轧机刚性低，辊缝响应速度慢，是本轧机的最大弱点。如果纯粹从机械设计来形容这三种轧机，那么，20辊森吉米尔轧机则是典型的实用主义设备，12辊轧机则是精密机械的代表者，森德威20辊四立柱轧机更多地体现了精巧。他们之间既是继承、又是发展。2.2机械设备维护正是由于三种轧机设计思路不同，由此所带来的管理和维护的难度也不尽相同。DMS20辊森吉米尔轧机本体部分机械维护内容非常少，主要集中在中间辊悬挂机构。森德威20辊四立柱轧机的自动换辊机构、四立柱液压机构、工作辊止推轴承（因接触面小，工况差，极易引发火险）是维护重点，虽然数量不多，但技术含量高，要求维护人员必须具备相当高的专业素质。12辊轧机的机械维护量很大：包括中间辊窜动系统、凸度调节系统、主液压系统、换辊系统、牌坊内液压系统的综合查漏、支撑辊油雾润滑系统、传动轴万向接轴维护，没有一支稳定的专业点检维护队伍，是不能确保轧机稳定运转的。尤其是传动轴2mm间隙的设计要求，更是令大多数的国产备件供应商望而却步，也给轧机的稳定运行带来安全隐患（宝新运行八年，因传动轴十字接受损坏而导致的火险事故不下于10起）。另外，由于轧机本体内错综复杂的液压管路和油雾润滑系统泄漏而导致轧制油污染，也是轧制油管理面临的一大难题。2.3辊系分析轧机的辊系是轧机关键的组成部分，追溯轧机发展的历史，对辊系的优化是一条主要的发展线索，不论是从森吉米尔20辊轧机到12辊轧机，还是从森吉米尔轧机到森德威的20辊四立柱轧机，对辊系的改造始终是轧机设计厂家非常坚决的设计思路。2.3.1森吉米尔轧机辊系分析森吉米尔轧机辊系由20只轧辊组成，由于轧机采用整体牌坊机构，虽然辊系的刚度因此得到提高，但辊系的自由度受到严重制约。一般来说，辊系管理的两个最基本前提是：1、第一中间辊在辊缝打开或关闭的任一时刻都不会发生干涉。2、在排除带钢自身厚度及板形瓢曲影响的前提下，工作辊能顺利装入（辊面不损伤）。为防止第一中间辊发生干涉，一般厂家都提供一套辊系计算软件，通过计算辊系各自的几何位置，设置临界条件。为防止工作辊能顺利装入并且避免表面损伤，一般在预置辊系尺寸时，预留10mm的辊缝空间。为确保轧机正常运转，还须考虑建立一套科学的辊系管理制度。对ZR22型的轧机而言，一般把工作辊分为68～72、65～68、62～65、62～58.5四挡，并分别与相应的第一中间辊和第二中间辊配合进行管理。即便如此：按单台轧机月产能12000吨计算，每一档工作辊必须有80只以上才能满足正常生产。按此计算，森吉米尔轧机工作辊的正常在库量在300～400只左右（当然，多台轧机可以实现轧辊资源共享），轧辊管理和使用成本较其它两类轧机都要高。2.3.212辊轧机辊系分析基于森吉米尔轧机在开口度、辊系干涉和板型控制等方面的劣势，12辊轧机作了针对性的优化。12辊轧机的辊系简单，辊系不会出现干涉现象，同一辊系75～100的工作辊几乎都能使用，因此轧辊的使用成本最低，100～120只轧辊完全保证轧机的正常使用和周转，同时12辊轧机的开口度很大，达到了300mm，换辊空间大，可实现轧辊的自动换辊，确保了轧辊的使用品质，因此12辊轧机轧辊的缺陷率最低，吨钢辊耗一般只有3.3m。（森吉米尔轧机吨钢辊耗一般达6.5m）从辊系分析，12辊轧机具有得天独厚的板形控制能力，中间辊辊面长度只有1600mm,而辊身长度却达到了3800mm，这为轧机的弯辊设置提供了充足的空间，为实现中间辊的有效弯曲提供了力学条件。上支撑辊的凸度调整方式采用偏心套来实现（由于偏心套在轧制时始终处于动态，从而使得支撑轴承的压力区变得不再固定，在一定程度上改善轴承受力），偏心套的偏心行程大（1/4处达到了936m,边部达到了1370m）远大于森吉米尔轧机和20辊四立柱轧机支撑辊的凸度调节行程，再加上弯辊的合理设置，12辊轧机有效解决了20辊森吉米尔轧机控制边浪和1/4浪能力弱的不足。但是，与20辊轧机比较，12辊轧机支撑辊的润滑显得相形见拙，为了有效控制板形，12辊轧机的上支撑辊设置成7段，在有限的长度范围内设置7段轴承，单个轴承的宽度相对较小，轴承的承载受到制约，轴承很容易出现疲劳和烧损现象，所以轴承的润滑至关重要。12辊轧机采用油雾强制润滑，油雾油的粘度很高（达到了400CST左右），为了达到强制润滑的效果，油雾油在4MPa的压缩空气的吹扫下形成油雾，但是高压力的油雾，密封成了主要的问题，油雾泄露不仅会严重影响支撑辊轴承的润滑效果，而且大量的油雾泄露会影响轧制油的粘度，对带钢表面品质造成负面影响。在解决油雾问题上，12辊轧机的上支撑辊的设计是不全面的，因为这里存在着油雾密封和轴承受力的一对矛盾，由于上支撑辊轴承本身宽度较小，从轴承受力的角度而言，不允许在轴承内设置油雾回流孔（若设置油雾回流孔，将减小轴承的受力面积从而降低轴承的承载能力），但若不设置油雾回流孔，油雾润滑无法实现闭环，而开放的油雾润滑系统不可避免的会污染轧制油。这里存在孰轻孰重的选择，相比之下开式的油雾润滑系统负面影响较小，而且轧制油粘度升高可以通过新油来予以调和，因此12辊轧机为保全支撑辊的承载能力而牺牲了油雾系统的密封。由于油雾润滑系统设计的先天不足，在轧机产能急剧上升，辊系负荷同步上升的同时，支撑辊的维护将十分困难。为规避上述轴承烧损风险，三菱特别设计了受辊径和宽度限制的轧制力上限计算公式（即便如此，换辊周期也只能控制在20天之内。并且其高昂的专利轴承的使用成本远远高于其他轧机。）：P=（-1.236/100×∮2w+5.982∮w+5.543∮i-792.67）×b/1350×1.1由上述公式很容易得出轧制力上限同工作辊直径成正比（∮0～242mm区间内），同中间辊辊径成正比，同带钢宽度成正比。由于增大工作辊直径将引起实际轧制力增加，因此中间辊辊径大小直接决定了轧机承载上限。因此，当中间辊直径从新辊∮210mm逐步使用向∮195mm接近时，配对工作辊直径要求增加，其轧制上限在不断下降，实际轧制力增加，这极大的制约了轧机的压下能力。尤其是对于加工硬化大的300系列厚料，轧制道次必须增加。这是制约此类轧机推广的重要原因之一。2.3.2森德威20辊四立柱辊轧机辊系分析森德威四立柱轧机辊系与森吉米尔轧机相似，但其对于森吉米尔轧机的缺点进行了独特的改进，采用了开式牌坊，辊系的开口度增大，换辊空间大，最终实现自动换辊。传统20辊轧机支撑辊都设置成6段，为了提高板形控制能力和精度，森德威四立柱轧机的支撑辊采用9段式结构，同时为了提高板形控制的灵敏度，四立柱轧机刻意地将支撑辊的凸度调节放在了受力较大的侧偏心辊上。采用上述结构以后，板形响应速度和精度得到双重提升。但是，在有限的长度上设置9段轴承，使得轴承的有效承载面减小（单个轴承宽度只有129mm，而森吉米尔轧机轴承宽度达到172.64mm），并进而引起支撑辊实际承载能力下降。在同直径轴承的条件下，受力较森吉米尔轧机恶劣，连续大负荷轧制时，很容易引发轴承爆裂。实际上，设计60天更换周期的支撑辊，往往应用20天，轴承内圈就发生烧损，其使用周期接近12辊轧机。基于以上原因，支撑辊轴承的选材、热处理和倒角比其他类型的轧机更加苛严，这也是选用该类型轧机时，设计厂家和使用厂家必须研究和努力解决的课题。另外，由于轧机开口度的增加，工作辊使用范围达得到有效拓宽，达到25mm（Φ60～85）。但是大直径工作辊带来大轧制负荷。新辊使用初期，轧制300系列等加工硬化大的不锈钢时，其轧制力将不可避免的在上限800吨附近徘徊。这样，9段式支撑辊将不堪重负，发生轴承爆裂或压力区疲劳的概率将大幅上升。宝新3号轧机调试初期的大量事故就验证了这一点。根据我们的使用经验，本类轧机限制轧制力上限700吨是比较合理的。这在一定程度上损失了轧机的压下能力，同时也对科学用