热轧带钢精轧机轧制稳定性研究

热轧带钢精轧机轧制稳定性的设备研究

江光彪

（宝钢股份公司 热轧厂，上海200941）

摘要 就热轧带钢精轧机轧制过程中主要不稳定现象，分别从中间坯边部加热、精轧除鳞、在线磨辊、主传动齿轮和安全联轴器、活套控制等相关问题入手，研究精轧机稳定轧制过程中的设备技术措施。 一、概述

热轧带钢精轧机组布置在粗轧机组中间辊道或热卷箱的后面，一般由切头飞剪前辊道、切头飞剪侧导板、切头飞剪测速装置、边部加热器、切头飞剪及切头收集装置、精轧除鳞箱、精轧前立辊轧机（F1E）、精轧机、活套装置、精轧机进出口导板、精轧机除尘装置和精轧机换辊装置等设备组成。

精轧机是成品轧机，是热轧带钢生产的核心部分，轧制产品的质量水平主要取决于精轧机组的技术装备水平和控制水平。因此，为了获得高质量的优良产品，在精轧机组大量采用了新装备、新技术、新工艺及高精度的检测仪表，如热轧带钢板型控制设备、全液压压下装置、最佳化剪切装置、热轧油润滑工艺等。

但是，实际生产中，精轧机轧制过程中不稳定现象仍不可避免，主要现象如：轧制过程中带钢跑偏，甚至卡钢、废钢，轧辊两端轧制力偏差大；带钢在末机架出口头部产生折叠；精轧机牌坊产生剧烈振动；主传动减速机轴承、齿轮损坏，齿轮分配箱变形，齿轮、轴承损坏；精轧机主传动万向接轴磨损、断裂；工作辊损坏；氧化铁皮压入；活套辊磨损、剥落、高压管道漏油等等。以上类似情况在

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各热轧带钢厂比较普遍。

影响精轧机轧制稳定的因素很多，例如带坯横断面上中部和边部温度差、带坯宽度方向楔形和长度方向弯曲（镰刀弯）、轧辊辊缝两侧偏差；轧辊不对称交叉，轧制时在带钢表面产生沿宽度方向的推力。为了板型控制和轧制高质量的带钢，F1-F4机架将装备无间隙PC系统，F5、F6、F7预留了有利轧机稳定性的无间隙功能，在轧机牌坊上预留了安装无间隙的孔和仿造油缸的块。轧辊稳定装置，减少零调偏差、轧制时的轴向力和轧机振动。轧制线标高自动设定，减少带钢在末机架出口头部产生折叠。精轧机末机架出口设置压头风机，避免带钢在末机架出口头部产生折叠。

二、精轧机轧制过程中的主要稳定措施

精轧机在线磨辊装置、弯辊系统、主传动系统、活套系统以及牌坊等相关问题入手，研究主要稳定措施。

（一）边部加热器和中间坯加热器的运用，可改善带钢温降和温差，避免精轧带钢宽度方向楔形和长度方向弯曲

带坯在轧制过程中，横断面边部温降大于中部温降，温差大约100℃。温差大，使得横断面晶粒组织不均，性能差异大，造成轧制中边部裂纹、镰刀弯和轧辊严重不均匀磨损。

边部加热器一般有两类，一是保温罩带煤气烧嘴的火焰型边部加热器，一类是电磁感应式边部加热器。宝钢二热轧1580、三热轧1880配置的是后者，边部加热器位于切头飞剪前面。

同时，三热轧1880还增加配置了中间坯加热器，位于边部加热器前面，用于硅钢中间坯整体加热。

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1880边部加热器的升温能力，以厚度为40mm的中间坯、运行速度为75mpm时，要求距中间坯边部25mm处升温85℃为目标；中间坯加热器的升温能力以厚度为40mm的中间坯、运行速度为60mpm时，横断面平均温度升高32 ℃～40 ℃（中间坯宽度1730mm～1100mm）。

中间间隙 隔热板上感中2t 隔热板下感234铁芯间下感230mm 感应头上感2头尾间隙 上翘 21铁芯感应图1、感应加热示意

电磁感应边部、中间坯加热器是机电一体化设备，由一台PLC微机控制，与SCC相连，另外包括供电、变频和冷却等辅助设备，是一个独立的单元，全自动化运行。

（二）提高精轧除鳞效果，降低氧化铁皮（粉）压入，显著提高带钢表面质量

精轧除鳞装置设在精轧机前、飞剪后，用以清除中间坯表面二次氧化铁皮，并将中间坯导入精轧机中。若发生事故，还可以利用夹送辊将轧件倒退到中间辊道上。

喷嘴的结构型式和几何尺寸对喷射水流的各参数及除鳞效果有显著的影响，同时也直接关系水泵站建设投资。因此，喷嘴的选型在高压水除鳞装置的设计中占有重要地位。

为了得到良好的除鳞效果，喷嘴结构必须满足：喷射水流应具有较大的冲击力，作用于中间坯表面单位宽度上的力要大而均匀。喷射水流应具有一定的散射

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角α，26°<α<40°较好。α角度过小，则喷射宽度小，喷嘴在集管上安装数量增多，耗水量增大。α过大，喷射宽度大，虽然能减少喷嘴数量和耗水量，但除鳞效果变差。要求具有较薄的水流厚度。水耗量要小。加工制造简单，维护更好方便。总之，采用大压力、小流量（大压力除鳞效果好，小流量带钢温降小）除鳞系统，同时，除鳞集管高度可根据中间坯厚度自动控制，针对不同的中间坯厚度，由于喷嘴水幕重叠量更优化，用水较以前少，带钢温降明显减少，精轧除鳞效果得到显著改善。三热轧1880采用了最先进的精轧除鳞机技术，大压力小流量且集管高度无级可调。通过1580和2050的氧化铁皮压入的资料统计分析，可以在一定程度上对精轧除鳞机（集管高度调节与否）的效果进行对比评价。

至于氧化铁粉的成因，相关文献表明，在宝钢2050mm 热连轧机组上, 精轧区热轧带钢产生的氧化铁皮缺陷, 在低倍金相显微镜下观察, 其形貌是黑褐色的细小氧化铁皮散沙状地分布在缺陷带钢表面, 比热轧带钢表面上氧化铁皮粗大得多, 酸洗后表面缺陷处留下深浅不一的针孔状小麻坑。精轧前机架工作辊辊面氧化膜的剥落和粗糙是导致热轧带钢表面产生氧化铁皮缺陷的直接原因。剥落的工作辊辊面氧化膜黏附在热轧带钢表面, 在后续机架中被碾入带钢表面而形成氧化铁皮缺陷; 氧化膜剥落后变得相当粗糙的工作辊辊面凸出体, 对带钢表面产生类似犁沟的作用, 在后续机架中, 沟两边因先变形而破碎的氧化铁皮部分落入沟中, 与沟中新鲜基体表面生成的三次氧化铁皮一道, 在继续变形过程中被碾入带钢表面而形成氧化铁皮缺陷。

控制热轧带钢表面氧化铁皮缺陷的关键在于轧辊辊面氧化膜的良好建立和维护。生产中可采取以下措施: 严格按规定进行烫辊; 合理编排轧制计划; 控制轧制节奏; 合理使用功率加速度; 控制轧辊辊温; 维护好冷却水喷嘴; 合理分配轧制负荷; 使用轧制润滑油; 精轧前机架空设时正确处理等等。

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（三）PC＋WRB＋WRS的板形控制组合应用，可以增大板形控制能力，实现自由程序轧制

三热轧F1-F4机架装有负弯和正弯系统（±120ton/chock），F5-F7装有正弯系统（+150ton/chock），F5-F7支撑辊轴承座设计时预留了工作辊正弯功能。工作辊平衡/负弯油缸由电液伺服阀控制，用于工作辊负弯的普通油缸F1-F4牌坊凸出块和F5-F7弯辊凸块主要用于安装工作辊的平衡/负弯油缸的。 每个弯辊块上表和下表均安装有4个表面镀铬锻钢插入式活塞杆。正弯油缸电液伺服阀控制，镶嵌在上下支撑辊轴承座内，选用合适的密封以防水进入油缸。

热轧带钢的板形控制起源于50 年代, 当时主要是靠磨削轧辊的原始凸度的方法来控制板形, 但由于轧辊原始凸度磨削完成后是一固定不变的值, 很难适应千变万化的轧制生产情况。目前，热轧板形控制有许多种类，如HC（工作辊和中间辊轴向移动）、PC（轧辊成对交叉）、CVC（连续可变凸度）、WRB＋WRS（弯辊和轴向移动）以及这些方式的组合。2050精轧机组配置CVC，1580精轧机组配置PC＋WRB，1880精轧机组配置PC＋WRB＋WRS。

弯辊装置作为板形控制的手段始于70 年代初。板形控制系统是一个集机、电、液和自动化等多专业, 具有综合因素的复杂控制系统。对机械设备来说, 以弯辊装置作为板形控制的基本参数是弯辊力。而弯辊力是一个工艺参数, 它的大小是根据板形控制所要达到的目标值和控制的数学模型来确定的。

液压弯辊是板形控制技术中最基本的方法，就是利用液压缸的压力，人为地对轧辊施加附加弯曲力矩，来改变轧辊轧钢时的挠度，以消除轧制条件变化对辊缝的影响，使辊缝始终保持正确的形状，轧出符合横向厚度公差和板型要求的轧材。液压弯辊的突出特点足调整速度快，调整精度高、能在轧制过程中迅速修正带钢横向厚差及消除带钢局部波浪形瓢曲，适应于高速轧制的需要。并能使一种

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原始辊形适应多种产品规格的要求。液压弯辊有工作辊弯辊和支承辊弯辊两种基本方式。每种基本方式又可分为正弯辊法和负弯辊法。弯辊法的正负是根据作用在轧辊上的弯辊力与轧制力方向一致与否来定义的。一致为正，反之为负。

实际运用最多的是工作辊正弯。最先发展的是单轴承座液压弯辊WRB，WRB对于控制边浪、中心飘曲及单边浪有重要作用, 但是由于受辊颈、轴承及轴承座等强度的制约, 其弯辊力不可能无限制增大, 因此它对板形的控制作用是有限的。后来发展的双轴承座液压弯辊DCB, 就是将WRB 加以改进后的一种双轴承座弯辊技术．通常用液压弯辊装置能够控制凸度的范围较小，住往达不到预期的效果。日本新日铁广畑厂与石川岛播磨合作研制成这种飘11装置。也是将原有的承座改为内外两部分，组成双轴承座，对内外轴承座施加弯辊力，使弯曲力臂加长，这样，6度控制能力比单轴承座提高2—3倍。但是，这种装置会使轧辊轴承部分复杂化，虽然其弯辊力有所提高, 但其控制板形与板凸度的效果并无明显提高，因此，目前只在有选择地推广中。为了更进一步的提高带钢表面质量,仅靠液压压下与液压弯辊是不够的, 特别是在板形与板凸度控制技术上, 液压弯辊由于其自身的原因受到了限制, 所以从80年代起始, 开发许多板形、板凸度达到高精度的新型轧机与新技术。

工作辊弯辊力对热轧带钢凸度的影响：1) 随着带钢宽度的增加,弯辊力影响率减小。2) 工作辊直径、单位宽度轧制力及压下量对弯辊力影响率的作用较大;支撑辊直径对弯辊力影响率的作用非常小,可以忽略不计。3) 确定了弯辊力影响率的基本值以及工作辊直径、单位宽度轧制力和压下量对弯辊力影响率基本值修正指数的6 次多项式的拟合系数。4) 建立了高精度的工作辊弯辊力影响率的计算模型。

在液压弯辊系统设计的同时，设备设计如牌坊窗口内的辊系关系、工作辊轴承选型、工作辊设计、工作辊轴承座的强度和牌坊的应力等，都是不应忽略的关

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键技术,

工作辊轴承座强度校核：根据牌坊窗口辊系图确定的各零件的外形尺寸, 取出工作辊轴承座。轴承座的内孔即为工作辊轴承的外径, 在轴承座上加上弯辊力作用的具体位置和约束条件, 通过有限元方法, 可计算出轴承座上最大应力出现的部位、应力的大小和轴承座的变形, 有了这一结果, 就可以对轴承座设计加以优化, 并可根据应力的大小, 选用合适的截面、合适的加工方法, 选择合适的材料和热处理方法。

工作辊轴承座的受力分析:

工作辊轴承座受力情况如图2所示。

图2、工作辊轴承座载荷发布 （1、理论载荷发布；2、实际载荷发布）

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图3工作辊轴承座合成应力

从计算结果来看, 轴承座的最大应力出现在过度圆角处。根据这一结果, 在设计中对该圆角作了适当的处理。另外对该圆角在加工后还要进行磁粉探伤, 对轴承座上应力大的区域也要求进行超声波探伤。

（四）液压活套系统，跑偏检测控制

活套控制技术是整个精轧控制的关键技术之一。在带钢轧制过程中,要求机架间带钢保持一定的长度和张力,而张力要求不宜过大。热轧时,高温轧件若受到太大的张力,其张力就有可能超过金属的流动极限,使带钢受拉(拉窄、拉薄) 变形和尾部失张、厚跃等一系列降低产品质量的不良后果。由于轧制力会受到张力变化的影响,因而张力对带钢纵向厚度均匀性的影响也是较大的。

活套控制装置中通常有气动控制、电动控制、液压控制三种。气动活套装置与电动活套装置相比,气动活套装置的转动惯量较小,影响其动态特性的主要因素是气缸的摩擦阻力。而且气动系统的工作压力较低,调节范围小,调节精度差。同时在一个气动系统中要迅速连续得到两种压力(迅速升起时要求高,正常张力要求低压) 较为困难,而且由于气体的可压缩性,气动活套装置的工作稳定性较差,七十年

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代后期已不再采用。电动活套控制装置采用一台直流电机,经减速机传动活套摆杆,工作稳定,坚固耐用,但结构较为复杂,且转动惯量大,是七十年代和八十年代初期的技术。液压活套装置兼备电动活套的稳定性和气动活套转动惯量低的优点,而且工作介质具有润滑、冷却、排污的突出特点,使其工作寿命也较长,控制也灵活,响应速度很高,维护更换较为方便,为现代轧机所青睐,与电气系统相配合，形成完美的闭环控制。

现代热连轧机上的所谓自动控制就是在连轧机的生产过程中,用活套量的偏差值来逆调或顺调主机的速度,以实现恒张力自动控制。

活套安装在精轧机机架之间,目的是确保两机架之间恒定的带钢张力,以防止过大的张力产生带钢缩颈。如果下游机架速度太高,就会使得通过下游机架的带钢秒流量大于通过上游机架的带钢秒流量,从而最终导致带钢拉断。当带钢通过下游机架的秒流量减小时,套量就建立起来了。如果套量持续增加,带钢就会重叠。一旦重叠形成,带钢就会以3 个带钢的厚度进入下一架轧机。要解决这个问题,就需要配置套量控制。

套量控制将速度的校正值送到所有上游主传动控制系统。两机架间的带钢长度在秒流量不同时将会变化,因而造成套量高度的变化和活套角度实际值的变化。有了套量控制,活套的角度总是保持在一个预设定值上。任何套量高度的变化,都将立即引起所有上游主传动速度的变化。每个套量高度由于都受前一机架的主传动速度的变化的影响而得到控制。某一机架的速度变化乘以该机架的压下量,并以此作为补偿值送到上游机架主传动速度控制系统的参考值中。这样所有相邻主传动速度的校正都与在这些机架中的压下量相适应,最终实现各机架间的秒流量相同,即: h1 v1 = hivi (式中: h 为相应机架间带钢厚度,v 为相应机架间带钢速度) ,同时这些机架间的带钢张力也就保持恒定。活套在机架间无带钢时必须也能动作,此外

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当轧制带钢且带钢压住活套辊时必然产生一个特定的张力。保持这种状态要在等同于张力控制的力控制中实现。为了实现这两个目的,活套控制必须设计成位置和张力控制的串联。张力控制必须为位置控制的内环。

活套布置在每架轧机的出口(除最后一架轧机以外) 。活套的结构形式相同,其功能是保持两机架间带钢有一定的张力,同时也作为轧机入口和出口导卫。

活套基本上由以下几个部分组成：活套轴、传动侧和操作侧轴承支座、轴承座的活套架、活套辊(内水冷式)、液压缸、角度传感器、操作侧、传动侧活套轴及活套辊上的轴承是耐磨轴承。在活套轴的传动侧和操作侧都安装有止块,以限制活套旋转动作的范围。底部是限制活套的最低位置,上部是限制活套的最高位置。上部位置是轧机人口和出口导板更换时所要求的活套抬起位置。活套在最高位置时可以用销轴锁定,主要是为了维护目的,活套的等待位为9°,正常工作位置是28°,最大抬起位置是61°。活套在最大抬起和最低两个极限位置时液压缸的行程留有一定余量,以此保证活套可靠到位。

活套的动作是由液压缸来驱动的,液压缸的底部与传动侧机架相连,活套杆端部接到传动侧活套臂上,到绞点有一定距离。活套轴安装在前一机架出口侧,轧制线的下方。活套移到最低位时一定要低于轧制线。活套移到最高位时,轧机人口和出口导卫就有一定的窜动空间。活套辊为内水冷设计。

在活套控制系统中采用三个闭环控制回路来实现最有效的控制。(1) 一个套量控制来得到机架间恒定的带钢长度。(2) 一个位置控制以使活套在规定的范围内动作。(3) 一个力控制以产生一个恒定的带钢张力。

由于力控制器为位置控制器的内环,位置控制系统的输出成为力控制系统的参考值计入预置极限值中。一旦活套为下一个带钢而抬起,张力就建立起来了,此时位置控制器也就调定了。当带钢咬入下一辊缝时,活套马上动作。活套高度即套量

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是由装在活套轴上的角度传感器测得并换算出来的。而力的实际值是通过测量液压缸活塞侧和杆侧油压并乘以相应的面积而得出。力控制系统的参考值总是由参考值限幅来限定。力控制系统还必须首先补偿阻力以保证足够的带钢张力。阻力主要考虑以下几种:一种阻力是活动部分部件的自重,是角度的函数w1 = f (Φ) ;第二种阻力是所支撑部分带钢一半的重量,w2 = Sb·1/ 2L·P式中: Sb 为带钢的横断面积L 为机架间带钢的长度P 为钢种的比重第三种阻力是用以建立带钢张力所需的力。所有这三种阻力都与活套的几何形状有关。

在活套无负荷抬起或加速时,没有力的限制,主要是克服自重以使活套加速(转动部分的摩擦力忽略不计,液压缸本身由于采用特殊的密封设计其摩擦力也忽略不计) 。

活套控制回路通过发送速度校正值到相应的主传动来控制套量高度,套量高度是机架间带钢长度的非线性函数。当带钢在相邻两个机架间时,套量控制被激活,而且此时活套辊必须在轧制线上,并且力的实际值一定要大于可调力的极限值。一旦活套辊与带钢接触,力限制器就被激活。此时由限幅器生成的力参考值是实际活套位置的函数,并要考虑带钢的自重、活套的自重和所要求的带钢张力。带钢头部穿过下游机架的同时,上游机架加速,然后再减速,以使套量增加。该斜坡发生器调整为当活套辊与带钢接触时,预定的套量就建立起来了。相关主传动的速度校正值乘以该机架相应的压下量,以此作为一个校正值送到上游传动控制中。如果两机架间的套量太高,那所有上游主传动都降速;如果两机架间的套量太低,那所有上游主传动都加速。此时一定要考虑活套高度与参考值的偏差影响带钢的长度。

每个活套由一个液压缸来驱动。整个系统采用伺服阀控制。活套的位置是由角度传感器来测得的,反映到液压系统中就是液压缸的位置。该位置信号作为伺服阀的反馈信号通过控制器并转化为电流信号来使伺服阀动作,从而形成位置闭环控

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制。力的控制是通过检测液压缸活塞侧和杆侧压力并比较反馈到伺服阀,形成力的闭环控制。伺服阀的油路由液控单向阀来控制。系统中设置了一个先导溢流阀来限定系统的最高压力,以保护活套装置的安全。伺服阀的先导油路前设置了高精度过滤器,以保证清洁的油进入伺服阀的先导控制油路,防止喷嘴堵塞。蓄能器起减震作用以保证油路中压力恒定。系统中采用两个伺服控制回路主要是为了保障在一个回路出现问题时不会影响系统工作。

由于轧制工艺要求两机架间要保证一定的微张力,活套装置就是对该张力进行检测,并将检测结果反馈到主传动控制系统中。在理想状态下,轧机各机架主传动的调定要满足h1 v1 = hivi , 即各机架的带钢秒流量是恒定的,也就是机架间带钢的张力是恒定的,而且活套高度即套量也是恒定的。这就是说理想的活套是保持一定的位置不动的。而事实上由于各机架轧辊的压下量因带钢温度等条件的变化是变化的,即△h 是个变量,因而每架轧机的秒流量也随之而变,活套也就随时在调整。液压伺服系统正是以较高的动态相应性能确保了这个系统满足轧制工艺的要求。

（五）在线磨辊系统的运用，可以在线消除轧制中轧辊表面的不均匀磨损，保持轧辊表面光洁平滑、缓和宽度回归轧制的制约、实现自由程序轧制

自20世纪80年代以来,日本就开始了轧辊在线研磨技术的开发,住友金属工业和石川岛播重工先后开发了利用盘状化和砂带的轧辊在线研磨装置。由于需用电机或液压马达单独传动,结构复杂、占用空间大、操作不灵活,所以未能推广。日本三菱重工开发了PC轧机之后，为了实现自由程序轧制及改善板带质量，先后开发“非传动型砂轮”ORG和“传动型砂轮”ORG的轧辊在线研磨装置，前后在宝钢1580和鞍钢1780投用。1580的“非传动型砂轮”ORG，砂轮完全靠轧辊带动砂轮转动进行磨削，效果不明显；1780的“传动型砂轮”由液压马达带动砂轮转动磨削轧辊，效果良好。

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1880三热轧F5、F6和F7将装备三菱日立最新的ORP系统，该设备电动马达驱动双头磨削，安装在上下工作辊入口侧。在带钢表面由于轧辊原因产生缺陷，而此时轧制已经比较稳定情况下，ORP驱动砂轮头按照预先设定的压力压在轧辊上，并且在轧辊的轴向上来回移动。在全自动磨削方式，全长方向的磨削或边部磨削动作都可以根据L2的指令完成。全长方向的磨削也可以在操作工设定的模式下进行工作。ORP还兼有OPM (在线磨削测量)的功能，可监控轧辊轮廓，进而通过测压头和编码器调整磨削压力，优化磨削效果。而在线磨削测量精度则可达到15 μm /100mm（以冷辊为基准，仅限于纵向两点间冷辊轮廓的渐变）。

ORG的运转方法(1)全面研削主要是减少轧辊表面的粗糙度及局部高点,并且提高板带边部表面质量。(2)段差研削主要是研削辊子的非通板部,否则不能进行宽度逆轧。(3)全面研削与段差研削相结合。

研削特性的决定要素(1)偏移量、(2)研削时间、(3)砂轮压力、(4)轧辊速度、(5)砂轮速度、(6)砂轮的使用方法。

研削评价的三大要素(1)研削能力即每分钟轧辊的研削量，单位cm3/min。(2)研削比即被研削轧辊的体积与砂轮磨耗体积的比率，单位cm3/cm3。(3)轧辊表面粗糙度,μm。

1880ORP设备包括以下内容：

1)砂轮头和驱动单元：砂轮材质为氮化硼(CBN)，每个辊子两个砂轮，砂轮驱动采用交流马达，转速范围500 – 2,000 rpm，直径250 mm ，厚度15 mm，砂轮压力调整范围大概 300 - 800 N/wheel (磨削时) ，采用测压头测量砂轮压力，采用旋转编码器测量砂轮位置。在线磨削测量功能，可轧辊轮廓监控，通过使用测压头和编码器调整磨削压力。在线磨削测量的精度，轧辊（冷辊）每100mm长度上在15 μm以内，仅限于纵向两点间冷辊轮廓的渐变。2)横移单元3)缩回机

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构和清扫装置；4)倾斜装置；5)相关管道系统；6)轧辊冷却喷头和管道。

在更换工作辊时，上ORP随着入口清扫装置通过液压油缸拉回，下ORP随着侧导板通过导板本身的缩回油缸拉回。ORP头部装置使干燥空气进行吹扫。

关于砂轮的异常现象主要有以下几种情况:

(1)砂轮表面的平坦度不良如果砂轮面摆动,容易使砂轮与工作辊发生敲打性的研削。由于砂轮表面压力的不稳定,使砂轮对轧辊形成不均匀磨削,所以轧辊表面容易形成敲打印痕。如果发现轧辊表面有敲打印痕，应检查防振橡胶垫，如果检查后没有发现异常，就必须更换新砂轮。但要注意,如果只用目测是不易分辨的,必须使用外径千分尺。(2)砂轮表面的堵塞砂轮表面不能自身再生,所以如砂轮表面堵塞严重,就能感到表面像镜面一样。如果久置不用,研削能力就会恶化,最终导致不能研削,而且砂轮与轧辊的摩擦系数急剧下降,易发生打滑。(3)砂轮表面的烧损在砂轮表面可以看见金属的熔融附着。这主要是因为研削能力低下。如果现象严重,就不能研削;如果现象不严重,可以用砂轮的另一侧进行磨削。

工作辊表面ORG异常(1)砂轮进给印记因为轧辊速度与摆动速度的不协调,砂轮外侧产生异常气味,这种情况下需调整轧辊速度及摆动速度。(2)敲打印记因为砂轮整体的振动,砂轮表面振动亦很大,所以有必要降低压力,减少砂轮表面振动及表面烧损。(3)曲线印记这是由于砂轮表面层的自励振动而形成,可以通过降低压力或砂轮回转系数解决。压力及砂轮回转数下降可产生类似情况。(4)带状印记由于砂轮后退特性的不协调而发生。调整压力PH及PR后,再确认平衡延时值。(5)砂轮面反向如压力过大就容易发生此类现象。需检测防振橡胶垫,如出现劣化则必须更换,同时应降低压力。(6)非驱动型研削印记因砂轮不回转,与轧辊同方向被动回转所形成。可考虑关闭回转用阀门。(7)定位置研削印记。因为摆动停止,而ORG仍进行研削所形成。砂轮接触面在轧辊表面留下鲜明的印记。这种情况即使有辊型也

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可以立即分辨出来。

ORG可调试的项目:(1)砂轮安装及砂轮运转。(2)偏移量预设定值检测。(3)研削能力的确认。(4)各种系数确认及把握。(5)再次确认磨耗量。(6)板面质量的确认。(7)全面研削机能确认。(8)全面研削+段差研削。(9)段差精度检测。(10)ORG系统注油功能确认。(11)全面研削(参数设定)。(12)全面研削+段差研削(参数设定)。

（六）提高精轧主传动系统承载能力，

三热轧1880精轧主传动齿轮采用日本工业标准 CLASS2 (ISO 1328 CLASS6)。精轧机主传动减速机齿轮采用人字齿（双斜齿）齿轮，避免轴向负荷和冲击，减少齿轮、轴承损坏。精轧机主传动齿轮分配箱采用牌坊式，箱体采用铸钢材料，增加箱体强度。精轧机主传动万向接轴与轧辊连接的扁头套内面采用渗碳硬化处理，减少磨损。前机架精轧机主传动万向接轴采用液压安全接手，后机架机械安全接手。

（1）主传动齿轮

精轧机主传动齿轮承受重载和较大的反复冲击载荷，前机架轧机主传动齿轮速度低, 齿面间难以形成液体摩擦，处于边界润滑状态，齿面间有时呈半干摩擦, 导致齿面发生胶合。这些都影响了轧机主传动齿轮承载能力和使用寿命。提高轧机主传动齿轮承载能力和使用寿命可从设计、制造、装配和润滑等方面采取相应的措施来实现。

轧机主传动齿轮设计采用变位齿轮可提高齿根弯曲强度, 提高齿面接触强度、抗胶合和耐磨损能力。齿轮高度变位, 使小齿轮齿根截面加厚, 提高其抗弯强度; 角度变位, 增大啮合角,可提高齿轮疲劳极限载荷。当啮合角从20°增加到24°时, 疲劳极限载荷提高约30% , 但啮合角从24°增加到31°时, 疲劳极限载荷只略有增加, 反而使重合度下降, 对弯曲强度不利。所以变位齿轮的啮合不宜超过26°。齿轮润

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滑研究表明, 低速重载齿轮启动速度低, 油膜形成困难, 齿面可能发生早期胶合失效。为了改善润滑条件, 低速重载齿轮应尽量采用角度变位正传动齿轮。德国SM S 公司为宝钢提供的2050 热连轧机的主传动齿轮即采用角度变位正传动齿轮。

采用变位齿轮的关键是确定变位系数。如何合理地选择、分配变位系数, 许多版本的机械设计手册和齿轮教科书都推荐用“封闭图”确定变位系数。因为“封闭图”综合考虑了齿轮传动的各种性能指标, 可根据齿轮传动要求, 比较合理地选择、分配变位系数。确定变位系数还应考虑螺旋角。斜齿轮常用螺旋角调整中心距、模数和齿数之间的关系, 这样螺旋角势必出现分、秒小数。螺旋角出现分、秒小数会影响齿轮加工精度。因此, 螺旋角最小应以10′为进制单位 。由变位系数配合螺旋角共同调整中心距、模数和齿数之间的关系。国外有的轧机主传动齿轮, 特别是硬齿面齿轮即采取螺旋角最小以10′为制单位。变位系数确定后, 应验算齿顶厚和重合度。现在国外许多著名冶金设备生产商已将采用角度变位正传动齿轮作为设计准则纳入设计规范中。轧机主传动齿轮采用变位齿轮设计的小齿轮最少齿数应不少于13 个齿, 且齿根圆直径必须大于装轴承处的轴颈直径。

轧机主传动齿轮采用渗碳淬火处理的硬齿面齿轮比调质处理的软齿面齿轮抗点蚀能力提高约215 倍, 抗弯曲能力提高约115 倍, 抗胶合和耐磨损能力更是明显提高。用于轧机主传动的硬齿面齿轮表面硬化处理主要是渗碳淬火, 然后磨齿。硬齿面齿轮的渗碳淬火处理过程中必须处理好淬硬层的深度、梯度和硬度的均衡性, 控制好渗碳层的表面碳浓度、碳化物的形貌和大小。硬齿面齿轮副齿面硬度匹配一般为: 小齿轮58～ 63HRC; 大齿轮53～ 58HRC; 芯部30～40HRC。硬齿面齿轮不能在运转中靠跑合纠正自身的制造误差。因此硬齿面齿轮的制造精度要求很高, 对箱体的刚度和孔的制造精度要求也很高, 应特别注意箱体孔中心线的平行度、垂直度和孔的同轴度, 以保证齿轮的正确啮合。如果轧机主传动齿轮采用滑

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动轴承支撑, 箱体孔的误差可通过刮研轴承纠正; 如果采用滚动轴承, 需要设计轴承偏心套, 在装配时通过轴承偏心套调整。渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮承受较大的冲击载荷时, 除要求齿面具有高强度和高耐磨性外, 还要求芯部具有足够的硬度和良好的冲击韧性。这类齿轮宜选用含碳量较低的N iCr2Mo 合金钢。我国常用20CrN i2MoA。

硬齿面齿轮副的齿数最好都为素数, 以使齿面磨损均匀。硬齿面齿轮应采用较少的齿数,较大的模数, 以获得较高的弯曲强度。人字齿轮磨齿困难, 用于轧机主传动的硬齿面齿轮都采用斜齿轮取代传统的人字齿轮。硬齿面齿轮承载能力大硬齿面齿轮副的齿数最好都为素数, 以使齿面磨损均匀。硬齿面齿轮应采用较少的齿数,较大的模数, 以获得较高的弯曲强度。人字齿轮磨齿困难, 但对于抵消轴向载荷，保护轴承和齿轮免受冲击效果显著。硬齿面齿轮承载能力大, 可使轧机主传动齿轮的中心距和齿宽缩小, 使其体积和质量大为减小; 硬齿面齿轮使用寿命长, 可靠性高, 能保证轧机高速、高效、高质量生产。硬齿面齿轮制造工艺复杂, 生产周期长, 价格较高。

提高齿轮传动平稳性, 减小动载荷。齿轮的基节和齿形误差使齿轮传动产生很大的动载荷、冲击振动和噪声, 直接影响齿轮传动平稳性, 降低了齿轮承载能力。齿轮试验表明, 齿轮精度由8 级提高到6 级, 动载荷系数可由114 降到112。采用齿顶修缘、齿向修形, 减少载荷集中。轧机主传动齿轮齿宽较大, 齿向误差使齿轮沿齿宽啮合不均匀而产生载荷集中; 齿轮受载产生弯曲和扭转弹性变形, 箱体孔中心线平行度、垂直度和孔同轴度误差都会引起载荷集中而影响齿轮承载能力。齿顶修缘可纠正齿顶啮合而发生的载荷集中, 避免齿顶过载、减小冲击振动和噪声。齿向修形可纠正由齿向误差、齿轮受载产生的弯曲和扭转弹性变形及箱体孔的误差而引起的沿齿宽载荷不均匀, 减少载荷集中, 避免斜齿轮首先齿端啮合而

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产生的偏载损伤。

增大齿根过渡圆角, 提高弯曲强度。齿根过渡圆角直接影响齿轮弯曲强度, 此处也是应力集中处。清华大学运用有限元应力分析和光测弹性力学试验表明, 当齿根过渡圆角半径由0175mm 增大到16mm 时, 齿根弯曲应力下降约15%〔4〕。发达国家许多齿轮生产商均使用大圆弧顶角滚刀加工齿轮, 以增大齿根过渡圆角, 提高弯曲强度。增大齿根过渡圆角应注意啮合干涉。硬齿面齿轮渗碳淬火前用普通留磨滚刀粗滚齿, 磨齿后在齿根出现台阶, 导致齿根处应力集中严重, 轮齿断裂的裂纹源也出于此处。用大触角留磨滚刀粗滚齿, 不但避免了磨齿后齿根处出现台阶, 而且保留了齿根处的渗碳层, 减小了应力集中, 提高了弯曲强度。对精加工后的齿根进行喷丸强化处理, 可消除切齿加工残留的拉应力, 增加残留压应力, 有利于齿轮承载能力的提高。齿根过渡圆角处表面粗糙度Ra 值与齿面相比最多相差1 级, 这对减小应力集中作用很大。

降低齿面表面粗糙度, 提高抗胶合能力。实践表明, 齿面表面粗糙度Ra 值大的低速重载齿轮的胶合失效比点蚀和断齿失效更为突出。胶合失效不取决于齿轮运转时间, 很可能在齿轮运转的早期就会发生。齿面Ra 值由312Lm 降低到018Lm, 齿面间只需较小的油膜厚度即可使齿面间微凸金属体减少接触或不接触, 明显减小齿面胶合失效概率。

提高轧机主传动齿轮装配精度。提高轧机主传动齿轮装配精度对提高齿轮接触精度作用很大。齿轮接触精度主要受基节、齿形、齿向、箱体孔中心线平行度、垂直度和孔的同轴度误差影响。在装配时, 通过刮研滑动轴承或调整滚动轴承偏心套, 检查齿轮副接触斑点, 使轮齿沿齿宽均匀接触并避开齿两端和齿顶接触, 使接触位置集中于节圆周围。在齿轮箱装配调整后, 在齿轮试验台上, 加研磨剂并加载跑合可进一步提高接触精度, 提高齿轮承载能力。装配时必须测量和调整齿轮副侧

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隙使之符合设计要求。齿轮副侧隙对润滑影响很大。侧隙小可降低油膜承载能力, 使油膜破裂甚至因油温过高而使齿轮卡死。侧隙过大则产生冲击振动和噪声。轧机主传动齿轮应有足够大的侧隙, 宝钢实测引进的热连轧机主传动齿轮的侧隙比我国设计的大。许多轧机主减速箱高速轴上装有飞轮, 如果飞轮或其它大齿轮存在质量偏心, 平衡精度不够以及高速轴联轴器对中不良都会引起振动, 影响齿轮承载能力和使用寿命。因此装配时, 必须对这些转动惯量很大的零件进行静平衡。齿轮传动装置清洁度应成为轧机主传动齿轮装配精度的重要指标之一。齿轮箱是污染润滑油的重要一环, 特别是加研磨剂跑合的齿轮箱更应重视, 以防止污染润滑油而加速轴承和齿轮的磨损。

采用先进润滑技术, 提高润滑性能。良好的润滑性能对提高轧机主传动齿轮承载能力和使用寿命非常重要。轧机主传动齿轮润滑常选用粘度大的润滑油, 以利于齿面油膜形成。实际上, 在边界润滑状态下, 粘度增大后油膜厚度增加并不明显, 反而粘度大易使油温过高而影响润滑性能。极压工业齿轮油在精制矿物油中加入S—P 等添加剂, 这些活性元素在齿面接触时产生的高压、高温条件下, 瞬时生成化学反应膜。化学反应膜比物理吸附膜稳定, 摩擦系数小, 抗胶合能力大。国产节能低粘度中极压工业齿轮油已成功地用于许多轧机主传动齿轮系统。良好的润滑性能不仅取决于高质量的极压工业齿轮油, 而且对润滑系统的安装、维护提出了更高的要求。润滑系统必须严格按照YBJ 207- 85 标准清洗以保证本身和润滑油的清洁度。润滑油必须定期取样化验并按规定的油质指标及时处理或更换, 换油时不同牌号的油严禁混用。随着润滑技术的发展, 轧机主传动齿轮润滑系统已有循环喷油和循环油雾润滑系统等。在我国引进的轧机润滑设备中还有油—气润滑系统, 它比油雾润滑更加优越。油—气润滑系统通过油量分配器准确地向各润滑点定量供油, 散热效果好, 大大降低了齿轮工作温度。通过计算机控制, 可在屏幕上显示润滑系

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统的故障。运行可靠度极高〔5〕。搞好润滑对提高轧机主传动齿轮承载能力和使用寿命大有益处。

（2）液压安全联轴器

2050热轧F1经过改造，增加了VOITH液压安全联轴器，1580热轧采用的是传动的安全销式联轴器，1880将在F1F2配置液压安全联轴器，装在F1和F2的分配箱输出轴上，以防紧急过载。总共4个接手：最大保护扭距3,000 kN·m。

随着轧钢生产高速、重载、自动化程度的不断提高,设备作业率越来越高,设备负荷越来越大,对轧钢设备的过载安全保护也显得尤为重要。设备的过载保护主要有两条途径:一是通过检测设备传动电机的电流值,控制电机的输出扭矩,从而达到保护设备的目的;二是在设备传动系统中安装机械式的安全联轴器,当传动系统负荷超过安全联轴器的额定扭矩时,安全联轴器自动脱开,避免设备过负荷损坏。以往轧钢设备中使用的安全联轴器以安全销式和摩擦片式居多,近年来,一种新型的液压安全联轴器以其新颖的结构和诸多突出的优点正被越来越多的用户所认知和认可,使用率逐步攀升,尤其在关键设备中大有取代传统安全联轴器之势。

液压安全联轴器的安装方式很多,但其工作原理是相同的,下面以双法兰式液压安全联轴器说明其结构和工作原理。如图1所示,该液压安全联轴器主要由剪断

管、半联轴器Ⅰ、液压油腔、滚动轴承、半联轴器Ⅱ、密封件等组成。

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图4，液压安全接手简图

其工作原理是通过注油孔将液压油注入半联轴器Ⅰ的液压油腔中,并达到规定的压力值,液压油腔在油压的作用下膨胀,并使其内壁与半联轴器Ⅱ的轴胀紧,两个半联轴器之间依靠摩擦力传递扭矩。该摩擦力的大小决定了联轴器所能传递的额定扭矩:当实际负荷小于联轴器的额定扭矩时,两个半联轴器之间无相对转动而正常传递扭矩;当实际负荷超出联轴器的额定扭矩时,克服了两个半联轴器之间的摩擦力,二者发生相对运动,半联轴器Ⅰ上的耳板将半联轴器Ⅱ上的剪断管切断,使液压油腔内的高压油瞬间泄出,液压油腔收缩,半联轴器Ⅰ的内壁与半联轴器Ⅱ的轴脱开,两个半联轴器在轴承支承下空转,从而对设备起到保护作用。

额定扭矩的设定从该安全联轴器的结构和工作原理上可以看出,液压油腔中压力的高低直接决定了该联轴器的额定扭矩大小,因此,可以根据实际工况和设备的承载能力来调节该联轴器的额定扭矩,从而更好地对设备进行保护。两个半联轴器摩擦结合面的半径为Ｒ、有效接触长度为Ｌ、二者的摩擦系数为μ、油腔中的压

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强为Ｐ,则该安全联轴器可随承受的额定扭矩:Ｔ=μＰ·2πＲＬ·Ｒ=2πμＲ2Ｌ·Ｒ由此可见,注入液压油的压强Ｐ与额定扭矩荷Ｔ成正比。

充压及卸压方法由于该联轴器液压油腔内压力的高低直接决定其额定扭矩大小,因此精确的压力设定是非常重要的,该联轴器的卸压、充压应严格按以下步骤进行。3.2.1 卸压方法卸压前剪断管处于紧固状态,剪断管末端将联轴器液压油腔与注油孔之间的连接油路切断,卸压时先把密封丝堵卸掉,将打压泵的软管接头

拧入注油孔内,松开剪断管1/2圈,此时联轴器液压油腔与注油孔之间的连接油路连通,使液压油倒流回打压泵内。3.2.2 充压方法充压前先把剪断管拧紧至30～35Ｎｍ,此时剪断管末端将联轴器液压油腔与注油孔之间的连接油路切断,充压时先把密封丝堵卸掉,将打压泵的软管接头拧入注油孔内,松开剪断管1/2圈,此时联轴器液压油腔与注油孔之间的连接油路连通,用打压泵向联轴器液压油腔注油,并加压至规定的压力值,待压力稳定后将剪断管拧紧1/2圈,此时联轴器液压油腔与注油孔之间的连接油路被切断,之后把打压泵软管卸掉,拧上密封丝堵。图2为充压/卸压示意图。

液压安全联轴器特点分析结合液压安全联轴器特殊的结构和工作原理,与传统的安全联轴器比较,液压安全联轴器主要有以下几个突出的优点:1)额定力矩可以准确设定,更稳定可靠。传统的安全联轴器如安全销式和摩擦片式,由于受到不同批次安全销、摩擦片或弹簧性能差异的影响,额定扭矩值会有所波动;在对于液压安全联轴器,用户只需充压至规定压力既可,额定力矩更易控制,更加稳定可靠。2)额定力矩可以根据工况条件很方便地进行调节。该产品出厂前已经经过试验给出了对应不同额定扭矩所需充压的压力,用户可以根据需要通过改变充压压力而改变额定力矩的大小;安全销式或摩擦片式安全联轴器虽然也可以通过改变安全销剪切截面面积或弹簧压紧力而改变额定扭矩,但不如前者方便,其设定的额定扭矩值也不太准

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确。3)过载后可以快速恢复,运行费用低。设备过载后,液压安全联轴器仅需几分钟充压后即可重新投用,其消耗仅为几个剪断管和少量液压油;而安全销式或摩擦片式安全联轴器过载后需更换安全销或摩擦片等,恢复时间更长,消耗也较大。尽管液压安全联轴器相对传统的安全联轴器价格昂贵,但由于其具有以上突出的优点,因而在关键设备中得到了越来越广泛的应用。

液压安全联轴器具有可设定精确的额定力矩、可方便地调节额定力矩等优点,克服了传统安全联轴器额定扭矩设定不准确和不易调节的缺点。6.2 液压安全联轴器在过载后可以快速恢复,运行费用低,大大节约停机时间和备件资金。6.3 鉴于轧钢生产连续、重载、停机损失大的特点,在轧钢设备传动系统中使用液压安全联轴器可以起到有效地保护设备、减少事故停机损失的作用,具有很高的推广价值。 三、结语

影响精轧轧制稳定的因素非常多，可以说，精轧轧制稳定性研究是个系统问题，需要具体问题具体分析，要抓住主要矛盾，分析解决。比如解决PC轧机振动超标，可将PC轧机改为液压缸无间隙驱动或新增轧辊稳定装置，可以减少零调偏差、轧制时的轴向力和轧机振动。随着精轧机轧制规格的加大和轧制速度的提高，为了提高轧制精度，有日益增大机架钢度的趋势。如1880F1-F4立柱断面积大约8,000 cm2、F5-F7大约6,405 cm2，且刚度F1-F46,800 kN/mm，F5-F7 6,400 kN/mm（其它钢厂数据：本钢1700精轧机F1-F7立柱断面积6440cm2，武钢1700精轧机F1-F7立柱断面积7100cm2，宝钢2050精轧机F1-F7立柱断面积7000cm2，1580精轧机F1-F4立柱断面积6400cm2、F4-F7立柱断面积6000cm2）。

又如，精轧机牌坊衬板安装面堆焊不锈钢，减少零调偏差、轧制时的轴向力；轧制线标高自动设定，减少带钢在末机架出口头部产生折叠；精轧机末机架出口

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设置压头风机，避免带钢在末机架出口头部产生折叠；精轧机主传动万向接轴与轧辊连接的扁头套内面采用渗碳硬化处理，减少磨损。废钢时上下工作辊快速打开，避免轧辊损坏；AGC油缸固定在牌坊上，减少移动液压油管；活套辊表面采用硬质合金堆焊，提高硬化层厚度、强度……等等措施。

[参考文献]

1、《1880热轧主作业线合同技术附件MH部分》；

2、《工作辊弯辊力对热轧带钢凸度的影响》，徐建忠等，钢铁研究学报2003 年10 月；

3、《热轧带钢工作辊在线研磨装置(ORG)的研究》，李红雨等，鞍钢技术2003年第6期；

4、《液压安全联轴器及其在轧钢设备中的应用》，王小庆等，宽厚板2004年2月； 5、《提高轧机主传动齿轮承载能力分析》，王纯等，山东冶金，1998年2月； 6、《热轧液压弯辊改造中的设备关键技术研究》，王勤等，冶金设备2002年10月。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2cwf.html