浅析轧钢设备与技术

李华强

(西林钢铁集团阿城钢铁有限公司, 哈尔滨 150300)

轧机是直接轧延金属的主机，它利用旋转的轧辊辗压坯料,使金属按规定的要求产生塑性变形。轧延是生产率最高、成本最低的金属成形方法，适用于轧延横断面相同或有周期性变化的条状或板状材料；特殊轧机可轧制机械零件或其毛坯以及某些非金属材料。轧延主要有热轧和冷轧两种方式。通常将轧制温度在金属再结晶温度以上的轧制工艺称为热轧，低于金属再结晶温度的轧制称为冷轧。冷轧作业温度较低，产品表面质量好，尺寸精度高，厚度均匀，并可改善轧件的机械性能，但要求设备强度和精度高，能耗大。

冷轧用热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧，其成品为轧硬卷，由于连续冷变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能将恶化，只能用于简单变形的零件。轧硬卷可作为热镀锌厂的原料，因为热镀锌机组均设置有退火线。轧硬卷重一般在6～13.5t，钢卷在常温下，对热轧酸洗卷进行连续轧制。内径为610mm。产品特点：因为没有经过退火处理，其硬度很高(HRB大于90)，机械加工性能极差，只能进行简单的有方向性的小于90度的折弯加工(垂直于卷取方向)。

1 轧机分类

轧机可按所轧延的材料分为：轧延钢材的和轧延铝、铜等有色金属的两类。各类轧机的工作原理和主要结构基本相同，只是轧延的温度、压力和速度有所差异。轧机中使用最多的是轧钢机。轧机又可分为半成品轧机和成品轧机。半成品轧机主要是开坯机，包括初轧机、板坯轧机和钢坯轧机。随着连铸机的逐步推广，某些装有连铸机的钢厂已不再使用开坯机开坯。成品轧机有型材轧机、轨梁轧机、线材轧机、厚板轧机、薄板轧机、带材轧机、箔带轧机、无缝管轧机、铜板轧机、铝板轧机和某些特殊轧机。它们的主要区别是轧辊的布置和辊的形状不同，并且在精度、刚度、强度和外形尺寸上也有很大的差别。辅机是成套的辅助设备，可分为加工用辅助设备和储运包装等辅助设备。加工辅助设备包括:切成一定尺寸用的各种锯床、剪断机和圆盘剪;精整轧材用的矫正机和平整机;热处理用的各种工业炉(包括推料出料机)和可控气氛装置;表面加工和清理用的除鳞(清氧化皮)、抛丸(铁丸喷射钢材表面)、酸洗、清洗、镀层、涂塑、涂油和打印等机组。储运包装辅助设备有运锭车、各种辊道、推床(横移轧件)、升降台、翻转机、回转台，以及带材卷取机、开卷机、堆垛机和打捆机等。此外，轧延机械还包括复杂的机械传动系统和相应的电力拖动系统，以及先进的电气控制系统。

2 轧机的组成

由主电机、主传动和主机座(工作机座)组成。主电机在需要调速时使用直流电机，不需要调速时使用同步或异步(带飞轮)交流电机。主机座由机架、轧辊、轴承座、压下装置和平衡装置等组成。机架是承受轧延力的部件，闭式机架有较好的刚度，但开式机架换辊较方便。轧辊是轧延金属的部件，辊身为工作部分，轴头用于传动。板材轧辊的辊身形状称为辊型，型材轧辊的轧槽称为孔型。压下装置用来调节轧辊的压下量。高速带材轧机的厚度自控常由液压压下装置来完成。平衡装置用于消除压下螺丝等处游隙的影响，以免受载时产生冲击。板带轧机的主机座中还设有液压弯辊装置，在辊颈施加附加弯矩而使辊身产生附加挠度，以此来控制带材的横向厚度而获得最佳的板型。

轧机的结构型式和性能主要决定于轧辊的布置形式和主机座的布置形式。

(1)二辊轧机：结构简单、用途广泛。它分为可逆式和不可逆式。前者有初轧机、轨梁轧机、中厚板轧机等。不可逆式有钢坯连轧机、叠轧薄板轧机、薄板或带钢冷轧机、平整机等。80年代初最大的二辊轧机的辊径为1 500mm，辊身长3 500mm，轧制速度 3～7m/s。

(2) 三辊轧机：轧件交替地从上下辊缝向左或向右轧制，一般用作型钢轧机和轨梁轧机。这种轧机已被高效二辊轧机所取代。

(3) 劳特式三辊轧机：上下辊传动,中间辊浮动,轧件从中辊的上面或下面交替通过。因中辊的直径小，可减少轧延力。常用于轧制轨梁、型钢、中厚板，也可用于小钢锭开坯。这种轧机渐为四辊轧机所取代。

(4) 四辊轧机：工作辊直径较小,传递轧制力矩、轧延压力由直径较大的支承辊承受。这种轧机的优点是相对刚度高、压下量大、轧延力小，可轧制较薄的板材。有可逆和连轧两种，广泛用作中厚板轧机、板带热轧或冷轧机以及平整机等。

(5) 五辊轧机：有两种：一种是 C-B-S(接触-弯曲-拉直)轧机,它是一种带有使轧件弯曲的小直径(为工作辊的1/20)空转辊的四辊轧机，其压下量比通常的四辊轧机大许多倍。轧件围绕小空转辊发生塑性弯曲变形，可轧制难变形的金属和合金带材。另一种是泰勒轧机，中间小辊的位置可沿轧机入口或出口方向调节，以保持件正确的厚度，用来轧制厚度公差很小的不锈钢、碳钢和有色金属带材。

(6) HC轧机：高性能的、可控制辊型凸度的轧机。相当于在四辊轧机的工作辊与支承辊之间增设一对可轴向移动的中间辊，并将两中间辊辊身的相应端部分别调整到与带钢两边缘对应的位置，以提高压力分布和工作辊弹性压扁的均匀性，保证带钢的尺寸精度并可减少其边缘的超薄量和开裂等缺陷。HC轧机宜用作冷轧宽带钢。

(7) 偏八辊轧机：它是四辊轧机的变型。工作辊直径为支承辊的 1/6，且作相对的偏移，以防止工作辊的水平弯曲，轧制力比四辊轧机小一半。工作辊的稳定性好、水平刚度高，可用以轧制须用二十辊轧机轧制的部分产品。它的结构及其调整却比二十辊轧机简单得多。这种轧机可改装为二、四、八、十六辊几种型式，适宜多品种的需要，因而又称多用途轧机。它有可逆和连轧两种，用于冷轧难变形钢、硅钢和有色金属带材。

(8) 六辊轧机:由一对工作辊和两对支承辊组成，有较稳定的辊系。但它的刚性与四辊轧机相仿，且操作不便，因而应用不广，一般用于轧制高精度海底电缆的铜带。

(9) 多辊轧机：有十二辊、二十辊和三十六辊 3种型式。轧机中部一对直径最小的轧辊是工作辊，其余均为支承辊。它具有相对刚度高、压下量大、轧延力小、可轧极薄的带材等优点。初期的多辊轧机由工作辊传动，后来用中间支承辊传动。可轧制宽 200～1 000mm，厚0.02～0.0015mm的箔材。

(10) 行星轧机：两个大直径支承辊带动两组行星辊系,板坯或扁锭一次通过即可热轧成薄带,压下率达 90%～95%。若在前道工序配以连铸机，后道工序配以平整机则可简化热轧带钢的生产工艺。大型行星轧机的辊身长度可达 1 450mm。

(11)万能轧机：由一组成对的水平辊和立辊组成，所有轧辊都由动力传动。用于轧制板坯或扁钢。

(12)万能钢梁轧机：结构与万能轧机相似，唯有立辊与水平辊的轴线置于同一垂直平面内，而且立辊是从动的。适于轧制高度为300～1 200mm的宽缘钢梁。

(13)盘式穿孔机：轧件轴线低于圆盘轴线，圆盘旋转时使轧件顶着芯棒螺旋前进，将实心的圆钢顶轧成空心的毛坯管，适用于轧制φ60～150mm的无缝钢管。另有一种斜轧式穿孔机，其鼓形的轧辊斜交并旋转，工作原理与盘式穿孔机相似，适于轧制φ60～650mm的无缝钢管。斜轧穿孔机与自动轧管机、均整轧机、定径(减径)机和斜辊矫直机配套为无缝钢管热轧机组。

(14)轮箍轧机：由一对立辊轧延轮箍的内外圆，一对斜置的锥形辊轧延轮箍的两端面。用于轧制车轮或滚动轴承的内环和外环。

(15)圆球轧机：有一对斜交的带螺旋半圆槽的轧辊，棒料在旋转的轧辊间螺旋前进而被轧成圆球，可轧制直径60～650mm的圆球。

3 轧钢设备及技术的发展趋势

3.1 轧钢设备的发展趋势

轧钢设备发展动向是大型化、连续化、高速化和自动化。

(1)大型化方面

a)增大纲锭(钢坯)或带卷重量。过去初轧机钢锭一般为10～20t，现在已加大到40～50t(目前已经向全连铸发展，从而取消初轧)，热连轧的最大带卷重量已有15t增大到45t，冷轧卷重达60t，线材盘重已达2～4t。

b)增大轧辊直径初轧机轧辊直径已达1 300～1 500mm，带钢热轧工作辊已达760～850mm，精轧机组的支承辊直径已增加到1 700mm。

c)增大主电机功率

(2)高速化方面

宽带钢热连轧速度达28.6m/s，冷连轧已达41.5m/s，线材轧机已达60～75m/s。

(3)连续化方面

原有冷、热连轧、线材轧机外，尚发展了宽边工字钢连轧机、无缝钢管连轧机、连续焊管轧机及圆、方坯连轧机等。

(4)自动化方面

目前宽带钢轧机的计算机自动控制水平在各类轧机中是最高的，从板坯上料到卷取全部采用计算机控制。冷连轧机上亦采用了钢板厚度自动控制(AGC)。平整机上延伸率自动控制(AEC)和其它自动化措施等。

3.2 国际不锈钢板带生产技术装备发展动向

现以不锈钢板带生产为例加以介绍。

国际上，不锈钢板带生产技术装备发展的特点是设备大型化，生产连续化与自动化、检测在线化。其先进的生产工艺和装备保证了生产成本低，产品质量好，提高了产品的竞争力。

随着用户对产品质量要求的提高，对产品的薄型化、宽幅化和对价格要求，冷轧不锈钢板带生产技术装备向以下几个方面发展。

(1)提高作业率，小时产量、收得率及满足用户要求为目的，冷轧板带加工向大型化、薄型化和高速化发展。

(2)为保证厚度精度，在冷轧机上配置了压下AGC、张力AGC、秒流量AGC等自动测量控制系统，厚度精度可达到微米级。

(3)为保证带钢板形平直度，在高速冷轧机上配置高性能的带钢平直度测量及自动控制系统，在精整线上采用拉、弯矫直技术，使用带板形仪的六辊HC轧机作为平整机，以确保带钢板形平直度，可生产平直度达1-2I的薄带。

为了能轧出宽而薄的带钢，且轧制道次少，轧制时间短，带钢尺寸精确，厚度变化小，带钢平直度和表面质量好，特别是能经济地轧制高强度薄规格带钢，并保证每道次压下量及总压下量大，世界上不锈钢冷轧机大多采用小辊径工作辊的多辊轧机，也有的采用连续轧机轧制不锈钢板。在多辊轧机中，二十辊森吉米尔轧机使用最广，其它还有德国森德维西公司建造的四柱式二十辊轧机，以及日本三菱重工建造的十二辊CR轧机。

3.3 板带轧制设备国产化的展望

目前板带轧机成套引进，板带轧机改造也由外国公司承包，其原因是要引进国外板形控制的装备和技术。动态设定型变刚度厚控方法(简称DAGC)是我国发明的，DAGC 技术创新在于：用于分析法得出轧件扰动可测，APC实现了AGC功能，具有响应速度快、稳定性好、操作简便，特别是与其它厚控方法共用具有自动解耦的效能。2002年底，根据DAGC与监控无相互干扰的特征，修改了监控AGC 参数，使厚控精度进一步提高，使30m

的百分数提高了5个百分点以上，30m的占全长比例达到90%。

要达到主体设备立足国产化目的，需要几家国内企业的合作，其中包括机械、液压设备制造、电气及自动化控制等。经过近三十年在此领域的积累，我们已基本掌握了热轧、冷轧带钢全过程的工艺和设备、自动化控制的常规技术；国内设备制造厂家通过多年和国外厂家进行合作制造也基本具有了板带钢设备的制造、加工手段和技术；自动化控制的硬件目前基本上仍依靠引进，但基础自动化和过程控制的软件有待进一步消化。