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）

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

on

experience,

through

and

of

three

kinds

of

points

of

and

suggestions.Key

words: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

cold

CRM）、法国

DMS

公司的

，）、德国森德威公司的

four

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

2.1本体设备特点DMS

20

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

B、C

和

F、G

支撑辊的偏心调节，总的垂直调节空间约

。受到一体牌坊尺寸的制约，工作辊配辊空间相当有限，为

A、D、E、H

过程中，应用了杠杆原理（传递系数约

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（已申请可完全确保

800

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

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

辊轧机，省掉了上下最外一层各

4

个支持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

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，

辊森吉米尔轧机则是典型的实用主义设备，12

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。DMS

20

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

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

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

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

辊轧机到

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

1缝打开或关闭的任一时刻都不会发生干涉。2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

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

～、65～68、～、62～

只以上才能满

300～

2.3.212

辊轧机辊系分析

辊轧机作了针对性的优化。12

75～100

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

机轧辊的缺陷率最低，吨钢辊耗一般只有

3.3m

m）从辊系分析，

而辊身长度却达到了

，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1/4

处达到了

边部达到了

m）远大于森吉米尔轧机和

再加上弯辊的合理设置，

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

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12

辊轧机采用油雾强制润滑，油雾油的粘度很高（达到了

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在解决油雾问题上，

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

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

P=（0×∮∮∮）×b/1350×1.10～242mm

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

逐步使用向∮195mm

50µ10µ≤±2µ

20

50µ5µ≤±2µ

12

50µ15µ≤±3µ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

辊轧机支撑辊都设置成

6

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

129mm轴承宽度达到

60

天更换周期的支撑辊，往往应用

天，轴承内圈就发生烧损，其使用周期接近

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

（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

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

3

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，同时也对科学用辊、合理安排轧制道次提出了更高的要求。综上不难得出：本类轧机选用

9

段式支撑轴承，设计比较粗糙，应用检验不足，缺陷明显，弊远大于利。从使用经验来看，此类轧机采用

6～7

段轴承是比较合理。3

厚度控制3.1 厚度控制精度

AGC

的控制方式、AGC

牌坊刚性对提高厚度控制精度都有重大贡献。以下为宝新公司

3

类轧机的厚控精度：3.2

厚度控制能力DMS

20

高的刚度系数（500t/mm

AGC

控制模式下，在轧制加工硬化严重、原料厚度波动大的不锈钢时，仍然表现出巨大的优越性，发生轧制力过载的情况微乎其微。即使是在过载的条件下，其厚度控制能力仍然十分优秀。因此，倒金字塔分布的压下制度是其典型的特点。这种压下方式，使得事故发生概率得以降低，较小的精轧道次轧制压下率更易获得理想板形，这一点对于高质量要求的

到

0.5mm

一个轧程轧制，且厚度失控长度能控制在

50m

以内，这是

辊轧机无法比及的。森德威

20

辊四立柱轧机的最大许用轧制力同样只跟带钢宽度有关，其设计刚性系数也达到了480t/mm

900

3

号轧机配置了激光

AGC

超越森吉米尔轧机。由前述公式不难发现，12

最大轧制力达到

1000

轧制时，当轧制力趋近

吨时，轧机弹跳严重，其厚度修正能力急剧下降，出入口的厚度波动基本维持不变。基于上述特点，在压下制度的安排上，轧制力成为首选考虑因素，表现在压下率分配上往往出现两头小、中间大的腰鼓型，并且同规格轧制所需张力高于其它两类轧机。即便如此，在

SUS301/

SUS304仍然是相当有限，厚度失控长度最大可以达到

100m带钢成材率受到影响，潜在的事故可能性也进一步增加，因此，不适宜大压下率轧制加工硬化严重的不锈钢。4

板形控制三种轧机在板形控制上各自具有鲜明的特点：4.1

DMS

辊轧机的板形控制特点DMS

20

辊森吉米尔轧机的板形控制方式主要有两个：支撑辊凸度调节和第一中间辊窜动。4.1.1

支撑辊凸度调节

7

B、C

支撑辊鞍座上的

7

个偏心环，使支撑辊芯轴弯曲，从而改变辊缝形状，达到板形调节的目的；7个液压缸可以单独调节，不区分轧制宽度，全程参与板形控制。由于芯轴弯曲时始终按照抛物线形状调节，而且相邻鞍座的偏心调节量偏差又设置联锁，使得轴承间曲线过渡平滑，支撑辊轴承受力分布均匀。实际使用过程中未发现某个轴承因受力恶化而损坏的情况。但是，芯轴弯曲毕竟是一种刚性弯曲，且两点支撑的距离又受到设备结构限制，因此，调节能力相当有限。而且，调节时同时影响两个轴承，且经过支撑辊、第二中间辊、第一中间辊

3

次力的传递，作用到工作辊上以后，其

ASU

1/4

ASU

B、C

支撑辊受到的轧制力不如侧偏心

A、D

支撑辊大，从而进一步削弱了其控制能力。4.1.2

第一中间辊窜动

200mm受力状态，只在轧制速度达到

调节起到了很好的补充作用。锥度调节范围主要作用于带钢的

1/4

外部位和边部位置，与

ASU

组合运用时，经常出现

1/4

浪和边

考虑锥度落差与带钢实际位置的关系，否则，一旦发生轧制时带钢跑偏，往往酿成断绞带事故。同

操工具备高超的操作技能。4.1.3

第二中间辊凸度设置为了使轧机能适合不同强度、不同规格不锈钢轧制的需要，使用时，往往让第二中间辊惰辊带一定的凸度，对支撑辊凸度调节量进行必要的补偿。但是，由于更换第二中间辊费时费力，为提高生产效率，实际使用时，一般只根据宽度设置两种凸度模式。这种方式直接导致在轧制加工硬化程

控制不尽完美。4.2

森德威

20

辊四立柱轧机森德威

20

辊四立柱轧机的板形控制方式有：支撑辊弯辊、第一中间辊窜动和辊缝倾斜4.2.1

支撑辊弯辊

ASU放在了受力最大的侧偏心辊

A、D

支撑辊上。分段轴承增加到

9

个，由液压缸驱动

8

个斜楔作用到8

个轴承鞍座对应的共用底板上，使芯轴发生变形。考虑芯轴变形是通过底板作用传递，液压缸的动作是按照程序设定的抛物线模式同时动作的，因此凸度调节曲线平滑，支撑辊受力均匀。这种假

20

辊森吉米尔轧机

ASU

的。由于采用了

9

段式轴承以及在侧偏心

A、D

支撑辊上实施凸度调节，其板形控制响应速度和精度要优于

板形偏差往往无法得到纠正。也即，这种凸度控制模式对原料的热凸度提出了更高要求。4.2.2

第一中间辊窜动森德威

20

40mpm

4.2.3

辊缝倾斜

柱轧机的辊缝倾斜通过

4

个伺服阀调节四立柱液压缸前后反向动作实现（严格意义上，辊缝倾斜不决定了上牌坊动作有

4

12

辊轧机只有

1

4

个方向

容易造成绞带或跑偏事故。事实也确实如此。其实，在控制单边浪板形时，第一中间辊窜动和辊缝倾斜有相近的控制效果。但是，由于辊缝倾斜直接动作整体辊缝，特别是当辊缝偏差较大时，势必会导致带钢两侧张力分布不均，极易引发绞带及出口跑偏事故。因此，比较认同的观点是，对于辊缝倾斜功能，一般适用于手动状态，只在4.2.4

第二中间辊凸度设置第二中间辊凸度设置的原理同

20

辊森吉米尔轧机。但是，由于四立柱牌坊的变形挠度远大于20

辊森吉米尔轧机整体式牌坊。为避免惰辊设置凸度过大，一般让传动辊带有稍许凸度。4.3 三菱

辊轧机三菱

辊轧机的板形控制方式有：支撑辊凸度调节、中间辊弯辊和辊缝倾斜。4.3.1

支撑辊凸度调节支撑辊凸度调节分为上支撑辊、下支撑辊调节。下支撑辊共有

3

组，两个大辊一个小辊，对称布置。每个大辊共有六个轴承，安装在预置优化曲线的偏心轴上，调节时只要转动芯轴到不同的角度，就可以获得不同凸度形状，最大调节凸度可达

1200μm。该功能只在空载预设定时投入。1200μm

的调节空间，完全可满足不同钢种、不同宽度对辊系及牌坊变形补偿的要求，也即通过预置不同的下支撑辊凸度，便可实现钢种、宽度切换。上支撑辊分布形式同下支撑辊，只是每个大支撑辊均由

7

个分段轴承。中间一个轴承无偏心结构，两侧六个轴承分别装有偏心套，通过涡轮蜗杆机构传动实现动作。空载下预设定，承载下根据实际板形，两两成对，左右

4

个轴承同步调节。通过偏心套旋转，直接控制支撑辊