熱軋粗軋機剛度影響因素分析

劉鴻濤

（新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠）

1 前言

自2018年起八鋼熱軋粗軋機出現軋制狀態不穩定，導致軋制板形差，易產生鐮刀彎和S 彎，造成熱卷箱卷形差，精軋機凸度及浪形難以控制。

軋機剛度是反映軋機結構性能的重要參數，是保證軋機軋制精度的主要指標。軋機剛度會隨著使用過程中的不均勻磨損而降低，軋機剛度降低將對鋼帶厚度、板形產生不利影響。維護不到位會使軋機設備精度降低，設備精度直接影響著軋機剛度。

通過解決精度不達標問題，提高軋機總剛度、減少兩側剛度差，改善粗軋機軋制狀態，降低粗軋機本體設備事故，同時也提高中間坯的產品質量。

2 關于軋機剛度

軋機剛度也稱為軋機模數，是軋機受力后所有受力部件產生彈性變形的總和，軋輥之間的實際間隙要大于空載時的間隙。如圖1所示，空載時軋輥之間的間隙為理論原始輥縫S′0，軋機受力軋制時軋輥輥縫彈性增加值為彈跳值f。

在軋制力較低時，P與h為一非線性的曲線段，該非線性段是由于軋機部件之間的接觸變形和存在間隙產生的。當軋制負荷增加時，曲線的斜率K 也增加;軋制負荷達到一定值后，斜率K 趨于一固定值，P與h趨于線性關系。A 線與橫坐標的交點即為理論原始輥縫S′0，斜率K 為軋機的剛度系數，也常常簡稱為剛度。

式中： ΔP- 軋制力增量，kN；Δf- 彈跳變化值，mm。

K的物理意義是使軋機產生單位彈跳量所需的軋制力，它表示了軋機抵抗彈性變形的能力，K愈大，軋機剛度愈好。

圖1 軋機彈塑性變形示意圖

2.1 軋機剛度影響因素

影響軋機剛度的因素很多，設計加工、使用和維護都會影響軋機的剛度。設計加工方面主要指軋機牌坊、軸承、軋輥等各受力部件設計的固有的彈性變形系數（或固有剛度值），如牌坊、軸承和軋輥的尺寸、材質、形狀、加工的精度等決定了軋機的剛度值。四輥軋機的彈性變形包括軋輥系統、支承輥軸承、支承輥軸承座和壓下螺絲間的受壓零件、壓下螺絲和螺母以及機架等零件的彈性變形，軋機的彈性變形就等于有關零件彈性變形之和。

2.2 軋機剛度測量

通過測量對應軋制壓力的軋機彈跳值，可以測量出軋機的剛度，方法有軋輥壓靠法和軋制法。

（1）軋制法。保持輥縫一定，用不同厚度的軋件送入軋機，讀出軋制力(P)，測定軋制后軋件的厚度(h)，根據軋件厚度和原始輥縫(S0)的差值來確定軋機的彈跳值。根據每一軋制力所對應的彈跳值，可以計算分段的剛度，計算平均值即可得到軋機剛度- 動態剛度。軋制法測定不能在生產中經常使用。

（2）軋輥壓靠法。加載一定的壓靠量，記錄下相應的壓下調節量和軋制力，以軋制力(P)為縱坐標、壓下調節量(h)為橫坐標，繪出P－h關系曲線，即軋機的彈性變形曲線，即可測量出軋機的靜態剛度。

圖2 為八鋼熱軋實際中采用軋輥壓靠法來計算軋機剛度。

圖2 軋輥壓靠法的PDA 記錄圖

軋機加載一定的壓靠量，記錄下傳動側和操作側相應軋制力下的AGC 伸出值，計算軋制力差和AGC 伸出值差的比例。

式中：K和- 兩側剛度和值，kN/mm；K差- 兩側剛度差值，kN/mm；FDS1- 傳動側第一點軋制力，kN；FDS2- 傳動側第二點軋制力，kN；HGCDS1- 傳動側HGC 第一點伸出值，mm；HGCDS2- 傳動側HGC 第二點伸出值，mm；FOS1- 操作側第一點軋制力，kN；FOS2-操作側第二點軋制力，kN；HGCDS1- 操作側HGC 第一點伸出值，mm；HGCOS2- 操作側HGC 第二點伸出值，mm。

2.3 軋機剛度對跑偏的影響

理論上軋機兩端變形一致，軋機彈性變形曲線為一直線，軋出的軋件厚度h可以用彈跳方程進行計算：

式中：h—軋件厚度，mm；f—軋機彈跳值，mm；S0—考慮預壓靠變形后的空載輥縫，mm；P0—空載軋制力，kN；P—軋制力，kN；K—軋機剛度系數，kN/mm

軋機兩側的剛度相等時，兩側的彈性變形也相等，因此兩側輥縫相等，兩側軋制力相等，兩側的輥縫差為零，跑偏可能性小。當軋機兩側剛度出現差異，軋機兩側的剛度系數不同，會使軋機兩側的彈跳計算出現偏差，水平偏差無法預知和檢測，兩側彈性變形將出現差異。帶鋼跑偏如圖3所示。

圖3 帶鋼跑偏示意圖

表1 為采用壓靠法測量得的八鋼熱軋粗軋機兩側剛度之差最大相差514kN/mm，此時軋機兩側的輥縫差值達到了0.7mm，而二級模型依然按照相同的軋機剛度進行計算，帶鋼出現了較大的不對稱浪形。嚴重時出現鐮刀彎，帶鋼跑偏失穩可能性增加。當帶鋼出現跑偏時，即帶鋼的中心線與軋機中心線偏離，將導致帶鋼傳遞到軋機兩側的軋制壓力出現差異，由于兩側的壓力差會導致軋機兩側彈性變形的差異。

表1 牌坊修復前的壓靠法剛度計算表KN/mm

2.4 軋機剛度對厚度的影響

理論上軋機兩端變形一致，按照彈跳方程，軋機彈性變形曲線為一直線。

在相同的軋制力下，軋機的剛度越好，即K 值越大，彈跳值f 越小，軋件縱向厚度控制越準確。因此，為了減小因軋制力波動等工藝因素對厚度的影響，應盡可能提高軋機的剛度系數。表1 通過壓靠法測量得到軋機兩側剛度之和最大到4205kN/mm，低于最初設計剛度值5000 kN/mm，按照彈跳方程，軋制力造成軋機彈性變形大于最初設計值，軋件的壓縮量小于設定值，厚度大于計算值。

使用過程中由于磨損，軋機剛度系數會下降，而且各機架的剛度變化不完全相同，同一機架兩端的剛度變化也可能不同。厚度模型在計算過程中所使用的軋機剛度是開始時的剛度或者是軋機的標準剛度，當模型使用的剛度與軋機的實際剛度差異較大時，AGC 控制基準的誤差增加，導致厚度模型的波動增加，AGC 震蕩幅度、不穩定性增大，軋機的厚度精度將會受到影響而下降，兩側厚度偏差如圖4。

圖4 厚度偏差示意圖

3 熱軋粗軋機剛度分析

3.1 粗軋機受力分析

圖5 為粗軋機設備結構簡圖

在進行粗軋機進行剛度測試時，壓靠力是從垂直方向和水平方向兩個方向來傳遞的。

垂直方向受力部件依次為：1→2→3→4→5→6→7→16→15→11→12→13→14→1→10。

水平方向受力部件依次為：

4（7）→19（17）→1。

5（6）→18→20→1。

3.2 軋機兩側剛度差影響因素

3.2.1 垂直間隙影響

粗軋機架是由許多部件組成，部件之間會有間隙。垂直間隙會造成輥系傾斜，輥系傾斜會造成軋制的不穩定性，如帶鋼跑偏和甩尾等，因此要盡力避免。為避免輥系傾斜，要保證設備安裝精度和設備零部件精度，在日常維護中尤其要注意保持各接觸面間的清潔。根據現場調整經驗，各部件接觸面是影響軋機兩側剛度差的主要因素，接觸面的清潔度、尺寸精度和硬度等都會對軋機兩側受力產生直接影響。

3.2.2 水平間隙影響

水平間隙會導致軋輥交叉，從而形成軋機剛度差。為了便于換輥，軋輥軸承座與牌坊之間是有間隙的，而且都是操作側間隙大于傳動側。這種情況很容易導致軋輥在操作側出現偏轉，從而降低操作側的剛度。

3.3 垂直系影響剛度原因

結合熱軋現場粗軋機運行及維護檢查情況，垂直系對剛度的影響見表2。

表2 垂直系影響剛度原因分析表

通過表2 一一對照檢查分析，（2）（5）（6）（7）(8)項均對垂直系剛度有影響。

3.4 水平系影響剛度原因

軋機剛度受到軋機配合間隙、襯板磨損等問題的影響。

水平間隙精度主要靠軋輥軸承座與牌坊窗口間的橫向間隙保證，橫向間隙體現在軋輥軸承座與牌坊的32 塊滑板之間的16個接觸面間隙。

正常情況下，軋機的輥系之間接觸是軋輥和軋輥之間的線接觸，但實際軋鋼過程中由于咬鋼沖擊、腐蝕及磨損的工況影響，滑板的磨損會加劇，滑板間間隙會逐漸變大，且這種間隙變化是不均勻的，造成輥系在牌坊內穩定性降低，甚至輥系失穩造成軋輥交叉，軋輥交叉后輥系的線接觸變成了點接觸。接觸狀況的變化會產生軋機剛度的變化，和軋機剛度有直接關系的軋制力、輥縫、初始擺位精度等也會出現拍偏差，最終體現到軋制穩定性上。

粗軋機在對工作輥平衡缸缸體滑板加工配墊及檢修更換粗軋機下支承輥牌坊窗口磨損超標滑板工作后，軋機下部輥系軸線有可能存在偏斜狀況如圖6，致使軋鋼時產生軸向分力軋制。

圖6 軋輥交叉示意圖

4 解決方案

4.1 定期修復

軋機牌坊窗口每隔1～2年應定期進行測量，通過專業測量可以精確掌握軋機牌坊的磨損程度、磨損部位，基于測量數據，在大修期間對軋機牌坊進行修復，這樣可以有效地提高軋機剛度，保持軋機的精度。牌坊底面修復前后對比見圖7。

圖7 牌坊底面修復前后對比圖

4.2 垂直系周期維護

（1）定期檢查HGC 缸底部與上支撐輥軸承座處有無異物，及時清理；

（2）增加下階梯墊吹掃水，在換輥時確認下支撐輥弧形墊與階梯墊處無氧化物等異物；

（3）更換下階梯墊，確保階梯墊無變形磨損；

（4）更換下支撐輥弧形板，弧形板無變形磨損；

（5）更換上下承壓板，確保承壓板無開裂；

（6）檢查更換下承壓座，確保承壓座無開裂；

（7）檢查銅螺母磨損情況，當兩側磨損值差值大于5mm 時更換，確保兩側的螺絲副磨損差值在合理范圍內。

4.3 水平系窗口檢測及調整

熱軋粗軋牌坊窗口修復調整前后參數見表3。

表3 牌坊窗口修復前后檢測原始數據對比

表4 牌坊修復后的壓靠法剛度計算表 kN//mm

4.4 效果

對粗軋機牌坊在垂直系修復完，在水平系調整完畢后（表4），軋機總剛度最高提升了800 kN//mm，最大到4700 kN//mm，兩側剛度差由調整前的最大差500 kN//mm 提高到調整后最大差100kN//mm，軋機剛度明顯得到提升。

5 結束語

通過對粗軋機剛度的影響因素分析，提出相應的解決辦法并在檢修中得以實施，使得粗軋機剛度得到明顯提升，軋機狀態改善效果明顯，粗軋軋制的中間坯鐮刀彎狀態得到明顯改善，熱卷箱卷形好轉，開卷時基本不出現跑偏現象，精軋機楔形控制趨于穩定。

設備精度工作的持續改善，對粗軋機剛度的影響起著至關重要的作用，同時對生產穩定及產品質量的提高都有長遠影響。