五礦營(yíng)口中板有限責(zé)任公司，遼寧　營(yíng)口　115005

北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京　100083

摘要: 針對(duì)某3800 mm軋機(jī)軋制6~10 mm規(guī)格鋼板時(shí)易出現(xiàn)非對(duì)稱板形問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)成品鋼板橫向板廓進(jìn)行測(cè)試與分析，橫向板廓呈現(xiàn)操作側(cè)板厚大于傳動(dòng)側(cè)板厚的趨勢(shì)，分析認(rèn)為與軋機(jī)剛度非對(duì)稱有關(guān)。采用壓靠法獲得軋機(jī)兩側(cè)剛度值，發(fā)現(xiàn)軋機(jī)兩側(cè)相對(duì)剛度差達(dá)6.43%。利用年檢時(shí)間對(duì)軋機(jī)相關(guān)零部件進(jìn)行檢查與更換，軋機(jī)相對(duì)剛度差降至2.83%，同時(shí)，鋼板橫向楔形量減小，非對(duì)稱板廓有明顯改善。

軋機(jī)剛度指的是軋機(jī)本身抵抗變形的能力。在軋機(jī)輥縫設(shè)定過(guò)程中，一般認(rèn)為軋機(jī)兩側(cè)的剛度是相同的，并由此給出各軋制道次的設(shè)定輥縫值。但實(shí)際上由于牌坊制造誤差、輥系的不對(duì)稱、墊片和壓頭等的影響，軋機(jī)兩側(cè)剛度差是始終存在的，且隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，軋機(jī)兩側(cè)剛度差越來(lái)越大。由于軋機(jī)兩側(cè)剛度的不同，在進(jìn)行軋制時(shí)，軋機(jī)兩側(cè)的彈跳就會(huì)不同，從而引起兩側(cè)的輥縫不同，造成兩側(cè)壓下量的不同，鋼板出現(xiàn)橫向非對(duì)稱板廓[1]。

某3800 mm熱軋線軋制6~10 mm規(guī)格鋼板在軋制過(guò)程中存在橫向非對(duì)稱因素從而出現(xiàn)非對(duì)稱板形問(wèn)題。非對(duì)稱因素通常包括推床對(duì)中不正、來(lái)料楔形、軋機(jī)兩側(cè)剛度差、鋼板橫向溫度分布不均以及軋輥有載輥縫凸度等[2]。

針對(duì)鋼板非對(duì)稱板廓及軋機(jī)非對(duì)稱剛度方面的問(wèn)題，諸多學(xué)者已進(jìn)行了深入的研究。鄭旭濤等[3]針對(duì)帶鋼斷面板廓非對(duì)稱性問(wèn)題，采用壓靠法獲得軋機(jī)的彈跳曲線，并利用基于影響函數(shù)法的非對(duì)稱輥系變形模型，計(jì)算分析軋機(jī)剛度差對(duì)帶鋼板廓非對(duì)稱性的影響。柴簫君等[4]建立了集軋機(jī)和軋件為一體的非對(duì)稱板形計(jì)算模型，指出來(lái)料楔形對(duì)軋件楔形的影響明顯超過(guò)其對(duì)軋件平坦度的影響，并且機(jī)架剛度非對(duì)稱及軋件跑偏對(duì)楔形和平坦度均有顯著影響。曹殿政[5]針對(duì)寬厚板生產(chǎn)中出現(xiàn)的縱向彎曲、橫向彎曲、邊浪等板形問(wèn)題，分析了鋼坯加熱不均勻、軋制過(guò)程中冷卻不均勻、軋制過(guò)程中軋機(jī)不穩(wěn)定性等影響因素，并給出了生產(chǎn)實(shí)踐解決方案。李長(zhǎng)宏等[6]將軋制力計(jì)算函數(shù)簡(jiǎn)化為壓下量的簡(jiǎn)單函數(shù)，把軋輥上的載荷分布簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單函數(shù)，利用該函數(shù)推導(dǎo)出兩側(cè)剛度差異在軋制階段造成的兩側(cè)彈跳差異，該函數(shù)表明寬厚板兩側(cè)的厚度差隨兩側(cè)剛度差與總剛度差比值的增加而增加。王海玉等[7]使用ABAQUS有限元軟件建立軋輥-軋件靜力學(xué)耦合模型，定量計(jì)算了不同初始坯料條件下的入口中間坯走偏因素對(duì)出口中間坯楔形的影響，并進(jìn)一步模擬出中間坯鐮刀彎現(xiàn)象，計(jì)算了不同初始坯料條件下的入口中間坯走偏因素對(duì)出口中間坯鐮刀彎的影響。楊澄[8]從理論上分析認(rèn)為板形缺陷的成因來(lái)源于板寬方向上各條縱向纖維的延伸不均，并分析了鐮刀彎產(chǎn)生的原因，提出相應(yīng)對(duì)策及改進(jìn)措施。

1.   現(xiàn)場(chǎng)非對(duì)稱板廓特征及分析

隨機(jī)抽取22塊厚度為6~10 mm的成品鋼板，使用數(shù)顯式千分尺對(duì)鋼板沿某一寬度方向取點(diǎn)進(jìn)行厚度測(cè)量，繪制鋼板橫向板廓散點(diǎn)圖，采用四次曲線對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，典型板廓如圖1所示。圖中橫坐標(biāo)為距鋼板中點(diǎn)距離、縱坐標(biāo)為板厚，OS代表操作側(cè)，DS代表傳動(dòng)側(cè)。從圖中可以看出，鋼板橫向板廓圖呈現(xiàn)操作側(cè)板厚大于傳動(dòng)側(cè)板厚的趨勢(shì)，即存在楔形分布，占比達(dá)86%，楔形量在100~300 μm，最大可達(dá)300 μm。

圖  1  調(diào)整前鋼板橫向板廓圖

下載: 全尺寸圖片 幻燈片

現(xiàn)場(chǎng)精軋末道次設(shè)有楔形監(jiān)控，楔形量為操作側(cè)板厚減傳動(dòng)側(cè)板厚，如圖2所示。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)精軋末道次楔形量監(jiān)控來(lái)看，精軋末道次鋼板以操作側(cè)較厚為主，并且許多成品鋼板呈現(xiàn)鐮刀彎向操作側(cè)彎曲的現(xiàn)象，與測(cè)量的成品板廓具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。這表明鋼板在軋制過(guò)程中存在橫向非對(duì)稱因素，如軋機(jī)兩側(cè)剛度差、鋼板橫向溫度分布不均、軋制過(guò)程鋼板跑偏等。

圖  2  精軋末道次楔形量

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針對(duì)鋼板橫向溫度分布不均因素，使用紅外熱像儀對(duì)精軋來(lái)料進(jìn)行拍攝，通過(guò)Smart View軟件處理可得橫向溫度分析圖。考慮到鋼板表面存在氧化鐵皮等影響因素，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)做四次曲線擬合，如圖3所示。從圖中可以看出，精軋來(lái)料鋼板橫向溫度分布較均勻，溫差在±10 ℃以內(nèi)，可以排除橫向溫度分布不均。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)操作員進(jìn)行規(guī)范要求，在對(duì)中過(guò)程中加強(qiáng)管理，對(duì)軋制過(guò)程中的跑偏現(xiàn)象具有明顯的抑制作用，但對(duì)非對(duì)稱板廓缺陷無(wú)明顯改善，因此認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)非對(duì)稱板廓與軋機(jī)兩側(cè)剛度差有一定關(guān)系。

圖  3  鋼板橫向溫度分布圖

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2.   中厚板軋機(jī)剛度測(cè)試與分析

為了掌握現(xiàn)場(chǎng)精軋機(jī)兩側(cè)剛度差狀況，采用壓靠法進(jìn)行剛度測(cè)定。如圖4所示，在軋機(jī)空載情況下，AGC液壓缸緩慢壓下，獲得反饋軋制力后，軋制力以1000 kN/s的變化速率進(jìn)行階梯控制。當(dāng)單側(cè)軋制力增大至25000 kN時(shí)，AGC液壓缸停止下壓，維持軋制力6~8 s后開(kāi)始抬升輥縫以卸載軋制力，壓靠實(shí)驗(yàn)完成。

圖  4  精軋壓靠過(guò)程數(shù)據(jù)變化圖

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軋機(jī)工作輥在壓靠過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生彈跳量，即各側(cè)輥縫值變化量。選取單側(cè)軋制力大于10000 kN的軋制力與對(duì)應(yīng)彈跳量，結(jié)合軋機(jī)兩側(cè)彈跳量和PT油壓傳感器反饋的軋制力，以彈跳量為橫坐標(biāo)、軋制力為縱坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖，如圖5所示。

圖  5  調(diào)整前精軋機(jī)兩側(cè)彈跳曲線

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對(duì)散點(diǎn)圖數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得線性表達(dá)式（1）和（2），式中斜率值KD和KO為軋機(jī)兩側(cè)剛度值，即傳動(dòng)側(cè)剛度為4562 kN/mm，操作側(cè)剛度為4278 kN/mm。

式中，FD為傳動(dòng)側(cè)軋制力測(cè)量值，N；FO為操作側(cè)軋制力測(cè)量值，N；KD${?}_{\mathrm{D}}$為傳動(dòng)側(cè)剛度值，kN/mm；KO${?}_{\mathrm{O}}$為操作側(cè)剛度值，kN/mm；H$?$為彈跳量，mm；SD${?}_{\mathrm{D}}$、SO${?}_{\mathrm{O}}$為常數(shù)項(xiàng)。

根據(jù)式（3）可以得出軋機(jī)兩側(cè)剛度差ΔK$\mathrm{\Delta }?$：

定義軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)相對(duì)剛度差δK${?}_{?}$為[3]：

將傳動(dòng)側(cè)剛度值與操作側(cè)剛度值代入式（3）和（4），得到精軋機(jī)兩側(cè)相對(duì)剛差：

根據(jù)上述軋機(jī)兩側(cè)剛度差結(jié)果，可知精軋機(jī)操作側(cè)剛度大于傳動(dòng)側(cè)剛度，相對(duì)剛度差為6.43%。由于傳動(dòng)側(cè)剛度值大于操作側(cè)，導(dǎo)致在同樣的輥縫值設(shè)定下，軋機(jī)操作側(cè)彈跳量更大，軋機(jī)不能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的輥縫差精準(zhǔn)控制橫向板厚，最終呈現(xiàn)出操作側(cè)板厚大于傳動(dòng)側(cè)的楔形板廓，這與測(cè)量的成品鋼板橫向板廓分布狀況相互印證。

3.   中厚板軋機(jī)設(shè)備剛度調(diào)整

關(guān)于軋機(jī)剛度的整修與維護(hù)，首先要清楚軋機(jī)哪些零部件為受力部件，受力部件自身剛度及尺寸精度出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)就會(huì)影響軋機(jī)剛度水平[7]，在進(jìn)行軋機(jī)剛度維護(hù)時(shí)需要對(duì)上述零部件進(jìn)行檢修與更換，同時(shí)軋機(jī)間隙的氧化物、異物也會(huì)影響軋機(jī)的剛度變化，需要定期清理。

3800 mm熱軋線利用年檢時(shí)間對(duì)影響軋機(jī)剛度的因素逐一檢測(cè)與排查，包括軋機(jī)垂直方向作用的上下承壓板、下支撐輥軸承座下的階梯墊板、弧形墊的完整性和尺寸精度等，對(duì)于水平方向作用的軸承座襯板、牌坊襯板的相對(duì)位置及平面度，可使用激光跟蹤儀分別對(duì)軋機(jī)兩側(cè)帶襯板狀態(tài)下的相對(duì)幾何位置進(jìn)行測(cè)量[8]，確定軋機(jī)剛度整頓對(duì)策。排查過(guò)程中主要發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：

（1）鋼板軋制過(guò)程中，易產(chǎn)生許多氧化物，并且其容易沉積在下支撐輥弧形墊與階梯調(diào)整墊上，造成軋機(jī)剛度下降，為此，在檢修過(guò)程中重點(diǎn)對(duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行了詳細(xì)清理。

（2）對(duì)有明顯變形和磨損的階梯墊等進(jìn)行了更換。

（3）改善軋機(jī)工作輥、支撐輥窗口及軸承座間隙超標(biāo)問(wèn)題。結(jié)合軋輥軸承座及機(jī)架對(duì)中狀態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)可知，精軋機(jī)下支撐輥與上、下工作輥傳動(dòng)側(cè)均向軋機(jī)出口側(cè)偏移，且相對(duì)操作側(cè)偏移1.2 mm以上。因此，對(duì)精軋機(jī)兩側(cè)襯板實(shí)施更換定制襯板、研磨安裝面及墊片調(diào)整等改善措施。

對(duì)整修后的軋機(jī)同樣采用壓靠法進(jìn)行剛度測(cè)試并分析，如圖6所示。傳動(dòng)側(cè)剛度值約為4583 kN/mm，操作側(cè)剛度值約為4455 kN/mm。與年檢前的精軋機(jī)兩側(cè)剛度值對(duì)比可知，兩側(cè)剛度值均有提高，且操作側(cè)剛度值提高明顯，相對(duì)剛度差下降至2.83%，說(shuō)明精軋機(jī)剛度非對(duì)稱性有明顯改善。

圖  6  調(diào)整后精軋機(jī)兩側(cè)彈跳曲線

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4.   板廓非對(duì)稱性改進(jìn)效果

采用同樣的橫向板廓測(cè)試方法，隨機(jī)抽取15塊厚度為6~10 mm的年檢后軋制成品鋼板，繪制鋼板橫向板廓散點(diǎn)圖并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，如圖7所示。從圖中可以看出，鋼板橫向不對(duì)稱板廓有明顯改善，且楔形程度明顯減小，楔形量控制在0~50 μm，可見(jiàn)通過(guò)調(diào)整軋機(jī)兩側(cè)剛度差值可以對(duì)不對(duì)稱板廓的控制起到積極作用。

圖  7  調(diào)整后鋼板橫向板廓圖

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5.   結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)成品板廓的測(cè)試與分析發(fā)現(xiàn)，鋼板普遍存在操作測(cè)板厚大于傳動(dòng)側(cè)板厚的不對(duì)稱板廓，并且與軋機(jī)兩側(cè)剛度不對(duì)稱有對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（2）采用壓靠法對(duì)精軋機(jī)進(jìn)行剛度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)操作側(cè)剛度低于傳動(dòng)側(cè)，相對(duì)剛度差達(dá)6.43%。利用軋線年檢時(shí)間，對(duì)精軋機(jī)相關(guān)零部件進(jìn)行檢查與更換，相對(duì)剛度差降至2.83%。

（3）通過(guò)減小軋機(jī)兩側(cè)剛度差，鋼板橫向不對(duì)稱板廓有明顯改善，且楔形程度明顯減小，因此軋機(jī)兩側(cè)剛度差值的減小可以對(duì)不對(duì)稱板廓的控制起到積極作用