四輥與六輥軋機(jī)的比較(共8頁)

1、比較四輥和六輥軋制技術(shù)在冷軋機(jī)上的應(yīng)用Dr.mont.Dipl.Ing.Gerhard Finstermann,冷軋部和帶鋼加工廠的首席經(jīng)理；Dipl.Ing.Alois Seilinger,軋制技術(shù)的仿真的首席專家；Dipl.Ing.Gregor Nopp,冷軋部門經(jīng)理；Dipl.Ing.Gerlinde Djumlija,澳大利亞，林茨，西門子奧鋼聯(lián)冶金技術(shù)冷軋的部門經(jīng)理摘要：通過西門子奧鋼聯(lián)模擬冷軋過程，得出四輥軋制技術(shù)和六輥軋制技術(shù)在冷連軋應(yīng)用上關(guān)鍵軋制參數(shù)的不同。這涉及到研究不同的軋機(jī)的性能。本文全面討論了Smart Crown系統(tǒng)，在連軋控制下通過條形過渡區(qū)的平直度表現(xiàn)，軋機(jī)的剛度

2、，厚度方面及邊降控制對(duì)平直度的影響。圖1 制造出平直度完美，厚度不變的板帶是每一個(gè)軋制工作者的追求。這就要求軋制設(shè)備不僅能制造出在質(zhì)量和尺寸精度方面滿足市場(chǎng)需求的帶鋼，而且也要滿足軋制工作者對(duì)產(chǎn)品的靈活和產(chǎn)品組合的廣泛性的要求。近年來，一些新的冷連軋生產(chǎn)線已經(jīng)使用了可靠的四輥和六輥軋制技術(shù)（圖一）。然而，我們并不知道到底是四輥軋機(jī)還是六輥軋機(jī)能夠滿足市場(chǎng)對(duì)厚度公差和平直度公差的進(jìn)一步要求，甚至要求更寬的產(chǎn)品組合。 板帶的強(qiáng)度等級(jí)越高，冷軋就越困難。新的連續(xù)冷連軋機(jī)應(yīng)該能夠軋制抗拉強(qiáng)度達(dá)1300MPa的鋼材，因?yàn)閷硇枰@些設(shè)備去軋制范圍更加寬廣的鋼種并且很大一部分是先進(jìn)的高強(qiáng)鋼包括汽車用的多相

3、特種鋼和高硅鋼片。同時(shí)板帶的表面質(zhì)量（對(duì)所有的產(chǎn)品尤其是用于汽車工業(yè)的產(chǎn)品是一個(gè)關(guān)鍵的特征）和保持板帶的邊降在允許的公差帶范圍內(nèi)是至關(guān)重要的。邊降對(duì)于晶粒取向的電工用鋼尤為重要。為了能夠更好的比較四輥和六輥軋機(jī)的性能，采用了五臺(tái)相同混合型軋機(jī)，其中一號(hào)和二號(hào)軋機(jī)采用六輥配置，三到五號(hào)軋機(jī)采用四輥配置，并且要求得到以下結(jié)果：厚度變化的范圍，平直度的控制和邊降控制的能力。同時(shí)設(shè)置另外一組同樣采用五臺(tái)相同的混合型軋機(jī)，為了能夠更好的反映邊降控制能力，一到四號(hào)軋機(jī)采用六輥配置，五號(hào)軋機(jī)采用四輥配置其中工作輥為錐形。在所有試驗(yàn)用的軋機(jī)中，最后一臺(tái)軋機(jī)采用四輥類型，目的是通過一個(gè)明確界定的輥形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來得

4、到最佳的帶鋼表面質(zhì)量的適應(yīng)性。相反對(duì)于六輥軋機(jī)，因?yàn)橛捎谕ㄟ^的帶鋼的寬度沒有變化，所造成的工作輥的磨損分布不變，所以能夠更加精確的預(yù)估四輥軋機(jī)的換輥時(shí)間。因此最終產(chǎn)品的質(zhì)量的比較和軋輥在軋機(jī)上工作的時(shí)間更加容易計(jì)算。結(jié)果就減少了非計(jì)劃性的，非生產(chǎn)性的換輥，非常有利于生產(chǎn)計(jì)劃。技術(shù)分析西門子奧鋼聯(lián)開發(fā)的軋機(jī)模型可以分析二輥、四輥、六輥軋機(jī)的力和位移。這個(gè)軟件是在一系列軋機(jī)分析模型上基礎(chǔ)上開發(fā)的。并且在有限元分析主軋輥的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)了運(yùn)用外推法壓下軋輥。通過改變功能和機(jī)械設(shè)計(jì)的相似性將分析結(jié)果運(yùn)用到被分析的軋輥。除了其他參數(shù)，這個(gè)新增的功能就是能夠非常精確的分析對(duì)冷軋分析至關(guān)重要的、作為輥疊撓

5、度計(jì)算一部分的邊降的程度。一個(gè)重要的補(bǔ)充對(duì)于疊軋輥軟件來說就是能夠精確模擬工作輥和板帶之間的關(guān)系、板帶寬度上接觸壓力的分布及尤為重要的板帶張力和軋制力之間的相互作用。通過功能可以得到在輥縫出口的板帶平直度，這是非常有用的。平直度的調(diào)整范圍大部分制造者希望每個(gè)軋機(jī)的輥形輪廓都是固定的。然而這就要求有強(qiáng)大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來確保在完整的生產(chǎn)過程中所需的平直度。如果輥縫和板帶不能很好的匹配，那么就造成板帶上應(yīng)力分布不均，從而出現(xiàn)質(zhì)量問題。平直度不好，軋制過程中會(huì)出現(xiàn)橫向漂移、屈曲甚至板帶撕裂；為了消除這些問題，只能降低軋制的速度，進(jìn)而降低了生產(chǎn)效率。正弦形輥縫正凸度負(fù)凸度圖2余弦形輥縫板帶寬度：1300mm

6、4輥6輥工作輥彎曲工作輥偏移中間輥彎曲中間輥偏移圖3為了消除這些問題，將SmartCrown執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)用到四輥和六輥軋機(jī)的實(shí)驗(yàn)中。如圖2描述的就是SmartCrown的基本功能原理。通過軸向移動(dòng)軋輥來改變輥縫輪廓。除了能夠確保卸載軋輥的基本輥縫輪廓在要求的范圍內(nèi)變動(dòng)外，這種特殊的SmartCrown執(zhí)行系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)有針對(duì)性的四階和六階參數(shù)控制。無需通過其他平直度控制系統(tǒng)（彎輥系統(tǒng)或多區(qū)冷卻系統(tǒng)），通過兩個(gè)異形輥使輥縫輪廓處于最佳形狀，就可以消除高階平直度中如季扣這樣的缺陷。對(duì)比于其他執(zhí)行系統(tǒng)來說，適應(yīng)的大幅提升對(duì)于瞬時(shí)運(yùn)行來說是非常有效的例如快速軋制溫度的變化過程，正在軋制過程中的板帶尺寸的

7、范圍（即，極寬或極窄），板帶的力的改變過程中或者結(jié)合尺寸的改變過程中如正在軋制成為產(chǎn)品的過程中。為了減少支撐輥和鄰近輥之間的負(fù)載差異，可以通過一個(gè)互補(bǔ)輥形來修正支撐輥。在四輥和六輥軋機(jī)中，有關(guān)二階和四階輥形曲線的平直度適應(yīng)范圍如圖3所示。盡管四輥軋機(jī)的模擬輥形凸度的變化范圍小于六輥軋機(jī)，但是在板帶上實(shí)現(xiàn)的控制范圍已經(jīng)相當(dāng)?shù)拇罅恕ＥcSmartCrown輥形的工作輥的效率相比，工作輥和中間輥相互擠壓造成效率下降。盡管這種不同可以通過擴(kuò)大的凸度變化范圍來彌補(bǔ)，但是很有必要通過六輥軋機(jī)的中間輥擴(kuò)大轉(zhuǎn)變行程。結(jié)果就是四輥和六輥系統(tǒng)能調(diào)整平直度適應(yīng)范圍都不是很理想。而對(duì)于實(shí)驗(yàn)中AHHS級(jí)別的產(chǎn)品組合的平坦

8、度適應(yīng)范圍來說，這兩種軋機(jī)都能滿足要求。帶鋼焊接接口處的平坦度在即將成為產(chǎn)品的過程中，由于板帶尺寸和（或）強(qiáng)度的改變，平坦度執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)定的位置移動(dòng)和彎輥力的值也可能改變。在這種情況下，多區(qū)冷卻系統(tǒng)就不是那么重要了。平直度控制環(huán)也不能在這種情況下有效控制，因?yàn)槠街倍鹊膶?shí)際測(cè)量受到廣泛的應(yīng)用。因此，可以通過彎輥的方式完成對(duì)板帶接口處平直度的有效控制，即使四輥和六輥軋機(jī)的軋制速度和軋制力的功能是改變軋制速度。不管怎樣六輥軋機(jī)在這方面還是具有更多的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槌斯ぷ鬏伒膹澢?，還能夠利用中間輥的彎曲來擴(kuò)大平直度的適應(yīng)范圍（如圖3）。實(shí)際上，不過四輥軋機(jī)沒有遇到過這樣的問題，因?yàn)樵诎鍘к堉瞥晒χ肮ぷ鬏佊?/p>

9、充足的時(shí)間來移動(dòng)，萬一移動(dòng)過程超過了板帶接口的軋制過程，就會(huì)出現(xiàn)通過彎輥的調(diào)整的同時(shí)來使輥縫快速的適應(yīng)各自的要求。為了說明在這種狀態(tài)下，模擬在固定偏移量為+77mm下工作輥彎輥力從-454Kn到+545 kN的極端變化。以在下面條件下的兩個(gè)連續(xù)板帶（1號(hào)和2號(hào)）在連軋下連軋為基礎(chǔ)進(jìn)行迅速的轉(zhuǎn)變：1號(hào)板帶；IF鋼,1100mm寬，入口厚度：3.00mm，出口厚度：0.55mm，軋制力：10059kN2號(hào)板帶；TRIP鋼,1000mm寬，入口厚度：3.50mm，出口厚度：0.90mm，軋制力：16592kN可以得到即便是在不切實(shí)際和極端的假設(shè)下，沒有出現(xiàn)預(yù)料中的平直度問題在板帶接口處，盡管總軋制力

10、明顯的極端的改變同時(shí)考慮到帶鋼尺寸和材料硬度的變化。軋機(jī)剛度在每一個(gè)軋機(jī)生產(chǎn)線上，軋制工作者要求不僅能夠得到完美的表面平直度，而且還希望能夠得到嚴(yán)格的厚度公差。為了滿足厚度控制的要求，軋機(jī)要設(shè)計(jì)的盡可能堅(jiān)固。在相同的板帶下，四輥和六輥軋機(jī)的伸展?fàn)顩r的比較如表1所示。4輥6輥疊軋輥?zhàn)钚≈?496mm3607mm最大值2729mm4003mm軋機(jī)機(jī)架909mm966mm油柱最小值532mm532mm最大值2011mm2721mm共計(jì)最小值3937mm5168mm表1 軋制力為25000kN軋機(jī)延伸最大值5649mm7690mm剛度最小值4.43MN/mm3.25MN/mm最大值6.35MN/mm4

11、.84MN/mm四輥軋機(jī)總的剛度比六輥軋機(jī)高三分之一，同時(shí)剛度越高越有利于板帶厚度的控制。六輥軋機(jī)剛度減少的主要原因是調(diào)整型汽缸有規(guī)模較大的油柱和中間輥額外的平直度。邊降控制通過工作輥的移動(dòng)來控制板帶邊降的能力只對(duì)電工鋼片有重要的意義和只對(duì)晶粒取向類型有實(shí)際意義。然而未來的產(chǎn)品會(huì)更加頻繁的涉及到一小部分的AHHS和電工鋼片。因此很有必要對(duì)這方面進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。減小邊降的假設(shè)應(yīng)該在連軋生產(chǎn)線的第一臺(tái)軋機(jī)上開始進(jìn)行，盡管足夠達(dá)到局部厚度在邊界不引起不予受理的張力甚至可能導(dǎo)致板帶斷裂的改變。4輥軋機(jī)，EDC-板帶#8通過#1通過#2通過#3通過#4軋機(jī)的中心位置，mm圖5邊降控制在前兩個(gè)軋機(jī)上（硅

12、鋼）六輥軋機(jī)，EDC-板帶#8通過#1通過#2通過#3通過#4軋機(jī)的中心位置，mm圖4邊降控制在前兩個(gè)軋機(jī)上（結(jié)構(gòu)鋼）在邊降的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)高度的減少發(fā)生在3號(hào)和4號(hào)軋機(jī)上（圖4）時(shí)，作為在四輥和六輥軋機(jī)上適應(yīng)控制措施（簡(jiǎn)單地說就是板帶邊緣的壓力）的結(jié)果的邊降的1號(hào)和2號(hào)軋機(jī)減少的主要部分會(huì)再現(xiàn)。這對(duì)四輥和六輥軋機(jī)是有效的并且在導(dǎo)致上述提到的消極影響的前兩個(gè)通過期間僅僅能夠通過采用一個(gè)過于高的邊緣上升來規(guī)避。圖5顯示了當(dāng)板帶通過能夠有效使邊降降低的前四座軋機(jī)的輥縫。與常規(guī)四輥軋機(jī)可達(dá)到的邊降值為4060 相比，無論什么軋機(jī)的類型，都能實(shí)現(xiàn)邊降值在510 范圍。為了在六輥軋機(jī)上實(shí)施這個(gè)軋制經(jīng)驗(yàn)，不僅

13、要用側(cè)移系統(tǒng)來控制中間輥，而且還要控制工作輥。這樣對(duì)任何等級(jí)的鋼材來說，邊降控制都是可實(shí)現(xiàn)的。然而，因?yàn)檫@些板帶軋制后都要進(jìn)行邊部修剪，所以對(duì)于應(yīng)用到汽車上的產(chǎn)品來說這樣做是沒有必要。圖6在不同的板帶寬度上的邊降控制軋輥那么在1到4號(hào)軋機(jī)上，通過使用具有特殊的倒角和弧形的工作輥并用移動(dòng)控制系統(tǒng)控制工作輥的方式，是能夠?qū)崿F(xiàn)用使用邊降控制的四輥軋機(jī)僅生產(chǎn)電工用鋼。為了將來能夠生產(chǎn)寬度從1200mm到1750mm的電工用鋼，即使兩個(gè)不同的工作輥的側(cè)移行程能夠達(dá)到mm在寬度為400mm下，輥形也要達(dá)到要求（如圖6）。由于工作輥的寬度只能在一定的范圍，所以它們必須具備專門的凸度。在這種方式下，只能通過工

14、作輥的彎曲才有可能實(shí)現(xiàn)平直度的控制。結(jié)論壓下量。 在成形能力（壓下量能力）方面，如果工作輥的直徑在可比的范圍內(nèi)（接近400到500mm）,四輥和六輥軋機(jī)的表現(xiàn)都是相當(dāng)好的。事實(shí)上，帶有驅(qū)動(dòng)工作輥的四輥和六輥軋機(jī)大多數(shù)僅僅用在連軋上。六輥軋機(jī)僅能夠表現(xiàn)出強(qiáng)大的成形能力，如果工作輥的直徑比四輥軋機(jī)的相當(dāng)小。然而，在這種情況下，六輥軋機(jī)不得不通過支撐輥或工作輥來驅(qū)動(dòng)，因?yàn)閷⑺栎伒呐ぞ貍鬟f給工作輥已經(jīng)不再可能。但是這種類型的六輥軋機(jī)不能用在連軋中。盡管在這種情況下，允許每一個(gè)軋機(jī)的壓下量增加，但是絕對(duì)壓下量尤其是材料很軟情況下會(huì)受到滑移的限制。于是，通過所有軋機(jī)的總的絕對(duì)壓下量相比于具有更大軋輥直徑

15、的軋機(jī)來說意義是不大的，甚至在實(shí)際中還會(huì)減少壓下量。這就是為什么這樣的六輥軋機(jī)僅僅應(yīng)用在特殊領(lǐng)域的一小部分范圍和用于可逆軋機(jī)。在此，雖然有滑移量的限制，但是所要求的總的壓下量通過附加軋制就很容易實(shí)現(xiàn)了。在連軋中，這是不可能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槭艿娇梢攒堉频淖畲蟮能垯C(jī)數(shù)目的限制。于是，只有六輥軋機(jī)在連軋中采用大尺寸的工作輥和跟四輥軋機(jī)相同的概念驅(qū)動(dòng)，才能實(shí)現(xiàn)。平直度的調(diào)整范圍。盡管由于中間輥的彎度平直度控制在六輥軋制中變得更加靈活，但是對(duì)于AHHS產(chǎn)品來說平直度控制器所要求的調(diào)整范圍可以通過已知變量獲得。出現(xiàn)這種情況是因?yàn)橹虚g輥彎度的調(diào)整和偏移行為是相似的。這就意味著在板帶軋制期間中間輥彎度能夠暫時(shí)的補(bǔ)

16、償由于在過渡區(qū)或者在下一個(gè)板帶上中間輥偏移速度的限制所造成的不佳影響。從上述可以看出，如果在板帶移動(dòng)期間軋制力急劇的改變，這就可以顯現(xiàn)出六輥軋機(jī)的這個(gè)優(yōu)勢(shì)。在這次實(shí)驗(yàn)中，這樣的情況不會(huì)出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)的軋制過程中，正如下一個(gè)帶鋼的硬度和尺寸部分的改變使這種情況成為可能（例如，至關(guān)重要板帶間的連接處的碳含量不同）。為了更好的補(bǔ)償，必須提到的就是六輥軋機(jī)對(duì)平直度偏差的補(bǔ)償比第二個(gè)更加靈活，在板帶軋制期間甚至在處理極端的板帶寬度（例如，超過1900mm），因?yàn)樵谶@個(gè)范圍上以作為額外的調(diào)整因素影響中間輥的彎度。要在其他技術(shù)特點(diǎn)和必須考慮的六輥軋機(jī)的整體經(jīng)濟(jì)性方面來消除不利因素。因此要在實(shí)際中應(yīng)用每一個(gè)措施來

17、檢驗(yàn)它是否有利。邊降控制。14號(hào)軋機(jī)應(yīng)當(dāng)裝備適合的控制器來有效的控制邊降。作為錐形工作輥軸向的，邊降導(dǎo)向的偏移結(jié)果，在四輥和六輥軋機(jī)上這是可行的。六輥軋制技術(shù)很明顯在這方面更加靈活，盡管厚度控制不依賴工作輥的軸向移動(dòng)。剛度。與六輥軋機(jī)相比，四輥軋機(jī)有相當(dāng)大的整體剛度。軋輥針對(duì)1300mm寬的板帶和軋制力為16000kN的軋機(jī)，在四輥軋機(jī)上的延伸為1.67mm，而在六輥軋機(jī)上的延伸率為2.6mm。意思就是軋輥的撓度比六輥軋機(jī)高50。關(guān)于板帶厚度的控制，如果軋機(jī)在位置控制系統(tǒng)下運(yùn)行，這是很有意義的。在連軋中至少有一個(gè)軋機(jī)在位置控制系統(tǒng)下運(yùn)行，同時(shí)其他軋機(jī)在軋制力控制系統(tǒng)下運(yùn)行。解決方案就是依靠自動(dòng)

18、控制概念將所有的軋機(jī)在位置控制系統(tǒng)下運(yùn)行。然而低剛度的六輥軋機(jī)能夠滿足厚度控制的動(dòng)態(tài)特性相對(duì)于四輥軋機(jī)。軋輥材料在六輥軋機(jī)上的配對(duì)輥上的接觸壓力超出了正常的范圍，尤其是在軋制AHSS級(jí)別的鋼。然而無論是合適的工作輥的選擇，中間輥的材料還是軋輥的壽命都是要關(guān)心的。軋輥表面的磨損主要受Hertzian壓力的影響。在較高軋制力范圍運(yùn)行下的軋機(jī)表面磨損比較大，從而引起換輥的頻率增加。這就引起了操作時(shí)間的增加從而減少了設(shè)備利用率，增加了軋輥的消耗和擴(kuò)大了軋輥的庫存。投資回報(bào)率六輥軋機(jī)的投資要比四輥軋機(jī)的投資高，因?yàn)樾枰嗟脑O(shè)備安裝。正如上述提到的，六輥軋機(jī)的軋輥消耗率比較高。不僅從高軋制力運(yùn)行下的需要尤其是在軋制AHSS鋼材時(shí)，而且從這樣一個(gè)事實(shí)，例如六輥長(zhǎng)行程軋機(jī)（中間輥邊降導(dǎo)向偏移的行程達(dá)到500mm），得到的結(jié)果受到在偏移行程增長(zhǎng)下的通過軋卷寬度