四輥與六輥軋機的比較(共8頁)

1、比較四輥和六輥軋制技術(shù)在冷軋機上的應用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)在冷連軋應用上關(guān)鍵軋制參數(shù)的不同。這涉及到研究不同的軋機的性能。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)，軋機的剛度

2、，厚度方面及邊降控制對平直度的影響。圖1 制造出平直度完美，厚度不變的板帶是每一個軋制工作者的追求。這就要求軋制設備不僅能制造出在質(zhì)量和尺寸精度方面滿足市場需求的帶鋼，而且也要滿足軋制工作者對產(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還是六輥軋機能夠滿足市場對厚度公差和平直度公差的進一步要求，甚至要求更寬的產(chǎn)品組合。 板帶的強度等級越高，冷軋就越困難。新的連續(xù)冷連軋機應該能夠軋制抗拉強度達1300MPa的鋼材，因為將來需要這些設備去軋制范圍更加寬廣的鋼種并且很大一部分是先進的高強鋼包括汽車用的多相

3、特種鋼和高硅鋼片。同時板帶的表面質(zhì)量（對所有的產(chǎn)品尤其是用于汽車工業(yè)的產(chǎn)品是一個關(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的性能，采用了五臺相同混合型軋機，其中一號和二號軋機采用六輥配置，三到五號軋機采用四輥配置，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。同時設置另外一組同樣采用五臺相同的混合型軋機，為了能夠更好的反映邊降控制能力，一到四號軋機采用六輥配置，五號軋機采用四輥配置其中工作輥為錐形。在所有試驗用的軋機中，最后一臺軋機采用四輥類型，目的是通過一個明確界定的輥形拓撲結(jié)構(gòu)來得

4、到最佳的帶鋼表面質(zhì)量的適應性。相反對于六輥軋機，因為由于通過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估四輥軋機的換輥時間。因此最終產(chǎn)品的質(zhì)量的比較和軋輥在軋機上工作的時間更加容易計算。結(jié)果就減少了非計劃性的，非生產(chǎn)性的換輥，非常有利于生產(chǎn)計劃。技術(shù)分析西門子奧鋼聯(lián)開發(fā)的軋機模型可以分析二輥、四輥、六輥軋機的力和位移。這個軟件是在一系列軋機分析模型上基礎上開發(fā)的。并且在有限元分析主軋輥的基礎上進一步開發(fā)了運用外推法壓下軋輥。通過改變功能和機械設計的相似性將分析結(jié)果運用到被分析的軋輥。除了其他參數(shù)，這個新增的功能就是能夠非常精確的分析對冷軋分析至關(guān)重要的、作為輥疊撓

5、度計算一部分的邊降的程度。一個重要的補充對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軋機的輥形輪廓都是固定的。然而這就要求有強大的執(zhí)行機構(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，進而降低了生產(chǎn)效率。正弦形輥縫正凸度負凸度圖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)運用到四輥和六輥軋機的實驗中。如圖2描述的就是SmartCrown的基本功能原理。通過軸向移動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)變動外，這種特殊的SmartCrown執(zhí)行系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)有針對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。對比于其他執(zhí)行系統(tǒng)來說，適應的大幅提升對于瞬時運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載差異，可以通過一個互補輥形來修正支撐輥。在四輥和六輥軋機中，有關(guān)二階和四階輥形曲線的平直度適應范圍如圖3所示。盡管四輥軋機的模擬輥形凸度的變化范圍小于六輥軋機，但是在板帶上實現(xiàn)的控制范圍已經(jīng)相當?shù)拇罅?。與SmartCrown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大的凸度變化范圍來彌補，但是很有必要通過六輥軋機的中間輥擴大轉(zhuǎn)變行程。結(jié)果就是四輥和六輥系統(tǒng)能調(diào)整平直度適應范圍都不是很理想。而對于實驗中AHHS級別的產(chǎn)品組合的平坦

8、度適應范圍來說，這兩種軋機都能滿足要求。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）強度的改變，平坦度執(zhí)行機構(gòu)設定的位置移動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，因為平直度的實際測量受到廣泛的應用。因此，可以通過彎輥的方式完成對板帶接口處平直度的有效控制，即使四輥和六輥軋機的軋制速度和軋制力的功能是改變軋制速度。不管怎樣六輥軋機在這方面還是具有更多的優(yōu)勢，因為除了工作輥的彎曲，還能夠利用中間輥的彎曲來擴大平直度的適應范圍（如圖3）。實際上，不過四輥軋機沒有遇到過這樣的問題，因為在板帶軋制成功之前工作輥有

9、充足的時間來移動，萬一移動過程超過了板帶接口的軋制過程，就會出現(xiàn)通過彎輥的調(diào)整的同時來使輥縫快速的適應各自的要求。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連續(xù)板帶（1號和2號）在連軋下連軋為基礎進行迅速的轉(zhuǎn)變：1號板帶；IF鋼,1100mm寬，入口厚度：3.00mm，出口厚度：0.55mm，軋制力：10059kN2號板帶；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際和極端的假設下，沒有出現(xiàn)預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考慮到帶鋼尺寸和材料硬度的變化。軋機剛度在每一個軋機生產(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格的厚度公差。為了滿足厚度控制的要求，軋機要設計的盡可能堅固。在相同的板帶下，四輥和六輥軋機的伸展狀況的比較如表1所示。4輥6輥疊軋輥最小值2496mm3607mm最大值2729mm4003mm軋機機架909mm966mm油柱最小值532mm532mm最大值2011mm2721mm共計最小值3937mm5168mm表1 軋制力為25000kN軋機延伸最大值5649mm7690mm剛度最小值4.43MN/mm3.25MN/mm最大值6.35MN/mm4

11、.84MN/mm四輥軋機總的剛度比六輥軋機高三分之一，同時剛度越高越有利于板帶厚度的控制。六輥軋機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來控制板帶邊降的能力只對電工鋼片有重要的意義和只對晶粒取向類型有實際意義。然而未來的產(chǎn)品會更加頻繁的涉及到一小部分的AHHS和電工鋼片。因此很有必要對這方面進行進一步的實驗。減小邊降的假設應該在連軋生產(chǎn)線的第一臺軋機上開始進行，盡管足夠達到局部厚度在邊界不引起不予受理的張力甚至可能導致板帶斷裂的改變。4輥軋機，EDC-板帶#8通過#1通過#2通過#3通過#4軋機的中心位置，mm圖5邊降控制在前兩個軋機上（硅

12、鋼）六輥軋機，EDC-板帶#8通過#1通過#2通過#3通過#4軋機的中心位置，mm圖4邊降控制在前兩個軋機上（結(jié)構(gòu)鋼）在邊降的實驗中，當高度的減少發(fā)生在3號和4號軋機上（圖4）時，作為在四輥和六輥軋機上適應控制措施（簡單地說就是板帶邊緣的壓力）的結(jié)果的邊降的1號和2號軋機減少的主要部分會再現(xiàn)。這對四輥和六輥軋機是有效的并且在導致上述提到的消極影響的前兩個通過期間僅僅能夠通過采用一個過于高的邊緣上升來規(guī)避。圖5顯示了當板帶通過能夠有效使邊降降低的前四座軋機的輥縫。與常規(guī)四輥軋機可達到的邊降值為4060 相比，無論什么軋機的類型，都能實現(xiàn)邊降值在510 范圍。為了在六輥軋機上實施這個軋制經(jīng)驗，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。這樣對任何等級的鋼材來說，邊降控制都是可實現(xiàn)的。然而，因為這些板帶軋制后都要進行邊部修剪，所以對于應用到汽車上的產(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號軋機上，通過使用具有特殊的倒角和弧形的工作輥并用移動控制系統(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，即使兩個不同的工作輥的側(cè)移行程能夠達到mm在寬度為400mm下，輥形也要達到要求（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）,四輥和六輥軋機的表現(xiàn)都是相當好的。事實上，帶有驅(qū)動工作輥的四輥和六輥軋機大多數(shù)僅僅用在連軋上。六輥軋機僅能夠表現(xiàn)出強大的成形能力，如果工作輥的直徑比四輥軋機的相當小。然而，在這種情況下，六輥軋機不得不通過支撐輥或工作輥來驅(qū)動，因為將所需輥的扭矩傳遞給工作輥已經(jīng)不再可能。但是這種類型的六輥軋機不能用在連軋中。盡管在這種情況下，允許每一個軋機的壓下量增加，但是絕對壓下量尤其是材料很軟情況下會受到滑移的限制。于是，通過所有軋機的總的絕對壓下量相比于具有更大軋輥直徑

15、的軋機來說意義是不大的，甚至在實際中還會減少壓下量。這就是為什么這樣的六輥軋機僅僅應用在特殊領域的一小部分范圍和用于可逆軋機。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現(xiàn)了。在連軋中，這是不可能實現(xiàn)的，因為受到可以軋制的最大的軋機數(shù)目的限制。于是，只有六輥軋機在連軋中采用大尺寸的工作輥和跟四輥軋機相同的概念驅(qū)動，才能實現(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)這種情況是因為中間輥彎度的調(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的補

16、償由于在過渡區(qū)或者在下一個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，如果在板帶移動期間軋制力急劇的改變，這就可以顯現(xiàn)出六輥軋機的這個優(yōu)勢。在這次實驗中，這樣的情況不會出現(xiàn)在現(xiàn)實的軋制過程中，正如下一個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）。為了更好的補償，必須提到的就是六輥軋機對平直度偏差的補償比第二個更加靈活，在板帶軋制期間甚至在處理極端的板帶寬度（例如，超過1900mm），因為在這個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)特點和必須考慮的六輥軋機的整體經(jīng)濟性方面來消除不利因素。因此要在實際中應用每一個措施來

17、檢驗它是否有利。邊降控制。14號軋機應當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，邊降導向的偏移結(jié)果，在四輥和六輥軋機上這是可行的。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。剛度。與六輥軋機相比，四輥軋機有相當大的整體剛度。軋輥針對1300mm寬的板帶和軋制力為16000kN的軋機，在四輥軋機上的延伸為1.67mm，而在六輥軋機上的延伸率為2.6mm。意思就是軋輥的撓度比六輥軋機高50。關(guān)于板帶厚度的控制，如果軋機在位置控制系統(tǒng)下運行，這是很有意義的。在連軋中至少有一個軋機在位置控制系統(tǒng)下運行，同時其他軋機在軋制力控制系統(tǒng)下運行。解決方案就是依靠自動

18、控制概念將所有的軋機在位置控制系統(tǒng)下運行。然而低剛度的六輥軋機能夠滿足厚度控制的動態(tài)特性相對于四輥軋機。軋輥材料在六輥軋機上的配對輥上的接觸壓力超出了正常的范圍，尤其是在軋制AHSS級別的鋼。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行下的軋機表面磨損比較大，從而引起換輥的頻率增加。這就引起了操作時間的增加從而減少了設備利用率，增加了軋輥的消耗和擴大了軋輥的庫存。投資回報率六輥軋機的投資要比四輥軋機的投資高，因為需要更多的設備安裝。正如上述提到的，六輥軋機的軋輥消耗率比較高。不僅從高軋制力運行下的需要尤其是在軋制AHSS鋼材時，而且從這樣一個事實，例如六輥長行程軋機（中間輥邊降導向偏移的行程達到500mm），得到的結(jié)果受到在偏移行程增長下的通過軋卷寬度