中厚板熱矯直技術(shù)的發(fā)展

中厚板熱矯直技術(shù)的發(fā)展

1中厚板熱矯直機(jī)的現(xiàn)狀直隸省是保證中厚板生產(chǎn)符合直隸標(biāo)準(zhǔn)的一項(xiàng)必要而不可或缺的重要過程。近幾年來,由于控軋控冷工藝的積極采納,用戶自動(dòng)化加工對(duì)鋼板平直度提出更加嚴(yán)格的要求,國內(nèi)外許多中厚板廠現(xiàn)有矯直機(jī)設(shè)備已滿足不了要求,能力偏小,結(jié)構(gòu)薄弱,亟需更新改造。至今,中厚板熱矯直工藝仍然保持著輥式矯直機(jī)這一基本型式,但是,矯直機(jī)結(jié)構(gòu)卻發(fā)生很大的變化,并出現(xiàn)了幾種新機(jī)型,自動(dòng)化程度也有了明顯的提高。本文將著重介紹中厚板幾種矯直機(jī)的情況,最新的中厚板矯直技術(shù)的發(fā)展,矯直機(jī)產(chǎn)能的確認(rèn),以及幾種新型熱矯直機(jī)的特點(diǎn),以饗讀者。2加速冷卻技術(shù)產(chǎn)生不調(diào)中厚板軋機(jī)剛度的加大,板形控制技術(shù)的進(jìn)步,都有利于鋼板不平直度的改善,而加速冷卻技術(shù)的采用,也會(huì)帶來一些不利的影響。目前,中厚板生產(chǎn)過程中產(chǎn)生不平直的板形及其原因如表1。以上原因要完全避免是很難的,因此,需要加強(qiáng)矯直工作與細(xì)心操作。3厚板彎曲機(jī)類型中厚板矯直機(jī)分為熱矯直機(jī)、冷矯直機(jī)、熱處理矯直機(jī)及壓平機(jī)等四種。按其功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分述于后。3.1鋼板彎曲變形控制熱矯直機(jī)裝在軋機(jī)后面,將軋成后熱鋼板經(jīng)空冷、或快冷、或淋水降溫后進(jìn)行矯直,矯直板溫一般在600℃以上,750℃以下,而快冷后可達(dá)450℃。矯直后板溫過高時(shí),冷卻中仍會(huì)產(chǎn)生瓢曲變形現(xiàn)象。過低的話,矯直力明顯地增大。熱矯直機(jī)距軋機(jī)一般達(dá)70~80m以上,中間設(shè)置有淋水裝置,以調(diào)節(jié)板溫。型式采用四重輥式,輥數(shù)為7~15個(gè),一般用9~11個(gè),太多時(shí)使矯直機(jī)太龐大。二重式的橫向剛度太差,早已不采用。鋼板矯直時(shí)串過矯直輥之間經(jīng)多次反復(fù)進(jìn)行彎曲變形,以消除瓢曲,同時(shí)要達(dá)到鋼板殘余應(yīng)力非常小,內(nèi)外分布均勻的目標(biāo)。輥式矯直機(jī)矯直力由下式計(jì)算確定。P=βσ0.2bh2t(n?2)kNΡ=βσ0.2bh2t(n-2)kΝ式中:σ0.2——熱或冷態(tài)屈服極限,N/mm2b——板寬,mmh——板厚,mmt——輥距,mmn——輥數(shù)β——考慮部分輥?zhàn)映C直力的降低系數(shù),取1.5~2.0如某廠通常矯直鋼板σ0.2為120~150N/mm2(熱態(tài),鋼溫為600~800℃),235~355N/mm2(冷態(tài),常溫),b為4000mm,h為40mm,t取360mm,n為9個(gè),β取平均數(shù)為1.67。則:P=1.67150×4000×402360×(9?2)=31000kNΡ=1.67150×4000×402360×(9-2)=31000kΝ一臺(tái)完整的中厚板輥式矯直機(jī)應(yīng)由機(jī)架,上下橫梁,上下矯直輥裝置,上下支撐輥裝置、引料輥裝置、壓下機(jī)構(gòu)、彎輥裝置、傾斜機(jī)構(gòu)、換輥裝置、檢測系統(tǒng)、安全裝置、除鐵皮與冷卻系統(tǒng),傳動(dòng)裝置、電動(dòng)機(jī)及走臺(tái)等所組成。除確定矯直機(jī)的最大矯直力以外,還需確定鋼板的最大寬度、厚度范圍σ0.2、矯直輥直徑長度,t及n、開口度,壓下與傾斜安全機(jī)構(gòu),矯直速度、傳動(dòng)力矩,電動(dòng)機(jī)容量,換輥型式及除鐵皮方式等。為了提高機(jī)架剛度,減少了輥跳量,確定機(jī)架預(yù)緊力的大小,配備有一定的自動(dòng)控制系統(tǒng)。3.2熱矯直機(jī)的布置冷矯直機(jī)用于熱矯未矯平直或熱矯后產(chǎn)生不平直的個(gè)別鋼板。在冷狀態(tài)下進(jìn)行矯直,矯直力比熱矯直大。型式與熱矯直機(jī)基本相同,但輥數(shù)比熱矯少2根以上。布置一般在剪切線或熱處理線后面,不會(huì)直接影響到軋機(jī)生產(chǎn),矯速比熱矯低,一般為20~60m/min,最低達(dá)10m/min,最高達(dá)90m/min。冷矯鋼板最大厚度為30~40mm,在熱處理線上有達(dá)到50mm,太厚時(shí),輥式矯直機(jī)冷矯已有困難,只好求助于壓平機(jī)。3.3熱處理矯直機(jī)熱處理矯直機(jī)設(shè)在正火或回火熱處理線后,矯直熱處理后不平直的鋼板,對(duì)象是冷狀態(tài)下矯直,因而采用冷矯直機(jī),但也用于熱處理加熱后鋼板,故稱為熱處理矯直機(jī),基本結(jié)構(gòu)與冷矯直機(jī)相同,如果只作為熱處理板矯直用,矯直能力就不需太大,考慮鐵皮硬與無水冷措施、矯直輥材質(zhì)硬度略比熱矯高一點(diǎn),因此,也有采用冷熱兩用矯直機(jī)型式。但熱處理后鋼板不會(huì)出現(xiàn)翹頭的問題,因而不需要壓頭輥裝置,也可免去快速換輥措施。3.4壓頭、板下安裝鋼板厚度大于30mm或頭尾端局部彎曲的鋼板,冷矯直機(jī)矯直很困難,許多厚板廠都設(shè)置一臺(tái)壓平機(jī)。一般都單獨(dú)布置,結(jié)構(gòu)采用油壓式,而水壓式已被淘汰。壓平機(jī)壓力由下式計(jì)算確定。P=bth2σs?kNΡ=bth2σs?kΝ式中:b——壓頭寬度,mm(指圓弧壓頭)t——板下面兩支點(diǎn)距離,mmh——板厚,mmσs——鋼板屈服強(qiáng)度,kN/mm2一般壓力在5000~45000kN之間,多數(shù)選用10000~30000kN。實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)不同的板厚和屈服強(qiáng)度的大小,可調(diào)節(jié)兩支點(diǎn)距離來適應(yīng)額定壓力的要求。壓平機(jī)工作時(shí)油壓缸上壓頭可沿板寬方向移動(dòng),鋼板長度方向移動(dòng)采用輥道或拖拉小車方式。這樣,只要縱向移動(dòng)鋼板,使鋼板整個(gè)面的任何位置的不平直部位都能得到壓平,但效率卻很低,勞動(dòng)強(qiáng)度很大,目前,主要依靠操作者的熟練技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。操作時(shí)要充分考慮壓頭的平行度和板下面支點(diǎn)座墊的大小與位置,以免將鋼板壓出壓痕的缺陷。日本厚板廠都設(shè)有壓平機(jī),我國舞鋼、鞍鋼、浦鋼及濟(jì)鋼等厚板廠也有此等設(shè)備,而中板廠就很少配置。4矯直機(jī)矯直板厚的選擇薄的鋼板采用小輥徑和小輥距的矯直機(jī),而厚的鋼板則用大輥徑和大輥距的矯直機(jī)。用一種輥徑和輥距的矯直機(jī)來矯直鋼板時(shí),其板厚范圍是有限制的,一般為4~5倍以下,即板厚為4~20mm,或10~50mm。現(xiàn)有矯直機(jī)矯直鋼板厚度達(dá)4~50mm,選用輥徑和輥距時(shí)按薄的作為參數(shù),保證薄的鋼板平直度,而矯厚板時(shí)矯直力就不夠,采用多道次矯直工序來補(bǔ)救,顯然是不太合理。近10多年來,日本和德國等制造廠創(chuàng)制了組合式、混合式及變輥數(shù)與輥距的輥式矯直機(jī),可以改變板厚范圍的限制,一臺(tái)矯直機(jī)矯直板厚范圍達(dá)到10幾倍以上。現(xiàn)將3種新型輥式矯直機(jī)分別作一些介紹。4.1矯直機(jī)的配置1986年日本住友金屬公司鹿島廠由于控軋控冷后鋼板溫度下降與板形變差,矯直力增大;將現(xiàn)有矯直機(jī)改成為輕重型矯直機(jī)組合式,也稱為母子式矯直機(jī)。使矯直鋼板厚度范圍擴(kuò)大,達(dá)到4.5~70mm,既可滿足控軋控冷后熱矯的要求,又可矯直薄的中板。這臺(tái)矯直機(jī)的性能如表2。配置時(shí)重型在前,而輕型在后,重型矯直機(jī)設(shè)有彎輥裝置和過載保護(hù),而輕型矯直機(jī)配有上框架彎曲矯直輥裝置,可選擇合適的彎曲值來矯直薄的中板。輕重兩臺(tái)矯直機(jī)之間張力由輕型矯直機(jī)測力儀反饋到重型矯直機(jī)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制,使輕重型之間速差形成張力達(dá)1000kN左右,不平直度合格率由45%~65%提高到90%以上。使用輕型矯直機(jī)后,板厚4.5~7mm的不平直率,比只有單臺(tái)重型矯直機(jī)時(shí)減少一半,若使用張力矯直時(shí),尚可減少75%?？偟恼f,采用組合式矯直機(jī)不論鋼板厚薄的不平直率均可減少50%以上。但這種設(shè)備比較龐大,等于大小兩臺(tái)矯直機(jī),投資增加很多。4.2mm矯直輥的組成混合式輥式矯直機(jī)是由進(jìn)出口各4根直徑為190mm小矯直輥,分別由2臺(tái)300kW直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng),和中間5根大直徑為315mm與2根中直徑為282mm矯直輥,由1臺(tái)1000kW調(diào)速電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的混合組成15輥式矯直機(jī),也有稱為可收縮式輥式矯直機(jī)。進(jìn)出口下部4根設(shè)有彎輥裝置,以改善鋼板橫向平直度,且使小輥與大中輥之間有一個(gè)速度差,形成一定的張力,以改善鋼板縱向平直度。矯直薄的中板時(shí)15根輥都投入工作,并給予一定的張力,因此,對(duì)板厚6mm以下也能取得較好的平直度。這種矯直機(jī)的最大矯直力達(dá)41000kN,且能滿足用一臺(tái)矯直機(jī)矯直厚度范圍比較大的生產(chǎn)要求,但設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。4.3矯直板厚限度擴(kuò)9輥式矯直機(jī)變?yōu)?輥式,將上下各升降2根輥,即No.3、4及No.6、7原有輥距為200m×8,而改變后輥距則成為200mm+600mm×2+200mm,使矯直板厚范圍可擴(kuò)大50%。傳統(tǒng)矯直機(jī)的輥數(shù)與輥距是不變的,一般受矯直板厚范圍4倍之限制。改變成5輥時(shí)主要用于矯直厚規(guī)格鋼板,原有矯直機(jī)則用于矯直薄的中板。雖然這種擴(kuò)大矯直板厚范圍比較簡單,但因輥徑不變,而輥距太大,對(duì)矯直能力與效果仍會(huì)受到限制,且需設(shè)置單獨(dú)的升降裝置,因此,實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用不多。5多道次矯直鋼板為了滿足軋機(jī)生產(chǎn)節(jié)奏的要求,各種厚度鋼板的矯直生產(chǎn)能力應(yīng)當(dāng)大于軋機(jī)生產(chǎn)能力,不然就會(huì)限制軋機(jī)生產(chǎn)。影響矯直機(jī)生產(chǎn)能力主要是矯直速度、矯直道次和鋼種3項(xiàng)因素。目前,國外熱矯直機(jī)最高矯直速度已達(dá)150m/min,日本大多數(shù)廠都達(dá)到120m/min。矯直道次以一道次為準(zhǔn),多則有3道次,很少用5道次。多道次用于薄的或厚的規(guī)格,即板厚在12mm以下,或60mm以上。對(duì)于板溫很高而降溫時(shí),可多道次以延長矯直時(shí)間。對(duì)σs達(dá)560N/mm2高強(qiáng)鋼板采用多道次矯直也比較常見,而板厚就不限制。當(dāng)σs達(dá)700N/mm2鋼板均需經(jīng)多道次矯直,更不受板溫與板厚的限制。對(duì)管線用板只有10mm以下才采用多道次矯直?，F(xiàn)舉例子如表3。采用矯直速度為45/65/90m/min,兩塊板間歇時(shí)間取10s,多道次矯直鋼板加速時(shí)間為5s。矯直時(shí)間為T,以序號(hào)1作例:T=35.190×3+10+5×(3?1)60=1.503minΤ=35.190×3+10+5×(3-1)60=1.503min矯直產(chǎn)量為P,以序號(hào)1作例:P=3.84×60÷1.503=153t/h4300mm雙機(jī)架軋機(jī)生產(chǎn)4.5mm厚鋼板時(shí)軋制能力為115t/h,而軋制16mm厚以上鋼板均受加熱爐750t/h加熱能力的限制。因此,矯直生產(chǎn)能力均大于軋機(jī)的生產(chǎn)能力,選擇的矯直機(jī)性能得到確認(rèn)。6矯直輥技術(shù)特點(diǎn)近幾年來,隨著控軋控冷與直接淬火的采用,軋后板溫降低、板形變壞、屈服強(qiáng)度增大,板厚范圍加寬和用戶對(duì)鋼板加工自動(dòng)化程度的提高,要求生產(chǎn)廠交貨鋼板的平直度也更加嚴(yán)格。因此,新建熱矯直機(jī)都要求能力強(qiáng),剛度大,自動(dòng)化程度高的新型設(shè)備,經(jīng)矯直后鋼板平直度好,殘余應(yīng)力小且分布均勻,表面質(zhì)量好且無壓痕。而且做到操作安全可靠,作業(yè)率高,換輥方便且快速,一道次矯直,矯速快,矯直時(shí)間短,提高自動(dòng)化水平,以及要求投資省。首先,新型矯直機(jī)剛度都很大,即框架輥跳和矯直輥撓度小。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成非常緊湊,將框架立柱采用預(yù)緊力連結(jié),當(dāng)矯直時(shí)使立柱受載后伸長很小,另外,橫梁產(chǎn)生撓曲變形以測得矯直力大小來調(diào)節(jié)液壓缸加以補(bǔ)償。矯直輥產(chǎn)生撓度以彎輥方式加以克服,始終保持了平行恒輥縫以達(dá)到最佳平直度的水平。最后,使矯直機(jī)剛度達(dá)10000~20000kN/mm以上,總的輥跳達(dá)2~3mm以下;而橫梁與矯直輥撓度達(dá)0.2~0.3mm以下。并且,不允許有振動(dòng)現(xiàn)象,不然也會(huì)影響到矯直質(zhì)量。其次,采用HAGC裝置以控制輥縫,使達(dá)到恒輥縫的要求,并以厚度計(jì)AGC方式,從矯直力信號(hào)使進(jìn)口與出口輥縫閉合和打開,滿足了板子頭尾部的矯直要求。有的矯直機(jī)將每個(gè)矯直輥壓下進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整,使壓下操作靈活自由,將每根矯直輥都處于最佳工作狀態(tài)。這樣,矯直機(jī)輥數(shù)可以減少,設(shè)備重量減輕。還有矯直機(jī)的矯直輥也單獨(dú)傳動(dòng),可避免個(gè)別矯直輥的扭矩過大,將接軸和齒輪損壞了。當(dāng)矯直輥發(fā)生速差時(shí),矯直輥在鋼板表面引起打滑現(xiàn)象而損傷板面。為了自進(jìn)口至出口壓下量逐漸減小,而使輥縫逐漸增大,因此,都設(shè)有矯直輥組傾斜機(jī)構(gòu),一般都采納壓下機(jī)構(gòu)兼做傾斜機(jī)構(gòu)的上輥組傾斜方式,比較合理的結(jié)構(gòu)將下輥組也設(shè)置傾斜機(jī)構(gòu),以便做到最佳的彎曲變形程序,最后達(dá)到矯出不平直度極小的鋼板。新型矯直機(jī)上都附設(shè)有制動(dòng)裝置和過載保護(hù)裝置,以便事故時(shí)快速停車和保護(hù)電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)。矯直輥的維護(hù)與材質(zhì)對(duì)矯直鋼板表面質(zhì)量和換輥周期有很大的影響。選用材質(zhì)是以耐磨性、傳動(dòng)強(qiáng)度及受壓強(qiáng)度來考慮。為了防止矯直輥缺陷的產(chǎn)生,與支撐輥材質(zhì)保持有一定的硬度差,如矯直輥硬度選用65~72HB時(shí),則支撐輥取40~57HB左右。最近,為了延長換輥周期,增加矯直輥的耐磨性和耐沖擊性,將矯直輥輥身選用13Cr不銹鋼,使換輥周期由矯20~30萬t增至40~70萬t。熱矯時(shí)為了防止熱裂熔化磨損,輥?zhàn)永鋮s很重要。輥?zhàn)永鋮s有矯直輥或支撐輥外部單獨(dú)冷卻,也有和矯直輥內(nèi)部水冷并用。外部水冷用噴頭對(duì)矯直輥噴冷卻水,將高溫鋼板接受熱去除方式,目前得到廣泛地應(yīng)用。內(nèi)部水冷將矯直輥?zhàn)龀煽招?通過旋轉(zhuǎn)接手將冷卻水通入矯直輥內(nèi)部進(jìn)行輥?zhàn)永鋮s。目前,矯直機(jī)已普遍采用計(jì)算機(jī)模型控制,并與軋機(jī)過程機(jī)相連結(jié),模型可根