張 凱，高林林，趙團(tuán)民，李 為

(中國重型機(jī)械研究院有限公司，西安 710032)

1 前言

80年代中期我國寶鋼、武鋼、攀鋼等企業(yè)先后引進(jìn)普碳鋼平整技術(shù)，引領(lǐng)著我國冷軋?zhí)间摫“迳a(chǎn)市場的發(fā)展。90年代以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，冷軋?zhí)间摫“宓氖袌鲂枨笠苍谘杆僭黾?，到本世紀(jì)初國內(nèi)一度出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，從而促進(jìn)了碳鋼薄板軋制及平整技術(shù)的發(fā)展。中國重型機(jī)械研究院有限公司(中重院)作為國家重型機(jī)械行業(yè)的研發(fā)單位，在本世紀(jì)初做了大量的市場調(diào)查及分析研究工作，先后成功的研發(fā)了950 mm、1100 mm、1 700 mm等成套平整機(jī)組生產(chǎn)線，使我國在碳鋼板帶軋制及平整技術(shù)這一領(lǐng)域接近或達(dá)到發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平。

2 平整機(jī)的分類

平整是對(duì)退火后的帶鋼以小壓下量進(jìn)行軋制的過程。目前國內(nèi)市場所用平整機(jī)按機(jī)架分有單機(jī)架和雙機(jī)架兩種，市場中以單機(jī)架為主，雙機(jī)架兼有軋制和平整雙重功效，故有時(shí)也稱為“二次冷軋工藝”，雙機(jī)架對(duì)延伸率的控制十分有利，能夠有效的消除材料的屈服極限平臺(tái)，提高深沖值，因此在馬口鐵及汽車板行業(yè)應(yīng)用較多，雙機(jī)架平整機(jī)也是高性能平整機(jī)的發(fā)展趨勢。

按生產(chǎn)工藝分有干平整和濕平整。干平整不進(jìn)行工藝?yán)鋮s和潤滑，帶鋼表面沒有殘留的油污，退火后帶鋼表面粘附少量的Fe和C經(jīng)平整后會(huì)通過工作輥粘附在支撐輥上，可通過清輥器進(jìn)行清理，清輥器的清輥質(zhì)量對(duì)平整后的帶鋼表面質(zhì)量具有很大的影響。干平整能夠保持帶鋼非常光亮的表面，也能有效的降低生產(chǎn)成本。濕平整是帶鋼在平整液條件下進(jìn)行平整。退火后帶鋼表面粘附少量的Fe和C臟物，平整時(shí)會(huì)污染工作輥輥面，影響平整后的帶鋼表面質(zhì)量，采用濕平整可清除這些污垢，保持良好板面;濕平整同時(shí)可以使打毛輥輥面凹坑不斷得到清洗和潤滑，保持軋輥粗糙度;亦可提高軋輥壽命，減小軋制力，提高延伸率及帶鋼的防腐性能。目前國內(nèi)已投產(chǎn)的平整機(jī)中大多為濕平整。使用極少量的平整液，有效的提高了帶材的延伸率，實(shí)現(xiàn)消除材料的屈服極限平臺(tái)，提高深沖值的目的。

3 平整機(jī)組的功能

(1)提高帶鋼的機(jī)械性能。經(jīng)冷軋退火后的帶鋼機(jī)械性能及深沖值都比較低，平整的壓下率對(duì)帶鋼的機(jī)械性能有很大的影響，使用時(shí)可根據(jù)不同材料、不同使用要求確定相應(yīng)的壓下率或延伸率，適當(dāng)?shù)膲合侣驶蜓由炻士墒箮т摰臋C(jī)械性能得到很大的提高，其屈服極限最低，深沖值最高。

(2)消除帶材的屈服平臺(tái)提高其機(jī)械加工性能。帶材退火后其應(yīng)力－應(yīng)變曲線會(huì)存在一個(gè)屈服平臺(tái)，這是因?yàn)橥嘶饡r(shí)固溶C、N等元素?cái)U(kuò)散到晶粒周圍形成可切爾氣氛所形成的應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。若不經(jīng)過平整直接進(jìn)行沖壓時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生所謂呂德斯線的局部變形，在沖壓件上出現(xiàn)皺紋等缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)適當(dāng)壓下率或延伸率平整后的帶材可以完全消除這個(gè)屈服平臺(tái)，提高其機(jī)械加工性能。

(3)改善板帶的板形提高其表面質(zhì)量。經(jīng)冷軋退火后的板帶其板型及表面質(zhì)量均較差，不宜直接進(jìn)入拉矯生產(chǎn)線。平整時(shí)一般采用較大的穩(wěn)定張力和較小的延伸率，可有效克服板帶在軋制和退火過程中產(chǎn)生的板形缺陷，提高板帶表面質(zhì)量，為順利進(jìn)入下一道工序提供保證。

4 平整張力的作用與建立

帶鋼平整張力對(duì)帶鋼的平整質(zhì)量有很大影響。平整張力的波動(dòng)會(huì)影響厚度精度;采用比較大的張力可以糾正帶鋼跑偏、消除皺折、改善帶鋼板形。因此，平整張力是穩(wěn)定帶鋼運(yùn)行提高平整速度、保證平整質(zhì)量所必需的。

平整張力值的選擇與帶鋼的厚度有關(guān)。如平整0.19～0.4 mm的帶鋼，其前張力取60～50 N/mm2，后張力取40～35 N/mm2;平整0.9 mm帶鋼，前張力取25 N/mm2，后張應(yīng)力取15 N/mm2。

平整機(jī)與開卷機(jī)和卷取機(jī)之間不允許直接建立大的張力，這是因?yàn)榉乐归_卷時(shí)帶層之間打滑而擦傷帶材表面;卷取時(shí)因帶材的板凸度使帶卷成為環(huán)形凸起，影響前張力分布。因此，在平整機(jī)工作機(jī)座與開卷機(jī)、卷取機(jī)之間設(shè)有一對(duì)S輥增大平整張力。一般一對(duì)S輥?zhàn)疃嗫墒归_卷或卷取張力放大一倍，再大則會(huì)造成帶材與S輥間打滑而擦傷帶材表面;對(duì)于平整0.25 mm以下的帶鋼，平整力對(duì)延伸率的影響并不明顯，而張力的影響則顯著增加，為更有效的提高平整張力可在平整機(jī)工作機(jī)座與開卷機(jī)、卷取機(jī)之間設(shè)置雙S輥增大平整張力，以提高帶材的延伸率。

5 現(xiàn)有機(jī)組主要技術(shù)性能參數(shù)(表1)

表1 現(xiàn)有機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Available main parameters of temper mill

630帶鋼厚度/mm 0.25～2.5 0.20～0.35 0.20～2.0帶鋼寬度/mm 450～800 700～950 900～1550內(nèi)/外卷徑/mm Φ610/Φ900～Φ1600 Ф508/Ф1000～Ф1800 Ф610/Ф1000～Ф2100最大平整力/kN 5000 9000 13000穿帶速度/m·min－1 18 18 30最大平整速度/m·min－1 480 750 1000最大開卷張力/kN 25 20 53最大卷取張力/kN 35 25 62平整機(jī)入口張力/kN 50 36 106平整機(jī)出口張力/kN 60 45 124工作輥規(guī)格/mm Ф380～Ф360×950 Ф430～Ф380×1100 Ф520～Ф470×1700支撐輥規(guī)格/mm Ф890～Ф840×940 Ф950～Ф890×1050 Ф1300～Ф1220×1650開卷機(jī)卷筒直徑/mm Ф570～Ф620(正圓Ф610) Ф458～Ф518(正圓Ф508) Ф570～Ф620(正圓Ф610)卷取機(jī)卷筒直徑/mm Ф598～Ф610(正圓Ф610) Ф483～Ф508(正圓Ф508) Ф585～Ф610(正圓Ф610)開卷機(jī)浮動(dòng)量/±m(xù)m 75 75 75張力輥規(guī)格/mm Ф750×950 Ф610×1100 Ф750×1700延伸率帶鋼機(jī)械性能/N·mm2 σs≤360 σb≤630 σs≤360 σb≤600 σs≤450 σb≤/% 0～3 0～3 0～3

6 平整機(jī)組的主要設(shè)備組成及作用

平整機(jī)組的主要設(shè)備組成有:翻卷機(jī)、上卷小車、浮動(dòng)開卷機(jī)、CPC對(duì)中、機(jī)前張力輥、機(jī)前裝置、四輥平整機(jī)、機(jī)后裝置、機(jī)后張力輥、卷取機(jī)、助卷器、卸卷小車、測速儀、測張儀等。

翻卷機(jī)將退火后水平放置的帶卷翻轉(zhuǎn)90°為上卷作準(zhǔn)備。上卷小車將翻卷機(jī)或儲(chǔ)卷縫道上的料卷運(yùn)輸?shù)篱_卷機(jī)卷筒上，完成上卷工作。浮動(dòng)開卷機(jī)用于開卷、實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)對(duì)中，并與入口S輥建立一定的開卷張力。CPC對(duì)中根據(jù)帶材的實(shí)際情況為浮動(dòng)開卷機(jī)提供準(zhǔn)確而可靠的信息。機(jī)前、機(jī)后張力輥與平整機(jī)之間建立穩(wěn)定的平整張力。四輥平整機(jī)是平整機(jī)組的核心設(shè)備，通過壓上油缸及其伺服系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)恒軋制力平整、恒輥縫平整。機(jī)前、機(jī)后裝置主要設(shè)有展平輥和防皺輥，可穩(wěn)定前、后張力，防止帶材進(jìn)入平整機(jī)前、后產(chǎn)生皺折。卷取機(jī)收卷并與機(jī)后張力輥之間建立一定的卷取張力。助卷器用來輔助卷取機(jī)將平整后的帶材進(jìn)行卷取。卸卷小車將平整后的帶材從卷取機(jī)卷筒上卸下并運(yùn)輸?shù)絻?chǔ)卷縫道上。

平整用戶可根據(jù)來料及使用要求選擇平整模式(恒平整力、恒輥縫、恒延伸率和恒張力)、設(shè)定平整工藝參數(shù)便可進(jìn)行平整工作。

7 目前中國重型機(jī)械研究院設(shè)計(jì)開發(fā)的高精度四輥液壓平整機(jī)裝機(jī)水平

(1)開卷機(jī)、入口張力輥組、平整機(jī)、出口張力輥組和卷取機(jī)采用全數(shù)字直流調(diào)速，可控硅供電。

(2)平整機(jī)采用全液壓壓上控制系統(tǒng)，控制功能包括恒軋制力控制，軋輥恒位置控制，帶材恒延伸率控制和恒張力控制三個(gè)閉環(huán)的APC系統(tǒng)。

(3)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用兩級(jí)自動(dòng)控制，機(jī)組PLC自動(dòng)控制，并采用現(xiàn)場總線構(gòu)成全機(jī)組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

(4)機(jī)組生產(chǎn)工藝連鎖和故障報(bào)警采用PLC控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。

(5)平整機(jī)具有壓下調(diào)偏，工作輥正負(fù)彎輥控制手段。

(6)平整機(jī)電氣系統(tǒng)有過載保護(hù)、斷帶保護(hù)和緊急停車等安全保護(hù)系統(tǒng)，主機(jī)和卷取機(jī)具有帶尾自動(dòng)減速準(zhǔn)確停車功能。

(7)機(jī)組具有工藝過程參數(shù)的預(yù)設(shè)定，工藝過程參數(shù)和設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)的檢測、顯示和報(bào)警系統(tǒng)。

(8)工作輥、支承輥軸承油氣潤滑。

(9)開卷自動(dòng)上卷對(duì)中以及CPC對(duì)中。

(10)工作輥快速換輥。

(11)軋制線標(biāo)高自動(dòng)調(diào)整。

(12)軋制速度、張力自動(dòng)控制。

(13)工作輥單獨(dú)傳動(dòng)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

(14)平整機(jī)出入口配有激光測速儀及測張儀。

(15)機(jī)組全部編碼器采用進(jìn)口產(chǎn)品，關(guān)鍵液壓元器件采用進(jìn)口原裝器件，主要液壓缸采用進(jìn)口密封。

(16)軋輥?zhàn)詣?dòng)清輥和帶鋼自動(dòng)吹掃裝置。

(17)整條平整線的張力可根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要分段設(shè)置、分段控制。

(18)前后張力輥組下輥液壓升降。

8 中重院四輥平整機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)

為了滿足普碳鋼板帶的尺寸精度、板形精度、內(nèi)在機(jī)械性能及機(jī)械加工性能的要求，并使該平整機(jī)組具有較高的自動(dòng)化水平，中國重型機(jī)械研究院開發(fā)研制的四輥平整機(jī)組應(yīng)用了以下主要關(guān)鍵技術(shù):

(1)液壓翻卷裝置應(yīng)用了較高的液壓控制技術(shù)，使翻卷機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、翻轉(zhuǎn)平穩(wěn)、性能安全可靠，確保了18～30 t整卷帶材的90°平穩(wěn)翻轉(zhuǎn)。

(2)自動(dòng)上卷技術(shù)。包含了卷徑自動(dòng)測量、帶寬自動(dòng)測量，測量數(shù)據(jù)直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)根據(jù)測量數(shù)據(jù)確定上卷小車的水平行走距離及垂直上升高度，實(shí)現(xiàn)上卷自動(dòng)化，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了平整機(jī)的工作效率。

(3)自動(dòng)穿帶功能。開卷機(jī)、入口張力輥、平整機(jī)、出口張力輥、卷取機(jī)采用了全數(shù)字直流調(diào)速電機(jī)，同時(shí)在開卷機(jī)設(shè)置了開卷壓輥、張力輥上設(shè)置了上下壓輥，從而使自動(dòng)穿帶得以順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)穿帶自動(dòng)化。

(4)帶材張力分段控制。冷軋退火后的普碳鋼板帶張力較小，難以滿足平整機(jī)的工藝要求。為此在平整機(jī)的機(jī)前和機(jī)后分別設(shè)置了張力S輥，實(shí)現(xiàn)了開卷機(jī)與入口張力輥之間、入口張力輥與平整機(jī)之間、平整機(jī)與出口張力輥之間、出口張力輥與卷取機(jī)之間張力的分段控制。滿足了平整機(jī)使用較大穩(wěn)定張力的工藝要求。

(5)帶材表面粉塵自動(dòng)清理。平整機(jī)組在干平整時(shí)，為確保平整后的帶材表面質(zhì)量，在平整機(jī)入口側(cè)設(shè)置了自動(dòng)吹掃裝置，用以清理帶材表面在退火中粘帶的粉塵，確保清潔帶材進(jìn)入平整機(jī);平整機(jī)上下支撐輥分別設(shè)置了清輥器，用以清除平整中產(chǎn)生并粘貼在輥面上的粉塵，確保平整機(jī)輥面及平整后的帶材清潔、光亮。

(6)APC控制系統(tǒng)由平整機(jī)輥縫、平整力、彎輥力、壓力APC、監(jiān)控APC、張力APC、速度APC、加減速延伸率補(bǔ)償、板形控制等APC控制系統(tǒng)組成。強(qiáng)大的APC控制系統(tǒng)為恒平整力控制、軋輥恒位置控制、帶材恒延伸率控制和恒張力控制提供了強(qiáng)有力的支持和保證。平整機(jī)機(jī)前和機(jī)后分別配置測速儀和測張儀，為延伸率及平整張力的確定提供了更為直接可靠的數(shù)據(jù)來源。用戶可根據(jù)不同的來料、不同的使用要求選用相適應(yīng)的平整模式。

(7)非調(diào)速馬達(dá)均由馬達(dá)中心(MCC)控制，機(jī)組工藝連鎖和故障報(bào)警采用了PLC控制，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程自動(dòng)化。

(8)平整機(jī)設(shè)置了壓上調(diào)偏、工作輥正負(fù)彎輥等板形控制手段，平整時(shí)可根椐需要輕松實(shí)現(xiàn)板形控制。

(9)平整機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)置了過載保護(hù)、斷帶保護(hù)、和緊急停車等安全保護(hù)系統(tǒng)，確保了整個(gè)機(jī)組能安全可靠的運(yùn)行。

(10)CPC對(duì)中系統(tǒng)。CPC對(duì)中檢測裝置安裝在浮動(dòng)開卷機(jī)與入口張力輥之間，檢測信號(hào)直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)處理轉(zhuǎn)化為浮動(dòng)開卷機(jī)的浮動(dòng)訊號(hào)。機(jī)組進(jìn)行平整時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)帶材進(jìn)行糾偏。其關(guān)鍵技術(shù)是開卷機(jī)浮動(dòng)油缸與帶材中心檢測訊號(hào)形成位置閉環(huán)控制，保證平整過程中帶材自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)平整機(jī)組中心線。系統(tǒng)的光電訊號(hào)檢測器采用強(qiáng)抗干擾能力的高頻光源，光電系統(tǒng)采用了自補(bǔ)償系統(tǒng)。技術(shù)指標(biāo):系統(tǒng)線性度誤差小于2%，分辯率小于0.05 mm，糾偏精度±1 mm。

(11)平整機(jī)的工作輥、支撐輥、機(jī)前機(jī)后展平輥、機(jī)前機(jī)后防皺輥及測張輥軸承均采用進(jìn)口油氣潤滑，確保了機(jī)組能在高速下安全、可靠的運(yùn)行。

(12)機(jī)組配置了工藝過程參數(shù)的預(yù)設(shè)定，工藝過程參數(shù)和設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)的檢測、顯示和報(bào)警系統(tǒng)，為用戶設(shè)定和調(diào)整工藝參數(shù)提供了方便和依據(jù)。

9 平整機(jī)的選型

平整機(jī)的選型以滿足帶材的使用要求為宗旨。如家電類材料，對(duì)帶材表面質(zhì)量要求較高，而對(duì)帶材強(qiáng)度及延伸率控制等指標(biāo)要求并不高，則可以采用單機(jī)架、單S輥結(jié)構(gòu)平整機(jī)組，以干平整為主，在設(shè)計(jì)中無論是四輥平整機(jī)還是六輥平整機(jī)都是盡可能的選用較大的工作輥，增大工作輥直徑有利于提高帶材表面質(zhì)量。對(duì)于馬口鐵和汽車板這些深沖類材料既要有一定的延伸率來提高帶材強(qiáng)度、消除屈服平臺(tái)，同時(shí)要求具有較好的帶材表面質(zhì)量，最好的選擇是采用四－四輥或四－六輥雙機(jī)架平整機(jī)，一臺(tái)控制延伸率、一臺(tái)控制表面質(zhì)量，出入口各配置一臺(tái)S棍，以濕平整為主。若采用單機(jī)架平整機(jī)，則可以在出入口各配置兩臺(tái)S輥，也稱雙S輥結(jié)構(gòu)，干平整加少許平整液，因?yàn)樯僭S平整液及張力的應(yīng)用有利于延伸率的提高和控制。

10 結(jié)束語

中國重型機(jī)械研究院研制開發(fā)的四輥平整機(jī)，已成功的應(yīng)用于多家普碳鋼板帶生產(chǎn)線，設(shè)備運(yùn)行安全可靠，平整后板帶的板面質(zhì)量、板形精度、機(jī)械性能等指標(biāo)均達(dá)到用戶使用要求。在線機(jī)、電、液關(guān)鍵元器件采用進(jìn)口，整機(jī)技術(shù)性能已達(dá)到國外同類設(shè)備先進(jìn)水平，該類設(shè)備完全可以替代進(jìn)口設(shè)備。

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［3］ 鄒家祥．軋鋼機(jī)械(3版)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2000．

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