首鋼平整機延長支撐輥服役周期方法研究
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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某廠罩退平整機組采用普通四輥平整機，支撐輥輥形為平輥，工作輥輥形為100μm正凸度輥，平整機具備工作輥彎輥和壓下傾斜兩種板形調控手段。支撐輥服役周期長度以所軋帶鋼噸位進行統計，工藝技術規程中規定支撐輥服役周期為30000t，但在實際生產時，在支撐輥服役20000t之后，帶鋼板形質量與表面質量難以控制，常出現單邊浪、羽痕、邊折印的質量缺陷，為了使生產穩定順行，提高產品質量，不得不提前更換支撐輥，使得支撐輥服役周期嚴重縮短，僅為計劃的80%左右。
在支撐輥服役中后期，平整機軋制時傳動側和操作側出現軋制力偏差過大現象，最大軋制力偏差超過100kN，約為實際軋制力的5%—10%，為了避免因軋制偏差過大導致帶鋼跑偏、傷輥等問題，當出現較大軋制力偏差時需降速生產，影響機組產能。
由于平整機采用上輥壓下模式，上支撐輥磨損較為嚴重，磨損曲線呈現嚴重的負凸度輥形，且有單側不均勻磨損，下支撐輥雖磨損較輕，但也存在類似的負凸度和傾斜磨損現象。正是由于這種不均勻的磨損導致平整機在支撐輥服役中后期出現軋制狀態不穩定的現象，導致軋制力偏差大，以及出現的板形、表面等質量缺陷，并最終使支撐輥服役周期縮短。
原因分析。通過分析某廠罩退平整機組全年的帶鋼產品寬度規格統計結果，可以看出寬度在1200mm至1300mm之間的帶鋼占比接近90%，由于大部分產品寬度較為集中，不可避免會出現長期同寬軋制的現象，支撐輥在這一寬度范圍內存在長期的局部磨損，這是導致支撐輥中部磨損較大的原因之一。對生產作業計劃進行優化能使支撐輥中部磨損有所緩解，但由于產品寬度規格集中，這種優化并不能從根本上解決這一問題。
輥形及工藝參數。罩退平整機采用平輥
支撐輥和大凸度工作輥輥形，其中支撐輥端部有長度為50mm，半徑1000mm的圓弧倒角，這種輥形配置使得支撐輥中部輥間接觸壓力更高，磨損更為嚴重。同時，由于來料板形以中浪為主，又使用凸度工作輥，為了保證出口帶鋼板形良好，平整機工作輥彎輥力長期處于負彎狀態，這使得支撐輥與工作輥中部的輥間接觸壓力進一步增大，磨損加劇。對平整機的支撐輥和工作輥輥形進行優化，使輥間接觸壓力分布更為均勻，有利于改善支撐輥中部的局部磨損。
輥系水平度。罩退平整機采用上支撐輥
壓下模式，下支撐輥通過斜楔調整軋制線高度，下支撐輥傳動側與操作側的水平度對支撐輥壓下傾斜的使用影響較大，這是導致支撐輥出現傾斜磨損的主要原因。由于支撐輥軸承座制造精度的問題，每次更換支撐輥后，下支撐輥傳動側與操作側水平度均存在較大差異，嚴重時甚至達到100μm以上。對下支撐輥傳動側與操作側水平度進行測量與調整將有利于改善支撐輥的傾斜磨損。
平整機支撐輥改善方案
輥形曲線優化。支撐輥在軋制時為工作輥提供支撐，支撐輥磨損狀態的好壞將直接影響工作輥工作狀況，并進一步影響板形、表面等帶鋼質量。支撐輥和工作輥的初始輥形決定了其輥間接觸壓力分布，并影響軋制過程中軋輥的磨損狀態。
為了使支撐輥與工作輥的輥間接觸壓力分布更為均為，減少服役期間支撐輥中部的局部磨損，對平整機的支撐輥和工作輥輥形進行了優化。
在新的輥形方案中，工作輥輥形采用平輥。同時為了提高平整機的板形控制能力，使平整機的工作輥凸度減小后仍具有與原輥系輥形相當的板形控制能力，新的支撐輥采用VCL輥形技術，，在支持輥上磨削特殊的輥形曲線，使得輥系在軋制力的作用下，支持輥和工作輥的輥間接觸長度能夠與所軋帶鋼的寬度相適應，消除或減少輥間“有害接觸區”，提高承載輥縫的橫向剛度，增加軋機對板形干擾因素（包括來料的板形波動和軋制力波動等）的抵抗能力。
仿真對比分析。輥間接觸壓力分布的均勻性反映了軋制中軋輥表面磨損分布的均勻性和極端情況下軋輥表面產生剝落的可能性。相對而言，接觸壓力較大的部位磨損更大，為了追求軋輥表面磨損分布均勻化或者消除磨損對板形的影響，應盡可能的保證輥間接觸壓力沿輥面長度方向的分布均勻。
運用有限元軟件建立了四輥平整機的仿真分析模型，對兩種不同輥形配置下支撐輥與工作輥的輥間接觸壓力分布進行計算和對比分析。通過分析兩種輥形配置下輥間接觸壓力分布對比結果可以看出，當工作輥為凸度輥、支撐輥為平輥時，對應于軋輥中部的輥間接觸壓力明顯更高，而在新的輥形配置下，輥間接觸壓力的分布更為均勻，中部區域的接觸壓力顯著下降，這有利于減少支撐輥中部的磨損。
支撐輥水平度調整。由于支撐輥軸承座制造精度以及斜楔定位精度等問題，平整機每次更換支撐輥后，下支撐輥傳動側與操作側的水平度均不相同。若不經調整直接軋制，將導致支撐輥單側磨損嚴重，軋制力偏差過大，影響支撐輥服役周期。
因此，在每次更換支撐輥時，采用水平儀測量下支撐輥傳動側與操作側的水平度，并通過在支撐輥軸承座下方增加墊片的方法對水平度進行調整，以保證下支撐輥傳動側與操作側
水平度偏差在10μm以內。
生產計劃優化。支撐輥的磨損相對于工作輥的磨損雖然是一個緩慢的過程，但是在一個較長的換輥周期內，帶鋼軋制規格多種多樣，而各種規格的帶鋼在軋制時軋制壓力、磨損接觸面積等均存在較頻繁的波動，磨損作為一種系統特性，不是固定不變的，而是在不同的條件下，各種磨損類型交替出現，磨損程度不同。
為了保證帶鋼良好的表面質量和較好的板形，不出現“寬窄印”等質量缺陷，均勻軋輥磨損，平整機在軋制過程中應遵循帶鋼軋制寬度從寬到窄的原則。而在罩退平整機組，由于其非連續生產的特點，生產節奏較慢，操作工在進行生產時有較大的自主權，各個班組更愿意連續生產同一規格的帶鋼，常常出現一個工作輥服役周期內僅生產一個寬度規格帶鋼的現象，這對支撐輥的磨損極為不利。
為此，對平整機的生產作業計劃進行了優化，在原料充足的情況下，一個工作輥服役周期內必須保證所生產的帶鋼寬度規格從最寬到最窄逐步過渡。對于表面質量要求不高的帶鋼，可以“逆寬”軋制。
工業生產應用
優化后的平整機輥形方案自2014年3月開始在某廠罩退平整機組進行工業生產應用，到目前為止共使用了6個輥期，結合支撐輥水平度調整以及生產計劃優化，支撐輥服役后期的生產更為穩定，服役周期得到較大提高，磨損更為均勻。
支撐輥服役周期延長。統計了方案實
施前后共7個輥期的支撐輥服役周期數據，分析周期數據結果可知，其中，第一次仍采用原有的輥形配置與生產方案，支撐輥服役周期僅為25000t左右。改善方案實施后，支撐輥服役周期最大可達29000t，提高幅度達到56%，比工藝規程中規定的30000t服役周期也提高了接近30%。
支撐輥磨損改善。通過分析平整機支撐輥磨損改善方案實施后支撐輥的磨損曲線及磨損量，可以看出，采用新的生產方案之后，支撐輥磨損明顯改善，在服役周期提高一半的情況下，磨損輥形曲線與初始輥形曲線仍具有較高的相似度，最大磨損量由方案實施前的接近40μm降低為目前的20μm左右，支撐輥服役周期仍有進一步提高的潛力。
同時，由于支撐輥磨損狀態的改善，以及下支撐輥水平度調整較好，在支撐輥服役中后期，傳動側與操作側軋制力偏差仍能保持在30kN以內。