热轧带钢精轧机轧制稳定装置研究

孙 兵

（北京首钢股份有限公司，河北 迁安 064404）

热轧精轧机在生产过程中的稳定性，体现在轧件前端水平的稳定性，不会发生侧面抖动和偏差，并且后端不会出现移动的现象。根据在实际工作中的经验，主要有三个因素影响轧机在工作中的稳定性，分别为：胚料的温度，轧辊机架的装配精度和精轧机入口端导卫精度[1]。

1 轧机稳定工作的原理

轧机的振动频率容易随着高速、高轧制力和大压下量轧制而增加。经过详细试验，发现在实际生产过程中，轧机主要在上下工作辊的水平和垂直方向发生振动。如果轧辊稳定器安装在框架和轴承座之间，增加了动态刚性在轧机机架和轧辊轴承座水平方向，有效的减少了轧机的振动频率。在轧机生产过程中，稳定装置中的液压缸的垫圈与轴承座相接触，并在工作期间与轴承座一起振动[2]。在设计液压缸时，一定要有阻尼孔，对轧机的振动有阻碍作用，有利于增强轧机的动态刚度。试验机的振动信号进行观察，对于轧机的轧制方向（水平方向）和轧件厚度（垂直方向）的加速度信号，可以利用加速度传感器来测量获得。当钢带放入轧机时，轧机就会开始振动[3]。当轧机稳定装置开始工作时，轧件轧制方向上的加速度信号减小到稳定装置在开始工作时的一半。轧机稳定器对工作辊所处的位置可以一直保持，改善了轧件的磨损。

2 分析稳定装置在生产过程中的影响

2.1 稳定油缸对轧机的影响

为了在工作的过程中，工作人员易于更换轧辊，必须在工作辊，支撑辊和内侧衬板之间留下间隙：①在运行一段时间后，会发生摩擦在轧机的轴承座和衬板之间，致使两者之间的间隙逐渐变大，最终间隙超出正常值；②随着时间的推移立柱和支撑轴承之间的间隙也会增加，两只间隙也会超出正常值。稳定油缸的存在使原本的横向刚度不会影响立柱和支撑轴承之间的间隙，减少水平冲击的影响。但是，轴承座和更换柱的水平冲击因素，会引起很多问题，如：稳定油缸反应速度慢，漏油和使用时间减少等。因此，对稳定油缸承的压力问题进行研究意义很大。

2.2 稳定油缸对水平刚度的影响

在轧机的实际工作中，轴承座与立柱之间的间隙能够引起钢咬合处水平冲击力和工作辊的水平振动，只有去除此间隙，才有助于水平冲击力和工作辊的水平振动的幅度的降低。稳定油缸的在生产过程中的有效利用，大大的增加了轧辊的水平动态刚度，也在一定程度上提高了抗振性能和轧制稳定性。机械结构的抗振能力一般由其动态特性来决定，测量的常用方法一般是其动态刚度，其动态刚度增大，表示在一定激振下的振幅就会变小，抗振能力也随之变大。

以轧机机座为例，分析在水平方向的振动情况。计算水平刚度的公式为：水平总刚度=（出口侧的弧刚度×交叉刚度）/（出口侧的弧刚度+交叉刚度）+（液压缸的刚性×入口侧牌坊刚度）/（液压缸的刚性+入口侧牌坊刚度），其中，在设计机械结构以及制造过程中已经确定了交叉刚度和出入口侧牌坊刚度，因此，要实现增加稳定油缸中的压力，就要增加液压缸的刚性。

根据上述分析可以得出：稳定油缸的有效使用，有助于轧机在水平方向上的承载力的增加。

2.3 稳定油缸对对垂直刚度的影响

在轧机生产过程中，对于轧辊轴承座上的稳定油缸，在轧件的厚度变化，辊的偏心率变化和温度不均匀等因素下引起振动时，轴承座与稳定油缸会发生相对移动或相对移动趋势，其相互摩擦也会在垂直方向上产生。这就是轧机垂直振动方向的干摩擦阻尼的增加，这在一定程度上影响弯曲效应和轧制力。

为了便于理论分析，计算出稳定油缸的垂直刚度，在振动理论基础上，其运动微分方程为[M]{}+[C]{}+[K]{x}={Q}，其中：等效质量是M，轧机的等效阻尼为C，刚度为K。为了便于计算，假设0为轧机生产过程中的阻尼，根据守恒原理分析，其最大势能是轧机生产过程中产生振动的最大动能。根据轧机的参数，振动过程中的等效刚度和质量计算如下：①等效刚度K1到K7的数据为：4.87，2.01，5.24，2.30，5.22，3.60，9.89：②等效质量M1到M6数据为 ：108.97，80.01，12.50，12.50，80.12，31.22，使用计算机程序建模，稳定缸和轴承箱之间的摩擦系数为0.1，建模时施加1000kN的力给辊子，横坐标为秒，纵坐标为米，其曲线图就会产生不同的压力。

最终得出：要减少轧机垂直方向的振动幅度，就必须增加稳定油缸的压力；增加轧辊在支撑辊的压力效果明显低于工作辊。

3 导卫设计对轧机生产过程的影响

以某钢厂生产线为例，其设备有七套，主要用于H型钢的生产。由于增加了热轧带，经常会出现轧带划痕的情况，对此，分析生产线轧带导卫的结构，研究导卫设计对轧机生产过程的影响。

3.1 导卫装置设计中出现的问题

3.1.1 截面不对称

在轧机中，顶孔和底孔的形状是不同的，顶孔的类型是平板型，底孔的类型是槽孔的类型。为确保精轧机的导卫装置能够平稳地引导热轧带钢轧机的轧制过程，必须保证它们之间的轧机接触点形状应相同，出入口导卫的设计必须配备两个滑动导卫，在板坯上可以与轧件产生滑动摩擦。在设计中，可能会出现误差，这会产生静摩擦在热轧带钢腿与出口导卫之间。随着热轧带钢的轧制能力增加，静摩擦引起的摩擦会导致导向肋磨损甚至变尖，最终尖肋会破坏轧件，如果带钢轧机在进行轧制，就会发生这种情况。因此，关闭精轧机的导卫装置，必须进行轧机维护，以防对工厂的生产造成不利影响。

3.1.2 热轧过程中轧件的不均匀变形

例如，钢厂在设计进口导卫时，设计师考虑在运输过程中，使用导卫筋板和辊道侧板稳定轧件，以根据预先设定的路径使轧件进入轧机，但在实际运输过程中，轧制部件与弯道的不均匀的力碰撞，导致轧件偏离设计轨道，最终导致轧件卡钢现象，这就需要对精轧机导卫装置的设计进行有效的改进。

3.2 改进精轧机导卫设计的有效方法

设计师对精轧导卫的原始设计进行详细分析，发现原设计中两个筋板的设计存在问题是造成热轧带钢划痕的主要原因，导致精轧机导卫无法完全掌控轧件的运行轨道，使轧件在运行中脱离了原始轨迹。在这种情况下，对精轧机导卫进行了有效的改进。

3.2.1 对导卫准确的计算

根据轧机的运行情况，估算精轧机导卫的参数，包括：选择间隔a1为5mm～15mm，选择间隔b在5mm～15mm之间，选择间隔r在25mm～55mm之间，L是900mm，选择间隔L1在250mm～305mm 之 间，R1=R4，R5=R2+（25～5）mm，R6=R3+（25～35）mm。不同的是，导向板的保护间隔在25mm～35mm之间，因为导卫滑动的摩擦和防护作用，增加过钢量时，导卫底板的厚度可以增加到35mm。另外，导卫侧板的高度是轧制元件的高度加（25～45）mm之和，侧板前端与辊子的距离在102mm～122mm之间。在公式L3=L-L2+L1和之后，添加相关参数，新设计的导卫大小就可以计算出来。

3.2.2 改筋板为平板

取下入口处的两个筋板，改为平板。在原设计中，两个肋条对轧件较低的控制能力，输送辊的侧板可以有效地从上方对轧件的弯曲进行控制，因此在新的导卫设计中，增加两个侧板，以达到轧件轨道运行的目的。

3.2.3 出入口导卫相同

通过对精轧机的入口和出口导卫装置的改变，使其结构相同，通过调整板两侧之间的距离，使入口和出口导卫之间的距离固定，实现控制轧件轨道运行的目标。

4 结语

因此，研究用于稳定热轧机轧制的装置可以有效地提高热轧机的工作效率。根据本文简明分析，对稳定油缸和热轧带钢精轧导卫进行合理的设计，有助于生产过程中轧机的稳定性。