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1、1 多辊轧机冷轧技术概述冷轧钢带的轧制最初是在二辊、四辊轧机上进行的。随着科学技术和工业的发展，需要更薄的带材，原有的四辊轧机已经不能满足这一要求，因为四辊轧机的轧辊直径比较大，轧制时轧辊本身产生的弹性压扁值往往比所要轧制的带材厚度还要大。轧辊的弹性压扁，在单位压力相同时，与轧辊直径成正比。当轧辊材质一定时，要减小轧辊的弹性压扁值，就必须缩小辊径；而轧辊辊径的减小，相应又会出现轧辊刚度不够的问题。为了解决这一对矛盾，便出现了既具有小的轧辊直径，同时又具有良好刚度的塔形支撑辊系的新型结构轧机多辊轧机。 最初出现的多辊轧机是六辊轧机，接着发展为十二辊轧机、二十辊轧机。图 11 为六辊轧机、十二辊轧
2、机、二十辊轧机的辊系配置示意图。为了获得厚度不大于 0.001mm 的极海带，还出现了工作辊直径为 2mm 的二十六辊轧机，工作辊直径为 1.5mm 的三十二辊轧机和三十六辊轧机，其辊系配置示于图 1-2。在多辊轧机的发展过程中还出现过一些复合式多辊轧机，其辊系配置示于图 1-3。另外，还有诸如 MKW(偏八辊)轧机、 “Z(十八辊)轧机、CR(十二辊)轧机等形式的多辊轧机，其辊系配置示于图 14。在诸多的多辊轧机类型中，以二十辊轧机发展得最为完善，使用得最多、最广泛。二十辊轧机亦有多种形式。 MKW 轧机和“Z轧机的辊系可以转换成四辊辊系，也可以将四辊轧机改造成 MKW 轧机和“Z轧机。图
3、1-1 六辊、十二辊、二十辊轧机辊系配置图a-六辊轧机；b-十二辊轧机；c-二十辊轧机图 1-2 二十六辊、三十二辊、三十六辊轧机辊系配置图a-二十六辊轧机；b-三十二辊轧机；c-三十六辊轧机图 1-3 复合式多辊轧机辊系配置图a- 八辊轧机；b-十二辊轧机；c-九辊轧机b-图 1-4 偏八辊、 “Z”、CR 轧机辊系配置图a-MKW 轧机(偏八辊轧机)；b-双偏八辊轧机(十六辊轧机)；c-“Z轧机(十八辊轧机)；d-CR 轧机(十二辊轧机)图 1-5 三十辊轧机辊系配置图20 世纪 80 年代初我国自行研制成功了三十辊轧机。图 15 为该轧机的辊系配置图。轧机工作辊直径 2mm，背衬轴承直径
4、 26mm，轧制金属及合金，轧制成品最大宽度 45mm，最小厚度 O.001mm。现已轧出 O.O008mm40mm 极薄钛带。11 多辊轧机的用途多辊轧机的用途主要有以下三个方面： (1)轧制高强度的金属和合金薄带材。用四辊轧机冷轧高强度薄带材，不但不经济，而且在许多情况下在技术上还不可能达到。比如，铬镍不锈钢 1Crl8Ni9Ti，在变形程度为 80时的拉伸强度达 1840MPa，而碳的质量分数 w(c)为 008的优质结构钢 08F，在 80变形率时的强度极限仅为696MPa。可见，在其他条件相同的情况下，轧制合金钢的变形功要比轧制碳素钢时大得多。为了减小变形抗力，可以采用中间退火(或淬
5、火)、减小工作辊直径或减小道次压下量等办法实现。显然，采用中间退火(或淬火)及减小道次压下量的方法是不经济的，并且不可能轧到很薄的成品厚度，而采用减小工作辊直径的办法，即采用多辊轧机则是合适的。(2)轧制极薄带材。轧机的最小可轧制厚度受工作辊直径的限制，往往轧辊的弹性压扁值可以同带材的厚度相比拟，当工作辊本身的弹性压扁值大于轧件厚度时，就妨碍其继续压下。轧辊的弹性压扁，在单位压力相同时，与轧辊直径成正比。当轧辊材质一定时，要减小轧辊的弹性压扁值，就必须减小辊径。为了经济而可行地轧制薄带和极薄带材，必须采用直径尽可能小的工作辊。在四辊轧机上采用小直径工作辊不能保证它们在轧制方向上的稳定性和补偿用
6、小辊径而降低的侧向刚度。塔形辊系的多辊轧机很好地解决了使用小直径工作辊的技术问题。(3)轧制高精度带材。现代四辊轧机(包括 VC,HC,UC,HCW,CVC,UPC,PC 等轧辊为简支梁结构的轧机)，在控制带材的厚度精度和平直度方面采取了各种有效措施，并取得了很大成绩。20 世纪 60 年代至 70 年代中期，由于液压压下厚度自动控制(HAGC)技术的采用，带材纵向厚度精度得到了明显的提高。但是，由于现代四辊轧机的支撑辊辊子数量少，支撑辊支点间的距离大，因此产生挠度大。为了进一步增大轧辊的刚度，四辊轧机支撑辊的长度 L 与直径 D 之比值已经接近于 1，甚至小于 1 。因此，带材横向厚度(或称
7、横截面)和平直度 (或称板形 )的控制很困难，并且不是随意的(见图 1-6)。多辊轧机，特别是二十辊轧机，支撑辊数量多，轧制负荷通过辊系的许多支点传给机架(部分钳式轧机除外)，因此，轧机辊系的刚度较大；支撑辊的长度与心轴直径比 LD 轴达 5.230，钢带横向厚度可以用多点调节支撑辊心轴的曲线来控制，调节非常方便、可靠，从而轧制出横向精度非常高的带材。图 1-6 二十辊轧机与四辊轧机结构特点比较图a- ZR-33WF-18二十辊轧机；b-250mm/600mm550mm 四辊轧机1.2 多辊轧机的特点与一般冷轧机相比，多辊轧机具有许多优点，其中主要有： (1)工作辊径小。多辊轧机的最大特点之一
8、就是采用小直径的工作辊。轧机的辊子数越多，工作辊直径可以越小，轧制带材厚度就越薄。例如：十二辊轧机(ZRl5 型)的最小工作辊辊径为 12mm，可轧成品厚度 O.01mm；二十辊轧机(WV20S 一 55 型)的最小辊径为 5.5mm，可轧成品厚度 O.0015mm；二十六辊、三十二辊及三十六辊轧机的工作辊直径分别为2mm、1.5mm 及 1.5mm，能够轧制 O.001mm 厚的带材。辊径与带材厚度的关系可以用下式表示：式中 D 工作辊直径，mm； E 轧辊弹性模量，Pa； hmin带材最小可轧厚度，mm； 轧辊与带材间的摩擦系数；K1.15s，Pa；s材料的屈服强度，Pa；由带材张力产生的
9、应力，Pa，并有：=(o+1)/2o后张力，Pa；1前张力，Pa。由上式可以看出，轧制带材的最小可轧厚度与轧辊直径成正比。因此，可以用小直径的、多辊轧机生产用四辊轧机无法轧出的极薄带材。 工作辊径小，轧制压力也小。轧制时，被轧带材对轧辊的总轧制力 P 可用下式计算：P-Fp (1-2)式中 P平均单位压力，Pa； F接触面积，mm 2。对于简单的轧制情况，当工作辊直径相同时，轧件对轧辊的接触面积可用下式计算：式中，B带材宽度，mm；R轧辊半径，mm；h绝对压下量，mm。从式 1-3 可以看出，接触面积与轧辊半径的平方根成正比。当带材宽度、压下量相同时，辊径越小接触面积也越小。从式 1-2、式
10、1-3 可以得出：轧辊直径的减小导致变形区接触面积减小，从而使轧制力减小。在轧制条件相同的情况下，二十辊轧机的轧制压力约为四辊轧机的 1314。表 1-1 列出了在 215mm560mm450mm 四辊冷轧机及 ZR-33WF-18二十辊森吉米尔冷轧机上，将 3.0mm350mm 的 08F 钢卷轧到 O.354mm 厚的成品，在相同轧制条件下的轧制压力和能耗比较(详见附表 1、附表 2)。表 1-l 四辊轧机与二十辊森吉米尔轧机轧制力及能耗比较表道 次 1 2 3 4 5 6 7 8 9带厚mm 2.25 1.80 1.45 1.17 O.95 O.76 O.60 O.47 O.345压下量
11、/mm 0.75 0.45 O.35 O.28 O.22 O.19 O.16 0.10 O.116压下率/ 25.O 20.O 19.44 19.31 18.80 20.OO 21.05 21.67 24.68总压下率/ 25.0 40.O 51.67 61.00 68.33 74.67 80.OO 84.33 88.20入口张力/kN 5.1 38.6 55.6 54.7 54.2 53.8 49.6 45.3 41.9、出口张力/kN 38.6 55.6 55.6 54.7 54.2 53.8 49.6 45.3 41.3轧制速度/ms-1 1.50 2.05 2.10 2.30 2.90
12、 3.30 3.60 3.80 3.80四 辊 1738 1659 1660 1630 1521 1442 1385 1297 1276轧制力/kN二十辊 581 522 502 481 435 405 380 337 312四 辊 187 209 224 217 227 230 223 201 188主电机功率/kW 二十辊 200 210 222 215 222 223 216 186 166轧制压力的减小，会减小轧辊挠曲变形；相应地也会减小轧辊与带材间的摩擦发热和轧辊的磨损。工作辊径小，轧制变形区长度小，在给定的轧制压力下可增大压下率，在具有较大带材张力的情况下，可获得大的道次压下率(达
13、 60)，总的压下率可达 90以上；工作辊径小，工作辊弹性压扁小，允许无中间退火或淬火，可以较少的轧制道次轧制难变形金属及合金薄带材。工作辊径小，变形区小，摩擦阻力小，带材的宽展也随之减小，这样会减少某些带材裂边趋势。 (2)塔形辊系。 塔形辊系是多辊轧机结构的另一大特点。塔形辊系使轧制压力呈扇形传递给外层支撑辊。塔形辊子层数越多，即辊子数越多，外层支撑辊承受的轧制压力就会越小，轧辊的挠曲变形量就越小。 塔形辊系结构能够很好地保证小直径工作辊在垂直平面和水平面内具有较大的刚度和稳定性，从而保证轧制的稳定性，减小轧辊挠曲变形量。(3)多支点梁支撑辊结构。一般冷轧机仅通过简支梁结构的支撑辊辊颈将轧
14、制力传递给轧机机架的两片牌坊；而大多数的多辊轧机，是将轧制力经多支点支撑梁结构的外层支撑辊通过鞍座均匀地传递给机架。由于工作辊较小，因而产生的轧制压力也较小；较小的轧制压力，经塔形辊系将其呈扇形分散到外层支撑辊，再通过鞍座均匀地传给牢固的机架。因此，轧机刚度较大，轧辊挠曲变形较小，加上多辊轧机具有的特殊的径向及轴向辊型调节系统，从而可以轧制高精度的成品带材。 (4)轧机体积小、质量轻。多辊轧机体积小、质量轻。与四辊轧机相比，二十辊轧机的质量大致为前者的 13，设备总质量约为前者的一半。因此，多辊轧机可减少车间生产面积，降低车间高度，减小天车起重吨位，减小磨床及其他辅助设备的吨位，从而减少基建投
15、资；另外，工作辊径小，更换十分方便，可以减少辅助时间，提高生产率；工作辊有效利用率高，并在经济上有理由采用硬质合金工作辊，生产成本降低。例如：ZR-33WF-18森吉米尔二十辊轧机，工作辊辊径使用范围为 47.9629.18mm，有效利用率达 63。正是由于多辊轧机的上述特点，也随之带来设备制造、安装调整的复杂性；辊系的冷却比较困难，限制了轧制速度的提高。目前二十辊轧机的设计最高轧制速度为1067mmin(1959 年 WF 公司 ZR21-44轧机，轧制马口铁)；生产中出现断带时，机内带头不容易清除；在轧制过程中，支撑辊轴承的摩擦功率损耗、轧辊滚动功率损耗和由于接触辊子数多引起的空程功率损耗
16、，特别是在轧制极薄带材时，这些无用的有害功率损耗大，致使轧制总功率消耗与四辊轧机比较相差不多。13 多辊轧机的发展概况多辊轧机以其工作辊直径小、轧机刚度大的特点而得到不断发展和完善。最初出现的多辊轧机为六辊轧机。但是，由于轧辊数量少，工作辊作为传动辊，并且在结构上受到两个支撑辊间隙的限制，工作辊辊径的减小受到限制，因而使用较少。此后，在六辊轧机的基础上产生了十二辊、二十辊、三十辊、三十二辊、三十六辊等多辊轧机。为了减小六辊轧机工作辊直径，并增大辊系刚度，在六辊轧机支撑辊外安装 6 个支撑辊，便得到了十二辊轧机；进而在十二辊轧机支撑辊外安装 8 个支撑辊，便得到了二十辊轧机；在二十辊轧机的基础上增加 10 个支撑辊，可以得到三十辊轧机。 十二辊、二十辊轧机有多种结构形式。131 罗恩型钳式多辊轧机19
