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平整机延长支撑辊服役周期方法研究
发布日期:2015-11-17 阅读次数:1687

  随着钢铁市场的竞争激烈,轧钢生产已转向多品种、高质量、低消耗、高效率和高效益的轨道。轧辊质量和使用技术越来越显示出更为重要的作用。带钢通过平整机进行平整,给带钢施以0.5%—3%左右的小变形,以消除屈服平台、改善力学性能,同时还可以改善板形。带钢平整后被剪成成品钢板或带钢卷,经分选及包装后送往用户。

  某厂1700罩退机组采用普通四辊平整机,在支撑辊服役后期出现生产不稳定的情况,传动侧与操作侧轧制力偏差过高,板形控制困难,时常出现羽痕、边折印等表面质量缺陷,只能通过提前更换支撑辊予以缓解,但同时带来了换辊时间增加和支撑辊辊耗增高的问题。大重量的支撑辊,因其制造时需要大型专用设备,并具有制造周期长,服役使用周期长、使用成本高、异常失效后损失大等特点,在轧钢厂和轧辊厂都属重点管理产品。随着平整机组产量的增加,对支撑辊服役周期长度及服役期内稳定运行的要求越来越高,如何提高支撑辊服役时间,减少辊耗,提高支撑辊服役后期的带钢板形、产品表面质量,降低企业生产成本,提高企业效益,成为该机组亟待解决的问题。

  平整机支撑辊使用现状

支撑辊使用现状

某厂罩退平整机组采用普通四辊平整机,支撑辊辊形为平辊,工作辊辊形为100μm正凸度辊,平整机具备工作辊弯辊和压下倾斜两种板形调控手段。支撑辊服役周期长度以所轧带钢吨位进行统计,工艺技术规程中规定支撑辊服役周期为30000t,但在实际生产时,在支撑辊服役20000t之后,带钢板形质量与表面质量难以控制,常出现单边浪、羽痕、边折印的质量缺陷,为了使生产稳定顺行,提高产品质量,不得不提前更换支撑辊,使得支撑辊服役周期严重缩短,仅为计划的80%左右。

  在支撑辊服役中后期,平整机轧制时传动侧和操作侧出现轧制力偏差过大现象,最大轧制力偏差超过100kN,约为实际轧制力的5%—10%,为了避免因轧制偏差过大导致带钢跑偏、伤辊等问题,当出现较大轧制力偏差时需降速生产,影响机组产能。

  为平辊支撑辊的初始曲线和磨损曲线,支撑辊服役周期约为25000t。由于平整机采用上辊压下模式,上支撑辊磨损较为严重,磨损曲线呈现严重的负凸度辊形,且有单侧不均匀磨损,下支撑辊虽磨损较轻,但也存在类似的负凸度和倾斜磨损现象。正是由于这种不均匀的磨损导致平整机在支撑辊服役中后期出现轧制状态不稳定的现象,导致轧制力偏差大,以及出现的板形、表面等质量缺陷,并最终使支撑辊服役周期缩短。

  原因分析。通过分析某厂罩退平整机组全年的带钢产品宽度规格统计结果,可以看出宽度在1200mm至1300mm之间的带钢占比接近90%,由于大部分产品宽度较为集中,不可避免会出现长期同宽轧制的现象,支撑辊在这一宽度范围内存在长期的局部磨损,这是导致支撑辊中部磨损较大的原因之一。对生产作业计划进行优化能使支撑辊中部磨损有所缓解,但由于产品宽度规格集中,这种优化并不能从根本上解决这一问题。

辊形及工艺参数

罩退平整机采用平辊支撑辊和大凸度工作辊辊形,其中支撑辊端部有长度为50mm,半径1000mm的圆弧倒角,这种辊形配置使得支撑辊中部辊间接触压力更高,磨损更为严重。同时,由于来料板形以中浪为主,又使用凸度工作辊,为了保证出口带钢板形良好,平整机工作辊弯辊力长期处于负弯状态,这使得支撑辊与工作辊中部的辊间接触压力进一步增大,磨损加剧。对平整机的支撑辊和工作辊辊形进行优化,使辊间接触压力分布更为均匀,有利于改善支撑辊中部的局部磨损。

辊系水平度

罩退平整机采用上支撑辊压下模式,下支撑辊通过斜楔调整轧制线高度,下支撑辊传动侧与操作侧的水平度对支撑辊压下倾斜的使用影响较大,这是导致支撑辊出现倾斜磨损的主要原因。由于支撑辊轴承座制造精度的问题,每次更换支撑辊后,下支撑辊传动侧与操作侧水平度均存在较大差异,严重时甚至达到100μm以上。对下支撑辊传动侧与操作侧水平度进行测量与调整将有利于改善支撑辊的倾斜磨损。

  平整机支撑辊改善方案

  辊形曲线优化。支撑辊在轧制时为工作辊提供支撑,支撑辊磨损状态的好坏将直接影响工作辊工作状况,并进一步影响板形、表面等带钢质量。支撑辊和工作辊的初始辊形决定了其辊间接触压力分布,并影响轧制过程中轧辊的磨损状态。

  为了使支撑辊与工作辊的辊间接触压力分布更为均为,减少服役期间支撑辊中部的局部磨损,对平整机的支撑辊和工作辊辊形进行了优化。

  在新的辊形方案中,工作辊辊形采用平辊。同时为了提高平整机的板形控制能力,使平整机的工作辊凸度减小后仍具有与原辊系辊形相当的板形控制能力,新的支撑辊采用VCL辊形技术,在支持辊上磨削特殊的辊形曲线,使得辊系在轧制力的作用下,支持辊和工作辊的辊间接触长度能够与所轧带钢的宽度相适应,消除或减少辊间“有害接触区”,提高承载辊缝的横向刚度,增加轧机对板形干扰因素(包括来料的板形波动和轧制力波动等)的抵抗能力。

  仿真对比分析。辊间接触压力分布的均匀性反映了轧制中轧辊表面磨损分布的均匀性和极端情况下轧辊表面产生剥落的可能性。相对而言,接触压力较大的部位磨损更大,为了追求轧辊表面磨损分布均匀化或者消除磨损对板形的影响,应尽可能的保证辊间接触压力沿辊面长度方向的分布均匀。

  运用有限元软件建立了四辊平整机的仿真分析模型,对两种不同辊形配置下支撑辊与工作辊的辊间接触压力分布进行计算和对比分析。通过分析两种辊形配置下辊间接触压力分布对比结果可以看出,当工作辊为凸度辊、支撑辊为平辊时,对应于轧辊中部的辊间接触压力明显更高,而在新的辊形配置下,辊间接触压力的分布更为均匀,中部区域的接触压力显著下降,这有利于减少支撑辊中部的磨损。

  支撑辊水平度调整。由于支撑辊轴承座制造精度以及斜楔定位精度等问题,平整机每次更换支撑辊后,下支撑辊传动侧与操作侧的水平度均不相同。若不经调整直接轧制,将导致支撑辊单侧磨损严重,轧制力偏差过大,影响支撑辊服役周期。

  因此,在每次更换支撑辊时,采用水平仪测量下支撑辊传动侧与操作侧的水平度,并通过在支撑辊轴承座下方增加垫片的方法对水平度进行调整,以保证下支撑辊传动侧与操作侧

  水平度偏差在10μm以内。

  生产计划优化。支撑辊的磨损相对于工作辊的磨损虽然是一个缓慢的过程,但是在一个较长的换辊周期内,带钢轧制规格多种多样,而各种规格的带钢在轧制时轧制压力、磨损接触面积等均存在较频繁的波动,磨损作为一种系统特性,不是固定不变的,而是在不同的条件下,各种磨损类型交替出现,磨损程度不同。

  为了保证带钢良好的表面质量和较好的板形,不出现“宽窄印”等质量缺陷,均匀轧辊磨损,平整机在轧制过程中应遵循带钢轧制宽度从宽到窄的原则。而在罩退平整机组,由于其非连续生产的特点,生产节奏较慢,操作工在进行生产时有较大的自主权,各个班组更愿意连续生产同一规格的带钢,常常出现一个工作辊服役周期内仅生产一个宽度规格带钢的现象,这对支撑辊的磨损极为不利。

  为此,对平整机的生产作业计划进行了优化,在原料充足的情况下,一个工作辊服役周期内必须保证所生产的带钢宽度规格从最宽到最窄逐步过渡。对于表面质量要求不高的带钢,可以“逆宽”轧制。

  工业生产应用

  优化后的平整机辊形方案自2014年3月开始在某厂罩退平整机组进行工业生产应用,到目前为止共使用了6个辊期,结合支撑辊水平度调整以及生产计划优化,支撑辊服役后期的生产更为稳定,服役周期得到较大提高,磨损更为均匀。

  支撑辊服役周期延长。统计了方案实

  施前后共7个辊期的支撑辊服役周期数据,分析周期数据结果可知,其中,第一次仍采用原有的辊形配置与生产方案,支撑辊服役周期仅为25000t左右。改善方案实施后,支撑辊服役周期最大可达29000t,提高幅度达到56%,比工艺规程中规定的30000t服役周期也提高了接近30%。

  支撑辊磨损改善。通过分析平整机支撑辊磨损改善方案实施后支撑辊的磨损曲线及磨损量,可以看出,采用新的生产方案之后,支撑辊磨损明显改善,在服役周期提高一半的情况下,磨损辊形曲线与初始辊形曲线仍具有较高的相似度,最大磨损量由方案实施前的接近40μm降低为目前的20μm左右,支撑辊服役周期仍有进一步提高的潜力。

同时,由于支撑辊磨损状态的改善,以及下支撑辊水平度调整较好,在支撑辊服役中后期,传动侧与操作侧轧制力偏差仍能保持在30kN以内。

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