现代单(双)机架四辊可逆式冷轧机生产技术发展.PDF

综 述 现代单双机架四辊 可逆式冷轧机生产技术发展 李 天 棋 武汉钢铁设计研究院,湖北 武汉 430080 摘 要分析了现代单双机架四辊可逆式冷轧机生产以提高生产力、扩大产品品种规格、提高产品质 量和提高自动化装备水平为中心,比传统四辊冷轧机的技术装备水平明显提高,生产技术有了很大发展, 并举出4个典型实例。 关键词四辊冷轧机;单机架;双机架;现代化 中图分类号 TG33317 2 文献标识码 A The development of the modern single double stand 4 - h reversing cold rolling mill LI Tian - qi Wuhan Iron single stand; double stand; modernization 1 概述 四辊可逆式冷轧机是生产冷轧板带典型的传 统轧机。据1979年5月统计资料,世界上当时 共有这种可逆式冷轧机159台森吉米尔轧机除 外。其中,美国39台,日本25台,西德16 台,意大利8台,法国10台,英国6台。此后 一段时间内,世界主要产钢国家仅对原有四辊可 逆式冷轧机进行改造,很少再建这种冷轧机,新 建轧机主要在第3世界内进行。 80年代末以来,随着世界小钢厂的发展, 尤其是薄板坯连铸连轧技术的发展及对热带深加 工的需要,四辊可逆式冷轧机成为板带小钢厂热 带深加工的主要生产设备。其装置技术水平不断 发展提高。现代串列式冷轧机及全连续冷轧机上 的现代化技术,也用于可逆式冷轧机上。并且, 双机架四辊可逆式冷轧机也得到发展。现代四辊 可逆式冷轧机的生产及装备技术水平远远超过传 统的四辊可逆式冷轧机。 2 生产技术发展及装备技术特点 现代四辊可逆式冷轧机的生产技术发展,以 提高生产力、扩大产品品种规格、提高产品质量 和提高自动化装备水平为中心。 211 提高生产力 目前世界小钢厂建设的现代单机架四辊可逆 式冷轧机,年产量一般为30～40万t ,最高达 80～90万t。如分别为1997、1999年投产的伯 克利、希克曼单机架四辊可逆式冷轧机,设计年 产量均为80万t ; 1997年底投产的戴拉米克双 机架可逆冷轧机,设计年产量为90万t ;计划 2000年投产的哈特勒得双机架可逆式冷轧机, 设计年产量为100万t。这比60年代前建设的单 机架四辊可逆式冷轧机产量高出数倍至数十倍。 收稿日期 1999 - 07 - 19 作者简介李天棋1939～ , 男汉族 , 湖南常德人,工程师。 83 轧 钢 STEEL ROLLING 2000年4月 第17卷 第2期 Apr. 2000 Vol117 No12 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 那时有的冷轧机设计年产量只有1万t左右,最 高设计年产量只有20万t左右。 要提高冷轧机的生产能力,主要应提高轧制 速度,增大带卷重量,减少轧制道次和提高轧机 作业率。 1提高轧制速度 60年代美国单机可逆冷轧机的设计速度为 240～360m/ min ,最高为600m/ min。而今,希 克曼单机可逆冷轧机的最大设计速度为1220m/ min ;戴拉米克双机架可逆冷轧机最大设计速度 为1490m/ min。轧机速度的提高,为提高轧机 产量创造了有利条件。而轧机速度的提高建立在 稳定的速度调节、压力调节和张力调节等电气自 动控制的基础上,建立在设备的强度、刚度及强 大功率的基础上。现代化冷轧机具有高度自动化 功能和强大的主传动功率。如希克曼单机可逆冷 轧机主传动功率达16443kW ,戴拉米克双机架 可逆冷轧机的主传动功率为18900kW ,大大超 过传统四辊可逆冷轧机的主传动功率。 2增大卷重,减少轧制道次 轧机速度的提高,为增大带卷重量创造了条 件,从而有利于提高轧机产量。 60年代前美国单机可逆式冷轧机的带卷重 量一般为5～10t左右,个别为15t左右。 现代四辊可逆冷轧机的卷重普遍加大到30t 左右。日本个别厂单机可逆冷轧机的最大卷重达 42t ,单位宽度卷重达2213kg/ mm。 增大卷重,不仅有利于酸洗操作,也有利于 轧制操作,因而提高了轧机的操作速度,缩短了 带卷的纯轧时间;并相对缩短了轧制周期中的辅 助时间,提高了机时产量。同时,相对减少了穿 带次数和因穿带而发生的事故,因而有利于提高 轧机作业率。另外,卷重增加,相对减少了穿带 和抛尾次数,增加了稳定轧制时间,也利于提高 产品质量。 为了提高机时产量,现代四辊可逆式冷轧机 注意选择适宜的原料厚度,以减少不必要的轧制 道次。如希克曼厂全部产品安排3道次轧制,并 在第1道次就采用高速轧制,使生产率大为提 高。 3提高轧机作业率 现代四辊可逆式冷轧机采用快速换辊装置, 使换工作辊时间缩短到5～10min ;而传统四辊 可逆冷轧机采用C型钩或平衡锤换工作辊,换 辊时间近1h。 现代四辊可逆式冷轧机实现了自动控制,提 高了设备和操作的可靠性,减少了停工时间,从 而提高了作业率。 此外,现代四辊可逆冷轧机与串列式和连续 式冷轧机比较,操作灵活,相互影响小,因而轧 机作业率比串列式和连续式冷轧机提高4 ～ 10 。 212 扩大品种规格范围,提高产品质量 由于四辊可逆式冷轧机操作灵活,因而适合 生产多品种、多规格产品,除生产普通冷带外, 更适于生产优质钢带或合金钢带,并可满足某些 产品特殊工艺性能的要求,在产品规格上更具有 灵活性。现代四辊可逆冷轧机生产的产品品种, 可以满足汽车、家电、轻工仪表、建筑、交通、 农业等方面的要求。其产品规格范围进一步扩 大,厚度为0125～210mm。如伯克利厂最薄带 钢厚为0125mm;希克曼及戴拉米克厂最薄带钢 厚0138mm;我国海南冷轧厂生产最薄带钢规格 为0122～0125mm ,其015mm以下的薄规格比 例曾高达80 以上。带钢宽度一般为900～ 1700mm。 现代四辊可逆冷轧机轧制的产品质量尺寸 公差、板形及表面质量达到的水平如表1所 示。 表1 现代四辊可逆冷轧机的产品质量 厚度公差 厚度范围 / mm 稳态公差 / 加、减速 公差/ 整卷长度 公差/ 012～01501005 mm0101 mm95以上 0151295以上 平直度公差 宽度范围 / mm 稳态公差 / I 加、减速 公差/ I 整卷长度 公差/ 609～914102095以上 914～1549122495以上 带钢表面质量 最大残油量/ mgm- 2最大铁粒残量/ mgm- 2 100 50 213 技术装备特点 现代四辊可逆式冷轧机的技术装备如下。 1液压压下和AGC控制 现代四辊可逆式冷轧机采用液压压下和 AGC控制。因此整个带钢长度上的尺寸精度大 大提高。并且,轧机的驱动系统采用可控硅 SCR控制,有效地改善了响应速度的稳定性, 93第17卷 第2期 李天棋现代单双机架四辊可逆式冷轧机生产技术发展 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 使板厚控制精度大大提高。AGC控制方式设有 位置环、压力环、张力环、监控环、预控环、加 减速动态补偿、轧辊偏心补偿系统等。 2正负弯辊装置 正负弯辊装置用来增加或减少轧辊凸度,二 者均能迅速调整轧辊凸度,以控制带钢板形。 3分段冷却装置 在轧机入、出口两侧设有乳化液喷射装置, 一般工作辊喷射系统分为5段,支撑辊喷射系统 分为3段。各段乳化液冷却剂流量按抛物线进行 分配,最大喷嘴设在中央。流量可自动或人工调 节。分段冷却装置与正负弯辊装置配合使用,可 控制带钢板形。 4采用快速换辊装置 换辊时间仅为套筒、C型钩的1/ 6～1/ 12。 5轧机前后配有测厚仪 以检测带钢入、出口厚度,供前馈和反馈 AGC控制或自适应前馈AGC控制秒流量速度 控制 , 并可用测厚仪改善板形特性。 6计算机控制及自动化功能 70年代初,可逆式冷轧机开始引入计算机 控制。现代四辊可逆式冷轧机生产线上的控制系 统已全部采用计算机,实现直接数字控制。海南 四辊可逆式冷轧机配置3台自动控制用计算机 1台用于自动厚度控制系统、轧制表计算和存 贮、SPC统计数据系统等; 1台用于基础逻辑控 制PLC ,完成轧制线上的控制;第3台为兼 容计算机,主要用于编程、修改、查找故障等, 并可离线开发轧制表。 7可控硅SCR供电 60年代中期,轧机驱动系统逐步采用可控 硅SCR供电,以取代电动-发电机组供电。 现代四辊可逆式冷轧机已全部采用可控硅供电, 有效地改善了响应速度的稳定性,从而改善并提 高了控制精度。 8双机架四辊可逆式冷轧机 在对单机架四辊可逆式冷轧机不断进行改 进、提高、完善的同时,也发展了双机架四辊可 逆式冷轧机。它具有占地少、节省设备的优点, 1台双机架紧凑式可逆冷轧机的占地面积几乎与 1台单机架冷轧机占地面积相当。与2台单机架 轧机比较,可以减少1台开卷机、2台卷取机及 相应的电气设备,并可减少操作人员。但在操作 上, 1台双机架轧机不如2台单机架轧机灵活; 而且就目前设计产量上看, 1台双机架轧机为90 ～100万t ,而1台单机架轧机也高达80～90万 t ,两者各有其特点。目前世界上有2台双机架 四辊可逆式冷轧机,美国戴拉米克厂及哈特勒得 厂各1台。 214 配套机组的技术发展 与四辊可逆冷轧机组工序配套的机组有酸洗 机组、退火机组、平整机组、剪切机组等。 1推拉式酸洗机组 从生产规模及经济角度考虑,与四辊可逆式 冷轧机工序配套,推拉式酸洗机组是最佳选择之 一,且能满足酸洗质量要求。 与连续式酸洗机组比较,推拉式酸洗机组具 有设备组成简单、设备重量轻、占地面积小、投 资省的特点,并且操作简单,灵活,适合中、低 产量的工厂选用。 目前这种机组最大酸洗速度为180～200m/ min。机组最大设计产量为80～90万t。 2全氢罩式退火炉 因连续退火炉一次性投资大、产量高,因此 四辊可逆式冷轧机一般选用全氢罩式退火炉,且 罩式炉台数量增减较方便。 全氢炉与氮、氢气体混合型罩式炉相比,具 有退火产品质量好、能耗低、产量高的优点。因 此,全氢罩式退火炉是现代四辊可逆式冷轧机组 的主要退火配套机组。 此外,与现代四辊可逆式冷轧机配套的平整 机组及剪切机组,无论设备本身,还是电气自动 控制技术,都有很大发展。 215 现代四辊可逆冷轧机的典型实例介绍 现代四辊可逆式冷轧机的典型介绍见表2。 3 结语 四辊可逆式冷轧机是生产冷轧板带典型的传 统轧机, 60年代美国曾大量建设这种轧机,其 它国家在60～70年代也曾建设了一批这种轧机, 此后一段时间内建设甚少。 80～90年代,随着世界小钢厂的发展,尤其 是薄板坯连铸连轧技术的发展及热带深加工的需 要,四辊可逆式冷轧机成了与CSP工艺配套生产 高质量冷轧产品的首选机型之一。机组的装备水 平及产品质量远远高于传统的四辊可逆冷轧机。 04 轧 钢 2000. 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 表2 现代四辊可逆式冷轧机典型实例 工艺设备参数美国伯克利厂美国希克曼厂美国印第安纳厂美国戴拉米克厂 机架数量单机架单机架单机架双机架 轧机形式四辊可逆式四辊可逆式冷轧兼平整机四辊可逆式二手紧凑式四辊可逆式 投产日期1997 - 08 - 031999一季度1990年左右1997 - 12 年设计能力/万t80冷轧 80 ,平整 1316311590 成品规格/ mm0125～11931168～1676 0138～1190915～16250140～11561250～1350 0138～2118914～1625 原料规格/ mm1102～31811168～1676 1127～4100915～16252180～41501250～1350 1152～3196914～1625 最大卷重/ t36122910-29 工作辊直径/ mmΦ295～Φ360Φ432～Φ483Φ380～Φ4501700Φ4401875 支撑辊直径/ mmΦ1320～Φ1435Φ1280～Φ1425Φ1250～Φ1350Φ12501625 轧机最高速度/ mmin - 1 80012207001490 轧机特点前馈自动厚度控制; CVC 轧辊移动;自动板形控 制,多段冷却;轧辊弯辊 和板形仪, 2台X射线测 厚仪;钢卷进出轧机采用 6卷位步进梁 长行程液压AGC ,长 行程工作辊移动;工作 辊正负弯辊;闭环板形 控制;轧辊热凸度控制 1987年由西德购进, SMS 将1422mm改成1700mm 四辊可逆冷轧机。1990年 投产后进行一系列改造, 1996年产量超过70万t , 还可轧薄规格产品 轧机配套机组 酸洗机组型式推拉式推拉式推拉式连续式 年设计能力/万t8088-130 140 酸洗规格/ mm1102～61351168～172701889～61096-0176～4144990～1625 机组最高速度/ mmin - 1 182--182 罩式退火炉全氢式全氢式全氢式全氢式 最大装炉量/ t200 5卷--115 最大装料高度/ mm6500--5664 处理品种CQ、DQ、SQ、 半硬、1/ 4硬--- 平整机型式四辊平整剪切线四辊 平整机最高速度/ mmin- 11094--1193 热镀锌线1条1条1条2条 年设计能力/万t4050- 40 热带为主、 30 冷带为主 原料/ mm热、 冷轧卷 厚0125～2166--0138～4126914～1625 宽914～1676--0138～1177914～615 最大卷重/ t22165--29 机组速度/ mmin - 1 182--- 当前建设100万t规模以下的冷轧厂,选择 单机架或双机架四辊可逆冷轧机,配有推拉式酸 洗机组、全氢罩式退火炉、平整机组及剪切机 组、热镀锌机组,是最经济实用的方案。 印第安纳单机架四辊可逆冷轧机系50年代设 备,经现代化改造仍取得高效率,很值得借鉴。 2000年轧钢会议简讯 会议名称,联系人,规模,时间,地点。 1 国内学术会议 ① 轧钢生产技术交流会,中国金属学会, 250人, 4月25日,鞍山;② 板带质量控制研讨会,中国金属学 会, 100人,下半年;③ 连铸连轧青年科技人员学术交流会,北京科技大学连铸委员会, 100人,四季度;④ 线 材学术会,宝钢上钢二厂王嘉琪, 80人,三季度,上海;⑤轧钢青年工作会,唐钢、武钢牟文恒, 50人,武 汉;⑥ 金属制品学术会, 60人;⑦ 深加工学术会,北京科技大学高效轧制中心唐荻, 60人;⑧冷轧板带学术 会,宝钢冷轧厂, 40人,三季度,上海;⑨ 中厚板技术交流会,轧钢学会、情报网, 80人,三季度,济南;⑩ 焊管学术会,锦西钢管厂, 60人,三季度;λ ϖ中小型轧钢设备技术研讨会,北京钢铁设计研究总院,陈南宁, 50人,四季度,马鞍山;λ ω 小型材学术交流会,马鞍山钢铁设计院王守容, 100人, 10月左右,成都。 2 国际学术会议 ①ISS钢铁年会, 9月,美国, 5人;②2000年亚洲钢铁大会, 9月26日,北京。 14第17卷 第2期 李天棋现代单双机架四辊可逆式冷轧机生产技术发展 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. 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