森基米尔轧机第一中间辊的板形控制原理与辊形技术

姜东友，刘彦群，曹世运，赵进元，王建，程智慧

（首钢智新迁安电磁材料有限公司 064400）

摘要：森基米尔轧机第一中间辊在整个辊系辊型设定中有着十分重要的地位，文章介绍了森基米尔轧机第一中间辊窜辊装置、板形控制的原理及板形控制局限性，以及辊型设计的优化，说明实际生产中，带钢第一道次第一中间辊窜辊值精确设定的重要意义，同时通过机械图纸简化并推导出第一中间辊窜辊值公式，明确各参数原理和数据波动，使变量因素数据化，进而实现第一中间辊窜辊值的精准设定，对于指导实际生产，提高带钢第一道次启车轧制稳定性有着重要意义。

关键词：森基米尔；第一中间辊；轧制

Shape Control Principle and Roll Shape Technology of the First Intermediate Roll of Sendzimir Mill

JIANG Dongyou,LIU Yanqun,CAO Shiyun,ZHAO Jinyuan,WANG Jian,CHENG Zhihui

(Shougang Zhixin Qian'an Electromagnetic Material Co., LTd. 064400)

Abstract：The first intermediate roll of Sendzimir mill plays a very important role in the setting of the roll shape of the entire roll system. This article introduces the roll shifting device of the first intermediate roll of Sendimir rolling mill, the principle of shape control and the limitation of shape control, as well as the optimization of roll shape design. It explains the importance of accurate setting of the first intermediate roll shifting value in the first pass of strip steel in actual production. At the same time, the formula of the first intermediate roll shifting value is simplified and derived through mechanical drawings, and the principle of each parameter and data fluctuation are clarified, so that variable factors are digitized, and the first intermediate roll shifting value is realized. It is of great significance to guide the actual production and improve the stability of the first start-up rolling of strip steel.

Key-words：Sendzimir; the first intermediate roll; rolling

1 前言

森基米尔轧机以其独特的塔形辊系[1]布局，使其具有良好的刚度和韧性，所轧制的带钢有精密的尺寸精度。目前，国内外的不锈钢、硅钢等硬质合金，冷轧工艺段轧机设备主要是森基米尔轧机，森基米尔轧机辊系辊型技术经过近一个世纪的发展，已经非常成熟，尤其是第一中间辊辊型技术的不断优化，已经实现了更硬更薄材质轧制的不断突破，取得了带钢横向厚差精度的不断提高。但由于轧制工艺复杂、技术含量高，而且轧制过程中会因为轧辊的弹性问题造成压扁和弹性变形，为抵消轧制过程中的弹性压扁和弹性变形，使用森基米尔轧机轧制冷硬板的企业，在长期的生产实践和研究工作中，不断地探索和开发新的第一中间辊辊型、材质及控制技术，以满足市场更高精度的轧制需求。

2 森基米尔轧机第一中间辊窜辊装置

森基米尔轧机工作辊辊径小，易变形，在带钢轧制过程中，工作辊在接近带钢边缘处的挠度剧烈下降，易引起带钢边部减薄。森基米尔轧机采用了一端带锥度并可轴向窜动的第一中间辊。森基米尔轧机的第一中间辊分为上一中间辊和下一中间辊，分别为2个，第一中间辊设有一段或多段的锥角。上一中间辊的锥角在工作侧，下一中间辊的锥角在驱动侧，通过上第一中间辊或下一中间辊的同步轴向窜动，改变边部受力情况以调节板形

[2]。轧机最初所使用的一中间辊为单锥度辊型，即轧辊端部只有一个锥度，通过长期生产、试验摸索证实，多段锥度的第一中间辊调整板形能力更强。

3 森基米尔轧机第一中间辊板形控制

森基米尔轧机板形控制系统主要由板形检测装置、板形调节机构、板形控制和运行模型的计算机组成。其中，板形检测装置(一般为接触式板形测量辊)测出带钢轧后板形，通过补偿模块对所测板形进行相应补偿，需进行的补偿有带钢边部补偿、楔形补偿和测量辊变形补偿。利用人工神经网络或其他板形分解方法，将补偿后的实测板形与目标板形的差值分解为几种标准板形模式[4]，乘以各自的权重因子后相加，再将各板形模式对应的权重因子输入板形数学模型，算出相应板形调节的调整量[5]。对于森基米尔轧机，板形调节的调整量即指上面 4 根支承辊双AS-U各段偏心的调整量（AS-U数值）及第一中间辊的窜辊量和调平调节。执行机构根据给出的调整量对AS-U数值及第一中间辊窜动值和调平值作出相应调节，直至实测板形等于目标板形。

第一中间辊窜辊是一种动态板形调节手段[6]，主要用于在线调节板形。第一中间辊的窜动速度与轧制力的大小成反比，负载越大，允许的窜辊速度就越慢，负载越小，允许的窜辊速度就越大。另外轧制力的大小即载荷又与轧制速度成反比，所以窜辊速度又与轧制速度成正比，轧制速度越快，窜辊速度越快。

在实际生产中，通过第一中间辊窜辊来调节板形要充分考虑窜辊速度和轧制力的关系，设置联锁保护，否则盲目窜辊很可能使轧辊磨损、轴承损坏，更严重时可能会使辊系失稳，造成严重事故。在国内钢厂的森基米尔轧机早期生产实践中，就多次出现第一中间辊窜辊导致的轧辊机械故障现象[7]。

4 森基米尔轧机第一中间辊辊型优化

国外的日本公司在设计多辊轧机单锥度第一中间辊专利时，阐述了多辊轧机的锥度轧制法，使用不同的单锥度第一中间辊控制带钢边降和边部板形，一般将森基米尔轧机第一中间辊锥身斜率值K设置在一定范围，如下：

K==1～3‰                         (1)

式中：K为第一中间辊锥身斜率值，H为锥高，L为锥长。

这种辊型的优点是锥度值简单，容易磨削，缺点是锥度部分与圆柱过渡处容易磨损，容易形成高次浪形。而国内同行杨华国等[8]，提供一种森基米尔轧机第一中间辊辊型，通过在森基米尔轧机第一中间辊端部设置双锥度段，以消除因单锥度辊锥度与圆柱过渡处容易磨损造成的带钢边部出现高次浪形的缺点，辊体的端部由内到外依次设有第一段锥度和第二段锥度，所述的第一段锥度斜率值小于第二段锥度斜率值，第一段锥度斜率值K1为0.5～1.5‰，第二段锥度斜率值K2为1～3‰[8]，不但消除辊系边部的急剧弹性压扁、弹性变形，提高了森基米尔轧机的轧制板形控制能力，而且带钢边部不会出现高次浪形，降低带钢横向厚差，整个轧制过程稳定、顺行、高效。

在实际生产中，根据轧制带钢板宽的不同，需设计不同锥身长度的第一中间辊来轧制带钢。通过对不同辊型调节效果分析,以多锥度代替单一锥度,并实现平滑过渡,可增强板形调节能力,而且带钢边部不会出现高次浪形，降低带钢横向厚差，实现以较小的窜辊量调节较大边部浪形的效果。同时考虑辊型加工的简单、可行、易磨削，通过轧制实践也发现，适当提高森基米尔轧机第一中间辊辊身硬度，增加锥型部分耐磨性，在保证板形控制能力的同时，能大幅度提高第一中间辊轧制公里数。

5 森基米尔轧机第一中间辊窜辊值设定

森基米尔轧机第一中间辊启车值即为轧制第一道次启车时第一中间辊的轴向窜动量，表现为第一中间辊的有效平面量。为了更加直观化，在轧制中经常把其转化为第一中间辊轧辊锥角部分距带钢边部距离B，对于不同的钢种、规格、轧制工艺，在轧制过程中所需设定的第一中间辊窜动量是不同的，根据长期生产、试验摸索，第一中间辊的启车初始设定值B在30～150之间较为合适，基本能够保证在轧制过程中收缩调节。而在现实生产中，根据轧制规格、来料情况、工艺设定等出现的偶然情况，以及轧辊磨削精度问题，轧制调节时，第一中间辊窜动值B可能出现异常调节，需扩大可调节范围。实际生产发现，带钢第一道次第一中间辊窜辊值的设定，同轧制力一样重要，直接影响带钢第一道次启车轧制稳定性，当轧制塑性较差的高硅产品时（Si 的质量含量大于3.0％），因为第一中间辊窜辊值的设定不合理，频繁出现第一道次启车带钢卷取脆性断裂和跑偏断带伤辊，影响轧机生产节奏，增加了断带损耗，同时断带给现场作业人员带来安全风险等，因此精准的第一中间辊窜辊值设定，直接关系着带钢第一道次启车轧制稳定性，且显得尤为重要。

6 结语

森基米尔轧机第一中间辊技术，在不断地更新优化发展，窜辊装置稳定性、精准性、实时性不断增强，锥身多段辊型的优化，提高了带钢边部板形的控制能力，随着森基米尔轧机第一中间辊辊身耐磨材质的开发应用，增加了锥型部分耐磨性，在保证板形控制能力的同时，能大幅度提高第一中间辊轧制公里数，提升使用周期。森基米尔轧机第一中间辊技术并不是单一存在的，结合支承辊芯轴径向凸度调节技术，第二中间辊从动辊凸度辊型，工作辊凸度辊型，工作辊单侧锥度辊型等的开发优化使用，森基米尔轧机板形控制能力不断提升，不仅提高了带钢轧制的稳定性，实现了更硬更薄材质轧制突破，而且取得了带钢横向厚差控制精度的不断提高，满足市场更高精度带钢的轧制需求。

参考文献

[1] 张清东. 20辊森吉米尔轧机辊系稳定性研究[J]．重型机械，2007，NO.6：19～25

[2] 张清东.二十辊森吉米尔轧机板形调控性能仿真研究[J]．轧钢，2013，30 (3)：1～6

[3] 潘纯久.二十辊轧机及高精度冷轧带钢生产[M].北京:冶金工业出版社，2003.

[4] 李华.模糊控制在二十辊轧机板形控制上的应用[M].武汉钢铁(集团)公司研究院，湖北武汉，430080

[5] 王崇涛．森吉米尔轧机的板形控制[J]．轧钢，2005(4)：14-23.

[6] Yu Hailiang，Liu Xianghua，Lee G T. Contact element method with two relative coordinates and its application to prediction of strip profile of a sendzimir mill [J]. ISIJ International，2007, 47(7): 996～1005

[7] 森吉米尔轧机操作维护说明书（上）, 武汉钢铁公司硅钢片厂，1976.11

[8] 杨华国. 二十辊轧机第一中间辊[P].中国专利:201423384Y,2010-03-17.

[9] 张连军、张清东、于孟. 20辊森基米尔轧机板形调控性能研究.冶金设备，2008.

[10] 王国栋．板形控制和板形理论[M]，北京：冶金工业出版社．1986

作者简介：姜东友 1985年11月17 男 安徽阜阳 汉 研究生 工程师 首钢智新迁安电磁材料有限公司 研究方向:金属材料加工