1前言
1.1原來(lái)軋機(jī)存在的問(wèn)題
上世紀(jì)70年代后，因鋼板軋機(jī)采用了液壓壓下技術(shù)而提高了鋼板長(zhǎng)度方向的板厚控制精度，但卻又產(chǎn)生了鋼板形狀不良、在寬度方向中（間）凸（起）的問(wèn)題。具體而言，是在原來(lái)的4輥軋機(jī)上，因支承輥（backuproll）和工作輥（workroll）圓筒長(zhǎng)度比所軋鋼板寬度更大，軋制負(fù)荷會(huì)使軋輥產(chǎn)生撓曲，從而使鋼板發(fā)生波浪邊的板形不良和鋼板寬度方向的中凸，這不但會(huì)影響最終產(chǎn)品質(zhì)量，且會(huì)造成中間制品板卷之后的穿引操作困難。
1.2解決方案及新型軋機(jī)開(kāi)發(fā)
在上世紀(jì)70～80年代，業(yè)界針對(duì)上述問(wèn)題提出了以下多種板形控制軋機(jī)的解決方案：
?。?）軋輥彎曲（rollbent）含工作輥彎曲、雙重校對(duì)彎曲、新型支承輥中凸、平面度自由控制軋機(jī)等；
?。?）軋輥移動(dòng)（rollshift）含工作輥移動(dòng)、連續(xù)中凸可變軋輥軋機(jī)等；
?。?）軋輥雙重交叉（rollpaircross）軋機(jī)；
?。?）軋輥冷卻（rollcooling）軋機(jī)；
?。?）軋輥在線（on－lineroll）研磨軋機(jī)。
在對(duì)以下軋機(jī)及相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)中，日本鋼鐵界和設(shè)備制造業(yè)界的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用都極為成功。現(xiàn)概要介紹對(duì)其HC（highcrowncontrol）軋機(jī)和PC（paircrass）軋機(jī)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。
2HC（即高中凸控制）軋機(jī)的開(kāi)發(fā)
2.1HC軋機(jī)的原理及特點(diǎn)
在原來(lái)型軋機(jī)上，軋制時(shí)工作輥產(chǎn)生撓曲的原因來(lái)自軋材和板寬外側(cè)支承輥的有害接觸負(fù)荷；并且，即使是備有能矯直工作輥撓曲的彎曲機(jī)，其功能也受到有害接觸負(fù)荷的限制，而無(wú)法獲得充分的矯直效果。而理想的HC軋機(jī)上，支承輥體長(zhǎng)度與軋板寬度相同，即沒(méi)有原來(lái)軋輥間的有害接觸部，從而防止了工作輥的撓曲，并且，還能大幅度擴(kuò)展對(duì)板中凸和板形的控制范圍，即同時(shí)獲得由工作輥彎曲力控制大的板中凸和板形這兩種相反的功能，以及控制的穩(wěn)定性。
但是，實(shí)際上隨軋板寬度變化而改變工作輥長(zhǎng)度不現(xiàn)實(shí)，故HC軋機(jī)被設(shè)計(jì)成了在支承輥和工作輥之間有可沿軸向移動(dòng)的中間輥的6輥軋機(jī)。因中間輥可沿軸向移動(dòng)，就可根據(jù)軋板寬度調(diào)整一端的有害接觸部；且由于也可以減少殘余有害接觸部的接觸負(fù)荷，從而可以接近使支承輥長(zhǎng)與板寬相同的橫向剛性無(wú)限大的理想HC軋機(jī)狀態(tài)。
通過(guò)HC型試驗(yàn)軋機(jī)的軋制試驗(yàn)查明：由于軋輥橫向剛性的提高，故軋出平面度好（無(wú)波浪邊）的鋼板；而且，即使小直徑工作輥也能確保大的橫向剛性，故可通過(guò)工作輥的小直徑化減少軋制負(fù)荷而節(jié)能，并軋制硬質(zhì)材料。
2.2HC軋機(jī)的開(kāi)發(fā)
首先是對(duì)軋機(jī)的油壓壓下裝置HYROP（即hydraulicrollpositioningdevice）進(jìn)行了技術(shù)開(kāi)發(fā)。在對(duì)軋輥撓曲度進(jìn)行實(shí)測(cè)并用組合模型計(jì)算驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，查明工作輥與支承輥的撓曲度完全不同，且當(dāng)支承輥長(zhǎng)度等于軋板寬度時(shí)，即能大幅度減少工作輥撓曲。
在設(shè)計(jì)和試制HC軋機(jī)時(shí)，由于原來(lái)在制作森吉米爾軋機(jī)時(shí)有將第一中間輥沿軸向移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，故順利實(shí)施了移動(dòng)中間輥的設(shè)計(jì)；針對(duì)首張專利圖上HC軋機(jī)每邊有2根（共4根）支承輥的設(shè)計(jì)，按照結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、維修方便的原則，決定將其改為6輥（即支承輥、中間輥和工作輥各2根的）軋機(jī)。
2.3HC軋機(jī)的應(yīng)用
首臺(tái)HC軋機(jī)被成功用于高質(zhì)量的電工鋼板的軋制，滿足了控制鋼板中凸、板形和邊緣損耗的要求，且為后來(lái)改進(jìn)軋機(jī)的設(shè)計(jì)及制作積累了相關(guān)數(shù)據(jù)。其后，HC軋機(jī)被先后擴(kuò)大用作串列式帶材冷軋機(jī)、光整冷軋機(jī)，然后也被用作熱軋機(jī)。
在HC軋機(jī)的實(shí)用化過(guò)程中，必須且已經(jīng)解決的重要技術(shù)問(wèn)題：一是抑制因改變軋輥間負(fù)荷分布的中間輥移動(dòng)而在其端部產(chǎn)生的局部應(yīng)力集中，措施是調(diào)整中間輥的曲率半徑和錐度；二是為了提高軋輥使用壽命和耐負(fù)荷性能，已開(kāi)始采用以高頻淬火而獲得高硬度（Hs75）表面的鍛鋼軋輥；三是必須充分抑制輥、板間的潤(rùn)滑和軋輥冷卻而使用冷卻劑的飛散。
2.4HC軋機(jī)的擴(kuò)展
經(jīng)不斷 研究 和開(kāi)發(fā)，HC軋機(jī)的基本型式已發(fā)展成為HCM、HCW、HCMW、VCM、VCMW、GBM和5BM共7種。到2005年為止，已生產(chǎn)并交貨熱軋HC軋機(jī)120臺(tái)、冷軋HC軋機(jī)280臺(tái)。
3PC（即成對(duì)交叉）軋機(jī)的開(kāi)發(fā)
3.1PC軋機(jī)的原理及特點(diǎn)
PC軋機(jī)是將工作輥軸與支承輥軸保持平行，使上下輥群交叉軋制的軋機(jī)。若上、下工作輥如此地交叉，則越在輥端部，兩端的間隙就越變成寬的輻射狀。而另一方面，由軋制負(fù)荷引起的軋輥撓曲則為越在中央越寬、越在端部越窄的曲線，即因軋輥交叉而造成的軋輥間隙、在與軋輥撓曲大致相反的方向起作用，故可利用輥間交叉角度調(diào)整鋼板斷面形狀。
在熱軋機(jī)上，由數(shù)千噸的軋制負(fù)荷引起的工作輥/支承輥撓度、因工作輥本身的徑向熱膨脹，且因軋制長(zhǎng)度的延長(zhǎng)造成的工作輥磨損，使輥中凸以數(shù)百?的水平變化。因受軋輥?zhàn)陨淼闹萍s，即使用工作輥彎曲機(jī)也難以對(duì)之進(jìn)行控制。反之，PC軋機(jī)僅以1°水平的交叉角度即可造成與1000?左右的工作輥中凸（直徑）等價(jià)的軋輥間隙，且此間隙為幾何型間，不受軋輥強(qiáng)度制約。因此，較之HC軋機(jī)和工作輥移動(dòng)軋機(jī)，PC軋機(jī)對(duì)鋼板中凸的控制能力特別大。這就是PC軋機(jī)被廣泛用作熱軋機(jī)（特別是厚板軋機(jī)）的原因。
3.2PC軋機(jī)的開(kāi)發(fā)
生產(chǎn)設(shè)備的三菱重工與鋼鐵企業(yè)新日鐵聯(lián)合對(duì)PC軋機(jī)進(jìn)行了 研究 和開(kāi)發(fā)。前者制作了1/3尺寸模型實(shí)驗(yàn)軋機(jī)進(jìn)行了冷軋?jiān)囼?yàn)，后者在改造的1/2尺寸模型軋機(jī)上進(jìn)行了熱軋?jiān)囼?yàn)，分別 研究 了冷、熱態(tài)交叉軋制特性，還驗(yàn)證了交叉軋制原理并搜集了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，如軋制負(fù)荷與轉(zhuǎn)矩、鋼板蛇行及穿引性、AGC滯后、工作輥磨損等。
硬件設(shè)計(jì)的一大難題是軸向力。軋輥成對(duì)交叉化雖能降低但卻難以消除軋板與工作輥間的軸向力。從理論解析和實(shí)驗(yàn)查明軸向力約為軋制負(fù)荷的15%，致使原有的軸向力（止推）軸承能力嚴(yán)重不足，為此新開(kāi)發(fā)了PC軋機(jī)用高負(fù)荷軸向力軸承，并通過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的嚴(yán)格試驗(yàn)。
另外，在首臺(tái)開(kāi)發(fā)PC軋機(jī)上采用了工作輥驅(qū)動(dòng)用齒輪主軸，主要是擔(dān)心交叉銷型會(huì)因萬(wàn)向節(jié)誤差而導(dǎo)致軋輥兩端的不等速旋轉(zhuǎn)。然而因齒輪主軸也交叉，會(huì)因軋輥傾斜而產(chǎn)生齒輪齒面的熱膠著問(wèn)題，最終的對(duì)策是對(duì)齒面進(jìn)行氮化處理并強(qiáng)化了潤(rùn)滑。
在整個(gè)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，參與雙方對(duì)數(shù)百個(gè)主項(xiàng)項(xiàng)目進(jìn)行了充分試驗(yàn)、 研究 和論證，力爭(zhēng)萬(wàn)無(wú)一失；而且，三菱重工在設(shè)計(jì)PC軋機(jī)時(shí)，還獲得了美國(guó)mesta公司的技術(shù)支持。
根據(jù)共同 研究 的結(jié)果，三菱重工接受了新日鐵的訂貨，制造了首臺(tái)6輥PC軋機(jī)。
3.3PC軋機(jī)的應(yīng)用
自首套PC軋機(jī)于上世紀(jì)80年代中期在新日鐵公司（廣制鐵所）投產(chǎn)后，其控制板形和中凸的良好能力得到了生產(chǎn)實(shí)踐的驗(yàn)證和業(yè)界的肯定，從而在日本國(guó)內(nèi)外推廣應(yīng)用。到2005年為止，在部分國(guó)家共有30套PC軋機(jī)投產(chǎn)，其中日本9套、韓國(guó)11套、中國(guó)6套、美國(guó)2套，荷蘭與泰國(guó)各1套；另外，2006年還有韓國(guó)浦項(xiàng)2套、2007年中國(guó)寶鋼1套投產(chǎn)。
特別需提及的是世界著名的浦項(xiàng)公司近20年來(lái)已建設(shè)了12套PC軋機(jī)用于板材生產(chǎn)；而作為新興鋼鐵大國(guó)的中國(guó)近10年來(lái)已先后引進(jìn)了7套PC軋機(jī)，其中寶鋼2套，鞍鋼、唐鋼、本鋼、通鋼、上鋼一廠各1套。
由于PC軋機(jī)控制板形能力強(qiáng)，且其控制鋼板中凸的能力大于HC軋機(jī)和其它軋機(jī)，因此，PC軋機(jī)主要被用作熱軋串列式軋機(jī)（而HC軋機(jī)主要被用作冷軋機(jī)控制板形），如在最近10年中，在生產(chǎn)的熱軋串列式軋機(jī)中，PC軋機(jī)從原50套增加至90多套。到目前為止，全世界已建成投產(chǎn)和在建的PC軋機(jī)已達(dá)104套。
4結(jié)語(yǔ)
在世界粗鋼年產(chǎn)量已超過(guò)10億t的今天，軋機(jī)正在從小型化向軋制高級(jí)鋼化的潮流回歸。在熱軋方面，必須進(jìn)一步改善包含板端在內(nèi)的板厚斷面形狀和表面性狀，還須解決大壓下量軋制高級(jí)鋼時(shí)產(chǎn)生的軋輥表面桔皮狀剝離、軋機(jī)振動(dòng)、通板（即穿引）性下降等問(wèn)題。在冷軋方面，對(duì)板端斷面形狀和高次形狀控制更為重要；而且，為了與熱軋一樣實(shí)現(xiàn)軋制高級(jí)鋼化，也要求使用小直徑軋輥軋機(jī)的高性能化，以便進(jìn)行大壓下量軋制和超薄軋制。
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