第2章森吉米尔二十辊轧机.docx

1、第2章森吉米尔二十辊轧机第 2 章 森吉米尔二十辊轧机 森吉米尔冷轧机与其他类型轧机的本质区别是轧制力传递的方向不同。 森吉米尔轧机轧制力从工作辊通过中间辊传到支撑辊装置， 并最终传到坚固 的整体机架上。 这种设计保证了工作辊在整个长度方向的支撑。 这样辊系变 形极小，可以在轧制的整个长度方向获得非常精确的厚度偏差。2.1森吉米尔轧机主要特点及发展水平森吉米尔轧机 在结构性能上主要特点：(1)具有整体铸造(或锻造)的机架，刚度大并且轧制力呈放射状作用 在机架的各个断面上。(2)工作辊径小，道次压下率大， 最大达 60%。有些材料不需中间退火， 就可以轧成很薄的带材。(3)具有轴向、径向辊形调整

2、，辊径尺寸补偿，轧制线调整等机构，并 采用液压压下及液压 AGC 系统，因此产品板形好，尺寸精度高。(4)设备质量轻，轧机重量仅为同规格四辊轧机的三分之一。所需基建 投资少。森吉米尔轧机基本上是单机架可逆布置， 灵活性大，产品范围广。 但亦 有极个别呈连续布置的森吉米尔轧机，如日本森吉米尔公司 1969 设计了一套 1270mm 四机架全连续式二十辊森吉米尔轧机。目前森吉米尔轧机的发展水平如下：(1)轧制带材最大宽度。目前轧制带材最宽的是法国的一台 ZR22-80型轧机，轧制宽度最大为 2032mm 的软钢和硅钢，厚度偏差为 0.005mm。(2)轧制带材最小厚度。轧制带材最小厚度与其宽度和钢

3、种有关。美 国轧制硅钢最小厚度为 0.002mm，其宽度为 120mm，日本轧制不锈钢，当 宽度为 1220mm 时，最小厚度为 0.127mm；宽度为 200mm 时，最小厚度为 0.01mm；轧制有色金属时，最薄可达 0.0018mm。(3)轧机开口度的提高。近年来法国的 DMS 公司于美国的森吉米尔 公司一起终于打破了森吉米尔轧机为整体机架的传统观念， 推出了分体式机 架森吉米尔轧机。 即将机架分为上下两部分。 两部分在机架四个角由四个液 压缸紧密的合上，他能保留所有零凸度机架的特征和优点。机架可允许有 130mm 的开口度。（4）在板形控制方面也有新的创新。在传统的轧机上，由于支撑辊的

4、 刚度大，限制了 B、C 支撑辊对 1/4 边浪的控制。于是发明了弹性心轴支撑 辊，这使轧机在 1/4 边浪的控制方面提高很多，改善了板带的平直度。（5）1991 年日本日立公司制造的 K-ZR 二十辊轧机投入运行。该轧机 采用了双 AS-U-ROLL 辊形调整机构，分别设置在 A、B和 C、D两对辊组 上，即轧机上部四组支撑辊均可调整。 通过有限元对辊系辊间压力分配分析， 可知轧制时辊间的压力分配会影响辊形， 而辊系边部轧辊间的辊间压力大于 其他部位，对板形的影响大于其他部分。双 AS-U-ROLL 辊形调整机构可以 调整边部支撑辊。所以，双 AS-U-ROLL 调整板形和控制边部减薄上都比

5、单 AS-U-ROLL 辊形调整机构好。（ 6）轧制速度。美国的 ZR21-44 型轧机轧制低碳钢的最大速度大 1067m/min；美国、日本等国轧制硅钢及不锈钢的 ZR21 型轧机轧制速度可 达 800m/min 。2.2森吉米尔二十辊轧机结构组成2.2.1 机架森吉米尔轧机机架， 是在整体铸钢件中加工出 8 个梅花状通孔，用以安 装支撑辊装置； 与梅花通孔垂直的侧面开有通过带材的四棱椎形窗口。 分散 传到各支撑辊装置上的轧制压力，在 8 个梅花状通孔位置被整体机架所吸 收。其受力图见 图 2-1。窗孔的半个圆形孔是在坐标镗床上精密加工的。为 了确保加工精度， 机架铸造后还要进行完全退火。

6、粗加工后， 还要进行消除 应力的退火处理。森吉米尔轧机机架最初设计出来， 仅用于二十辊轧机以及一些非常小的 二十辊轧机上， 其机架形状为立方体形状。 随着轧机的增大， 设计者开始削 去机架各个顶角，呈多面体形状。目前大多数二十辊轧机仍为这种形状轧机。图 2-2 机架横截面 （上部）受力图。 轧制力在轧辊长度方向最终是通过 支承辊装置的轴承座 （鞍座 ）传递给机架的，机架厚度和形状设计的目的是使 机架变形程度最小， 受力最为均衡。 机架承受的弯曲力矩， 从机架边缘到中心是连续加大的， 中心部位力矩最大， 因此机架的断面也应该是中心部位最 大，往两边逐渐变小。 根据机架的受力情况， 可以计算出机架

7、梁上的不均匀 变形。目前，最新式的实际机架模型是断面与受力情况一致的， 最接近于鼓形的机架形状，如图 2-1 机架受力图 所示图 2-1 机架受力图图 2-2 机架横截面（上部）受力图2.2.2辊系布置二十辊森吉米尔轧机的辊系是按 1-2-3-4 成塔形布置，上下对称设置在 机架的 8 个梅花孔内（见图 2-3 机架辊系图之一 图 2-4 机架辊 系图之二 ）。上下两个工作辊分别压靠在两个第一中间辊上； 上下两对第一中 间辊又支撑在 3个第二中间辊上；而 6个第二中间辊则支撑在外层固定于梅 花孔里的 8个支撑辊组上。 工作辊之间、第一中间辊彼此之间以及支撑辊彼 此之间是不能相互接触的。图 2-

8、3 机架辊系图之一 图 2-4 机架辊系图之8 个支撑辊组分别是 A、B、C、 D、E、F、G、H 每个支撑辊的数个短 圆柱轴承（亦称背衬轴承）和鞍座安装在同一轴上，鞍座断面示于图 2-5 支 撑辊鞍座断面图： a-B（ C）辊（有辊形调整） ；b-B （C）辊（无辊形调整） ;c-除 B（ C）辊外的其他辊组 。除辊组 B、C 外，其余各支撑辊结构基本相同图 2-5 支撑辊鞍座断面图： a-B（ C）辊（有辊形调整） ； b-B （C）辊（无辊形调整） ;c-除 B（C）辊外的其他辊组2.2.3轧机调整机构（1）压下调整机构1压下机构 森吉米尔二十辊轧机的压下（即辊缝）调整，是通过转 动两个

9、上部中间支撑辊 B、C 的偏心环来实现的，（见图 2-6 压下机构示意图 ） B、C 支撑辊组偏心环的转动，是靠上下移动压下双面齿条回转与其啮合的 一对扇形齿轮， 从而转动偏心轴 （轴及偏心环），实现工作辊的压下及抬起。 双面齿条向上移动时， 工作辊则向下进行压下； 齿条向下移动时， 工作辊则 抬起。图 2-6 压下机构示意图偏心环安装在鞍座的滚针轴承上， 因此它比普通轧机的压下螺丝所受的 运动阻力矩要小得多，在轧制过程中也能够很轻便灵活的回转。 B、C 支撑 辊组的结构如图 2-6 所示。图 2-7 B、 C 支撑辊组结构图1-背衬轴承 2-鞍座 3-滚针轴承 4-外偏心环 5-齿轮片6-内

10、偏心环 7-轴 8-扇形齿轮 9-键现代森吉米尔二十辊轧机都采用液压压下机构调整轧机的开口度。 由机 架上面的前后两个液压缸活塞杆直接驱动压下双面齿条，齿条使固定在 B、C 支撑辊组偏心环两端的扇形齿轮回转。 图 2-6 压下机构示意图 中，背衬轴承 中心 O2 ，绕鞍座环的中心 O1转到 O3的位置，背衬轴承的轴线向下移动了一 个距离， 同时也将第二中间辊和第一中间辊向下推动了一个距离， 达到工作 辊压下或抬起的目的。2轧制线标高调整机构 轧制线标高调整，是通过转动两个下部中间 支撑辊 F、G 的偏心轴来完成的。轧制线的标高必须与前后导向辊标高相同。 如果标高差值较大， 将引起 轧制带材呈波

11、浪形。 随着工作辊、 中间辊和支撑辊的磨损与重磨， 必须随时 进行轧制线标高的调整。 调整的方法是： 移动机架下面的一根双面齿条， 使 固定在 F、G 支撑辊偏心轴一端的扇形齿轮回转，支撑辊背衬轴承便向上或 向下移动， 下工作辊随之向下或向上移动， 以保证轧制线标高不变。 这样工 作辊端面支撑在各自的止推轴承上； 其次是对称调整辊缝， 以利于穿带和工 作辊的插入。 同时， 从轧制开始到轧出成品规格， 不需要再次调整下部轧辊 组，便可得到轧制压下全部行程（2）辊形调整机构为了获得平直度质量高和沿宽度方向厚度一致的带材， 森吉米尔二十辊 轧机具有很强的辊形调整功能。 它的辊形调整机构包括径向调整机

12、构和轴向 调整机构两种。 径向调整机构 径向调整机构的基本原理是： 在支撑辊、 的背 衬轴承间的鞍座里，在压下调整机构的内偏心环外，再装上一个外偏心环。 该偏心环分别由调整液压缸或液压马达进行单独驱动如图 2-8 径向辊形调 整机构所示。他叫做 “AS-U-ROLL ”辊形调整机构，即在轧制过程中使用液 压驱动的辊形调整机构。 任意一个外偏心环的旋转， 都能使支撑辊组的轴产 生相应的变形，这就能在一定范围内消除被轧带材局部或整个的厚度不均。B、C 支撑辊组的鞍座里装置有双重偏心环。见图 2-9 B、C支撑辊组 分解图（ a）及背衬轴承形状（ TNASWH 型）（b）。扇形齿轮 1、内偏心环 4

13、 用键固定在心轴上， 组成压下调整机构； 外偏心环 5套在内偏心环 4 和鞍座 环 7 之间，在内偏心环、外偏心环和鞍座环之间装有滚针轴承 6，借以减小 转动摩擦，用销钉将外偏心环与两侧的扇形齿轮片 3 连接在一起，组成径向 辊形调整机构。每个鞍座处的液压传动的双面齿条通过扇形齿轮片带动外偏 心环回转， 由于外偏心环相对于机架的梅花镗孔是偏心的， 因此支撑辊心轴 在该鞍座部位产生变形，从而使支撑辊的相应背衬轴承 8 的位置发生变化， 以此来达到调整辊形的目的。 由于在外偏心环的内外均装有滚针轴承， 因此 转动外偏心环的阻力很小，该机构在轧制过程中可以做灵活的微细调整。图 2-8 径向辊形调整机

14、构图 2-9 B、C 支撑辊组分解图（ a）及背衬轴承形状（ TNASWH 型）（b）1-扇形齿轮 2-心轴 3-扇形齿轮片 4-内偏心环 5-外偏心环6-滚针轴承 7-鞍座环 8-背衬轴承 新型的径向辊形调整机构，是采用液压缸的活塞杆直接联结双面齿条， 用滑杆式控制盘进行控制。图 2-10 新型径向辊形调整机构滑杆式控制盘示 意图。控制盘安装在主操作盘上， 起着预置和指示位置的作用。 所有这些滑 杆的相对位置可以使操作者一眼就能看出支承辊组形式是水平、 凸形、凹形 还是斜形。 每个滑杆控制器都有对应的指示灯， 当调节时相应指示灯亮， 调 节指令完成后指示灯熄灭 。好。另外，该装置能与当今的板

15、形传感器及控制装置联用。 轴向调整机构 轴向辊形调整机构除了可以促使带材沿横向尺寸均 匀外，还可以用来消除在轧制过程中由于工作辊弯曲变形而产生的带材边 浪。轴向辊形调整机构的基本原理是： 在上下两对第一中间辊上， 在相反的 两端将轧辊加工成锥形， 以其相向或相反的轴向移动来调整重合的平行部分 （即有效平面量）的长度，这样就可以调节带材边部的形状。图 2-11 轴向 辊形调整机构示意图。图 2-11 轴向辊形调整机构示意图较早的轴向辊形调整机构不能在轧制过程中进行调整， 而要轧制之前预 先调整好。轴向移动通过液压马达带动链轮实现。 新型的轴向辊形调整机 构用液压刚直接推拉第一中间辊， 或是液压缸

16、通过连杆机构来推拉第一中间 辊。该机构响应速度快，调整时间短，可以在轧制过程中进行调节，也可实 现带负荷调节。3辊径补偿调整机构 由于森吉米尔轧机的机架是一个整体，辊系排 列紧凑， 压下行程小， 当轧辊直径因多次磨削而变小后， 即使调节压下和压 上机构都不能满足轧辊压紧要求。 为了解决这一问题， 在轧机上设有轧辊辊 径补偿调整机构。轧机外侧 4 个支承辊 A 和 H、 D 和 E 各组成一组辊 径补偿调整机构，在无负荷条件下进行调整。调整有两种形式。 一般小型和中型轧机， 由于是进行无负荷调整， 所需 动力小，因此采用人工手动调整；对于大型轧机则使用电动机进行调整。2.2.4轧机进出口辅助设备

17、在轧制第一道时， 不管钢带是否轧制， 在轧机进出口处都需要有侧导板或立导辊、 压板。在轧制时轧机进出口还必须有导卫扳， 擦拭器等辅助设备 （见图 2-12 轧机进出口辅助设备示意图） 。图 2-12 轧机进出口辅助设备示意图1-压板 2-擦拭器 3-立导辊 4-导卫板 （1）侧导板或立导辊侧导板或立导辊起固定带材位置的作用， 对称的设置在带材的两侧， 使 其与带材边部产生产生尽可能小的摩擦力。 采用手动丝杠调节开口度， 调节 时两侧的侧导板或立导辊同时移动，使带材始终处于轧制中心。（2）压板压板为液压操作， 液压缸设置在机架上方。 压板的作用是将带材固定在 侧导板或立导辊内； 在轧制过程中给带

18、材一个辅助的后张力； 擦拭带材表面， 防止带材表面的污物进入轧机。压板分为上压板和下压板， 压板的贴面材料与带材的接触面需产生尽可 能大的摩擦力，而且不能擦伤带材表面，现在使用的最好的材料是硬杂木， 如桦木、枫木，或层状酚醛塑料、 胶木。也可以使用盖有帆布或毛毡的压板， 这种材料具有较好的寿命， 又因为它是多孔结构， 因此容易黏附轧机外部或 坯料上砂粒杂质污物。（3）导卫板导卫板设置在轧机进出口辊缝的上下两侧，左右对称。导卫板的作用，首先是保护中间辊及背衬轴承不因断带而损坏； 穿带时，第 2 章 森吉米尔二十辊轧机 引导带材头部顺利的通过轧机辊缝； 同时使冷却介质顺利的送到辊缝， 以便 最大限

19、度的带走 轧制时产生的变形热。（4）擦拭器 轧机在轧制时由于大量的冷却介质及润滑油在轧机中循环，因此森吉 米尔轧机在出入口均装有带材擦拭器。在实际轧制中，只有出口处擦拭器起作用。进口处的擦拭器仅起一把 刷子的作用， 在带材进入轧机之前， 达到清除一些杂质和在轧机转动之前封 闭冷却介质的作用， 使其不流向开卷机。 往往在轧制开始之后， 进口侧的擦 拭器便抬起。出口擦拭器在每个轧制道次中能使带材表面洁净。这点在轧制薄带时 更为重要， 特别是以矿物油为冷却介质的轧机， 如果大量的矿物油在带材的 表面被带入卷取机，卷取过程中容易发生滑带事故，影响生产。擦拭器有带式和辊式两种形式。机架两侧各设两对，用液压缸压紧。