新时代10年我国电工钢及20辊轧机发展研究_陈卓.pdf

通信作者：陈卓（），男，高级工程师；：；收稿日期：新时代 年我国电工钢及 辊轧机发展研究陈卓（武汉钢铁有限公司，湖北 武汉 ）摘要：新时代 年我国 辊轧机技术进步很快，关键部件有了突破性进展。为客观分析国产轧机这十年的发展情况，及与国外轧机的优劣势对比，重点介绍了国外 辊轧机在中国的应用情况、年间我国电工钢产量和质量的变化及 辊轧机的发展情况，并对 辊轧机的主要特点及关键指标进行分析，同时就现阶段我国国产 辊轧机性能与进口同类机型进行了比较分析。关键词：辊轧机；电工钢；国产轧机中图分类号：文献标志码：文章编号：（）（，）：，：；国外 辊轧机在中国的应用 辊轧机是电工钢生产的核心装备，特别是薄规格电工钢的轧制精度、板形质量更是离不开 辊轧机。年前，我国电工钢生产使用的 辊轧机基本以进口为主，包括美国的罗恩型钳式 辊轧机、德国的森德威四立柱 辊轧机、法国的弗若凌辊箱式 辊轧机、日本的森吉米尔整体式 辊轧机等。早期进口的三菱日立森吉米尔整体式 辊轧机，也就是武钢第一条硅钢生产线所用的 、号轧机；后期进口的 辊轧机有 法 国整 体 式 辊 轧 机，如 武 钢 、和太钢 、等，还有武钢 、及宝钢股份、首钢的三菱日立分体式 辊轧机；近几年进口的 辊轧机有新钢新材、宝钢股份（宝山基地、青山基地）、重庆望变等进口的法国整体和分体式 辊轧机。年间我国电工钢产量和质量的变化 年以来，我国新时代提出经济高质量发展，加快了电工钢产业科技进步，一些主要装备、检测仪器、辅助材料及电工钢产品均实现了国产化，取得了巨大成就。一是加快了淘汰热轧矽钢片的步伐。早年国家推行“以冷代热”政策，年正式宣布淘汰热轧矽钢片，使中国电工钢全面进入冷轧时代。二是在国家现代化建设中，电工钢需求持续增长。产能从 年的 万到 年的 万，同比增长了 ；产量从 年的 万到 年的 万，同比增长了 ，成为全球最大的电工钢生产及消费 年月第卷 第期电工钢 市场。三是科技进步，紧跟高质量发展。高牌号（高效）无取向电工钢从 年的 万到 年的 万，同比增长了 ；高磁感取向电工钢从 年的 万到 年的 万，同比增长了 。四是电工钢摆脱了长期依靠进口的局面。在 年我国电工钢出口 万，超过进口数量，截至 年累计出口电工钢 万，连续年从净进口国成为净出口国，摆脱了依赖进口的市场格局。五是特高压交直流输配电、载人航天工程、高铁、新能源汽车等重点领域用高等级电工钢以及家用电器、中小型电机、大电机、微电机、变压器等多行业用电工钢已全面实现国产化目标。六是我国电工钢产业技术水平和产品质量，历经引进、消化、吸收、快速发展，已走在世界前列。年间国产 辊轧机的发展 年来，国产 辊轧机研发有了突破性技术进步，为国家填补了 辊轧机空白。据不完全统计，截至 年，国产 辊轧机使用量已超过 台以上（含武汉乾冶生产制造 台、武汉武森 台）。武汉乾冶、武汉武森、中冶南方、北京大正恒通、中冶陕压等工程技术单位开发的 辊轧机在四川、江苏、浙江、湖南、山东、内蒙古、广东、福建、广西等地使用，取得了良好的效果。如武汉乾冶开发的 辊轧机（、）在宏旺集团、包头威丰、四川瑞致、德龙钢铁等企业中使用；武汉武森开发的 辊轧机（、）在重庆望变、山东以利奥林、广东盈泉、无锡华精、无锡晶龙、福建新万鑫、山东硅钢、福建奥克兰等中使用；中冶南方开发的 辊轧机（、）在安阳钢铁中使用，同时正在给涟钢、吉林建龙制造 辊轧机。这些国内轧机设计制造商为我国电工钢的生产发挥着作用。轧机特点及关键指标分析 轧机主要特点 辊轧机典型的结构平面图如图所示。（）整体式 辊轧机。孔腔呈梅花状的机架是整体铸造而成的。轧机总轧制力分解成放射状分力作用在机架孔腔上，轧机为“零凸度”，具有刚性大、维护难度小、设备总重量轻的特点。（）分体式 辊轧机：典型分体式 辊有四立柱和内外牌坊两种形式。轧机开口度大、穿带方便、配辊简单、辊径适配范围大、具备水平调节能力。分体式 辊轧机造价高、维护量大，整体设备重量要高于整体式 辊轧机。（）承载好。辊轧机的外层支撑辊通过鞍座贴合在孔腔表面上。普通轧机的支撑辊是简支图 辊轧机结构平面图（典型）第期陈卓：新时代 年我国电工钢及 辊轧机发展研究梁，而 辊支撑辊则是多支点支撑梁，根据力学理论分析，就作用于机架单位截面上的载荷而言，后者小于前者。同时，辊的支撑辊又通过鞍座将集中载荷转为均布载荷作用在孔腔上。因此，辊机架最大受力部位截面积仅为同规格的轧机若干分之一。（）辊径。辊轧机的辊径小于 辊、辊轧机，轧制力小，适合薄规格、高强度品种的轧制。轧制理论指出，总轧制力与变形区接触面积成正比，而变形区接触面积与工作辊的半径平方根成正比。在轧制条件相同的情况下，辊轧机的总轧制力约为四辊轧机的，大大降低了轧辊的挠曲变形和摩擦阻力。当给定总轧制力时，可增大道次压下率，轧出很薄的带材。（）轧机辊系呈上下四层塔形结构。轧制理论指出，当单位压力相同时，轧辊弹性压扁与轧辊直径成正比，要减小轧辊弹性压扁必须缩小轧辊直径，但又带来轧辊刚度降低等问题。多辊轧机的塔形辊系很好地解决了小直径工作辊的刚度问题。且 辊轧机上设有压上辊径补偿装置和侧压辊径补偿装置，使形成的上下塔形辊系始终保持极高的刚性，因此轧出的钢板板型和精度均高于普通轧机。（）具有强大的 、一中间、水平（分体机）调节能力，板形控制手段多，能力强。（）机体紧凑，成材率高，适合高附加值产品的生产，是轧制硅钢、不锈钢和其他高强度钢带的首选机型，对轧制 以下的普碳钢，可以省去中间退火。实践证明，在降低投资，节约能源，缩短辅助作业时间等方面的经济效益是显著的。关键指标分析衡量一台轧机的优劣，首先追求的是轧机产出的产品的厚度、板形精度高，表面质量好；同时要求保证设备运行稳定、故障率低、操作维护使用方便，兼顾有较低的能耗、辊耗、油耗等，确保低的运行成本。刚性刚性是 辊轧机制造的重要指标，直接影响轧制力以及极限规格的板形质量，是获得最终产品断面尺寸的重要保证。目前国产牌坊 辊轧机可以满足工艺轧制力的要求，且国内一线加工厂的整体能力显著优于一般小厂。设备制造的机械加工目前，我国机械加工与世界先进制造能力有一定的差距，但正在缩小。其涉及面比较广，包括材料、热处理、加工精度等，其指标结果是轧机优劣的主要“瓶颈”。对于 辊轧机尤其是整体式 辊轧机，牌坊梅花孔的加工精度是核心技术，国内二重、上重、常宝菱、陕压等大型加工制造企业的加工能力，已经和国外基本一致，完全可以满足使用需要。系统进口 辊轧机具备前馈、后馈（监控）、张力、秒流量、轧制力、加减速等 系统组合构成，其主要作用是获得轧后产品的厚度精度波动较小。进口轧机正常稳速轧制厚度 ，厚度波动可以控制在 内，加减速在 ；国产轧机基于的技术流派主要有：西门子、日立等技术流派，一般国产电气供应商厚度精度控制较原装进口仍有 的差距，基本可以满足市场的需求。目前，国内仅有如宝信软件、武汉乾冶等具备完全自主吸收且能提供优化能力的 解决方案，其应用水平可以达到进口轧机水平，甚至部分超越。板形调整 辊轧机一般都有一中间窜辊、凸度调整系统，目的是获得优良的板形，同板差小。一中间窜辊主要是控制钢带边部边浪，调整综合凸度、控制中间浪、浪及复合浪等。目前日本、法国、德国都有双 设计，强化了板形控制，配合在线板形检测，闭环后板形更加优良。从实际应用来看，板形控制系统方面，国外某企业板形控制系统在分体机上的应用效果不理想，目前硅钢应用较好的为 ，而西门子、等高温时效轧制升温、高温、降温各阶段的控制稳定性尚不理想，如国外某企业分体式 辊的板形控制效果不佳。早期的常规国产 辊轧机一般都是单 ，且基本没有配置板形检测及控制功能。据了解，目前武汉乾冶已经具备单、双、三 的全机型 辊设计能力，控制方面国内目前仅宝信软件及武汉乾冶电气具备自主国产 辊板形全闭环控制能力，并已在不锈钢、碳钢、硅钢等领 域 实 际 应 用，整 体 控 制 水 平 基 本 接 近 ，且实际应用效果较优于国外同类产品。液压系统国产在油缸及各种阀产品上，一线和二、三线厂家质量差异巨大。一线厂家的油缸及常规阀目前质量、寿命、精度基本接近国外进口产品，且更电工钢第卷具性价比优势，但是在高精度压下控制阀特别是高精度伺服阀方面与国外先进厂家比仍有一定差距。因此，该部分高端国产轧机基本仍采用进口阀做为关键部分的配置。电传系统国内三大电以及其他一线电机制造厂的电机完全可以满足 辊轧机控制的要求。近年最新上的国产 辊轧机均已淘汰直流电机，全部采用交流电机和中压传动。传动控制方面，随着中车、天传、汇川、禾望等国产传动在 辊轧机领域的实际应用，目前国产传动控制水平已经基本接近，部分达到进口传动同等品质。因此，国产 辊轧机未来在电机、电气传动控制选择方面，国产化是发展的必然选择方向。检测及计量仪表 辊轧机核心检测元件有测厚仪、张力计、板形辊、压下位移传感器、凸度及一中间位移传感器、循环系统各类压力、流量仪表等。目前，国内能够制造测厚仪（射线）的厂家很多，多数国内品牌都可以满足 辊轧机一般精度级的轧制基本需要，但是各家在测量原理、软件开发水平、测量精度等方面区别仍然较大。从测量原理看，国产测厚仪主要分为恒定电压、多级电压和变电压等类型，国内主要 辊供应商在选择时，高端机型仍倾向于采用以 为主的进口品牌；一线国产品牌中，上海思拓在测量原理、元器件选择和操作控制及实际精度方面同 最为接近，其他品牌如北京精锐达、核夕菁等也在很多国内 辊中有应用。目前，国内主要 辊供应厂家在张力计、板形辊等高精度仪表上，仍主要采用进口产品，板形辊目前主要依赖 和 两种形式的进口件，造价配置极高，仅国有企业和一线民企有配置。目前，燕山大学、武汉乾冶等国内企业的板形辊在研发及工业化发展阶段，现已经过了部分现场的应用和测试，仍在推广中。位移传感器主要用于高精度的厚控位置检测，高精度的分体 辊由于为液压直接压下，因此位移传感器严重依赖日本索尼磁尺；而整体式 辊由于为齿条拨动偏心环压下，采用索尼磁尺或 传感器都能满足最高厚度精度控制要求，同时 传感器在成本、维护方面更具性价比。目前国内传感器在精度、寿命方面较进口件仍有一差距，仅能满足整体 辊轧机最基本使用需要。其他主要仪表方面，如测温、测振、测压等方面，国产主要产品均可满足典型 辊轧机的正常使用需求。乳化液循环系统乳化液循环系统运行稳定可靠，使乳化液的灰分、铁分、浓度等指标稳定，是降低轧辊消耗，轧制油消耗的重要条件。乳化液的主要作用是冷却润滑钢带和轧辊，避免轧辊及钢带表面产生机械划伤，使钢带获得优质的表面质量。国产乳化液系统，如海门霍夫曼等的能力目前已经达到先进水平，磁过滤能力优于进口同类设备，完全可以满足国产电工钢 辊轧机生产高磁感取向硅钢高温时效轧制的分区流量控制需要，并经过了实际检验。设备维护设备维护方面，国内一流电工钢生产企业采用的是设备定期维护的模式，可以有效地保证设备作业率，降低轧机生产故障。而目前部分民营企业仍采用的是事后维护，拼设备，且对设备润滑保养不是特别重视，换句话说就是设备只要可以“转”就轧钢，导致质量不稳定。新的国产轧机系统如宝信软件、乾冶电气等均配置了全面设备状态监控及预警系统，通过 界面、后台 （）监控等手段，对液压、电机、循环系统等关键轧机设备运行时间、压力、温度、振动等状态进行监控和预警，可以有效帮助用户提高设备使用维护水平。目前国产 辊轧机与进口轧机比较表列出了目前典型国产 辊轧机与进口产品的比较（机型）。从最大轧制力、张力、轧制速度等常规指标来看：国产机型同进口机型相比已完全可以做到基本一致。而日本分体机型，由于辊径选型大，传动速度可以更快，所以轧制速度可以突破到 ，但是对于单体可逆轧机而言，尤其是生产高端电工钢产品而言，极限轧速值得研究。表列出了国产 辊轧机与进口产品主要指标的比较（机型）。从系统配置上看，目前国产轧机在液压、电气以及循环系统方面，部分厂家的技术已经非常成熟，基本同进口轧机一致，部分领域甚至已经超越进口轧机。在产品质量精度控制方面，主要的差距实际在于电控、传动、及板形控制系统配置上的差异，以及实第期陈卓：新时代 年我国电工钢及 辊轧机发展研究表目前典型国产 辊轧机与进口产品比较（机型）指标牌坊刚性轧制力 机械加工 系统板形控制系统速度（）最大张力 主要国产优 优良优 国外优 优优优 国外分体良 优良良 国外整体优 优优优 表国产 辊轧机与进口产品主要指标的比较（机型）指标机械设备液压系统乳化液系统电气系统设备维护管理设备备件组织主要国产优良优良优优良优优国外分体优优良优良良国外整体优优优优优良际各厂家现场调试人员对于工艺同机体结合上的调试水平差异。总体来说，目前国产 辊轧机厂家同进口厂家间的差异在逐步缩小。但是，国内厂家间在机组软、硬件的配置定位，供应商在机械、电控、液压综合整合以及工艺应用技术之间的差距仍然很大。结论）年来，我国冷轧轧机装备技术进步很快，轧机设计、轧制精度、精加工技术等方面不断提高，特别是电控、自动化、液压等部分也有了许多突破，产品板形质量横纵向同板差和轧机整机水平完全可以与国外同类机型媲美，有的指标已超过先进水平。国外轧机后续维护费用高，招标价格是国产轧机的倍。由此可以看出，国产轧机在满足需求的前提条件下，与国外轧机相比有较大的价格竞争优势。总之，囯产轧机可满足需求。）从使用效果看，国产 辊轧机在刚度、厚度精度、远程集中控制、自动化技术、机械设计、控制操作系统、检修维护、性价比等方面与进口机型相比，有一定的优势。）国产 辊轧机还存在一些“短板”，要虚心学习国外先进技术，特别是在精加工、计算机软件程序等方面，要进一步提高或超越，为国产轧机走在世界前列而努力。参 考 文 献何忠治，赵宇，罗海文 电工钢 北京：冶金工业出版社，田中英八郎，金东哲森吉米尔 辊可逆式冷轧机轧制薄带的研究重型机械，（）：刘亚军，孙晓宁，孙磊二十辊轧机轧制力动态预设定模型研究轧钢，（）：唐振光，黄培 森吉米尔 辊轧机薄带轧制工艺研究中国新技术新产品，（）：王彦辉，郭立伟，高雷，等二十辊森基米尔轧机轧制力模型研究 北京金属学会第七届北京冶金年会，电工钢第卷