劉麗果

(河鋼集團(tuán)石鋼公司軋鋼廠，河北石家莊050031)

摘要: 簡要介紹了矯直機(jī)的應(yīng)用狀況，分析了二輥、多輥矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，比較了幾種矯直機(jī)的輥縫的調(diào)節(jié)方法。結(jié)合石鋼公司軋鋼廠使用棒材矯直機(jī)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了二輥、多輥矯直機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)、彎曲度適應(yīng)性等因素，為同行業(yè)棒材矯直設(shè)備選型提供參考。

關(guān)鍵詞: 棒材；輥矯直機(jī)；應(yīng)用；比較

0 引言

矯直機(jī)是圓鋼精整中必備的精整設(shè)備，其主要作用是滿足探傷設(shè)備和下游用戶對圓鋼平直度的需求，矯直機(jī)的穩(wěn)定性極大地決定了精整及探傷的產(chǎn)量。隨著特鋼市場需求的發(fā)展，特別是一些大規(guī)格高合金鋼棒材，其屈服強(qiáng)度高，經(jīng)過緩冷收集后端部彎曲度較大，因此對于精整矯直的需求越來越多，同時(shí)對矯直機(jī)設(shè)備性能的要求也越來越高。

目前，常見的棒材矯直設(shè)備有二( 斜) 輥矯直機(jī)、多( 斜) 輥矯直機(jī)。針對這兩種矯直機(jī)的特點(diǎn)和使用情況，結(jié)合石鋼公司的應(yīng)用狀況，分析各種矯直機(jī)的適用環(huán)境。

1 二( 斜) 輥矯直機(jī)

二輥矯直機(jī)上下輥型分別為凹凸輥，中心對應(yīng)。多數(shù)理論認(rèn)為，二輥矯直機(jī)的矯直原理在斜輥矯直中獨(dú)具特點(diǎn)，它對棒材的矯直作用不是依靠各輥之間的交錯(cuò)壓彎，而是依靠一對輥縫內(nèi)部彎曲曲率的變化，不斷進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓彎，使棒材產(chǎn)生塑性彎曲變形，從而達(dá)到全方位矯直^［1］。許多研究理論認(rèn)為，二輥矯直機(jī)的輥型曲線中真正起到矯直作用的是輥腰段、輥胸段以及輥腹段^［2］，其矯直原理是先統(tǒng)一殘留彎曲，再進(jìn)行矯直。從力學(xué)接觸的角度看，二輥矯直機(jī)的實(shí)質(zhì)是利用凹凸面曲形的接觸形成三點(diǎn)折彎，棒材進(jìn)入矯輥時(shí)的咬入位置影響棒材的矯直盲區(qū)，一般國外品牌的矯直機(jī)矯直盲區(qū)大約為輥長的四分之一。

長期以來，使用者更多地從矯直原理出發(fā)關(guān)注二輥矯直機(jī)所承受的矯直力以及驅(qū)動(dòng)功率。

矯直力矩: M₀ = 0． 1d³R_E

其中，R_E———屈服強(qiáng)度，MPa；

d———棒材直徑，mm；

M₀———矯直力矩，Nm。

彈朔變力矩: M_P1 = 1． 69M₀

其中，1． 69———矯直圓棒所取標(biāo)準(zhǔn)值( 歐標(biāo)) 。

矯直力: F = 3 × M_P1 /t

t = h /cosβ

h = 1 /2L

其中，L———上工作輥的長度；

β———工作輥夾角的一半。

由以上參考公式可知，矯直力矩是確定的，矯直力分別與棒材直徑、屈服強(qiáng)度成正比，與上輥輥長及工作輥夾角成反比關(guān)系。用于黑皮材矯直的二輥矯直機(jī)，其輥長較短而矯直力比較大。

矯直輥實(shí)際驅(qū)動(dòng)功率P 的影響因素較多，主要有速度V、屈服極限Re、棒材直徑d 、工作輥尺寸LD( 主要是長度尺寸L ) 、兩輥夾角β、摩擦力f、矯直力F。

石鋼公司軋鋼廠應(yīng)用多臺二輥矯直機(jī)，均為合資品牌，各家設(shè)備在輥形尺寸、導(dǎo)板調(diào)整、矯直輥平衡、冷卻液清理等方面各有不同。二輥矯直機(jī)的入口和出口均設(shè)有夾送輥，夾送輥與矯直輥、水平導(dǎo)板系統(tǒng)共同構(gòu)成合理的矯直輥縫系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)棒材大小規(guī)格的生產(chǎn)。

結(jié)合軋鋼廠大棒線與小棒線多輥及二輥矯直機(jī)設(shè)備的使用經(jīng)驗(yàn)，以Φ 100 mm 規(guī)格為界限，總結(jié)二輥矯直機(jī)有以下優(yōu)缺點(diǎn):

( 1) 小規(guī)格棒材，來料彎曲度＜ 8‰的棒材，矯直速度快、矯直精度高。

( 2) 大規(guī)格棒材，導(dǎo)板消耗過大。

( 3) 經(jīng)過緩冷后的棒材適應(yīng)多輥矯直。

在生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)過緩冷收集的GCr15 軸承鋼，彎曲度最大可達(dá)到30‰，二輥矯直機(jī)根本無法進(jìn)入。

而彎曲度在8‰ ～ 15‰的棒材，二輥矯直機(jī)也無法保證理想的矯直精度。

二輥矯直機(jī)在銀亮設(shè)備方面有精矯壓光作用^［3］，軋鋼廠也有應(yīng)用。以同一家合資品牌機(jī)型對比來看，二者機(jī)型結(jié)構(gòu)相似，用于銀亮精矯壓光的二輥矯直機(jī)，矯輥尺寸較大，調(diào)角范圍較寬，矯輥驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率較小，考慮棒材橢圓度的影響，對銀亮材是矯直圓整，其矯直力相對較小，精矯后的表面精度更高。

2 多( 斜) 輥矯直機(jī)

多輥矯直機(jī)與二斜輥矯直機(jī)都屬于斜輥矯直法。多斜輥是利用上下多個(gè)傾斜的矯直輥交錯(cuò)布置并旋轉(zhuǎn)，使棒材在矯直輥的摩擦帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，產(chǎn)生超出彈性極限時(shí)的周向應(yīng)力變形從而達(dá)到全方位矯直^［3］。多輥矯直機(jī)有六輥、七輥、九輥、十輥等等，下面主要是對國內(nèi)外應(yīng)用較多的幾個(gè)九輥、十輥主流機(jī)型進(jìn)行討論分析。

國外九輥矯直機(jī)型的下橫梁設(shè)有3 個(gè)驅(qū)動(dòng)輥，由1 臺主電機(jī)集中驅(qū)動(dòng); 上橫梁設(shè)有6 個(gè)從動(dòng)上輥，這6 個(gè)上輥分為3 個(gè)壓下輥和3 個(gè)折彎輥，其中折彎輥徑較大。上下輥角度均可調(diào)節(jié)，3個(gè)壓下輥和3個(gè)折彎輥的角度不同。輥縫的調(diào)節(jié)是通過上輥的壓下來完成的，上輥裝有碟簧用以補(bǔ)償壓下機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)間隙; 其矯直原理是在矯直過程中形成3 個(gè)折彎的矯直三角，從而形成多次連續(xù)矯直，其矯直示意見圖1。上輥具備過載保護(hù)功能，從而防止棒材尺寸超差或彎曲度過大。

國外十輥矯直機(jī)型，下橫梁設(shè)有3 個(gè)驅(qū)動(dòng)輥，由1 臺主電機(jī)集中驅(qū)動(dòng); 上橫梁設(shè)有7 個(gè)從動(dòng)輥，其中處于夾緊位置的3 個(gè)上輥為緩沖輥，其余4 個(gè)為偏向輥，2個(gè)輥徑較大的偏向輥為受力輥。上下輥角度均可調(diào)節(jié)，輥縫的調(diào)節(jié)通過上輥的壓下來完成，上輥裝有碟簧補(bǔ)償壓下機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)間隙。該種機(jī)型的矯直原理也是在矯直過程中形成折彎的矯直三角，其矯直示意見圖2。上輥具備過載保護(hù)功能，從而防止棒材尺寸超差或彎曲度過大。與上面介紹的九輥矯直機(jī)型原理相同，不同的是其入口比九輥機(jī)型多1 個(gè)導(dǎo)向作用的偏向輥。

國內(nèi)十輥矯直機(jī)型，上下橫梁共有5 對輥，沿輸入方向一、三、五對輥均為主動(dòng)輥，上下分別由2 臺主電機(jī)集中驅(qū)動(dòng)，二、四對輥為從動(dòng)輥; 上輥及下驅(qū)動(dòng)輥角度可調(diào)節(jié); 上輥均可壓下，實(shí)現(xiàn)輥縫的調(diào)節(jié)，其壓下機(jī)構(gòu)裝有平衡缸調(diào)節(jié)間隙，輥縫的調(diào)節(jié)是通過二、四下從動(dòng)輥進(jìn)行壓上實(shí)現(xiàn)，其矯直原理也是在矯直過程中形成折彎的矯直三角，所不同的是反向三點(diǎn)折彎，矯直示意見圖3，5個(gè)上輥均設(shè)有恒壓過載保護(hù)。

3 三種機(jī)型比較

上述三種機(jī)型均為第一道折彎受力最大，多輥矯直機(jī)通過多次反彎矯直，矯后直線度高，速度較快。石鋼公司軋鋼廠在采購多輥矯直機(jī)過程中對設(shè)備特點(diǎn)有如下要求。

( 1) 多輥矯直機(jī)矯直循環(huán)多，殘余應(yīng)力小，矯直速度相對較快。

( 2) 對棒材的彎曲度適應(yīng)性較好，國內(nèi)機(jī)型的彎曲度最大可以達(dá)到30%，國外機(jī)型的最大彎曲度可以達(dá)到15%。

( 3) 無導(dǎo)板磨損以及乳化液的消耗。

多輥矯直機(jī)也存在缺點(diǎn)，從軋鋼廠大棒線國產(chǎn)七輥矯直機(jī)的使用來看，國內(nèi)多輥機(jī)型向上矯直折彎，其壓上機(jī)構(gòu)要上下運(yùn)動(dòng)，而棒材在矯直過程中會(huì)掉落大量氧化鐵皮，這就導(dǎo)致氧化鐵皮隨著壓上機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)而進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部，從而阻塞設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，因設(shè)備結(jié)構(gòu)位置有限，現(xiàn)場不易處理。目前，國內(nèi)多輥機(jī)型廠家在設(shè)計(jì)及初始制作時(shí)已采取相關(guān)措施，但能否徹底解決氧化鐵皮的壓入問題還有待現(xiàn)場使用考察。國外機(jī)型為向下矯直折彎，其下輥高度固定不變，不存在氧化鐵皮壓入這一突出問題。

4 結(jié)語

選用棒材矯直機(jī)與材料的規(guī)格、屈服強(qiáng)度、表面彎曲程度等因素有關(guān)，二輥矯直機(jī)在小規(guī)格棒材矯直中的精度較高，在滿足高端用戶方面應(yīng)用較多。多輥矯直機(jī)矯直速度快，對棒材的彎曲度適應(yīng)性好，正受到越來越多的應(yīng)用。

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