MS轧机的现状及发展趋势

摘 要：随着对板材精度和板型要求越来越高，四辊轧机的板型控制能力有限，边部减薄也很严重。后来发展了六辊轧机，采用这些技术，减少了带钢的边部减薄，带材的板型得到了很大的改善，但仍存在一些需要解决的问题。

关键词：轧机；现状；问题；发展趋势

一.背景

随着科学技术的不断发展，在轧钢生产中板带轧机的产量和质量已成为人们追求的首要目标。特别是随着仪器、仪表、电子电器技术和国防尖端工业的需要，对金属板带材的精度要求越来越高。使得带材的尺寸精度和板形成为重要的质量指标。几十年来，传统的四辊轧机一直是板带轧制领域的首要技术。为了克服这种机型板形调整困难和轧机横向辊缝控制能力差等缺点，日本日立公司开发了一种新型带钢轧机，这种轧机是在四辊轧机的辊系上增加两个可作轴向移动的中间辊，以便更好的控制板型，其被称之为MS六辊轧机，也称为MS轧机[1]。

二.MS轧机的工作原理及分析

（一）MS轧机的工作原理

MS六辊冷轧板带轧机的工作原理是[2]：MS六辊可逆式冷轧板带轧机是在四辊轧机的基础上改进而成的，四辊板带轧机轧辊在轧制压力P的作用下，位于带钢宽度以外的辊间接触区是一个有害的接触部分，它使工作辊产生附加的弯曲变形，而且阻碍了液压弯辊力作用的发挥，在工作中由于工作辊挠度的产生，使钢板边部减薄，轧辊磨损而发热。为了解这一难题，采用了中间辊移动的六辊板带轧机，在传统轧机上增加了一对中间辊。当钢板宽度变化时可通过中间辊的轴向移动，改变工作辊与中间辊接触长度，使之适应板宽的变化，减小有害弯矩、工作辊挠度和板凸度，达到改善板型的目的。MS轧机具有以下的优点[3]：1）具有相当大的板形调节性和良好的板形稳定性。2）六辊MS轧机可以采用较小直径的工作辊进行轧制。3）由于六辊NS轧机具有中间辊轴向可以调节性，所以不必准备大量的备用轧辊。4）减小了下道工序的剪边量，提高成品率。MS轧机应用于带钢上最突出的特点是良好的板形控制能力。板形策略包括以下两方面：1）单道次控制策略：消除各手段间的不利影响，充分发挥单个调节的特长。2）整体控制策略：为了实现板形板凸度综合控制，研究并确定出一个合适的板形板凸度控制策略是充分发挥轧机板形控制能力的前提[4]。

（二）MS轧机的结构特点

MS轧机主要采用以下先进技术：中间辊轴向移动技术；轧制线自动调节系统；轧辊快速换辊装置；工作辊液压正负弯辊装置；轧机装有液压AGC和测厚仪冷轧带钢厚度自动控制系统；轧机装有带钢板型自动检测闭环控制系统；采用计算机控制实现运行和生产高度自动化[5]。总体而言MS轧机是一架结构新颖、高速自动化的现代化的冷轧带钢轧机，最大优点是轧机横向刚度大，能够保证冷轧带钢有良好的板型。

（三）MS轧机的辊间压力分布的理论分析

轧机的辊间压力分布的理论分析具体的理论方法有K.N.Shohet的影响函数法和弹性基础梁模型处理MS轧机的辊系的弹性弯曲变形、辊系之间的弹性压扁变形，建立计算模型和计算方法。其具体分析方法如下：1）轧机的轧辊弹性变形矩阵计算法：MS轧机辊系受力和变形的特点是：由于MS轧机的中间辊沿横向的抽动，使上下辊系不再以轧制中心线左右对称。2）弹性变形矩阵计算法的基本方程：用矩阵方法计算MS轧机的弹性变形共用十一个方程，其中六个力--变形关系方程，两个平衡方程，三个变形协调关系方程。3）MS轧机辊间压力分布三维光弹性应力分析：用光弹模型代替真实轧辊的接触物，再用三维光弹性应力切片法，可以得到轧辊之间的接触应力，并可以计算出轧辊间接触压力。

（四）MS轧机对板型的控制

板形即板带材的平直度。板形的好坏是指板带材横向各部位是否产生波浪或折皱，它取决于板带材沿宽度方向延伸是否均匀相等。但板形的表现形式较多，在MS轧机生产过程中板形的表现形式主要为下面几种：单边浪、双边浪、中浪和肋浪。这些板形缺陷的出现，使得产品的成品率降低。为了提高成品率，而在酸轧联机后，利用联机的时间，通过对一些相关设备功能的完善、工艺参数进行调整，使得MS轧机出口板带材的板形有了较大转变，板形的废次品率有了明显的降低，从而提高了产品的成品率。其具体的方法是：1）加大来料板形的控制；2）增大MS轧机的后张力；3）选择合适的目标曲线； 4）人工辅助监控；5）喷吹冷却。

（五）MS轧机厚度控制方法

板带的主要衡量指标是厚度和板形，轧机控制主要包括轧件的厚度控制和板形控制两大部分。厚度有纵向厚度和横向厚度，厚度自动控制（AGC）是指纵向厚度控制，其目的是为了获得带钢纵向厚度的均匀性，板带轧机板厚控制技术及其理论的发展经历了由粗到精、由低到高的发展过程。MS轧机的厚度控制系统大体可归纳为以下几类：1）用测厚仪测厚的反馈式厚度自动控制系统；2）厚度计式厚度自动控制系统；3）前馈式厚度自动控制系统；4）张力式厚度自动控制系统；5）液压厚度自动控制系统；6）MS轧机流量AGC系统。

三.MS轧机存在的问题

MS轧机具有极强的板型控制能力，这已经在实际生产中得到了充分的证明，但在实际使用中也出现了一些问题，如：1）MS轧机结构上的主要特点是中间辊轴向移动装置，由于中间辊轴向移动辊肩部分应力大，这样会造成工作辊辊面刻伤和中间辊辊肩部分剥落。2）MS轧机作为单机可逆轧机时，由于投资少、见效快，在国内很多冷轧厂得到应用。但单机可逆轧机有一个先天缺陷即所有轧制道次都在同一轧机轧制，也就是粗轧和精轧都由同一对工作辊完成，轧辊老化较快，对于表面光洁度要求较高的产品需要频繁更换工作辊以满足质量要求，这势必影响轧机产量，同时增加工人劳动强度。3）在研究开发MS轧机的同时，还应看到，MS轧机并非已经达到十分完善的地步，与四辊轧机相比，MS轧机具有结构复杂、制造困难、投资大等缺点。4）由于六辊MS轧机较四辊轧机增加了一套中间辊系，使整个辊系处于不稳定的状态，必须增加辅助装置稳定辊系。5）因轧辊之间的接触长度减少，加之中间辊辊身一端处于工作辊和支承辊辊身中间任意位置（尽管中间辊一端已设计成圆弧状），工作辊和支承辊的磨损相对较快。

四.MS轧机发展趋势

我国在MS轧机的研究设计方面取得了一定的成绩，也积累了一定的经验，这为今后的设计研究开发工作奠定了很好的基础。今后我国MS轧机发展的主要方向是：1）深入MS轧机的理论研究工作，不断完善MS轧机精确设计工作；2）不断开发改造具有自主知识产权的新机型；3）中间辊用钢抗疲劳强度研究来不断提高中间辊的抗疲劳强度；4）基于遗传算法的模糊RBF神经网络智能控制系统；5）整辊镶块智能型冷轧带钢板形仪的运用。

参考文献：

[1]高林林，陈玺.MS六辊轧机的板形调整特点分析研究.重型机械. 2006，（zl）：5～8.

[2]郑长兰.MS900六辊可逆式冷轧板带轧机的设计制造技术. 宽厚板.2009，15（3）：47～48.

[3]王滨生. 900MS六辊MS冷轧机研制.机械制造. 2005，43（4）：36～38.

[4]彭艳，等.MS轧机板形板凸度控制策略的研究.钢铁，2002，37（4）：35～37.

[5]郑长兰.MS900六辊可逆式冷轧板带轧机的设计制造技术.宽厚板，2009，15（3）：47～48.