1780精轧机工作辊设计Word格式文档下载.docx
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他规格的热连轧板机还有1450毫米半连轧、1450毫米全连轧、750毫米全连轧等。
这些年来，薄钢板的生产比重日趋增加，这是现代轧钢生产发展的一个趋势。
热轧
钢板是汽车、造船、桥梁、电机、化工等工业不可缺少的原料，也是冷轧机的坯料，随
着焊管、冷弯型钢的发展，钢板的需要量日益增长。
现代带钢热连轧机发展趋势是提高产量、扩大品种、提高精度、提高自动化程度。
采取的主要措施有：
提高轧制速度、加大带卷和坯料重量、建造宽辊身的全连轧、粗轧
机架近距离布置、采用快速换辊装置、提高产品精度和轧机刚度、采用板厚自动控制系
统、精轧机轧辊辊型控制、采用计算机控制。
90年代以来，钢铁生产短流程迅速开发和推广，薄板坯连铸连轧工艺的出现，正在
改变着传统的热轧机市场。
自1987年7月第一套薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公
司投产以来，到1997年已建成的有33套。
连铸连轧技术是将钢的凝固成型与变形成型
两个工序衔接起来，将连铸坯在热状态下继续送入精轧机组，直接轧制成带卷产品。
德
国西马克公司的CSP技术、德马克公司的ISP技术、奥钢联开发的Conroll技术等都有
用户采用。
1.2.2新型热带轧机精轧机的种类
目前，新型热带轧机主要有以下几种形式：
带液压弯辊技术（WRB）的轧机，CVC
-2-
轧机、PC轧机、HC轧机以及WRS轧机等，现分别介绍如下：
（1）液压变辊技术
第一种：
弯工作辊的方法（如图1-1）。
这又可以分为两种方式：
①反弯力加在两工
作辊瓦座之间。
即除工作辊平衡油缸以外，尚配有专门提供弯辊力的液压缸，使上下工
作辊轴承座受到与轧制压力方向相同的弯辊力N1，结果是减小了轧制时工作辊的挠度。
这称为正弯辊。
②反弯力加在两工作辊与支持辊的瓦座之间，使工作辊轴承座受到一个
与轧制压力方向相反的作用力N1，结果是增大了轧制时工作辊的挠度，这称为负弯辊。
2热轧薄板轧机多采用弯工作辊的方法。
第二种：
弯曲支持辊的方法。
这种方法是反弯力加在两支持辊之间。
为此，必须延
长支持辊的辊头，在延长辊端上装有液压缸，使上下支持辊两端承受一个弯辊力N2。
此力使支持辊挠度减小，即起正弯辊的作用。
弯曲支持辊的方法多用于厚板轧机，它比
弯工作辊能提供较大约挠度补偿范围，且由于弯支持辊时的弯辊
挠度曲线与轧辐受轧制压力产生的挠度曲线基本相符合，故比弯工作辐更有效，对
于工作辊辊身较长（L／D大于4）的宽板轧机，一般以弯支持辊为宜。
弯曲支持辊的方法
如图1-2所示。
图1-1弯工作辊（左图减小工作辊的挠度；
右图增加工作辊的挠度）
-3-
图1-2弯曲支持辊
（2）CVC轧机
CVC轧机是SMS公司在HCW轧机的基础上于1982年研制成功的。
CVC轧机与
HCW轧机的不同之处在于CVC轧机的工作辊原始辊型为S形,而HCW轧机的工作辊原
始辊型为平辊,其相同点都是采用工作辊轴向串动技术来控制板形。
CVC工作辊的轴向
移动量为±
100mm,其效果相当于常规磨辊凸度在100μm到500μm之间变化的效果。
S
形辊的半径差仅为273μm,上下轧辊线速度之差最大仅为0.076%,相当于带钢前滑值的
1%。
CVC系统的工作辊辊身比支撑辊辊身长出可移动的距离,以确保支承辊不会压到工
作辊边缘。
由于工作辊具有S形曲线,工作辊与支承辊是非均匀接触,实践表明,这种非
均匀接触对轧辊磨损和接触应力不会产生太大的影响。
CVC轧机和弯辊装置配合使用可调辊缝达600μm。
CVC在精轧机组的配置一般是,
前几个机架采用CVC辊主要控制凸度,后几个机架采用CVC辊要控制平直度。
我国宝
钢2050mm热带钢轧机7个精轧机架均采用CVC轧机,可调凸度400μm,F1～F5弯辊装
置可调凸度150μm,合计550μm。
宝钢采用CVC的作用是F1～F4改善凸度,F5～F7改
善平直度。
到目前为止,全世界已投产近70台CVC热轧机。
CVC轧制原理图:
在轧辊末产生轴向移动时，轧辊构成具有相同高度的辊缝，其有
效凸度等于零（图1-3（a））。
如果上辊向左移动，下辊向右移动时，板材中心处两个轧辊
轮廓线之间的辊缝变大，此时的有效凸度小于零（图1-3（b））。
如果上辊向右移动下辊向
左移动时，板材中心处两个轧辊轮廓线之间的辊缝变小，这时的有效凸度大于零（图
1-3（c））。
CVC轧辊的作用与一般带凸度的轧辊相同，但其主要优点是凸度可以在最小和
最大凸度之间进行无级调整，这是通过具有S形曲线的轧辊作轴向移动来实现的。
CVC
轧辊辊缝调整范围也较大，与弯辊装置配合使用时如1700热轧机的辊缝调整量可达
600μm左右。
通过工作辊轴向移动可以获得工作辊辊缝的正负凸度的变化从而实现对带
钢凸度的控制。
其凸度控制能力和工作辊轴向移动量为线性变化关系,凸度控制能力可以
达到1.0mm。
-4-
（a）平辊缝（b）中凹辊缝（c）中凸辊缝
图1-3CVC轧机轧辊辊缝形状变化示意图
CVC轧机的优点是:
板凸度控制能力强；
轧机结构简单,易改造；
能实现自由轧制；
操作方便,投资较少。
CVC轧机的缺点是:
轧辊形状复杂、特殊,磨削要求精度高而且
困难,必须配备专门的磨床；
无边部减薄功能；
带钢易出现蛇形现象。
（3）HC轧机
HC轧机为高性能板型控制轧机的简称。
HC轧机的主要特点有：
①具有大的刚度稳
定性。
即当轧制力增大时，引起的钢板横向厚度差很小，因为它也可以通过调整中间辊
的移动量来改变轧机的横向刚度，以控制工作辊的凸度，此移动量以中间辊端部与带钢
边部的距离δ表示，当δ大小合适，即当中间辊的位置适当，即在所谓NCP点（noncontrol
point）时，工作辊的挠度即可不受轧制力变化的影响，此时的轧机的横向刚度可调至无
限大。
②具有很好的控制性。
即在较小的弯辊力作用下，就能使钢板的横向厚度差发生
显著的变化。
HC轧机还没有液压弯辊装置，由于中间辊可轴向移动，致使在同一轧机
上能控制的板宽范围增大了。
③HC轧机由于上述特点因而可以显著提高带钢的平宜度，
可以减少板、带钢边部变薄及裂边部分的宽度，减少切边损失。
④压下量由于不受板形
限制而可适当提高。
（4）PC轧机
对辊交叉（PC）轧制技术（PairCrossRoll）。
在日本新日铁公司广烟厂于1984年投产的
1840mm热带连轧机的精轧机组上首次采用了工作辊交叉的轧制技术。
PC轧机的工作原
理是，通过交叉上下成对的工作辊和支撑辊的轴线形成上下工作辊间辊缝的抛物线，并
与工作辊的辊凸度等效。
等效轧辊凸度Cr由公式表示:
2Dw2Dw
式中b—带材宽度；
-5-
q—工作辊交叉角度；
DW—工作辊直径。
因此带材凸度变化量为：
DC=
式中d—影响系数
C
r
因此，如图1-4所示，调整轧辊交叉角度即可对凸度进行控制PC轧机具有很好的
技术性能：
（1）可获得很宽的板形和凸度的控制范围，因其调整辊缝时不仅不会产生工作
辊的强制挠度，而且也不会在工作辊和支撑辊间由于边部挠度而产生过量的接触应力。
与HC轧机、CVC、SSM及VC辊等轧机相比，PC轧机具有最大的凸度控制范围和控
制能力。
（2）不需要工作辊磨出原始辊型曲线。
（3）配合液压弯辊可进行大压下量轧制，
不受板形限制。
（5）WRS轧机
图1-4PC轧辊交叉角与等效辊凸度
WRS轧机实际就是工作辊横移式四辊轧机,其板凸度控制有两种方法,即工作辊不带
锥度和带锥度。
WRS轧机在适应带钢宽度变化、控制板凸度上,尤其在减小边部减薄及
局部高点上很有效果。
1.3我国热带轧机的发展趋势和存在问题
1热轧带钢轧机建设进一步发展。
近年我国热连轧带钢生产发展极其迅速，表1、
表2示出我国已建、在建热轧带钢轧机情况。
另外，邯钢、南钢、安钢、武钢、宣钢、
承钢等也正在规划建设热带轧机。
如果所有轧机全部建成，产能得到发挥，则带钢产量
将很可观，我国钢材板带比低、薄板长期供不应求的状况将根本改变。
2轧机的国产化率逐步提高。
进入21世纪以后，除热连轧带钢产量大幅度提高、
轧机建设快速发展以外，轧机国产化问题也有了长足进步。
目前由国外总承包的项目国
产化率普遍达到70%以上，有的达到90%。
而且一些项目已做到全部国产化，如鞍钢
-6-
1700、2150mm轧机、济钢1700mm轧机、莱钢1500mm轧机、新丰1700mm轧机、唐
钢1700轧机等，由国内总承包，装备全部国内设计制造，少量关键件在国外自主采购。
从表1可看出，在已投产的20套轧机中，国产的仅有2套，占1/10；
但正在建设的16
套轧机中已有/套完全采用国内技术装备，占44%。
这是一个很大的进步。
国内装备虽
然在整体技术水平上与外国先进水平有一定差距，但已达到较高水平，以鞍钢1700mm
轧机为例，其质量水平与其1780mm轧机相差不大。
国产装备的另一优势是价格优势。
如引进国外的薄板坯连铸连轧生产线一般需投资20~30亿人民币，但采用国产中等厚度
薄板坯仅需15~17亿人民币，其产量与国外生产线基本相同。
3世界最新技术不断被采用。
目前国内已建和在建热轧生产线中采用了许多最新技
术，如半无头轧制技术，其在国外刚开发不久，国内已有多条生产线采用或预留（唐钢、
马钢、涟钢、本钢、通钢等）；
如高性能控制器，西门子刚推出新一代闭环工艺与传动
控制器TDC,，国内已有太钢1549mm轧机、武钢2250mm轧机采用，北京科技大学国
家轧制中心承担的莱钢1500mm轧机自动化控制系统也采用了该控制器，使我国紧跟国
外最先进的技术发展。
事实表明，在采用最新技术方面热连轧领域已处于国际前沿水平。
4发展中孕育的问题。
虽然我国热连轧带钢生产的产量和技术已有极大发展，但在
发展中也存在一定问题：
一是建设项目过多，分散了资金和技术力量，这是目前存在的
最大问题。
一些企业距离很近，但同时建设技术水平类似、产量类似、产品类似的机组。
二是对市场和需求缺乏必要的调研，产品无特色，建设较盲目，在未来的竞争中很可能
处于不利地位。
三是盲目追求高起点，对实际需求没有清醒认识，如很多企业都把汽车
用宽板、O5表面板作为生产目标，而这类钢板的需求量很有限。
四是地方观念和本位
主义限制了按经济规律办事的原则。
有的企业在选址、确定规模和选择产品种类方面，
不科学、不合理，因此达不到最优化。
1.4本次设计的目的
本次设计是对1780mm热连轧带钢生产精轧机组中F1轧机的工作辊的设计以及对
工作辊和轴承以及电机进行校核。
-7-
2.1轧辊基础知识
第2章轧辊与轧辊轴承
轧辊是轧机的重要部件。
按照轧机类型可分为板带轧机、型钢轧机和钢管轧机三大
类。
板带轧机轧辊的辊身呈圆柱形，热轧板带轧辊的辊身微凹，当受热膨胀时，可保持
较好的板型；
冷轧板带轧辊的辊身呈微凸，当它受力弯曲时可保证良好板型；
型钢轧机
轧辊的辊身上有轧槽，根据型钢轧制工艺要求，安排孔型。
钢管轧制中采用斜轧原理轧
制的轧辊有圆锥形、腰鼓形或盘形。
轧辊按辊面硬度可分为：
（1）软辊：
肖氏硬度约为30～40HS，用于开坯机、大型型钢轧机的粗轧机等。
（2）半硬辊：
肖氏硬度约为40～60HS，用于大型、中型、小型型钢轧机和钢板轧机
的粗轧机。
（3）硬面辊：
肖氏硬度约为60～85HS，用于薄板、中板、中型型钢和小型型钢轧机
的精轧机及四辊轧机的支撑辊。
（4）特硬辊：
肖氏硬度约为85～100HS，用于冷轧机。
轧辊由辊身、辊颈和轴头三部分组成。
辊颈安装在轴承中，并通过承座和压下装置
把轧制力传给机架。
轴头和连接轴相连接，传递轧制扭矩。
轴头有三种主要形式：
梅花
轴头、万向轴头、带键槽的或圆柱形轴头。
2.1.1轧辊应符合的技术要求
不论热轧或冷轧，轧辊都是实现轧制过程中金属变形的直接工具，因此，对轧辊质
量要求严格。
其主要质量要求有强度、硬度、耐热性及耐用性。
轧制强度是最基本的指
-8-
轧辊名称
精轧工作辊
工作层
540-750
辊颈+芯部
450
标，在满足强度要求的同时，还必须有一定的耐冲击韧性。
要使轧辊具有足够的强度，
主要从选择轧辊材质及确定合理的轧辊结构与尺寸上全面考虑。
轧辊强度足够与否，可
根据轧辊强度计算确定。
硬度通常是指轧辊工作表面的硬度，也是轧辊的主要质量指标。
它决定轧辊的耐
磨性，在一定程度上决定轧辊的使用寿命。
轧辊的硬度可通过材料选用及对轧辊表面进
行某种热处理来满足要求。
另外，对于热轧辊来说，它还应具有一定的耐热性，以保证
轧制产品的精度，同时也决定轧辊的使用寿命。
2.1.2常用轧辊的材质选择
工作辊材质的选择
粗轧前段工作辊（R1）：
粗轧前段工作辊必须具有强韧性、耐磨性及抗热裂性。
硬
度范围为HS40—55左右。
一般选用60CrNiMo铸钢等材质轧辊。
粗轧后段工作辊（R2）：
粗轧后段工作辊要求使用耐热裂性能良好的材质。
一般选
用半钢、高铬钢、高速钢等材质。
精轧前段工作辊（F1-4）：
精轧前段工作辊温度高，负荷大。
一般选用铸造半钢和
高铬离心复合铸铁等材质。
高铬离心复合铸铁具有较高的辊面耐磨性和抗热裂性，而且
能抑制辊面斑带缺陷。
精轧后段工作辊（F5-7）：
精轧后段工作辊使用在轧制的最终阶段，对产品质量，
表面状态产生非常重要的影响。
对轧辊性能需要主要是高硬度、耐磨损、耐压痕、抗剥
落和抗热裂，一般选用无限冷硬铸铁（普通型、改进型）等材质。
支承辊、立辊材质的选择
无论是粗轧用的或是精轧用的支承辊都要求有好的抗热裂性、耐磨性、耐疲劳性和
较高的强度。
材质方面一般选用复合铸钢、合金锻钢（Cr3、Cr5）等材质。
2.1.3轧辊主要技术参数
F1～F4工作辊机械性能参数见表2-1所示。
表2-1F1～F4工作辊机械性能参数
屈服极限（Mpa）
-9-
精轧工作辊
350-620
220-480
240-650
<
1
1-2
弹性模量
180000–190000
（N/mm）2
120000–180000
粗轧工作辊
700-800
400-450
0-3
0-4
弹性模量
200
（KN/mm）2
160-180
抗拉强度（Mpa）
延伸率（%）
弹性模量（N/mm）
工作层
辊颈+芯部
620-820
450
1
1-2
210000–230000
160000–180000
F5～F7工作辊机械性能参数见表2-2所示。
表2-2F5～F7工作辊机械性能参数
R2工作辊机械性能参数见表2-3所示。
表2-3R2工作辊机械性能参数
-10-
2.1.4轧辊的磨削精度
轧辊的磨削精度见表2-4所示。
表2-4轧辊磨削精度
锥度
圆度
F1-7WR1-2W
≤0.02
R2BFB
≤0.05
轧辊倒角
倒角的目的是为了减轻轧辊端部因接触疲劳应力过大而产生的损坏。
粗轧支承辊如图2-1和表2-5所示。
H
A
图2-1倒角示意图
表2-5轧辊倒角尺寸
轧辊名称
Amaxmm
Aminmm
Hmm
R1W
150
120
3
R2W
40
30
5
FB、R2B
250
220
2
2.1.5轧辊加工规定
（1）新轧辊的初始磨削要保证精度，表面粗糙度。
（2）轧辊加工应有效去除表面硬化层，工作辊磨后不得高于入厂时硬度3HS，支撑
辊磨后不得高于入厂时硬度3HS。
（3）轧辊加工除支撑辊辊身端部300mm内不允许有夹杂，气孔，砂眼等肉眼可见制
造缺陷；
粗轧工作辊辊身允许有夹杂，网裂等肉眼可见微小缺陷存在外，其余不得有任
何肉眼可见缺陷。
（4）轧辊应成套磨削，成对存放，磨削后的轧辊必须进行表面质量，辊型及直径检
查合格后方可下机。
-11-
（5）换辊周期根据现有轧辊材质和生产实际而定。
（6）辊压值及辊压形式仅供配辊时参考，根据现场使用实际需要作适当的修改，调
整。
（7）轧辊磨削加工完毕，应将轧辊磨前磨后各参数存入磨床计算机，同时填写磨削
台帐，并按磨削台帐的要求逐项填写，不得漏项。
2.1.6轧辊常见事故案例汇编
剥落
a.马鞍状剥落
缺陷描述：
典型的马鞍状疲劳剥落,其源头在工作层/辊芯界面下的芯部材料,并裂至
辊身表面。
可以看到，在剥落深处有一些不同亮度的疲劳线，显示扩展方向是从芯部至
这种剥落常发生在高荷载的四辊热轧机工作辊上，其辊芯材料是片状石墨和
铁，发生部位常位于辊身中部。
起因：
剥落是由于大压下量而产生高循环载荷引起的，常发生于轧制薄而硬的材料
时。
这些载荷导致在芯部材料中产生很高的交变应力，并超出其疲劳极限，于是很多微
细裂纹开始形成，导致芯部材料的渐进式破坏。
第二阶段，这些微裂纹结合在一起，扩
展并穿过工作层至辊身表面，引发成大的常见的马鞍状剥落。
制作过程中，芯部因受热
而产生的高残余拉伸应力“偏爱”这种类型的轧辊破坏。
远在此灾难性的剥落之前的第一
阶段，芯部材料的衰弱很容易通过超声波检测出来。
底面回波的降低，可以预示芯部材
料的削弱，芯部材料没有足够的疲劳强度承受特定的轧制载荷。
这通常是轧辊问题造成
的。
解决办法：
必须向轧辊制造商提供正确的资料，如轧制负荷（沿带钢宽度上每米轧
制的吨位）以及以前轧辊破坏的经历。
制造商可以选择更高强度性能的芯部材料用于工
作辊，以适用高负荷轧机（如用球墨铸铁代替片状石墨铸铁）。
b.积压裂纹和带状疲劳裂纹（猫舌状剥离）
故障描述：
裂纹的方向通常与轴线平行，扩展时则沿非径向发展。
接下来的阶段，
一条猫舌状的疲劳裂纹带逐渐沿周向扩展，方向与外周向几成平行状态，扩展的方向与
轧辊旋转方向相反。
裂纹在轧辊工作面内沿深度和宽度方向逐渐增加，接着辊身表面便
发生大面积的剥落。
-12-
当受带钢头，断带缠绕或带尾折叠作用而产生的局部超高载荷超过工作层材
料的剪切强度时，初始裂纹便形成了。
当工作辊和支撑辊在一个长的役期内产生外形磨
损时，便引起局部过载。
不正确的CVC外形也会产生局部过载。
连续使用弯辊工艺，
支撑辊端部未倒角，轧机故障以及轧入外来物等都会导致初始裂纹的形成。
这通常是轧
机原因造成的。
解决办法：
每次换辊后定期检测裂纹（超声波法，涡流法，着色法），及时发现危
险的裂纹。
如果这些裂纹能在轧辊投入下个役期使用前被全部去除，就可以避免轧辊出
现大的破坏。
一旦出现严重的轧机事故，强烈建议立即更换轧辊。
在轧辊投入下个役期
前对其进行100%的裂纹检测，并且对轧辊进行适度的磨削。
其他措施对防止可能出现
的各种局部
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