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    1前言

    1.1原來軋機存在的問題

　　上世紀70年代后，因鋼板軋機采用了液壓壓下技術而提高了鋼板長度方向的板厚控制精度，但卻又產生了鋼板形狀不良、在寬度方向中（間）凸（起）的問題。具體而言，是在原來的4輥軋機上，因支承輥（backuproll）和工作輥（workroll）圓筒長度比所軋鋼板寬度更大，軋制負荷會使軋輥產生撓曲，從而使鋼板發(fā)生波浪邊的板形不良和鋼板寬度方向的中凸，這不但會影響最終產品質量，且會造成中間制品板卷之后的穿引操作困難。

1.2解決方案及新型軋機開發(fā)

　　在上世紀70～80年代，業(yè)界針對上述問題提出了以下多種板形控制軋機的解決方案：

（1）軋輥彎曲（rollbent）含工作輥彎曲、雙重校對彎曲、新型支承輥中凸、平面度自由控制軋機等；

（2）軋輥移動（rollshift）含工作輥移動、連續(xù)中凸可變軋輥軋機等；

（3）軋輥雙重交叉（rollpaircross）軋機；

（5）軋輥冷卻（rollcooling）軋機；

（6）軋輥在線（on－lineroll）研磨軋機。

　　在對以下軋機及相關技術的開發(fā)中，日本鋼鐵界和設備制造業(yè)界的開發(fā)和應用都極為成功。現概要介紹對其HC（highcrowncontrol）軋機和PC（paircrass）軋機的開發(fā)及應用。

　　2HC（即高中凸控制）軋機的開發(fā)

2.1HC軋機的原理及特點

　　在原來型軋機上，軋制時工作輥產生撓曲的原因來自軋材和板寬外側支承輥的有害接觸負荷；并且，即使是備有能矯直工作輥撓曲的彎曲機，其功能也受到有害接觸負荷的限制，而無法獲得充分的矯直效果。而理想的HC軋機上，支承輥體長度與軋板寬度相同，即沒有原來軋輥間的有害接觸部，從而防止了工作輥的撓曲，并且，還能大幅度擴展對板中凸和板形的控制范圍，即同時獲得由工作輥彎曲力控制大的板中凸和板形這兩種相反的功能，以及控制的穩(wěn)定性。

　　但是，實際上隨軋板寬度變化而改變工作輥長度不現實，故HC軋機被設計成了在支承輥和工作輥之間有可沿軸向移動的中間輥的6輥軋機。因中間輥可沿軸向移動，就可根據軋板寬度調整一端的有害接觸部；且由于也可以減少殘余有害接觸部的接觸負荷，從而可以接近使支承輥長與板寬相同的橫向剛性無限大的理想HC軋機狀態(tài)。

　　通過HC型試驗軋機的軋制試驗查明：由于軋輥橫向剛性的提高，故軋出平面度好（無波浪邊）的鋼板；而且，即使小直徑工作輥也能確保大的橫向剛性，故可通過工作輥的小直徑化減少軋制負荷而節(jié)能，并軋制硬質材料。

2.2HC軋機的開發(fā)

　　首先是對軋機的油壓壓下裝置HYROP（即hydraulicrollpositioningdevice）進行了技術開發(fā)。在對軋輥撓曲度進行實測并用組合模型計算驗證的基礎上，查明工作輥與支承輥的撓曲度完全不同，且當支承輥長度等于軋板寬度時，即能大幅度減少工作輥撓曲。

　　在設計和試制HC軋機時，由于原來在制作森吉米爾軋機時有將第一中間輥沿軸向移動的機構，故順利實施了移動中間輥的設計；針對首張專利圖上HC軋機每邊有2根（共4根）支承輥的設計，按照結構堅固、維修方便的原則，決定將其改為6輥（即支承輥、中間輥和工作輥各2根的）軋機。

2.3HC軋機的應用

　　首臺HC軋機被成功用于高質量的電工鋼板的軋制，滿足了控制鋼板中凸、板形和邊緣損耗的要求，且為后來改進軋機的設計及制作積累了相關數據。其后，HC軋機被先后擴大用作串列式帶材冷軋機、光整冷軋機，然后也被用作熱軋機。

　　在HC軋機的實用化過程中，必須且已經解決的重要技術問題：一是抑制因改變軋輥間負荷分布的中間輥移動而在其端部產生的局部應力集中，措施是調整中間輥的曲率半徑和錐度；二是為了提高軋輥使用壽命和耐負荷性能，已開始采用以高頻淬火而獲得高硬度（Hs75）表面的鍛鋼軋輥；三是必須充分抑制輥、板間的潤滑和軋輥冷卻而使用冷卻劑的飛散。

2.4HC軋機的擴展

　　經不斷研究和開發(fā)，HC軋機的基本型式已發(fā)展成為HCM、HCW、HCMW、VCM、VCMW、GBM和5BM共7種。到2005年為止，已生產并交貨熱軋HC軋機120臺、冷軋HC軋機280臺。

3PC（即成對交叉）軋機的開發(fā)

3.1PC軋機的原理及特點

　　PC軋機是將工作輥軸與支承輥軸保持平行，使上下輥交叉軋制的軋機。若上、下工作輥如此地交叉，則越在輥端部，兩端的間隙就越變成寬的輻射狀。而另一方面，由軋制負荷引起的軋輥撓曲則為越在中央越寬、越在端部越窄的曲線，即因軋輥交叉而造成的軋輥間隙、在與軋輥撓曲大致相反的方向起作用，故可利用輥間交叉角度調整鋼板斷面形狀。

　　在熱軋機上，由數千噸的軋制負荷引起的工作輥/支承輥撓度、因工作輥本身的徑向熱膨脹，且因軋制長度的延長造成的工作輥磨損，使輥中凸以數百靘的水平變化。因受軋輥自身的制約，即使用工作輥彎曲機也難以對之進行控制。反之，PC軋機僅以1°水平的交叉角度即可造成與1000靘左右的工作輥中凸（直徑）等價的軋輥間隙，且此間隙為幾何型間，不受軋輥強度制約。因此，較之HC軋機和工作輥移動軋機，PC軋機對鋼板中凸的控制能力特別大。這就是PC軋機被廣泛用作熱軋機（特別是厚板軋機）的原因。

3.2PC軋機的開發(fā)

　　生產設備的三菱重工與鋼鐵企業(yè)新日鐵聯合對PC軋機進行了研究和開發(fā)。前者制作了1/3尺寸模型實驗軋機進行了冷軋試驗，后者在改造的1/2尺寸模型軋機上進行了熱軋試驗，分別研究了冷、熱態(tài)交叉軋制特性，還驗證了交叉軋制原理并搜集了設計數據，如軋制負荷與轉矩、鋼板蛇行及穿引性、AGC滯后、工作輥磨損等。

　　硬件設計的一大難題是軸向力。軋輥成對交叉化雖能降低但卻難以消除軋板與工作輥間的軸向力。從理論解析和實驗查明軸向力約為軋制負荷的15%，致使原有的軸向力（止推）軸承能力嚴重不足，為此新開發(fā)了PC軋機用高負荷軸向力軸承，并通過了長時間的嚴格試驗。

　　另外，在首臺開發(fā)PC軋機上采用了工作輥驅動用齒輪主軸，主要是擔心交叉銷型會因萬向節(jié)誤差而導致軋輥兩端的不等速旋轉。然而因齒輪主軸也交叉，會因軋輥傾斜而產生齒輪齒面的熱膠著問題，最終的對策是對齒面進行氮化處理并強化了潤滑。

　　在整個設計和開發(fā)過程中，參與雙方對數百個主項項目進行了充分試驗、研究和論證，力爭萬無一失；而且，三菱重工在設計PC軋機時，還獲得了美國mesta公司的技術支持。

　　根據共同研究的結果，三菱重工接受了新日鐵的訂貨，制造了首臺6輥PC軋機。

3.3PC軋機的應用

　　自首套PC軋機于上世紀80年代中期在新日鐵公司（廣制鐵所）投產后，其控制板形和中凸的良好能力得到了生產實踐的驗證和業(yè)界的肯定，從而在日本國內外推廣應用。到2005年為止，在部分國家共有30套PC軋機投產，其中日本9套、韓國11套、中國6套、美國2套，荷蘭與泰國各1套；另外，2006年還有韓國浦項2套、2007年中國寶鋼1套投產。

　　特別需提及的是世界著名的浦項公司近20年來已建設了12套PC軋機用于板材生產；而作為新興鋼鐵大國的中國近10年來已先后引進了7套PC軋機，其中寶鋼2套，鞍鋼、唐鋼、本鋼、通鋼、上鋼一廠各1套。

　　由于PC軋機控制板形能力強，且其控制鋼板中凸的能力大于HC軋機和其它軋機，因此，PC軋機主要被用作熱軋串列式軋機（而HC軋機主要被用作冷軋機控制板形），如在最近10年中，在生產的熱軋串列式軋機中，PC軋機從原50套增加至90多套。到目前為止，全世界已建成投產和在建的PC軋機已達104套。

4結語

　　在世界粗鋼年產量已超過10億t的今天，軋機正在從小型化向軋制高級鋼化的潮流回歸。在熱軋方面，必須進一步改善包含板端在內的板厚斷面形狀和表面性狀，還須解決大壓下量軋制高級鋼時產生的軋輥表面桔皮狀剝離、軋機振動、通板（即穿引）性下降等問題。在冷軋方面，對板端斷面形狀和高次形狀控制更為重要；而且，為了與熱軋一樣實現軋制高級鋼化，也要求使用小直徑軋輥軋機的高性能化，以便進行大壓下量軋制和超薄軋制。

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