一、六輥軋機(jī)

六輥軋機(jī)是軋機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的重要里程碑。在標(biāo)志著軋制技術(shù)出現(xiàn)飛躍進(jìn)步的6輥軋機(jī)出現(xiàn)之前，4四輥軋機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置是一組支承輥和一組工作輥。由于需要根據(jù)道次表和待軋材料的變化更換工作輥，工作量很大。

日本著名專(zhuān)家Toshiyuki Kajiwara博士為此畫(huà)出了濃墨重彩的一筆。他的方案是采用6輥結(jié)構(gòu)，這種新式軋機(jī)設(shè)計(jì)在工作輥和支承輥之間增加了可以竄動(dòng)的中間輥以消除不希望的接觸區(qū)。這一突破性方法可以在日常生產(chǎn)中采用，能夠以一種簡(jiǎn)單和直觀的方式生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)帶鋼，使軋鋼企業(yè)大受其益。

二、UCM的誕生

6輥軋機(jī)出現(xiàn)后，市場(chǎng)的期待一直在變化，對(duì)更薄、更硬、更平直的帶鋼的需求持續(xù)增加。在這樣的背景下，萬(wàn)能凸度控制軋機(jī)(UCM)應(yīng)運(yùn)而生。UCM的特點(diǎn)是帶鋼形狀控制能力出色，在軋制力變化的情況下很容易保持帶鋼形狀穩(wěn)定。由于減小了邊降，UCM也能提高產(chǎn)品收得率。在上世紀(jì)80年代，它作為新一代6輥軋機(jī)而具有的高性能讓鋼鐵企業(yè)擴(kuò)大了產(chǎn)品范圍，生產(chǎn)出了深受歡迎的優(yōu)質(zhì)材料。

UCM為渴望提高鋼鐵生產(chǎn)質(zhì)量和效率的鋼鐵行業(yè)作出了巨大的貢獻(xiàn)，確立了自身作為優(yōu)質(zhì)材料可靠軋制方案的地位。與此同時(shí)，近年來(lái)對(duì)更硬和更薄材料的不斷增長(zhǎng)的需求推動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，Primetals決定再推出一種新型軋機(jī)設(shè)計(jì)，讓UCM的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)得到更大的發(fā)揮。

三、HYPER UCM的推出

Hyper UCM就是冷軋技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的代表。它使用了更細(xì)的工作輥，配備了更小的工作輥傳動(dòng)系統(tǒng)。

在Hyper UCM的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于能夠達(dá)到***大壓下率的軋輥直徑***佳組合的研究。Primetals借助一種模擬方法計(jì)算了為獲得良好帶鋼形狀而需要限制的***大軋制力，以及軋輥強(qiáng)度所允許的***大軋制力。通過(guò)這一模擬，知道了在不同的軋機(jī)***大寬度下達(dá)到***大壓下率***合適的工作輥直徑。這項(xiàng)研究為確定工作輥直徑從UCM到Hyper UCM應(yīng)減小20-30%奠定了基礎(chǔ)。

4輥軋機(jī)上不希望的接觸區(qū)的發(fā)現(xiàn)和相應(yīng)的解決方案——中間輥竄輥——使工作輥直徑得以減小。上圖根據(jù)來(lái)自世界各地不同鋼廠(chǎng)的數(shù)據(jù)歸納了工作輥平均直徑與軋機(jī)類(lèi)型和帶鋼寬度的關(guān)系。總的來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)UCM的工作輥直徑比4輥軋機(jī)減小了大約25%,而HyperUCM的工作輥直徑又比標(biāo)準(zhǔn)UCM進(jìn)一步減小了20-30%。

Hyper UCM的技術(shù)優(yōu)勢(shì)為鋼鐵企業(yè)帶來(lái)了顯著效益。Hyper UCM降低了軋制力，減少了道次數(shù)，保留了標(biāo)準(zhǔn)UCM的出色的帶鋼形狀控制能力。它還提高了軋制效率，能夠高質(zhì)量生產(chǎn)先進(jìn)材料。

能夠增大扭矩的新型傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)。為了能夠采用期望的工作輥直徑，技術(shù)人員必須研制出使用較小傳動(dòng)軸的縮小的工作輥傳動(dòng)系統(tǒng)，因?yàn)楣ぷ鬏佒睆诫m然可以減小，但需要更高強(qiáng)度的傳動(dòng)軸以傳遞更大的扭矩。因此，需要一項(xiàng)技術(shù)突破：必須設(shè)計(jì)出一種能夠向更細(xì)工作輥傳遞更大扭矩的新型傳動(dòng)軸。

Primetals成功取得了這一創(chuàng)新成果。新型傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)為Hyper UCM鋪平了道路。新傳動(dòng)軸的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)都得到改進(jìn)，使其強(qiáng)度比傳統(tǒng)類(lèi)型大幅度提高。這種稱(chēng)為三菱-日立(MH)軸的新型傳動(dòng)軸能夠傳遞比傳統(tǒng)的萬(wàn)向節(jié)式(UJ)傳動(dòng)軸高出約2.7倍的大扭矩。自開(kāi)發(fā)成功以來(lái)，MH軸已經(jīng)在多家Primetals客戶(hù)的冷軋機(jī)上證明了自己的價(jià)值。

面向未來(lái)的軋制技術(shù)。近年來(lái)，新型無(wú)取向(NGO)鋼和更硬、更薄的先進(jìn)高強(qiáng)鋼(AHSS)的生產(chǎn)迅速增加。這些鋼種被用在電動(dòng)車(chē)和輕型車(chē)上，有助于減少碳排放。對(duì)于以低碳鋼為主的企業(yè)，強(qiáng)度更高、規(guī)格更薄和重量更輕的帶鋼的生產(chǎn)不再只是一個(gè)可選項(xiàng)，而是一個(gè)必選項(xiàng)。Hyper UCM能夠生產(chǎn)太空時(shí)代的材料，對(duì)鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)未來(lái)和環(huán)境保護(hù)作出重要貢獻(xiàn)。

此外，Hyper UCM的先進(jìn)特點(diǎn)對(duì)可逆式冷軋機(jī)(RCM)和串列式冷軋機(jī)(TCM)都適用。對(duì)于TCM改造，Hyper UCM可以替代現(xiàn)有TCM的部分機(jī)架，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高效率、高質(zhì)量生產(chǎn)先進(jìn)鋼種的目標(biāo)。

四、Hyper UCM的典型應(yīng)用場(chǎng)景

Hyper UCM為高牌號(hào)薄規(guī)格優(yōu)質(zhì)電工鋼提供高質(zhì)量解決方案。隨著電動(dòng)汽車(chē)不斷改進(jìn)和推廣，電工鋼需求增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2027年電工鋼市場(chǎng)的增長(zhǎng)率將達(dá)到7.5%。無(wú)論是取向還是無(wú)取向鋼種，無(wú)論是薄還是超薄規(guī)格，都具有強(qiáng)度高、重量輕和性能優(yōu)等特點(diǎn)，對(duì)未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)至關(guān)重要。然而，薄規(guī)格、高磁導(dǎo)率取向和無(wú)取向電工鋼的生產(chǎn)具有挑戰(zhàn)性，需要在提高產(chǎn)能的同時(shí)保證質(zhì)量。

規(guī)格薄，強(qiáng)度高，軋制難度大。電工鋼中的硅含量***高可達(dá)6.5%，其中典型商用鋼種的硅含量***高為3.2%。硅含量增加意味著電阻增大。這類(lèi)鋼種通常軋制成薄和超薄規(guī)格，即0.25毫米及以下。厚度、強(qiáng)度和硅含量是其特性指標(biāo)。不過(guò)，由于硬度和脆性增大的緣故，所有這些參數(shù)都對(duì)電工鋼的可軋制性有影響。因此，對(duì)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，這類(lèi)鋼種的軋制帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。

這些特別脆的鋼種在冷軋時(shí)遇到的挑戰(zhàn)包括工作輥?zhàn)冃巍⒑穸炔痪鶆?尤其是在帶鋼邊緣，稱(chēng)為邊降)、邊緣開(kāi)裂和熱滑傷等。面對(duì)這些會(huì)造成產(chǎn)量和質(zhì)量下降的問(wèn)題，鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)必須克服困難，達(dá)到極高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和成材率水平，才能滿(mǎn)足增長(zhǎng)的需求。

Primetals的解決方案——六輥萬(wàn)能凸度控制軋機(jī)Hyper UC-Mill

Primetals開(kāi)發(fā)了6輥萬(wàn)能凸度控制軋機(jī)Hyper UC-Mill，其工作輥直徑比普通UC-Mill減小了大約20–40%，從而能夠達(dá)到更大的壓下量。Hyper UC-Mill的工作輥直徑與帶鋼***大寬度的比值能夠達(dá)到20%。這一比值對(duì)高硅電工鋼乃至先進(jìn)高強(qiáng)鋼(AHSS)的軋制都非常合適。

該方案還有更多的創(chuàng)新。為達(dá)到精確的邊降和平直度控制而結(jié)合采用了工作輥竄輥、中間輥竄輥、工作輥彎輥和中間輥彎輥液壓缸通過(guò)“竄動(dòng)”工作輥而起到補(bǔ)償作用，以達(dá)到穩(wěn)定的軋制力和平直度指標(biāo)竄輥使壓下量和板形保持不變，意味著改善平直度

***少油量，***佳效果。在整個(gè)軋制過(guò)程中，需要采用多種方法使帶鋼穩(wěn)定在一定溫度，包括帶鋼冷卻、工作輥冷卻、帶鋼速度變化、軋制道次分布和感應(yīng)加熱。如果帶鋼溫度太低，可能會(huì)發(fā)生邊緣開(kāi)裂和斷帶；而如果帶鋼溫度太高，則可能出現(xiàn)熱滑傷或表面缺陷。

微量潤(rùn)滑技術(shù)。在進(jìn)行工作輥冷卻時(shí)，乳化液潤(rùn)滑是保持溫度的一種有效手段。為了保證***大限度減少乳化液的使用量，Primetals開(kāi)發(fā)了微量潤(rùn)滑技術(shù)，將軋制油霧化后噴射到工作輥表面。它在工作輥表面形成一層油膜，從而改善摩擦條件。這層油膜非常薄，意味著帶鋼溫度不會(huì)受到影響。由于摩擦減小，加上油膜具有隔熱的作用，軋制過(guò)程中的帶鋼溫度能夠保持穩(wěn)定。先進(jìn)的潤(rùn)滑方案和溫度控制系統(tǒng)的結(jié)合提高了效率，降低了成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的一貫穩(wěn)定性。

五、HZ軋機(jī)——更薄，更快

隨著電動(dòng)汽車(chē)日益普及，電工鋼在鋼鐵市場(chǎng)中的份額將會(huì)逐漸增加。然而，需求的增長(zhǎng)也將對(duì)質(zhì)量、性能和厚度規(guī)格提出更高的要求。生產(chǎn)企業(yè)將會(huì)面臨以更快的速度和更高的精度提供優(yōu)質(zhì)電工鋼的挑戰(zhàn)。

Hyper UC-Mill能夠改善帶鋼的厚度和質(zhì)量指標(biāo)，而串列式冷軋機(jī)采用Hyper UC-Mill設(shè)計(jì)意味著更快地達(dá)到更薄的規(guī)格。不過(guò)，雖然大多數(shù)Hyper UC-Mill都適合于不同類(lèi)型無(wú)取向電工鋼的軋制，但ZR軋機(jī)為更高硬度材料達(dá)到更薄的規(guī)格帶來(lái)了機(jī)會(huì)。

HZ軋機(jī)

Primetals開(kāi)發(fā)了分體式牌坊的ZR軋機(jī)，即HZ軋機(jī)。它增大了輥縫開(kāi)口度，使穿帶操作變得容易。它的輥徑配置十分靈活，在其他方面也有改進(jìn)。依靠它，Primetals為UC軋機(jī)和ZR軋機(jī)確立了新標(biāo)準(zhǔn)。

Hyper UC-Mill和HZ軋機(jī)都能夠以穩(wěn)定的高質(zhì)量高效率地生產(chǎn)取向和無(wú)取向電工鋼，從而滿(mǎn)足今后不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。

六、Hyper UC-Mill的典型案例

作為Primetals***新研發(fā)的軋機(jī)，Hyper UCM可在高強(qiáng)度鋼（AHSS）軋制中實(shí)現(xiàn)高精度的板厚和板形控制。該技術(shù)也適用于軋制高規(guī)格的無(wú)取向硅鋼和薄帶產(chǎn)品。該技術(shù)基于優(yōu)化的輥徑組合（工作輥、中間輥和支撐輥），采用更小直徑的工作輥，以實(shí)現(xiàn)***大的壓下率，以及工作輥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)較高的平面度可控性。

案例1

Primetals曾為馬鋼完成了萬(wàn)能凸度控制軋機(jī)(UCM)升級(jí)項(xiàng)目。

自2007年以來(lái)，馬鋼一直在兩套采用標(biāo)準(zhǔn)UCM技術(shù)的單機(jī)架可逆式冷軋機(jī)RCM上生產(chǎn)中等牌號(hào)的無(wú)取向NGO電工鋼。公司的第三套RCM于2010年投入運(yùn)行，采用了更先進(jìn)的Hyper UCM方案，能夠生產(chǎn)高牌號(hào)電工鋼。

在2017年，馬鋼與Primetals簽訂了一份合同，將其標(biāo)準(zhǔn)UCM之一升級(jí)成Hyper UCM。該項(xiàng)目大幅度提高了軋機(jī)的產(chǎn)量和性能水平。為了盡可能縮短停產(chǎn)時(shí)間，決定重新利用原標(biāo)準(zhǔn)UCM的牌坊，因?yàn)樗妮伣M尺寸與Hyper UCM幾乎相同。牌坊唯一需要修改之處是為新彎輥塊加工出新螺紋孔。

Hyper UCM采用了不同的工作輥，直徑只有260mm,而以前的工作輥直徑是370 mm。雖然輥徑減小，但Hyper UCM仍然像標(biāo)準(zhǔn)UCM一樣采用工作輥傳動(dòng)。細(xì)工作輥能夠降低軋制力和減少軋制道次。為了適應(yīng)工作輥直徑減小和轉(zhuǎn)速變化的情況，還安裝了一個(gè)新的齒輪箱、一臺(tái)新的傳動(dòng)電機(jī)和一種新式傳動(dòng)軸。另外，Primetals也更新了彎輥塊、換輥車(chē)以及入口和出口堆鋼護(hù)板，這些都有利于細(xì)工作輥的應(yīng)用。依靠Hyper UCM技術(shù)，升級(jí)后的RCM現(xiàn)在能夠生產(chǎn)35W270等高牌號(hào)電工鋼，而標(biāo)準(zhǔn)UCM基本上只能生產(chǎn)到35W440。

案例2

2020年，Primetals從首鋼遷安獲得合同，將為其在中國(guó)河北省遷安市新建的一家工廠(chǎng)提供一套6機(jī)架串列式冷軋機(jī)TCM。

這套TCM將被設(shè)計(jì)成超級(jí)萬(wàn)能凸度控制軋機(jī)Hyper UC-mill。Hyper UC-mill采用小直徑工作輥，從而能夠降低軋制負(fù)荷。這樣能夠生產(chǎn)更硬和更薄的材料，并且提高產(chǎn)品質(zhì)量。這套Hyper UC-mill的所有6個(gè)機(jī)架都具備工作輥竄輥功能，這是這種軋機(jī)首次采用這樣的方案，目的是精確地控制高牌號(hào)電工鋼的邊部形狀。另外，軋機(jī)方案還能節(jié)省投資和維修成本。它使首鋼遷安能夠滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)等***終應(yīng)用對(duì)電工鋼和AHSS鋼種不斷增長(zhǎng)的需求。軋機(jī)在2022年底投產(chǎn)。

這套軋機(jī)采用了小直徑工作輥和工作輥傳動(dòng)系統(tǒng)，它將生產(chǎn)厚度為0.18-2.5mm×750-1320mm的電工鋼、AHSS鋼和鍍錫鋼等產(chǎn)品。

七、Hyper UC-Mill的典型案例

1.中國(guó)馬鋼

項(xiàng)目類(lèi)型：可逆式冷軋機(jī)（3號(hào)軋機(jī)），投產(chǎn)時(shí)間：2013

鋼種：硅鋼

厚度：0.35-0.65 mm

2.東亞客戶(hù)

項(xiàng)目類(lèi)型：串列式冷軋機(jī)，5個(gè)機(jī)架之一改造成Hyper UCM

投產(chǎn)時(shí)間：2017

鋼種：AHSS

3.中國(guó)馬鋼

項(xiàng)目類(lèi)型：可逆式冷軋機(jī)改造（1#軋機(jī)）

投產(chǎn)時(shí)間：2018

鋼種：硅鋼

厚度：0.35-0.65 mm

4.中國(guó)馬鋼

項(xiàng)目類(lèi)型：串列式冷軋機(jī)，4個(gè)機(jī)架之一改造成Hyper UCM

投產(chǎn)時(shí)間：2020

鋼種：HSS、硅鋼

5.中國(guó)寶鋼

項(xiàng)目類(lèi)型：串列式冷軋機(jī)，在現(xiàn)有5個(gè)機(jī)架基礎(chǔ)上增加1個(gè)Hyper UCM機(jī)架

投產(chǎn)時(shí)間：2021

鋼種：AHSS

6.越南客戶(hù)

項(xiàng)目類(lèi)型：可逆式冷軋機(jī)

投產(chǎn)時(shí)間：2021

鋼種：低碳鋼

厚度：0.10-1.6 mm