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研究的背景與問題
隨著現代工業技術的發展，對板帶的品種、規格和產量的要求越來越高，需要破解“中低端產品過剩、中高端產品短缺”的結構性矛盾，生產高級精品板帶材，促進產品升級和結構優化是鋼鐵制造業高質量發展發展方向。 板形是板帶材的重要質量指標，彎竄系統是改善板形的核心系統，具有改善板形、提高生產率、降低輥耗等優點，是現代板帶軋機的的核心功能和結構。但是，彎竄系統因其機電液控多系統集成特性決定的復雜性，以及市場對品種、板形控制的要求越來越高，現有彎竄輥技術的成熟度和可靠度仍然不足，存在故障率高、運行不穩定等諸多問題，嚴重影響軋機正常生產。 我國現有彎竄裝備技術主要是通過消化吸收外商技術而來，至今面臨外商的專利封鎖和技術保密，尤其是在寬幅板帶材軋機彎竄方面，國內新建和改造市場長期被外商壟斷，不利于我國冶金核心裝備的國產化，也不利于我國鋼鐵企業的高質量發展。因此，開發具有我國自主知識產權的熱軋板帶軋機高效、高精度彎竄裝備勢在必行，同時研究開發保障彎竄裝備設計及制造高質量的先進技術方法也具有重要意義。 02 技術解決方案 針對現有彎竄裝備故障率高、運行不穩定、缺乏先進的設計和評價方法等問題，中冶賽迪項目團隊從理論、方法、試驗和應用等多個維度進行分析，制訂了開發具有高效、高精度、自適應和環保特點的彎竄裝備技術路線（圖1），確立了5個方面的研究內容。 圖1 技術路線圖 03 主要創新進展 中冶賽迪項目團隊經過不斷的研發和工程實踐，系統研究了彎竄輥對板形控制的影響、高精度彎竄輥機電液系統耦合模擬仿真、彎輥裝置離線模擬加載測試和驗證評價方法等核心技術和方法，形成了熱軋板帶軋機高效高精度彎竄裝備技術及相關設計驗證方法，主要技術內容和創新點如下： 1、高效高精度彎竄裝備技術 現有彎竄結構的固有缺陷，導致其安裝間隙大、固定結構易損壞，無對軋機變形和磨損的適應能力，受振動影響大，進而引起彎竄運行不穩定，故障率高等普遍問題，嚴重影響軋機正常生產。此外，現有結構對安裝精度要求高、制造工藝性差、更換困難，不利于彎竄輥質量的保證，同時，改造時對牌坊的加工要求高，不可避免地造成對牌坊的較大損傷；配管復雜，油容積大，嚴重影響控制精度。本技術通過對彎輥力竄輥量對板形控制的影響、彎竄結構對軸承壽命的影響、彎竄液壓伺服系統機液耦合特性、油容積對彎竄控制精度影響等方面的研究，創造性提出組合斜楔+抗剪止口的彎竄裝備高強度無間隙安裝固定方法，開發出模塊化的高效高精度彎竄裝備，具有如下特點： （1）采用組合斜楔+抗剪止口的彎竄裝備高強度方式安裝固定，消除彎輥塊因安裝間隙過大而受軋制振動影響大進而引起的不穩定問題，顯著降低故障率60%； （2）采用可靈活配置的模塊化結構設計，各模塊獨立安裝，各模塊間采用止口強化固定，各模塊及易損件的安裝拆卸方便，互換性強；通過彎竄塊內部油路優化取代外露配管結構設計，減少外部配管，維護點少，維護空間大，操作方便，不僅可滿足定制化市場需求，更大幅降低維護及備件成本35%以上； （3）具有良好的適應性，一方面組合斜楔+抗剪止口的安裝固定方法對安裝精度要求低，制造工藝性好，加工和安裝效率可提升20%；另一方面，可適應目前市場上的大部分機型改造，牌坊的適應性改造加工量少，牌坊受損傷程度小。以本成果在TATA-UK的應用為例，牌坊加工量僅為國際知名外商的30%，以本成果在港陸鋼鐵的應用為為例，牌坊無需加工，即可滿足本成果的安裝要求，而國內外現有彎竄結構均無法實現。 （4）彎竄裝備的最大能力受結構限制小，最大彎輥力可達2000kN/軸承座，最大竄輥量可達±220mm，竄輥精度達到±0.5mm。 2、高精度彎竄系統機液耦合動力學仿真系統、方法及應用 彎竄是典型的“機電液系統裝備”，由于機電液各子系統間具有高關聯性、高耦合性、高復雜性，傳統的“構建和測試”的設計方法昂貴且耗時，忽略了復雜機械系統的力與能量的傳遞規律，目前液壓控制系統仿真廣泛采用的簡化彈簧系統，不能實時反映復雜系統中子系統之間的耦合特性，沖擊振動等動靜態特性高精度描述困難。本技術通過二次開發的基于控制系統導入法的機電液協同仿真技術，結合對油容積對系統階躍響應的影響、液壓彈簧剛度和機械負載剛度耦合特性的分析，開發出基于Stribeck模型摩擦參數的高精度彎竄系統機液耦合動力學仿真系統及仿真方法，仿真度可正向指導工程設計應用，設計效率提高30%，對部件修復、功能升級、系統優化等工作具有直接指導意義，并具有很好的的普適性，可在全行業推廣應用，如已在軋機AGC和AWC、高壓水除鱗等裝備改造中得到成功應用。本技術在TATA-UK彎輥改造等項目中的應用效果得到用戶高度認可，并被建議在用戶的全線裝備改造中推廣應用。 3、液壓彎輥離線工況模擬及集成測試技術 彎輥系統是機電液控多系統關聯耦合的復雜系統，接口關系多，界面關系復雜，其上線功能性能難以一次達成，而其調試整改將耗費大量成本，尤其對改造項目影響巨大。在此之前，尚無法實現離線狀態下軋機工況模擬加載及集成測試，無法離線全面驗證評價液壓彎輥裝置的動靜態特性和有載機械性能，彎輥系統上線功能性能的一次達成率難以保證。本技術發明了液壓彎輥離線模擬加載及集成測試系統與方法，開創性地實現離線狀態下模擬軋機工況并全面驗證評價液壓彎輥裝置的動靜態特性和有載機械性能，可實現彎輥裝備上線功能性能的100%一次達成，與同類工程相比，縮短工期20-50%，節省建設工期和成本20%以上，提升我國冶金核心裝備質量水平達到西方工業質量標準。 圖2 離線模擬工況及集成測試 本項目技術具有完全自主知識產權，通過持續研究和工程實踐，經權威評價已達到國際先進水平，并于2016年與SMS、DANIELI和PT等國際冶金巨頭的同臺競標中脫穎而出，實現在英國塔塔鋼鐵的首臺套工業化應用，是我國首次向發達國家逆向輸出熱連軋核心裝備，應用效果得到用戶高度評價，并因此將中冶賽迪納入該公司優秀供應商名錄。成果首臺套應用以來，已陸續實現在英國塔塔鋼鐵彎竄改造、唐山港陸鋼鐵彎竄改造、寶鋼德盛1780熱軋搬遷等多個項目推廣應用20余臺套。本項目成果具有高效、高精度、高適應性和高達成率等特點，可減少備件儲備、降低輥耗和裝備故障率、提高產量和板形質量、節省建設工期和投資成本，不僅可為用戶創造良好的新增經濟效益，還可在全行業推廣應用，促進行業整體進步，有力提升鋼鐵制造高質量發展水平。 圖3 彎輥改造前后效果對比（左圖改造前、右圖改造后） 來源：軋鋼之家
