[科普中国]-带钢热轧机

带钢热轧机是一种冶金的专业术语。带钢热轧机是生产厚度为1.2～8mm成卷热轧带钢的。

热轧机的发展历程第一代带钢热连轧机最早的宽带钢热连轧机是1926年在美国投产的。采用四辊式轧机以提高刚性，生产宽而薄的产品。精轧机组的主电机为直流电机，用电动机－发电机组供电。这代轧机所用板坯厚150～200mm，宽1200～1550mm，长2.5～5m。从粗轧机出来的轧件厚度一般为20～30mm，精轧机最高速度为每秒钟8～10米。最大卷重小于10吨，单位宽度卷重约8kg/mm。年生产能力约60～200万吨。1959年中国鞍山钢铁公司投产的1700mm半连续式轧机就属于这一类型。

第二代带钢热连轧机1961年在美国投产，其特点是在轧机上采用增速轧制工艺。当带钢从精轧机出来，前端喂入卷取机后，精轧机、辊道和卷取机同时加速，使精轧机速度提高到每秒钟15～20m，单位宽度卷重达18～20kg/mm，卷重达30吨，年生产能力达400万吨。在这类轧机上采用了自动厚度控制，测厚和测宽仪表，完善的除铁鳞和带钢冷却控制系统，良好的速度控制系统和微张力活套装置。同时加大了轧机刚性和主电机功率，增设了快速换辊装置，并开始采用计算机控制系统，提高了表面质量和厚度的精度。

第三代带钢热连轧机随着第二代轧机技术的成熟和应用，结合连铸机和步进式加热炉的发展，1970～1978年发展出第三代轧机。配合这类轧机的加热炉能加热重达45吨，长达15m的板坯。并可减少加热时产生的黑印，减少板坯表面划伤，每座炉子的加热能力达300吨。单位宽度卷重达36kg/mm，最高轧制速度达每秒钟28.5m。年生产能力达600万吨。第三代轧机有下列特点：①减少粗轧机组的长度，节省设备和厂房投资，多数采用3/4连续式轧机。精轧机列由7个机架组成，进入精轧机列的轧件厚度为30～50mm。②轧制成品尺寸范围为0.8～25mm，但其经济合理性尚需从全局考虑。③用液压弯辊装置控制板形并用带钢层流冷却以提高钢板质量。并试安装板形检测仪闭环控制板形。④采用计算机管理和控制全车间(从板坯库到成品库)的生产过程。⑤在降低能耗、提高作业率、改进产品质量、提高成材率等方面取得成就，如带钢的宽度公差达到±1mm，厚度公差达到0.05mm，废品率降到0.02%，氧化铁鳞损失降为0.7%，切头量为0.05～0.1%，成材率达到99%。改进轧辊材质，采用轧制润滑油，延长了轧辊寿命；并装设快速换辊装置，使总换辊时间由总操作时间的10～15%减少到4%，有些车间的轧机作业率提高90%。1

轧机组成带钢热轧机由粗轧机和精轧机组成。粗轧机组分半连续式、3/4连续式和全连续式三种：

①半连续式有一台破鳞（去掉氧化铁皮）机架和1台带有立辊的可逆式机架；②3/4连续式则除上述机架外，还有2台串列连续布置机架；③全连续式由6～7台机架组成。精轧机组均由5～7台连续布置的机架和卷取机组成。带钢热轧机按轧辊辊身长度命名，辊身长度在914mm以上的称为宽带钢轧机。精轧机工作辊辊身长度为1700mm的，称为1700mm带钢热轧机，这种轧机能生产1550mm宽的带钢卷。
带钢热轧按产品宽度和生产工艺有四种方式：宽带钢热连轧、宽带钢可逆式热轧、窄带钢热连轧以及用行星轧机热轧带钢。2

轴承广义的轴承寿命可以理解为:当轴承的噪音、振动、精度等技术性能参数超过初始值， 并无法满足机械设备需要时， 可称为轴承的“噪音寿命”、“精度寿命”的终止。对填有润滑脂的密封轴承， 当因润滑脂失效而导致轴承无法正常运转时， 则又可称为“润滑脂寿命”的终止。由于热轧机轴承的消耗较大， 研究其轴承的使用寿命， 对减少轴承消耗， 降低窄带钢生产成本具有重要意义。

工作特点轧辊轴承是轧钢机工作机座中的重要部件， 其特点有：

(1)工作负荷大:由于轧辊的辊身直径应保证强度，而轴承座外形尺寸不应大于辊身最小直径。因而， 轧辊轴承的外形尺寸受到限制， 单位负荷大。通常轧辊轴承的单位压力， 比一般用途的轴承高2 ～ 4倍， 甚至更高。

(2)运转速度差别大:从JP1— JP6速度相差几倍。

(3)工作环境恶劣:轧制时， 轧辊都要用水冷却且有氧化铁皮飞溅。

使用寿命滚动轴承的径向游隙和轴承使用寿命的关糸

由于滚动轴承的径向游隙的大小， 直接影响到轴承内部负荷分布状况， 特别会影响到轴承内最大滚动体负荷的变化， 因此轴承的径向游隙是影响轴承使用寿命的一个重要因素。轴承的径向游隙可以是正值， 也可以是负值。当轴承径向游隙约为负值时， 即负荷率为0.7 ～ 0.8时， 轴承的使用寿命最长。当负荷率小于0.5时， 由于轴承内负荷区域减小， 最大滚动体负荷增大， 因而轴承的使用寿命明显下降。当负荷率大于0.8时， 轴承处于过大的负游隙状况下工作， 轴承发热量大， 使用寿命下降更明显。

滚动轴承工作温度和轴承使用寿命的关糸

其关糸主要在许容动负荷C值的降低， 工作温度越高， 许容动负荷C值越低， 进而轴承的使用寿命就越低。滚动轴承材料的硬度和轴承使用寿命的关糸

滚动轴承工作表面材料的硬度对轴承使用寿命的影响， 主要反映在滚动轴承额定动负荷C值的下降， 轴承元件的材料表面硬度一般为HRC58 -64， 如果轴承元件的材料表面硬度低于上述范围， 则额定动负荷C有下降趋势。

钢材熔炼法和轴承寿命的关糸

钢材中的非金属夹杂物对接触疲劳会产生不利的影响， 在金属表层下的不易塑性变形的氧化物、夹杂物和材料基体之间， 在外界交变应力的作用下易产生疲劳裂纹。钢材中非金属夹杂物数量越多， 则轴承的疲劳寿命越低。要减少钢材中非金属夹杂物， 必须采用有效的冶炼方法，用真空熔炼多次较好。当钢材经多次熔炼后， 虽然轴承的疲劳寿命有所提高， 但钢材的成本却显得太昂贵。因此， 对于重要的轴承材料常采用真空重熔炼一次或真空脱气精炼后的钢材， 这时轴承的使用寿命已足以满足其性能要求。

轴承材料表层残留应力与轴承使用寿命的关糸

轴承元件在热处理过程中， 如处理不当会产生较大的热应力；在磨削过程中如冷却不充分或磨削量太大， 也会产生磨削应力；在轴承和轴壳配合时， 因配合过盈量太大， 也会产生配合应力;甚至轴承工作表面的有害缺陷，也会引起材料表层残留应力的变化。一般情况下， 这些由外界因素所产生的材料表面额外的残留应力都属于正应力。(拉应力)一个通过正常冷热加工的和正确使用的轴承， 在其工作表层应残留负应力(压应力)。材料表层的残留压应力， 可抑制疲劳裂缝的产生和扩展速度， 从而延长轴承疲劳寿命。与此相反， 残留拉应力却会降低轴承的疲劳寿命。

润滑对轴承使用寿命的关糸

实践证明：当润滑油高度清洁时， 即轴承的润滑状态处于最佳时， 滚动轴承是耐疲劳的。但轴承在多数情况下处于混合摩擦状态， 也就是说滚动轴承的滚动工作表面， 尽管有足够的润滑油， 但并不能形成全油膜状态， 润滑油内含杂质越多， 混合摩擦越多， 润滑状态越差， 轴承使用寿命越低。

轧辊轴承的使用二辊轴承与支承辊轴承轴承的转速、额定动负荷以及当量负荷是计算轴承寿命的的基本参数。对轧机轴承来说， 因其特殊的工况条件， 选择参数受到限定， 即轴承所能承受的当量负荷，应当在其额定动负荷值的30%以下， 否则轴承负载过重。轧机轴承的额定寿命与该轴承负荷比值的103成正比， 在相同外型尺寸下， 四列圆柱滚子轴承要比四列圆锥滚子轴承的额定动负荷值高15%以上， 所以前者比后者的额定寿命要高出60%。二辊轴承与支承辊轴承的选型对窄带钢轧机有着举足轻重的作用， 并且二辊轴承与支承辊轴承在前几年的消耗量一直较大， 近两年选择负荷能力较大的四列圆柱滚子轴承， 收到了明显效果， 吨钢轴承消耗大幅下降。另外由于负荷角的大小与轴承游隙成反比， 为了使四列圆柱滚子轴承有较大的负荷能力，选用了游隙较小的轴承。轧机轴承的精度等级对使用寿命也有影响。由于轧机转速的限定， 二辊轴承与支承辊轴承的动压润滑油膜一般较薄， 因此高精度等级的轴承因具有较低的滚道表面粗糙度， 故而能使油膜的连续性保持得更好， 润滑更理想。因此选用了P6级精度的轴承。如轴承座设计和制造不当， 将导致轴承受力不均， 降低轴承寿命。对轴承座的要求是:轴承座负荷区应留有足够的壁厚， 一般情况下， 不应小于轴承直径的1/3。轴承座应具有调心性， 避免因轧辊挠曲变形而使轴承受到偏载。应以调整好的机架窗口衬板为基面， 保持轴承座孔轴线与之平行。在每次安装轴承时检查轴承座孔圆柱度是否符合要求， 保证轴承有较好的受力状态。

轴承的润滑和密封锂基、铝基、聚脲基润滑脂都是轧机轴承理想的润滑剂。对于低速、重载的窄带钢轧机， 为了在轴承滚道上形成动压油膜， 要求这些润滑脂基础油有较高的粘度， 一般不低于320mm2 /s。润滑脂应含有极压添加剂， 在一定温度下与轴承滚道合成极压膜， 低速时能起到减磨作用。因此采用了二硫化钼锂基脂润滑油。窄带钢热轧机通常受到较强的冲击负荷， 轴承震动大， 润滑脂易流失。因此要求润滑脂有较强的粘附性， 可以牢牢地附着在零件表面， 一部分在滚道上润滑轴承， 其余部分保存在轴承内部空间起密封作用。密封不良也是轧机轴承损坏的一个主要原因。如果外界污物侵入轴承座内， 最先污染的是靠近外侧的润滑脂， 使轴承零件表面出现磨损， 随着污物的增加， 磨损面会不断扩大， 沿圆周方向形成裂纹并逐渐扩展， 最终使套圈开裂。严重时还会报废轧辊、轴承座等相关部件。为此安装了油封装置。3

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学