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Hyper UCM是开拓创新和数十年优化的成果。 它不仅是新建冷轧机的首选 技术,也可以用于现有可逆式冷轧机和串列式冷轧机的升级改造。本文回 顾了Hyper UCM的开发和优化历程,还介绍了在中国钢铁企业马鞍山钢铁 公司(马钢)执行的一个近期项目。

鉴于其在业界的地位,可以毫不夸张地说,6辊轧机设计是轧 机技术发展史上的一座重要里程碑。这项发明改变了轧机的工 艺过程和形式,让它变成了我们今天所知的样子。以打造最容 易操作、性能最佳的轧机为追求的日本著名专家Toshiyuki Kajiwara博士[参从轧机操作人员 获得新的灵感]在它的开发过程中起到了关键的作 用。 在他的探索精神鼓舞下,普锐特冶金技术后来又发展了他 的设计,推出了一种非常先进的冷轧方案。

Hyper UCM是万能凸度控制轧机(UCM)的最先进版本,采用 了Kajiwara博士的6辊轧机设计。除了保留标准6辊UCM的出 色优点之外,Hyper UCM的工作辊直径比标准UCM减小了 20 – 30%,从而能够将更高强度的材料轧制到更薄规格,并且 达到极高的质量和产能水平。

采用Hyper UCM能够使钢铁企业扩大产品范围,在冶金行业 赢得竞争优势。对于以低碳钢为主的企业,强度更高、规格更 薄和重量更轻的带钢的生产不再只是一个可选项,而是一个必 选项。采用能够稳定生产先进钢种的技术已经成为了一个关键 战略目标,因为电动车和轻型车的需求正在持续增长。Hyper UCM是应对这一挑战的理想工具。

6辊轧机的起源

在标志着轧制技术出现飞跃的Kajiwara博士的发明之前,4辊 轧机的标准配置是一组支承辊和一组工作辊。在4辊轧机中, 工作辊和支承辊的外侧超出带钢宽度的部分相互接触。这些部 分被称为“不希望的接触区”,因为它们会造成工作辊挠曲, 使轧制的带钢难以达到平直度要求。为了在4辊轧机上消除这 些接触区并轧制出高质量带钢,必须掌握丰富的轧机操作知识 和经验,因为需要根据道次表和待轧材料的变化更换工作辊, 而工作辊的选择十分复杂,工作量很大。

Kajiwara博士的方案是采用6辊结构,这种新式轧机设计在工 作辊和支承辊之间增加了可以窜动的中间辊以消除不希望的接 触区。这一突破性方法可以在日常生产中采用,能够以一种简 单和直观的方式生产出优质带钢,使轧钢企业大受其益。

可以说,Kajiwara博士的6辊轧机方案最大的技术进步是采用 了直径小于4辊轧机的工作辊:6辊轧机的细工作辊减小了轧制 力,增大了压下率。他的6辊轧机方案的另一个特点是通用性 极佳,尤其在日常生产中表现得更加明显。同一套直型工作辊 可以用于任何道次表,改变产品时操作人员无需更换轧辊。这 样,轧辊库存量能够大幅度减少。

普锐特冶金技术6辊轧机的核心设计

在6辊轧机上⸺当然包括普锐特冶金技术的标准 UCM和Hyper UCM⸺工作辊和支承辊之间的不希 望的接触区由于引入了能够根据带钢宽度横向窜动的 中间辊而得以消除。这样的设计能够抑制工作辊挠曲 和最大限度发挥弯辊的作用,对控制带钢形状很有帮 助。这种创新性的轧机设计使直型工作辊能够适应道 次表的任何变化,让轧机操作变得非常容易。

UCM的诞生

6辊轧机出现后,市场的期待一直在变化,对更薄、更硬、更 平直的带钢的需求持续增加。有鉴于此,进一步发展这一创新 方案的努力仍在继续,万能凸度控制轧机(UCM)应运而 生。UCM的特点是带钢形状控制能力出色,在轧制力变化的 情况下很容易保持带钢形状稳定。由于减小了边降,UCM也 能提高产品收得率。在上世纪80年代,它作为新一代6辊轧机 而具有的高性能让钢铁企业扩大了它们的产品范围,生产出了 深受欢迎的优质材料。

UCM为渴望提高钢铁生产质量和效率的钢铁行业作出了巨大 的贡献,确立了自身作为优质材料可靠轧制方案的地位。与此 同时,近年来对更硬和更薄材料的不断增长的需求推动了技术 的进一步发展。因此,普锐特冶金技术决定再推出一种新型轧 机设计,让UCM的独特优点得到更大的发挥。

4辊轧机、UCM和HYPER UCM的比较

4辊轧机上不希望的接触区的发现和相应的解决方 案⸺中间辊窜辊⸺使工作辊直径得以减小。左 图根据来自世界各地不同钢厂的数据归纳了工作辊 平均直径与轧机类型和带钢宽度的关系。总的来 说,标准UCM的工作辊直径比4辊轧机减小了大约 25%,而Hyper UCM的工作辊直径又比标准UCM 进一步减小了20–30%。

HYPER UCM的推出

Hyper UCM就是冷轧技术进一步发展的代表。它使用了更细的 工作辊,配备了更小的工作辊传动系统。在Hyper UCM的开发 过程中,进行了一项关于能够达到最大压下率的轧辊直径最佳 组合的研究。普锐特冶金技术借助一种模拟方法计算了为获得 良好带钢形状而需要限制的最大轧制力,以及轧辊强度所允许 的最大轧制力。通过这一模拟,我们知道了在不同的轧机最大 宽度下对达到最大压下率最合适的工作辊直径。这项研究为 确定工作辊直径从UCM到Hyper UCM应减小20–30%奠定了 基础。

Hyper UCM的技术优势为钢铁企业带来了显著效益。Hyper UCM降低了轧制力,减少了道次数,保留了标准UCM的出色 的带钢形状控制能力。它还提高了轧制效率,能够高质量生产 先进材料。

业绩:中国马钢可逆式冷轧机升级为HYPER UCM

普锐特冶金技术于近期为优质电工钢领先供应商马鞍山钢 铁公司(马钢)完成了万能凸度控制轧机(UCM)升级项目。 自2007年以来,马钢一直在两套采用标准UCM技术的单 机架可逆式冷轧机(RCM)上生产中等牌号的无取向 (NGO)电工钢。公司的第三套RCM于2010年投入运行, 采用了更先进的普锐特冶金技术Hyper UCM方案,能够 生产高牌号电工钢。在2017年,马钢与普锐特冶金技术 签订了一份合同,这次是将其标准UCM之一升级成 Hyper UCM。该项目大幅度提高了轧机的产量和性能水 平。为了尽可能缩短停产时间,普锐特冶金技术决定重新 利用原标准UCM的牌坊,因为它的辊组尺寸与Hyper UCM几乎相同。牌坊唯一需要修改之处是为新弯辊块加 工出新螺纹孔。

Hyper UCM采用了不同的工作辊,直径只有260 mm, 而以前的工作辊直径是370 mm。虽然辊径减小,但Hyper UCM仍然像标准UCM一样采用工作辊传动。细工作辊能 够降低轧制力和减少道次数。为了适应工作辊直径减小和 转速变化的情况,还安装了一个新的齿轮箱、一台新的传 动电机和一种新式传动轴。另外,普锐特冶金技术也更新 了弯辊块、换辊车以及入口和出口堆钢护板,这些都有利 于细工作辊的应用。依靠Hyper UCM技术,升级后的RCM 现在能够生产35W270等高牌号电工钢,而标准UCM基 本上只能生产到35W440。

先进钢种

近年来,新型无取向(NGO)钢和更硬、更薄的先进高强钢 (AHSS)的生产迅速增加。这些钢种被用在电动车和轻型车 上,有助于减少碳排放。预计这些材料的重要性将与日俱增, 促使钢铁企业不断改进它们的生产线。Hyper UCM能够生产 太空时代的材料,对钢铁行业的可持续未来和环境保护作出重 要贡献。

能够增大扭矩的新型传动轴设计

随着Hyper UCM开发工作的推进,普锐特冶金技术发 现了轧辊直径的最佳组合。这使研究人员朝着先进的 新型轧机又迈近了一步。下一步是将这些发现付诸应 用。为了能够采用期望的工作辊直径,技术人员必须 研制出使用较小传动轴的缩小的工作辊传动系统,因 为工作辊直径虽然可以减小,但需要更高强度的传动 轴以传递更大的扭矩。因此,需要一项技术突破:必 须设计出一种能够向更细工作辊传递更大扭矩的新型 传动轴。

普锐特冶金技术成功取得了这一创新成果。新型传动 轴设计为Hyper UCM铺平了道路。新传动轴的材质和 结构都得到改进,使其强度比传统类型大幅度提高。 这种称为三菱-日立(MH)轴的新型传动轴能够传递比 传统的万向节式(UJ)传动轴高出约2.7倍的大扭矩。 自开发成功以来,MH轴已经在多家普锐特冶金技术 客户的冷轧机上证明了自己的价值。

面向未来的轧制技术

Hyper UCM的先进特点对可逆式冷轧机(RCM)和串列式冷轧 机(TCM)都适用。对于TCM改造,Hyper UCM可以替代现有 TCM的部分机架,从而实现大规模、高效率、高质量生产先进 钢种的目标。以本文所述马钢项目[see page 68]为例,它用于 RCM升级也是成效显著。

Hyper UCM轧机设计已被证明能够非常可靠和稳定地提供我 们在现代生活中需要的材料⸺无论是现在还是将来。随着社 会的发展和技术的进步,轧机技术也在不断优化,突破性创新 相继涌现。普锐特冶金技术冷轧专家将始终致力于推动冶金生 产向前发展,为世界各地的钢铁企业提供满足它们的战略需要 的最佳方案。

采访
Shinichi Yasunari

数百次实验 一项重大突破

Shinichi Yasunari是普锐特冶金技术最有经验的轧 制专家之一。他在Hyper UCM的开发过程中起到了 关键的作用。

在Hyper UCM的开发中您遇到的最大挑战是什么?

Shinichi Yasunari: 为了找到工作辊和中间辊直径 的最佳组合,我们进行了几百次模拟。我们的目标 是,在不影响带钢形状和不超过轧辊间接触压力极限 的条件下达到尽可能高的压下率。最后,我们成功地 采用了直径比标准UCM减小20–30%的工作辊。

钢铁企业对Hyper UCM的哪一个方面评价最高?

Yasunari: 这应该说是Hyper UCM在高效率生产高 硬度和轻型材料时的出色性能,它对减少汽车的碳 排放至关重要。举例来说,近期的一个TCM升级项 目把轧机的5个4辊机架之一换成了Hyper UCM,从 而获得了生产AHSS的能力。

您能向我们透露一下您正在进行的工作吗?有没有 什么绝密的项目?

Yasunari: Hyper UCM已经在3家钢厂投入运行, 还有3个项目正处在设计和制造阶段。另外,我们还 正在为一个新的TCM项目执行几项前期工作。这套 轧机将被用来生产电工钢片,一种对混合动力车和 电动车必需的材料。