摘要：本文对轧机刚度的基础知识进行简要总结，对轧机刚度的测量方法进行了说明；同时分析了轧机刚度对实际生产的影响，并就轧机刚度的恢复方向与方法进行说明。

　　关键词：热轧；刚度；测量；缺陷；预修；改进

　　轧机刚度作为体现轧机精度的关键指标，在轧钢生产过程中具有不可忽视的重要性。轧机在轧制各种钢材产品时，其刚度的大小以及稳定性犹如基石一般，对整个生产流程产生着深远的影响。

　　从产品质量的角度来看，轧机刚度直接关系到钢材的尺寸精度、形状精度以及表面质量等多个关键质量指标。在设备运行方面，轧机刚度的稳定性对于设备的稳定运行至关重要。稳定的刚度能够确保轧机在长时间、高强度的轧制工作中保持正常的工作状态。若刚度不稳定，可能会引起设备的振动加剧，这不仅会加速设备零部件的磨损，缩短设备的使用寿命，还可能引发安全事故。因此，深入了解轧机刚度并准确进行刚度测试是非常必要的。通过对刚度测试数据进行细致的分析，能够精准地发现轧机刚度方面存在的问题。依据这些分析结果有针对性地采取处理措施，才能够确保轧机设备保持应有的精度，从而在保证产品质量的同时，实现设备的稳定、高效运行，这也是本文探讨轧机刚度对生产的影响及预防措施的重要意义所在。

　　1定义

　　轧钢机的刚度又叫轧机模量，它反映了轧钢机在轧制力作用下，各受力构件所受的弹性变形之和。

　　轧机刚度=轧制力变化/辊缝变化率，以kN/mm为单位，一般以吨/毫米为单位（9.8kN=1t，通常采用10kN=1t）。

　　在小轧制压力下，轧制压力与轧制厚度呈非线性关系，这是由轧制过程中各零件间的接触变形及有间隙引起的。随着轧制载荷的增大，其斜率也随之增大；当轧制力达到某一数值时，轧制力与轧件的厚度之间存在着一条直线。

　　所以轧制力控制在轧制力与轧件厚度为线性关系内生产时，轧制过程更稳定、更受控。而我们恢复轧机刚度的目标：轧制力与轧件厚度为线性关系，且线性范围大。

　　当轧制压力不变时，较高的刚性，即较高的轧制刚度，较低的弹跳，可获得更精确的纵厚控制。尤其是对薄坯进行轧制时，若轧机刚性差，回弹幅度大，不能实现对薄坯的稳定轧制。因此，在轧制过程中，要尽量增大其刚性系数，以减少由于轧制压力的变化而引起的壁厚变化。

　　在实际生产中，刚度好坏主要体现在操作人员操控数据上的轧机的辊缝。轧机的辊缝指轧机的工作辊和支撑辊处于平衡状态下，上下工作辊辊身外弧面之间的距离，该距离一般由安装在AGC液压缸上的磁尺来检测。轧机辊缝分空载辊缝或轧制辊缝。为了保证出口板型，轧制辊缝必须保证是无楔形的，即辊缝实际为一个完整的矩形。如果空载辊缝无楔形，要保证实际轧制中的轧制辊缝仍然无楔形，那么就必须保证在轧制过程中轧机两侧的弹性变形是一致的。

　　2轧机刚度对生产的影响

　　在实际生产中，由于设备磨损、界面腐蚀等因素，使其刚度不断降低，需要对设备进行定期维修，尤其是重要部件的周期性更换，以确保其刚性。一般情况下，当刚度保持率达到90%时，就是标准刚度。在某些先进的热轧工厂中，轧钢机的刚性保留率要求为初始刚性不小于95%。

       2.1轧机刚度对轧制稳定性的影响

　　在运行中，轧辊因磨损而产生的刚度降低，并且每个机架的刚度也不尽相同；在相同的车架上，其刚性也会发生变化。在计算厚度模型时，采用的是初刚性，也就是在轧钢机实际生产中通过试验获得的刚度。如果所采用的刚性与实际轧制的刚性相差很大，则会造成实际轧制状态、数据与预设参数之间的误差，而在具有自学习功能的情况下，厚度模型的波动会增大。此外，由于轧制刚度误差引起的厚度模型预测误差，可能会使轧制过程中咬钢后AGC动作量不准确，引起大幅波动，引起机间秒流失控，极易发生“镰刀”弯曲，严重时还会发生堆钢、卡钢等事故。在此基础上，本文提出了一种基于参数估计的方法，该方法可以在一定程度上克服现有方法中存在的不足。

　　2.2轧机刚度对跑偏的影响

　　当两边的刚性相同时，两边的弹性变形也是相同的，这样两边的辊缝变动就会相等，这样就不会发生偏斜。在轧制过程中，如果两边的刚性不一致，就会引起两边的弹跳，也就是实际的辊缝两边都有一定的偏差。但是，装在AGC缸上的用来检测辊缝的磁尺却无法发现这种差别，这时第二级模型还按常规的轧制刚度来计算，轧机辊隙偏差为0，带钢通过辊缝的秒流两边不一样，就会产生跑偏、浪形。当带钢出现跑偏时，又会直接导致带钢传递到轧机两侧的轧制压力出现差异，形成连锁反应，影响轧制辊缝设定。这时生产操作人员就会手动干预两侧AGC的辊缝设定，来控制板形和跑偏。而手动干预后，就出现了在正常生产中常见到的两侧辊缝偏差不为零。特别是当轧机刚度不稳定时，需要频繁的手动干预，且辊缝偏差是不断变化的、不稳定的。

　　2.3轧机刚度对厚度的影响

　　热轧厚度控制是根据产品成分、原料规格、成品规格以及设置的压下规程、板形要求，利用设备本身的模型，预先计算出每块钢的轧制力、辊缝值等参数，也就是轧机的预测参数，计算机的预测参数一般都是由轧钢机的刚性来计算出来的。当实际的刚性与计算的刚性存在差异时，根据板厚模型计算得到的轧制力、辊隙值与实际轧制压力、辊缝值存在一定的偏差，进而造成板带的实际厚度偏离预定的厚度，并对板带的板形控制造成很大的影响。

　　3轧机刚度的测量

　　在热轧带钢过程中，通常采用的是对应轧制压力下的弹跳量来测定其刚度，而在普通热轧带钢中，通常具有刚度检测功能（也就是通常所说的刚度检测）。目前，对轧机的刚性进行了测试，主要有两种：一种是辊压靠法，另一种是轧制。

　　辊压靠方法，也就是轧钢机的刚度试验。用规定的压靠量，并将对应的压下调整量与轧制力进行记录，将轧制力P作为纵轴，压下调整量h作为横轴，绘制出轧钢机的P-h曲线，也就是轧钢机的弹性变形曲线，从而可以测出轧机的静刚度。

　　轧制的方法是在保证轧制间隙恒定的前提下，在轧机上对不同厚度的轧件进行轧制，在每道次轧制结束后，都要记下当时的轧制力，然后测量轧后的轧件厚度，以此为基础计算出轧制过程中的弹跳。在此基础上，提出了一种基于每次轧制压力下的弹性模量，并求出其分段刚度，求其平均后，就可得出该钢的刚—动刚度。

　　4影响轧机刚度的因素

　　从设计、制造、使用、维修等方面来看，都会对轧机的刚性产生影响。设计加工要素是指牌坊、轴承、轧辊等各受力构件的内在弹性变形因子（或称固有刚度）。另外轧机的结构形式也同样影响轧机的刚度稳定性。如有些轧机设计有下支撑阶梯垫装置，具备轧线标高调整功能。但该设计使得在下支撑辊下方的零部件增多，各接触面也相应增多，致使轧机刚度稳定性受到较大影响。目前已经有轧钢厂对阶梯垫形式改制，取消相关零部件，稳定轧钢性。使用与维修的原因主要是由于轧钢机内部零件间的磨损与变形，造成轧钢机的刚度降低。而如果不能及时对磨损、变形部位进行修复、更换，或修复、更换的零部件存在安装或加工质量问题等原因，将使得轧机刚度持续劣化，且变得不稳定，严重时会造成轧钢刚度测试功能都无法正常使用。

　　5轧机刚度的恢复

　　在连续的生产周期中，轧机轧制时不可避免地会发生磨损，其中以拱门窗偏磨最为严重，一般5～8个月后，轧机的刚性就会显著降低，进而影响产品的品质。轧机牌坊的窗口是一年一次的检测，通过专业的检测能够准确地了解到轧机拱门的磨损情况以及磨损的部位，根据检测的结果，在维修的时候，对轧机拱门进行修理或者更换重要的零件，从而使轧机的刚性得到有效的恢复，保证了轧机的精度。

　　为便于理解牌坊刚度恢复的方法，可以把牌坊内各零部件看成一个整体A，假设由一种材料制作完成。各零部件的接触面看作是A零件材料的内部缺陷。

　　在轧制力作用下，首先牌坊的刚度是固定值。A零件的刚度理论上也是固定值（假设为一种材质）。但由于各接触部位内部缺陷的影响以及缺陷状态的变化，会造成A零件刚度的变化。如果想做到A零件刚度恢复和稳定，则需要尽量减少或减轻A零件的内部缺陷。具体的办法如下。

　　（1）减少缺陷数量（即减少接触面）。例如国内部分钢厂已经对精轧机支撑辊小车进行了改制，取消阶梯垫结构，减少接触面；上支撑辊轴承箱调整垫板采用一块垫板等。

　　（2）保证接触面的紧密接触。如降低表面粗轧度、提高平面度、提高表面硬度。例如采取激光熔覆工艺，对牌坊底面使用不锈钢或其他高硬度的防腐材料焊接。

　　（3）避免接触面间进入杂质。如表面防锈处理、防异物进入的防护。例如下支撑辊轴承箱的防护安装，避免下垫接触部位进水、铁皮；上支撑辊轴承箱垫板采用不锈钢等。

　　（4）更换磨损、腐蚀、变形的零部件。常更换的零部件包括支撑辊弧形板、下调整垫板、压头盖板等。

　　通过现场实际操作，AGC油缸与上支撑辊轴承箱的接触面（包括轴承箱本体的各类调整垫板）、下支撑辊以下的接触面（包括下支撑辊弧形板与小车垫板（或阶梯垫）的接触面、压头上下压板的接触面、支撑辊小车与压头压板的接触面、小车与牌坊底板的接触面、牌坊底板与牌坊底面的接触面）、牌坊滑板与轴承箱滑板接触面。

　　针对轧机刚度恢复工作，结合实际已执行的相关措施，总结如下。

　　（1）牌坊底板。底板和牌坊的结合面，由于长期受轧制力冲击，加之该部位生产过程中有大量的水及蒸汽，很容易造成结合面的腐蚀，导致结合不紧密。因此日常要定期检查螺栓紧固情况。对于缺失腐蚀的情况，采取的措施有：临时性快速修复，可以涂抹一种高分子陶瓷材料，由专业人员施工，如福世蓝高分子陶瓷材料2211F；长期有效的处理办法，当前比较通用的就是采用耐磨耐腐蚀的材料进行激光熔覆并机加工，恢复原始安装面。

　　（2）支撑辊小车。支撑辊小车底板与轧机压头下压板结合面，环境恶劣，长期受冲击及水腐蚀，造成结合面出现较为严重的腐蚀麻面，导致结合不紧密，而且该处设计没有螺栓固定。结合上述情况，现场实际采取的措施为：小车底板结合面部位，激光熔覆特殊防腐耐磨材料；压头上压板及下压板材质设计为4Cr13并调质处理，用于防锈；小车底面铜滑板在安装过程中涂抹特殊材料，进行特殊防腐处理，如乐泰243、乐泰或可赛新的金属修补剂。另外，为提高小车底面的防腐性能，焊接一层不锈钢防腐层也是已经执行的一种措施。

　　（3）下支撑辊弧形垫板。通过现场实践证明，该零件对于轧机的精度及轧制稳定性，有重要影响。因此，要保证该零件的完好。首先在制造环节，要严格执行图纸技术规范要求，保尺寸精度、保硬度。日常中，要定期对弧形板的接触面及紧固情况进行检查。常见的问题是接触弧面受冲压变平，一般平面长度超过弧形垫板整体长度的20%时，需要及时更换弧形垫板。

　　（4）上支撑辊轴承箱垫板。上支撑辊轴承箱安装有3块厚度不同的垫板，根据支撑辊辊径变化，对应不同厚度的垫板。垫板受冲击以及环境水蒸气影响，经常出现垫板结合面之间进入水汽而产生腐蚀麻面或腐蚀坑，严重影响轧制稳定性和精度。因此在垫板安装过程中，结合面要求光洁，达到图纸要求的粗糙度及平面度；同时安装时结合面涂抹乐泰243胶进行防护。且该垫板日常需要定期检查，发现表面出现大面积变形凹坑，需及时更换。另外该垫板材质现场实际使用中已经改为采用不锈钢材料制造。

　　（5）AGC油缸。轧机AGC油缸，是最重要的产品精度控制零部件，且很多问题，都可以从AGC油缸的动作及安装在油缸上的位置传感器分析发现。在现场实际使用过程中，AGC油缸对轧机垂直方向精度的影响，主要是上、下接触面，特别是下平面。

　　在油缸下平面，有一个5mm的凸台平面。该凸台平面直接和上支撑辊垫板接触。实际使用中，该凸台平面会腐蚀、磨损，而且是不均匀的腐蚀磨损。这就造成设备精度的下降、两侧液压缸伸出的偏差；同时会导致油缸缸筒偏斜，损伤油缸本体。

　　一般各轧钢厂，AGC油缸均为定期更换件。因此在每次油缸下机修复时，需要恢复该部位的图纸尺寸。一般采取的措施是机加工去除材料，去除量从上平面垫板弥补。个人通过在一些钢厂的交流，建议该油缸修改设计：在油缸下平面，额外安装一可更换的垫板。油缸的使用寿命一般在3年～4年，原设计在寿命周期末，甚至2年后，下平面就出现腐蚀磨损，而更换油缸，不但用时长，而且会造成费用增加。修改设计后，可以通过更换垫板，快速恢复精度。

　　牌坊窗口尺寸恢复。通过对精轧机组设备的实际管理，归纳出了如下的精度误差标准，可作为生产厂家的参考。

　　支承辊窗距误差不超过1.5mm；支承辊拱，横向偏差不超过0.5mm；工作辊窗距误差在1mm以内；工作辊拱（带弯辊）的横向偏差不超过0.3mm；底板两侧底板标高误差不超过0.3mm。

　　6建议

　　每年精确地测量牌坊门窗的空间尺寸。在每一次测量之前，都要对滑块的紧固情况进行检验，以保证拱座滑块在正确的位置上，而不会对测试的精度产生影响。如有偏离，可用换板或加垫片进行调节。在日常检测中，如果牌坊滑道有松动，无法进行简单的固定，应先将滑道拆除，然后检查牌坊连接表面的状况，然后进行修复，以防止因接缝不好而损坏牌坊的安装表面。

　　7结论

　　轧机刚度是评价轧机精度的核心指标，轧机刚度的好坏，直接决定了产品的质量指标。因此准确地测量轧机刚度，并采取有效措施保持轧机刚度，可以避免轧钢过程的跑偏、浪形、厚度不准等问题，对减少废钢、保证轧制稳定、提高生产线的经济效益有非常重要的作用。同时，对于机械、轧辊和自动化系统的设备维护也有指导性的意见。作为设备管理者，要经常关注轧机刚度变化。对轧机刚度变化要进行及时分析，做好设备的预修。另外，针对实际情况，要不断地进行改进，如结构的改进、零部件材质的改进、新修复技术的应用等，以保持并提高轧机的刚度，为轧制高品质产品提供高精度设备基础保障。