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多辊轧机漫谈钱文军①【摘要】摘要：自从20世纪初多辊轧机发明以来, 各种多辊轧机得到了长足的 发展全世界 95%以上的不锈钢带和难变形的金属带材都是由多辊轧机生产的 主要介绍了多辊轧机的特点、用途和发展史；多辊轧机百年大事记；塔形辊系 和复合式多辊轧机的各种型式；并着重介绍了 Rohn型、Sendzimir型、Frohling型多辊轧机、CR车b机、Demag和DMS双牌坊20辊轧机、三菱和 日立双牌坊HZ20辊轧机、HDK十辊轧机、MKW轧机、Z-Hi18辊轧机、以 及中国人自己设计研制的SR 12/20辊可换式多辊轧机和集成式多辊轧机期刊名称】冶金设备年(卷),期】2015(000)003总页数】12 【关键词】多辊轧机性能与特点 发展史1 概述1.1 多辊轧机特点1）冷轧钢带最初是在 2 辊、4 辊轧机上轧制的随着科学技术和工业技术的发 展，需要更薄更宽更精的带材，4 辊轧机已经不能满足这一要求因为 4 辊轧 机的工作辊直径较大，轧制时轧辊本身产生的弹性变形比所要轧制的带材厚度 还要大轧辊的弹性变形在单位压力相同时，与轧辊直径成正比当轧辊材质 一定时，要减小轧辊的弹性变形值，就必须减小辊径，而轧辊辊径的减小，又 会出现辊系刚度降低的问题。

为了解决这一矛盾，便出现了既具有小的轧辊直 径，同时又具有大刚度的塔形支承辊系的新型轧机——多辊轧机 与 4、6 辊轧机相比，多辊轧机具有以下优点：(1) 由于采用了多点支承的背衬轴承辊结构，辊系的刚度较大降低了轧辊的垂直和水平挠度，从而可以使用小直径的工作辊；(2) 由于使用小直径的工作辊，降低了轧制压力，且辊系刚度较大因此，采用AGC 后能得到更理想的厚度公差；(3) 小直径工作辊可以得到较大的道次压下率(达 60%)和轧程总压缩率(达 90%)，可不经中间退火达到所需成品厚度，从而达到节能和降低产品成本的目的；(4) 小直径工作辊的使用，可以得到宽厚比更大的产品通常一台轧机的最小可轧厚度为工作辊直径的1/1000 ~ 1/2000 ；(5) 更换工作辊方便、快捷(仅需1 ~ 2分钟)，提高了生产效率；(6) 硬质合金工作辊的使用成为现实；(7) 较小的轧辊不需要专用的大型轧辊磨床，而只需一般的外圆磨床，即可满足生产要求；(8) 具有特殊的辊型调整机构，使在轧制过程中可以调整和控制辊型从而达到 轧材板形自动控制的目的，以保证带材的厚度精度、平面度和表面质量；(9) 由于辊系刚度大，多辊轧机在即使没有厚控的情况下，也能获得较高的带材厚度精度；(10) 使用小直径工作辊，其变形区内应力降低和宽展减小从而减少了带材裂边；(11) 轧制带材规格扩大。

坯料和成品厚度之比达50以上，最大宽度与最小宽度之比达2:1;(12) 当轧制难变形金属及其合金时，与 4、6 辊轧机相比可降低能耗,(也有专家 对此持否定意见)；(13) 轧机重量比4辊、6 辊轧机减轻，从而降低了轧机和车间建设成本；(14) 轧制带材成本较低，约为 4 辊轧机的 40%用多辊轧机生产的高强度钢和 精密合金冷轧薄板、带，在薄板生产领域中占有特殊的地位多辊轧机几乎独 占了不锈钢带产品市场，多辊轧机也用于生产大多数取向硅钢带和耐蚀钢带 全世界的多辊轧机约占带材冷轧机 10%以上仅森吉米尔式多辊轧机已有 500 多台在全世界运行2) 据文献报道，目前世界上多辊轧机轧制的最小厚度为0.00025mm[1];轧制 带材最大的宽厚比达97857，为一套20辊轧机轧制出0.007x658mm的铜箔[2] ;厚度公差的最高精度为0.07x650mm , Z0.12pm[3];轧制速度： 1200m/min.[4]3) 诚然，世间的任何事物多具有二重性，多辊轧机也有其不足之处如轧制速 度的提高受辊系的散热空间限制，轧辊制造，背衬轴承的制造、组装及机架或 辊箱镗孔都要求较高精度，轧制生产过程中，清理辊系中的断带较为困难等。

4) 但是，多辊轧机的上述优点是普通4 ， 6辊轧机所望尘莫及的因此，多辊轧 机问世至今，一直处于蓬勃发展之中在发达国家中多辊轧机轧机在不锈钢、 硅钢等特种合金带材的生产领域中发挥越来越重要的作用1.2 多辊轧机的用途及最小可轧厚度1) 随着现代科学技术的飞速发展，对各种材料、各种规格的薄带和极薄带材的需求不断增长例如：汽车工业需要宽度大于1000mm，厚度为0.1~0.5mm 的薄带材;航空航 天电子仪表 工业需要 厚度为 0.002mm 左右 ，宽度 为 100mm 左右的极薄带材;用以制造超小型变压器铁芯、应变片以及近年作为 激光聚变的靶向材料如果没有钛、钽、钼和其他难熔特种合金极薄带材，电 子工业就不能顺利发展总之，在现代工业、现代农业、现代国防和现代科学 技术领域中，薄带和极薄带材都发挥着越来越重要的作用而且，对这些带材 的质量要求越来越高2) 据有关文献报导，用户对现代冷轧机提出的要求是：(1) 航空航天、汽车工业需要宽度大于1000mm，厚度为0.1~0.5mm的超低 碳高强度钢和不锈带钢及钛合金带例如：0.2~0.1x1000~1250mm带材， 其宽厚比达：12500；(2) 电子工业、仪器仪表工业需要宽120mm，厚度为0.01~0.002mm的钛、钽、铌、钼等特种合金极薄带材；(3) 较少的轧制道次，较短的轧制时间；(4) 不经中间退火，达到最大的总压缩率。

例如：从厚度3.0 ~ 2.75mm，不经退火轧到0.25 ~ 0.2mm，总压缩率达91.6% ~ 92.7% ;(5) 较小的厚度公差；(6) 良好板形及表面光洁度3) 某些薄带材的厚度公差达±1%或更高，表面光洁度和板形要求也很高这样 的高精度，在 4 辊或 6 辊 HC 轧机上，由于工作辊辊径大、轧辊弹性变形大、 侧向刚度差，而难以达到据有关文献报导，全世界 95%以上的不锈钢带和难 变形的金属带材是由多辊轧机生产的因此，只有多辊轧机才能较好地满足用 户的上述要求4) 因此，人们关心一台特定的薄带轧机的最小可轧厚度国外许多学者对此作 了大量的研究，已发表的最小可轧厚度公式有： M.D.Stone、Tong-Sachs、 Hill-Longman、Ford-Alexander、Roberts、naBpoB、PagqeHKO 等而通 常以M.D.Stone公式为代表：hmin=3.58式中d——工作辊直径，mm ; p——带材与工作辊间的摩擦系数，0.05 ~0.08；0—材料轧制前的屈服极限,MPa;s——带钢的平均压力,MPa ;E——工作辊材料的弹性模量，MPa例如：取 p=0.05;o0=981MPa;s=0.5o0=490.5MPa;E=20.6x104 MPa 时，如一台20辊轧机工作辊直径为6.5mm，其最小可轧厚度为0.0036mm。

而当采用硬质合金材料制作工作辊时，其最小可轧厚度为0.0013mm，因为硬 质合金的弹性模量E为53.17x104 MPa当一台30辊轧机工作辊直径为2mm时，其最小可轧厚度为0.0011mm当一台轧机工作辊直径为100mm时，其最小可轧厚度为0.05mm由 Stone 公式可见，获得最小可轧厚度的途径有二：一是减小工作辊直径;二 是采用弹性模量大的材料如硬质合金制作工作辊这就导致工作辊直径足够小 而辊系刚度足够大的多辊轧机的发展2 多辊轧机的发展史 早在1837年德国就有人提出了六辊轧机的设计方案 1910年瑞士工程师马瑞 (Mathey)设计、英国罗伯逊公司制造了一台小型六辊轧机并取得了专利⑸其 辊系布置方式如图 1 所示但是这种轧机当工作辊直径减小到某一极限时，其 支持辊外径将相切于轧制线 因此，工作辊直径减小受到限制为了解决减小工作辊直径而不减小支持辊直径的问题，德国工程师罗恩 (Rohn) 于 1925 年左右设计了带有十个或十八个支承辊的十二辊和二十辊轧机图 2为早期罗恩式轧机［7］第一台罗恩式十二辊轧机工作辊直径为10mm，中间辊 直径为20mm，外层支持辊直径为40mm。

它能将厚度0.5mm的坯料，经6 道次轧成0.01mm的镍带［5］这在当时是一个了不起的成就波兰工程师森吉米尔博士(Tadeus Sendzimir)成功地发展了罗恩的这些设想第一台森吉米尔轧机于1932年在波兰的Nowy Bytom投产是一台工作辊直 径为100mm，背衬轴承直径为228.6mm，辊面宽度为812.8mm的六辊轧机 这台轧机没有卷取机，仅在轧机两侧设置了紧装置二次大战前，几台这种轧 机先后在法国、英国和波兰建成［6］图3为早期Sendzimir6辊轧机3 多辊轧机的型式 目前，世界上用于生产薄带和极薄带的多辊轧机种类繁多，通常按其辊系的布 置形式和机架结构型式进行分类可分为塔形辊系多辊轧机和复合式辊系多辊 轧机3.1 塔形辊系的多辊轧机 塔形辊系多辊轧机种类很多，应用也相当普遍顾名思义其辊系呈塔形布置主要有：1-2型、1-2-3型、1-2-3-4型、1-2-3-4-3型、1-2-3-4-5型、1-2- 3-4-1-2-5型也就是所谓6辊、12辊、20辊、26辊、30辊和36辊轧机这种辊系多辊轧机的水平和垂直方向的刚度较大，辊系稳定性也容易保证，故 实际应用也较多图4为塔形辊系的多辊轧机辊系布置图。

其中， 6辊、12辊、20辊轧机最为常见而26辊、32辊和36辊轧机的报道最先见诸于前苏联 为了轧制 0.001mm 左右的极薄带，各国研制了几种工作辊直径为 2mm 左右 的新型多辊轧机 据文献［12］认为采用1-2-3-4-5 型辊系是十分自然联想到的 方案，但实际上由于最外层支承辊相碰于轧制线而无法实现，除非辊系比例关 系减少，但这样又达不到加大最外层支承辊的效果，因此，经多次计算对比， 在保证稳定性和便于传动的基础上选择了 36 辊方案，使外层支承辊套外径达 26mm看来前苏联和北京钢铁研究院之所以选择36辊系方案，就是基于这 一论点1972 年日本第二吉田纪念铁工所的 30 辊轧机方案中（无实物），最外 层支承辊直径也仅为24mm，似乎也基于这一论点然而在设计中采取了相应 的措施后，使30辊轧机外层背衬轴承外径也达到了 26mm因此，文献［12］ 中的这一论点是值得商榷的塔形辊系 12 辊，20 辊轧机尤其是 20 辊轧机在世界上多辊轧机中仍然占有主 导地位3.2 复合式辊系多辊轧机在 4 辊轧机的工作辊和支承辊上增加一些侧向或垂直支承辊就发展成为各种复 合式辊系多辊轧机这类轧机有八辊（MKW）、复合8辊、14辊、双8辊（双 MKW）、森吉米尔Z-hi系列轧机（包括S14辊、S18辊、S20辊、S22辊轧机） 等。

复合式多辊轧机辊系布置如图5所示对于泰勒（Taylor）轧机，HC车b机已 有许多专文介绍，通常也不作为多辊轧机，这里不再赘述1973年我国自行设计研制的04/023/070x92mm14辊轧机上已经轧出了 0 .0015x10mm的极薄带材但是，由于这种轧机支承辊同时与三个辊子接 触，轧辊磨损后配辊复杂，需大量备辊1986 年东北工学院连铸—连轧科研攻关组编写的连铸—连轧讲座资料中介绍 了瑞典皇家工学院一台 8 辊轧机近年来，北京钢铁设计研究总院设计研制了 多套8辊五机架连轧机8/16/32 辊集成式多辊轧机是中国人自己设计研制的新型多辊轧机 2003 年 北京冶金设备研究设计总院为中国工程物理研究院激光聚变中心研制了一台 e2/e26/e65x65mm8/16/32辊整体牌坊(one-piece)集成式多辊。