轧钢机械设备

轧钢机械设备高彩茹轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学）教学内容第一章绪论第二章轧辊第三章轧辊轴承第四章轧辊调整装置第五章机架第六章轧钢机座的刚性第七章连接轴第一章绪论第一节轧钢机的定义和组成一.定义狭义定义：轧制钢材的机械设备。它使轧件在旋转的轧辊间产生塑性变形，轧出所需断面形状和尺寸的钢材。即主要设备——主机列。（厚板、中板、薄板、轨梁、槽钢、角钢、螺纹钢筋、线材等）广义定义：用于轧制钢材生产工艺全部所需的主要设备和辅助设备的成套机组。包括轧制，运输、翻钢、冷却、剪切、矫直等设备。二.组成：主要设备和辅助设备1主要设备：主机列。包括工作机座（机架、轴承、调整装置、导卫）、传动装置（齿轮、减速机、连轴节）和主电机。2辅助设备：主机列之外的其它设备。车间的自动化程度越高，重量所占的比例越大。(是主要设备重量的3~4倍)(如鞍钢中型的半截美).第二节轧钢机的分类分类方法按用途:型钢、板带、钢管、特种（钢球，齿轮、犁铧等）按构造：二辊式、三辊式、四辊、偏八辊、十二辊、二十辊等按布置方式：单机座，横一机列，两列式，顺列式、连续式、半连续轧机的命名方式:型钢轧机\开坯机:以轧辊的直径命名(先确定直径,再确定辊身长)板带轧机:以辊身长度命名(先确定辊身长,再确定直径)例如:鞍钢的4300,首钢的3500,首秦的4300,武钢的2800,,本钢1700,鞍钢的1780,是指辊身长度.抚钢的三辊650,指的是传动轧辊的齿轮机座的节圆直径,或者是公称直径对于初轧机,如抚钢(东北特钢)的850,由电机直接传动轧辊,指辊环外径.轧管机:以机组所能轧制的最大管径尺寸命名.如140,指最大管外径为140mm.按用途分类1.开坯机:初轧机、板坯机、钢坯轧机2.型钢轧机：轨梁、大型、中型、小型、线材3.钢板轧机：中厚板、薄板、热带钢4.冷轧钢板轧机：冷轧钢板、冷轧带钢、箔材轧机二辊：开坯机，中厚板粗轧机，平整机、型材轧机三辊：板带轧机、开坯机、四辊：主力机型，热轧、冷轧机组中，厚板轧机双机架六辊：板带HC、CVC轧机（辊凸度可调轧机）十二辊：冷轧钢带、铜板带二十辊：冷轧机万能轧机：热轧板带粗轧机组的前三机架万能型钢轧机：工字钢、槽钢、钢轨、H型钢等其它：…按构造分类1）轴向移动量为最佳时，横向刚度达到最大，即挠度不再增加（NCP点）；2）改善力的分布，减小边部辊间的有害压力，减小边部减薄和边裂。3）HC工作辊直径可以更小，道次压下率增加，减少轧制道次和减少轧机数目22(tan)/2()WBDSδθ=++工作辊凸度:θ—0~1.5°δ—1000μm板带宽度越大，改变交叉角的作用越显著，且改变交叉角不改变轧机的强度和刚度四辊CVC:宝钢热轧机2050六辊CVC：福建瑞闽铝板带公司单机架按排列方式分类单机架：横列式：在大型型钢和中型钢轧机上应用单列双列顺列（串列）：在热连轧机组的粗轧机组中连续式：热轧带钢、冷轧带钢、钢管的轧制、高速线材半连续式：型钢机组的半连续：一半是顺列、一半是横列式连轧热带钢机组半连续：粗轧机组中有可逆道次，而精轧机组起全连轧R1R2R3R4a单机架；b双机架式；c一一列横列式;d一两列横列式;e一三列横列式;f—集体驱动连续式;g一单独驱动连续式第三节轧钢机主机列的组成电机：动力源。传动机构：将运动和动力传递给轧辊，包括飞轮、减速机、齿轮机座、连接轴、联轴节等。工作机座：使轧件产生变形的部分。包括：轧辊、轴承、调整装置、轴承座、机架、导卫、地脚板等。导:左右布置,导向作用,防止跑偏卫:上下布置,限制上翘和下弯,保证运行安全导卫盒(箱):导卫制作成整体,一般在小型材轧机上使用无牌坊小型材轧机主机列图(c)(c)由一个电机通过齿轮机座带动轧辊的传动方式第四节辅助设备分类辅助设备分类：1剪切类：剪切机，锯切机2矫直类：辊式矫、张力矫、压力矫、斜辊矫3卷取类：线材、热轧钢板卷取、张力卷取4表面加工设备：酸洗、镀复、清洗、打印5打捆包装：打捆机、包装机6运输类：辊道、推床、翻钢机、转向台、拉钢机、冷床、挡板、堆垛机、钢锭车改变外形：剪切机，锯切机、矫直、卷取机移送轧件：辊道、推床、翻钢机、转向台第五节轧钢设备的发展方向1、研发节能降耗新设备、新工艺（1）提高连铸坯的比重，研究发展csp技术。直接将薄板连铸坯送入热连轧机轧制成材，节省粗轧道次。（2）减少中间坯的热损失，发展热卷箱和保温罩2、缩短工艺流程，简化生产工序，加速发展连续化冷轧实现酸洗-冷轧连续，冷轧-退火-精整连续，（日本新日铁）酸洗-冷轧-电解清洗-退火-精整-检查全连续；型钢方面也追求全连续。选用短应力线轧机和预应力轧机。3、积极开发和应用高效新型轧机开发板形控制轧机，如HC、CVC、VC、UC、UCM、PC在粗轧机组中开发了侧压下量极大的侧压装置，一次侧压量达300mm，提高连铸坯的调宽能力。举例：1.鞍钢、济钢的ASP,本钢的BSP生产线，薄板坯的连铸135－70mm，成品厚度3mm左右。节省加热工序（只是保温炉保温），粗轧道次减少。抚钢的棒材生产线、宝钢2050热轧线都采用保温罩。2.冷轧生产实现全联合连续机组：本钢-浦项冷轧薄板，鞍钢冷轧厂实现酸洗-冷轧连续。3.HC轧机（大凸度可调轧机）：六辊，中间辊可串,中间辊的一头为锥形。CVC轧机:凸度连续可变轧机。可以是四辊、六辊。靠自身S辊形调板形。UC轧机(万能凸度轧机）：六辊，中间辊可串动也可以弯辊。VC轧机（辊凸度可变轧机）：辊上安装辊套，在辊心与辊套间注入高压液体来调节工作辊各部分的辊凸度。PC轧机:靠交叉的角度来调整辊凸度。调宽：解放连铸的能力大幅度减宽调宽量：300mm控宽：AWC提高轧件全长宽度精度减少切损保温罩第二章轧辊轧辊的工作特点：（1）承受很大的轧制压力和力矩，还有动载荷。（2）在高温和温度变化大的条件下工作，轧辊在交变应力的作用下，易使轧辊产生龟裂和裂纹。（3）在轧制过程中被磨损，影响轧件的质量和轧辊的使用寿命。轧辊的分类：（1）平辊：轧板带（有辊型）（2）型辊：轧型钢（有孔型）（3）特殊轧辊：轧钢管、车轮等（桶形，菌形）第一节工作特点和分类900450900板带轧机的平辊棒线材轧机的型辊型辊上配置的孔型形状二辊斜轧穿孔机轧辊形状桶形辊第二节轧辊的结构和参数结构：辊身、辊颈、辊头辊身：与轧件直接接触并产生塑性变形的部分，D、L辊颈：轧辊的支撑部分，固定位置，将轧制力经压下装置传递到机架上，d,l辊头:传递轧辊扭矩的部分，d3，l3…形状：……参数：辊身直径D：①咬入条件（热轧）②轧辊的热平衡:轧辊直径使轧辊的工作温度≯100℃.③轧辊的最小可轧厚度(冷轧)④轧辊的强度和刚度min1coshDαΔ≥−minmax0.28()PEhDKμσ≤−辊身长度L：L/D比例。L/D小，刚度大，不易弯曲。（查表，经验数值）辊颈直径d：d/D有比例，0.5-0.8(滚动轴承取下限)辊颈长度l:d/l≈1各种轧机L/D的比值LDldl3d31.3～2.5支撑辊2.5～4工作辊四辊板带1.5～2精轧机座2.2～3粗轧机座型钢轧机2.2～27初轧机各类轧机的最大允许咬入角22～24热轧型钢15～22热轧钢板5～8粗糙辊面冷轧3～4带润滑的光冷轧辊咬入角，α轧制情况各类轧辊的重车率3～6薄板轧机和冷轧机5～7中厚板轧机8～10型钢轧机10～12初轧机重车率，%轧辊每次重车0.5-5,重磨0.5-0.01。例：首秦：每次重车+重磨量1mm，重磨100mm报废。辊身长度L的确定:对于型钢轧机:考虑轧辊强度和孔型个数对于板带轧机:L=B+aa=100,当b=400~1200a=200~400,b＞1200例如:首秦4300轧机:b=4100，a=200。轧辊材料及辊面硬度一、常用的轧辊材料3、硬质合金:WC2、铁普通铸铁球墨铸铁合金铸铁半冷硬铸铁:HS＞50冷硬铸铁:HS＞60无限冷硬铸铁:HS＞651、钢铸钢锻钢合金铸钢合金锻钢热轧辊-合金结构钢：55Mn2,55Cr,60CrMnMo冷轧辊-合金工具钢:9Cr,9CrV,9Cr2W,9Cr2Mo二、轧辊材料的选择1、初轧机和型钢：以强度为主，用合金铸钢和锻钢；在型钢轧机第二架，可用球墨铸铁，后几个机架和成品机架，可以用冷硬铸铁。2、热轧板带轧机：工作辊；粗轧机座采用钢，精轧可用铸铁。支撑辊：合金锻钢。3、冷轧板带轧机：工作辊、支撑辊全部考虑辊面硬度和强度，都用合金工具钢，或用WC辊套。不可用铸铁，因为E仅为钢的1/2，最小可轧厚度与E成反比。第四节轧辊的强度计算步骤:1）对受力及几何形状进行简化2）进行辊系的受力分析3）找出可能的危险断面，画出力矩图4）对危险断面的弯曲力矩进行计算，5）计算弯曲应力6）求出许用应力7）作出安全或是否符合强度要求的判断原则：辊身:计算（校核）弯曲强度辊颈:计算（校核）弯扭组合辊头:计算（校核）扭转应力包括一.二辊型钢轧机强度的计算二.二辊板带轧机强度的计算三.四辊板带轧机强度的计算工作辊传动支承辊传动工作辊校核支承辊校核一.二辊型钢轧机强度的计算11XMAXalMRxPxaMRl−=∗=∗∗=∗[][]30.1(600~900)5MAXMAXbbbMMWDMPanσσσσσσσ=====强度校核合格[]σσ强度不够辊身强度校核PlaR1R2cx辊颈强度校核1dMRc=i30.1ddddMMWdσ==强度校核合格[]σσ强度不够30.2MnMnWndτ==223dσστ=+[]σσ220.3750.6254ddσσστ=++钢轧辊,第四强度理论:铸铁轧辊,第二强度理论:辊头强度校核3MnMnWnbτη==batmax0.8010.6450.4930.3460.208η3.02.52.01.51.0a/b[]ττ辊头强度合格DdLcaMwP/2P/2b弯矩表达式()48DabMP=−二.二辊板带轧机强度的计算2224DPabqbM=⋅−⋅Pbq=⋅三.四辊板带轧机强度的计算(一)支承辊(1)工作辊传动情况[][]320.15MAXMAXbbMMWDnσσσσσσ====LcP/2P/2D2dq=P/Lamax()48aLMP=−辊身中部最大弯矩辊身中部弯曲应力:[]σσ则强度不够则强度足够(2)支承辊传动情况LcP/2P/2D2dq=P/LaMn与二辊轧机轧辊校核相同辊身:校核弯曲强度辊颈:校核弯+扭组合强度辊头:校核扭转强度工作辊强度计算(1)工作辊传动时,工作辊强度(2)支承辊传动时,工作辊强度四辊轧机工作辊受力及力矩图工作辊传动LcaDd1q=P/LMwMTMnd3PTPTb辊身中部垂直弯矩max()8PMwlb=−辊身中部水平弯矩max()248TTabMΔ=−辊身中部合成弯矩22maxmaxWTMMMΣ=+310.1MMWDσΣΣ==作用在一个工作辊上的扭矩11124ZMnMTD=±Δ⋅“_”前张力大于后张力“+”后张力大于前张力4TTPΔ=辊颈处的弯曲应力和扭转应力4WTTMCΔ=30.1WTWTdMMWdσ==30.2nndMMWdτ==223ddσστ=+支承辊传动时,工作辊受力情况pxpx’MnLcaDd1q=P/LMwMPx/2Px/2b接触强度地计算接触应力过大时,会使辊面金属产生剥落.xzyσzσxσy12max21212()()qrrKKrrσπ+=+12max12()0.418qErrrrσ+=2212121211,KKEEμμππ−−==q-接触表面单位长度上的负荷r1,r2−轧辊半径[]maxmax0.304τστ=≤τmax=0.304σmax0.5σmaxσmaxσzσxσy0.78b习题:1.如生产1750mm的热轧板,已知在2500mm二辊热轧机上进行轧制,最大轧制力为1000t,轧辊直径为960mm,辊颈直径为580mm,辊颈长度为580mm,梅花辊头外径d1为520mm,辊头长360mm,作用在一个辊头上的扭转力矩为64t.m,采用轧辊材质为球墨铸铁,其抗拉强度为400-600MPa,请校核轧辊各部分强度.2.如图所示为630三辊型钢轧机的中辊各部分尺寸(已考虑了重车量),