水平型钢轧机设计

目录（论文）第2页1绪论1.1小型型钢连轧生产概述1.1.1发展现状从16世纪人类开始轧钢发展到今天，经过了漫长的过程。在1530年或1532年，依尼雪在拿伯格（Nnrmberg）发明了第一个用于轧钢或轧铁的轧机，紧接着，1782年，英国的约翰彼尼（John·payne）在有俩个刻成不同形状的孔型的轧辊的轧机中加工锻造棒材。1759年，英国的托马斯伯勒克里（Thomas·Blockley）取得了孔型轧制的另外一个专利，在历史上标志着型钢生产正式开始。大约1825年，新的生产工艺又出现了。两个南斯达福得施耶（South·Staffshire）的操作工想出了棒材成品前为椭圆断面，然后借助导卫进入最后一道孔型并轧制成圆的轧制工艺。直至发展到今天，仍在有效使用的椭圆—圆孔型工艺。1853年，R—罗登（R·Roden）发明了三辊轧机，随后的1857年，约翰—弗里茨（John·Frits）将三辊轧机用于棒材或线材的轧制。一两年以后，一个比利时的轧钢工实现了不等轧件完全离开轧辊是时，即在轧制过程中将它的头部就送入下一个道次进行轧制的操作方法，运用这种方法时的轧机被称作比利时轧机或活套轧机。1869年，瓦施本和米尔（WashburnandMean）设备制造公司制造出一台新型的轧机，即现在被称作纵向直线布置的连续式线材或棒材轧机。它取消了轧件在各道次之间翻钢90°避免了道次间形成活套。从此，平立交替的连轧机出现了。比利时轧机的使用持续了多年，尽管期间经历了一系列改进，但还是未能完全适应时代前进的步伐。在20世纪40年代末50年代初，由于机械制造和电气控制技术的进步，无扭转连续式轧机发展起来，比较典型的是1945~1950年投产的伯利恒钢铁公司勒克加文纳厂（Betlehem’sLackwannaPlant）棒材轧机。从50年代起，无扭转轧机的全连续式的小型轧机逐渐增多，代表当时先进水平的是由美国共和国（Republic’s）在1958年4月投产的棒材轧机。到20世纪70年代，虽出现了一部分带围盘的横列式套轧小型轧机，但全连续式的布置形式仍是小型轧机的主流。80年代以后，随着连铸技术的成熟，机械制造及电气控水平的迅猛发展，小型轧机进一步演变为现代的全线无扭转直线连续式小型轧机。型钢生产将朝着化学成分更加纯净、生产日趋连续化、轧制速度不断提高、轧机强度和刚度不断提高、广泛采用连铸坯、连铸坯热装热送和直接轧制技术和短流程技术、（论文）第3页采用控制轧制、控制冷却和形变热处理技术、开发新品种和经济断面型钢、生产趋向专业化、发展低合金和合金钢型、采用轧钢自动化和计算机控制技术、采用自动检测技术等这几个方面迅猛发展。1.1.2工艺和设备特点小型型钢连轧技术较横列式轧机有非常明显的优点，尤其在其工艺和设备上特点明显：以连铸坯为原料；设备和布置比以前大大简化；一座步进式加热炉与一套轧机相配；轧线主轧机平/立交替布置；主线无扭转轧制，一般均是粗轧6架，中轧6架，精轧6架；采用新轧机，粗轧机多为悬臂式或短应力式，中轧机则大部分采用高刚度的短应力线式轧机；轧线上设置两台切头飞剪，才用这种设备，可大大减少精整面积和操作人员；各架轧机单独运动；采用微张力或无张力扎制；高效率的单面步进式冷床；不再需要在线探伤和检查设备；在线矫直、在线飞剪、定尺剪切均已成功运用；并且使用了高速无扭转线材精轧机和斯泰尔摩控制冷却工艺。此外，小型型钢生产大多数采用了连轧工艺，它能保证各道轧制速度随轧件延伸系数按比例增加，实现了粗轧时低速咬入和精轧时的高速轧制；温降很小，保证了所要求的轧制速度，因为连轧时避免了往复轧制和横移，节省了时间；有利于轧制轻薄细型钢材，细小规格的产品和产品质量的改善；有利于连铸坯一火成材，降低成本和节省能源，减少了咬入事故和其他设备事故，提高了作业率，降低了轧制负荷，节约电耗、辊耗、减少设备事故，提高了轧件重量，同时解放了劳动力。连轧利用推力自动进钢，连轧件在连轧过程中受到轧辊的推送力，有利于自动进钢，且可省去大量辅助工序和设备：如移钢、升降翻钢及往返移动等工序设备，为高效率生产提供条件，而且改善了咬入；有利于延伸和正常的轧制，在连轧过程中，前一架轧机对后一架轧机的轧制产生推力，实现强迫咬入；连轧工艺更容易实现生产自动化，因为它是连续化生产过程，坯料、温度等工艺条件比较稳定。同时实现低温控制轧制，不仅可以节约能源，还可通过控制变形组织状态收到变形热处理的效果，提高了钢材的力学性能。下面介绍小型型钢棒材的生产工艺流程：热送连铸坯→电子称重及入炉辊道→步进梁式加热炉→预留除鳞及无头焊接→粗轧机组→切头飞剪→中轧机组→控冷水箱→切头、切废飞剪→精轧机组→圆钢→（论文）第4页倍尺飞剪→裙板辊道→冷床→成层及输送→定尺冷摆剪→记数收集→打捆、称重。棒材生产线经过长久的发展已经有了其独特的优点，新棒材生产线在消化原有小型生产线的基础上，克服了原有生产线的弊端，具备了开发类似A18mm大规格产品的切分轧制以及小规格的多线切分轧制的设备潜力。它的工艺设计直接运用了粗轧机组无孔型轧制、切分轧制、碳化钨辊环轧制等一系列已经试验成熟的轧制新技术，将极大地促进生产率的提高，确保了棒材的成品质量。1.1.3小型型钢用途型钢生产产品规格众多，广泛应用于国民经济的各个部门。具体来说主要有：复杂断面型钢：用于机械工业的，其中包括印刷机、打印机零件、风动工具零件、石油机械零件、采矿机械零件、粮食加工零件、农业机械零件、汽车零件、轴承零件、机床零件、刀具、传动机械零件和医疗、造纸机械零件等。用于纺织工业上面的有各类缝纫机零件、纺织机零件。用在仪表工业上，有刃具、号码机、调节器零件、无线电构件、电讯仪表零件、放映机、录音机零件。用在电机制造工业上，有气轮机叶片、电机零件、垫圈。用在建筑结构材料上，有民用钢窗、船舶用钢窗等。简单断面型钢广泛应用于机械制造如：轴类零件、金属结构；桥梁建筑如：钢筋混凝土结构中、桥梁骨架等方面。总之，型钢用途广泛，在国民经济中占有不可缺少的地位。1.2总体方案确定1.2.1轧机主传动系统轧机主传动系统包括电动机，传动机构，工作机座三部分。1．电动机主要根据电动机的功率来选择，另外一般选用高转速，用减速器来减速，而不采用成本较高的低速电动机，其作用是给整个系统提供动力。2．传动机构由连接轴，联轴器，齿轮机座，减速器组成，其作用是把电动机的转动传递给工作机座中的轧辊，使其旋转，实现对金属的轧制。（1）联接轴：其作用是将扭矩从齿轮机座或一个工作机座的轧辊传递给另一个工作机组的轧辊。它的主要类型为：万向接轴和梅花接轴。本设计采用万向接轴，原因：他允许接轴中心线与轧辊中心线（或齿轮中心线）之（论文）第5页间有较大的倾角，并能传递较大的扭矩，故在初轧机上广泛应用。而梅花接轴倾角很小，且在运转中有冲击和噪音，通常在没有润滑的条件下工作，很容易磨损，所以选用万向接轴。下面简要介绍以下滑块式万向接轴：它由扁头，叉头，削轴和滑块等主要零件构成。接轴铰链的主要结构尺寸是叉头直径D、径向尺寸d和扁头厚度C。（2）联轴器：主要是齿轮联轴器，作为主电机联轴器或主联轴器。因为齿轮联轴器结构简单，紧凑，制造容易，并有很高的精度，摩擦损失小，能传递很大的扭矩，有良好的补偿性能和一定的弹性等特点。联轴器的齿轮啮合采用压力角为20°的渐开线齿形，具有很小的径向间隙，齿间的齿侧间隙比较大。（3）齿轮机座：作用是将电动机的扭矩分配给相应的轧辊。其组成由齿轮轴，轴承，轴承座，机架和机盖等部分。齿轮机座中心距由轧辊中心距改变时联轴器有最适合的工作条件来确定。①齿轮轴通常采用人字形齿，齿轮节圆上的倾斜角在28°～35°之间，通常取30°。压力角一般位20°。齿轮齿数一般在22～44之间。齿轮轴常用材料有42CrMo、40CrNi3MoV、40CrMn2Mo、45＃钢等。选用硬齿面，齿面淬火硬度为HB480～570。②轴承通常采用滚动轴承。滚动轴承摩擦损失小，维护方便，但径向尺寸较大，滑动轴承则具有较小的径向尺寸，有利于提高轴承座的强度，但齿轮座中的滑动轴承一般不能保证完全的液体摩擦，摩擦系数较大，故在径向尺寸允许的条件下应首先选用滚动轴承。③齿轮机座的机架应保持良好的密闭性，并且具有足够的刚性，以使轴承具有坚固的支撑，为此应尽可能加强机架轴承处的强度和刚度。（4）主减速器：作用是把主电机的高速转数变成轧辊需要的低转数，以避免采用成本较高的低速电动机。主减速器好的齿轮多采用人字齿形，因为这种齿轮的工作比较平稳，而且没有轴向力。减速器中心矩的选取应参考JB716-65的规定。齿轮材料根据齿轮的负荷大小，可采用锻钢或合金锻钢。（论文）第6页主减速器中各齿轮的旋转方向与轧辊的转动方向、主减速器中低速轴的传动齿轮机座中的哪一个齿轮以及主减速器中各齿轮的配置形式有关。3．工作机座：作用是在轧制过程中，被轧制的金属作用到轧辊上的全部轧制力，通过轧辊轴承、轴承座、压下螺丝以及螺母传给机架，并由机座全部吸收，不再传给地基。机架按结构分为开式和闭式，闭式机架是一个整体框架，强度和刚度很大，得到广泛应用，所以本设计采用的就是闭式机架。1.2.2轧辊系统轧辊是轧钢机中直接轧制轧件的主要部件，粗轧机组件由上下轧辊及其轴承部件组成的，轧辊与轧辊轴承通过轴承座安装在轧机机架的窗口内，上轧辊是通过它的轴承座与其上面的压下螺丝相连，并把垂直向上的轧制压力通过压下螺丝和螺母传给机架，其下面通过轴承盒支在平衡装置的四根顶杆上。在轧制过程中，轧辊直接与轧件接触，强迫轧件发生变形。1.轧辊结构有辊身、辊颈、和辊头三部分组成。辊身是轧辊直接与轧件接触的工作部分。辊颈是轧辊的支撑部分。而辊头则是轧辊与连接轴相接的地方。2.轧辊材料：轧机对其轧辊要求有很高的强度和韧性，所以采用低铬无限冷硬球墨铸铁轧辊。3.轧辊轴承采用滑动轴承。型钢轧机的轧辊大部分采用具有胶木衬瓦的开式轴承，这主要是从便于换辊的角度考虑的。4.轧辊平衡装置采用弹簧式平衡装置，其特点是机构简单、造价低、维修简便、但平衡力是变化的，主要应用于中、小型型钢和线材轧机上。1.2.3轧辊压下系统压下机构按照轧钢机的类型、轧件的轧制精度等要求，以及生产率高低的要求可分为：手动、电动、电——液及全液压压下机构。本设计采用液压马达压下装置，因为轧机上辊调节距离不大，调节速度不快，但调节精度要求高。轧辊压下系统包括液压马达、联接轴、联轴器、减速装置、压下螺丝、压下螺母等装置。1．液压马达作用是给整个压下系统提供动力。由于转数比较低，扭矩不太大，若选择电动机做动力，则成本会大大提高，而且会多增加用来减速的设备，因而本设计采（论文）第7页用液压马达来提供动力，具体型号见本说明书3.3。2．联接轴作用是把液压马达的动力传递给压下装置。本设计根据需要，联接轴自行设计。3．本压下装置采用蜗杆传动来减速。由于其结构紧凑，传动比大，动力传动一般为8~80，传动平稳，躁声小，传递功率不大。本蜗杆传动采用ZI传动形式，由于蜗轮和蜗杆的材料不仅要具有足够的强度，更重要的是应具有良好的跑合性、减摩性及耐摩性，所以蜗轮选择ZCuAl10Fe3材料，蜗杆采用45钢，经表面淬火，硬度在45~50HRC。4．压下螺丝一般由头部、本体和尾部三部分组成。头部与上轧辊轴承座接触，承受来自辊颈的压力和上辊平衡装置的平衡力。为了防止上辊平衡装置的过平衡力，防止端部在旋转时磨损并使上辊轴承具有自动调位能力。一般压下螺母均承受巨大的轧制力，因此要选用高强度的材料来制造，同时由于压下螺母和蜗轮是一体的，因而也选择ZCuAl10Fe3。5．压下螺丝的螺纹形式，一般情况下大都采用单头锯齿形螺纹，只有当轧制力特别大、压下精度有要求特别高的冷轧板带轧机是才采用梯形螺纹，因此，本设计压下螺丝的螺纹形式采用锯齿形螺纹。6．压下螺丝的尾部和端部形状设计（1）压下螺丝的尾部形状设计通常压下螺丝的尾部形状有两种形式：a.带有花键的尾部形状。b.镶有青铜滑板的方形尾部形状。（2）压下螺丝的端部形状选择常见的压下螺丝端部形状有两种：一种是凹形球面，另一种是凸形球面。由于本设计考