轧钢机械课件

1第一章：概论•计划学时：2学时•主要内容：轧钢生产与轧钢机械。轧钢机的标称、分类与发展；轧钢辅设备的分类及工作制度。2§1-1轧钢生产与轧钢机械一、轧钢生产1、目的：将钢锭通过轧制的方法变为钢材。2、特点：生产率高、品种多、质量高、易于实现机械化，自动化；与其它方法相比应用最为广泛。85——90%以上的钢材都通过轧制成材的。3、钢材分类：1）型材占钢材产量的30——35%、品种最多，主要用于建材。2）板带材占50——66%应用最广、产量最高，用于造船、汽车、家电、电工、焊管等。3按加工方法可分为：热轧板与冷轧板。按厚度可分为：中厚板（4~60mm）、薄板（0.2~4mm）、箔材（0.2~0.001mm）。3）管材占8~15%又可分为无缝管与焊管，大多为圆形断面。用于水煤气输送、油井管、锅炉、国防军工用无缝管。此外还有少量的斜轧、横轧、楔横轧等特种轧制产品。生产机械零件毛坯，齿轮、丝杆、钢球及轴类零件（少切削、无切削零件）。4轧钢生产的产品——型材5钢材的截面形状6二、轧钢机械（RollingMachinery）、二、1、定义：轧钢机械由轧制机械主设备（主轧机——使轧件产生塑性变形的设备）与辅助设备组成（除主设备及工艺设备以外的一切设备）。主设备组成：轧机系统：主机或主机列（工作机座与主传动、电机组成）它决定了轧钢车间的类型与特征。辅设备组成：完成一切辅助的工序轧件的运输、搜集、剪切、矫正、清理。轧钢车间的机械化程度越高则其辅设备重量所占的比例越大。如武钢1700热轧机组：主设备重10000t，而其辅设备重量为40000t。72、轧钢机的标称轧机的品种繁多，它的标称与其产品及生产能力直接相关。•初轧机与型钢轧机——以（最后一架轧机—即成品架次）轧辊的名义直径作为轧机的标称。•钢板轧机——以轧辊的辊身长度来标称。如2050热连轧机组，表示轧机的轧辊辊身长为2050mm。•钢管轧机——以能轧制钢管的最大外径来标称。如宝钢140无缝钢管轧机，表示其轧制钢管的最大外径为140mm。8§2轧钢机的分类习惯上轧钢机的分类可按其用途、轧辊在机座中的布置及轧机的排列方式进行分类。一、按轧辊在机座中的布置方式分类可分为：具有水平轧辊的轧机、立辊轧机、万能轧机（既有水平辊又有立辊的轧机）与斜辊轧机等。1、水平式轧机：轧辊水平放置的轧机，应用最广，是最普遍的；表1——2按轧辊的数目及排列方式可分为2辊、4辊、8辊……最多达20辊、行星轧机等。以2辊4辊轧机最为常用。广泛用于初轧、型钢及板带轧机上。多辊轧机的支承辊其目的是增强工作辊的刚性，用于薄带轧制。92、立式轧机：表1——3轧辊垂直放置的轧机，用于不希望翻钢的场合（如钢坯连轧H-V布置、带钢粗轧用于轧制板边破鳞等）。3、万能轧机：具有水平辊及立辊的轧机，表1—3图2、3、4用于宽带钢、板坯、及宽边钢梁、H型钢等。4、斜辊轧机：轧辊倾斜放置的轧机。用于横向——螺旋轧制。主要用于钢管生产、钢管穿孔、延伸、精整、扩型等。并可用于轧制钢球。另外还有一些特种用途的轧机用于轧制车轮、轮箍、齿轮等，实现无切屑加工。（F1——2、1——3）10二、按轧钢机的布置形式分类轧机的生产能力除取决于标称外，还决定于布置形式。同样是250轧机横列式的与连续式的其生产能力差别极大。1、单机座：二辊、三辊、四辊及多辊轧机，应用最广（初轧、板带、钢管等）。将两个单机座顺序排列便成了双机座。这种布置简单、但孔型少。2、横列式：用一台电机带动布成一列的多架工作机座。用于型钢、线材轧制。设备简单、投资少；但生产率低。大量用于中小企业、乡镇企业。113、连续式：轧件同时在几个机架中轧制、为避免轧件在机座间形成大的活套及拉钢，必须保持在各机座秒流量相等（即单位时间流过机座的金属体积相等）：FiVi=constFi——第i机座轧件的截面积Vi——第i机座轧件的速度。连续式轧机其工作机座数与轧制所需道次数相等。它的特点是：速度高、生产率高、设备紧凑，易于实现机械化自动化。广泛用于带钢、线材与钢坯生产。缺点：调整困难、难以生产复杂断面的型钢，一次性投资大。124、半连续式：连续式+横列式——用于生产型钢。连续式+顺列式——用于生产带钢。5、串列往复式和布棋式金属在每个机座中只轧一道，实现跟踪轧制。设备布置紧凑，排成几列，轧制时有横移。轧制速度随道次而增加，生产率高。布棋式则更为紧凑。实际上，轧机的布置形式不是一成不变的，在实际中必须根据实际情况灵活选择。13§3轧钢机的发展概况一、初轧机落千丈一、初轧机的发展概况1、重型化：一般采用单机座可逆式轧机，其辊径最大达1500mm，最大锭重60吨。2、采用万能轧机：即带有立辊，减少翻钢道次以提高生产率。3、自动化：从均热炉到精整均采用计算机控制。4、提高产品质量：采用火焰清理、控制冷却速度等措施以提高质量。80年代以来，由于连铸技术的发展，初轧已无发展的必要。现存的初轧机面临改造、转产及淘汰的前景。14二、板带轧机1、热带钢连轧机特点：高速V~30m/s；大型——带宽2500mm，最大卷重45t；计算机控制包括从加热、轧制、冷却及精整的全过程；高精度——厚度AGC控制系统，同板差达50μ。152、冷连轧机特点：高速——41.7m/s，已实现全连续轧制；高精度：厚度AGC控制与板形控制，全液压压下，厚差达5μ。全部计算机控制；最小板厚达0.001mm。宝钢2030冷连轧机——最大速度30m/s，全连续无头轧制，年产量达200万吨以上。图示为全连续轧制设备工艺配置图。16三、线材轧机线材产量占钢材产量7——8%，其直径一般为5~12.7mm。发展趋势：高速、连续、大盘重、高产量、高精度。发展概况——四十年代：采用横列式轧机，人工喂钢；V10m/s，盘重80~90kg。五十年代：采用半连续式（连续式+横列式）15m/s，盘重125kg。连续式V=35m/s，盘重300——350kg。六十年代：采用Y型轧机，V=60m/s。七十年代以来：摩根45度无扭轧机，轧制速度大于100米/秒，盘重1吨以上。其精轧机座各机座互成90度，不用翻钢，采用碳化钨轧辊以及油膜轴承。由于其高的产品质量以及生产率，高线轧机成为线材轧制的主流机型。17四、钢管轧机钢管制造方法可分为轧制钢管与焊接钢管，一般焊接钢管产量都超过无缝管的产量尤其是大直径钢管，用于长距离输送油气。无缝钢管一般采用热轧（斜轧穿孔）方法生产，其生产工艺与设备都十分复杂。总的趋势是连续化，产品的精度与质量不断提高。18§4轧钢机辅设备的分类及工作制度一、辅设备分类完成轧制过程辅助工序的设备叫辅设备，如钢材的运输、切断、矫直、搜集与冷却等设备。典型用于剪切轧件的设备为剪切机，用于剪切钢坯、钢板与型钢。常见辅设备的分类见表1—5。一般而言，机械化程度越高，则辅设备越多，车间的生产率越高。轧钢机械辅设备在轧钢生产中起着十分关键的作用。轧钢机械辅设备的特点是种类繁多，工作条件恶劣，重载，结构复杂。19二、轧钢机械辅设备的工作制度轧钢机械辅设备的工作制度大多比较复杂，可分为以下四种工作制度：即1、连续工作制；2、短时工作制；3、启动工作制；4、阻塞工作制。（具体展开见教材有关部份）现代化轧钢车间十分复杂，往往根据工艺要求由各个工序组成，每个工序称为一个机组，它由许多单体设备组成。如冷轧中的连续酸洗机组由开卷、焊机、拉弯矫、酸洗槽、圆盘剪等单体设备组成。20第二章轧辊与轧辊轴承计划学时：6学时主要内容：轧辊类型与结构，尺寸参数，轧辊强度及变形计算。轧辊轴承分类与结构，承载特点；轧机用多列滚动轴承、油膜轴承特点与结构，动压、静压、静动压轴承的特点与应用。21§1轧辊一、轧辊的类型与结构轧辊是轧机的重要部件，轧件在轧辊间产生塑性变形，轧辊承受轧制时产生的轧制力与轧制力矩。1、形状——一般为圆柱形的：带孔型（型钢轧机）或凸度（板带）。2、结构——辊身（与轧件接触）、轴颈（传递轧制力）与轴头（传递扭矩）。轴头结构必须与传动机构一致。一般有三种：梅花轴头、万向轴头及带键槽或平台的圆柱轴头。22二、轧辊的尺寸参数基本尺寸参数：名义直径D、辊身长L、辊颈直径d、辊径长l1、轧辊名义直径D与辊身长度L的确定•初轧机与型钢轧机轧辊直径是轧机能力的主要标志之一，是轧机的主要参数；当D确定以后，轧辊其它参数也随之确定。名义直径——对型钢轧机：为齿轮座的中心矩。——对初轧机：为辊环的外径。一般名义直径D均大于工作直径D1：1≤D/D1≤1.4确定原则：咬入条件与强度条件。咬入条件：由咬入角小于摩擦角＝＞D1=Δh/（1-cosα）强度条件：计算应力＜许用应力（安全系数n=5）。23辊身长度——由工艺条件、孔型配置、轧辊的强度与刚度确定。各类轧机的L/D的比值见表3-2，从1.5~2~3.0不等。•板带轧机——辊身长L与辊身直径D辊身长应大于所轧钢板的最大宽度bmax：L=bmax+aa由板宽确定a=100—200—400mm确定辊身长度以后，再根据咬入条件、强度与刚度条件确定辊身直径D。各种四辊轧机L/D比值、支承辊与工作辊直径之比D2/D1见表3——3L/D比值越小，则辊系的刚度越大。24D2/D1由工艺条件确定，D1还受弹性压扁的影响并受被轧带材最小厚度hmin的限制，一般D1（1500~2000）hmin。•轧辊的重车率轧辊的重车量与名义直径的比值称之为重车率，一般为5~10%，见表3——4，为节省材料，有的四辊轧机的支承辊（国产1700热连轧机）采用镶套结构。2、辊颈尺寸d与l的确定——取决于轴承的形式，见表3—5，对滚动轴承由于其体积大，d/D比值偏小。3、轧辊传动端的型式与尺寸——型式的选择应与轧机的类型、布置方式及传动方式综合考虑，通常使用的类型是万向轴头，其具体尺寸均已规范化见教材82页。25三、轧辊的材料在轧制过程中，轧辊承受由轧制力引起的大的弯矩、扭矩及接触压力，工作条件非常恶劣。对不同的轧辊选用不同的材料十分重要。对初轧机与型钢轧机，轧辊的强度要求通常是最重要的，它的破坏形式是断辊。对板带轧机，轧辊的刚度以及辊面的硬度要求是最重要的，它直接影响产品的质量，其主要的破坏形式是剥落、磨损。轧辊的质量好坏对提高生产率，提高产品质量的意义是很大的。261、常用轧辊材料——合金锻钢（JB/ZQ4289-86）——合金铸钢——铸铁其中铸铁根据其成份及制造方法不同又可分为半冷硬、冷硬与无限冷硬铸铁。一般采用下注法，在冷型内产生白口冷硬层。272、轧辊材料的选择•初轧机型钢轧机—受力大、冲击。要有大的抗弯扭强度。初轧采用锻钢、高强铸钢。型钢轧辊：铸钢、冷硬铸铁HS60。•带钢热连轧机——轧制力与轧制扭矩大，大的接触压力与磨损。工作辊：粗轧—铸钢，精轧—无限冷硬铸铁HS83。支承辊：含Cr的合金锻钢。•带钢冷连轧机——轧制力与轧制扭矩大，大的接触压力，高的辊面质量。工作辊：合金锻钢HS90——95支承辊：合金锻钢HS50——65各类轧机轧辊材料的选择见P86表3—7铸造轧辊一般采用离心铸造工艺，以改善辊面性能。28四、轧辊强度校核为保证高的轧制生产率和产品质量，轧辊必须有足够的强度。轧辊破坏的原因是多方面的：•设计强度不够，在额定的负荷下产生断辊。•材质及加工不合要求，达不到设计强度。•使用维护不当。冷却不足或过热，换辊不及时产生疲劳剥落。对轧辊一般应进行弯曲、扭转强度校核，对四辊轧机还应做接触强度校核。轧辊在轧机中属易损件，它的安全系数是各部件中最低的（n=5）。291、有槽轧辊的强度校核—初轧型钢及线材轧机将轧制力看作集中力，轧辊在轧制时承受弯矩和扭矩。按材料力学方法找出其危险截面计算其相应的安全系数。在辊颈处，其受力特征是弯扭合成。应按相应的强度理论计算出当量应力，确定其安全系数。302、钢板轧机轧辊的强度校核——二辊轧机仍按材力方法，将轧制力当作沿板宽均布力，计算方法与1同。313、四辊轧机由于其支承辊直径远大于工作辊直径，故认为：支承辊承受全部弯矩，而工作辊承受全部扭矩。•支承辊弯矩计算：假设工作辊/支承辊之间接触压力均布，q=P/L，在辊身中部：弯矩：Mw