1700热连轧机—毕业设计论文.doc

辽宁科技大学本科生毕业设计 第29页1绪论1.1热连轧生产的国内外发展概况 热轧宽带钢轧机的发展已有70多年的历史，第一套热连轧机于1926年诞生于美国。汽车工业、建筑工业、交通运输业等的发展，使得热轧机冷轧薄钢板的需求量不断增长，从而促进热轧宽带钢轧机的建设获得了迅速和稳定的发展。促进热轧宽带钢轧机及工艺技术发展的主要因素是：要求其生产能力不断提高，从而钢卷质量不断增大和轧制速度不断提高，同时提出扩大产品品种的要求；要求产品的尺寸精度和性能不断提高；受1973年中东石油危机的冲击而转向注意开发节约能源技术；进入20世纪80年代中期更加注重产品质量的提高，并对板形质量及带钢凸度和平直度提出更高的质量要求。热轧宽带钢轧机的热轧板卷，不仅可以供薄板和中板直接使用，还可以作为下道工序冷轧、焊管、冷弯型钢的原料。带钢热连轧机从50年代起，在世界范围内已成为带钢生产的主要形式。目前世界上1000mm以上的热轧机和带卷轧机有200余套。带钢热连轧机具有轧制速度高、产量高、自动化程度高的特点，轧制速度50年代为1012 m/s，70年代已达18 30 m/s，产品规格也由生产厚度为2 8mm，宽度小于2000mm的成卷带钢扩大到生产厚度1.2 20mm，宽度2500mm的带钢。带卷重量的加大和作业率的提高，使现有的带钢热连轧机年产量达350 600万t，最大卷重也由15t增加到70t。坯料尺寸及重量加大，要求设置更多的工作机座，过去的粗轧机组和精轧机组的工作机座分别为24架和56架，现已分别增加到4 6架和78架，轧机尺寸也相应增加。现代的带钢热连轧机除了采用厚度自动控制外，还实现了电子计算机控制，从而大大提高了自动化水平，改善了产品质量，带钢厚度公差不超过±0.5mm，宽度公差不超过0.5 1.0mm，并具有良好的板形。90年代以来，钢铁生产短流程迅速开发和推广，薄板坯（或中厚板坯）连铸连轧工艺的出现，正在改变着传统的热连轧机市场。自1987年7月第一套薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公司投产以来，到1997年已建成和拟建的有33套。连铸连轧技术是将钢的凝固成型与变形两个工序衔接起来，将连铸坯在热状态下继续送入精轧机组，直接轧制成带卷产品。1,14-161.2 热连轧在轧钢生产中的作用及其发展情况连轧机使用原料厚度150 350mm的板坯或连铸坯。在连续式加热炉中，将板坯加热到轧制温度后，先在粗轧机组的立辊除鳞机座破除板坯表层的氧化铁皮。经粗轧机组各工作机座后，轧制成厚度为2560mm的长带坯。经过切头飞剪切去带坯端头，送入具有6 7座四辊式连轧机的精轧机组中，轧成成品厚度的带钢。经冷却到550650后，卷成钢卷，用链式运输机送往热轧卷材仓库存放。冷却至常温后，由精整工段的横切机组或纵切机组经开卷、矫直、平整及剪切后，切成定尺长度的热轧钢板或窄带钢卷，供应工业生产需要。 热连轧机可分为：连续式、半连续式、四分之三连续式等。 连续式热带钢轧机，除立辊机座外，共有1113个工作机座，均为不可逆式轧机。各机座均进行一道次轧制。根据车间设备组成及主电机功率的不同，轧机年产量约在200600万吨之间。 半连续式热带钢轧机，除立辊除鳞机及一台二辊不可逆式轧机外，用一台可逆式四辊轧机反复轧制，进行几道次压下，轧成带坯送往精轧机组，精轧后卷成钢卷。共有79个工作机座。轧机年产量根据设备能力不同，约在100250万吨之间。 六十年代后出现的四分之三连续式热带钢轧机的粗轧机组，采用一台四辊式或二辊式可逆轧机来代替3台四辊式不可逆轧机，其余轧制设备与连续式相同，这样可以减少设备重量，缩短车间长度，减少建设投资。车间年产量与连续式热带钢轧机相同。2高速线材轧机的发展 1) 近年来，高速线材生产取得巨大进步，主要表现在生产率显著提高。 2) 产品规格范围增大，钢种增多。 3) 产品精度有所提高，一般均能达到士O.lmm。 4) 低温轧制、控轧挖冷、热装热送等技术的采用节约了能源，提高了成品率和产品性能。 5) 全连续无扭轧制避免了产品扭曲轧制产生的应力，提高了产量质量。 我国线材产量已居世界前茅，这批“高线” 轧机全部投产后， 我国不仅在产量上将成为线材1.3实习车间车间概况术在鞍钢，我们了解到现代化连续式热带钢轧机，主要用于轧制厚度为120mm的带钢。最近15年，热连轧技术有了很大的进步，在热轧带钢轧机布置形式的发展方面。总结起来，主要有6种形式：第一种是典型的传统热带钢连轧机组。这种机组通常是2架粗轧机，7架精轧机，两个地下卷取机，年总产量350×550万吨，生产线的总长度有400×500m，有些新建的机组装备了定宽压力机(SP)。这类轧机采用的铸坯厚度通常200×250衄。特点是产量高，自动化程度高，轧制速度高(20M/s以上)、产品性能好。 第二种是紧凑型的热连轧机，通常机组的组成为1架粗轧机，1台中间热卷箱，5×6架精轧机，1×2个地下卷取机，生产线长度约300m，年产量约200×300万吨。采用的铸坯厚度200衄左右，比较少，生产比较灵活，由于使用热卷箱温度条件较好，可以不用升速轧制(轧制速度14M/s)。 第三种是新型的炉卷轧机机组，常采用1台粗轧机，1台炉卷轧机，1 x2台地下卷取机，产量约100万吨，其中有的生产线可以生产中板也可以生产热轧板卷，主要用于不锈钢生产，投资较小，灵活，合多品种。1三座加热炉 2高压水除鳞箱 3粗轧除鳞 4粗轧前大立棍图1.1 1700设备及工艺流程2方案设计2.1线材生产对扎钢的要求：线材轧机是专门用于轧制盘条(即线材)的轧机。线材是型材中断面尺寸最小 的产品，从坯料轧成成品，总延伸系数大，轧件在每架轧机上往往只轧一道次， 故线材轧机是热轧型材中机架数目最多、分工最细的轧机。通常认为直径范围在 5.520mm的线材在高速线材轧机上生产， 直径在1660mm的线材多用小型线 材联合机组生产成棒卷。目前现代化的连续式线材轧机一般由2128架轧机组 成，分为粗轧机组、中轧机组和精轧机组，中轧机组有时还分为一中轧、二中轧 两组。 线材轧机的结构和布置方式一直朝着高速、 连续、 无扭、 单线、 组合结构、 机械化、自动化的方向发展。由巴西圣保罗Viliares设备公司为巴西贝戈尔一内 拉钢铁厂建造的世界上速度最高的线材轧机-贝戈尔一内拉的新单线线材轧机。1.小型、线材轧制技术的发展方向 高速、连续轧制是20 世纪中期工业发达国家提出的线材和小型材轧制技术 的发展方向。 小型和线材轧机的产品均为小断面, 重量轻, 只有提高轧制速度才 能提高小时产量。高速轧制 20 世纪中期, 线材轧机的最高轧制速度只有30m/ s。经济学家从成本构成 的角度分析指出, 如果轧制速度提高1 倍, 虽然设备造价也提高1 倍,但冶金企 业仍会因人工投入的相对减少而盈利。 在这个方针指引下, 许多轧机制造商研制 了具有更高速度的轧机, 直至最终诞生了高速线材轧机,开创了线材生产的新时 代。 之后, 提高轧制速度仍是人们追求的主要目标。 因为高速轧制不仅可以提高 生产效率, 而且轧制时可使用更大断面的连铸坯。 时至今日, 最高实用轧制速度 已达 120m/ s, 小型轧机速度也提高了1 倍。1990 年投产的巴西Belgo 厂棒线材轧机, 生产5.5mm 线材的保证速度为120m/ s, 最高速度达140m/ s,16mm 大盘卷轧制速度可达26.4m/ s。直条棒材生产时轧制速度往往受冷床限制, 西马克公司曾提出小规格直条棒材轧制速度最大允许为41m/ s。提高速度需要更多投入, 用经济法则可权衡在某一时期或许会有暂时的最高经济速度, 但“高速轧制”无疑是线材、小型轧机发展中的追求。 1.2连续轧制 通过对小型、线材轧机诸多布置形式和工艺特点比较后, 得出横列式、顺列式、布棋式、半连续式都不如连续式更能适应小型与线材轧制的要求。细长的轧件温降快, 轧制时间是关键。以前曾提出过极限轧制时间, 即限定总轧制时间和成品道次的轧制时间。总轧制时间限制总温降;成品道次的轧制时间限定轧件头尾温差。活套轧制、穿梭轧制, 造成轧制时间长、温降大、轧件头尾温差大, 不利于轧制时间的控制。而连续式轧制不仅轧制时间短, 而且可以减少轧件头尾温差, 理论上可以实现各机座的恒温轧制, 从而在工艺上取消了对坯料重量的限制,这是横列、顺列、布棋、半连续式布置做不到的。连续式轧机操作最简便, 用人最少, 轧机效率最高。由于多年来追求高速、连续轧制, 因而小型和线材轧机得到迅速发展, 同时也促进了轧钢技术进步。 2.2 F7精轧机的总体结构和传动方案综合分析因为F7机架轧制速度高，而且精轧机组主电机功率不是很大，考虑到成本和维修费用，故不能采用减速机减速传动。齿轮座起分配扭矩的作用，它的可能的替代形式是采用双电机驱动，由于精轧机轧制压下量较小，轧制力和力矩也较小，应用齿轮座分配力矩齿轮座的尺寸不太大，制造和维修比较容易，所以成本比双电机要低。压下系统采用电动压下装置电动双压下装置：这是较旧式轧机上的一种电动压下装置，该压下装置具有粗调与精调两个压下系统。个系统分别有各自的电动机和减速器。平衡装置采用液压式平衡平衡装置类型有弹簧式、重锤式和液压式等。由于精轧机组需要经常换辊，而且弹簧式装置换辊时需人工拆装弹簧，费力、费时，故不采用弹簧式平衡。重锤式工作可靠，维修方便，但设备重量大，轧机的基础结构较复杂。由于四辊热轧要平衡的重量很大，使得设备重量会更大，故也不采用。液压式平衡装置结构紧凑，与其它平衡方式比较，使用方便，易操作，能改变油缸压力，而且可以使上辊不受压下螺丝的约束而上下移动，所有这些都有利于换辊操作。故采用液压式平衡最合适。1 支撑辊 2 工作辊3支撑辊 4 连接轴支座 5 连接轴 6 齿轮机座 8电动机图2.1传动装置示意图3 主电机容量的选择3.1轧制力的计算3.1.1主要参数的选择1、轧制规程F7精轧机：板坯断面 240×1600mm2 重240kg 轧制速度 12 m/s 原料断面 2.9×1550 mm2 成品断面 2.5×1500 mm2 轧制温度t =860 轧制钢种 Q2352、工作辊直径选择 由文献1，79咬入条件确定最小工作辊直径 （3.1）式中：最大咬入角，它和轧辊与轧件间的摩擦系数有关， 最大轧制厚度差，已知=0.4mm。 mm考虑安全性及其他因素，取=730 mm。3、辊身长度，辊径和长度查1，80辊身长度由所轧钢板最大宽度确定 （3.2）式中：值视钢板宽度而定。当=4001200mm时，100mm；=10002500mm时，=150200mm；当钢板更宽时，=200400mm。已知钢板最大宽度=1550mm，取=150mm，则：1550mm+150mm=1700mm。辊颈直径和长度与轧辊轴承形式及工作载荷有关。由于受轧辊轴承径向尺寸的限制，辊颈直径比辊身直径要小得多。精轧机组由于轧制力较小采用滚动轴承，使用滚动轴承时，由于轴承外径较大，轴颈尺寸不能过大，一般近似地选，辊径长度，由文献3，式 31.1-3 =0.831.0。取：=380 mm=385mm4、支承辊尺寸对于四辊轧机，为减小轧制力，应尽量使工作辊直径小些。但工作辊最小直径受辊颈和轴头的扭转强度和轧件咬入条件的限制。支承辊的直径主要取决于刚度和强度要求。 查1表3-3：=1.82.2，=1.01.8。 则：=1550mm=1700mm=750mm5、工作辊、支承辊结构示意图(a)（b）图3.1 （a）工作辊、（b）支承辊结构示意图3.1.2轧制力计算 查文献1，34： 由于；采用滑动理论计算平均变形速度平均变形程度真实平均变形程度查1表2-1Q235A公式系数如下：MPa；代入公式得： MPa由西姆斯公式，平均单位压力 （3.3）其中： MPa式中：以上公式参见1公式2-81，2-84，2-85；把已知数据代入以上公式得：46.932所以平均单位压力为；MPa轧制力；MN3.2轧制力矩的计算传动轧辊所需力矩由轧制力矩，由工作辊带动支承辊的力矩与工作辊轴承中摩擦力矩三部分之和，即 （3.4）求轧制力矩 （3.5）图3.2 工作辊驱动四辊轧机受分析式中： 轧制力； 轧制力力臂，当时，；又为咬入角，；所以4.892 mm 则： kNm工作辊传动支承辊的力矩 (3.6) (3.7)式中：工作辊与支承辊连心线与垂直线夹角，；mm； 轧辊连心线与反力的夹角，；mm； 反力对工作辊的力臂，； 取mm，mm，则：所以：kNm工作辊的摩擦力矩 （3.8）式中： 工作辊轴承处的反力，当时， 工作辊采用滚动轴承，取； 支承辊采用液体摩擦轴承，取；则：kNm由以上各式可得：406.33 kNm传动两个工作辊的总传动力矩为：812.66 kNm3.3主电机容量选择3.3.1电机初选轧辊转速 314.11r/min由轧辊静力矩初选电动机功率由于取，812.66kNm ，314.11r/min代入得：4108.06kW初选电机功率应满足，考虑其他道次和轧制其他件及其发展需求取应大些。所以取： kW查2选基本参数如下：功率 10000kW转速 150/450r/min总重 104100kg3.3.2计算电机轴上的力矩 主电动机轴上的力矩由轧制力矩，附加摩擦力矩，空转力矩和动力矩四部分组成，查1,68： （3.9）（1）轧制力矩 kNm （3.10）（2）附加摩擦力矩 （3.11）式中： 主电机到轧辊之间的传动效率查参考资料9,42-43：， kNm（3）空转力矩 （3.12）由于计算比较繁锁，常用估算空转力矩，结果与真实值相差不大。 kNm（4）动力矩 （3.13）查2转动惯量tm2,取r/mins95.08 kNm则电机轴上力矩 kNm3.3.3电机容量校核电机过载校核： （3.14）符合条件电动机发热校核:查2文献，72，按照等效功率法得：当=25%时，所需的等效功率 (3.15)式中：工作类型系数，查文献2,73， 系数，根据值查得，查参考文献7，图44，查得计算出的机构的静功率 带入公式: 故满足电机的发热校核。4轧辊的强度计算四辊轧机强度计算特点：工作辊驱动，工作辊计算扭转，支承辊只计算弯曲和刚度。4.1 工作辊强度计算工作辊扭力分析及扭矩图如图4.1所示 图4.1扭矩图危险截面在ab段410.33 kNm 扁头尺寸取值参见3，P152mm，mm 查4，P425 轧辊kg/mm2 MPa传动端为端头时，最大剪应力为：（参3 P182） （4.1）代入数据得 MPa < 4.2 支承辊强度计算支承辊受弯矩和应力分布如图5.3所示在轴颈1-1和2-2断面上的弯曲应力分别为： （4.2） （4.3）式中：总轧制力 ，1-1和2-2断面的直径 ，1-1和2-2断面到支反力的距离 许用弯曲应力图4.2 支承辊弯矩及应力分布对于1-1断面： mm;mm;MN对于2-2断面： mm;mm;MN冷硬铸铁轧辊 MPa代入公式（4.2）、（4.3）得：MPa <MPa <支承辊辊身中部3-3断面处弯矩最大 （4.4）辊身中部3-3断面的弯曲应力为 （4.5）以重车后的最小直径代入 。对于3-3断面：mm；mm；mm代入公式（4.5）得：MP a <4.3工作辊与支承辊间接触应力计算 所选支撑辊与工作辊材料均为45合金锻钢，由该材料HS=60查文献（1.表3-8）得：轧辊许用接触应力 式中：加在接触表面单位长度上的负荷，MN/m相互接触的两个轧辊的半径-与轧辊有关的系数，其中，及为两轧辊材料的泊松比。查6GPa; 查1，表3-8得：MPa，由于支撑辊和工作辊材料相同，取-若两辊泊松比相同并取，则可简化为将带入，得q = =0.14m最大应力MPa <满足条件最大切应力 （4.6）查1，表3-8：MPa，则：MPa 满足条件4.3轧辊的变形计算四辊轧机轧辊变形主要反映在支承辊。设轧件与轧辊间作用着均布载荷，且。为轧制力，为轧件宽度，为辊身长度，为支反力作用点到辊边的距离（图4.3）图4.3 轧辊挠度计算简图轧辊辊身中点总挠度为 （4.7）式中：由弯矩所引起的挠度值由切力所引起的挠度值由卡氏定理和边界条件得 （4.8） （4.9）已知：轧制力，MN轧辊轴承中心线之间的距离轧件宽度，mm支反力作用点到辊边的距离，mmGPa，GPa（查6 P61），mm，mm, mm,代入公式（4.9），（4.10）得mmmm则此轧机轧辊中点总挠度mm5 机架的设计计算5.1机架的结构尺寸1、窗口尺寸 图5.1窗口尺寸 mm mm2、立柱断面积 图5.2 立柱断面mm2m2 3、受力及力矩图 图5.3 机架受力及弯矩图机架的受力情况可简化为如图5.3的形式：mm mm5.2机架的强度计算5.2.1惯性矩的计算1、横梁截面如图5.4m42、立柱参考图5.2 m4图5.4 横梁截面5.2.2 截面系数的计算1、横梁m32、立柱m35.2.3 强度计算查6,43-44铸铁梁=40MPa1、横梁假设，则： （5.1） Nm MPa < （5.2）满足条件图5.5 机架应力图2、立柱 （5.3） Nm立柱内侧的应力 MPa < （5.4）立柱外侧的应力 MPa < （5.5）满足条件5.3 机架的变形计算机加在垂直方向的弹性变形由以下三部分组成： （5.6）式中 ：由弯矩产生的横梁弯曲变形， （5.7） mm由切力产生的横梁弯曲变形， （5.8） mm由拉力产生的立柱拉伸变形 （5.9） mm以上各式中：机架材料弹性模数，取GPa断面形状系数，对于矩形断面机架材料剪切弹性模数，取GPa横梁断面积立柱断面积则总变形 mm对于热轧四辊轧机的机架，机加总变形不应超过0.51.0 mm。5所以机架刚度符合要求。欲求更多联系QQ：2213215814