粗轧机轧钢生产毕业设计

1、目录目录11. 绪论31.1选题背景31.2轧钢生产在国民经济中的主要地位与作用31.3 国外板带轧机设备的发展概况31.3.1国外轧钢技术的发展状况31.3.2国外中厚板技术的发展51.3.3高强韧中厚板开发51.3.4国外板形控制技术61.4国内轧钢技术的发展现状61.4.1国内轧钢企业存在的问题61.4.2中国钢铁产业现状61.4.3钢铁产品结构急需优化71.5轧钢工艺技术的发展71.5.1国内中厚板技术的发展71.5.2无头轧制和半无头轧制81.5.3其它工艺技术的发展91.5.4 轧钢工艺的进步91.5.5新技术得到应用推广91.6马钢轧钢技术的发展101.6.1马钢轧钢技术的进步1

2、01.6.2马钢轧钢技术的发展方向101.7 2300中板粗机主传动系统设计111.7.1原始数据111.7.2设计任务和要求121.7.3设计步骤122. 轧制力能参数计算与说明132.1轧制工艺参数132.2 轧辊主参数的确定132.2.1 辊身长度的确定132.2.2 工作辊直径的确定132.3 计算变形阻力132.4计算各个道次的变形阻力 ：153. 轧制力与轧制力矩193.1平均单位压力：193.2总轧制力计算193.3计算各个道次的轧制力193.4轧制力矩213.5轧辊强度的校核213.6轧辊电机的选择234. 滑块式万向接轴结构设计与强度校核254.1滑块式万向接轴结构设计254

3、.2 开式叉头、扁头254.3开口式扁头强度计算与结果分析264.4开式叉头强度计算与结果分析284.5接轴强度的计算与结果分析284.6万向接轴的许用应力295. 轴承计算305.1轧辊轴承的类型和工作特点305.2轧辊轴承的类型与特点305.3非金属衬开式轴承305.4轴承的受力计算315.5轴承的寿命延长326. 机架强度的校核336.1机架的类型和选择3362机架的材料和许用应力336.3机架强度计算336.3.1机架中线所在位置的计算356.3.2计算上、下横梁及立柱的截面的惯性矩和立柱断面面积386.3.3计算上、下横梁及立柱中的应力387. 润滑407.1轧钢机对润滑的要求407

4、.2热轧板型钢带轧机对润滑脂的要求407.3润滑的功能417.4润滑的意义417.5轧钢机械润滑特点417.6轧钢机常用润滑系统简介427.7万向接轴的润滑方式及润滑剂选择43结论44致谢45参考文献461. 绪论1.1选题背景2011年12月份全球64个主要产钢国和地区粗钢产量为1.17亿吨，同比增长1.7%。12月份全球粗钢日均产量为377.6万吨，环比下降1.8，创2011年最低水平。 12月份欧盟27国粗钢产量为1254万吨，同比下降0.8；独联体产量为932万吨，同比增长1.2%；北美产量为1013万吨，同比增长9.6；南美产量为380万吨，同比增长10.3%；非洲产量为120万吨，

5、同比增长1.9%；中东产量为172万吨，同比增长3.6%；亚洲产量为7458万吨，同比增长0.7%。 该统计数据还显示，2011年，全球64个主要产钢国家和地区粗钢总产量为14.9亿吨。2011年欧盟27国粗钢产量为1.77亿吨，同比增长2.8%；独联体产量为1.12亿吨，同比增长4.0%；北美产量为1.19亿吨，同比增长6.8%；南美产量为4836万吨，同比增长10.2%；非洲产量为1397万吨，同比下降14.1%；中东产量为2033万吨，同比增长7.1%；亚洲产量为9.54亿吨，同比增长7.9%。1.2轧钢生产在国民经济中的主要地位与作用全球经济一体化的发展对钢铁工业在节能降耗 、降低生产

6、成本 、生产先进高强钢和高表面质量产品等要求越来越高 ,从而也促进了世界范围内轧钢技术 、轧钢设备和控制技术的进步。用轧制的方法生产钢材，具有生产率高，品种多，生产过程连续性强、易于实现机械化自动化等优点。因此，它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广泛的发展和应用。目前约有90%的钢都是经过轧制成材的。有色金属成材，主要也用轧制方法。为满足国民经济各部门的需要，除轧制生产一般产品外，还生产建筑、造船、汽车、石油化工、矿山、国防用的专用钢材。轧钢生产的成品，根据钢材断面形状，主要分成三大类：钢板、钢管和型钢（包括线材）。可见在现代钢铁企业中，作为使钢成材的轧钢生产，在整个国民经济中占据着异常重要的地

7、位，对促进我国经济快速发展起十分重要的作用。1.3 国外板带轧机设备的发展概况1.3.1国外轧钢技术的发展状况近年来 ,板带热轧技术取得了很大进步 ,除传统热连轧外 ,紧凑式热带生产线 、主要用于不锈钢生产的炉卷轧机 、无头轧制以及薄带直接铸轧生产线等新工艺新技术也有了很大发展 。无头轧制技术由轧机追尾控制技术 、头尾焊接技术 、高精度成品轧制技术和高速卷取技术等组成 。目前 , 日本J F E 公司的无头轧制技术可实现厚 1mm 薄板的稳定生产 ,其中关键的头尾焊接采用了感应加热焊接和激光焊接 。通过对精轧第 4第 6 机架采用小径 、单辊驱动的热连轧机 , 在大压下的同时实施出口穿水快冷工

8、艺 ,获得了较高抗拉强度 、优良的抗疲劳性 、加工性和焊接性的铁素体晶粒直径为2 5m的微细组织的热轧钢板。影响轧钢产品质量和生产率的表面缺陷很早就受到人们的重视 。为了从理论上查明原因并从根本上解决问题 ，日本钢铁联盟成立了 “缺陷变形 系统开发研究会”。同时借鉴铝板轧制 中三次元 刚塑性FEM 与结晶塑性模式相结合的聚合组织预测模拟技术 ，应用于钢材开发 中同时保证形状和质量的理论模式 。目前 , 日本J F E 公司的无头轧制技术可实现厚 1mm 薄板的稳定生产 ,其中关键的头尾焊接采用了感应加热焊接和激光焊接 。通过对精轧第 4第 6 机架采用小径 、单辊驱动的热连轧机 , 在大压下的

9、同时实施出口穿水快冷工艺 ,获得了较高抗拉强度 、优良的抗疲劳性 、加工性和焊接性的铁素体晶粒直径为2 5m的微细组织的热轧钢板。在薄板坯连铸连轧生产线上 , 除了批量轧制外 ,半无头轧制和快速产品切换 F PCflyin g p ro duct change) 技术也具有很好的应用前景 ,它可以在实现不同规格产品快速切换的同时 ,保证较高的尺寸精度和较小的机架间的张力波动。2005 年意大利布雷西亚 Alf a Acciai 棒材无头轧制作业线生产出第 1 批经工字轮卷取的棒材大盘卷 。它是世界上第 1 条无头轧制工字轮卷取作业线 ,将达涅利最新推出的 ERW 无头焊接轧制技术和工字轮卷取作

10、业线有机地融合在一起 。ERW 无头焊接轧制技术通过方坯在线 自动闪光焊接 ,使轧机实现不间断生产 。工字轮卷取线则是通过无扭卷取 ,将带肋钢筋 、棒材卷取成超紧凑/ 超重大盘卷 ,Alf a Acciai 工字轮卷取作业线可生产816mm、经无扭卷取的超紧凑 、超重带肋钢筋 、棒材大盘卷 ,最大卷重可达 3t。SM S 钢轨轧制的前沿技术主要包括 :轧机数目最小化的紧凑式布置节省了投资和生产运营成本 ;不需要独立的精轧机 ;适于生产钢轨和其他产品的紧凑式连轧机上的万能轧制技术 ; 带有液压调节系统的 CCS ( co mp act cart ridge st and) 轧机机架便于实现快速换

11、辊 、快速更换产品规格以及减小偏差 。该公司还开发了一种新的紧凑式钢轨轧制技术 ,这种技术采用纵列式可逆轧机进行钢轨的万能轧制 ,并在韩国 IN I St eel 公司浦项厂第 1 次成功应用 , 目前包括美国 St eel Dynamic s 公司、印度J in dal St eel & Power 公司和土耳其 Kar demir 钢铁公司等都用此技术进行钢轨生产。J MAllwoo d 和 K H Kim 等也对增量环形轧制技术的可行性和商业潜力进行了分析 ,通过物理模拟 、有限元分析以及工业实验 ,得出通过精心设计刀具的轨迹进行环形轧制 ,技术上是可行的 ,并获得了有关的工艺参数。传统

12、的板带凸度计算模型不能灵活有效且有适当精度地对多辊轧机(如二十辊Sendzimir 轧机) 进行计算,因而一些新的计算模型被用来预测钢带的横断凸度,这些模型与计算机实时系统一起用于预测和控制板带的凸度。T1 H1 Kim 等提出了一个全积分的三维有限元模型,用于对四辊轧机的板带、工作辊和支撑辊变形的耦合分析。结果表明,该模型可反映轧制过程中各工艺参数对板形的影响,通过精确过程控制可提高板带产品的尺寸精度。M1Abbaspour 等基于有限差分法提出了用于计算瞬态工作辊温度和热凸度的模型,此模型可预测不同冷却模式工作辊周向和轴向的边界条件,将模拟结果与Mobarakeh 钢铁厂实测的工作辊温度进

13、行比较和验证。结果表明,控制集水管长度对工作辊温度的均匀性和热凸度有很大影响,并直接影响板带的板形和质量。1.3.2国外中厚板技术的发展 为了满足超高层建筑物用钢板的高韧性要求,根据“低碳多方位贝氏体”的全新概念,神户制钢开发了建筑结构用板厚分别达到80 、100mm的KCL A235 、SA440 钢板,即使在焊接线能量为100kJ / mm 超大能量焊接的条件下,也能确保热影响区( HAZ) 的韧性;同时可降低小线能量焊接部位的硬化,有助于提高建筑结构件的施工效率和建筑结构物的安全性35 。新日铁研发了HAZ（热影响区) 细晶粒高韧性化技术2HTUFF ,并在君津、名古屋、大分钢铁厂进行了

14、大规模试验。研制成功的HTUFF 厚板, 即使在热影响区超过1400 的超高温状态,也能使纳米级氧化物、硫化物粒子高密度分散,抑制结晶晶粒的成长,大幅度提高了HAZ 的韧性。J FE 公司通过对超低碳贝氏体钢进行Super2OLAC处理,开发出新型的具有高强度和良好焊接性能的桥梁用YP500MPa BHS500 中厚板,该钢具有优良的使用性能,完全可满足造桥的新需求。1.3.3高强韧中厚板开发1）集装箱船用厚板新日铁和三菱重工联合开发了YP460MPa级大型集装箱船用高强度厚钢板,钢板厚度为6070mm。这种高强度钢板的开发基于新日铁的TMCP技术,其结构性能通过了8000t 超大拉伸试验机的

15、验证,由于其具有高强度、高韧性,因而在减重节能的同时能保证船只结构的可靠性、安全性。JFE公司则采用“JFEEWEL”技术也开发了YP460MPa级高强度厚钢板,通过控制TiN粒子最小化粗晶热影响区(HAZ)及加B、Ca细化HAZ组织来提高基体韧性,并采用超级2在线加速冷却(Super2OLAC)和最新的TMCP工艺生产这种厚板。2）超高层建筑物用高强韧厚板 为了满足超高层建筑物用钢板的高韧性要求,根据“低碳多方位贝氏体”的全新概念,神户制钢开发了建筑结构用板厚分别达到80、100mm的KCLA235、SA440钢板,即使在焊接线能量为1了00kJ/ mm超大能量焊接的条件下,也能确保热影响区

16、(HAZ)的韧性;同时可降低小线能量焊接部位的硬化,有助于提高建筑结构件的施工效率和建筑结构物的安全性7。新日铁研发HAZ(热影响区)细晶粒高韧性化技术2HTUFF,并在君津、名古屋、大分钢铁厂进行了大规模试验。研制成功的HTUFF厚板,即使在热影响区超过1400的超高温状态,也能使纳米级氧化物、硫化物粒子高密度分散,抑制结晶晶粒的成长,大幅度提高了HAZ的韧性。3）桥梁用中厚钢板 JFE公司通过对超低碳贝氏体钢进行Super2OLAC处理,开发出新型的具有高强度和良好焊接性能的桥梁用YP500MPaBHS500中厚板,该钢具有优良的使用性能,完全可满足造桥的新需求。1.3.4国外板形控制技术

17、 C1J1 Park 等提出了一种板宽控制方案,即采用基于板宽预测模型(WPM) 的简化有限元法和基于误差校正模型( ECM) 的神经网络,通过现场测试,获得了较高的板宽控制精度。此外,还提出了一种新的板宽控制系统,由粗轧机轧制力自动板宽控制(RF2AWC) 和精轧立辊轧机自动板宽控制(FVM2AWC) 组成,通过现场测试,这种新的板宽控制系统结合传统的反馈自动板宽控制系统( FB2AWC) 明显提高了板宽的控制水平,粗轧部分的平均偏差和标准偏差分别降低了30 %和4612 % ,精轧部分的平均偏差和标准偏差分别降低了611 %和1215 %。1.4国内轧钢技术的发展现状1.4.1国内轧钢企业

18、存在的问题 1）钢铁企业在建规模过大，投资增幅过高。对钢铁企业投资的第一高峰期在 1995 年。共568亿；对钢铁企业投资的第二高峰期在2002年，共704亿；而2003年则高达1427亿。同比增长达966。 2）优质钢产品与国际先进水平相比存在巨大差距。主要表现在：钢中杂质含量高；非金属夹杂物控制水平低；表面质量和尺寸精度差；组织性能指标落后。 3）产品结构不合理一些落后钢产品还在大量生产。 4）机遇和挑战并存。首先，我国经济正处于经济周期上升阶段，工业化尚未完成；其次，我国消费结构正由温饱型向小康型升级，创造了新的市场需求；第三，民营企业、外商自主资金投入在不断地提高，这些因素都有助于中国

19、钢铁业的发展。但同时由于竞争的加剧，钢产品结构的不合理等因素又使得我国钢铁业面临巨大挑战。1.4.2中国钢铁产业现状 1）钢铁企业在建规模过大，投资增幅过高。对钢铁企业投资的第一高峰期在1995年。共568亿；对钢铁企业投资的第二高峰期在2002年，共704亿；而2003年则高达1427亿。同比增长达966。 2）优质钢产品与国际先进水平相比存在巨大差距。主要表现在：钢中杂质含量高;非金属夹杂物控制水平低；表面质量和尺寸精度差；组织性能指标落后。 3）产品结构不合理一些落后钢产品还在大量生产。 4）机遇和挑战并存。首先，我国经济正处于经济周期上升阶段，工业化尚未完成；其次，我国消费结构正由温饱

20、型向小康型升级，创造了新的市场需求；第三，民营企业、外商自主资金投入在不断地提高，这些因素都有助于中国钢铁业的发展。但同时由于竞争的加剧，钢产品结构的不合理等因素又使得我国钢铁业面临巨大挑战。 1.4.3钢铁产品结构急需优化 1）加速发展薄板及其深加工产品是重中之重： 2）由于中国汽车行业的高速增长迫切要求汽车板生产的本土化： 3）高强度标准件用冷墩钢、易切削钢、汽车发动机用气阀钢要求替代进口； 4）建筑用钢筋要淘汰级。发展级级： 5）X60、X70级管线钢迫切需要替代进口的产品； 6）集装箱用b0+a=1800mm本次设计为2300中板粗轧机，则有： L=2300mm2.2.2 工作辊直径的

21、确定 辊身长度L确定以后，由文献1，表23可知，宽带钢粗轧机辊身长度与直径之比L/D2.22.7，所以取D=1.10m.2.3 计算变形阻力轧件材料是45号钢，由文献1表2-1，可知，45号钢变形阻力公式系数各项参数如下表：表22 45号钢变形阻力系数45ABCDEN3.539-2.780-0.1570.2261.3700.342162.1由文献1，2-34可知，北京科技大学在凸轮压缩形变试验机上进行了100多个钢种的变形阻力试验，并带整理成图表及相应公式 = （22）式中 基准变形阻力；变形温度影响系数， （23）变形速度影响系数， (24) 变形程度影响系数， （25）式中 真实平均变形程

22、度； （26）式中 相对变形程度。把接触弧看作抛物线时：= （27）式中 变形程度； 相对变形程度。100% （28）式中 压下量， 入口厚， 出口厚。变形速度的确定： （29）式中 轧辊的圆周线速度； 压下量； 轧辊的半径； 、入口厚和出口厚。单位压力的计算： 1.2 （210）式中 单位压力； 变形阻力。2.4计算各个道次的变形阻力 ：（1）第一道次：平均温降（2）第二道次：（3）第三道次：（4）第四道次：（5）第五道次：（6）第六道次：3. 轧制力与轧制力矩3.1平均单位压力： （3-1）式中 应力状态影响系数， 考虑摩擦对应力状态的影响系数， 考虑外区对应力状态的影响系数， 考虑张力对

23、应力状态的影响系数。在大多数情况下，外摩擦对应力状态的影响是主要的，而大部分计算平均单位压力的理论公式主要是计算的公式。这里主要考虑摩擦对应力状态的影响，所以公式简化成如下公式： （3-2）志田茂公式： （3-3） C= （3-4）式中每一道次的压缩率。3.2总轧制力计算 轧件对轧辊的总压力为轧制平均单位压力与轧件和轧辊接触面积的积，即 P （3-5）接触面积的一般形式为： （3-6）式中 、轧制前、后轧件的宽度； 接触弧长度的水平投影。 对于轧制中厚板、板坯、方坯及异型断面轧件一般不考虑轧制轧辊产生弹性压扁现象。 轧制板材（中厚板）、板坯、方坯时在两个轧辊直径相同的情况下，接触弧长度的水平投

24、影为 （3-7）式中 R轧辊半径； 压下量。3.3计算各个道次的轧制力（1）第一道次：C=0.450.1364+0.04=0.101=0.9=0.978MPa=70.2MPaP=70.21.30.1245=1172.23t（2）第二道次：C=0.450.1053+0.04=0.087=0.9=0.972MPa=64.8MPaP=64.81.30.105=884.5t（3）第三道次：C=0.450.1471+0.04=0.106=0.88=0.8890MPa=79.2MPaP=79.2 =1597.5t（4）第四道次：C=0.450.1448+0.04=0.105=0.95MPa=93.1MPa

25、P=2139.8t（5）第五道次：C=0.101=0.96MPa=98.8MPaP=2037.3t（6）第六道次：C=0.086=0.95MPa=98.8MPaP=1634.1t由以上计算可得如下轧制力总表：轧机道次方式入口厚mm出口厚mm轧后宽mm轧后长mm压下量mm轧制力t二辊1纵轧22019013001922301172232纵轧190170130021482088453横轧1701452148152425159754横轧1451242148178221213985横轧1241072148206517203736横轧10796214823021116341表3-1 各道次轧制力总表3.4

26、轧制力矩 在简单轧制时，由文献（4，2-52）可得作用在两个轧辊上的轧制力矩M可表示为： （3-8） 式中 P轧制力 轧制力力臂，其大小与轧制力的作用点及前后张力大小有关 力臂系数，由文献4表2-7可得表3-2 力臂系数轧制条件系数简单轧制条件：热轧0.5冷轧0.350.45由于是热轧条件下，故取0.5.由表3-1可知，最大轧制力，圆整故两个轧辊上的最大轧制力矩为：=2354KN.m3.5轧辊强度的校核在设计轧机时，通常是按工艺给定的轧制负荷和轧辊参数对轧辊进行强度校核。由于对影响轧辊强度的各种因素（如温度应力、残余应力、冲击载荷值等）很难准确计算，为此，设计时对轧辊的弯曲和扭转一般不进行疲劳

27、校核，而是将这些因素的影响纳入轧辊的安全系数中（为了保护轧机其它重要部件，轧辊的安全系数是轧机各部件中最小的）。由于在做轧辊时未考虑疲劳因素，故对轧辊的安全系数一般取n=0.5。轧辊材料的许用应力可参照以下数据：对于合金锻钢轧辊，当强度限时，许用应力；对于碳素锻钢轧辊，当强度限时，许用应力；对于铸钢轧辊， 当强度限时，许用应力；对于铸铁轧辊， 当强度限时，许用应力。图31 二辊式钢板轧机轧辊受力简图对于二辊轧机，最大弯矩公式 （3-9）式中 压下螺丝中心矩； 轧件宽度；辊身最大弯曲应力 （3-10）式中 作用在一个工作辊上的最大弯矩； 工作辊传动端的扭转断面系数。 （3-11）式中 D工作辊直

28、径。对于二辊轧机已知最大轧制力，这里取，代入公式（3-9），得已知D=1.1 m ,代入式（3-11），得把代入式（3-10），得 100故轧辊强度校核通过。3.6轧辊电机的选择电机通过滑块式万向联轴器传递扭矩给电机。电功率的计算公式如下： （3-12）式中 电机功率，单位； 电机转速，单位。 扭矩，单位； （3-13）式中 总传递效率； 作用在一个工作辊上的最大传动力矩； （3-14）式中 万向接轴传递效率， 故此处 滚动轴承的传递效率 ，此处取代入式（3-14），得把，代入式（3-13），得把，代入式（3-12），得故所选电机功率应大于，转速。4. 滑块式万向接轴结构设计与强度校核4.1滑

29、块式万向接轴结构设计滑块式万向接轴的结构主要由扁头、叉头、滑块（半月块）和销轴等组成。安装在叉头镗孔中的半月块一般由青铜制成，扁头可随之一起绕叉头镗孔中心转动，半月块中心有一小轴，扁头可随小轴一起绕垂直轴转动。按铰链形式分为开式铰链和闭式铰链两种。开式铰链：扁头上沿轴向开一长槽，允许扁头从轴向装拆，这样轧机可从轴向换辊，而轧辊轴头做成扁头的形状。 闭式铰链：在扁头上开一孔，通过销子将扁头、半月块及叉头连接。闭式铰链的拆卸只能从侧向进行（先拆去销子，然后将扁头与滑块一起取出）。由于叉头上有销孔，故对叉头强度减弱较大。4.2 开式叉头、扁头根据3.4中计算可知，轧制生产过程中接轴传递最大转矩。扁头

30、与轧辊是一体结构故选取材料40CrMnMo,调质处理。已知,安全系数为5。滑块式万向接轴的主要尺寸参数是叉头直径D，它主要取决于磨削后的轧辊直径。叉头直径D一般小于轧辊的最小直径（小515mm）。一般而言，叉头直径应为轧辊的名义直径的85%95%，以免轧辊与其发生干涉。而齿轮座端的直径可取稍大些以增加其强度，以免产生破坏。滑块式万向接轴各部分的结构如图：图4-1万向接轴滑块式万向接轴各部分的结构尺寸，可根据叉头直径D按以下经验关系选取：叉头镗孔直径 d=（0.460.5）960mm=(441.6480)mm扁头厚度 S=(0.250.28)D=(0.250.28) 960mm=(240268.

31、8)mm扁头长度 =(0.4150.5)D=(0.4150.5) 960mm=(398.4480)mm接轴本体直径 =(0.50.6)D=(0.50.6) 960mm=(480576)mm叉头开口 B（月牙形滑块宽度）滑块式万向接轴的结构尺寸，也可以参照有关标准尺寸系列选取。为了降低叉头中的应力，在此尺寸系列中，叉头镗孔直径d和扁头厚度S均按上述经验关系中的下限选取，即d =0.46D=441.6mmS=(0.250.26)D=(240249.6)mm由以上计算初步选取扁头尺寸如下：D=960mm b=380mmd=441.6mm S=240mm l=475mm 4.3开口式扁头强度计算与结果分析月牙形滑块作用在开口式扁头上的负荷近似的按三角形分布，受力如图所示。图4-2 开式扁头因此合力的作用点位于三角形的面积形心，即在离断面边缘处。万向接轴传递的扭矩为时，合力为 (4-1)式中 扁头总宽度； 扁头一个分支的宽度。数据代入（4-1），得当万向