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PAGE2自动轧钢技术在轧钢生产中的开发与应用摘要:经过钢铁轧制技术、装备的引进与消化吸收、以及工艺-装备-产品-服务一体化的自主创新,中国钢铁轧制技术已经跻身世界先进行列,基本完成了工业化过程。关键词:轧钢;轧钢设备;轧钢技术
目录一、我国轧钢设备的发展现状 1二、轧钢技术的未来发展趋势 2(一)万能钢铁轧制机的使用 2(二)对中型轧钢机自动系统的应用 2(三)对柔性钢铁轧制技术的使用 2(四)节约加工材料 2三、钢锯冷切技术在轧钢生产中的应用 3(一)摆动式锯机 3(二)平推式锯机 31.小车式平推锯机 32.滑座式平推锯机 4四、金属冷切圆锯片的开发 4(一)带挤压侧隙的金属冷切圆锯片设计构想 4(二)方案实施 41、锯片侧隙形式的设计 42、锯片加工工艺的设计 53、锯片挤压侧隙专用机床的设计 6四、节能型金属冷切圆锯片在H型钢冷切中的应用 7(一)原有H型钢锯切情况分析 7(二)冷锯机锯片板体结构改进方案 8(三)新型侧隙锯片的节能效果 91、2种锯片锯切情况统计 92、2种锯片切中间时的锯切工作电流 93、2种锯片切尾时的锯切工作电流 10五、国内外金属冷切圆锯片的发展趋势 11总结 11参考文献 11致谢 12前言自从进入21世纪以来,我国的钢铁工业为我国的社会和国防的发展做出了不少的贡献,为我国的经济持续发展打下了牢固的基础。在钢铁轧制行业,我国先后从国外引进了许多先进的技术和先进的生产设备,在钢铁轧制工艺上,我国也实现了生产的高效化和生产设备的自动化,使钢铁轧制技术能够支撑起国内重工业的生产重任。在我国的钢铁轧制技术更新中,最重要的是对莱钢中型轧钢机自动系统的运用和对万能轧钢机的运用,莱钢中型轧钢机自动系统实现了轧线的自动化操作,万能轧钢机则可以用了加工多种类型的钢铁,极大方便了我国的轧钢工艺操作。一、我国轧钢设备的发展现状自从我国进行市场经济体制改革后,我国的重工业可以向世界发达国家进行学习,引进国外先进的技术和设备,让我国的重工业技术有了飞速的进步。随着科学技术不断发展,我国的重工业逐渐从向国外引进技术,发展到可以自主研发新型技术,我国的钢铁轧制技术已经自成体系,从设计到生产,我国的中小型钢铁轧制技术已经逐步到达世界领先水平。钢铁生产线上的关键性技术设备如:短应力线钢铁轧制机、高线无扭钢铁轧制机组、高速飞剪设备、冷飞剪设备、水冷系统、万能轧钢机和轧钢机自动系统已经全部完成国产化目标,初步在钢铁轧制工艺上实现了无扭、控冷等技术,极高的加快了钢铁的加工速度,我国自产的棒材钢铁轧制机的最高生产速度可以达到18m/s,高线钢铁轧制机的最高生产速度可以达到100m/s,许多钢铁企业的钢铁产量超过了每年80万t的标准。在近些年来,我国的钢铁工业的发展趋势已经呈现了一下几个特点:生产技术和生产设备更新快、工业生产线产量高、车间的管理水平越来越完善,钢铁生产的特点逐渐由“产量大”向“质量高”的方向转变。我国的中小型钢铁钢铁生产模式这在向衔接快、进程短、连续化、质量高等方向前进。国内自行生产的钢铁轧制机,已经完全地代替掉从外国引进的老式钢铁轧制机,改善了钢铁生产效率和钢铁的质量,在世界上以钢铁产量大而闻名的80家重工企业中,中国企业就占据了27家,不仅给我国的重工业做出了重大贡献,也给世界的现代工业发展做出了重要的贡献。二、轧钢技术的未来发展趋势我国的钢铁生产模式正在向高品质、流程短、衔接快、智能化等方向前进。我国的轧钢技术在未来的发展趋势中,要做到以下几个条件。(一)万能钢铁轧制机的使用万能钢铁轧制机的主机架是由一对水平方向的辊和一对垂直方向的辊自称的,四个辊的轴心线在同一个平面内,在主机架内,水平辊为驱动辊,而垂直辊为被动辊,可以由四个方向对钢铁进行轧制加工。万能钢铁轧制机可以对各种类型的中小型钢铁进行轧制加工,例如H字型钢、工字型钢、U字型钢和不规则型钢等。由于用途较广,比较符合钢铁轧制技术未来发展的多功能趋势,万能钢铁轧制机在国内的钢铁企业中被广泛使用。(二)对中型轧钢机自动系统的应用在上个世纪90年代,莱钢中型炼钢厂向亚洲开发银行贷款,对场内的生产线进行改造,该厂的生产线是全国钢铁生产线中第一条短流程的生产线,可以生产以H字型钢为主的多种规格的钢铁产品,这条生产线采用了自动系统,减少了手工操作的流程,减轻了车间工人的工作负担,对生产自动系统的应用也是未来钢铁工业的发展趋势之一。(三)对柔性钢铁轧制技术的使用在现代的钢铁轧制工作中,既要满足国家的钢铁产量需求,又要满足不同行业客户的个性化要求。为了满足上述两个要求,钢铁加工企业可以使用柔性钢铁轧制技术进行钢铁的加工,这项技术的原理在于,根据不同的钢铁轧制材料,来调整钢铁轧制过程的工艺技术和冷却条件,改变钢铁轧制材料的力学性能,生产不同强度级别的钢铁产品。(四)节约加工材料在钢铁的生产线上使用半无头或者无头的钢铁轧制技术,缩短钢铁轧制的工作流程,最大限度地节省用于钢铁加工的材料和能源,降低钢铁加工的成本。无头钢铁轧制技术是钢铁加工中最为科学合理的钢铁加工工艺,这种工艺可以让我国的钢铁工业实现可持续化发展。三、钢锯冷切技术在轧钢生产中的应用对于定尺锯切钢材而言,在其相关任务的完成中,锯机极为关键。在整条轧线的所有设备中,锯机虽然只发挥着辅助作用,但受其特殊的工作性质的影响,其运转是否正常往往会对整条轧线能否完全发挥能力起着决定性的影响。因此,在设计整体工艺时,为了在生产上实现均衡,要以生产量以及产品种类等为标准来对锯机的规格、类型以及数量等进行科学选配。下面将对较为常用的几种锯机及其特点性能等展开简单介绍。(一)摆动式锯机在多种锯机中,摆动式锯机的使用频率较高,其一般有两种类型,其一是上摆式,其二是下摆式。二者都是通过气缸或油缸发挥其带动作用使得锯片执行对工件的切断任务,其区别只在于锯片的摆动是向上还是向下。其具有紧凑的结构,锯片易于安装、检修、维护以及更换。但受其在锯切上较差的稳定性的影响,并不适合将其用于对有着较大宽高比的型钢进行锯切。从生产的实际情况来看,主要使用的是下摆锯,而使用上摆锯的极少,这与其不便于换片与检修密切相关。一般情况下,生产冷弯型钢与高频焊管的企业才更多的会运用摆动式锯机,而在生产热轧型钢的小型企业中,有时也会在单根锯切中使用这种锯机。受其较低的造价与运行成本以及便于检修维护的影响,其有着极高的运用频率,数量达到了数千。(二)平推式锯机平推式锯机的使用也是极为常见的,这种锯机一般有滑座式与小车式之分。这种锯机的主要运作原理就是在可移动台车上安装锯片主轴箱,发挥齿条或液压的传动作用使得锯片能够不断在滑轨上移动,并在移动的同时锯切工件。其具有极好的稳定性且便于安装、检修与更换锯片,在成排锯切多工件或对有较大宽高比的工件进行锯切时,使用此类锯机更为合适。一般生产高频焊管、冷弯型与热轧型钢的企业更常使用它。1.小车式平推锯机在我国,当前轧钢类中小企业通常更多使用小车式平推锯机。具体来看,其具有以下特点:①机器造价较低;②自制较为简单;③在其结构上具有较差的平稳性;④受其较轻的重量以及较小的功率的影响,在其作业时极易出现跳锯的现象;⑤功能并不齐全,在其作业时无法实现冲刷冷却以及夹紧等功效;⑥在作业时,锯片极易受到磨损与冲击,特别是对厚壁工件进行轧制时,极易降低其寿命。⑦受工件对锯片的经常性撞击以及闷车等的影响,锯片极易出现裂纹或异常损坏,甚至会引发现场的不安全。此类锯机大多用于对槽、工、角钢等的锯切。2.滑座式平推锯机在我国,钢铁及冷弯型钢等大型企业通常更多使用的就是滑座式平推锯机,其中热轧企业使用的此类锯机多是进口的,而冷弯型钢企业使用的此类锯机则多是国产的。具体来看,其具有以下的特点:①其对主电机的功率有着一定的配置要求;②采取平V型的导轨结构形式用于联结滑座与机座;③通过发挥齿轮与液压的传动作用,进锯能够在每秒二十到两百毫米的范围内达到无极调速;④一般其整机能够达到三十到五十吨的重量,易于稳定其进退锯;⑤功能较为齐全,通过对双侧的相关装置进行合理设置,其能够很好的实现工件夹持;⑥在其进行锯切作业时,工件较为稳定,锯切产生的磨损较为正常。通常情况下,此类锯机的锯切每次都能达到极高的吨位。与小车式相比,其优势极为显著。此外,受冷切水与高压冲屑等相关装备配置的影响,锯片在锯切时能很好的维持其性能。总而言之,滑座式平推锯机在选用锯片与配置相关设备上都极为完善,具有极高的生产效率且较为安全,但其受其较高的一次性投入的影响,一般选择该机型的企业都要有着较高的实力。综合来看,其效益还是较为理想。我国当前使用的进口冷锯机中多以德意日等国制造的为主,其中较为常见的机型有达涅利、新日铁、西马克等。而使用的国产冷锯机则以一重、上重等生产的为主。四、金属冷切圆锯片的开发(一)带挤压侧隙的金属冷切圆锯片设计构想从侧隙加工的现有方法来看,大多都是在平板锯片上利用高额的人力、物力乃至时间的消耗来讲锯片的厚度除去,这样才能得出侧隙。针对这种情况,以加工锯片的多年经验为基础,经过对侧隙锯片的现有型式进行深入研究,最终得到了新的加工方法,这种方法能够以除去锯片厚度以外的加工形式来实现对侧隙的所需加工,即对锯片实行平板式冷切。具体来看,就是在冷态下用齿尖磨具实现对侧隙的挤压。这种加工的新形式能够最大可能的减少机械以及人工的耗费,而且更为简便,甚至连投入设备所需都极少,却有着较高的工作效率。(二)方案实施1、锯片侧隙形式的设计当前在加工侧隙的样式上主要有两种,一是双斜面,一是复合式。而在原有的平板侧隙上以齿型挤压来实现对侧隙的加工,不但能够使锯片达到一定的强度,还能达到其需要的深度以及一致性。通过持续的研究与比较,最后终于得出了侧隙挤压的相关形式以及技术参数。将传统的双斜面、复合侧隙以及新型挤压侧隙的三种锯片进行对比,具体如下图1。图1金属冷切圆锯片示意图在上图1中,对图形C的L1进行取值设计时,要将其控制在一点三到二点零毫米之间,而最终确定其值时,要保证其和锯片的厚度有着正向关联,甚至可以将锯片厚度作为对具体加工中的取值进行调整的标准。对进行L2取值设计时,要控制在一点五到二点五毫米之间,要确保其和锯片的直径有着正向关联,可以将锯片直径作为对具体加工中的取值进行调整的标准。对进行L3取值设计时,要控制在零点七到一点二毫米之间,同样要和锯片厚度有正向关联。而取值L4要控制在零点四到零点七毫米之间。2、锯片加工工艺的设计以锯片传统的加工侧隙的相关工艺为依据,对金属冷切圆锯片进行侧隙挤压加工时,其具体工艺路线如下:①以相关规定为标准,在对加工余量进行合理保留的基础上,使用相应的切割机对下料进行切割;②以相应的厚度以及尺寸为标准,使用立轴磨床等相关设备来对两平面进行粗磨;③以二十七到三十五的片体HRC为标准,使用热处理相关工艺调质处理锯片,从而保证锯片在综合性能上达到完善;④以一定的应力数值、端面跳动以及平面度为标准对锯片进行校平;⑤以一定的尺寸以及图纸为标准来转传动孔、精车内孔;⑥以一定的得齿型规格为标准来对铣刀进行选择并加工铣齿;⑦以一定的尺寸为标准,使用立轴磨床等相关设备精磨锯片;⑧以一定的要求为标准,使用专用机床加工挤压侧隙;⑨针对材质与硬度都不同的锯片,以一定的要求为标准,淬火齿尖并低温回火;⑩按照图纸要求最终校平锯片。3、锯片挤压侧隙专用机床的设计以加工侧隙挤压的相关方式为依据,对其专用机床进行设计,具体如下图2:图2挤压侧隙专用机床示意图从上图2可知,该机床主要由两部分构成,其一是挤压侧隙进给系统,其二是支撑圆台。而在该系统中,其主要作用的就是侧隙挤压模具,其一般安装于导轨上,该导轨必须能沿直线来回运动,之后则由电控相关装置对其进给以及后退等进行控制。该模具通常为凹形,其带有的感应圈的选择则是以加工方法为标准。针对规格不同的锯片,其模具的制作需配合不同的取值。在加工侧隙时,以侧隙取值以及锯片厚度为标准,其加工方式可以在热态与冷态侧隙挤压中选择其一。从冷态来看,要对挤压时间及力度进行严格控制,防止齿尖出现裂纹。从热态来看,则要对加热的温度与时间以及挤压时间进行严格把控,确保一次挤压侧隙成型,防止烧尖。该机床在相关原理上较为简便,且在制造上只需较低的成本。四、节能型金属冷切圆锯片在H型钢冷切中的应用近年来出现了一种广泛应用于桥梁、建筑以及制造等多种行业的新型钢材,其有着一定的经济断面,这就是大中型H型钢。其在生产时,针对长度达到一百米以上的轧材,其定尺锯切必须要用圆锯机。而要想将断面质量与型钢外观达到较为完善的程度,许多厂家不再使用原有的热切工艺,而用冷态锯切来替代。一般情况下,这时要在四百到五百千瓦的范围内选择主电机的功率,有着极大的耗电量,这与其锯切时的高温、高强度以及大阻力状态有着密切关系。(一)原有H型钢锯切情况分析自上世纪末起,我国在该型钢的生产上前后引入了众多生产线,比如:长治中型、莱钢大型以及马钢小型等。在这些生产线中都有着一个共同点,即其在完成型钢轧制后都是冷却之后才矫直,然后再进行冷切定尺。从世界范围来看,这是当前生产工艺中最为普遍的。在以上生产上,其使用的冷锯机都是从德意日进口的,锯片则是按照Υ1800~2200mm的规格进行配置的,锯机的功率则被控制在四百到五百千瓦的范围内。受平板结构的锯片、室温以及高强度状态的影响,其在锯切时常常会有电机过流出现,不利于连续生产。在这种情况下,若是将保护电流提高,又极易造成电机过热,使其被烧坏。此外,锯片承担的轴向与径向都会产生较大的载荷,会导致锯片在很大程度上减少寿命,这在冷切加工型钢的相关技术中是极为普遍的问题。在莱钢中型生产线中,冷锯机由两部分组成,其一是固定锯,其二是移动锯,这样能够在定尺型钢的长度上实现灵活变动,其主电机功率采用五百千瓦,电压则达到了六千伏特,锯片的常用线速度达到了每秒一百二十米。在进行锯切时,使用水平液压将工件夹紧,确保了其稳定性,同样用液压驱动锯片进给,确保其速度的稳定,还能无极调速。(二)冷锯机锯片板体结构改进方案锯片在工作过程中,其电机功率主要消耗在以下方面:①运转电机和锯轴,②克服工件与锯齿间的阻力,③克服锯片侧面与工件断面的阻力。前2项在一定情况下是相对稳定的,且难以降低;而第3项可通过改变锯片板面结构等来改变。冷锯机要达到较高的生产效率,就必须保持锯片足够的锯切线速度。要做到这一点,首先主电机要有足够的功率,且经常满负荷工作。而要降低电机负荷且锯片正常工作,只能减轻锯片与工件间的摩擦力。但在实际生产中,以Υ1800mm锯片为例,实际端跳值达到<1mm已是很好水平,想进一步降低难度极大。其次,还要降低锯片与工件间的摩擦系数,在一定条件下这也难以改变。最后笔者认为改变锯片板体结构,加工锯片双侧产生环形侧隙,能减少锯片参与摩擦面,最能降低摩擦功。以生产现场为依据,在对其使用冷锯机锯片的具体情况进行详细研究的基础上,针对锯片的不同类型,使用计算机仿真分析其板体结构,并将国外的同类产品作为参照,最终选出最佳的尺寸。下面将对比改进前后的锯片结构,其具体情况如下图1。锯片一般是一个圆盘体,薄且大,其厚径比例达到了1∶160。下文将比较侧隙与双侧凹槽,为此还开发了锯片侧隙磨床。在该机床上,在固定锯片后,其能旋转,且速度还都不同。在锯片上的适合位置磨削卧轴磨头,使其加工出的侧隙结构符合要求。图12种锯片结构比较(三)新型侧隙锯片的节能效果针对莱钢中型,对其固定冷切锯机对比新型侧隙锯片与平板片,同时,在用电流值替代功率值的基础上,对而二者的耗电情况进行比较与分析。具体来看,冷锯机在相关参数上的情况如下:①主电机的功率要在五百到六百千瓦之间;②锯片的线速度要达到每秒一百二十米,而进给速度则是每秒七十毫米;③用水平液压对工件夹紧,冷却水压则要达到四兆帕斯卡;④锯切时保持室温;⑤工件按照长二百四十四毫米、宽一百七十五毫米、高七或十一毫米的规格来选择;⑥材质一般是Q235与Q345,每次可以同时将五支锯切。1、2种锯片锯切情况统计通过相关统计可以了解两种锯片在锯切时的相关情况,具体如下:表12种锯片锯切情况统计2、2种锯片切中间时的锯切工作电流在上文的基础上,通过相关比较,可知二者在锯切工作达到中段时的电流相关情况,具体如下:表2锯片锯切中间时的锯切工作电流A在同等条件下,将二者在完成二百二十刀锯切时的电流变动进行比较,可以了解到侧隙的电流变化起伏不大,较为稳定,电流平均在四十二安;而平板锯片电流则在增加刀数时随之增大,电流平均在五十三安。计算侧隙节约耗电的公式如下:(平板片电流-侧隙片电流)/平板片电流×100%=(53A-42A)/53A×100%=20%由上面的公式可知,与平板锯片相比,侧隙锯切时电流平均低了大约百分之二十,即节约了而大约百分之二十的电流。3、2种锯片切尾时的锯切工作电流在上文的基础上,通过相关比较,可知二者在锯切工作达到尾段时的电流相关情况,具体如下:表32种锯片切尾时的锯切工作电流A由上表3可知,切尾时,侧隙电流平均47安,而平板锯片则是67.7安。(平板片电流-侧隙片电流)/平板片电流×100%=(67.7A-47A)/67.7A×100%=30%即在切尾时,与平板锯片相比,侧隙节约了平均百分十三十的电流。按照本文研究来对节能型侧隙锯片进行设计,能够减轻锯片的磨损,减少耗能,延长其使用寿命。对于冷钢锯切而言,这能够极大程度的实现节能。此外,其还能为锯机减轻负荷,为皮带及电机减少消耗。这在钢铁行业的推广有着极大的价值。五、国内外金属冷切圆锯片的发展趋势自上个世纪晚期之后,以金属热切为基础,西方许多工业国家推出了金属冷切的相关技术,此后,该技术慢慢被推广。对于扎件而言,该技术的出现为产品精度及其外观质量的改善极为有利。另一方面,受大型化钢材需求的影响,金属冷切圆锯片在发展上也开始愈加大型化,当前其已经发展到了两千五百到三千毫米。而从锯片材质来看,大多都不再使用高碳锰钢,更多的是运用低或中碳锰钢,从而实现了对其塑韧性的增强。而在我国,冷弯与热轧企业中引入冷锯机等国外先进设备大多是在二十世纪九十年代,这些设备的引入使得这些企业大大提高了金属冷切相关技
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