轧钢机械课件讲义

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1、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。8590%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3035%、品种最多，主要用于 建材。 2）板带材 占5066% 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（460mm）、薄板（0.2

2、4mm）、箔 材（0.2 0.001mm）。 3）管材 占815% 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（Rolling Machinery）、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

3、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。 7 2、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

4、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12 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 。 9 2、立式轧机：表13 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

5、平辊及立辊的轧机，表13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。（F12、13） 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

6、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。 11 3、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=const Fi 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 。 12 4、半连续式： 连续式+横列式用于生产型钢。 连续

7、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

8、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 V30m/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50 。 15 2、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5。 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

9、产量占钢材产量78%，其直径一般为512.7mm。 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；V=h/（1-cos） 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1.523.0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 +a a由板宽确定 a=100200400mm 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

10、见表 33 L/D 比值越小，则辊系的刚度越大。 24 D2/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D160。 带钢热连轧机带钢热连轧机轧制力与轧制扭矩大，大的接触压力与磨损。轧制力与轧制扭矩大，大的接触压力与磨损。 工作辊：粗轧工作辊：粗轧铸钢，精轧铸钢，精轧无限冷硬铸铁无限冷硬铸铁HS83HS83。 支承辊：含支承辊：含CrCr的合金锻钢。的合金锻钢。 带钢冷连轧机带钢冷连轧机轧制力与轧制扭矩大，大的接触压力，高的辊面质轧制力与轧制扭矩大，大的接触压力，高的辊面质 量。量。 工作辊：合金锻钢工作辊：合金锻钢HS9095HS9095 支承辊：合金

11、锻钢支承辊：合金锻钢HS5065HS5065 各类轧机轧辊材料的选择见各类轧机轧辊材料的选择见P86P86表表3737 铸造轧辊一般采用离心铸造工艺，以改善辊面性能。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）。 29

12、1、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。 30 2、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。 31 3、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=P(l0/4-L/8) 弯曲应力： w=Mw/0

13、.2D23Rb Rb许用弯曲应力。 32 工作辊扭转应力： =Mk/Wk Mk作用在工作辊上的传动力矩 。 Wk工作辊传动端的抗扭断面系数。 工作辊/支承辊之间的接触应力 假设接触压力沿轧辊轴向均布，该问题可转化为弹性力学 中的平面接触问题。当二者材料相同时，由赫兹公式，可以 求出其最大接触压力max ，在轧辊表面，材料处于三向受压 状态，难以破坏，造成剥落的是辊面以下的切应力： 在z=0.78b处： 45max=0.304max 33 在z=0.5b处： zymax=0.256max 一般认为，后者是一 种交变应力，是轧辊剥 落破坏的根源。 不同表面硬度的支承 辊接触压力的许用值见 表38。

14、 34 五、轧辊的变形计算 轧辊在轧制力作用下，要产生弯曲变形，为满足板带平直 度质量要求，必须对这些变形值加以限制。 1、简支梁法计算轧辊挠度 用材料力学中的能量法可方便的解决这一问题。由于轧辊短 而粗，故其剪力对弯曲变形的影响不能忽略，其辊身中点总的 挠度应为弯矩、剪力产生的挠度之和，由卡氏定理可分别求出 其数值。详见公式322，323。 35 2. 轧辊轴承 一、工作特点 1、负荷大由于尺寸限制，单位压力p是一般轴承的24倍，pv 值为320倍。 2、工作条件恶劣：水、氧化铁皮等容易进入轴承内、受冲击。 二、类型与特点 一般而言、有滚动轴承与滑动轴承两种。 滚动轴承一般采用多列（2列、4

15、列）圆柱、圆锥、球面辊子轴 承，以提高承载能力。这种轴承刚度大，摩擦系数小，但体积大， 用于板带、线材、钢坯轧机。 36 滑动轴承有半干摩擦轴承，如铜瓦、胶木瓦轴承；多用于初轧、 型钢轧机，其结构简单，价廉，但磨损大，刚度小而且寿命短。 由于以上原因，目前这种轴承大多被滚动轴承所替代。 油膜轴承 又称动压轴承其润滑状态为流体动力润滑，多用于板 带轧机的支承辊轴承及高线轧机。其刚度大，精度高，承载力大 ，使用寿命长。 37 三、非金属衬开式轴承及其应用（夹布胶木轴承） 1、非金属衬轴承的特点 这种轴承由于结构简单、承载力大、价廉，用水作润滑剂及散 热剂，维修使用方便。所以早期大量的用作初轧、型钢轧机的轧 辊轴承。 但其低的效率、较短的使用寿命以及低的刚度，使其无法适应 近年来产品质量的要求。近年来，新设计的轧机，已不再使用这 种轴承。 2、结构一般为开式 形状半圆柱形，长方形及组合式；以半圆柱形应用最广。 38 参数长 l (取决于辊颈长 ），包角（120140度）， 及厚度h（2040mm） 端瓦止推瓦、用于承受 轴向力，2560mm 厚。 3、非金属衬轴承在轧机上的 安装 分承受轧制力的主轴瓦以 及辅助轴瓦；对二辊轧机，上 辊上轴瓦与下辊下轴瓦是主轴 瓦；上辊的下轴瓦虽不承受轧 制力，但不轧制时要承受轧辊 重量，是辅轴瓦。 39