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钢坯火焰清理机设计
摘要
钢坯火焰清理(searfingofbillet)利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯表面缺陷烧除。
在钠坯生产中,它是保证钢坯质量的重要工序。
火焰清理是一种生产率高、成本低的表面清理方法。
用火焰清理1t钢坯的成本比用风铲清理便宜一半以上,为砂轮磨削的十分之一。
清理速度比风铲高10~15倍,广泛用于碳钢、低合金钢及部分合金钢的清理。
火焰清理有人工清理和机械清理,可进行在线热清理及钢坯冷却后的补充清理。
人工火焰清理通常用作钢坯的冷清理,但对于一些导热性差的高碳钢及合金钢钢坯,一般不适用于常温清理,通常在钢坯未冷却到150~300°C之前进行人工抢温清理。
(人工火焰清理的工具为带引火器的火焰枪,清理时喷嘴在钢坯表面上移动速度为6~9m/min)。
机械火焰清理为改善钢坯表面质量和减轻繁重的手工操作,在初轧机和大剪机之间的生产线上安装火焰清理机(又称在线火焰清理机),将轧后的钢坯在热状态下同时进行四面(方坯)或两面(板坯)的在线火焰清理。
一般一次清理深度为0.8~4.2mm,清理速度是可调的。
经在线热清理的钢坯表面仍有10%~40%的清理量要在钢坯库进行补充冷清理,其中中碳钢约占10%,合金钢约占40%。
关键词:
钢坯表面火焰清理改善质量
Abstract
Searfingflameofbilletclear(thebillet)withhigh-temperatureflamecuttingandmeltinadditiontoburnsurfacedefectrolewillbilletexcept.Insodiumbilletproduction,itistoguaranteetheimportantprocessqualityofsteel.Flamecleanupisakindofproductivityhigh,lowcostsurfacecleaningmethod.Useflame1tbilletcostclearwithFengChancleaningcheaperthanmorethanhalf,forgrindingwheelgrindingtenth.CleaningfasterthanFengChanhigh10~15times,widelyusedincarbonsteel,lowalloysteelandpartofthealloysteelcleanup.Flamesareartificiallycleanandclearmechanicalcleaning,canundertakeonlinehotcleaningandbilletsupplementaryaftercoolingcleaningup.
Artificiallyflamecleancommonlyusedasbilletcoldclear,butforsomepoorthermalconductivityofhighcarbonsteelandalloysteelbillet,generallydoesnotapplytoclean,usuallyatthebilletnotcooledto150~300°Ctemperatureartificialrobbeforecleaningup.(artificiallyflamecleanuptoolsfortheflamewithleadfirearmgun,whenclearingnozzlemovementspeedonthesurfaceofthebilletfor6~9m/min).
Forimprovingmechanicalflamecleaningthesurfacequalityandreducebilletheavymanualoperation,inthebeginningmillsandlargeshearmachineproductionlinebetweeninstallflamecleaningmachine(alsocalledonlineflamecleaningmachine),willberollinginthebillethotstateafternextsimultaneouslyall(billet)ortwo(slab)onlineflamecleaning.Generallyacleaningdepthfor0.8~4.2mm,cleanupthespeedisadjustable.Theonlinehotcleanupbilletsurfacestillhave10%~40%cleaninginbilletlibraryamount,whichcanaddcoldclearaboutmedium-carbonsteel,alloysteel10%about40%.
Keywords:
billetsurfacecleaningimprovequalityflame
第一章引言
1.1概述
所谓钢坯火焰清理(searfingofbillet)就是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯表面缺陷烧除的工序。
该工序能有效提高钢材的轧制质量,为热钢坯火焰清理和冷钢坯火焰清理;钢坯火焰清理按操作方式分为手工作业和机械作业两种方式。
其中实现机械作业的装置称火焰清理机。
它是通过专门烧嘴将氧气和炼焦煤气进行混合,燃烧火焰预热连铸钢坯,然后利用高压的纯氧流与钢坯表面产生氧化反应,对钢坯的一个顶面、一个底面和两个侧面的表面缺陷进行火焰清理作业。
热钢坯火焰清理需要采取机械作业的方式。
冷钢坯火焰清理既可采用手工作业方式,又可采用机械作业方式。
但由于我国目前非常缺乏专门的火焰清机的设计、制造研发能力,国内钢坯火焰清理主要采用手工作业冷钢坯火焰清理方式。
1.2钢坯火焰清理机的重要性
钢坯火焰清理技术起源于美国,成熟于韩国,是全球冶金行业率先进行批量化检验板坯皮下缺陷的先进手段,目前正风靡于世界冶金业。
而随着我国钢铁工业对钢种质量的需求进一步提高,钢坯的火焰表面清理技术显得越来越重要,实践证明利用火焰清理钢坯缺陷,能有效地提高钢材的轧制质量。
近几年来国内高度重视钢坯火焰清理技术在国内冶金业的应用,如2006年宝钢分公司炼钢厂4号连铸机工程配套改造项目:
二炼刚火焰清理机技改工程热负荷试车一次成功,顺利投入运行。
改造后,二炼钢火焰清理机清理铸坯的最大宽度可从1450毫米增至1750毫米,年清理能力也将由60万吨扩大到120万吨。
又如2010年迁钢公司板坯火焰清理机热试成功,设计年处理板坯190万吨,为该公司低成本生产高端高效产品,尤其是高品质汽车板、加点板提供了技术保证,迁钢成为国内继宝钢之后第二家投入火焰清理机的企业。
但该板坯火焰清理机主体设备均由日本KBK公司和美国L-TEC公司联合设计制作。
可见,国外钢坯火焰清理技术现处于极度保密的状态,国内需要花费巨大的外汇来进口国外的钢坯火焰清理机的整机和关键核心部件,而且维修服务费用昂贵。
基于我国目前火焰清理机研发十分落后的局面,注定我国民族冶金企业必须走自主创新、产学研相结合的道路,通过对钢坯火焰清理机研发中的整体方案设计、结构分析、制造与装配等关键技术进行校企联合公关,我国才能够较快较全面掌握钢坯火焰清理技术,为我国冶金企业长期发展注入强劲的活力。
因此,钢坯火焰清理机的设计项目具有十分深远的现实意义和工程应用价值。
1.3本文主要研究的内容
火焰清理机是清除钢坯上、下表面氧化层和表层下裂纹缺陷的重要设备,是轧制加工质量的前期必要保障,因此,为满足火焰清理工序要求和项目技术指标要求,钢坯火焰清理机应具有如下功能:
1、钢坯柔性支承与定位功能
2、钢坯自动夹紧与转动翻板功能
3、氧化皮和裂纹自动去除功能
4、废屑自动排除功能
第二章火焰清理装置龙门架机座设计
2.1电动机的选择
电动机的功率,应该根据生产机械所需要的功率来选择,尽量使电动机在额定负载下运行。
选择时应注意一下两点:
1、如果电动机功率选得过小,就会出现“小马拉大车”现象,造成电动机长期过载,使其绝缘因发热而损坏。
甚至电动机被烧毁。
2、如果电动机功率选得过大,就会出现“大马拉小车”现象,其输出机械功率不能得到充分利用,功率因数和效率都不高,不但对用户和电网不利,而且还会造成电能浪费。
要正确选择电动机的功率,必须经过以下计算或比较:
P=F*V/1000(P=计算功率KW,F=所需拉力N,工作机线速度M/S)
对于恒定负载连续工作方式,可按下式计算所需电动机功率:
P1(kw):
P=P/n1n2
式中n1为生产机械的效率;n2为电动机的效率,即传动效率。
齿条具有加工容易、寿命长、传动精度高等特点,所以本机纵横向运动采用的齿条传动系统未动,只在纵向导轨处又加装了一对,啮合齿轮参数为模数m=4。
齿数z=32。
选用XB1-32型号通用谐波减速器,减速比为40。
电机选用法兰克生产型号为20的交流伺服电机,最大静转矩为22.5Nm。
割炬纵横向电机的负荷是不同的,纵向电机负荷大,其最大静转矩T近似计算为:
T=Wμd/2i
T=T末n末/ni=T末μi→
T=Mμgd/2i=5000*0.15*9.8*128/(2*40)=11.76N*m
其中W为切割机总重量,μ为纵向导轨滑动静摩擦系数,d为啮合齿轮直径
(mm),i为减速比。
将W=5000kg,μ=o.15,d=22mm,i=40代入后。
T=11.76N*m,小于22.5Nm(查表得到),这说明电机选择是合理的。
pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings
结论与展望
本文对火焰清理机龙门架机座的一些关键数据进行了研究,获得了一些成果与结论。
我们求出了电动机的功率选择和齿轮齿条的数据及轨道的选择要求,现已经能够熟练的操作SolidWorks制图软件。
同时我们对机构的尺寸确定、传动角及各角度的验算、电动机的选取都有了一定的掌握。
随着我国制造业的发展,加工中心的需求也在增加,特别是四轴、五轴联动的加工中心。
作为数控机床的主要功能部件,数控转台在整个机床工具行业中的作用越来越重要。
这样就对数空转台各方面的性能要求越来越高,通过本文的研究分析得出的结论我们有理由相信:
在不久的将来我国能够较快较全面掌握钢坯火焰清理技术,为我国冶金企业长期发展注入强劲的活力。
参考文献
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[12]罗迎社.材料力学[M].武汉:
武汉理工大学出版社,2000
致谢
附录一:
板坯表面清理跟踪试验报告
王莹冰
[提要]本文叙述丁我厂连铸板坯表面清理的跟踪试验情况携表面清理后的钢坯,轧制
后钢板上的裂纹及其他缺陷的出现率均减少.钢板质量提高。
关键词板坯表面清理钢板质量
我厂连铸板坯清理工序于1992年l1月初开始投入工作.为了弄清清理效果和正确掌握清理后的验收标准.1992年12月成立丁由质管处、技术处、转炉分厂、中板分厂参加的跟踪试验组。
现将跟踪试验情况总结如下。
1试验方案
(1)在半成品检验站挑选5炉表面缺陷多的板坯进行火焰清理,并详细记录表面缺陷的名称、分布及清理情况,然后按炉发往中板切割,再根据清理面的大小,从大到小编上序号,并记录每块小板上的清理情况.最后按序号进炉(清理面大的先进炉)进行跟踪轧制。
(2)选5炉表面缺陷多的板坯(因临近春节,只选到4炉),不经清理,按炉轧制.然后与经清理的坯进行比较。
2板坯表面概况
(1)清理过的5炉(用火焰枪清理,清理宽度为lO0~300mm),情况见表1。
(2)未清理的板坯表面质量情况见表2
3、钢板表面缺陷
钢板表面缺陷情况见表3。
4、结论与建议
从跟踪轧制的记录统计分析看出:
(1)板坯上肉眼可见的缺陷主要是裂纹(以纵裂纹为主,且多出现在连铸机外弧面上),其次是结疤、翻皮。
(2)火焰清理后的表面不太理想,有的地方吹得过深(达lO~20mm),边缘不够平滑,使钢板上出现鳞层、凹坑缺陷。
如2—1—43炉第五块上表面吹后有深度大于lOmm的坑,轧后板上仍有凹坑,因此必须提高清理技术水平,力求处理后的表面平滑无棱角,最大深度不超过lOmm。
(3)表面清理对提高钢板质量、减少表面缺陷是有效的,经清理的钢坯轧制后钢板上的裂纹出现率为8,而未经清理的达4O.38,其它缺陷的出现率也有减少清理后的5炉钢坯,轧成钢板裂纹出现率由84降至8。
(4)板坯上轻微的细裂纹可以不清理,如1—9—185炉上表面全炉纵裂,但轧后只有一块上表面出现裂纹(占l1)。
(5)这次试验的钢坯,轧制后钢板上出现的缺陷主要是夹杂,其次是分层。
而这两种缺陷常常在坯表面是看不出的,它主要存在于钢坯内部,只有通过改进炼钢、连铸工艺,提高钢质来解决。
附录二:
英文翻译
TheReportontheSlabSurfaceCleaningTrackingTest
WangYingbing
Abstract:
Thispaperdescribesslabsurfacecleaningbutylourfactorywiththetrackingtestaftercleaningthesurfaceofthebillet,rollingontheplateaftertheemergenceofcrackandotherdefectsastheratereduced.Steelqualityimprovement.
KeyWords:
SlabSurfaceCleaningSteelQuality
OurfactoryslabcleaningprocessbegandevotionworkintheNovemberof1992.Inordertounderstandcleaningeffectandcorrectlygrasptheacceptancestandardafterclearing.December1992establishedbytubeplace,butylnidalai,converterfactory,thetrackinginplategroupsubsidiaries.Willnowtrackingtestsummarybelow.
1.TestPlan
(1)Choose5furnaceinsemi-finishedinspectionofficesofslabsurfacedefectsofflameclean-upanddetailedrecordsofsurfacedefectsname,distributionandcleansituation,thenpressthefurnaceplatecutting,thensendtothesize,accordingtoclearfromlargetosmallserialnumber,andrecordoneverysmallplate.Finallythecleaningaccordingtotheserialnumberintothefurnace(cleaningfacebigadvancedfurnace)fortrackingrolling.
(2)Choose5furnacemoresurfacedefectofslab(forneartheSpringFestival,chooseonlyto4furnace),withnoclear,pressfurnacewiththerolling.Thencomparedthebilletclear.
2.SlabSurfaceProfile
(1)The5furnace(cleaningaguncleaning,cleaningwithflameforlO0~300mmwidth),seetable1.
(2)Notcleaningthesurfacequalitysituationofslabintable2.
3.TheSteelPlateSurfaceDefects
Thesteelplatesurfacedefectstotable3.
4.Therecordsfromtrackingthatrollingstatisticalanalysis:
(1)Slabonvisibledefectsismainlycrack(withlongitudinalcrackappearedinthemainandmanyoutsidesurfacecaster),thesecondisscarred.
(2)Flamecleaningsurfaceafternotideal,somelocalblowtoodeep(20mm),lO~20ofplateedgesmooth,makeenoughtoappearonthescalelayer,indentationdefects.Suchas2-1-43furnaceDiWuKuaisurfaceblowlOmmpitdepthgreaterthanaftertherearpanel,rollingarestill,somustraisepitstoclearthetechnicallevel,theprocessedsurfacesmoothwithoutedges,nomorethanlOmmmaximumdepth.
(3)Toimprovesurfacecleaningplatequality,reducesurfacedefectiseffective,thecleaningplateafterthebilletrollingcrackintherateof8,andappearwithoutclearingreach4O.38,otherdefectrateshavereduceclearingappearedinthefivefurnace,rollingChengGangBancrackbilletfelltoappearby84rateof8.
(4)Slaboffinecracksonminor,suchas1Maynotbeclear--9-185furnacesurfaceallfurnacelongitudinalcrack,butonlyapieceofasurfaceafterrollingcracks(accountedfor11)
(5)Thisexperiment,thebilletrollingplateafterthedefectsismainlyoninclusion,followedbystratification.Butthesetwokindsofdefectsinslabsurfaceisoftencouldn'tsee,itmainlyexistintheinside,itisonlythroughtheimprovementofbilletcontinuouscastingtechnology,improvesteel,steeltosolve.
附录三:
三维整体装配图
火焰清理机立体图
火焰清理机侧视图
钢坯火焰清理机生产线立体图
钢坯火焰清理机生产线侧视图
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