1200轧辊设计解析.docx
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1200轧辊设计解析
太原科技大学毕业设计说明书
1200可逆式冷轧机辊系设计
1200rollofReversiblecoldrollingmill
设计题目:
1200可逆式冷轧机辊系设计设计人:
赵强
指导老师:
杨霞
专业:
冶金机械
班级:
机自102214H
学号:
201022011430
华科学院
2014年5月26日
太原科技大学
TaiyuanUniversityofScienceandTechnology
课程设计报告
太原科技大学毕业设计(论文)任务书
(由指导教师填写发给学生)
学院(直属系):
华科学院时间:
2014年3月11日
学生姓名
赵强指导教师杨霞
设计(论文)题目
1200可逆式轧机辊系设计
主要研
究内容
1.板形控制轧机发展概况。
2.轧机方案确定。
(WS轧机,工作辊可移动轧机)
3.轧机结构参数及力能参数计算。
4.轧机关键部件强度和寿命校核。
5.完成1200可逆式轧机辊系图纸设计。
6.设计参数:
H=1.0mm,h=0.35mm,B=1000mm,轧制速度8m/s,材料20
研究方法
1.运用相关基础和专业知识,在查阅相关中外文献资料的基础上,提出合理的设计方案,独立进行毕业设计。
2•设计说明书要求内容完整、计算正确、论述简洁、文理通顺、装订整齐,且不少于2万字。
3•设计图纸要求用autoCAD绘制,要能较好地表达设计意图;图面应布局合理、正确清晰、符合制图标准及有关规定。
主要技术指标(或研究目标)
1.设计说明书:
》40页(20000字符)
2•绘制的图纸:
计算机CAD绘图
(1)结构装配图
(2)相关零件图
3.外文参考资料翻译:
相当的工作量
主要参考
文献
[1]黄庆学.轧钢机械设计[M].北京:
冶金工业出版社,2007.06.
[2]韩雪涛.板带车间机械设备设计(下册)[M],北京:
冶金工业出版
社,1984.08.
[3]王廷溥.金属塑性加工学一轧制理论与工艺[M].北京:
冶金工业出版社,2001查阅近几年中外期刊文献资料。
说明:
一式两份,一份装订入学生毕业设计(论文)内,一份交学院(直属系)
摘要
板形是衡量冷轧板带质量的重要外形尺寸指标之一。
七十年代以来,板形研究一直是国际上板带生产技术领域的前沿和热点。
目前,国外对冷轧板形控制的研究取得了重大进展,但是目前国内冷轧的板形质量水平还不能满足各行各业用户的要求,主要原因是国内还没有建立起具有自主知识产权的板形控制系统。
冷轧板形问题始终是冷轧钢
板生产技术领域的热点问题。
关键字:
冷轧板型控制可逆式轧机
Abstract
Theflatnessofsteelstripisallimportantfactorindeterminingthequalityofrolledproducts.Researchonflatnesscontrolsystemhasalwaysbeenthehottopicininternationalplateproductionfields.SomekindsofequipmentforcontrollingstripflatnesshavebeeninventedandgreatachievementhasbeenacquiredButflatnessqualityofcoldrollingstripinourcountrycan'tsatisfythedemandofvariousindustrialusers.Self-ownedflatnesscontrolsystemandmathematicalmodelhavenotbeensetupinOurcountrySocontroltechnologyofcoldrollingflatnesshasbeentheissueinthedomainofcold-roiledthinproductionKeyword:
CoolRollingFlatnessControlReversingmill
1
太原科技大学毕业设计(论文)任务书I.L
第1章绪论4
1.1HC车L机的由来4
1.2HC轧机AGC自动厚度控制综述5
1.3课题研究的背景5
1.4影响带钢板形的因素6
1.5板型控制轧机发展概况7
1.5.1抽辊技术---HC轧机轧辊横移板形控制系统7
1.5.2曲面辊技术8
1.5.3交叉辊技术---PC轧机轧辊交叉板形控制8
1.5.4涨辊技术一VC板形可变凸度支撑辊板形控制技术8
1.5.5轧制力分布控制技术一DSR动态板形辊高精度板形控制9
1.6ws车L机9
1.6.1ws轧机发展现状9
1.6.2发展趋势10
1.6.3存在问题11
1.7冷连轧机板形控制系统构成11
1.7.1板形闭环反馈控制11
1.7冷轧带钢板形控制的目的和意义12
第3章1200轧钢机辊系设计计算16
3.1轧辊尺寸计算16
3.1.2轧辊的重车率16
3.1.3道次选择确定17
3.1.4分配压下量17
第四章轧制力的计算18
4.1单位压力的计算18
4.2影响轧件对轧辊总压力的因素18
4.3影响平均单位压力的因素19
4.4接触面积的确定19
4.5计算平均单位压力的斯通公式20
4.6变形抗力的计算22
4.7传动力矩23
4.8轧钢机主电动机的选择25
第五章轧辊强度校核与轴承寿命计算28
5.1轧辊的强度校核28
5.2工作辊与支承辊间的接触应力29
5.3轴承使用寿命的校核30
第6章辊系受力分析及稳定性条件32
6.1辊系受力分析32
6.2四辊轧机的稳定性分析33
第1章绪论
1.1HC轧机的由来
目前最广泛应用的板带材轧机是四辊轧机,是生产冷轧板带典型的传统轧机。
它与二辊轧机相比,它可以用较小的工作辊径和较大的支撑辊径,减少轧辊轧制时产出的挠度。
据1979年5月统计资料,世界上当时共有这种可逆式冷轧机159台(森吉米尔轧机
除外)。
其中,美国39台,日本25台,西德16台,意大利8台,法国10台,英国6台。
80年代末以来,随着世界小钢厂的发展,尤其是薄板坯连铸连轧技术的发展及对热带深加工的需要,四辊可逆式冷轧机成为板带小钢厂热带深加工的主要生产设备。
其装置技术水平不断发展提高。
现代串列式冷轧机及全连续冷轧机上的现代化技术,也用于可逆式冷轧机上。
并且,双机架四辊可逆式冷轧机也得到发展。
是四辊轧机并不是最理想的轧机方式。
当支撑辊径增加到一定程度时,并不能继续减少挠度,这是因为工作辊挠度有相当大部分是支撑辊和工作辊之间接触压扁不均造成的。
作为补偿的办法一种是
工作辊采用具有原始磨削的凸度,另一种是采用工作辊液压反弯装置。
磨削凸度由于凸度是定值,不能适应轧制规程中轧制变化,以及还有热膨胀、磨损等变化因素,故适用范围很窄,缺乏足够的控制能力。
而工作辊液压反弯虽然有一定的控制能力,但终究受辊径强度等限制,弯辊力不能过大,且影响工作辊轴承帮助。
此外,对l_/D值较大的
工作辊,液压反弯使轧制带钢出现复合波,效果也受到限制。
分析四辊轧机工作辊的挠度,在工作辊和支撑辊的接触压扁上存在着不受欢迎的接触区,即大于轧制带材宽度的工作辊与支撑辊的接触区。
为了消除这个接触区,日本R
立公司1972年发明了具有中间辊可轴向抽动的六辊新型带材轧机,即HC六辊轧机o
在轧制不同宽度的带材时,通过调整上下中间辊和工作辊的接触区域,最终减少轧辊
轧制时产生的挠度。
它的中间辊可轴向移动,具有良好的板型控制能力,其名称HC的
含义是日立中心凸度控制轧机,即可以控制轧制带材的凸度。
1.2HC轧机AGC自动厚度控制综述
钢材产品的精度主要指产品的外形尺寸精度,对于板带钢来说,外形尺寸包括厚度、宽度、板形、板凸度、平面形状等等。
在所有的尺寸精度指标中,厚度精度是衡量板材及带材的最重要的质量指标之一,己成为国内外冶金行业普遍关注的一个焦点。
厚度自动控制(AutomaticGaugeControl简称AGc)是提高带材厚度精度的重要方法,其目的是控制板带材纵向厚度的均匀性从而生产出合格产品。
目前,厚度控制已成为现代化板带生产中不可或缺的组成部分。
另外,作为板形的控制手段,板形自动控制似FC—AutomaticFlatnessContr01)也越来越广泛地应用到带钢生产线中,它的目的是获取带钢横向厚度的均匀性和良好的平直度。
近年来,国内外在板形和板厚等控制技术方面取得了许多新的进展,大大提高了板带材的几何尺寸精度。
伴随着轧制产品尺寸精度的提高,经济效益也会大幅度上升。
因此,从20世纪60—70
年代完成了轧钢设备的大型化、高速化、连续化和自动化之后,80年代以来,轧制技术
发展的主要目标是提高轧制精度、性能、扩大品种,降耗增效,并进一步扩大连续化范围。
通过对轧制过程控制计算机的高精度设定和基础自动化的AGC控制系
统的改进,厚度精度己经达到了很高的水平。
目前己朝着带钢纵向、横向厚度偏差的综合控制方向发展。
1.3课题研究的背景
冷轧板带及其涂层产品广泛用于建筑、汽车、家电、交通等行业,特别是涂镀层板保持很旺的增长势头。
因此,冷轧产品有着广阔的市场空间。
但是,随着科学技术的不断进步和市场竞争的日益激烈,用户对板带的板形提出了更高的要求,如汽车用钢板和镀锌镀锡钢板,一般要求平直度在士10I左右,电工硅钢板则要求平直度在士5I以内
[2-3]。
实现板形的高精度控制成为轧制工艺、设备和控制等领域研究者共同追求的目标。
板形的概念主要包括两个方面,就横向而言指的是板凸度(Crown);就纵向而言指
的是平直度(Flatness)b围绕着这两个方面进行控制,就有了凸度控$1](AutomatieCrownControl,ACC)和平直度控StJ(AutomaticFlatnessControl,AFC)。
平直度和板凸度之间有着非常严格的关系。
对于冷轧来说,板形指的就是板的平直度,板形控制依然是冷轧板带生产的关注重剧由7】。
通过各国钢铁行业研究人员的不懈努力,一些新技术和新设备相继产生,如CVC轧机、Pc轧机、UC轧机。
本溪钢铁公司冷轧厂是“八•五’’期间国家重点工程项目,其中CDCM
(ContinuousDiscalingContinuousMill)机组是国内首条采用酸洗.连轧联合工艺的生产
线。
于1994年6月正式建厂,2000年11月达到年产70万吨的设计产量,2002年年产突破100万吨,2004年年产突破110万吨,为本钢创造了巨大的经济效益。
一‘2008
年1〜8月份,本钢冷轧厂因浪形原因发生质量异议的产品共623.8吨,因瓢曲原因发
生的质量异议用318.9吨,二者共942.7吨。
因浪形和瓢曲产生质量异议的重量占总异议重量的30.3%,二者异议金额占总异议金额的26.5%。
板形问题给企业造成了重大的经济损失。
为了挽回企业损失,进一步提高产品的板形质量,本溪钢铁集团和东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室成立板形项目攻关组,开展“本钢冷轧厂四机架冷轧带钢板形控制的研究"。
市场竞争的加剧,迫使各钢铁生产厂家不断的提高产品质量。
如果带钢断面形状不好,出现过大凸度、楔形、镰刀弯或者带钢平直度不良,出现波浪、翘曲、局部凸起等缺陷,都严重影响产品的质量及其使用寿命,严重阻碍了产品的市场竞争力,给企业造成了严重的经济损失。
如前所述,本钢冷轧厂因浪形原因产生的重量占总异议重量的30.3%,异议金额占总异议金额的26.5%。
其次,保持一定的板形也是为满足后部工序的需要。
例如在实际生产过程中,为了防止带钢边部过紧发生撕裂,而采用松边轧制。
板带材在罩式退火炉中退火时,为了防止板带的粘结,希望边部有一些边浪。
因此,对板带材的平直度进行控制,有着非常重要的现实意义。
1.4影响带钢板形的因素
为了有效地解决轧后带钢的板形问题,必须对影响板形的因素进行全面的分析。
金属在旋转的轧辊作用下经过一系列变形过程轧成需要的板带材。
板形问题贯穿于整个生
产过程的始终,最终产品的板形受到许多因素的影响,总的概括起来,这些因素分为内因(金属本性)和外因(gN条件)两个方面。
金属本身的物理性能(如硬化特性、变形抗力)、金属的几何形状,特别是板材的宽厚比、原料的板凸度都对最终产品的板形产生重要的影响。
车L制条件的影响更为复杂,凡是能影响轧辊的有载辊缝都可以影响板形。
例如轧辊的原始凸度、热凸度、轧辊的磨损、及轧辊压扁等。
上述因素的综合作用决定着最终的板凸度及平直度。
通过分析归类,这些众多复杂的因素可以归结为以下五个方面的内容:
(1)轧制载荷引起的轧辊弯曲变形;
(2)轧制载荷引起的轧辊表面压扁变形;
⑶轧制过程的轧辊热变形;
(4)轧制过程的轧辊磨损。
(5)轧材的几何尺寸及性能特性。
板形受诸多因素的影响,如轧辊原始凸度、弯辊力、轧制速度、来料状况以及冷却条件等因素的影响,并且具有较大的非线性【211。
在忽略轧件弹性变形时,可以认为辊缝的形状就是带钢出口断面的形状。
因此,只有从本质上充分研究轧辊的弹性变形,才能确定一定工艺条件下的轧后轧件断面厚度分布,进而找出各工艺参数对轧件断面厚度分布规律,为确定合理的工艺参数具有重要的理论意义和实际应用价值。
1.5板型控制轧机发展概况
常规的板形控制手段主要有弯辊控制技术、倾辊控制技术和分段冷却控制技术等。
随着现代化科学的发展,逐渐出现了一些特殊的控制技术,如抽辊技术(HC轧机和UC
系列轧机)、涨辊技术(VC轧机和IC轧机)、轧制力分布控制技术(DSR动态板形辊)和轧辊边部热喷淋技术等先进的板形控制技术,得到日益广泛的应用。
在此,对伴随着历史的前进版型控制的革新,出现的几种典型技术作以简单介绍。
1.5.1抽辊技术---HC轧机轧辊横移板形控制系统
HC轧机是20世纪70年代日本日立公司和新日铁钢铁公司联合研制的新式6辊轧
机。
HC(HighCrown)即高性能轧辊凸度。
该轧机是在普通4辊轧机的基础上,在支撑辊和工作辊之间安装一对可轴向移动的中间辊,中间辊的轴向移动方向相反。
通过对普通4辊轧机轧辊挠曲的分析,工作辊与支撑辊之间超出轧件宽度区域的有害接触区,导致了轧辊的过度挠曲。
这种挠曲不仅取决于轧制力的大小,而且取决于轧件宽度。
另一方面,在工作辊上施加弯辊力时,轧辊的挠曲会在超出轧件宽度部分受到支撑辊的约束。
HC轧机是通过中间辊的横移,消除了支撑辊与工作辊之间的有害接触
区,提高了轧制的板形控制能力,可适用于任何宽度带材的轧制。
HC轧机目前已发展
出多种形式,如中间辊传动的HCM6辊轧机;中间辊和工作辊均能窜动的HCMW6辊车L机;中间辊带辊型曲线的HC--CVC车L机;及HCW、UCM、UVMW、MB、UC2~UC4等多种改进型轧机。
1.5.2曲面辊技术
CVC辊板形控制技术是德国西马克-德马格公司于1980年开发的。
CVC(CoutinuouslyVariableCrown)的原意是连续可变凸度。
经过20多年的发展与完善,
CVC轧机已发展出很多种机型,广泛应用于冷轧板带生产中。
先进的控制策略和控制手段相结合,使CVC技术成为目前世界上最先进的轧制技术之一。
它的控制原理很简单,就是将上、下轧辊辊身磨削成相同的S形CVC曲线,上、下辊的位置倒置180度,当曲线的初始相位为零时,形成等距的S形平行辊缝,通过轧辊窜动机构,使上、下
CVC轧辊相对同步窜动,就可在辊缝处产生连续变化的正、负凸度轮廓,从而适应工艺对轧辊在不同条件下,能迅速、连续、任意改变辊缝凸度的要求。
1.5.3交叉辊技术---PC轧机轧辊交叉板形控制
PC(PairCross的原意是轧辊成对交叉,即轧机轧辊交叉板形控制技术。
轧辊交叉系统的设计原理与采用带凸度的工作辊相同。
通过调整轧辊的交叉角,使得距轧辊中心越远的地方辊缝越大,实现对辊缝形貌的控制•
1.5.4涨辊技术一VC板形可变凸度支撑辊板形控制技术
VC(VariableCrown)原意为在线可变凸度支撑辊,是由日本住友金属公司于1977年
开发成功的,轧机的轧辊为辊套型轧辊,主要由芯轴、辊套、密封油腔、油路、旋转连接器和高压泵站等部分组成。
VC辊控制板形的原理较简单,辊套和芯轴之间设有密封油腔,通过改变油腔内的压力,即使支撑辊改变辊形(轧辊凸度)油腔压力与直径胀大在一定范围内呈线性关系,
且可做无级调节,因此,可以参与到闭环板形控制系统中。
1.5.5轧制力分布控制技术一DSR动态板形辊高精度板形控制
DSR动态板形辊高精度板形控制(即轧制力分布控制)技术,是由法国VAICIecim公司于20世纪90年代推出的,主要由静止辊芯、旋转辊套、7个柱塞式液压缸、推力垫
及电液伺服阀等部分组成。
DSR动态板形辊多用于四辊轧机的支撑辊,可成对使用,也可单独使用。
其工作原理:
根据板形仪测量计算出的实际曲线与目标板形曲线比较,得到一组偏差,通过7个
单独调控的液压压下缸,沿整个带宽经旋转辊套给板带分布相应的轧制力,来进行高精度的板形(平直度)控制。
1.6ws车L机
1.6.1ws轧机发展现状
钢的冷轧于19世纪中叶始于德国,当时只能生产宽20-25mm的冷轧钢带。
1880年以后冷轧带钢生产在美国、德国发展很快,产品宽度不断增加,并逐步建立了附属设备。
宽的冷轧薄板是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的。
美国早在1920年第一次成
功的轧制出宽带钢,并很快有单机不可逆轧制跨入单机可逆轧制。
苏联于20世纪30年
代中期开始冷轧生产,第一个冷轧车间建在伊里奇冶金工厂,是四辊式,用单张的热轧板作原料。
此后冷轧带钢迅速发展。
四辊式轧机是由两个较小的工作辊和两个较大的的支承辊组成。
较小的工作辊可以减小变形区接触面积,降低总轧制压力,支承辊起支撑作用,减小工作辊弯曲并加强轧机刚度。
由于四辊轧机曾经是冷轧带钢生产的主要机型,因此目前四辊冷轧机在生产中仍有相当数量。
为满足产品质量要求,在20世纪六七十年代新建和改造的轧机都设置了液压压下和板型快速调整机构。
WS工作辊移动式四辊冷轧机(WorkRollShiftingMill),又称HCW轧机,是在HC六辊机基础上发展起来的新型板带轧机,是目前生产优质板材产品较为理想的先进设备之一,具有可轴向移动的工作辊、液压弯辊和工作辊一端磨削成锥度等三种板凸度、板形控制方式,每种方式实现单独调整或综合调整,因此,WS轧机具有良好的板形控制
特性和减少带钢边部减薄的能力。
1985年11月世界上第一台工作辊可移动轧机(WS轧机)在日本钢管公司的福山钢板厂建成投产。
当时开发这台WS轧机的主要目的是:
(1)提高控制轧制高强度,高塑性材料的能力;
(2)通过提高热装轧制能力,实现自由计划轧制;
(3)通过改进对钢板形状、边部减薄和平直度的控制,提高钢板的质量和收得率。
这台轧机由于具有高达73500kN的轧制力,大的轧制力距,长达1000mm的工作辊冲程和强有力的工作辊弯曲能力,所以它表现出对钢板形状和平直度极佳的控制能力。
由于这些特点,这台新轧机有可能用其形状和平直度控制能力去克服轧制时钢板的厚度、宽度以及钢质的变化,因此在实际生产中该轧机显示出诸如实现自由计划轧制等各种效能。
从此之后,这种新型的轧机进入了人们的视野。
WS轧机结构简单、在不改变换机架的情况下,只增加工作辊移动机构,就可以实现对旧四辊轧机改造。
目前,中国大部板带轧机是旧式四辊轧机,极待进行改造。
因此,对新建以及改造的四辊轧机无论是热轧带钢,采用工作辊移动技术是发展方向,具有广阔的市场前景。
1.6.2发展趋势
目前应用最广泛的板带材轧机是四辊轧机,与二辊轧机相比,它可以用较小工作辊径和较大的支撑辊径减小轧辊轧制时产生的挠度。
但人们发现,当支撑辊径达到一定程度时,轧机不能继续增加横向刚度(即继续减小挠度)。
这是因为工作辊挠度有相当大的部分是支撑辊和工作辊之间接触不均匀造成的。
作为补偿办法,一种是工作辊采用具有原始磨削的凸度,另一种控制工作辊挠度的办法是采用工作辊液压反弯装置。
前者由
于凸度是定值,所以不能适应轧制规程中轧制力的变化,以及热膨胀、磨损等变化因素,故适用范围有限,缺乏足够的控制能力。
而工作辊液压反弯装置虽然有一定的控制能力,但终究受辊径强度的限制而使弯辊力不能过大,否则会影响工作轴承寿命。
此外对于L
/D值较大的工作辊液压反弯易使轧制带钢出现复合波,效果也受到限制。
因此迫切需要研究新的板形控制的方法。
板形控制出现一些新技术:
张(应)力板形控制技术、CVC技术、冷却液分段控制、VC辊控制、液压弯辊等。
163存在问题
WS轧机在生产过程中存在的主要问题如下:
(1)驱动侧易出现边浪,并且通过调整目标板形线也难以达到理想效果;
(2)生产中中浪和边浪同时出现,调整难度较大。
(3)靠近驱动侧常伴有1/4浪,手动调整目标曲线无法消除。
(4)平直度控制精度不高,轧机速度优势无法体现。
1.7冷连轧机板形控制系统构成
现代板带轧机的板形自动控制系统的定义有广义和狭义两种。
广义的板形自动控制包括过程自动化级和基础自动化级的二级自动控制。
而狭义的板形自动控制只是存在于基础自动化级中的板形闭环反馈控制系统。
过程自动化级也称为L2级,基础自动化级也称为L1级,它们的功能各不相同。
过程自动化级从生产管理系统接收钢卷的生产信息,经过一定触发后开始钢卷的设定计
算。
板形设定计算的内容包括各个板形调控机构的调控量,例如弯辊力大小、轧辊横移量等。
设定值计算完成后将这些设定值发送到基础自动化级执行相应的控制。
当基础自动化级没有相应的反馈或前馈功能时,这些设定值将维持整个钢卷的生产。
当基础自动化级有相应的反馈或前馈功能时,这些设定值就是控制的初始值。
1.7.1板形闭环反馈控制
板形闭环反馈控制是在稳定轧制工作条件下,以板形仪实测的板形信号为反馈信息,计算实际板形与目标板形的偏差,并通过反馈计算模型分析计算消除这些偏差所需的板形调控手段的调节量,然后不断的对轧机的各板形调节机构发出调节指令,使轧机能对轧制中带钢的板形进行连续的、动态的、实时的调节,最终使板带产品的板形达到稳定、良好。
板形闭环反馈控制的目的是为了消除板形实测值与板形目标曲线之间的偏差。
入闭环反馈控制的前提条件是有准确的板形实测信号,因此与设定控制不同,闭环反投馈控制必须有板形测量装置。
板形闭环反馈控制是板形控制的重要组成部分,其控制精度直接影响到实物板形质量。
热连轧机的闭环反馈控制,主要是根据精轧出口处的板形测量仪的实测结果,反馈调整最后一个或机构机架的弯辊力,达到保证带钢平直的目的。
冷连轧机的闭环反馈控制,一般在最末机架安装板形测量辊,与最末机架形成闭环反馈。
有的轧机在第一机架也装有板形测量辊和闭环反馈系统。
1.7冷轧
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