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型材轧制
型材轧制
型材轧制是用有孔型的轧辊把锭坯热轧成各种断面形状的型材的工艺过程。
型材轧制-正文
用有孔型的轧辊把锭坯热轧成各种断面形状的型材的工艺过程。
1783年英国人科特(H.Cort)创造了世界上第一台带孔型的二辊式型材轧机,此后型材轧制很快发展起来。
19世纪初已轧制出角钢和钢轨,不久又轧制出工字钢。
1867年法国采用万能式机架轧制成断面高达1000mm的工字钢,成为宽边工字钢生产的先驱。
从1902年起,卢森堡、德国和美国等国相继建造了万能式型材轧机,但在半个世纪中进展缓慢。
直至50年代,这种轧机才得到发展。
随着轧钢技术的进展,轻型薄壁型钢和宽边工字钢生产有较快的发展。
宽边工字钢分为梁材和柱材两类,柱材又有轻型和重型之分。
钢轨有重轨、轻轨和吊车轨三种。
特殊用途的复杂断面型钢有汽车车轮轮辋挡圈用的型钢、铧犁、窗框用型钢以及钢桩等。
简单断面型钢多用于制造机械部件,复杂断面型钢多用于建筑结构、桥梁和用作各种构件。
轧制型钢用的原料主要有初轧坯、连铸坯和锻压坯,个别的用小钢锭直接轧制,生产较大规格的工字钢时要求有异型坯。
一般初轧坯的断面尺寸为150×150~300×300mm,小方坯为50×50~140×140mm,连铸坯为70×70~350×350mm。
型钢品种繁多,规格复杂,一般都采用多品种小批量的生产方式。
型钢需要量增长缓慢,复杂断面的型钢连续轧制比较困难,所以型钢轧机的自动化程度落后于其他轧机。
型钢轧机布置有横列式、越野式、布棋式、串列式、半连续式和连续式等(见轧机)。
型钢轧机的布置根据生产品种和生产规模而选取不同的形式。
中小型轧机已应用微张力或控制活套的连续轧制技术,这种技术的优点是生产能力大,钢材质量好,能轧制薄壁产品,成材率与自动化程度高,生产成本低,使用人力少;但装备复杂,投资大。
H型钢轧机60年代型钢轧机发展的明显特点是连续式或半连续式带万能机架的H型钢轧机的出现,用于生产H型等经济断面钢材。
70年代末这种轧机全世界已有50多套,几个主要产钢国家的H型钢产量已占大型型钢产量的30~45%。
目前最大的H型钢腰高1200mm,腿宽530mm。
H型钢与普通工字钢相比,具有截面模数大、重量轻、节省金属等优点,可使建筑结构减轻30~40%;又因其腿内外侧平行,腿端呈直角,拼装组合成构件,可节约焊接、铆接工作量达25%,常用于要求承载能力大、截面稳定性好的大型建筑。
H型钢轧机由水平辊和立辊组成万能主机架,对轧件进行四面加工,另外还有水平辊辅助机架,专门加工H型钢的腿端,以控制腿宽。
连续式大型型钢轧机附图为70年代投产的连续式大型型钢轧机设备布置图。
主要生产100×50~506×20mmH型钢,年生产能力达150万吨左右。
粗轧机组有四架二辊式机架,中轧机组有三架万能式机架和二架轧边机架,精轧机有四架万能式机架和二架轧边机架,由15个机架串连布置成连续轧制系列。
它可轧制长达120m以上的轧件,不进行热切,长尺冷却后,长尺矫直(矫直速度2~8m/s),并用计算机控制冷锯机,把几根长尺钢材同时锯成定尺。
定尺后的钢材在作业线上经检查、分选、打印、标记和打捆等工序。
换辊采用整个机座更换方式,每次换辊仅需50分钟,从而提高了轧机作业率。
型钢轧制采用万能式机座,使孔型轧制摆脱了以前依靠经验的状态;提高了型钢断面尺寸的精度,改善了表面质量和性能的均匀性,只需调整轧辊就可生产出多种规格的产品,减少了轧辊的消耗,能生产出平行翼边的工字钢、槽钢、钢轨与U型钢桩,把以前的钢轨非对称成形过程改变为对称成形过程,使钢轨的成材率提高2%,表面缺陷减少2%,轧辊消耗减少1/5,还提高了轧机的作业率和产量
轧辊孔型
轧辊孔型是指将已经设计好的一套断面孔型合理地配置在各架轧机的轧辊上的轧钢工艺过程之一,又叫孔型配置或配辊。
在轧辊上加工出轧槽,把两个或两个以上轧辊的轧槽对应地装配起来,形成孔型(图1a、b、c)。
轧制钢管时,由上下轧槽和芯棒共同组成孔型(图1d)。
轧制时,轧件通过一系列孔型,一般断面积由大变小,长度由短变长,以达到所要求的形状和尺寸。
图2示出530轧机的孔型系列。
设计孔型系统和每个孔型的形状、尺寸,以及孔型配置和轧辊的导卫装置称为孔型设计。
孔型设计是轧钢生产的重要环节,对成品质量、轧机生产率、设备安全、生产成本等都有很大的影响。
轧辊孔型-分类
——孔型按开口位置分为开口孔型和闭口孔型。
按形状分为简单断面孔型(图2a~g),和复杂断面孔型(图2h~k)。
复杂断面孔型又称异形孔型,包括斜形孔型(图2h-5~8)、蝶形孔型(图2g-5~8)、弯腰孔型(图2i-7),和万能孔型(图1c)。
——按功能分为延伸孔型、成形孔型、精轧孔型和成品孔型。
延伸孔型主要使锭坯断面缩小,或得到简单断面,如图2a~d的箱形孔型、椭圆-圆孔型、菱-方孔型。
成形孔型在使轧件断面缩小的同时逐渐成为成品雏形,如图2j~k的1~4孔型。
精轧孔型指成品前2~4个孔型,如图2j~k的5~8孔型。
成品孔型指轧出成品的最后一道孔型,如图2的9孔型。
轧辊孔型-原则
轧辊孔型
孔型设计原则——在孔型内,金属的变形极为复杂,孔型各部位斜度不同,轧辊直径不同,轧件同断面各部位与轧辊开始接触的时间不同,压下量不同,都影响到轧件的延伸和宽展(见轧制过程)。
因此,应按照金属在孔型内流动规律,设计最佳的孔型系统,以合理的孔型道次和最小的能耗,把金属锭(或坯)轧成形状、尺寸和表面状态合格的轧材。
对孔型设计来说,孔型内金属的横向流动比纵向流动更为重要。
金属的宽展往往在很大范围内波动,难以用简单公式概括各种因素的影响。
对孔型充填量估计不足,则孔型充填过满,会出现“耳子”;估计过大,孔型充填不满,会出现“缺肉”(图3)。
轧辊孔型
周期断面轧制和连轧时都必须考虑金属纵向流动所引起的前滑和后滑。
连轧的孔型设计须保持各孔型的流量相等。
即:
式中FiFn为i道次和终道次断面,vivn为i道次和终道次孔型轧件出口的线速度。
孔型延伸系数轧件在每道孔型中的变形量用变形前后的断面积比Fi-1/Fi表示,轧制时体积不变,而面积与长度成反比。
i道次内的延伸系数λi为:
式中li表示i道次长度,li-1表示前一道次长度。
一套孔型系统的总延伸系数λ
为坯料断面F0与成品断面Fn之比F0/Fn,等于各道次孔型延伸系数λ1,λ2…λn的乘积:
式中ln表示成品长度,l0表示坯料长度。
故
所以在已知坯料尺寸和成品尺寸的条件下,可根据平均延伸系数λ
求得孔型系统的道次数n。
并根据设备能力、轧件品种等因素经验地确定λ
。
在一套孔型中,应根据轧件变形抗力、轧机能力、轧槽磨损等因素,合理分配延伸系数。
在一般轧制条件下轧件温度逐道次下降,变形抗力因轧件温度下降而升高,因此,延伸系数的分配要逐道次变小。
在开始的一些道次的延伸系数通常高于平均延伸系数;在最终的一些道次则应低于平均延伸系数。
轧辊孔型-程序
轧辊孔型
孔型设计的程序是根据各道次的延伸系数,逆着轧制顺序,从成品到坯料,逐道计算出每道孔型的面积,然后确定孔型尺寸,如正方形孔型边长
,圆形孔型的半径
,断面复杂时可划分成几个简单几何形状部分,分别计算各区域的延伸系数(图4)。
设计此类孔型时力求使各区域变形一致,并把不均匀变形尽量集中在温度较高的开始的几个道次,减少以后道次的不均匀变形。
轧辊孔型-配辊
轧辊孔型
孔型配置——在轧辊上配置孔型时,侧壁应有适当斜度,使轧槽磨损后容易修复。
为减少轧辊车削修复量,最好采用蝶式孔型、斜形孔型和弯腰孔型。
多辊轧制孔型(图1b)能改善变形条件,节约轧辊。
辊环——侧向压力不等值的孔型必须靠辊环来承受轴向推力,以免轧辊串动,使孔型不能维持原设计尺寸(图5)。
轧辊孔型-导位
轧辊孔型
导卫装置——为使轧件顺利地进出孔型,在孔型的出入口左右两侧均需安装导板;在上辊和下辊出口侧,要设置与轧槽形状相吻合的卫板,又称“嘴子”(图6),以便轧件能顺利离开轧辊。
导板和卫板,以及扭转辊和围盘合称导卫装置。
导卫装置的设计是孔型设计的重要组成部分。
导卫装置的设计是否得当,对轧材的质量,产量和生产过程的正常进行均有很大影响。
轧辊孔型-制图
轧辊孔型
zhagunkongxing
轧辊孔型
rollpass
在轧辊上加工出轧槽,把两个或两个以上轧辊的轧槽对应地装配起来,形成孔型(图1a孔型示例、b孔型示例、c孔型示例)。
轧制钢管时,由上下轧槽和芯棒共同组成孔型(图1d孔型示例)。
轧制时,轧件通过一系列孔型,一般断面积由大变小,长度由短变长,以达到所要求的形状和尺寸。
图2530轧机各种断面的孔型系统示出530轧机的孔型系列。
设计孔型系统和每个孔型的形状、尺寸,以及孔型配置和轧辊的导卫装置称为孔型设计。
孔型设计是轧钢生产的重要环节,对成品质量、轧机生产率、设备安全、生产成本等都有很大的影响。
孔型分类孔型按开口位置分为开口孔型和闭口孔型。
按形状分为简单断面孔型(图2a~g530轧机各种断面的孔型系统)和复杂断面孔型(图2h~k530轧机各种断面的孔型系统)。
复杂断面孔型又称异形孔型,包括斜形孔型(图2h-5~8530轧机各种断面的孔型系统)、蝶形孔型(图2g-5~8530轧机各种断面的孔型系统)、弯腰孔型(图2i-7530轧机各种断面的孔型系统)和万能孔型(图1c孔型示例)。
按功能分为延伸孔型、成形孔型、精轧孔型和成品孔型。
延伸孔型主要使锭坯断面缩小,或得到简单断面,如图2a~d530轧机各种断面的孔型系统的箱形孔型、椭圆-圆孔型、菱-方孔型。
成形孔型在使轧件断面缩小的同时逐渐成为成品雏形,如图2j~k530轧机各种断面的孔型系统的1~4孔型。
精轧孔型指成品前2~4个孔型,如图2j~k530轧机各种断面的孔型系统的5~8孔型。
成品孔型指轧出成品的最后一道孔型,如图2530轧机各种断面的孔型系统的9孔型。
孔型设计原则在孔型内,金属的变形极为复杂,孔型各部位斜度不同,轧辊直径不同,轧件同断面各部位与轧辊开始接触的时间不同,压下量不同,都影响到轧件的延伸和宽展(见轧制过程。
因此,应按照金属在孔型内流动规律,设计最佳的孔型系统,以合理的孔型道次和最小的能耗,把金属锭(或坯)轧成形状、尺寸和表面状态合格的轧材。
对孔型设计来说,孔型内金属的横向流动比纵向流动更为重要。
金属的宽展往往在很大范围内波动,难以用简单公式概括各种因素的影响。
对孔型充填量估计不足,则孔型充填过满,会出现“耳子”;估计过大,孔型充填不满,会出现“缺肉”(图3孔型充填情况)。
周期断面轧制和连轧时都必须考虑金属纵向流动所引起的前滑和后滑。
连轧的孔型设计须保持各孔型的流量相等。
即:
□式中□□□□为□道次和终道次断面,□□□□为□道次和终道次孔型轧件出口的线速度。
孔型延伸系数轧件在每道孔型中的变形量用变形前后的断面积比□□/□□表示,□轧制时体积不变,而面积与长度成反比。
□道次内的延伸系数□□为:
□式中□□表示□道次长度,□□表示前一道次长度。
一套孔型系统的总延伸系数□□为坯料断面□□与成品断面□□之比□□/□□,等于各道次孔型延伸系数□□,□□…□□的乘积:
□式中□□表示成品长度,□□表示坯料长度。
□所以在已知坯料尺寸和成品尺寸的条件下,可根据平均延伸系数□□求得孔型系统的道次数□。
并根据设备能力、轧件品种等因素经验地确定□□。
在一套孔型中,应根据轧件变形抗力、轧机能力、轧槽磨损等因素,合理分配延伸系数。
在一般轧制条件下轧件温度逐道次下降,变形抗力因轧件温度下降而升高,因此,延伸系数的分配要逐道次变小。
在开始的一些道次的延伸系数通常高于平均延伸系数;在最终的一些道次则应低于平均延伸系数。
孔型设计程序孔型设计
的程序是根据各道次的延伸系数,逆着轧制顺序,从成品到坯料,逐道计算出每道孔型的面积,然后确定孔型尺寸,如正方形孔型边长□,圆形孔型的半径□,断面复杂时可划分成几个简单几何形状部分,分别计算各区域的延伸系数(图4孔型分几部分计算)。
设计此类孔型时力求使各区域变形一致,并把不均匀变形尽量集中在温度较高的开始的几个道次,减少以后道次的不均匀变形。
辊环侧向压力不等值的孔型必须靠辊环来承受轴向推力,以免轧辊串动,使孔型不能维持原设计尺寸(图5孔型辊环)。
孔型配置在轧辊上配置孔型时,侧壁应有适当斜度,使轧槽磨损后容易修复。
为减少轧辊车削修复量,最好采用蝶式孔型、斜形孔型和弯腰孔型。
多辊轧制孔型(图1b孔型示例)能改善变形条件,节约轧辊。
导卫装置为使轧件顺利地进出孔型,在孔型的出入口左右两侧均需安装导板;在上辊和下辊出口侧,要设置与轧槽形状相吻合的卫板,又称“嘴子”(图6导卫板布置举例),以便轧件能顺利离开轧辊。
导板和卫板,以及扭转辊和围盘合称导卫装置。
导卫装置的设计是孔型设计的重要组成部分。
导卫装置的设计是否得当,对轧材的质量,产量和生产过程的正常进行均有很大影响
轧辊孔型设计是指将已经设计好的一套断面孔型合理地配置在各架轧机的轧辊上的设计工作,又叫孔型配置或配辊。
其主要内容有:
1.孔型沿轧制面水平方向的配置。
要考虑辊身长度的有效利用和各架轧机轧制节奏的均衡。
一般成品孔的备用孔数量最多,成品孔前孔次之,过渡孔再次之。
另外,在各机架上配置孔型时还要考虑各架轧机前后的辅助设备条件,如升降台,翻钢机和移钢机等。
在一套轧辊上,孔型之间的距离要考虑辊环的宽度和安装导卫装置的位置。
而辊环的宽度取于轧辊材质和相邻的轧槽深度。
2.孔型在轧制面垂直方向上的配置。
首先确定是否采用“上压力”或“下压力”轧制及其压力值的大小。
当采用“上压力”时,轧制线在轧辊中线的下方,而采用“下压力”时,轧制线在轧辊中线的上方。
孔型在轧制面垂直方向的配置步骤是:
1)根据轧机的条件,画出轧辊的原始直径,上、下辊的轴线轧辊中线;
2)画出辊身长度,确定各孔位置和辊环宽度;
3)根据采用的“上压力”或“下压力”值,确定轧制线的位置,最后画出平行于轧辊中线的轧制线;
4)在各孔型图上确定孔型中性线,孔型中性线是指在一个孔型图上,上、下轧辊对其作用力矩相等的一条水平线,上、下对称孔型中性线是孔型的水平对称轴线;
5)将孔型中性线与轧制线重合,在轧辊图上画出孔型(配辊图),并标注各部辊径、辊环、圆角、辊缝等尺寸;
6)根据配辊图的尺寸计算各道次的轧制压力和轧制力矩,并对轧辊,机架和有关设备进行强度验算和主电机能力验算;
7)根据轧辊孔型设计的结果(配辊图),再进行进、出口导板和卫板形状及尺寸的设计;
8)对高速线材轧机要编制轧制程序表。
孔型在轧制面垂直方向的配置步骤是:
1)根据轧机的条件,画出轧辊的原始直径,上、下辊的轴线轧辊中线;
2)画出辊身长度,确定各孔位置和辊环宽度;
3)根据采用的“上压力”或“下压力”值,确定轧制线的位置,最后画出平行于轧辊中线的轧制线;
4)在各孔型图上确定孔型中性线,孔型中性线是指在一个孔型图上,上、下轧辊对其作用力矩相等的一条水平线,上、下对称孔型中性线是孔型的水平对称轴线;
5)将孔型中性线与轧制线重合,在轧辊图上画出孔型(配辊图),并标注各部辊径、辊环、圆角、辊缝等尺寸;
6)根据配辊图的尺寸计算各道次的轧制压力和轧制力矩,并对轧辊,机架和有关设备进行强度验算和主电机能力验算;
7)根据轧辊孔型设计的结果(配辊图),再进行进、出口导板和卫板形状及尺寸的设计;
8)对高速1#棒材机组:
年生产设计能力为40万吨,全线19架轧机,为Φ560×4/Φ480×3/Φ410×6/Φ350×6纵列式连续布置,其中粗轧机为闭口式平辊轧机,精轧机为短应力轧机、平立交替布置。
收集系统96×9.5m步进式冷床一座,650吨冷剪机一台,及其它输送、计数、成捆收集设备。
主要产品为Φ12mm--Φ40mm带肋钢筋和圆钢。
线材轧机要编制轧制程序表
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