空间自位型高刚度轧机结构设计及校核.docx
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1、530空间自位型高刚度轧机结构设计及校核摘 要小型材在我国国民经济中需求量很大,2003年我国小型材实际产量约为4034万吨。约占钢材总产量的25%。我国中小型轧机1350余套,数量居世界第一。这些轧机中90%左右为横列式轧机,技术水平落后,每套轧机平均年产量不足3万套。但其总产量是小型材的60%左右。随着国内钢铁业的发展和钢材市场由卖方市场转变为买方市场,由国内竞争转变为国际竞争的变化,中小型产品必须做到高质量,高效益,这样才能在激烈的市场竞争中立于不败之地,要做到这一点,我们必须充分发挥以建或在建轧机的作用,在完全消化吸收引进设备的先进即使得前提下,必须加速对现有横列式轧机的技术改造。因此
2、,作者结合江苏永刚集团线材分厂的实际情况,参看现有轧机,对530轧机进行了设计与改造。近几十年来,轧钢生产的技术进步取得了长足发展,尤其是在型钢生产方面,H型钢自由尺度轧制,型钢的多线切分轧制,三辊Y型轧机轧制技术的应用和发展,标志着型钢生产已经发展到一个新阶段。关键词:横列式轧机;H型钢;小型材AbstractSmall section of Chinas national economy in great demand, in 2003 actual production of Chinas small section of about 40.34 million tons. Steel
3、production accounts for about 25%. Small and medium-sized mill in China more than 1350 sets the number of the world. These rolling mill in about 90% for the bar mill, technological backwardness, the average annual output per mill less than 3 million units. But its output is a small section of around
4、 60%.With the development of the domestic steel industry and steel market from a sellers market into a buyers market, from domestic competition into the changes in international competitiveness, small and medium-sized products must be high quality, high efficiency, so as to in the fierce market comp
5、etition does not stand lost land, it is necessary to do this, we must bring into full play so as to construction or the role of rolling mill under construction, like found in the complete digestion of the advanced imported equipment even if the premise of the need to accelerate the existing bar mill
6、 of technological transformation. Therefore, the authors combine wire factory in Jiangsu Yonggang Group, the actual situation, see the existing mill, 530 mill for the design and transformation.Keywords: H-shaped steel bar, small section目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第1章 绪论1 1.1 钢材生产概况1 1.2 线材产品1 1.3 线材轧机发展2
7、 1.4 线材生产的新技术4 1.5 短应力线轧机5第2章 轧制力能参数10 2.1 机组组成概况10 2.2 机组孔型10 2.2.1 孔型设计原则11 2.2.2 孔型设计14 2.3 第二十一架轧机轧制力的计算16 2.3.1 平均压下量hm的计算17 2.3.2 变形抗力确定17 2.3.3 轧件粘度系数的计算18 2.3.4 外摩擦影响系数m的确定18 2.3.5 平均单位压力Pm计算19 2.3.6 轧制力P的计算19 2.4 轧制时的咬入角、中性角以及前滑的计算19 2.4.1 咬入角的计算19 2.4.2 中性角的确定20 2.4.3 前滑的计算20 2.5 轧制力矩和电机功率
8、20 2.5.1 计算前后张力差21 2.5.2 前后张力差对摇臂的倾翻力矩22 2.5.3 确定电机功率22 2.6 轧辊强度的校核23 2.6.1 轧辊的结构特点23 2.6.2 轧辊的尺寸确定23 2.6.3 轧辊的强度校核24 2.7 本章小结27第3章 空间自位性28 3.1 轧机轴承短寿损坏及不可靠性28 3.2 轧机轧辊弯曲微尺度等效辊系28 3.2.1 方柱型高刚度轧机29 3.2.2 2050mmCVC 热连轧精轧机29 3.3 KZ轧机自位性能的实现30 3.3.1 530KZ型高刚度轧机特点及主要参数31 3.3.2 空间自适应机构原理33 3.4 轴承寿命计算34 3.
9、4.1轴承寿命的计算34 3.4.2 轧机滚动轴承边界元法简介35 3.5轧机刚度38 3.5.1 轴承座变形量与轧辊挠度38 3.5.2 拉杆及压下螺母的变形38 3.5.3 球面垫压缩量计算39 3.6 平衡弹簧40 3.6.1 下平衡弹簧的设计计算41 3.7 本章小结42第4章 轧机压下43 4.1 轧机压下的种类43 4.2 压下装置的选择43 4.2.1 压下装置传动方案的确定43 4.2.2 压下装置的传动参数43 4.2.3 压下装置传动的几何计算44 4.3 压下装置主要零件的强度校核47 4.3.1 最大及额定阻力矩47 4.3.2 锥齿轮强度的校核48 4.3.3 蜗轮强
10、度的校核49 4.4 压下装置指针盘系统50 4.5 本章小结51第5章 轴向调节装置52 5.1 轴向调节机构52 5.2 轧辊轴向调节端轴承座重心位置计算53 5.3 本章小结54第6章 轧机操作与维护55 6.1 轧机的安装55 6.2 轧机的调整与试车55 6.3 轧机润滑56 6.4 轧机的维修57 6.5 滚动轴承的安装与保护58 6.6 本章小结58小结59参考文献60致谢62附录1 开题报告63附录2 文献综述70附录3 外文译文及外文文献80第1章 绪论1.1 钢材生产概况近年我国小型、线材生产发展很快,其装备既有世界一流水平的,也有具有一定水平的国产先进设备,其产品数量和质
11、量有很大提高。在加入WTO后,面临着更多的机遇与挑战,相信经过轧钢界的努力会取得更大成就。我国小型、线材无论在轧机数量上,还是产量上均为世界第1,而且其产量逐年增长很快。美国同期小型、线材产量占钢材产量总比例分别为17%与5%左右;日本同期小型、线材产量占钢材产量总比例分别为20%与8%左右,几年来产量平稳。而我国小型、线材平均增长速度分别为14.56%与10.96%,无论是所占钢材比例还是绝对产量均远高于美国与日本。线材是钢铁产品的重要品种之一,广泛应用于建筑和制品工业,线材生产的技术进步离不开轧机的发展。目前世界主要产钢国家普遍采用全连续高速无扭线材精轧机组和控制冷却技术作为线材生产的主要
12、工艺装备手段,它集中了当代线材生产工艺和设备的新成就。其特点是:高速、单线、无扭、微张力、组合结构、碳化钨辊环和自动化,采用了快速换辊和导卫装置,其产品特点是盘重大、精度高、质量好。1.2 线材产品目前我国高速线材产品的主要品种有普碳钢、优碳钢、焊条钢、焊丝钢、弹簧钢、轴承钢、碳结钢、不锈钢、高速工具钢、冷墩钢、低合金钢等。宝钢、武钢、马钢、酒钢等还可生产一部分钢帘线。产品规格一般为5512mm的圆钢或螺纹钢。包钢、武钢、杭钢、马钢等可生产520mm的圆钢,邢钢还可生产大规格的盘卷。目前我国高速线材产品大多数为建筑用材,其次为金属制品焊丝、焊条和各类标准件用钢。线材生产的平均成材率为961,其
13、中唐钢、酒钢的成材率最高达9835;平均单线年产量为40万t左右,其中天钢、湘钢、宣钢、酒钢、昆钢、沙钢、萍钢的单线年产量均已达65万t,有的已接近70万t。目前各地正在筹划和正在建设中的高速线材生产线还有不少,预计2005年至2007年期间将有2630条生产线陆续建成投产,新增产能将在l000万t以上,这对高速线材产品的将会产生较大影响1.3 线材轧机发展高速线材轧机的发展主要体现在精轧机组和控制冷却工艺方面的发展,它提高了线材的产量和质量。现代的高速线材轧机,其终轧速度、产品的产量和质量,以及各项经济指标都是过去任何型式的线材轧机不能与之相匹配的。几年来世界各线材轧机主要生产厂家,已将终轧
14、速度提高到110120ms,在实际使用中个别厂家已达140ms。轧机的架数已增加到28架,轧制坯料可达160mm160ram 以上。一套现代化的高速线材轧机主要由坯料处理、加热、(粗、中、精)轧、控制冷却、精整运输和计算机控制的电气设备等各项设备组成。因而,其现代化的先进程度也就体现在上述诸多方面,但其最主要指标还是体现在终轧速度上。摩根新式精轧机是当今最具有代表性的高速轧机,自1966年第一台无扭精轧机在加拿大投产后,摩根轧机的发展已进入第六代,轧制速度由第一代的43ms发展到120ms。轧线的配置由粗中轧多线有扭轧制发展为单线全无扭轧制,成品卷重已达2000kg以上。1998年摩根公司推出
15、了面向21世纪的线材轧制新技术,其核心是在精轧机后配置定径减径机组,全线单一孔型系列,实现“自由轧制”,产品尺寸范围扩展到中5025mm,定径减径机组实行在线快速更换,离线检修、设定。进一步将精轧机组由单一电机集体传动,发展为每两架一组单独传动,实现在线快速更换。轧机控制方面,将发展粗中轧机孔型自动对中,辊缝自动检测,精轧机尺寸自动反馈调整系统。除了摩根轧机外,德国DMS公司的高速线材轧机也是目前国际上技术先进、具有高生产能力的轧机之一,已在十六、七个国家建成20多条生产线。我国的酒钢和唐钢就引进了该公司生产的高速线材轧机。另外,德国SMS公司制造的高速线材轧机主要是摩根型无扭精轧机组,斯太尔
16、摩控冷线: 主要特点:小辊径、大延伸、成品公差小、精度高、表面质量好:斯太尔摩控冷线对线材的全长冷却处理,使之获得均匀的组织,显著提高了线材的拉伸性能。意大利的达涅利公司已制造了几十套线材轧机,轧制速度最高达120ms。达涅利采用了ESC先进轧制工艺,在粗轧机组中应用了无牌坊轧制新技术,它生产的轧机结构紧凑,轧制程序灵活,快速调定,无扭转轧制,产品质量可靠。目前达涅利用新研制成功的“高压下定径机组 (HRSM)作为预精轧机组和其后布置的“双模块高速精轧机组”配髓成精轧机组,简化了孔型系统,减少换辊时间,轧机利用系数提高到90 以上。我国的南京钢铁厂就引进了达涅利生产的单线HV 配置无扭精轧机组
17、。我国中小型线材的生产与发达的工业国家相比差距很大,尤其是产品质量,品种不能适应市场对中小型线材的需求,主要表现在以下几个方面:1) 横列式轧机数量多,这部分轧机平均产量,大部分不能形成经济规模,导致耗能高劳动生产率低,成本高,经济效益差。2) 生产工艺简单,设备陈旧,多数轧机两火成材,不能与连铸坯衔接。3) 原料断面小,单重低,成材率低,国内横列式轧机的成材率一般为60%80%,而美国可以达到92%,德国则高达94%96%。4) 轧机装备水平低,刚度差,产品精度低。国内多数轧机产品精度一般为250.254mm。5) 车间综合装备水平低,缺乏机械化和自动化。随着国内钢铁工业的发展以及市场竞争的
18、国际化,中小型材产品必须做到高质量,高效益才能在市场中立于不败之地,要做到这一点我们必须在吸收引进设备的先进技术的前提下,对现有轧机进行合理化改造,改造原则是:1) 首先淘汰一批工艺落后,设备陈旧,不能形成经济规模,产量低。2) 对一些具有炼钢,连铸设备的企业,要充分发挥本企业的优势,采用可靠的新工艺,新技术,新设备对现有轧机进行全面改造,争取实现连续化,采用连铸坯,一火成材。3) 对那些改造连轧有困难,但自身条件较好,具有特色的调坯生产的横列式轧机,要提高轧机的装备水平,采用高刚度轧机,提高产品尺寸精度,降低能耗,提高产品在市场上的竞争能力,以最低的产品成本参与市场竞争。4) 小型材轧机改造
19、要立足于国内设计,改造。1.4 线材生产的新技术20世纪80年代以来,世界新建的小型轧机绝大多数为全线无扭转连续式轧机。由于机械和电气控制技术的进步,孔型设计的进步,特别是上游连铸技术的进步,小型线材轧机产生了根本性的变革。现代小型线材轧机的主要特点是:1) 直接以130x130mm-160x160mm,重达1.5-2.5t的连铸坯为原料;2) 设备和布置都比以前大大简化,除合金小线材轧机外,一般小型轧机加热炉前不再复杂的坯料检查和修磨设备;3) 一般步进式加热炉与一套轧机相配;4) 轧线主轧机平/立交替布置,全线无扭转轧制,粗轧4架,中轧5架,精轧6架的组合成为普通线材小型轧机的标准布置形式
20、;5) 采用新型轧机,粗轧机多位悬臂式或短应力线式,中轧机则大部分采用高刚度的短应力线轧机;6) 一般在轧制线上设置两台切头飞剪;7) 各架轧机单独传动,采用微张力或无张力轧制;8) 轧线设置有完备的用于低温轧制和控轧控冷的控温设备;9) 曾在50年代至70年代流行的双面冷床,被一台高效率的单面步进式冷床锁代替;10) 除少数合金钢小型轧机外,一般成品的小型轧机已不需要在线探伤和检查设备;在线矫直和在线飞剪定尺剪切的开发成功,一改70年代繁杂庞大的线材精整系统,使精整线的设备和面积大大减少,把线材生产技术推向了一个新的阶段。现在线材轧机的轧制速度提高到120-140m/s,单线产量达到40-4
21、5万t。1.5 短应力线轧机提高轧机的刚性是获得高精度产品, 减少轧制废品和工艺事故,稳定工艺参数, 提高轧机作业率和产品成材率, 尤其是提高轧制速度的必备条件, 提高轧机刚性的最合理途径是尽量缩短轧机应力线长度,为此诞生了一种新型高刚度轧机短应力线轧机,其发展速度十分迅速, 各种类型的短应力线轧机纷纷出现。短应力线轧机又称为无牌坊轧机, 是一种高刚度轧机, 在做为型钢轧机使用时, 它不仅应该具有较高的径向刚度, 而且还应该具有较高的轴向刚度。目前国内已经研制出多种型式的短应力线轧机如GY型,HB型,CW型,SY型,GW型,DW型等, 其中有代表性的有三种,它们是GY型短应力线轧机,HB型无牌
22、坊轧机,SY型高刚度轧机。这几种轧机都是参考了瑞典的P-600型无牌坊轧机, 结合各自不同情况自行研制的, 所以它们主要受力部份的短应力线结构是相似的, 只在支承方式及某些具体结构上有些不同, 各有其特点。据悉, 某些短应力线轧机在使用过程中出现了一些问题, 如轧辊轴向串动大, 轧机轴向刚度差, 对某些厂来说, 轧辊轴向调节量偏小, 轧机调整不灵活等。这些问题的出现, 原因可能是多方面的, 但最主要的还是结构上的问题, 如能从结构上改进, 这些问题是不难解决的。轧机的结构特点及其原理:目前我们称之为短应力线轧机的, 其实就是无牌坊轧机。这种轧机的结构与传统轧机的不同, 为了取得短应力线的效果,
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