1、毕业设计（论文） - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 轧钢机的简介 实现金属轧制过程、完成金属塑性变形的设备。包括主要设备及附属设备，但一般所说的轧机仅指主要设备。 最早的轧机出现在 14世纪的欧洲， 1480年意大利人达芬奇 (Leonardo da Vinci)曾设计出轧机的草图。 1553年法国人布律利埃 (Brulier)轧制出金和银的板材，用以制造钱币。此后，西班牙、比利时和英国相继出现了轧机。 1766年英国有了顺列式的小型轧机，至 19世纪中叶，第一台可逆式轧机在英国投产，并轧出了船用板材。 1838年建成了带活套 (见活套轧制 )的二列 式线材轧机 (见横列式轧机 )。 18
2、48年德国发明了万能轧机， 1853年美国开始应用三辊式型材轧机，并用蒸汽机传动升降台，实现了升降动作的机械化。接着美国又出现了三辊式劳特轧机 (见厚板轧机 )， 1859年建造了第一台连续式轧机， 1862年英国人贝德森(G Bedson)取得了平辊立辊交替配置的连续式线材轧机 (见平立交替精轧机组 )的专利。轧制型材的带立辊的万能轧机是 1872年问世的， 20世纪初期建造了半连续式带钢轧机。 20世纪 60年代以来各类轧机在设计、研究和制造方面取得了很大进展，并朝着连续化、自动化、高速化和专 业化的方向发展，相继出现了轧制速度高达每秒钟 130m 的各种类型的线材轧机、全连续式的冷、热带
3、钢轧机、宽度为 5500mm 的厚板轧机和连续式 H 型钢轧机 (见 H 型钢 )以及连续轧管机组等一系列先进设备，并在液压技术、电子计算机技术和各种测试仪表的应用以及轧制产品的实物质量和内部性能的控制等方面都有许多突破，使得轧机所用原料单重不断增大，产品的质量和产量不断提高，轧制的品种与规格日益增多。 中国于 1871年在福州船政局所属拉铁厂首先应用轧机，用以轧制厚度为 15mm以下的钢板， 6 120mm 的方、圆钢。 1890年湖北汉冶 萍公司汉阳铁厂装有宽为2450mm 的用蒸汽机拖动的二辊中板轧机、横列式三机架二辊轨梁轧机以及350mm/300mm 的小型轧机。随着钢铁工业的不断发展
4、和科学技术的日益进步，中国已有用来生产钢板、钢管、型钢和线材的多种类型的现代化轧机。 轧机的主要设备有工作机座和传动装置。工作机座由轧辊、轧辊轴承、机架、毕业设计（论文） - 2 - 轨座、轧辊调整装置、轧辊平衡装置、导卫装置以及换辊装置等组成。此外还有无牌坊轧机。传动装置由电动机、减速机、齿轮机座和连接轴、接手等组成。齿轮机座的作用是将传动力矩分送到两个或两个以上受力的轧辊上。如采用直流电机躯动轧机，可不设减速装置。 轧机的附属设备主要是轧机前后的升降装置、移送装置、翻转装置以及工作辊道和延伸辊道等。 轧钢就是用轧钢机对钢坯进行压力加工，获得需要的形状规格和性能的过程。轧机主要是有几组轧辊构
5、成，轧辊是一对转动方向相反的辊子，两个辊子之间形成一定形状的缝或孔，钢坯通过轧辊就成为一定形状的钢材。 在结晶温度以上的轧制称为热轧 ;在再结晶温度以下的轧制称为冷轧。 我们常见的钢轨、圆钢、方钢、槽钢、 T 形钢、汽车板、桥梁钢、螺纹钢、钢筋以及火车轮都是通过轧钢工艺加工出来的。 我国大型钢厂从 70 年 代已用先进的连轧轧机，连轧机采用了一整套先进的自动化控制系统，全线生产过程和操作监控均由计算机控制实施，轧件在几架轧机上同时轧制，大大提高了生产效率和质量。 1996 年我国粗钢产量突破 1亿吨，成为世界上第一产钢大国， 2003 年突破 2亿吨， 2005 年突破 3亿吨，并连续 10
6、年保持世界第一。 2006 年我国钢产量突破4亿吨。我国钢铁业的迅猛发展，为我国国民经济高速发展奠定了基础。目前我国钢铁工花艺装配水平虽然有了长足的发展，距居世界先进水平差距还很大。其中轧钢机械设计制造不但走不出国门，而且还主要是靠进口。日本花 16 亿美元引进先进冶金装备及技术，建成年产 1.6 亿吨的现代化钢铁企业，然后通过消化吸收和再创新，又大量向世界各国输出技术，成为世界钢铁生产第一强国。我国前后花 200 亿美元引进冶金设备和技术。我国要从钢铁生产大国变成钢铁生产强国，必须依靠技术进步，加强自主创新。特别是要尽快提高我国轧钢机械的设计水平，这是非常重要的。 现代的钢铁联合企业是由炼铁
7、、炼钢和轧钢三个主要的生产系统组成的，轧钢生产是钢铁工业生产的最终环节。 轧钢车间担负着生产钢材的任务。例如，铺设一条 5 oOOkm 的双轨铁路，需要 100 万吨重 型钢轨；制造一艘万吨轮船，约需 6 000t 钢板；铺设一条 5oookm 的石油输送管道，需要 90万吨无缝钢管。毕业设计（论文） - 3 - 因此，钢铁轧制在国家工业体系中占有举足轻重的基础地位。 20 世纪 90 年代以前，中国轧钢生产的平均水平与世界主要产钢国比较，还比较落后。轧钢生产以型钢为主，生产线大、中、小型并存。不同企业的技术装备水平参差不齐，能耗、成本较高。很多企业还使用着 20 世纪 50 60年代较为陈旧
8、的设备和工艺。这是钢材质量、品种和效益较差的主要原因。 20 世纪 90 年代后期，国内经济有了高速的发展。加入 WTO 后， 为适应参与国际钢材市场竞争的需要，国内各大企业采用当今世界先进技术和装备，进行了大规模的技术改造。广泛引进新技术、新设备、新工艺，使中国轧钢生产的水平有了长足的进步，发展了一批高技术、高附加值的品种，如汽车、家电用薄钢板，H 型钢，高档次石油钻套管， UOE 大口径天然气输送管道钢管等。 95以上的钢材品种，从数量到质量均可以满足国民经济各部门的需要。对于一批高难度的品种也在组织技术攻关和引进国外先进技术，如高档次汽车用冷轧薄板、不锈钢冷轧薄板等。建成了以宝钢、天津大
9、无缝为代表的现代化企业和以邯钢、珠钢、包钢薄板 坯连铸连轧为代表的现代化生产线。 9： 1 重 I 2002 年产钢 100 万吨以上钢铁企业 (集团 )已有 50 家，年产钢量 1 54 亿吨，已占全国钢产量的 85Z。其中宝钢集团年产钢规模达 2 000 万吨；鞍钢达 1 000 万吨；中国钢铁工业已进入技术创新全面繁荣的新时期。轧钢生产技术创新发展方向为：通用工艺技术、综合节能与环保技术、新品种开发与钢材性能优化技术、信息技术和装备机电控制一体化技术。 1.2 轧钢设备的发展动向 轧钢设备发展动向是大型化、连续化、高速化和自动化。 （ 1）、大型化方面 1)、增大纲锭（钢坯） 或带卷重量
10、。过去初轧机钢锭一般为 10 20 吨，现在已加大到 40 50 吨（目前已经向全连铸发展，从而取消初轧），热连轧的最大带卷重量已有 15 吨增大到 45 吨，冷轧卷重达 60 吨，线材盘重已达 2 4吨。 2)、增大轧辊直径 初轧机轧辊直径已达 1300 1500mm，带钢热轧工作辊已达 760 850mm，精轧机组的支承辊直径已增加到 1700mm。 毕业设计（论文） - 4 - 3)、增大主电机功率 （ 2）、高速化方面 宽带钢热连轧速度达 28.6m/s，冷连轧已达 41.5m/s，线材轧机已达 6075m/s。 （ 3）、连续 化方面 原有冷、热连轧、线材轧机外，尚发展了宽边工字钢连
11、轧机、无缝钢管连轧机、连续焊管轧机及圆、方坯连轧机等。 （ 4）、自动化方面 目前宽带钢轧机的计算机自动控制水平在各类轧机中是最高的，从板坯上料到卷取全部采用计算机控制。 冷连轧机上亦采用了钢板厚度自动控制（ AGC）。 平整机上延伸率自动控制（ AEC）和其它自动化措施等。 我国钢铁企业和重型机械制造业现在有了很大的发展，如攀钢发展也比较快，其中冷轧厂，轨梁厂的万能轧机的自动化水平都比较高。 1.3 轧钢机的分类 轧钢机通常可以按用途、构造和布 置分类。 1、按用途分类 轧钢机按用途可分为开坯轧机、型钢轧机、板带轧机、钢管轧机和特殊轧机。如横轧机、轮箍轧机等。 这种分类可以反映轧机的主要性能
12、参数及其轧制的产品规格。 其技术特性见表 1-1P3。 2、按构造分类（按轧辊在机座中的布置分类） 根据轧辊在机座中的布置形式不同，轧钢机可分为下列五种形式。 （ 1）、具有水平轧辊的轧机； 二辊式，三辊式，三辊劳特式，复二辊式，四辊式，多辊式（十二辊式，二十辊式，偏八辊式），行星式。 （ 2）、具有立式轧辊的轧机； （ 3）、具有水平轧辊和 立式轧辊的轧机（万能轧机）； 毕业设计（论文） - 5 - 二辊式万能轧机。 H型钢轧机（生产大型工字钢）。 （ 4）、具有倾斜布置轧辊的轧机； 用于无缝钢管穿孔机，均整机。 450 无扭转线材轧机。 （ 5）、其它特殊轧机； 钢球轧机、轮箍轧机、车轮轧
13、机。 3、按轧钢机的布置形式分类（按工作机座布置分类） 轧钢机的布置形式是依据生产产品及轧制工艺要求来确定的，机座排列的顺序和数量的多少，构成了不同车间布局的特点。根据轧钢机布置形式可分为：单机架式、多机架顺列式、横列式、连续式、半连续式、串列往复式、布棋式等。 1.5 轧钢机的组成及结构 轧钢机主要包括：主电机、传动机构和工作机座等部分。主电机是为轧辊旋转提供动力的设备。传动机构通常是有减速机、齿轮座、连接轴、和联轴器等部件组成的。工作机座是主机的主要组成部分。包括：（ 1）机架，在窗口内安装轴承；（ 2）轧辊，轧件在其间被轧制（压缩延伸）；（ 3）轧辊轴承，用以轧辊的支撑和定位；（ 4）轧
14、辊调整装置及上棍平衡装置，前者用来调整轧辊间的距离，后者用来校车上轴承座与压下系统间的间隙；（ 5）导位装置，用来使轧件按照规定的位置、方向和状态准确地进出孔型；（ 6）轨座（也称地脚板） ，机架安装在轨座上，轨座固定在基础上。不同类型的轧机，工作机座组成部分大体一致。 1.4 轧钢机的标称 轧钢机的类别与规格与轧钢机的断面尺寸有关，因此轧钢机的初轧和型钢的类是以轧钢的名义直径。也就是说轧钢机的大小是常用与轧件有关的尺寸参数来标称。 初轧机和型钢轧机的主要性能参数是轧辊名义直径，因为轧辊的名义直径的大小与其能够轧制的最大断面有关，因此，初轧机和型钢轧机是以轧辊的名义直径标称的。 小型轧钢机的名
15、义直径为： 180 450mm。 毕业设计（论文） - 6 - 1.5 万能轧机 的 简介 1.5.1 万能轧 机的优点 万能轧机压下技术采用了最先进的液压伺服系统，比传统的电动机械有如下优点： (1)调整精度高； (2)终轧产品的尺寸波动小； (3)自动辊缝调零； (4)换辊后可以自动测量弹跳； (5)轧辊辊缝的预设定； (6)在轧制过程中也可以进行辊缝的调整； (7)过载保护。 1.5.2 万能轧制法简介 万能法轧制钢轨与传统的孔型轧制法有很大的区别。通过两架开坯机的轧制出初具轨形的轧件，建立起头、腰和底的比例关系。同时轨底要保证充到孔型根部，轨头不发生过充满。这是万能轧机轧制钢轨的基础。
16、万能轧机为精轧机组，它由万能粗轧机 (UR)、两个孔型的轧边机 (E)和万能精轧机 (UF)组成。共有 9 个独立定位的轧辊参与轧制，通过三道次轧制，最终轧出成品。除了头宽和腰厚有关联性外，底宽和轨高都可以单独进行调整，相互之间不受影响，调整方法也多，比传统轧制法调整的灵活性大，更容易调整。这种轧制方法的主要优点是头部和底部有立辊的直接压下，同时对轨头和轨底的轧制是由立辊进行的，轧制方向与轧辊的旋转方向相同，没有了与轨头和轨底与轧辊的滑动，提高了钢轨的表面质量。 1.5.3 万能轧机的调整 万能轧机的调整主要包括换辊后的调整和在轧制过程中受温度影响而进行的调整。一般情况下，随温度的变化较为好调
17、。换辊时，特别是换粗轧辊时，调整量可能会很大，主要受校准及轧辊轴向的影响。 毕业设计（论文） - 7 - 第 2 章 轧钢机主传动方案的制定 2.1 轧钢机主传动装置的功用与组成 轧钢机主机列由工作机座，主传动装置和电动机组成。主传动装置的作用是将电动机的转动传递给工作机座的轧辊，使其以一定的速度和输出扭矩转动，实现对金属的轧制。 主传动装置的组成与轧机的结构形式和工作制度有关。轧钢机主传动装置的基本构成包括联轴器，减速器，齿轮机座，连接轴等。 如果轧制速度较高，可以取消减速器，由电动机通过齿轮箱驱动轧辊，或者采用单电机传动方式，由两台电动机分别直接传动两个轧辊。这样的传动方式可以降低传动系统
18、的飞轮力矩和传动消耗，提高轧机的动力性能。 2.2 轧钢机主传动方案的选择 （ A ） 传动方案 A：轧辊由电动机单独驱动。这种型式的传动装置主要用于大型的可逆式轧钢机，如初轧机、板坯轧机、厚板轧机等。在这种可逆式轧钢机上，轧毕业设计（论文） - 8 - 辊经常启动、制动和反转，要求传动系统有较小的飞轮力矩。轧辊由电 动机单独驱动，可使传动系统的飞轮力矩大为减小。 （ B ） 传动方案 B：轧辊通过电动机和齿轮座驱动。这种型式的传动装置在可逆式和不可逆式轧钢机上都有应用。对某些可逆式轧钢机，如受结构限制能采用轧辊由电动机单独驱动时，就采用这种型式的传动，如 1000mm 以下的初轧机等。在不可
19、逆式的轧钢机上，如果轧钢转速大于 70-75r/min,采用低速电动机的投资费用与采用高速电动机带有减速机的投资费用相差不打时，也采用这种型式的传动装置，如带钢轧机的粗轧机座等。 （ C ) 传动方案 C：轧辊通过电动机、减速机和齿轮座驱动。这种型式的传动装置一般用于不可逆式轧钢机，如二辊钢坯，型钢轧机，四辊板带轧机等，也可用于速度较低的四辊可逆式轧钢机等。 综合考虑这三个方案， C方案较合适 万能轧钢机的传动系统。 毕业设计（论文） - 9 - 第 3 章 轧制力及其力矩的计算 3.1 轧制力的计算 在计算中常用的公式有 S.Ekelund 公式、 Sims 公式、 Stone 等公式。在具
20、体设计中应根据具体情况选择应用。 其中 S.Ekelund 公式实用范围是： 1) 热轧型钢时计算平均单位压力； 2) 轧制温度大于 950，材质为 Q235； 3) 轧制速度小于 5m/s 时。 轧制压力 P 等于平均单位压力 p 与接触水平投影面积 F之乘积。 3.1.1 平均单位压力 p 的计算 本设计中选用 S.Ekelund 公式， S.Ekelund 公式为： p = )1( m （ K ） （式 3.1） 式中： m 外摩擦对单位压力影响系数； K 静压力下单位变形力； 粘性系数； 平均变形速度。 其中第一项 )1( m 是考虑外摩擦的影响，决定 m 的经验公式为： hH hhR
21、fm 2.16.1 （式 3.2） 式中： R 轧辊工作半径， mm； h 压下量， hHh 。 第二项中乘积 是考虑变形速度对变形抗力的影响，其中平均 变形速度值 用下式计算： 毕业设计（论文） - 10 - = hH Rhv 2 （式 3.3） 式中： v 轧制速度， m/s； 计算 K 和 的经验公式为： K =（ 14 0.01）（ 1.4 C Mn+0.3Cr） 10Mpa （式 3.4） = 0.01(14 0.01 t) 10MPa.s （ 式 3.5） 式中： t 轧制温度，； C 以 %表示的碳的百分含量，本设计中取 0.14； Mn 以 %表示的 Mn 的百分含量，本设计中
22、取 0.30； Cr 以 %表 示的 Cr 的百分含量，本设计中取 0。 f的计算公式为： f = （ 1.05 0.0005 t） （式 3.6） 对钢轧辊， =0.9；对铸铁轧辊， =0.8；由于本设计轧辊为钢轧辊， 本设计中 =0.9。 近年来，对 S.Ekelund 公式进行了修正。按下式计算粘性系数： = 0.01（ 14 0.01） C 10MPa.s （ 式 3.7） 式中 C 决定于轧制速度。 C 的选择见下表： 表 3.1 粘度系数 C 与轧制速度的对应表 轧制速度（ m/s） 6 6 10 10 15 15 20 C 0.1 0.8 0.65 0.6 3.1.2 接触面水平投影面积的计算 在简单轧制情况下，计算接触面水平投影面积 F 公式为： F= lB = hRBB hH 2 （ 式 3.8） 式中： B 轧件平均宽度 ； mm； l 接触弧长度； mm；
