5000mm热轧宽厚板四辊可逆式轧机辊系毕业设计

太原科技大学本科毕业设计说明书5000mm热轧宽厚板四辊可逆式轧机辊系设计Design of four roller reversible rolling mill of hot rolling heavy plate 5000mm学 院（系）：机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化（冶机）学 生 姓 名： 学 号：201014040217 指 导 教 师： 指 导 教 师： 完 成 日 期：2014 年 6 月 1 日 太原科技大学Taiyuan University of Science and TechnologyI摘 要随着经济社会的发展，特别是战争年代，大型战舰，大型战机的制造需要，对钢材的尺寸要求也越来越大。这样就催生了人们对大型轧材的研究与探索。大型宽厚板应运而生。在航空母舰，大型水面战舰的制造上对，宽厚板，特别是 5 米宽厚板的需求是巨大的，由此如雨后春笋般出现的的 5m 宽厚板轧机的研究与投产更是越来越多。一个宽厚板生产流水线，包括开坯粗轧机，精轧机，保温坑，冷却装置，切割机等等。本设计主要只对轧机组进行设计，本设计主要介绍了 5000mm 热轧宽厚板四辊可逆轧机的轧制力，支承辊与工作辊尺寸，轴承寿命和弯辊装置计算。本说明书按照设定的最大轧制力和产品规格参数设计计算了 5000mm 宽厚板轧机的轧辊的尺寸参数，轴承寿命和的基本参数以及校核，选择了轴承结构与类型，轧辊平衡装置也进行了相关设计计算。其中轧辊尺寸确定是根据来料的规格尺寸确定的。轧辊轴承的确定根据轧机在轧制过程中的受力状况，工作条件所确定的。轧制力的计算采用了艾克伦德公式。关键词：宽厚板;轧机设计;辊系设计;弯辊装置II5000 hot-rolled heavy plate four reversing mill roll system designAbstractWith the development of economy and society, especially in wartime, large warships , large aircraft manufacturing needs , the size requirements for steel is also growing . This gave birth to the people to study and exploration of large rolled . Large heavy plate came into being. On aircraft carriers, surface warships manufacturing right, heavy plate , especially 5 -meter-wide slab demand is huge, thus mushroomed 5m heavy plate mill of the research and production is increasing. A heavy plate production lines, including the breakdown roughing mill , finishing mill , heat pits, cooling devices , cutting machine and so on. The design of the main groups only mill design , the design introduces a heavy plate rolling force 5000mm hot rolling four-high reversing mill , the size of the backup roll and work roll , and roll bending device bearing life calculation . In accordance with the instructions set maximum rolling force and product specifications designed to calculate the dimensions 5000mm heavy plate rolling mill rolls , bearing life and the basic parameters and checking, select the bearing structure and the type of roll balancing devices have also been relevant design calculations. Determine which roll size is determined according to the size of the incoming specifications . Roller bearing is determined during rolling mill according to the stress condition , determined by the working conditions . Rolling force calculation using the formula Ike LundKey Words：Heavy plate mill design; roll system design; roll bending deviceIII目 录摘 要 .IAbstract.II1 文献综述 .11.1 国内 .11.1.1 国内宽厚板产业先驱 鞍钢股份有限公司 .11.2 国外 .22 轧辊设计 .62.1 轧辊结构与尺寸 .62.1.1 轧辊的结构 .62.1.2 轧辊辊身尺寸 .62.1.3 轧辊辊颈尺寸 d 和 l 的确定 .72.2 轧辊力能参数计算 .82.2.1 基本参数 .82.3 轧辊材料选择 .92.4 艾克伦德方法计算轧制时的平均单位压力 .102.4.1 变形阻力 .102.4.2 变形速度 .102.4.3 轧制压力 .112.5 轧辊传动力矩 .122.6 小结 .133 轧辊强度校核 .143.1 影响轧辊强度的因素 .143.2 小结 .174 轧辊轴承 .184.1 轴承的选择 .184.2 轴承寿命计算 .184.3 小结 .195 轧辊弯辊装置 .205.1 液压弯辊装置 .21参考文献 .22致 谢 .24- 1 -1 文献综述有句话是这么说的：战争年代，工业的发展速度和创新水平都能得到很大的提高。宽厚板的发展也是如此，最初由于战舰、航空母舰等武器装备的发展，对于钢板的质量、强度以及厚度等要求越来越高，宽厚板轧机在这期间得到了很大发展。和平年代，应大型桥梁，核电站，大型水坝，油田钻井平台，大型机械等领域的需要，宽厚板得到了更广泛的应用，这也促进了宽厚板行业的迅猛发展。厚钢板产量从2004年的821.26万吨发展到2009年的1874.86万吨，增长了128.3%，而今年也继续保持增长趋势，前10个月的产量就已经达到1860.9万吨。特厚板的产量增长速度也比较快，从2004年的180.01万吨增至2009年的474.56万吨，增长幅度达163.6%，今天1-10月份的产量达393.1万吨。而在2000年的时候，我国特厚板产量仅为71.43万吨，从2003年以后，随着我国经济的高速发展，国内也相继投产了一批具有世界先进水平的特宽厚板轧机，之后一直到2007年我国特厚板的产量也以每年百分之三十几的速度增长。1.1 国内1.1.1 国内宽厚板产业先驱鞍钢股份有限公司鞍钢集团总经理张晓刚曾说过“鞍钢发展史是中国钢铁工业发展的一个缩影。可以说，只要有重大工程建设，就能看到鞍钢的身影”。他这句话一点不假，鞍钢是我国最早的钢铁生产基地，始建于1916年，前身为日伪时期的鞍山制铁所和昭和制钢所，但新鞍钢公司是在1949年7月9日成立的，发展至今已有六十多年的历史。作为钢铁长子，其发展也历经了涅槃般的重生，成为目前我国四大钢铁集团之一。在这几十年的发展过程中，鞍钢创造了无数个第一，那里诞生过新中国第一根无缝钢管、第一根重轨、第一座现代化高炉伴随着被誉为“世界轧机之王”的5500mm 特宽厚板轧机线投产，鞍钢又拥有了我国第一条5000mm 以上宽厚板轧机。鞍钢始终把眼光放在长远发展上，可以说鞍钢是我国中厚板尤其是宽厚板生产企业的先驱.鞍钢5米轧机生产线由中国一重集团与德国西马克德马格（SMS-Demag）公司联合设计，粗轧机、精轧机等核心设备由一重制造，冷床、翻板机、辊道由中冶长城重机制造。采用了热装热送、板型控制等13项先进技术，轧制力为1万吨，生产钢板尺寸宽度为900-5300mm，厚度为5-150mm，最厚可达450mm,长度为3-25米。主要生产宽度4米以上军民用高强度宽厚船用钢板、舰艇板、核电用特种钢板、耐大气腐蚀板、大口径油气焊管和模具板等高技术含量、高附加值产品。该轧机的成功制造，有助于打破国外特种钢材对我国的封锁，将对推动- 2 -我国石油、天然气运输、造船及国防建设等领域起到重要作用。轧钢机是将钢坯钢锭轧制成钢材（管、板、型、丝）的成套设备，分为钢管轧机、板带轧机、型钢轧机、线材轧机、薄板坯连铸连轧等类型。钢板是钢材四大品种中用途最广泛的一种，按生产工艺分为热轧钢板和冷轧钢板，按厚度可分为薄板(厚度20-60毫米)、特厚板(厚度60毫米，最厚达700毫米)。在实际工作中，中板和厚板通称为“中厚板”。中厚板生产属于热轧工艺，主要有中厚板轧机、热连轧机组和炉卷轧机等三种方式，中厚板轧机是普遍采用的生产设备，通过轧机中的上下轧辊咬合碾压经过加热的钢坯，最终轧制成钢板。轧机按照轧辊辊面宽度可分为1800mm、2300mm、2800mm、3300mm、3800mm、4300mm、4800mm 以及5300mm 等8个级别，每个级别可上下调整200mm。宽厚板轧机主要是指辊面宽度达到2800mm以上的宽幅中厚板轧机。辊面宽度达到4800mm 以上的轧机，又被称为特宽厚板轧机，最大规格可达5500mm。沙钢5000mm 轧机是我国第二条5米级厚板生产线，于2003年4月开始筹建，项目总投资42亿元，分两期建设，一期设计产能180万吨，二期提高到 200万吨。总体设计由中冶赛迪负责，主体设备由西门子奥钢联、ABB 提供，厂区占地55万平方米，主车间厂房长1356米，宽276米。一期工程于 2006年12月投产，主要设备包括：一台5050mm 带附着式立辊的四辊可逆式精轧机，最大轧制力10000吨，机架牌坊重536吨，为拼焊结构。两座 245t/h 步进式加热炉、一套MULPIC 控制冷却系统、一台四重9辊全液压热矫直机、一台四重11辊全液压冷矫直机、一座5476m 冷床、一座宽 3827m 冷床以及由切头分段剪、滚切式双边剪、剖分剪、定尺剪组成的高效剪切线和配套设施。此外，湖南华菱湘潭钢铁集团，河南舞阳钢铁也都陆续投产5000mm 宽厚板生产线。1.2 国外轧钢机的出现和发展已经经历了几百年的时间，宽厚板轧机只是其中的一个分支。据记载，1480 年意大利人达芬奇 (Leonardo da Vinci) 曾设计出轧机的草图。1766 年英国人帕内尔(J.Purnell)在轧制铅片的手遥式轧机基础上，设计出用于轧制熟铁棒材的双辊轧机。1783 年英国人科特(H.Cort)制造出水轮驱动的二辊式型材轧机，使得型材轧制很快发展起来。1779 年，J.皮卡德用蒸汽机驱动轧机，极大提升了轧机的应用能力。1854 年欧洲建成用蒸汽机传动的二辊可逆式中厚板轧机。1864 年美国建成三辊劳特式中厚板轧机。1891 年，美国钢铁公司建成世界第一台四辊可逆式中厚板轧机。1897 年，德国人采用电动机取代蒸汽机用以驱动轧机并取得成功。1910 年捷克维特科维采哥特瓦德钢铁公司- 3 -投产了一套 4500mm 二辊式厚板轧机。1912 年苏联日丹诺夫依里奇冶金工厂也建成了一套同样的轧机。20 世纪的两次世界大战中，庞大的军火需求极大推动了轧机发展。世界上陆续出现了双机架、半连续式、连续式中厚板轧机。二战后进入冷战对抗，美国、苏联、德国、日本又相继建成一批 4100-55000m 的宽厚板轧机。 历史上，各个国家建设特宽厚板轧机的一个主要目的，是为航空母舰、战列舰等武器供应造船用大尺寸宽厚钢板。由于航空母舰飞行甲板需要承受战机降落时的强大冲击力，战列舰、巡洋舰等大型军舰都需要安装大面积的装甲钢板，这就需要钢板尺寸尽量加长加宽，以减少焊接工作量。为此，美国、苏联、德国及日本等国家在战争推动，都建设了大型宽厚板轧机。早在 1918 年，美国为了建造航空母舰，在宾夕法尼亚州卢肯斯（Lukens）钢铁公司科茨维尔钢厂投产了一台当时世界最大的 5230mm 四辊式厚板轧机。这也是全球第一台 5 米以上特宽厚板轧机，为美国大批建造航母和战列舰提供了优质大单重舰船用宽厚钢板。1922 年诺福克海军工厂用运煤船加装飞行甲板，改制成美国第一艘航空母舰兰利号。从 1922 年至 1950 年间，美国凭借强大的工业实力共新建改建了 46 艘航母及上百艘护航航母，最终赢得二战胜利。1935 年德国突破一战限制，开始建造俾斯麦级战列舰，其侧舷装甲高 8.4米，采用克虏伯公司制造的 320 毫米 KCn/A 表面渗碳硬化钢，全舰装甲钢板重达 17450 吨。为建造更大型的 H 级战列舰,1938 年由克虏伯公司在多特蒙德的赫尔德(Horde) 钢厂建成一台 5000mm 四辊式特宽厚板轧机，以提供造船钢板。前苏联为了备战，于 1940 年在莫斯科镰刀和锤子（Serp i Molot）炼钢厂投产一台 5300mm 四辊式厚板轧机，大量生产坦克和军舰用装甲钢板，在卫国战争中做出了重要的贡献。1940 年前，意大利冶金公司特尔尼厂投产了一台 4600mm 二辊式厚板轧机。1941 年日本为扩大侵略战争，耗费巨资从德国进口了一台 1.4 万吨自由锻造水压机，以及一台德国 DEMAG 公司制造的蒸汽机传动 5280mm 四辊式特宽厚板轧机，安装在日本制钢所室兰工厂，用以加速建造航空母舰和巨型战列舰。其整铸机架牌坊重达 230 吨，可轧制 350mm 厚的钢板。1937 年日本开始在吴海军工厂三号船渠建造大和级战列舰，侧舷装甲采用 410 毫米维氏硬化钢，由万吨水压机轧制，主炮防护盾正面装甲更是厚达 650 毫米，全舰装甲钢板重达22895 吨，占全舰正常排水量的 33%。在此期间，英国、法国、捷克及西班牙等国家也相继投产了一批宽厚板轧机，由此掀起一个建造航母和大型战舰的高潮，这是第二次世界大战中大西洋海战和太平洋海战的前奏。二次大战后，随着机械制造、造船、桥梁、建筑、高压容器及大直径油气管线等行业的发展，世界共掀起过三次宽厚板轧机发展高潮。第一次在美国。朝鲜战争后期，美国撤销了二战后不再建造大型航母的决定。1952 年美国为建造“福莱斯特”级航母，在印第安纳州的格里(Gary)钢厂- 4 -投产了一台 5335mm 厚板轧机。到上世纪 60 年代前后，美国共新建成 16 台以160 英寸(4064mm)二辊式加四辊式双机架为主的中厚板轧机，其中 5 米以上级特宽轧机 1 台，4064mm 轧机 7 台，3 米级轧机 4 台，以及 3 米以下中板轧机 4台。另外有 8 台轧机经过现代化改造，其中 5 米以上特宽轧机 1 台，4064mm轧机 2 台、3 米级轧机 3 台，以及 2 米级轧机 2 台，还淘汰了若干台三辊劳特式中板轧机。10 年间使美国中厚板生产面貌发生了很大的变化，产量猛增，到1957 年中厚板产量已提高至 1000 万吨以上，品种迅速扩大，生产出高强度船板、高韧性潜艇用板、高耐候桥梁板以及 X80 大口径直缝焊管用板。带动了长输管线的建设，在 1961 年至 1969 年间，新建成 8 套直径达 406-1219mm 的直缝焊管机组。在此期间，美国先后建成 7 艘大型航母，为冷战时期建设一支全球海军奠定了物质基础。前苏联为了加快海军的现代化，于 1946 年将从德国拆回的 5000mm 厚板轧机在下塔吉尔钢厂迅速投产，并于 1984 年在伊诺尔斯克（Izhorskiye）钢厂投产一台 5000mm 四辊式厚板轧机，专门生产航空母舰和各种大型舰船用厚板。1962 年法国敦克尔克钢厂新建一台 4320mm 单机架轧机，1984 年进行技术改造时，新建一台 5000mm 精轧机，组成 4320mm+5000mm 双机架轧机，并于 1985年投产，为戴高乐级航母提供了钢板生产条件。1970 年德国迪林根（Dillingen）钢厂新建一台 4300mm 精轧机，并预留出粗轧机位置，但 1985 年扩建时增建一台 5500mm 粗轧机（德国 DEMAG 制造），发现粗精轧机尺寸差太大，于是把 4300mm 精轧机换成 4800mm，组成 5500mm 加 4800mm 双机架轧机，精整线也做了相应修改。上世纪七八十年代日本经济崛起，掀起了全球第二次中厚板轧机的建设高潮，短短几年间便新建成 17 台 4700mm 以上级四辊式双机架轧机。其中包括 4台世界最大规格的 5500mm 特宽轧机，5 台 4.7 米级轧机，l 台 4.2 米级轧机，还有 7 台 2-3 米级中板轧机。上世纪 50 年代日本中厚板年产量只有 200 多万吨，到 1974 年已经达到 2030 万吨，使日本中厚板生产走向现代化，促使日本机械、船舶、汽车、家电、交通及建筑等各个领域得到迅速发展。尤其是生产船用钢板的 5 台 4.7 米级轧机，每台年产能达到 200 多万吨，有力地推动了日本造船工业的发展，使日本造船吨位迅速达到 1000 万吨以上，攀上世界第一造船大国的宝座。1970-1976 年间，世界油价高起，为降低运