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厚板 轴承 系统

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厚板扎机-轴承系统,厚板,轴承,系统

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青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书摘要本轧机为厚板轧机，重点设计了机架部分。机架是轧钢机的重要部件，用来安装整个辊系及轧辊调整装置，并承受全部轧制力。因机架重量大，制造复杂，一般给予很大安全系数，并作为永久使用的不更换零件来进行设计，因此机架必须有足够的强度和刚度，以保证其应力分布均匀、变形尽可能小。由于轧机机架比较复杂、不规则，一般采用采列柯夫计算方法进行闭式机架的强度和变形计算然后采用有限单元法校核机架的应力、变形及安全系数。在以往机架的设计中，安全系数取得很高但仍不能保证机架的可靠工作，机架的破坏多在压下螺母孔、机架窗口转角处等压力集中大的部位，采列柯夫计算方法只能求得某些部位的应力值，而有限单元法能求出整个机架多部位的应力场，对其进行模拟计算，得出机架最危险的地方和应力分布规律，获得其变形，计算出轧机机架的刚度。关键词：厚板轧机、轧机机架、采列柯夫、有限单元法AbstractThis mill is heavy plate mill. Frame is the important component to mill roll system and install the device, and roll all rolling force. Because big weight, manufacturing complex frame, give great safety coefficient, and as a permanent use no replacement parts for design, thus frame must have enough intensity and stiffness, in order to ensure its deformation, stress distribution uniformity as small as possible.Due to the complicated mill frame, use commonly irregular KeFu listed mining method for calculating the strength and deformation of the closed frame is calculated by using the finite element method and the stress and deformation of the checking frame and safety coefficient. In the previous frame design, high safety coefficient made but still cant ensure reliable work, the frame of destruction in frame under the frame window corner, nut pressure concentration, part of the big KeFu column calculating method for certain parts of the only stress value, and finite element method can be more parts of the entire frame, carries on the field simulation, draw frames most dangerous place and stress distribution obtained and the deformation, calculate mill frame stiffness.Keywords: heavy plate mill, KeFu column frame, the finite element method目录摘要1Abstract2目录3前言1第一章 总论21.1 概述21.1.1 我国中厚板轧机发展历史21.1.2 目前我国主要中厚板生产设备情况21.1.3 我国中厚板轧机将出现快速发展61.2 厚板轧机生产线的生产工艺81.3 轧钢技术的发展前景10第二章 设计方案的确定132.1 工作制度132.2 主转动方式142.3 压下装置的结构形式152.4 上辊平衡装置162.5轧机机架162.6 设计方案的确定17第三章 专题设计计算部分173.1设计题目及要求173.2轧制过程变形区及其参数173.3原始数据183.4主要参数的确定193.5咬入条件的校验213.6轧制力计算213.7轧制力在接触弧上作用点的位置223.8轧制力矩的计算223.9轧机主电动机功率的确定与选择253.10机架的基本尺寸及校核263.10.1机架的类型及结构263.10.2 机架的主要结构参数273.10.4机架强度计算293.10.5机架的变形计算343.10.6机架刚度的计算363.10.7用弹性力学有限单元法计算机架的应力和变形37总结40致谢41参考文献42附件143附件249IV前言轧钢生产是将钢锭或钢坯制成钢材的生产环节。用轧制方法生产钢材，具有生产率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现机械化、自动化等优点。因此，它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广泛地应用。目前，约有90%的钢都是经过轧制成材的。随着现代轧制技术的发展，轧制设备也趋向于方便、高效，尤其是板带材轧制设备趋于多样、适用、易改进等，因此，具有更加灵活性轧制品种多，使用情况要求低的四辊单机座轧机也得到了不断的改进和发展。本次设计的题目是厚板轧机轧钢机机架设计，轧制带宽4000，轧制速度7.22,轧机会将板带由40厚轧制成30厚。它有如下几个特点：1.它的刚性要求要高一些；2.工作稳定性能要好；3.轧缝的控制简单、便利；4.轧制板材的质量高、板型好。在设计中，主要计算了轧制力、轧制力矩、轧机主电动机功率、机架的强度和刚度等，并完成了机架的材料及结构型式、轧机主电动机、轧辊轴承、机架、电动压下部分的确定。在计算时，主要参考了由邹家祥主编的轧钢机械和由冶金工业部有色金属加工设计研究院主编的板带车间机械设备设计等书籍，并对其中的一些内容进行了改进。进十年来，世界冶金工业技术及装备又有了长足进步，新工艺、新技术、新设备的出现，使冶金生产过程发生了本质的变化，中国的钢铁工业也在迅速的发展，钢产量已居世界第一。这就要求我们要不断地对轧钢机械设备进行改进和创新，也只有这样才能使我国的钢铁工业走在世界的前列，这也是我们做这次毕业设计的最终目的。第一章 总论1.1 概述1.1.1 我国中厚板轧机发展历史我国的第一套中板轧机于1936年在鞍钢建成，属于三辊劳特式轧机。新中国成立后，在前苏联的援助下，我国的中厚板生产装备和工艺技术水平有了很大提高，先后建成了重钢2440mm中板轧机、武钢2800mm中板轧机等13套三辊劳特式轧机，为我国板材生产奠定了坚实的基础。70年代后，我国的中厚板轧机开始向宽板面方向发展，1978年在舞阳钢厂建成了我国自行设计制造的第一套4200mm厚板轧机：首钢引进了国外3300mm二手宽厚板轧机设备。这两套轧机主要用于生产特殊钢板，满足了当时核动力设备、舰船、潜艇、大型工程机械和民用钢制船舶生产的需要。 在工艺技术和装备水平发展方面，20世纪80年代，国内中厚板生产企业均多次对原先建设的三辊劳特式中板轧机进行了不同方式的改造，改造后的轧机基本以三辊加四辊或双四辊轧机为主，基本解决了三辊劳特式轧机尺寸偏小，钢板宽度窄，长度短、尺寸偏差大、板形差、以及原材料和能源消耗成本、经济效益差等问题。从80至90年代初，通过多次改造的方式增加原有轧机产能、提高工艺装备水平和生产技术水平，并具备了较为先进的电控设备、控轧控冷技术装备和热处理工艺。从我国中厚板轧机的发展历程可以看出，我国中厚板轧机经历了从三棍劳特式为主到以四辊轧机为主的发展历程。目前在我国大中型钢铁企业中，除临钢还保留一套三棍劳特轧机外，其他厂基本上都是四辊轧机。布置形式基本有单机架四辊轧机、二辊+四辊轧机、三棍+四辊轧机、双四辊轧机四种形式。1.1.2 目前我国主要中厚板生产设备情况 我国中厚板生产以2004年为界大致可以分为两个阶段，2004年前我国中厚板企业总体装备水平不高，除了浦钢、舞钢、鞍钢外，其他钢厂的基本上是3000mm以下的轧机。2005年是我国中厚板轧机快速发展的一年，当年新上新轧机8套，主要以3000mm以上的宽厚板轧机为主，使我国中厚板总体装备水平有了较大的提高，从20052008年将是我国中厚板装备技术和产能快速发展的一个阶段。 1.2004年前我国中厚板设备目对比较落后 2004年前我国新上中厚板机组比较少，这个阶段主要以改造老机组为主。截止到2004年底，我国共有中厚板轧机(包括炉卷轧机)29套，设计产能为1910万吨。除了舞钢、济钢、南钢炉卷轧机、鞍钢等少数几套轧机比较先进外，其他机组设备与国外发达工业国家相比，存在较大的差距。 从轧机结构上来看，国内的中厚板轧机普遍存在辊身长度小，单机产能低。由于目前的中厚板轧机是在原有设备基础上经过扩宽、扩能改造的，受2300mm三辊劳特轧机对规格的影响，四辊轧机一般改为2500mm，如济钢中板厂和重钢等；也有一些改为2800mm，如柳钢中板厂和安钢中板厂。改造后轧机的辊身长度均未超过3000mm。此一阶段3000mm以下轧机仍然占主要地位，占到总产能的83%，而日本、德国中厚板轧机全部是3米以上，其中日本5米以上的轧机占62.5%，此阶段我国中厚板轧机装备水平明显落后。老生产线的加热方式落后。步进式加热炉由于加热质量好、氧化少、烧损极低、加热方式灵活等特点，已成为当今世界上最先进的一种炉型。早在15年前，日本、德国、韩国等就已100%采用，但我国仍有一半以上生产线采用推钢式加热炉，据统计，目前全国加热炉的平均加热能力为75吨/h，只有先进国家的1/3。控轧控冷技术不完善。控轧控冷技术是控制奥氏体和相变产物的组织状态，从而达到控制钢材的组织性能以及轧后控冷阶段的工艺参数，在不降低韧性的前提下进一步提高钢的强度的先进技术，对提高产品质量有显著意义。此技术在日本应用率达70%以上，我国起步不晚但进展不理想，不少厂家采用的是简易喷淋冷却装置及用控温轧制来替代控制轧制。其主要原因是不少生产厂的轧机轧制力不足以及冷却系统配备不先进，难以实施控轧控冷工艺所造成的。从设备布置上看，国内中厚板生产线一般只设计成一条流水线，所有的环节包括矫直、剪切、收集均从这一条线上通过，设备负荷过重而且对产量、质量形成严重制约。国外先进的中厚板厂一般都有多条剪切收集线，按照规格的不同从不同生产线通过。从主要生产工艺装备上看：我国中厚板轧制力较低，一般在9.8kN/mm左右，国外一般为19.6kN/mm；除少数生产线(济钢3500mm厚板轧机和酒钢3000中板轧机)外，很少有企业成功地运用液压AGC和液压弯辊技术，难以生产一些特殊钢种；矫直机能力普遍较弱，效率低、平直度要求不高，影响产品质量；很多生产线没有热处理工序。有些企业即使装备了相应设备，但除了武钢、舞钢、鞍钢和浦钢热处理能力较强外，其它企业均未能正常使用，这是造成我国中厚板产品中专用板比例偏低的主要原因之一。检测手段不完备。钢铁产品的内在质量仅靠取样化验是不能完全查明的，需要经过“探伤”。日本、德国、美国、韩国等早在10多年前就已100%采用超声波探伤，而我国老生产线仍有一些采用线外人工探伤方式，效率低、劳动强度大，占用了场地且易漏探。从技术掌握的程度来看，在线控制技术相对落后，板型控制能力较低，我国不能满足大型造船、电站用钢等要求。综上所述，此一时期我国中厚板生产的总体技术准备水平不高，使得我国中厚板产品的品种板比例低，普碳中厚板产量大，3米以下宽度的产品比较集中。2.我国中厚板生产以普板为主目前国产中厚板在国内市场的份额占较大优势，像普通强度造船板、锅炉板、钢结构板等都能基本满足国内市场需求，但国内中厚板供应存在的结构性不足，主要在于一些高附加值的钢板不能生产，或质量难以达到下游行业的要求。如造船行业需要的一些高强度、宽板面造船用钢板等。在我国中厚板产品中，专用板只有20%-30%，国外发达国家专业钢板的比重一般在40%70%以上，而且做到了品种结构优化和系列化。同时在产品尺寸精度和表面质量上，我国与国外先进水平也有一定差距，主要受原料、炼钢和轧钢设备的制约，目前我国生产专用板比例较高的厂家是浦钢、重钢五厂、舞钢、鞍钢、首钢、武钢，但其专用板的品种、性能均不是高级的，在品种、规格、力学性能等方面均不能完全满足用户对高级别专用板的需要。从生产状况看，我国品种板生产呈现出快速增长的态势，去年15月份造船板、桥梁板、锅炉板、容器板、管线钢等5个主要的品种钢产量649.62万吨，占中厚板总产量的28.1%。除了管线钢，其他品种板增幅均大于总量的增幅。目前，国内需求的高强、高压、耐候、耐蚀、抗裂等特殊要求的管线、石油储罐、石油平台用钢等，仍不能满足需求。可以说，我国的中厚板生产也同我国的钢铁工业一样，需要有一个从量到质、从大到强的转变。 3.主要品种在质量方面存在较大的差距 造船用钢：与国外先进水平相比，我国造船用钢存在一定的差距，首先从生产线装置和工艺技术水平来讲，我国大部分生产线生产一般强度的造船用钢，而宽度大于2.5米的船板，高强度级别的钢板，如AH32-EH36级、F级因还不能取得多家船级社的认证而不能大批生产，因而不能满足出口船的需求。对于一些宽薄规格的钢板，如厚610mm，宽3000mm以上，812mm的宽薄板进口依赖度较大。此外，特厚船板如6590mm板也主要靠进口解决。其次表面质量有待进一步提高，主要反映在中厚板轧机高压水除鳞压力上，国内大多数厂家除鳞压力120140MPa，而国外均大于160MPa，所以除鳞效果不好，麻点较突出，露天存放容易锈蚀，而进口船板不但板型好，而且还涂过底漆，露天存放不会生锈。第三焊接性能普遍不很理想，尤其是高强度、高韧性的品种。此外，国产船板在厚度、精度的控制方面普遍较差。第四板型不尽如人意，不少国产船板在分切、焊接前板型并无问题，但分切后钢板翘曲现象较明显，这主要是没有很好解决残余应力的问题。管线钢：X70级别以上的管线钢属于中厚板中的高端产品，由于它要求高强度、高韧性和在不预热条件下进行输入热量的焊接，并且要具有优良的抗氢诱导裂纹，因此，对钢水的硫、磷含量要求很严格。目前我国有近18条生产线可以生产管线钢，但大部分只能生产X70以下品种。只有宝钢、武钢、鞍钢等能大批量生产X80级别，而日本、德国等已能生产X100甚至更高级别的管线钢。另外除宝钢、鞍钢外，其他厂家供应的产品都不能在宽度上完全满足用户要求。产品在韧性、焊接性、强度、残余应力、屈服比等指标的稳定性方面不如日本和德国的，质量异议时有发生。桥梁用钢：国内桥梁用钢起步较早，但发展速度不快，主要开发了16Mnq、15Mnq、15MnVNq等，其中16Mnq虽然应用较广泛，但其板厚效应严重是最大的缺陷，而15MnVNq、15Mnq等在有些长江大桥应用后，认为焊接性能较差，因而以后就没有得到推广应用。近几年，宝钢、武钢、鞍钢等开发了微合金化高性能桥梁板，提高了其韧性和焊接性能并得到广泛应用，但能生产此品种的厂家仍然不多。压力容器、锅炉用钢：近年来我国生产压力容器钢在强度、韧性及耐压性上有不少提高，但焊接性能、耐腐蚀性能与先进国家的品种相比，还有一定差距。从2005年开始，不少用户希望能提供IF钢、调质钢的压力容器钢，这对我国不少中厚板厂来说又是一个新的挑战。由于锅炉是一种具有潜在危险性的特殊设备，所以对钢板的质量要求非常严格，多年来用户锅炉板的质量异议较多，从一个侧面反映了锅炉板质量存在的问题。1.1.3 我国中厚板轧机将出现快速发展从世界中厚板的发展历史看，中厚板轧机建设已经经历了两次高潮。第一次是50-60年代，出于工业化和建造舰艇需要，需要大量又厚、又宽、性能又高的中厚钢板。美国掀起了全球第一次中厚板轧机的建设高潮。一口气新建成以2辊式加4辊式型式，4064mm尺寸为主中厚板轧机16台，其中4064mm有7台，5000mm以上特宽的有1台。另外改造中厚板轧机8台，同时淘汰了若干台3辊劳特式中板轧机。经过新建和改造后美国中厚板产量猛增，到1957年中厚板产量已提高至1000万t以上。可以生产高强船板、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。同时带动了长输管线的建设。全球第二次中厚板轧机的建设高潮是在70-80年代的日本，受经济发展需要，短短几年间便新建以4辊式加4辊式型式4700mm尺寸和4辊式5500mm单机架为主17台中厚板轧机，其中5m以上特宽有4台、四大公司各占1台，4.7m的有5台。使日本中厚板生产很快走向现代化道路，促进了机器、船舶、汽车、家电、交通及现代建筑等各行各业迅速地发展起来，到1979年中厚板产量已达到2030万t，有力地推动了日本造船工业的迅速发展，造船吨位很快超过1000万t以上，成为全球第一造船大国。随着我国下游行业对中厚板质量要求的提高以及对宽厚板、专用板需求的增长，目前我国中厚板轧机已经不能满足市场的需求，从目前情况看，我国正在掀起全球第三次中厚板轧机的建设高潮，这次建设热潮将主要满足我国下游行业对中厚板特殊需求的增长。1.新建中厚板机组以宽厚板为主随着下游行业尤其是造船行业的发展，目前中厚板轧机已经不能满足用户对宽厚板的需求，我国新上宽厚板机组将满足这方面的需求。据统计，2005-2006年我国将新上中厚板轧机19套，设计产能在2380万吨，新上轧机主要以3500mm、3800mm、4300mm、5000mm四辊单机架或双机架为主，其中5米轧机两套，4300mm轧机一套，3800mm轧机3套，3500mm轧机7套。2007年后在建或拟建的项目还有鞍钢营口5000mm宽厚板项目、五矿营口项目、北钢中板项目、包钢中板项目、南阳汉冶、安阳永兴、鄂钢、莱钢等，预计产能在1110万吨左右。这些轧机大多数都是大轧制力(20kN/mm以上)，大功率(2kN/mm)及高刚度(2kN/mm以上)的现代化中厚板轧机，大大超过日本和美国现有中厚板轧机性能，将成为全球新一代现代化中厚板轧机，为实现TMCP(中厚板热机械控制处理，即控制轧制和控制冷却技术)工艺，生产高质量、高性能中厚板创造了有利条件。2.采取控制轧制技术在生产高等级、高技术含量、高附加值产品时，一般都采用控制轧制技术工艺。此技术的应用必须有良好的冷却系统相配合，新建和在建的生产线大多都装备了先进的快冷系统。装置一般都采用DQ+U形管层流的冷却型式，一些老生产线近几年也对冷却系统进行了改造，目前酒钢中板采用ADCO气雾冷却，鞍钢厚板、新余中板、舞阳厚板、武钢轧板等采用U形管层流冷却，首钢中板、南钢中板采用直流式层流冷却，都属于比较先进实用的装备。3.炉外精炼技术生产专用钢板时，为了保证钢水的纯净度，炉外精炼工序很重要。2005年以前只有宝钢、鞍钢、武钢等少数厂可对供转炉的铁水进行炉外精炼，而新建和在建的近3/5生产线配备了LF钢包炉和VD真空脱气装置组成的炉外精炼系统，不少生产厂的炉外精炼系统还是专门为中厚板生产线独立配备的。新建的生产线中绝大部分将炼钢、连铸、轧钢各工序有机地联合布置，整个生产过程实现了热衔接，有利于降耗、降成本。4.热矫直机2005年以前大都采用辊式矫直机，此型式由于受辊径和辊距的配合限制，所以矫直板厚有一定范围，一般最厚与最薄之比为4，新生产线中大都采用有张力机能的新型矫直机。其矫直最厚与最薄之比可以达到25，而且矫直力也可以增加一倍。5.超声波探伤装置采用超声波探伤是查明钢铁产品内在质量的最理想手段，2004年以前只有鞍钢厚板、柳钢中板、秦皇岛中板配置了此装置，近几年约有12条生产线装备了此装置，以济钢中厚板从加拿大引进的脉冲反射多通道超声波探伤装置和鞍钢厚板的探伤装置为最好，可实现100%探伤。有80%的新建生产线配备了超声波探伤装置，大都为组合双晶直探式，可进行100%板面探伤。6.剪切机2l世纪初，我国中厚板生产线上的剪切机大都是20世纪70年代的水平，剪切精度和效率都低，这与当时普遍存在的重轧制、轻精整有关系。近几年，济钢中厚板、鞍钢厚板、舞钢厚板等6家企业对剪切机进行了改造，改用先进的滚切式双边剪，效果较好。新建的生产线大都采用滚切式双边剪和滚切式横剪，剪切厚度和精度都比较理想。7.热处理推行控轧控冷技术后，产品的热处理量大大减少，但即使先进国家的中厚板产品仍然有20%以上需热处理后才能满足交货条件。热处理工序中，目前世界上采用辊底式无氧化辐射炉被认为是最先进的，先进国家已100%采用。但我国老生产线只有武钢轧板、鞍钢、济钢中厚板采用，而新建在建的生产线中绝大部分都已采用，这为热处理质量进一步提高打下了良好的基础。1.2 厚板轧机生产线的生产工艺工艺流程图工艺流程描述：经检验合格的板坯储存在坯库，称重后开始装炉，三座加热炉均为步进梁式。钢坯经加热后，出炉，然后经过高压水除鳞机进行粗除鳞，粗除鳞机可以调整上喷头的高度，以便对不同厚度的板坯进行除鳞。经粗除鳞后，板坯进入粗轧机。开始的道次（延长道次或展宽道次）是把钢板轧制到要求的宽度，一般来说，有两个阶段的延长道次，首先钢坯翻转后轧制到要求的宽度，然后再次转钢，实际轧制顺序主要看板坯的尺寸和最终钢板的尺寸。济钢项目有五种不同的工艺，在第一阶段的轧制中，产生不同的钢板长度和宽度。在轧机前后分别设置了转钢辊道，以便在轧前和轧后进行转钢。粗轧机架也装备了高压水除鳞机，以便去除轧制过程中产生的氧化铁皮。因为粗轧机和精轧机分别装备了转钢机和除鳞设备，因此在两个机架均可单独轧钢。为实现产量最大化，在延长轧制和宽展轧制道次均采用了控制辊型轧制工艺。4600mm宽四辊精轧机装备了液压自动辊缝控制系统（AGC）、工作辊弯辊系统（WRB）、和西门子奥钢联的精确辊凸度控制技术（SmartCrown），以提高钢板的平直度。精轧机架同样装备了高压水除鳞喷头，以便去除轧制过程中产生的氧化铁皮。机前和机后也有转钢机。在本项目中，常规轧制工艺和TMR（热机械轧制工艺）轧制工艺均可应用。本设计主要考虑了二阶段轧制的TMR工艺，也就是只有一个待温过程。但是三阶段控轧工艺（也就是存在两次待温过程），也做了考虑。利用钢板交叉轧制技术，可以提高TMR控轧工艺的产量。交叉轧制就是同时在一架轧机上轧制几张钢板，通过计算说明，把钢板放置在辊道上待温就可实现多坯轧制，如果有侧辊道会更好。完成钢板轧制后，通过对钢板进行预矫直后，进入加速冷却系统，一些高强度的管线钢或其他产品将通过加速冷却（ACC）或直接淬火（DQ+ACC）处理。钢板经过热矫直机，并标记后，上冷床进行空冷，或送到缓冷区。经过冷床冷却后，钢板进入剪切区。切头剪剪切钢板的头尾，另外，如果钢板较长时，可把母板剪切成较短的长度，以便于运输。经过切头剪后是双边剪，把钢板剪切成要求的宽度。切边后，进入分段剪。冷矫直机：如果有要求，钢板可使用冷矫直机进行冷矫直，以便在入库前获得更好的板型。1.3 轧钢技术的发展前景自2008年下半年起，随着世界金融危机浪潮的到来，我国钢铁工业受到很大影响，特别是板带产品价格一路下滑，行业中有“带材卖个棒材价”的说法，国有大中型企业经济受到严重打击。随后，我国政府采取了一系列有力的政策措施，投入大量资金拉动内需，加强基础建设，使建筑用材的价格不降反升。从我国目前国情来看，作为一个发展中国家，基础建设的发展还需要延续很长一段时间，还需要大量建筑用钢材的强有力支持，这也说明了大中型轧钢产品在国民经济建设中的重要性和普遍性。随着国内钢铁工业结构调整步伐的加快，国际钢铁市场竞争的加剧以及世界环境要求钢铁工业节能减排呼声高涨，大中型轧钢技术装备的发展趋势正在向高效率、高品质、高精度、高质量、连续化、短流程、智能化和节能环保的方向发展。今后应着重研发应用以下主要技术：一是继续改进轧前工艺，普及应用钢坯热装热送技术，以减少钢坯热能消耗，节省能源；广泛采用步进式加热炉、蓄热式燃烧技术，进一步实现节能减排。二是要生产优质轧材，首先要有优质钢坯。因而，要广泛采用大吨位转炉，采取炉外精炼，连铸电磁搅拌、轻压下等技术手段，提高钢水洁净度和连铸坯质量，降低钢坯成本。三是研发应用柔性轧制技术。现代化的连续轧制工艺，既要满足高效和大规模生产，又要满足不同用户的个性化需求。这就需要应用柔性轧制工艺技术。该技术可在轧制过程中根据不同材料的性能要求，相应调整轧制工艺和冷却条件，可使同一种轧材在较大范围内实现细化晶粒、相变强化，改变轧材的金相组织结构和力学性能，从而获得不同强度级别、不同性能的轧钢产品。四是全面推广热装热送、切分轧制、在线检测和在线热处理技术，实现和完善整套轧钢工艺生产的程序化、标准化、模块化，实现生产线的控轧控冷全线自动化控制。五是在装备上要适时采用多种先进机型，如无牌坊机架、悬臂式机架、双模块轧机、三辊高精度减定径轧机（即KOCKS轧机）等。对于形状规则的型钢的生产，应逐步推广采用平辊和万能孔型系统，可以大大减少换辊和备件数量。六是在棒线材生产上广泛推广使用高技术集成的半无头、无头轧制工艺技术，缩短工艺流程，即实现真正意义上的轧钢一火成材或零火成材，最大限度地节约能源和降低生产成本。无头轧制技术代表着当今轧钢的最高水平，与传统轧制方法相比具有以下优点：轧材全长以恒定速度轧制，减少甩尾和迭轧，降低了事故率，增强了轧制过程的稳定性，提高了轧机产能和设备利用率；轧制过程中张力恒定，使轧材断面波动减少，使轧材质量均匀一致，具有优良的工艺性能、表面质量和外形尺寸公差；成品长度不受限制，可根据交货要求任意剪切长度，轧材成材率显著提高；轧件咬人次数减少，对轧辊的冲击很少，有利于轧辊和易损件寿命的延长，降低生产成本。棒线材的无头轧制技术大致分为三种：第一种是ECR无头轧制技术。它实现了从连铸、连轧、在线热处理、表面精整到在线检查的全连续化，全部工序都实现了计算机控制，从订单下达到成品入库全部加工过程不超过4小时。与其他工艺相比，无头轧制技术在特钢生产方面具有显著的高效、节能、降低生产成本的优势。最新生产结果显示，该技术可节约总体生产成本40美元/吨。第二种是EWR无头轧制技术。第三种是中间坯焊接型无头轧制技术。它的优点是轧材中间坯断面小、设备费用少、消耗材料少，且中间坯焊接时产生毛刺少，易于剔除。综上所述，棒线材的无头轧制技术具有明显的优越性和巨大的经济效益。但总体来说，在实践中运用的时间还不长，处于发展过程中，具有广阔的发展前景，值得重视和深入研究。特别是EWR无头轧制技术，由于具备新增设备不多、投资不大、设备结构和操作均不复杂的特点，对于现有生产线的现代化改造来说具有很好的推广应用价值。第二章 设计方案的确定2.1 工作制度对于单机座轧机，有可逆式和不可逆的工作制度，现分述如下：1.不可逆式轧机工作制度不可逆式的工作制度应用最广，在这种工作制度下，每个轧辊的旋转方向不变，而轧辊的转速则有不变与可变的两种。根据轧制速度来分析，不可逆式工作制度在实际生产操作中有以下几种运转方式：几乎保持严格不变的轧制速度；轧件通过时，轧制速度稍微降低在这种轧机的转动装置中装有飞轮，所以当轧件通过时，轧辊转速降低，这时飞轮释放动能，而在间隙时间内，飞轮的转速升高以储存动能；仅在轧机调整时才调节速度这种工作适度是不经常调整的，但当轧件的转动装置中有调节转速的可能，以便在轧制某一段端面时得到最有利的速度，而当轧件通过轧辊期间，轧制速度则基本保持不变。在轧件通过时，在较大范围内调节轧制速度这种工作制度常采用低速将轧件咬入，这样能保证将轧件顺利的咬入而又不会产生冲击。当轧件咬入后，则用较高的速度轧制，而在轧制终了前为使轧件不致抛离轧辊很远，可将轧制速度降低，这种工作制度相当便利，虽然转动装置造价较高，但总的看来生产是合理的。2.可逆式工作制度可逆式工作制度是当一道轧完之后，为了能在原来的轧辊间进行下一道轧制，将轧辊反转，这样轧件便在轧辊间反复进行轧制。在这种工作制度下，轧件的咬入和抛出也是在降低扎辊转速的情况下进行的。目前，对单机座小型冷带轧机，采用可逆式有很多有优点，它能大大提高生产效率，以减少板带钢的吊运与安装。2.2 主转动方式目前，四辊轧机的主转动方式有如下三种：传动工作辊传动支承辊单辊传动一般是电机通过减速器与齿轮座来直接传递工作辊，这种形式对于轧制过程比较有利，但是对于较小的轧机，它又受到工作辊辊颈和方向接轴所能传递的扭转力矩的限制，而传递工作辊不能达到要求时，就需传递支承辊，而传递支承辊是靠摩擦力来传递工作辊的。这样将会碰到关于工作辊力的传递问题，这就是要增大轧辊的传动部件。同时还要考虑轧辊与轧件间的打滑问题。为了解决上述问题，防止出现支承辊断辊、工作辊方头扭断等现象，可采用异径轧制、单辊驱动等措施来解决。本次设计由于轧制力与轧制力矩很大，需传动工作辊，故不需考虑此问题，但同时采用单辊驱动又会带来一系列新的问题。由于采用单辊传动，使两个工作辊自然会产生一定的速度差，从而使轧制力有所降低，据实际分析证明，当变形区长度上出现搓扎区，一般可能使轧制压力下降约520%。由于单传动轧制时上下辊速度的配合是自然的，过程简单易行，无需复杂的控制系统。采用异径轧制，并尽可能的减小空转辊的直径，充分发挥小辊的轧制可降低轧制压力的优点，以保证受力零件的正常工作，同时又有利于增大压下量，减小道次，从而提高轧机的工作效率。在普通的四辊轧机工作中，尽管其主机列通常是有主电机通过减速机和齿轮座传递两个工作辊，但是在预压力作用下，由于工作辊径的差别等原因，给冷轧薄带钢轧机的传动带来很大的影响：在薄带轧制中常出现量接轴传动力矩的分配不均，某个接触力矩为零或趋近于零。由于辊颈差事实上不可能消除，使用较大的预压力亦是必要。可以认为，轧辊的传动力矩在两轧辊上的分配并不总是大致想当相等的。在运转中的轧机上，即从轧辊空转，压靠以至轧制阶段，辊颈稍大的轧辊接触中传动力矩永为正值，而辊颈稍小者，其传动力矩可在负值至正值的广大范围内变化，者是薄带钢轧制的轧机传动特点，对于这类轧机，在一定的条件下实际上是单辊传动的。一般看来，当轧件较薄时使用预压力较大，直径稍小的轧辊上，其传动接触可能实际上不起作用，甚至反而有害。另一方面，由于轧件较薄，又是成卷轧制的，咬入条件能够保证，有可能实现单辊传动。在主机列中，自然可将齿轮座从设计中取消，减小设备的投资，降低动力传传递的能量消耗，从而取得一定的经济效果并可充分利用换辊，在操作上也会有许多方便。2.3 压下装置的结构形式压下装置目前有电动压下和液压压下两种结构型式。电动压下电动压下是最常用的上辊调整装置。通常包括：电动机、减速器、制动器、压下螺丝、压下螺母、压下位置指示器、球面垫块和测压仪等，在可逆式板轧机的压下装置中，有的还安装有压下螺丝回松机构，以处理卡钢事故。压下装置的结构与轧辊的移动距离、压下速度和动作频率等有密切的联系。按照压下速度，电动压下装置可分为快速压下装置和板带压下装置两大类。快速压下装置由于其压下速度一般大于1mm/s，故称为快速压下装置。按照传动的布置形式，快速压下装置有两种类型：（1）采用立式电动机，传动轴与压下螺丝平行的布置形式；（2）采用卧式电动机，传动轴与压下螺丝垂直交叉布置形式。板带轧机电动压下装置冷、热轧板带轧机的电动压下速度约为0.020.1mm/s。由于板带轧机的轧件既薄又宽又长，而且轧制速度快，轧制精度要求较高，这些工艺特征使其压下装置有如下特点：（1）轧辊调整量小；（2）调整精度高；（3）经常的工作制度是“频繁的带钢压下”；（4）动作快，灵敏度高；（5）轧辊平行度的调整要求严格。板带轧机电动压下的结构形式：四辊轧机的电动压下大多采用圆柱蜗轮副传动或两级蜗轮副传动的形式。在设计中选择压下装置的电动机和减速器配置方案是十分重要的。因为在设计压下机构时，不仅应满足压下的工艺要求（压下速度、加速度、压下能力及压下螺丝的单独调整方式等），而且还应考虑其他因素，如：电动机、减速器能否布置得开；换辊、检修和处理事故时，吊车吊钩能否进入；设备检修是否方便等。液压压下液压压下装置是用液压缸代替传统的压下螺丝、螺母来调整轧辊辊缝的。在这一装置中，除液压缸外，还有与之配套的伺服阀、液压系统及检测仪表及运算控制系统。与电动压下装置相比较，液压压下装置有如下特点：快速响应性好，调整精度高；过载保护简单、可靠；机械传动效率高；便于快速换辊，提高轧机作业率。2.4 上辊平衡装置平衡装置的作用是消除轧制系统间隙，提升上轧辊，用来大大降低咬入轧件时的冲击和工作辊的频繁换辊。上滚平衡装置有重锤平衡、弹簧平衡、液压平衡三种形式。轧机的型式不同，对平衡装置的要求也不一样。现在在四辊板带轧机上，广泛使用液压平衡装置，它是由液压缸产生的推力来进行工作的。液压平衡优点是结构紧凑，工作灵敏度高，平衡效果好。四辊板带轧机上轧辊平衡装置有以下特点：由于工作辊和支承辊之间靠摩擦传动以及工作辊和支承辊的换辊周期不同，故工作辊和支承辊应分别平衡；上辊移动的行程较小（最大行程是按换辊决定的），移动的速度不高；工作辊换辊频繁，平衡装置的设计需要使换辊方便；在单张轧制的可逆四辊轧机上，工作辊平衡装置应满足空载加、减速时工作辊和支承辊之间不打滑的要求。2.5轧机机架轧钢机架是设备的一个重要大型部件，轧辊轴承座及轧辊调整装置等都安装在机架上，其尺寸和重量最大，在轧制过程中承受和抵消其主要负荷，而且要求机架的变形要小，以满足产品的质量要求。因此机架必须有足够的强度和刚度，以保证其应力分布均匀、变形尽可能小。根据轧钢机型式和工作要求，轧钢机机架分为闭式和开式两种。闭式机架是一个整体框架，具有较高强度和刚度。闭式机架主要用于轧制力较大的初轧机、板坯轧机和板带轧机等。对于板带轧机来说，为提高轧机精度，需要有较高的机架刚度，因此采用闭式机架。采用闭式机架的工作机座，在换辊时，轧辊是沿其轴线方向从机架窗口中抽出或装入，这种轧机一般都设有专用的换辊装置。2.6 设计方案的确定本设计采用：不可逆工作制度，驱动工作辊，压下装置为电动压下，辊为四缸平衡，机架为闭式机架。第三章 专题设计计算部分3.1设计题目及要求设计题目：1210/2200 4600mm厚板轧机轧辊系统设计。设计要求：在满足生产工艺及强度、刚度的条件下尺寸尽量小；运用所学专业知识，完成冷轧机单体设计；对已有设备进行综合分析，提出最佳方案；完成电动压下系统、轧系、上辊平衡装置等设计。3.2轧制过程变形区及其参数变形区是指轧件在轧制过程中直接与轧辊相接触而发生变形的那个区域，如图3-1所示。其基本参数为：图3-1 变形区几何图形轧制前、后轧件高度（厚度），mm；轧制前后轧件的平均高度，mm，；压下量（绝对压下量），mm，；轧制前、后轧件宽度，mm；宽展量（绝对宽展量），mm，；轧制前、后轧件长度，mm；咬入角（变形区所对应的轧辊中心角），；接触弧水平投影长度，mm，可近似认为；临界角（中性角）；轧辊直径、半径，mm。3.3原始数据1. 轧制材料： 桥梁钢板Q370；2. 板宽B=4000mm，带厚h0=40mm，成品厚度=30mm；3.工作辊直径 =1210mm；4.支承辊直径 =2200mm；5. 轧制速度 v=7.22m/s；6.轧制温度 t=10001100。3.4主要参数的确定本道次加工过程中，钢板厚度由40mm被轧制为30mm钢板材料为Q370（1）本道次压下量 =-=40-30=10（mm）（2）本道次相对压下量或变形程度（3）金属材料的屈服极限查相关手册得=360600M（4）变形速度的确定平均变形速度 接触弧长度的水平投影 =77.78mm轧件出口速度 则平均变形速度为（5）平均单位压力计算 中厚板轧机轧制特点与初轧开坯轧机相近，外区影响是主要的；它与初轧机不同点是宽度较大，可近似认为是平面应变情况，此时nB=1。 其平均单位压力可表示为 图3-2 不同比值时与的关系曲线（） 根据图3-2可得其中R为工作辊的半径；为成品厚度；查图3-3得 则图3-3 Q370钢变形阻力曲线3.5咬入条件的校验只有轧件被轧辊咬入进入变形区，轧制过程才能建立。轧辊咬入条件，可分为两个阶段，即开始咬入阶段和已经咬入阶段。根据经验，热轧板带钢时允许的咬入角为510 由公式，得=7.37所以满足开始咬人阶段的要求。由图3-4可知，当轧件被咬入后，若继续咬入，则必须符合以下条件，即。由于 ，所以。这说明了轧件一旦咬入，就会继续咬入，轧制过程就能建立起来。图3-4 开始咬入（a）及咬入后（b）作用于轧辊上的力3.6轧制力计算轧件对轧辊的总压力P为轧制平均压力与轧件和轧辊接触面积F之乘积，即 其中接触面积F的一般形式为 式中 、轧制前后轧件的宽度，此处=4000mm； 接触弧长度的水平投影。计算接触面积实质上是计算接触弧长度。对于轧制中厚板、板坯、方坯及异型断面轧件一般不考虑轧制时轧辊产生弹性压扁现象。轧制板材（中厚板）、板坯、方坯时在两个轧辊直径相同的情况下，接触弧长度的水平投影为 式中 轧辊半径；压下量则接触面积轧件对轧辊的总压力3.7轧制力在接触弧上作用点的位置轧制力在接触弧上作用点的位置即角的确定热轧时 式中，咬入角，=7.37则3.8轧制力矩的计算传动工作辊的轧辊受力情况如图3-5所示。作用于工作辊上的力有三个：轧制力P，它与力臂a组成轧制力矩；工作辊轴承处的摩擦力F，它与摩擦圆半径1相切；支承辊对工作辊的反力R。当忽略支承辊轴承处的摩擦及工作辊与支承辊间的滚动摩擦时，支反力R的方向应在轧辊圆心O1O2连心线上。如考虑上述摩擦的影响，R力应与摩擦圆半径2相切，并在工作辊与支承辊接触处偏离一个滚动摩擦力臂的距离m。一般情况下，m=0.10.3mm。传动轧辊所需力矩为轧制力矩，由工作辊带动支承辊的力矩与工作辊轴承中摩擦力矩三部分之和，即求轧制力矩式中，轧制力轧制力力臂，其大小与轧制力作用点及前后张力有关此轧制过程中，。此时， 前后张力对轧制力方向影响的偏转角。其中工作辊直径不考虑张力时轧制力作用点对应的轧辊中心角。 其中为啮入角前后张力对轧制力方向影响的偏转角图3-5 当带张力轧制时四辊轧机轧辊受力图（传动工作辊）求工作辊传动支承辊的力矩式中，工作辊与支承辊连心线与垂直线的夹角， ；轧辊连心线与反力R的夹角，。一般情况下， ，取；支承辊摩擦圆半径，油膜轴承的摩擦系数，。反力R对工作辊的力臂，；支承辊直径；工作辊轴线相对支承辊轴线的偏心距 。由于的数值（一般为510mm）相对与工作辊与支承辊直径来说很小，在计算传动力矩时，为了简化，可认为=0，即工作辊不偏移，此时计算结果误差不超过1%。此时，。求工作辊轴承的摩擦力矩式中，工作辊轴承处的反力，当时， 工作辊摩擦圆半径，滚动轴承的摩擦系数，。则轧制力矩=传动两个工作辊总传动力矩为3.9轧机主电动机功率的确定与选择一轧辊与电机的速比轧制速度 工作辊转速 支承辊转速 初选电动机的转速为1500r/min轧辊与电机的传动比 ，取=15二 轧辊与电机间的效率万向接轴的传动效率 ，取齿轮座传动效率，取减速器传动效率，取总传动效率三 电动机力矩静负荷图上的最大力矩：式中 额定静力矩，KNm;静负荷图上的最大力矩；电机转速，r/min;电动机过载系数，可逆运转电机=2.53.0,不可逆电动机=1.52.0，带有飞轮电机=46，取=1.7。电动机的功率。3.10机架的基本尺寸及校核3.10.1机架的类型及结构轧钢机架是工作机座的重要部件，轧辊轴承座及轧辊调整装置等都安装在机架上。机架要承受轧制力，必须有足够的强度和刚度。根据轧钢机型式和工作要求，轧钢机机架分为闭式和开式两种。1.闭式机架闭式机架是一个整体框架（图3-6），具有较高强度和刚度。闭式机架主要用于轧制力较大的初轧机、板坯轧机和板带轧机等。对于板带轧机来说，为提高轧机精度，需要有较高的机架刚度。对于某些小型和线材轧机，也往往采用刚度较好的闭式机架，以获得较好的轧机质量。 采用闭式机架的工作机座，在换辊时，轧辊是沿其轴线方向从机架窗口中抽出或装入，这种轧机一般都设有专用的换辊装置。 2.开式机架 图3-6 闭式机架简图开式机架由机架本体和上盖两部分组成（图3-7）,它主要用在横列式型钢轧机上，其主要优点是换辊方便。因为，在横列式型钢轧机上如果采用闭式机架，由于受到相邻机座和联接轴的妨碍，沿轧辊轴线方向换辊是很困难的。采用开式机架，只要拆下上盖，就可以很方便地将轧辊从上面吊出或装入。开式机架主要缺点是刚度较差。影响开式机架刚度和换辊速度的主要关键是上盖的联接方式。常见的上盖联接方式有五种。图3-7 开式机架上盖连接方式a螺栓联接；b立销和斜楔联接；c套环和斜楔联接；d横销和斜楔联接；e斜楔联接3.10.2 机架的主要结构参数机架的主要结构参数是窗口宽度、高度和立柱断面尺寸。在闭式机架中，机架窗口宽度应稍大于轧辊最大直径，以便于换辊；而开式机架窗口宽度主要决定于轧辊轴承的宽度。四辊轧机机架窗口宽度一般为支承辊直径的1.151.30倍。为换辊方便，换辊侧的机架窗口应比 传动侧窗口宽510，亦可表示为式中 机架窗口宽度, ； 支承辊轴承座宽度，； 窗口滑板厚度，一般取=2040，此处取=35；机架窗口高度主要根据轧辊最大开口度、压下螺丝最小伸出端（至少有23扣螺纹长度），以及换辊等要求确定。对于四辊轧机，可取=(2.63.5)()= (2.63.5)（1210+2200）=886611935此时取H=11400；式中，、工作辊、支承辊直径， ；机架立柱的断面尺寸是根据强度条件确定的。由于作用于轧辊辊颈和机架立柱上的力相同，而辊颈强度近似的于其直径平方（）比，故机架立柱的断面积（）与轧辊辊颈的直径平方（）有关。在设计时，可根据比值的经验数据确定机架立柱断面积，再进行机架强度验算。表3-1 机架立柱断面积与轧辊辊颈直径平方的比值由表3-1得，当轧辊材料为铸铁时，0.60.8，即=(0.60.8)(1210)=8784601171280此时取=10251000。3.10.3机架的材料和许用应力轧钢机机架一般采用含碳量为0.250.35的ZG270500，其强度极限600，延伸率1216。为了防止机架在过载时破坏，在轧辊断裂时机架要不产生塑性变形。根据这一要求，机架的安全系数为式中 机架的安全系数； 轧辊的安全系数； 机架材料的强度极限；机架材料的屈服极限。在一般情况下，材料强度极限与屈服极限的比值近似为2，为了安全起见，可将机架安全系数去为=（22.5）当轧辊安全系数取为5时，机架的安全系数为1012.5。3.10.4机架强度计算轧钢机机架强度和变形计算，一般可采用如下步骤：将机架结构图简化成为刚架，即以机架各断面的中性轴的连线组成框架，近似的处理成直线或规整的圆弧线段，并确定求解断面的位置；确定静不定阶数，如一般闭式机架是三次静不定问题，需做一系列假设来简化模型，降低静不定阶数；确定外力的大小及作用点；根据变形谐调条件，用材料力学中任一种方法（卡氏定理，莫尔积分法，图乘法，力法等）求解静不定力和力矩；根据计算截面的面积、惯性矩、中型轴线的位置及承载情况，求出应力和变形。用材料力学方法计算闭式机架的强度时，为了简化计算，一般做以下假设:每片机架只在上下横梁的中间断面处受有垂直，而且这两个力大小相等、方向相反，作用在同一直线上，即机架的外负荷是对称的。此时，机架没有倾覆力矩，机架底脚不受力。应该指出，由于两个轧辊直径和速度的不同、轧制速度的变化和咬入时冲击引起的惯性力，或在张力轧制时，轧制力方向都不是垂直的。由于水平分力的数值一般都较小，约为垂直分力的34，故可以忽略不计。只有当水平分力较大时（例如，超过垂直分力的15） ，则应考虑水平分力的影响。机架结构对窗口的垂直中心线是对称的，而且不考虑由于上下横梁惯性矩不同所引起的水平内力。 上下横梁和立柱交界处（转角处）是刚性的（一般机架转角处的刚性都是比较大的），即机架变形后，机架转角仍保持不变。根据上述假设，机架外负载和几何尺寸都与机架窗口垂直中心线对称，故可将机架简化为一个由机架立柱和上下横梁的中性轴组成的自由框架。如将此框架沿机架窗口垂直中心线剖开，则在剖开的截面上，作用着垂直力和静不定力矩(图3-8)。由于机架左右对称，所以力矩可由半个机架的弹性变形位能求出。此时，截面-的转角等于零，按卡氏定理 3-1式中 弹性模数； 截面-与计算截面间的机架中性线长度；机架计算截面上的弯曲力矩；机架计算截面上的惯性矩。在断面处的弯曲力矩为 3-2图3-8 机架计算简图及弯曲力矩图式中作用于机架上的垂直力,；垂直力相对于计算截面的力臂。力矩的导数为=-1 3-3将式3-2和式3-3代入式3-1，并将常数E取消后，得 3-4由式3-4，可求出为 3-5如果机架简化为如图3-9所示的矩形自由框架，则式3-5中的函数是简单函数关系：即对于机架横梁，而对于立柱，因此，为 3-6图3-9 矩形自由框架弯曲力矩图式中 机架横梁的中性线长度,此处=3713；机架立柱的中性线长度，此处=13162.5；机架上横梁的惯性矩，；机架立柱的惯性矩，；机架下横梁的惯性矩,。式3-6积分后，得 3-7如果假设上下横梁惯性矩相同，即时，则力矩为 3-8代入数据得根据式3-2作力矩图时，在立柱上的弯矩为 3-9代入数据得 将式3-8代入式3-9，则 3-10由式3-10可看出，减小立柱的惯性矩和增加横梁的惯性矩可以部分的减少立柱中的弯矩.在求出力矩和后，可用以下公式进一步求解机架的应力（图3-10）。 机架横梁内侧的应力为 3-12代入数据得=31.57。机架横梁外侧的应力为 图3-10 闭式机架中的应力 3-13 代入数据得=36.28。机架立柱内侧的应力为 3-14代入数据得=21.95。机架立柱外侧的应力为 3-15代入数据得=21.95。式中 、分别为机架横梁内侧和外侧的断面系数； 、分别为机架立柱内侧和外侧的断面系数；机架立柱断面。由于机架是轧机中最贵重和最重要的零件，必须具有较大的强度储备。一般机架的安全系数不小于10，对于ZG270500来说，许用应力采用一下数值对于横梁 5070对于立柱 4050可见符合设计要求。在式3-12至式3-15中，应力为压缩应力，应力和为拉伸压力；应力是拉伸应力还是压缩应力，需根据计算结果确定。根据力矩分配的条件，可以找到机架断面形状选择的原则。常用的立柱断面形状有近似正方形、矩形和工字型三种。在断面积相同的情况下，工字型断面和矩形断面有较大的惯性矩，其抗弯能力较大。设计机架时，根据轧钢机类型、机架受力特点以及制造条件等因素，确定机架立柱的断面形状。对于窄而高的闭式机架，如四辊轧机等，由于水平力作用不大，较小，而却较大，要求较大，可选择惯性矩较小的近似正方形断面，实际上，一般都是选择断面尺寸小一些的矩形断面。这样一来，虽然立柱的惯性矩相对减小了，会增加横梁的弯曲力矩，但是，在这种轧机上，立柱的高度比横梁的长度要大得多，从立柱上节省下来的材料超过了横梁所需要增加的材料，对于减轻机架重量是有利的。3.10.5机架的变形计算机架的弹性变形是由横梁的弯曲变形和立柱的拉伸变形组成的。由于横梁的断面尺寸较横梁的长度来说是较大的，在计算衡量的弯曲变形时，应考虑横向切力的影响，即 3-17式中 机架的弹性变形；由弯矩产生的横梁弯曲变形；由切力产生的横梁弯曲变形； 由拉力产生的立柱拉伸变形。图3-11是由闭式机架的横梁受力图。根据卡氏定理，由弯矩产生的两个横梁的弯曲变形为 3-18图3-11闭式机架横梁受力图弯曲力矩及其导数可用以下公式表示 3-19经积分整理后，式3-18为 3-20代入数据得。式中 机架材料的弹性模数，；横梁的惯性矩；横梁中性轴的长度；横梁上的作用力，对于钢板轧机，一般取为轧制力的一半，即。机架立柱中的力矩，见式3-10。同理，由切力产生的两个横梁的弯曲变形为 3-21剪力及其导数可用一下公式表示 3-22=1 3-23经积分整理后，式3-21为 3-24代入数据得。式中 机架材料的剪切弹性模数，；横梁的断面面积；横梁的断面形状系数，对于矩形断面，系数为1.2。机架立柱的拉伸变形为 3-25代入数据得。式中 立柱中性轴的长度； 立柱的断面面积。求出变形、和后，可根据式5-17计算机架的弹性变形，。对于钢板轧机，机架允许的变形为四辊热轧机 0.51.0，符合设计要求。3.10.6机架刚度的计算四辊轧机工作机座的弹性变形包括轧辊系统、支承辊轴承、支承辊轴承座和压下螺丝间的受压零件、压下螺丝和螺母、以及机架等零件的弹性变形。机座的弹性变形就等于有关零件弹性变形之和。求出机座弹性变形后，可通过以下公式求出机座的刚度系数，即 式中，机座的刚度系数；轧制力；机座的弹性变形。在成品轧机中，机座刚度系数是一个重要指标。机座刚度系数愈大，机座刚度愈好而机座弹性变形愈小，可使轧件获得较高的尺寸精度，这对板带轧机尤为重要。由于机座各零件尺寸大致有一定的比例关系，一般都与支承辊的直径和辊身长度有关。因此，机座刚度系数可以近似的用支承辊直径和辊身长度来表示。由经验可得工作机座刚度系数与支承辊直径成一定的关系，且随着支承辊直径的增大，机座刚度系数也增大。根据经验对于大型宽带钢热轧机=(0.350.55)，此时取=0.52200=1100。 3.10.7用弹性力学有限单元法计算机架的应力和变形近年来，凡是重要的机架和结构复杂的机架，在设计时都采用了弹性力学有限单元法来计算。以这种方法代替材料力学计算方法，不但计算结果精确，还可以求出机架完整的应力场和应变场。为获得合理的结构参数，以保证应力均匀，变形最小，还可以对机座或机架进行最优化设计。有限单元法是根据变分原理（或虚功原理）求解数学、物理问题的一种数值解法。一般可以将机架简化为二维应力分析问题和三维应力分析问题，将弹性连续体（机架）离散化为有限个单元组成的集合体。1.轧机机架所用材料：2.图3-12是传动侧机架的三维有限元分割模型，三维块单元数为20736个，节点数为33647个。公称轧制力为9000t，则单片机架受力为4500t。在x方向的对称面上施加x方向的约束，在地脚螺钉处施加y方向和z方向的约束限制y、z方向模型的平动，同时承受机架的自重。经过三维有限元计算得如图所示结果。图3-12 传动侧机架的三维有限元分割模型图3-13 传动侧安全系数分布图图3-14 传动侧静态位移（变形）图图3-15 传动侧静态应变图总结轧机机架是轧制设备重要的基础部件，轧辊轴承座和轧辊调整装置以及其它装置都安装在机架上，机架直接承受轧制力。工作时，轧制力通过轧辊轴承、轴承座、压下螺丝及螺母传给机架，其强度和变形直接影响设备的可靠性和产品的轧制精度，因此机架必须有足够的强度和刚度。本文详细介绍了4300厚板轧机机架系统的设计过程，因为其尺寸和重量大，主要通过铸造来完成。在机架的铸造生产制造过程中，发现有些机架的变形较大，需要重新热处理来矫正，延长了生产周期，增加了制造成本。为解决这个问题，应采取以下措施：1.须严格按铸造工艺操作，在窗口内合理放置疏松层，增加砂型的退让性，减小铸件在凝固收缩时的阻力，以避免铸件在凝固时的变形，并相应减小了铸件的内应力。2.延长铸件的保温时间，铸件整体小于300时打箱落砂，并执行切割冒口的工艺，从而避免铸件由于急剧冷却所造成的变形。3.机架在热处理时合理设置附耦位置，使其记录的温度能够反应铸件整体的受热情况，以保证铸件的受热均匀，避免在热处理过程中的变形。4.维修维护设备，以保证正常的工作需要。设计难免存在不足，在设备投入生产后针对出现的具体问题进行解决，相信设备会日臻完善。致谢经过一学期的努力，毕业设计终于圆满结束了。毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面考核，培养了我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后的工作奠定了基础。本次设计能顺利完成，首先要感谢苏逢荃老师，他不辞辛苦带我们去济南钢铁厂实习，并帮我们找资料、查文献，还经常利用周末时间为我们指导，占用了许多休息时间。其次还要感谢资料室的王文老师为我们提供了大量的设计资料和郝国祥老师及时解决我们在CAD制图中遇到的问题。在这还要感谢同组同学和朋友对我的关心和帮助，在他们的鼎力支持下，顺利完成这次设计。最后，再次向帮助过我的各位老师和朋友们表示衷心的感谢！参考文献1.黄华清.轧钢机械，北京：冶金工业出版社，1979，419470.2.刘鸿文.材料力学,第四版，北京：高等教育出版社，2005.3.濮良贵.机械设计,第八版，北京：高等教育出版社，2006.4.机械设计手册,第二版，北京：机械工业出版社，2005.5.孙桓.机械原理,第七版,北京：高等教育出版社，2006.6.周国盈.带钢精整设备，北京：机械工业出版社，1979，3262.7.武钢设计研究院.板带车间机械设备设计，北京：冶金工业出版社，1984， 164.8.陈于萍.互换性与测量技术基础，第二版，北京：机械工业出版社，2006.9.邓文英.金属工艺学,第四版,北京：高等教育出版社，200510.王兰美.机械制图，北京：高等教育出版社，2005.11.成大先.机械设计手册,第三版，北京：化学工业出版社，200112.成大先.机械设计手册单行本，北京：化学工业出版社，200413.龚溎义.机械设计课程设计指导书,第二版，北京：高等教育出版社，2006.14.邹家祥.轧钢机械,修订版，北京:冶金工业出版社，1988.15.龚溎义.机械设计课程设计图册，北京：高等教育出版社，2006.16.Koji Yamaguchi Si International ,32(1992),126.17.M.Motalagh.Steel Times International, 198.R.I.Fruchan. 26th International Symposium on Ladle Steelmaking and Furnace .1988, 92.附件1热轧工艺该轧机的主要功能是将半成品钢重新加热到接近其熔点， 然后通过由共计7.7万的大功率连续滚动驱动马力发动机带动的12道连续轧制使钢板变得更薄更长，最后卷曲被拉长的钢板以运输到下一道工序。热轧板卷的重量高达30吨至30”和74”。 将8至9英寸厚、36英尺长的钢板被卷成薄如16英寸和1 / 2英里长的带钢。线圈由两个内径（眼睛）为30”卷取机，外径上限分别为72”和74” 分别与850和1000磅每英寸宽（PIW）相对应的两个卷曲机产生。该厂为每一个CSI提供售后业务，以及负责运输成品给CSI顾客。大部分材料是由一种自动线圈处理系统运出轧机，通过运输线被分批运往轧机的东侧，直到它被冷却到足以载入铁路车辆。 加热炉 对于热轧工艺至关重要的是它的步进梁加热炉，国家的最先进的设备，现在优于三老一辈（推车）式炉。其额定生产速度为每小时270吨，效率和与板温一致的方面得到改善以使生产率能比计划提高25。把这些钢从室温加热到22002400摄氏度需每天消耗约10立方米的天然气。就像板材是按订单分配，日程安排是规定的，材料被热轧厂最西端的板厂的铁路小车和起重机分批运输。在一条轧制线上，每一放一个轧板。因为轧板被放置在南侧加热炉的控制门的前边，所以其规模和重量是确定的。当炉内的空间足够，大型电镀机械推拉臂能够将板材移到炉内。一旦进入内部，板材由大约8英尺长的炉板支撑，它是通过冷却水的耐火涂层管也被称为滑轨。为了降低钢板残留的冰点（滑板标记），滑板间距变化大约为熔炉内部空间的三分之二。两个独立的滑轨装置，一个固定，一个运动，轮流支撑钢板当它在炉内运动时经过一个由一对大型液压缸提供能量的机架。该炉内部的宽是389”，从地面到天花板有15英尺，142长。它分为管制区内的温度：预热，顶面和底，加热，顶部和底，浸泡，顶和底，东和西。预热和加热区燃烧一种天然气的混合物，同时通过在熔炉侧边的大量燃烧器预燃空气，加热钢板的上部和底部到接近其排气温度。大部分钢的预热是通过热废气经过钢板直达控制门的方式达到的。留在废气中热量在这些大规模的热交换器中将引入的空气预热到1000。相反地，在加热区，钢板主要是通过加热炉壁加热。在浸泡区，很多小型燃烧器寻求保持各区域间温度的统一，平衡钢板冷点。耐火分隔有助于身体区分区域，全炉内的热电偶温度传感器与自动燃烧控制系统相互作用，以保持每个区域的目标温度。复杂的计算机模型计算出目标粗轧机出口温度，以获得一个炉排放（排气）的目标温度。在连续的基础上通过炉内的每片钢板的厚度来估计剖面温度，计算机帮助操作者选择产品等级和能最大限度地将钢板加热到尽可能接近目标温度的生产区设定点。轧制过程开始后，当钢板离开粗轧机时它的温度会反馈给熔炉，更新计算机模型并通知加热器达到温度的均匀性。当板坯到达熔炉尽头的卸载门，并且该计算机已经确定该钢板已经被充分加热，门打开了，大量的提取手臂到达钢板的的下方，把它举起使之远离滑轨的支持，并把它拉出熔炉。东部和西部的提取器能够一次独立移除两控钢板，同时提取较长的钢板。具有强热的钢板被放置在滚转机上被带到粗加工工序。除鳞 在退出加热炉之后，钢板经过一个除鳞单元，外壳采用了两对喷雾头，能够用1500的压力冲击具有强热的钢板以消除1/8英尺厚的在富含氧气的加热炉内在钢板表面形成的氧化铁层。除垢后不久，一个（相对）小2-hi轧机称为能减少板坯大约1英寸的厚度,来打破遗钢板上遗留下来的鳞片。在进入下一个工序前，扫除喷雾器将附着在钢板表面的松动的鳞片进行清理。转移条多在粗轧过程中除鳞两次，前夕的第三次或是最后一次轧制操作，以消除其又重新长出的鳞片在超过三分钟的时间里或以便能花费在粗轧过程中。粗加工 粗轧机是有六个独立的粗轧机机架组成，其中最后的四个包含了体积较小的称为修边机的立式轧机。在加热炉内加热直到焕发明亮的橙黄色的钢板被轧制，一次经过一个站来生产所谓的转移条以适应精轧。高压水射流能清理沿途经过的钢板表面的氧化铁层或是鳞片。在转移条从粗轧机最后一站出来的时候，其主要边缘的厚度被估计。同样的，有高温计测量板条从头到脚的剖面温度，并且一种特殊的照相机可以给板条的两端拍照。依据被轧制产品所要达到的长度、宽度和等级，板条在离开最后一道轧制线的平均温度一般会达到19002100。此数据期望在精轧过程中被收集。计算机能立即计算穿过这6个连续轧制钢板的线程的速度和差距。重型粗轧机有135”宽的辊子，以便能卷曲较宽的一面（作为第一次轧制时的称谓）使钢板更宽。一个5000马力的电动机驱动直径为42”的工作辊通过28：1的齿轮来减少钢板的厚度高达”。最后的四个轧制装置每个都包含一个修边装置来控制钢板的宽度，并将其轧制为5到6英尺厚，根据客户所要求的宽度、尺寸和钢种其厚度可在此基础上上下浮动公分。如前所述，第三和第五粗轧机组都有操作压力为1500的高压除鳞装置。这些独立的粗轧机组放置的间距逐渐变大以适应转移条在被轧制的越来越薄时的长度。裁剪 因为一个方头段对于能正确的经过精轧工序是至关重要的，并且一个不平整的尾部会挫伤工作辊表面或是导致今后的生产过程的线程问题。几乎每一个转移条的头部和尾部末端都会通过一对具有大剪刀片的钢鼓被裁剪并增加其长度。在钢板以100的速度在辊子上滑动时，传感器可检测其位置和速度以便测定裁剪的时间来优化裁切的数量；由于转移条的厚度超过一英寸，裁剪长度每增加一英寸将废弃1530磅。精加工 规格的热轧机包含六个能够降低转移条的厚度到根据顾客或是下一道工序的要求所得规定尺寸的精轧机组。轧制速度被设定为能允许在最后一道工序以15001600的精轧温度完成最后的压下量，并达到特定的机械性能。到现在为止，钢板被轧制成长达200英尺的平板。与粗轧相比，精轧是将转移条进行连续压轧，这就意味着每一个板条将一次性通过六个轧制机组。热钢在精轧过程中被拉伸的时候是相当脆弱的，所以必须及时用一个低标准来控制为了避免将钢板被撕裂。在精轧操作之前，转移条的头部和尾部将被剪裁成方形，以帮助确保正确的线程。最后两步的除鳞操作是为了清除在粗轧过程中新生成的鳞片。一旦转移条穿梭在每对连续的辊子上，在电控枢轴上的自由转动的辊子能使吸引钢板的底部来检测各个精轧机组间的张力。按需要作出调整，以确保钢板能够正确通过每个辊子不会通过不正常循环、拉伸和折叠过度或撕裂。每个辊子的位置能反馈到精轧机的先进自动化系统，以及能检测辊子所受力，通过X射线测量带钢厚度的信息，顺利工作以调整滚动速度和差距，保持稳定的带钢轧制必要的厚度尽管每一个转移条所呈现的温度不同。层流冷却 对于冶金学上的热轧钢材性能至关重要的是卷曲温度，线圈会从这个温度冷却到室温，而这个过程的完成需要三天的时间。这基本上相当于一个热处理退火， 在从9英寸厚减少到规定尺寸的过程中所施加在钢板上的压力使线圈得以冷却来缓解自己。虽然钢是在重结晶过程中不断热轧，削减厚度有时超过99，并采取相当于钢的不到10分钟的压力;卷取温度由产品的冶金性能来指定以利用操纵这些应力学性能获得最佳的机械性能。 由客户进行激光切割的售出的经过热轧工序、热轧浸泡和热轧涂油的产品是在相对较高的温度下进行连续松弛以便使从线圈上切割下来的部分能够平坦放置，即使是在残余应力已经自行消退的情况下。相反的，在相对凉爽的温度下卷曲钢板能使钢种的物理性能保持一个较高的内应力水平，限制了由自身和相互晶体之间形成的晶体和碳化物的尺寸；这些因素有助于使钢板在热轧的精轧阶段获得较高的应力。400的冷钢在以2700的速度经过该系统的时候需要大量的水，所以总共有152个由自动化系统控制的喷雾头以层流的形式来喷洒在钢板的顶部和底部。计算机以板带行进的素的和所要达到的目标轧制温度为基础来估计需要多少水来冷却钢板，并且估计的准确性是由在后卷曲前面的高温计来确定的。为了调整所需要的喷雾器的数量，计算机可以控制喷雾器的开和闭来调整线程的长度来满足目标温度。由于要加快完成轧制过程，一旦后卷曲使钢板继续维持最终温度，当钢板被轧制时为了弥补它在运行出平台所减少的时间越来越多的喷雾器被激活。整个连轧机泵每分钟输送高达75000加仑的水来冷却冷轧带钢、加热炉滑轨、卷取单元和除鳞装置。所有的水是在除鳞系统和污泥收集系统中循环的，通过层流冷却系统，然后回到两个专门的冷却塔中的其中之一。卷取 CSI的热连轧机目前的配置依赖于两个卷取机。两个卷取机之间存在细小的差异，但是两个可操作卷取机都是以一对能抓住钢板头部和尾部并在行进和返回轧机的过程中施加张力的夹送辊开始。它的头部在出入口到与卷取机相连的30”心轴处有一个倾斜，并引导与输送带相连的驱动辊芯轴周围的气动。一旦钢板的头部一直缠绕在心轴上，板卷开始在心轴上建立并迫使远离包装卷。一旦钢板的头部被抓住或者是摩擦力和防止打滑的张力组织钢卷相对于心轴滑动，驱动轴会使日益增长的钢卷松开。在钢板的尾部完成最终轧制后，夹送辊继续保持后张力以防止钢卷松开；在钢板的尾部被拉出夹送辊前，驱动辊一直在运作。具有液压线圈的小车运动到板卷的下方，然后上升到支持线圈的体积，将板卷从心轴上拿走并把它放置在能运输到标记和自动打捆机程序的位置。板卷处理 板圈被具有液压线圈的小车从卷取机上取下放置在洞内的平台上，在这两个能来回运动的步进梁中的其中之一会将板卷放置在能被鉴定和捆扎的位置。因为产品仍然很热以至于适用于使用能在整个工厂辨别板卷的纸质标签，一对镀锡薄铁皮采用激光刻录鉴别信息在不锈钢上，被亲切的称为牌照。在板带被应用前这些都是准确焊接在钢卷外部的。钢板以前是以供应商的连铸机的压力和剪切系数来区分，现在被一具有六位字母数字代码的特殊辊子条码来区分。第二辆具有液压线圈的小车将板卷从打捆机中取出送往轧机外的旋转体中，这个旋转体能够缓慢旋转板卷90，另一辆小车能够将板卷送往自动升降机。两个以上（高速）的线圈车和另一辆升降机能够携带板卷完成它的行程，要么送往能把它送往热轧最终工序的输送带，要么送往冷却池。总之，自动化系统采用10个独特的电动液压装置，每一个依赖于多个传感器来运输90的热轧带钢产品到下一场地，在那里下一个操作将被执行。附件2The Hot Rolling ProcessThe primary function of the Hot Strip Mill is to reheat semi-finished steel slabs of steel nearly to their melting point, then roll them thinner and longer through 12 successive rolling mill stands driven by motors totaling 77,000 hp, and finally coiling up the lengthened steel sheet for transport to the next process. The Hot Mill rolls slabs weighing up to 30 tons between 30” and 74”. Steel slab 8 to 9 inches thick and up to 36。feet long is rolled into strip as thin as 1/16 inches and up to a half-mile in length. Coils are produced with a 30” inside diameter (eye) on one of two coilers, with outside diameter limitations of 72” and 74”, corresponding to850 and 1000 pounds-per-inch-width (PIW), respectively. The mill supplies coil for each of CSIs remaining operations, as well as a finished product for shipment directly to CSIs customers. Most material is transported out of the mill area by an automated coil handling system, though some skelp for the Pipe Mill is staged toward the east end of the mill bay until it is cool enough to load onto rail cars. Reheating Critical to the Hot Strip Mill is its walking-beam reheat furnace, state-of-the art equipment that replaced and now outperforms three older- (pusher-) style furnaces. Nominally rated to produce 270 tons-per-hour, improvements in efficiency and some sacrifice in slab temperature uniformity enable extended production。rates 25% above design. Heating this much steel from room temperature to 2200-2400 degrees Fahrenheit consumes around 10 million cubic feet of natural gas each day. As slabs are assigned to orders, schedules are written and material is staged with rail-cars and overhead cranes in the slab yard at the west end of the Hot Strip Mill. Slabs are placed, one at a time, on a roll line. The slabs dimensions and weight are confirmed as it is positioned in front of the charge door on the south side of the furnace. When space is available in the furnace, large electro-mechanical pusher armsengage to move the slabs into the furnace. Once inside, the slabs are supported about eight feet off of the furnace floor by water-cooled, refractory-coated pipes called skids. To minimize the cold spots (skid marks) left in the slab, the skid spacing changes approximately two-thirds of the way through the furnace Two independent sets of skids, one fixed, one walking, take turns supporting the slab as it is walked through the furnace by a massive sub-frame energized by a pair of large hydraulic cylinders. The interior of the furnace is 389” wide, fifteen feet from floor to ceiling, and 142 long. 8 It is divided into eight zones for temperature control: preheat, top-and-bottom; heating, top-and-bottom; and soak, top-and-bottom, east-and-west. The preheat and heating zones combust a mixture of natural gas and preheated combustion air with massive burners on the side walls of the furnace, both above and below the skids, to heat the slab nearly to its discharge temperature. Much of the preheating of the steel is achieved by the hot exhaust gases rushing past the slabs on the way to the recuperators above the charge door. Whatever heat is left in the exhaust gases preheats the incoming combustion air to over 1000 F in these massive heat-exchangers. Conversely, in the heating zone the steel is primarily heated by the glowing-hot furnace walls. In the soak zone, numerous smaller burners seek to maintain a uniform temperature within the zones to equilibrate any cold spots in the slabs. Refractory dividers help to physically distinguish the zones, and thermocouple temperature sensors throughout the furnace interact with the automatic burner control systems to maintain the target temperatures in each zone. Complex computer models calculate the targeted roughing mill exit temperature to obtain a furnace discharge (drop-out) aim temperature. Estimating the temperature profile through the thickness of each slab in the furnace on an ongoing basis, the computer aids the operator in selecting the production rate and zone set-points that will maximize production of steel slabs uniformly heated to as close to the target temperature as possible. After the rolling process begins, as the steel exits the roughing mill, its temperature is fed back to the furnace, updating the computer models and informing the Heater as to the temperature uniformity. When the slab reaches the discharge door at the exit end of the furnace, and the computer has determined that the slab has been sufficiently heated, the door opens and massive extractor arms reach beneath the slab, lift it off of the skid supports, and draw it out of the furnace. The east and west extractors can act independently of one another to remove double-charged slabs one-at-a-time, or in conjunction to extract longer slabs. The intensely hot slab is placed on a roller table which carries it into the roughing mill. Descaling After exiting the reheat furnace, the slab passes through a descaling unit, an enclosure employing two pairs of spray headers that blast the intensely hot slab with 1,500 psi pressurized water to remove the 1/8-inch thick layer of oxidized iron that forms at the surface of the slab in the oxygen-rich atmosphere of the reheat furnace. Shortly after descaling, a (relatively) small 2-hi rolling mill called a scalebreaker reduces the slabs thickness by about one inch to break up any scale that remains. Just before the next reduction pass is taken, sweep sprays clean away any loosened scale that remains on the slab surfaces. The transfer bar will be descaled twice more during roughing, immediately prior to the third and to the last rolling operation, to remove the scale that has grown back over the three minutes or so that it spends in the roughing mill. Roughing The roughing mill is made up of six independent rolling mill stands, the last four of which incorporate small vertical rolling mills called edgers. Slabs heated in the furnace until they glow bright orange-yellow are rolled through one stand at a time to produce so-called transfer bars suitable for finish rolling. High-pressure water-jet nozzles clean the oxidized iron, or scale, from the surface along the way. As the transfer bar exits the last roughing mill stand, the thickness of the leading edge of the bar is estimated. Similarly, a pyrometer measures the temperature profile of the bar from head to tail and a special camera photographs both ends. Depending on the gauge, width, and grade of the product to be rolled, the average temperature of the bar as it exits the last roughing mill normally ranges from 1900 to 2100 Fahrenheit. This data is collected in anticipation of finish rolling. Computers immediately begin calculating the speeds and gaps for threading the six finishing mills, which will roll the steel in tandem with one another. The workhorse roughing mill has 135” wide rolls for rolling broadside (as the first roughing mill is commonly called) to make a slab wider. A 5,000 hp motor drives 42”-diameter work-rolls through 28:1 gears to reduce the slabs thickness by as much as 2-”. The last four roughing mills each incorporate edgers for width control and roll the bar from five to six inches thick incrementally down to around an inch and a quarter, depending on the customers ordered width, gauge, and steel grade. As mentioned previously, the third and fifth roughing mills each have high-pressure descaling headers operating at 1,500 psi. The individual roughing mills are spaced increasingly further apart to accommodate the lengthening of the transfer bars as they are rolled thinner and thinner. Cropping Because a square head-end is critical to properly threading the finish mills and the downcoilers, and because an uneven tail can bruise work-roll surfaces or cause threading problems for the next production process, the head- and tail-ends of nearly every transfer bar are cropped by a pair of large steel drums each with a shear- blade extending along its length. With the bar crawling along the roller table at around 100 fpm, sensors detect its position and speed in order to time the crop shear drums to optimize the amount cropped; since transfer bars are over an inch thick, each extra inch of crop-length scraps another 15-30 lbs. Finishing CSIs Hot Strip Mill includes six finishing mills, which reduce the thickness of the transfer bar down to the gauge required by the customer or the next process. The rolling speed is set to allow the last stand to perform the final reduction at the finishing temperature, between 1500 to 1650F, specified to reach certain mechanical properties. By now, the steel has been rolled into a flat bar as long as 200 feet. In contrast to the roughing mills, the finishing mills roll the transfer bar in tandem, meaning each bar will be rolled through all six stands at once. The hot steel is quite fragile as it is rolled and tension between the finishing mill stands must be closely controlled at very low levels in order to avoid stretching or tearing the strip. Prior to the finish rolling operation, the head- and tail-ends of the transfer bar will be sheared to square them up, helping to ensure proper threading and tail-out. A final two-stage descaling operation is performed to clean off the scale that has grown on the bar during roughing. Once the bar is threaded between each successive pair of mills, a free-turning roll on an electro-mechanical pivot called a looper roll engages the bottom of the strip to monitor the tension between the stands. Adjustments are made as necessary to ensure the strip threads properly through each of the mills without looping up and folding over or stretching and tearing apart. The position of each roll is fed back to the finishing mills sophisticated automation system which, along with information from the load cells that monitor rolling force and from the X-ray gauge measuring final strip thickness, work to smoothly adjust the roll gaps and speeds to maintain stable rolling of strip to the necessary thickness in spite of the temperature variations present in every bar. Laminar Cooling Metallurgically critical to the properties of hot-rolled steel is the coiling temperature, as the coil will cool from this temperature to ambient over the course of three days. Essentially a heat treatment comparable to annealing, the stresses imparted to the steel during reduction from nine inches thick down to ordered gauge are given the opportunity as the coil cools to relieve themselves. Though the steel is continually recrystallizing during hot- rolling, reductions in thickness sometimes in excess of 99% and taking place in less than ten minutes stress the steel considerably; coiling temperature is specified by product metallurgists to harness and manipulate those stress levels in search of optimal mechanical properties.Product sold as hot rolled and hot rolled pickled and oiled to be laser cut by a customer is coiled at relatively high temperatures to try to relax the steel as much as possible so that parts cut from the coil will lie flat even after residual stresses have resolved