四辊系轧机辊系的设计毕业论文.doc

四辊系轧机辊系的设计毕业论文目录摘要IABSTRACTII前言1第一章 总论21.1 概述21.1.1课题的背景及意义21.1.2 我国中厚板轧机发展历史21.1.3 目前我国主要中厚板生产设备情况31.1.4我国中厚板轧机将出现快速发展41.2中厚板轧机生产线的生产工艺及发展方向41.3 轧钢技术的发展前景51.4轧钢生产在国民经济中的主要地位与作用61.5国内外轧钢机械的发展状况61.5.1 粗轧机的发展71.5.2 带钢热连轧机发展71.5.3 带钢冷连轧机发展71.5.4 钢管轧机的发展81.5.5 线材轧机的发展8第二章 设计方案的确定92.1 工作制度92.1.1不可逆式轧机工作制度92.1.2可逆式工作制度92.2 主传动方式92.3 压下装置的结构形式102.4 上辊平衡装置142.5 轧辊轴承172.6 轧机机架202.7 设计方案的确定22第三章 轧辊零部件设计计算233.1 压下规程的确定233.2 轧制力能参数的计算243.2.1各道次变形抗力的确定243.2.2各道次轧制力的计算263.3轧制力在接触弧上作用点的位置283.4 轧制力矩的计算293.5 主电动机功率的计算及选电动机323.6 飞轮的设计333.6.1飞轮力矩的确定333.6.2 飞轮的强度的校核363.7 减速器的选择363.7.1 传动比的计算363.7.2 减速器的特点、破坏形式383.7.3 主减速机的结构383.7.4 主减速器的润滑及防护措施383.7.5 齿轮的材料和热处理383.7.6 减速器的工作状态分析393.8 齿轮机座的设计393.8.1齿轮机座的类型和结构393.8.2 齿轮的设计393.8.3 密封和漏油问题413.9轧辊的基本尺寸及校核423.9.1轧辊尺寸的确定423.9.2 轧辊强度校核453.9.3轧辊刚度校核503.10 机架的基本尺寸及参数523.11 机架的基本类型及结构563.12 机架强度及刚度研究方法比较573.13 机架的强度及刚度计算方法58第四章 四辊轧机的三维建模654.1 四辊轧机的建模概括654.2 机架的建模流程654.3 轴组件的虚拟装配664.4 四辊轧机的总体装配714.5 支承辊的建模及简化734.6 轧辊系装配模型及其简化74设计心得体会75谢辞77参考文献7881江西理工大学应用科学学院毕业设计前言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了不断的改进和发展。1 酸洗冷轧联合机组。这种机组改变了传统冷轧生产将酸洗和轧钢两个工序分开的方式，而联合为一个机组。这样不但提高了酸洗，冷轧的效率，而且降低了投资及生产成本。2 连续退火、全氢罩式退火技术的应用及多种涂镀生产技术的迅速发展，出现了许多新的生产线及新的设备，使轧钢机械在这些领域得到发展。3 板形控制技术，带钢连铸冷轧工艺等应用到新式轧机中，提高轧制效率。本次设计将以小型四辊冷轧机为例，对四辊轧机辊系进行分析设计。随着轧制速度不断提高，为了省去后面几个机座传动系统的增速装置，采用了由电动机直接驱动支承辊的方案。此外，采用了液压压下装置，提高了轧机的作业率。它有如下的特点：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。由于本人水平有限，实际经验也不多，避免不了许多错误，诚恳地欢迎老师指正批评。第一章 总论1.1 概述1.1.1课题的背景及意义钢铁工业是国民经济的基础产业，对整个国民经济各个部门的发展至关重要。带钢热连轧生产规模大、产量高，是钢铁工业中发展最为迅速、各种新技术应用最为广泛的一个领域，其生产工艺水平、自动化程度、产品规格与质量代表了一个国家钢铁工业的水平。近年来，随着社会经济的发展和科学技术的进步，用户对热轧高质量、高附加值、高技术难度带钢产品的需求量显著增加，对钢铁产品质量、品种、性能的要求越来越高。同时随着市场竞争的加剧，给国内钢铁行业带来了各种机遇和挑战，各热轧带钢生产厂纷纷进行引进国外先进的带钢热连轧系统，或引进先进技术对现有系统进行大规模的技术改造，以期在市场竞争中居于有利地位。此外，随着铁矿石、煤炭等原材料价格的飞涨，钢铁产品的成本越来越高，为提高经济效益和市场竞争力，各企业或采取在现有设备基础上，通过系统的计算、测量、分析、调试等手段，扩大产品规格，提高产品的高附加值，如开发管线钢、汽车板等新品种。轧机是钢铁等冶金领域不可缺少的重要设备，随着科学技术，特别是计算机技术、高精度传感器技术、自动控制技术及液压技术等高新技术的快速发展，轧制工艺设备也取得了飞速的发展，轧机的轧制速度、轧制精度、控制精度等主要工艺参数指标也有了大幅度的提高，产品的质量和性能也有了很大的改善。各钢铁厂为了发挥现有设备的生产能力，通过调整轧机压下量和轧制节奏来提高轧机作业率和机时产量，这对轧机设备提出了更高的要求。轧机设备的关键部件机架和传动万向接轴，其强度、刚度等机械性能的高低是体现轧机能力的重要参数，是轧机能否充分发挥生产能力的重要因素。同时，轧机强度及刚度又直接影响到了板材质量和轧机的正常安全运行。而机架作为轧机最重要的、永久性使用的部件，其安全性可以说直接决定着整个生产线的安全。因此，对轧机机架和万向接轴进行强度安全性分析具有重要的理论、现实和长远意义。1.1.2 我国中厚板轧机发展历史中厚板轧机是用于轧制中厚度钢板的轧钢设备。在国民经济的各个部门中广泛的采用中板。它主要用于制造交通运输工具（如汽车、拖拉机、传播、铁路车辆及航空机械等）、钢机构件（如各种贮存容器、锅炉、桥梁及其他工业结构件）、焊管及一般机械制品等。冶金工业部标准规定：厚度在4毫米以下的钢板称为薄板；厚度在4毫米以上的称为厚板。我国习惯于将厚度在425毫米范围内的钢板成为中板。中板生产目前均采用热轧。即将钢胚或钢锭加热后，在轧机中经多道次轧制，轧成一定厚度的钢板。 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。1.1.3 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。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。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。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。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。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幅度。我国专用中板需求主要体现在以下几个方面：一是我国的造船业。统计显示，2005年中国造船完工量突破1200万吨，同比增长36%，占世界造船市场份额已由5年前的5.4%上升到18%。2005年我国接获船舶订单达700万修正吨，以单一国家计算已超越日本，晋身全球第二大造船国。国家“十一五”规划明确要加强船舶自主设计能力、船用装备配套能力和大型造船设施建设，优化散货船、油船、集装箱船三大主力船型，重点发展高技术、高附加值的新型船舶和海洋工程装备，包括大型海洋石油工程设备、30万吨矿石和原油运输船、万标箱以上集装箱船、液化天然气运输船等大型、高技术、高附加值船舶及大功率柴油机等配套设备。同时造船业对船板的高强度、高精度、良好低温冲击韧性、焊接性也提出了更高的要求。二是我国的能源建设重点是火力发电，一台30万千瓦的机组需要4500吨锅炉钢板，这需要更多的高压、或超高压的电站锅炉用材。三是桥梁板，我国是一个多江河湖海的国家，今后桥梁建设将会很多，在桥梁设计中将大量采用结构钢，对高质量的桥梁钢的需求很大。四是随着我国天然气资源的开发和石油需求的大幅增长，今后十几年将是我国油气输送业蓬勃发展的时期，这需要使用大量高性能的专用中板来制造管道和油罐等。五是汽车和机械行业未来发展对专用中板的需求也会增长。1.1.4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，成为全球第一制造船大国。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。1.2中厚板轧机生产线的生产工艺及发展方向经过长期生产实践与现代化科学技术的发展，中厚板轧机生产工艺方案有两种，一种是传统的常规中厚板生产线，采用单张钢板轧制方式，轧机布置型式有：落后的三辊劳特式轧机、单机架四辊轧机、双机架二辊粗轧四辊精轧机、双机架四辊粗轧四辊精轧机组；另外一种布置型式为卷轧中厚板生产线（炉卷轧机），是从上世纪80年代逐步发展起来的，即可单张钢板轧制，又可采用卷轧方式生产中厚板。现将两种工艺方案的优缺点简介如下：（1）常规中厚板生产线的优点 适合生产高档次中厚板。由于坯料长度较短，一般在13004500mm之间，因此可以采用横轧方式生产中厚板，能够生产海洋平台用Z向钢等具有双向性能要求的钢材品种。坯料较厚（150250mm），适合轧制厚度较厚、压缩比较大、强度要求较高的专用钢板品种，如厚规格的锅炉板、压力容器板、造船板、桥梁板、结构板等品种。（2）常规中厚板生产线的缺点 成材率相对较低，老企业落后的生产线成材率为88左右，现代化的生产线成材率可达到9294。在常规中厚板生产线上单张轧制钢板，由于设备间距、轧件头尾温差的限制，不可能生产大单重的钢板，这对钢板的成材率及生产效率造成不利影响。（3）卷轧中厚板生产线的优点 用卷轧的方式生产钢板，通过增大坯料长度（最大 18000mm ），可大幅度提高单重，实现多倍尺轧制，减少单张钢板轧制的切头尾损失，提高综合成材率和生产效率，降低生产成本。可以生产薄而宽规格的中厚板产品。热连轧宽带钢轧机适合生产薄而窄的产品，常规中厚板轧机适合生产厚而宽的产品，宽规格卷轧中板轧机能够很容易生产上述两种轧机生产比较困难的薄而宽规格的产品。（4）卷轧中厚板生产线的缺点 由于采用卷轧生产工艺，连铸坯长度较长，不能实现横向轧制，因此不能生产海洋平台用Z向钢等具有双向性能要求的钢材品种。由于采用中等厚度板坯，连铸坯厚度相对较薄，压缩比受到限制，不能生产较厚规格的专用板，产品定位以市场容量较大的一般中厚板品种为主。目前国外已建成8套宽规格卷轧生产线，我国安阳钢铁公司、南京钢铁公司等正在建设宽规格卷轧生产线（宽炉卷轧机），韶钢正在建设的 3500mm 中板生产线预留建设宽炉卷轧机的位置。除了宽规格卷轧生产线外，常规的四辊宽厚板或中厚板轧机（单机架或双机架）仍是目前国内外新建或改造中板轧机主要选择的机型，如新投产的济钢双机架 3500mm 、北台双机架 3500mm 、首钢单机架 3500mm 、天津钢厂双机架 3500mm 、唐山建龙单机架 3500mm 等。中厚板轧机与热连轧宽带钢轧机相比优势在于能够生产厚度大于 25.4mm 、宽度大于 2000mm 、用户要求横轧状态交货、控轧控冷状态交货、热处理状态交货的钢板，并适合生产较厚规格的专用板，但这部分产品市场容量有限，约占生产总消费量的3040。中厚板产品中6070可用中厚板炉卷轧机生产，中厚板炉卷轧机与普通中厚板轧机相比具有以下优点：连铸坯可直接装炉轧制，节省能源；由于坯料单重加大，成卷轧制后剪切成钢板，成材率可提高；产品覆盖面宽，即可生产中厚板产品又可生产成卷供货产品，一般中板轧机生产45mm很困难，而中厚板炉卷轧机可大批量生产 5mm 产品，因此生产同样薄规格产品时，中厚板炉卷轧机生产的产品成本低，产品竞争力强。综上所述，传统的常规中厚板生产线与卷轧中厚板生产线各有优缺点，鉴于我国仍有大量装备水平落后的中厚板轧机正在运行，并且每年约有30的中厚板是由热连轧宽带钢轧机生产的，因此在改造、淘汰现有轧机的同时，还需限量建设现代化的宽厚板轧机及中厚板炉卷轧机，以逐步替代现有落后设备，提高国内中厚板轧机的总体装备水平。1.3 轧钢技术的发展前景世界轧钢工业的技术进步主要集中在生产工艺流程的缩短和简化上, 最终形成轧材性能高品质化、 品种规格多样化、控制管理计算机化等。展望未来, 轧钢工艺和技术的发展主要体现在以下几方面：（1）铸轧一体化利用轧辊进行钢材生产, 因其过程连续、 高效、 可控且便于计算机等高新技术的应用, 在今后相当一段时间内, 以辊轧为特征的连续轧钢技术仍将是钢铁工业钢材成型的主流技术, 但轧钢前后工序的衔接技术必将有长足的进步。在 2O 世纪, 由于连铸的发展, 已经逐步淘汰初轧工序。而连铸技术生产的薄带钢直接进行冷轧, 又使连铸与热轧工序合二为一。铸轧的一体化, 将使轧制工艺流程更加紧凑。同时, 低能耗、 低成本的铸轧一体化, 也是棒、 线、 型材生产发展的方向。（2）轧制过程清洁化在热轧过程中, 钢的氧化不仅消耗钢材与能源, 同时也带来环境的污染, 并给深加工带来困难。因此, 低氧化燃烧技术和低成本氢的应用都成为无氧化加热钢坯的基本技术。酸洗除鳞是冷轧生产中最大的污染源, 新开发的无酸清洁型(AFC)除鳞技术, 可使带钢表面全无氧化物、 光滑, 并具有金属光泽。无氧化(或低氧化)和无酸除鳞(氧化铁皮)这两项被称为绿色工艺的新技术, 将使轧钢过程清洁化。（3）轧制过程柔性化板带热连轧生产中压力调宽技术和板形 控制 技术 的 应用, 实现了板宽的自由规程轧制。棒、 线材生产的粗、 中轧平辊轧辊技术的应用, 实现了部分规格产品的自由轧制。冷弯和焊管机也可实现自由规格生产。这些新技术使轧制过程柔性化。（4）高新技术的应用20 世纪轧钢技术取得重大进步的主要特征是信息技术的应用。板形自动控制, 自由规程轧制, 高精度、 多参数在线综合测试等高新技术的应用使轧钢生产达到全新水平。轧机的控制已开始由计算机模型控制转向人工智能控制, 并随着信息技术的发展, 将实现生产过程的最优化, 使库存率降低, 资金周转加快, 最终降低成本。（5）钢材的延伸加工在轧钢生产过程中, 除应不断挖掘钢材的性能潜力外, 还要不断扩大多种钢材的延伸加工产业, 如开发自润滑钢板用于各种冲压件生产, 减少冲压厂润滑油污染; 开发建筑带肋钢筋焊网等, 把钢材材料生产、 服务延伸到各个钢材使用部门。随着工业的发展和轧钢技术的进步, 轧钢工艺的装备水平和自动控制水平不断提高, 老式轧机也不断被各种新型轧机所取代。按照我国走新型工业化道路的要求, 轧钢技术发展的重点也转移到可持续发展上, 在保证满足环保要求的条件下, 达到钢材生产的高质量和低成本。1.4轧钢生产在国民经济中的主要地位与作用轧钢生产是将钢锭及连续铸坯轧制成材的生产环节。用轧制的方法生产钢材，具有生产率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现自动化等优点。钢材的生产方法有轧制、锻造、挤压、拉拔等。用轧制方法得到的钢材，具有生产过程连续性、生产效率高、品种多、质量好、易与机械化、自动化等优点，因此得到广泛的应用。目前，约有90的钢都是经过轧制成材的。有色金属成材，主要也用轧制的方法。轧钢生产在国民经济中所起的作用是十分显著的。钢铁工业生产中，除少量的钢用铸造或铸造方法制成零件外，炼钢厂生产的钢锭与连铸坯有8590以上要经过轧钢车间轧成各种钢材，供应国民经济各部门。可见在现代钢铁企业中，作为使钢成材的轧钢生产，在整个国民经济中占据着异常重要的地位，对促进我国经济快速发展起十分重要的作用。1.5国内外轧钢机械的发展状况十九世纪中叶轧钢机械只是轧制一些熟铁条的小型轧机，设备简陋，产量不高；有的轧机是用原始的水轮来驱动。大上个世纪五十年代以后，钢的产量大增；各先进工业国的铁路建设与远洋航运的发展，蒸汽驱动的中型、大型轧机先后出现了。上个世纪的电气化使功率更大的粗轧机迅速发展起来。上个纪5070年代，由于汽车、石油、天然气的运输，电器电子工业与食品罐头工业的发展，钢材生产是以薄板占优势为特征的。总的来说，轧钢机械向着大型、连续、高速和计算机控制方向发展。 1.5.1 粗轧机的发展在发展连铸的同时，国外仍在新建后扩建粗轧机，以扩大开坯能力。这是由于开坯机具有产品化灵活，便于实现自动化等优点，如日本1969年有三台板坯粗轧机和一台方坯粗轧机投入生产。至1970年止，世界上有粗轧机达200多台。拥有粗轧机最多的国家为美国达130台，日本42台，绝大部分为二辊可逆式轧机，开坯能力达3亿吨以上。七十年代的粗轧机直径增大到1500毫米。我国拥有1000毫米以上大型粗轧机七套，还有750850毫米小型粗轧机八套,主要于合金钢厂,为数不多的650毫米轧机是中小钢厂的主要开坯设备。1959年我国开始自行设计制造开坯机，已制成的开坯机有700、750、825、850/650、1150等毫米粗轧机。粗轧机将向着万能式板坯轧机，重型化发展，并且缩短轧机辅助机械工作时间发展。1.5.2 带钢热连轧机发展带钢热轧机分为连续式带钢热轧机、四辊及多辊可逆式轧机、炉卷轧机和行星式轧机等。带钢热连轧机分为全连轧、1/2连轧和3/4连轧机。带钢连续式热轧机主要是生产1.016（20）毫米的热钢板卷的，其生产的品种以普通炭钢为主。在世界上美国首先在1926年采用了热连轧板机，这台轧机安装在哥伦比亚钢铁公司，轧机规格为1030毫米，是1/2连轧，只是有一个粗轧机架，是近代热连轧机的雏形。四十年代以前，带钢热连轧机，几乎全部集中在美国。19611971年，美国新建了11台辊身长度为1473毫米以上的热连轧机，称为“第二代轧机”。第二代轧机具有轧制速度高、产量高、自动话程度高的特点。我国从19661970年开始发展热连轧板机，1700毫米3/4热连轧板机以投产，其他规格的热连轧板机还有1450毫米半连轧、1450毫米全连轧、750毫米全连轧等。这些年来，薄钢板的生产比重日趋增加，这是现代轧钢生产发展的一个趋势。热轧钢板是汽车、造船、桥梁、电机、化工等工业不可缺少的原料，也是冷轧机的坯料，随着焊管、冷弯型钢的发展，钢板的需要量日益增长。现代带钢热连轧机发展趋势是提高产量、扩大品种、提高精度、提高自动化程度。采取的主要措施有：提高轧制速度、加大带卷和坯料重量、建造宽辊身的全连轧、粗轧机架近距离布置、采用快速换辊装置、提高产品精度和轧机刚度、采用板厚自动控制系统、精轧机轧辊辊型控制、采用计算机控制。90年代以来，钢铁生产短流程迅速开发和推广，薄板坯连铸连轧工艺的出现，正在改变着传统的热轧机市场。自1987年7月第一套薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公司投产以来，到1997年已建成的有33套。连铸连轧技术是将钢的凝固成型与变形成型两个工序衔接起来，将连铸坯在热状态下继续送入精轧机组，直接轧制成带卷产品。德国西马克公司的CSP技术、德马克公司的ISP技术、奥钢联开发的Conroll技术等都有用户采用。1.5.3 带钢冷连轧机发展世界第一套连续式钢板冷轧机于1924年在美国惠林钢铁公司投产。该轧机是四个机架，轧辊身长812毫米，轧制速度为1.8米/秒，主传动电机为760千瓦。冷连轧机获得广泛应用是在四十年代以后。现代冷轧机上，广泛的采用液压弯辊装置以调整辊型来改善板型。由于冷轧带钢厚度公差要求较高，为增加轧机压下装置的反映速度，采用全液压压下装置、带钢厚度自动控制装置，以及采用快速自动换辊机构，实现电子计算机控制等。冷轧钢板及带钢近年来得到较大发展。冷连轧机末架出口速度可达到2541.7m/s。为了提高产量，冷卷卷重已达到60t。一套冷连轧机产量可达到250万t。近十年冷轧带钢生产技术几设备有了新发展：1）酸洗-冷轧联合机组、2）板形控制技术、3）连续退火、全氢罩式退火技术的应用及多种涂镀生产技术的迅速发展、4）带钢连铸-冷轧工艺1.5.4 钢管轧机的发展工业发达的国家，如美国、苏联、西德等拥有大量的现代话热轧钢管设备，其中主要是自动轧管机和周期式轧管机，生产钢管占世界热轧管产量的92%。钢管增长率7.5%，它们生产的热轧管产量占世界钢材产量的15%左右。经过几个五年计划的建设，我国热轧管有了明显的发展，已拥有各种热轧管设备43套，设计能力为147万吨/年，其中小型机组较多，大都用于生产38114320毫米钢管。而中型大型机组有一台140毫米机组，两台（216、318）周期式轧管机组，一台400毫米自动轧管机组。1.5.5 线材轧机的发展近些年来，国外线材生产是稳定的，线材产量的78%。用线材轧机常生产512.7毫米的圆形断面轧材。为了提高线材的质量和产量，六十年代发展了无机架轧机、预应力轧机、Y型轧机、步进式加热炉等新型轧制线材设备。轧机的轴承广泛采用滚动轴承或油膜轴承。线材直径公差可达0.10.3毫米。20世纪70年代，摩根无扭高速线材精轧机组有很大发展，投产的以达160多套。目前，高速线材轧机的机型可概括为三辊式、45、15、75和平-立交替式四种。综合上述，轧钢生产技术自七十年代以来的发展特点是，板带比重大，焊管多于无缝管；向高速、大型、连续化、自动化方向发展；提高质量，扩大品种以及低成本能耗。改造轧机，挖掘潜力；大量采用新工艺新技术。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：2.1.1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忠有以下几种运转方式：（1）几乎保持严格不变的轧制速度；（2）轧件通过时，轧制速度稍微降低在这种轧机的转动装置忠装有飞轮，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。（3）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。（4）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。2.1.2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 主传动方式目前，对于本文讨论的小型四辊冷轧机的主转动方式有如下三种：（1）传动工作辊（2）传动支撑辊（3）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，就需传递支撑辊，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不是很大，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上辊调整装置也称压下装置，它的用途最广，安装在所有的二辊、三辊、四辊和多辊轧机上。就驱动方式而言，压下装置可分为电动的、液压的和手动的三类。2.3.1 手动压下手动压下装置大多用于型钢轧机上，也用于小型热轧或冷轧钢板和带钢轧机上。轧辊的手动调整通常可用移动楔块，转动压下螺丝或转动压下螺母等方法来实现（图2-1），根据参考文献。 图2-1 手动的上辊调整结构 （a）具有锲块；（b）具有旋转的压下螺丝；（c）具有旋转的螺母手动压下装置的优点是结构简单、价格低。其缺点是体力劳动繁重，压下速度和压下能力较小。 电动压下装置是由电动机通过圆柱齿轮减速箱或涡轮减速箱（有时也用行星轮减速箱）传递运动的，它可以用于所有的轧机上，如初轧机、板坯轧机、厚板、薄板及热、冷板带轧机。其优点是移动距离可达较大的数值，速度和加速度亦可达到一定的要求，压下能力较大。缺点是结构复杂、反应时间较长、效率较低。 液压压下装置主要用于冷、热轧板带轧机上，其主要特点是具有很高的响应速度，很短的反应时间，很高的调整精度。但其费用较高，控制的行程有限。根据参考文献，轧辊调整装置的结构在很大程度上与轧辊的调整速度、调整距离、调整频率和调整精度有关。各类轧机的上辊调整速度见表2-2 表2-2 各种轧机的上辊移动（调整）速度轧机特性移动速度（mm/s）轧机特性移动速度（mm/s）10001475初轧机80200精轧机座5121100板坯机50120型钢轧机（孔型位置不变）25800900初轧机4080钢管穿孔机12700800三辊初轧机3060四辊薄板热轧机0.10.2中、厚板轧机薄板及带钢冷轧机0.050.1粗轧机座12252.3.2电动压下电动压下是最常用的上滚调整装置。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。（1） 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：采用立式电动机，传动轴与压下螺丝平行的布置形式；采用卧式电动机，传动轴与压下螺丝垂直交叉布置形式。（2） 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：轧辊调整量小；调整精度高；经常的工作制度是“频繁的带钢压下”；动作快，灵敏度高；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：四辊冷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。 图2-3精轧机座电动压下装置示意图1电动机；2电磁联轴节；3一级蜗轮副；4二级蜗轮辐；5压下螺丝2.3.3 液压压下在冷轧机组和平整机上，可以采用“压下式”也可以采用“压上式”。采用“压上式”时，在轧机上部可以设置不带刚压下的电动压下机构以便做大行程的调整。“压下式”的液压缸设置在机架的上部，这种结构造价较高，所需的液压缸行程也很大，它的悬挂装置较为复杂，而且为了适应磨损后的轧辊直径，许配备不同厚度的垫块。但它的最大优点是电液伺服阀可装在液压缸附近，这不仅提高液压缸的反应速度，而且伺服阀的工作条件好，维护也方便。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 ；机械传动效率高；便于快速换辊，提高轧机作业率；过载保护简单，可靠。 图2-4 冷轧液压压下装置1平衡液压缸；2弧形垫块；3压下液压缸；4液压压力传感器；5垫片组；6上支承辊轴承座；7双向油缸；8销轴；9平衡架；10位置传感器；11高压油进油口压下与平衡装置 轧机的压下装置，也称上辊调整机构。它用以调整上轧辊的位置，保证绐定每道的压下量，由于钢板在轧制过程中，对轧制线的高低没有严格的要求，所以，一般钢板轧机上没有专门的压上装置，只是在必要时才用垫片调整。钢板轧机压下装置的类型如表25，根据参考文献。 表2-5 钢板轧机压下装置分类 类型驱 动 方 式 用 途快速调整装置电 动主要用于轧辊移动行程较大需要逐道调整的场合，如板胚轧机，中厚板轧机等慢速调整装置手 动只在道间调整换辊时才用自 动用于板带轧机、连扎机高反应速度频动微调装置液 压主要用于现代可逆式及连续式四辊板带轧机上。平衡装置的用途是：（1）保证上轧辊轴承座紧贴压下螺丝，即当压下螺丝向下移动时轴承座也跟着向下移动；当压下螺丝回升时，轴承座也随着向上移动，即消除压下螺丝与轴承座之间的间隙，以避免轧制时产生冲击载荷；（2）保证消除压下螺丝与螺母间的有害间隙，也即将因螺丝自重产生的上间隙转化为托起螺丝时产生的下间隙； （3）对四辊轧机来讲还应考虑消除上支承辊轴承与轴承座间的有害间隙，即将轴承衬中的上间隙转为下间隙。 在板带轧机上，一般采用液压平衡，五缸式或八缸式平衡；在小轧机上也有采用弹簧平衡的。 图2-6 精轧机座压下装置传动示意图1 测速发电机；2压下螺丝；3电动机；4电磁联轴器压下装置采用双电机驱动的原因是，电动机飞轮力矩小，相应的启动、制动时间短，故可缩短压下调整时间。在冷轧机上，为了能够精确地调整，螺纹螺距可取小些。但对四辊热轧钢板轧机，由于螺距过小及润滑不良等原因，现场曾多次出现压下螺丝与螺母咬死事故。2.4 上辊平衡装置上辊平衡装置的作用是消除轧制系统间隙，避免冲击。由于轧辊、轴承以及压下螺丝等零件自重的影响，在轧件进入轧机之前，这些零件之间不可避免地存在着一定的间隙。例如上辊轴承座和压下螺丝之间存在间隙（见图2-7），压下螺丝和螺母之间存在间隙。若不消除这些间隙，则喂钢时将产生冲击现象，使设备受到严重损害。为消除上述间隙，须设上辊平衡装置，它是压下装置的组成部分。抬起轧辊时起帮助轧辊上升的作用。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。 图2-7 上辊和压下螺丝及螺母间存在两处间隙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。1） 重锤平衡：此种平衡方式广泛应用于轧辊移动量很大的初轧机上，它工作可靠，维修方便。其缺点是设备重量大，轧机的基础结构较复杂。换辊时，务必先解除平衡锤的作用，即将平衡锤挂在专用的钩子上，或用专门的栓销横插在机架立柱内的纵槽内，锁住支杆，以解除平衡力对轧辊的作用。 2） 弹簧平衡：弹簧平衡主要用在上辊调整量很小的轧机上，型钢轧机、线材轧机一般都用这种平衡装置（图2-8）。弹簧置于机架盖上部，上辊的下瓦座通过拉杆吊挂在平衡弹簧上。当上辊上升时，弹簧放松，当上辊下降时，弹簧逐步压缩，弹簧力是随弹簧变形相应的轧辊位置而变化的（图2-9）。弹簧平衡的优点是简单可靠。缺点是换辊时要人工拆装弹簧，费力、费时。 图2-8 型钢轧机的弹簧平衡 图2-9 弹簧力与弹簧变形的关系3） 液压平衡：液压平衡是用液压缸的液压推力来平衡上轧辊等零件的重量的。它结构紧凑，使用方便，易于操作。它可使轧辊与压下螺丝无关地移动，这对于换辊和维修都很方便，但它的投资较大，维修也较复杂。液压平衡广泛用在四辊板带轧机上，也可应用于初轧机等大型轧机上。图2-10根据参考文献为五缸式平衡装置的一例，工作辊用四个油缸来平衡，而支承辊则用位于机架上面中央位置的一个油缸通过两根拉杆和两个横梁来平衡。五缸式平衡装置的优点是：缸的数量少，简化了下支承辊轴承座的加工。更换支承辊时，只要增大液压缸的工作压力，就可将整组支承辊系提起，有利于换辊操作，换辊时，上油缸固定不动，因此不必去拆油管，液压缸放在机架顶上，工作条件较好。五缸式的缺点是吊挂部分较笨重，机座高度较高。 图2-10 具有空气蓄力器的轧辊液压平衡简图 1上轧辊；2下轧辊；3压缩空气图2-11为八缸式液压平衡装置结构简图，四个直径较大的油缸平衡支承辊，其余四个直径较小的平衡工作辊。在有些轧机上这四个缸还起工作辊弯曲缸的作用，即用来调整辊型，液压缸的工作压力是可以调整的。其特点为：八缸式平衡装置比较紧凑，但这种平衡装置的缸数较多，而且每一套下支撑辊轴承座的备件都要有平衡缸，使加工轴承座较为复杂，换支承辊时增加了拆油管的手续。此外，在换支承辊和工作辊时，为了将成套轧辊组件提起，还必须在机座下部另设提升缸。 图2-11 八缸式液压平衡装置 1上支承辊轴承座；2上工作辊轴承座；3下工作辊轴承座现在在小型冷轧机上，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一下特点：（1）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；（2）上辊移动的行程较小（最大行程是按换辊决定的