华北理工孔型设计讲义06连轧机孔型设计

第六章连轧机孔型设计连续轧制的基本概念一根轧件同时在两个或两个以上的机架中轧制并且各架秒流量相等，这样的轧制称为连续轧制，亦简称连轧(图4-77)。为了避免轧件在机架之间产生较大的拉力或推力，连轧机孔型设计时，应基本遵守连轧各道金属秒流量相同的原则。即：式中—第1、2、…、n道轧件出口速度。—第1、2、…、n道轧件轧后的断面面积。将各机架轧辊工作直径，轧辊转数和轧件的前滑代入上式，则有：或——各道前滑值。由上式可知，影响连轧机秒流量值变化的有现分述如下:1各道轧件轧后的断面积轧制时轧件轧后断面积计算的准确性直接影响秒流量计算的准确性，进而影响连轧状态的稳定性。故断面面积的计算方法至关重要。后面将时断面面积的计算作专题介绍。在轧制过程中各道轧件轧后的断面面积不可能是固定不变的，其原因是:由于调整或轧件温度变化引起辊缝值的变化；由于轧件温度变化引起宽展量的变化;孔型的磨损等。所以在轧制过程中各道轧件的实际断面面积不可能恰好等于孔型设计的各道轧件的断面面积。2轧辊工作直径的影响轧辊工作直径即为轧制时轧件出口断面平均轧制速度所对应的轧辊直径可用下式计算:式中—轧辊工作直径，mm；—轧辊辊环直径，mm；—辊缝，mm；—轧件出口断面平均高度，，mm；—轧件出口断面面积，mm2；—轧件出口宽度，mm。各机架轧辊的工作直径应严格按式4-107计算。由于工作直径计算不当。或由于立孔型的磨损，都会影响各架秒流量的变化，这对集体传动的连轧机尤其重要。因为这种连轧机不能通过调速来调节秒流量。3转速的影响对直流电机单独传动的连轧机，调节各机架秒流量的最有效方法是改变轧辊转速，而集体传动的连轧机则不能采用这种办法。采用调速方法调整本机架与后机架的连轧关系时，必须使本机架的轧辊转速与其前方各机架的转速按一定的比例关系进行增速或减速(通过电器实现)。才能使各机架之间保持正确的堆拉关系。在此情况下尚须注意直流电机在轧制负荷下的动态速降与静态速降的影响。4前滑的影响由前滑公式可知，前滑S是随轧件的厚度减小而增大，即。到目前为止还没有精确计算孔型中前滑的公式。型钢轧制时，前滑由以上四个影响因素可以看出，在实际生产中想保持各机架的秒流量绝对相等是不可能的。为了控制轧制过程的顺利进行和连轧机孔型设计方便，往往忽略前滑，将秒流量相等方程写成如下形式：式中—连轧常数。此式在形式上是相等的，实际上是不等的。囚为忽略了前滑的影响，采用上式进行孔型设计势必造成轧制时轧件在各机架间有一定的张力，但张力不大，可满足实际轧制的要求。为了保证稳定轧制，根据连轧机的布置型式、各机架之间的距离及轧件断面的大小可采用拉钢或堆钢轧制。常用堆钢或拉钢率表示堆拉钢的程度。堆钢或拉钢率上式若为正值称拉钢率，负值则为堆钢率。式中、顺轧制过程第、架的连轧常数。也可以用堆拉钢系数表示，写成：大于1为拉钢，小于1为堆钢。堆拉率与堆拉系数的关系为:在顺序式布置的连轧机间应保持拉钢轧制，在有活套形成器的机架间也可采用堆钢轧制。精轧孔型之间的拉钢率一般为0.5%~1.5%;中轧孔型之间的拉钢率为1%~3%;粗轧孔型之间为1.5%~3.5%。多槽轧制时选上限，单槽或双槽轧制时选下限。在横列式轧机上采用活套轧制时，一般都采用堆钢轧制。为了减小活套过大的缺点，可采用按轧制顺序逐道增大辊径的方法，以减少活套的长度。在复二重式连轧机上，套轧部分孔型一般为方孔型进椭圆孔，它们之间可采用堆钢轧制或拉钢轧制。小断面(边长10mm以下)的坯料常采用堆钢轧制堆钢率为0.5%~1%。大于10mm的精轧孔及中轧孔多采用拉钢轧制，拉钢率为1%~2%。图4-78为半连续式轧机各机架之间堆拉钢率的选择范围。连轧的三种轧制状态型钢连轧机，尤其是线材和棒材连轧机均存在三种连轧状态。1自由轧制状态各机架秒流量相等。由于而式中代入上式则有：设则对于单独传动的连续式轧机。万能型钢连轧机均可按自由轧制状态。即各架秒流量相等的方法进行孔型设计。但是，在实际生产中保持秒流量恒等是不可能的。不过，由于各种因素造成的秒流量变化可以通过调整电机转速进行调节。2拉钢轧制顺轧制方向，每一道的秒流量都大于前一道的秒流量，即：设拉钢系数为，则大于1为拉钢轧制，小于1为堆钢轧制。也可写成…则总延伸系数可以写成设计时可按上述关系分配各道延伸系数。3堆钢轧制顺轧制方向，每一道的秒流量都小于前一道的秒流量。即：在机架之间形成活套，这种轧制状态只能产生在有活套形成条件的机架间。活套长度可用下式计算(图4-79):当、架轧辊工作直径相等时：式中—第n道轧件长度；—轧件从n道到n+1道咬入时轧件走过的距离。在线棒材轧制中，有活套形成条件时均可采用堆钢轧制。因为堆钢轧制有利于保证断面尺寸精度。连轧机孔型设计的方法与步骤连轧机孔型设计原则在实际生产中，如轧制温度、孔型磨损、轧件与轧辊之间的摩擦系数，以及轧机调整等轧制条件的改变，都会直接影响到轮出各孔型的断面尺寸、轧辊工作直径和前滑值的变化。因而在实际生产中，只能相对地位各机架的接近于值。为了控制轧制过程顺利地进行，在设计连轧机孔型或调整轧机时，常按如下原则进行：1)在钢坯连轧机或型钢连轧机组中，轧制轧件断面大于12×12mm2的型钢，当设计孔型或调整轧机时，一般是有意识地给以一定的拉钢，其目的是为了避免堆钢事故。2)在轧制断面小于相当12×12mm2的轧件时，在机架之间可采用活套轧制，即用堆钢轧制，但也应根据有无形成活套的条件而定。若机架间距小，没有形成活套的条件，也应采用微拉或微张力轧制。小断面或薄的轧件可采用堆钢轧制是由于堆钢不会影响轧件的宽度，在机架间也不会形成很大的推力，因而不易造成设备事故。连轧机孔型设计方法一单独传动的连轧机单独传动的连轧机，一般每个机架常常是用直流电机单独传动，轧辊转速有较大范围的选择，因此开始设计孔型时不必过分地考虑连轧常数，可先按前述的一般方法设计孔型，将其面积用几何方法计算或用面积仪测量出来。此面积应是金属实际充填的面积。为算出孔型的工作辊径，将上面求得的孔型面积，被孔型中金属充填的最大宽度去除，得出孔型的平均高度：式中——孔型面积，mm2；——金属充填孔型的最大宽度。mm——孔型的平均高度，mm；用轧辊的名义直径减去，得工作辊径式中——轧辊名义直径，mm——轧辊工作直径。按前滑公式计算出各孔的前滑值。根据工艺要求的成品机架的轧制速度，在电机允许的范围内选择成品孔的转速。计算成品机架的连轧常数：式中：——成品孔面积，mm2；——成品机架轧辊工作辊径，mm——成品机架轧辊转速，r／min；——成品机架前滑值。根据求出其它各机架轧辊的转速假若上面所求得的转速中，个别机架的转速超出了电机所允许的最高或者最低范围，则可把各架的转速普遍增一个数值或减少一个数值，以满足电机的要求。如果这样调整后又引起其它机架轧辊转速超出电机的允许值，这说明我们设计的孔型延伸系数分配非常不当，应调整延伸系数，重新设计孔型。二集体传动连轧机A新设计的连轧机连轧机设计的依据是工艺设计，所以进行连轧机设计时必须知道该轧机的生产能力、产品和坯料规格，以及生产各种产品的合理孔型设计。对这类连轧机应首先按一般孔型设计方法设计各种产品的合理孔型，之后确定各机架的轧辊工作直径，最后确定各机架的轧辊转速。由此不难看出，这类轧机的孔型设计和单独传动的连轧机的孔型设计是相同的。B已有的成组集体传动的连轧机这类连轧机各机架轧辊的转速已经确定，而且是固定不变的，因此要保持各机架秒流量相等只有靠调整各机架轧件形状和尺寸以及轧辊平均工作直径来解决，而它们之间又是相互影响的，所以这类连轧机的孔型设计比较复杂。对集体传动的连轧机，由于设备结构的限制，连接轴的倾角也不能太大，所以各机架的轧辊直径也不能变化太大。如按各机架秒流量相等设计，则有：如按堆拉系数关系设计，则有：由上式可知，除第一机架外，各机架的延伸系数是不能任意选择的。它取决于与前一机架轧辊的转速比。总延伸系数取决于轧件在第一机架的延伸系数和各架轧辊转速与前一机架轧辊转速之比，及堆拉系数，因此，当成品断面一定时，坯料的断面尺寸就基本上是固定的。成组集体传动连轧机孔型设计的步骤A新设计成组集体传动的连轧机孔型设计的步骤比较简单，可参照上述连轧机孔型设计的方法进行：1)按一般的孔型设计方法与步骤，将各机架的孔型设计出来。2)根据孔型的实际充满情况，计算或测量各机架的轧件面积、轧辊平均工作直径前滑值。3)根据生产工艺要求，确定成品机架的轧辊转速机，并计算孔型设计常数。4)根据各机架连轧常数相等的原则，则使，计算各机架的轧辊转速：5)计算主传动电机转速与各机架轧辊转速的转速比，即。6)根据设计制造新的减速机。7)如果设计制造的减速机不合理，则可调整和修正影响的轧辊直径及孔型的有关参数来改变，然后再重新计算设计减速机。B已有的成组集体传动的连轧机根据上述连轧机孔型设计方法可知，已有的连轧机孔型设计比较复杂，其设计步骤可归纳如下：(1)根据成品规格确定热状态成品轧件的断面尺寸，面积和连轧常数。(2)根据轧辊转速和堆拉钢系数确定各机架孔型中轧件的延伸系数和轧后轧件面积:…坯料的断面面积和尺寸，主要由咬入条件、电机能力、轧辊强度及第1孔和尺寸来确定。(3)根据各中间方轧件面积确定中间方轧件边长。(4)根据中间方边长确定孔型尺寸；(5)按两方夹一扁的设计方法计算中间扁轧件的形状和尺寸；(6)根据中间扁轧件形状和尺寸设计孔型的形状和尺寸；(7)根据各道轧辊和轧件尺寸计算各道轧辊工作直径;(8)计算各架轧机连轧常数(9)计算各架轧机间的堆拉钢系数，与设定值进行比较。若相差过大，则通过修改孔型和轧辊直径的方法修正连轧常数。直至满意为止;(10)画出孔型图和配辊图。应指出，在设计连轧机孔型时，对于确定各孔型的轧件断面面积务必精确，必须考虑孔型各处圆角的大小，充满程度，轧槽中的凸凹形状及其大小等。否则会使连轧常数计算不准确，在轧制中形成严重的拉钢或堆钢现象，其至不能轧制。为了更好地控制连轧过程，最好计算出在孔型中轧件尺寸允许变化的范围，和相应的或的变化和其差值，或堆拉系数的变化。总之，最好能事先计算出各种调整方案。还应指出，在连轧机上轧制断面较大的轧件时，除第1机架外，其他各机架的允许咬入角可比一般轧机的咬入角略大些。这是因为连轧咬入时，轧件受到前一机架的较大推力而形成强迫咬入。在轧辊不刻痕时达在轧辊有刻痕时达。当轧件断面较小时，则应使其咬入条件可靠、咬入顺利，否则会造成堆钢。无扭高速线材轧机孔型设计高速无扭线材轧机的两个核心是高速无扭精轧机和轧后控制冷却。高速无扭精轧机的特点是无扭转，微张力连续轧制，其辊径小（），速度快，终轧速度已达120，精度高，成品公差，采用高硬度极耐磨的碳化钨轧辊，这些特定的条件对孔型设计和连轧带来了困难和新的问题。孔型系统高速无扭精轧机相邻机架互为交叉布置，孔型系统有两种：椭圆—圆孔型或椭圆—椭圆—圆孔型系统。变形系数延伸系数高速无扭精轧机的延伸系数取值见REF_Ref278482477表6-1，每对圆孔的延伸系数取值见REF_Ref278482880表6-2，一般10架精轧机总延伸系数为9.3~9.5，8架精轧机一般为6.1~6.3。表STYLEREFu正文1级标题\n6-SEQ表\*Arabic\r11无扭精轧机延伸系数孔型序号K10K9K8K7K6K5K4K3K2K1延伸系数1.25~1.31.22~1.241.26~1.281.23~1.241.27~1.281.24~1.251.27~1.281.24~1.251.26~1.271.23~1.24表STYLEREFu正文1级标题\n6-SEQ表\*Arabic\n2圆孔型间延伸系数参数延伸系数孔型序号K9~K11K7~K9K5~K7K3~K5K1~K3延伸系数1.54~1.561.55~1.571.58~1.591.57~1.591.56~1.57精轧机圆孔的延伸系数比椭圆孔的延伸系数小2%~3%。两圆孔型的延伸系数一般为K5~K7为最大，K9~K11和K1~K3都要比K5~K7小2%~3%。这考虑了K9~K10往往采用小辊径、压力大、负荷重，为设备设计和制造创造条件；K1~K3接近成品，所以略小一些。宽展高速无扭精轧机圆孔的值小于0.4，椭圆孔的值在0.65~0.73之间，一般为0.7左右。为某厂高速无扭精轧机的宽展系数取值范围。表STYLEREFu正文1级标题\n6-SEQ表\*Arabic\n3某厂高速无扭精轧机宽展系数取值范围孔型序号K10K9K8K7K6K5K4K3K2K1A厂0.670.40.70.340.550.350.680.40.670.35B厂0.610.370.710.390.70.370.730.38宽展计算公式：式中—宽展系数；—轧制前后轧件断面宽度；—温度修正系数；—轧制速度修正系数；—轧件钢种修正系数；—轧辊材质和表面加工情况修正系数；—；—轧制前、后轧件断面积平均高度；—宽展指数；—辊径指数，，为轧辊的工作辊径；—形状系数，。孔型尺寸确定无扭高速线材轧机的孔型设计在确定成品尺寸后确定孔的面积和尺寸，选择两个圆之间合适的延伸系数，计算出前面圆孔的面积和尺寸，设计出K3、K5、K7、K9孔型的面积和尺寸，根据椭圆与圆的延伸系数关系，计算出椭圆孔的面积。图STYLEREFu正文1级标题\n6-SEQ图\*Arabic\n1圆孔尺寸图STYLEREFu正文1级标题\n6-SEQ图\*Arabic\n2椭圆孔尺寸圆孔尺寸的确定根据成品尺寸,选择两个圆孔之间的延伸系数,确定各圆孔的面积和尺寸.再根据圆孔的设计方法设计圆孔尺寸.如图7-15所示为高速无扭精轧机的圆孔型,圆孔型尺寸计算如下:孔型高度为:式中d—小圆直径;D—大圆直径;—两个圆孔之间的延伸系数。轧件宽度为:式中1.016—热膨胀系数;辊缝：S＝1~1.5mm。张开角：圆弧半径R：孔型槽口宽度为：椭圆孔的尺寸如图7-16所示为高速无扭精轧机的椭圆孔型，椭圆孔型尺寸计算如下。孔型高度为：轧件宽度为：椭圆孔其余尺寸的确定如下。辊缝:S=1.5~2mm。圆弧半径R：椭圆轧件的面积：孔型磨损对连轧的影响椭圆孔的磨损程度大于圆孔的磨损程度。孔型磨损一定程度时，其椭圆面积增量大于面积增量，即椭圆－圆孔型系统磨损后，轧制向堆钢方向发展。调整对连轧常数的影响轧制过程的调整使其各道次的秒流量相等，在圆－椭圆－圆孔型中（K1－K2－K3）在调整时，放大前面的来料面积，K2与K1之间增加