【文章內(nèi)容簡介】 輥材質(zhì)不均，軋制力計(jì)算不準(zhǔn)確以及軋制時(shí)的沖擊載荷、應(yīng)力集中等影響，在軋輥的靜強(qiáng)度計(jì)算中，選軋輥的安全系數(shù)n=5進(jìn)行計(jì)算，許用應(yīng)力。 各種軋輥材質(zhì)許用應(yīng)力值軋輥材質(zhì)合金鍛鋼碳素鍛鋼碳素鑄鋼球墨鑄鐵合金鑄鐵鑄鐵許用應(yīng)力MPa140～200120～140100～120100～12080～9070～80 支承輥強(qiáng)度校核 支承輥材質(zhì)選球墨鑄鐵 [δ]=100~120MPa支承輥輥身受單向的均布載荷。圖中有壓下螺絲的中心間距a=5600mm；L為輥身長度，L=4300mm，其輥身中央有最大彎矩值，計(jì)算式如下： 通過前面的計(jì)算可得，第三道次的軋制力最大，P=，則輥身中央處彎矩計(jì)算式如下： 其彎曲應(yīng)力為 支承輥輥頸危險(xiǎn)斷面彎矩值為 其彎曲應(yīng)力為： 由此可見支承輥的強(qiáng)度足夠。σMPaL/mm均布力qP/2P/2 工作輥強(qiáng)度計(jì)算工作輥選球墨鑄鐵。工作輥只需要校核輥頭的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。在總共11道次中，第三道次的力矩最大M2=624()，一個(gè)工作輥所受的扭矩為Mn=M3/2=312()。工作輥的輥頭形式為平臺式，因此： 式中 ，是軋輥重車后的最小輥身直徑，取=1020mm所以 ；，取h=260mm；，取所以 L/ mm軋件所施加均布力支承輥所施加均布力因此工作輥強(qiáng)度足夠。 接觸應(yīng)力的計(jì)算四輥軋機(jī)支承輥和工作輥之間承載時(shí)有很大的接觸應(yīng)力，在軋輥設(shè)計(jì)及使用時(shí)應(yīng)進(jìn)行校核計(jì)算。(Hertz)理論，最大壓應(yīng)力的計(jì)算公式為： 式中 q—作用在接觸面上的均布載荷、—兩接觸輥得半徑，；—和軋輥材質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，、E分別為軋輥的泊松比和彈性模量支承輥選合金鍛鋼，取；，取；工作輥選球墨鑄鐵，??；，取帶入上面的公式得： 帶入接觸應(yīng)力計(jì)算式得：對于通常軋輥的許用接觸應(yīng)力值在1500～2000MPa之間，許用剪切應(yīng)力，所以軋輥滿足接觸強(qiáng)度。 電機(jī)發(fā)熱過載校核 在可逆式軋機(jī)中，軋制過程是軋輥首先在低速咬入軋件，然后提高軋件的速度進(jìn)行軋制，之后又降低軋制速度，實(shí)現(xiàn)低速拋出。主電機(jī)的過載校驗(yàn)： [[] [M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995，7894.] 式中 —電機(jī)在軋制過程中承受的最大轉(zhuǎn)矩； —電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩； —電機(jī)的允許過載系數(shù)。一般型與型直流電動機(jī)在額定磁通下，值可選為。對于專為軋鋼機(jī)使用的型和型電機(jī)以及同步電機(jī)，過載系數(shù)為。因此本次設(shè)計(jì)中。電機(jī)的過載校核，則電機(jī)的額定力矩為： 當(dāng)主電機(jī)的波動負(fù)荷圖圖確定后，就可以對電機(jī)的功率進(jìn)行計(jì)算，這項(xiàng)工作包括兩部分：一是由負(fù)荷圖計(jì)算出等效力矩不能超過電動機(jī)的額定力矩；二是負(fù)荷圖的最大力矩不能超過電動機(jī)的允許過載負(fù)荷和持續(xù)時(shí)間。等效力矩計(jì)算公式： 式中 —等效力矩；—軋制時(shí)間內(nèi)各段純軋制時(shí)間的總和；—軋制周期內(nèi)各段間隙時(shí)間的總和；—各段軋制時(shí)間所對應(yīng)的力矩；—各段間隙時(shí)間所對應(yīng)的空轉(zhuǎn)力矩。根據(jù)數(shù)據(jù)算得而電機(jī)的額定功率為6000KW，則其額定轉(zhuǎn)矩，工作轉(zhuǎn)矩極限轉(zhuǎn)矩。通過前面計(jì)算：，每次空轉(zhuǎn)力矩相同=()得到： 所以電機(jī)能力滿足生產(chǎn)所需能力，它的工作是安全的。[9]~[11]5 軋制變形規(guī)程的優(yōu)化隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷普及與提高，優(yōu)化方法已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域的研究、生產(chǎn)和設(shè)計(jì)工作。軋制變形規(guī)程是軋制工藝的基本內(nèi)容之一，最優(yōu)的變形規(guī)程是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗地生產(chǎn)軋制產(chǎn)品的基本保證，也是我們追求的目標(biāo)。采用優(yōu)化方法制定最優(yōu)的軋制規(guī)程，能夠充分發(fā)揮軋機(jī)的生產(chǎn)能力，降低軋制能耗，而且能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量。對于計(jì)算機(jī)控制的軋機(jī)，更便于應(yīng)用。為了使優(yōu)化軋制變形規(guī)程變得更加便捷準(zhǔn)確，我利用VB語言編寫了一個(gè)控制軋制工藝流程的程序，取得了一些成果，并利用該程序?qū)堉乒に嚵鞒踢M(jìn)行了優(yōu)化。[12] 軋制變形規(guī)程程序的設(shè)計(jì)及運(yùn)用中厚板的軋制規(guī)程主要包括壓下制度、速度制度、溫度制度和輥型制度。壓下制度主要是確定軋制道次及每次軋制道次的壓下量；速度制度則是在主電機(jī)加、減速度一定的前提下，確定每道次的咬入速度、拋出速度及最大的軋制速度；而溫度制度則是確定開軋溫度、終軋溫度以及各道次軋制過程中的溫度變化；輥型制度是根據(jù)使用的原料和軋制的品種，考慮到軋輥的彈性彎曲、熱膨脹及磨損等確定合理的輥型，是軋制過程輥縫保持平直，以得到橫斷面厚度均勻的產(chǎn)品。在計(jì)算機(jī)控制的現(xiàn)代化中厚板軋機(jī)上，按生產(chǎn)條件確定的模型在線進(jìn)行計(jì)算，并得到壓下制度后進(jìn)行軋機(jī)控制。而且通過實(shí)測對原壓下制度進(jìn)行再整定和自適應(yīng)計(jì)算，及時(shí)修正。這比人工制定壓下制度和控制軋機(jī)要優(yōu)越，并能夠軋制出精度更高、質(zhì)量更好的產(chǎn)品。 軋制規(guī)程程序框圖我設(shè)計(jì)的軋制變形規(guī)程程序的基本操作如下：第一步：程序運(yùn)行之后，屏幕上提示輸入坯料尺寸，軋輥尺寸，軋制速度，總軋道次，開始軋制道次，二次軋制道次，開軋溫度等。 軋制規(guī)程程序初始界面 第二步：先、點(diǎn)擊刷新按鈕后，進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，及確定開軋為橫軋或者縱軋被輸入的數(shù)據(jù)是隨著具體情況而變的數(shù)據(jù)值，是根據(jù)生產(chǎn)狀況和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定的有效值。數(shù)據(jù)的靈活性使它能方便地應(yīng)用于多種生產(chǎn)情況和多種坯料的生產(chǎn)領(lǐng)域。第三步：輸入力臂系數(shù)后，點(diǎn)擊刷新按鈕進(jìn)行軋制壓下量的輸入，軋制道次每輸入 一道，按一次輸入，按一次顯示鍵， 軋制規(guī)程程序操作界面第四步：查看各道次鋼板尺寸以及軋制時(shí)間、壓下量、壓下率、軋制溫度，軋制力軋制力矩等。 軋制規(guī)程程序結(jié)束界面 軋制變形規(guī)程的優(yōu)化中厚板的軋制方法很多。例如，全橫軋法、橫軋縱軋法等等。為提高成材率，還常采用平面形狀控制軋制法。例如，厚邊展寬軋制法（MAS法）、狗骨（Dog Bone）軋制法、薄邊展寬軋制法、立輥軋邊法、咬邊返回軋制法、留尾軋制法和無切邊軋制法等，這些軋制方法都是為了使成品鋼板矩形化，以減少切損。這些軋制方法也可以說是優(yōu)化的軋制方法，在專題中會進(jìn)行具體介紹。中厚板的軋制過程與初軋機(jī)板坯有相似之處。中厚板軋機(jī)一般為單機(jī)架或雙機(jī)架布置的四輥軋機(jī)，可逆軋制。對中厚板軋制規(guī)程進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，約束條件除咬入條件，軋輥強(qiáng)度條件，主電機(jī)能力，主電機(jī)加、減速度及軋制速度的限制條件外，還需要考慮到板型條件，尤其是在精軋過程中。 咬入條件中厚板在成型軋制及粗軋時(shí)，由于坯料的厚度大、溫度高、壓下量大，所以咬入條件是限制壓下量的因素之一。即軋制的各道次壓下量應(yīng)小于最大允許壓下量。式中— 最大允許壓下量； — 軋輥直徑； — 最大允許咬入角； — 軋輥與軋件間的摩擦系數(shù)。平輥熱軋?zhí)间撝泻癜澹堉茰囟仍?00℃以上、軋制速度在5m/s以下時(shí)，摩擦系數(shù)可由下式計(jì)算鋼質(zhì)軋輥 冷硬鑄鐵軋輥 式中 — 軋制溫度，℃； — 軋制線速度，m/s。根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料，平輥熱軋時(shí)最大咬入角與軋制速度有如下近似關(guān)系： 最大咬入角與軋制速度的關(guān)系軋制速度（m/s）0最大咬入角α（176。）252322211711 二輥和四輥可逆式中厚板軋機(jī)的軋制速度可調(diào)，因此可采用低速咬入，所以實(shí)際的最大咬入角可以增大到22176。到25176。綜上，咬入角可增大到22176。，則。 咬入條件操作界面 咬入條件程序框圖 速度條件軋制中厚板要提高產(chǎn)量，一是減少軋制道次，加大各道次壓下量；二是使軋制周期縮短，確定合理的咬入和拋出速度。軋制速度的限制條件應(yīng)滿足最大軋制速度條件，咬入，拋出轉(zhuǎn)速應(yīng)大于軋輥允許的最小轉(zhuǎn)速、小于軋輥允許的最大轉(zhuǎn)速，即 式中 — 軋輥允許的最大轉(zhuǎn)速； — 軋制時(shí)軋輥的最大轉(zhuǎn)速； 、 — 軋件咬入、拋出時(shí)的軋輥轉(zhuǎn)速。 咬入、拋出轉(zhuǎn)速的確定應(yīng)使軋制周期短，則應(yīng)使每一道次的軋制時(shí)間短，咬入、拋出轉(zhuǎn)速越低則軋制時(shí)間越短。但是咬入、拋出轉(zhuǎn)速的確定，必須保證軋制的間隙時(shí)間滿足操作要求，即要大于壓下調(diào)整和回送軋件的時(shí)間，故有 式中 — 兩道次軋制間的間隙時(shí)間； — 后一道次的咬入速度； — 前一道次的拋出速度； 、 — 主電機(jī)的加、減速度。 速度條件程序框圖 速度條件操作界面 除上述條件外，約束條件還可為軋輥的強(qiáng)度條件、電機(jī)能力限制條件、板型良好條件、穩(wěn)定條件、鋼板組織性能的限制條件等。采用優(yōu)化方法制定最優(yōu)的軋制規(guī)程，能夠充分發(fā)揮軋機(jī)的生產(chǎn)能力，降低軋制能耗，而且能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量。對于計(jì)算機(jī)控制的軋機(jī)，更便于應(yīng)用。專題平面形狀控制厚板平面形狀控制技術(shù)也就是矩形化軋制技術(shù)。厚板軋制對板坯先進(jìn)行展寬軋制，然后再進(jìn)行長度方向的延伸軋制。由于塑性變形的特點(diǎn)在軋制中軋件寬度方向變形不均勻，尤其在板坯頭尾部更易產(chǎn)生變形不均勻，所以軋制后鋼板形狀不僅偏離矩形，而且沿長度方向上的寬度也產(chǎn)生不均勻展寬。當(dāng)軋制的寬展比較大時(shí)（）鋼板呈桶形（鼓形）形狀；而寬展比較小時(shí)（）鋼板側(cè)邊呈凹形，鋼板的頭尾形狀不齊多呈魚尾形狀。造成厚板的切頭、切尾和切邊損失大，從而降低成材率。1 平面形狀控制概況(1) 成材率成材率是企業(yè)管理水平、工藝裝備水平、技術(shù)操作水平和產(chǎn)品質(zhì)量的綜合體現(xiàn)。提高成材率是鋼鐵工業(yè)節(jié)約原料和能源、降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。鋼鐵產(chǎn)品中，原料費(fèi)用占成本82％以上。[13] 如何投入一定的原料，生產(chǎn)出盡可能多的產(chǎn)品，使企業(yè)獲得最高的利潤，成為企業(yè)始終追求的目標(biāo)。所謂成材率，其含義是指投入一定數(shù)量的原料所產(chǎn)生出合格鋼材的多少。就統(tǒng)計(jì)概念來講，它是所獲合格品量與所耗原料量的百分比，其計(jì)算公式為： 式中，為中厚板成材率，為成品鋼板厚度：為成品鋼板寬度(雙幅軋制時(shí)．為累計(jì)寬度)；為成品鋼板長度(多倍尺軋制時(shí)，為累計(jì)長度)；為平均軋制扳厚：為平均軋制板寬 為試樣長度；為平均軋制長度；為氧化鐵皮損耗率；為鋼板密度；為板坯密度。各種損耗占中厚板成材率損失的比如圖1，從圖1可以看出，鋼板尺寸計(jì)劃余量約占總損耗的36％，切頭尾和切邊損失約占總損耗的23％和26％．三項(xiàng)損失之和高達(dá)總損耗的85％。由此可知，若能有效降低前三項(xiàng)損耗，中厚板成材率將會有很大提高。[14]圖1 各種損耗占成材率損失的比例 針對影響中厚板成材率的主要因素，人們采取了多種途徑來提高鋼板成材率，如：改善鋼水質(zhì)量，進(jìn)行無缺陷鑄坯生產(chǎn)；加大坯料單重，對特定規(guī)格鋼板實(shí)行雙倍尺或三倍尺軋制等。還有理論研究指出，通過改變連鑄坯斷面形狀，減少軋制時(shí)板邊折疊量的方法也能提高中厚扳成材率，但這需要綜合考慮連鑄工藝的可行性及生產(chǎn)成本。[15](2) 平面形狀控制技術(shù)發(fā)展史1979年日本水島廠最早開發(fā)成功了平面形狀控制技術(shù)(Mizushiam Automatic Plan View Patem Control System)，簡稱MAS，它是利用絕對液壓AGC系統(tǒng)，在軋制開始的成形道次和展寬道次中，將板坯前后兩端與中部相比給予不同的壓下量而軋成楔形，使軋件在軋制終了時(shí)呈近似矩形[8]，克服以往鋼板頭尾部出現(xiàn)的魚尾狀和兩側(cè)出現(xiàn)的鼓桶形，從而可減少頭尾和兩側(cè)的切損約3％～4％。[16]設(shè)置立輥機(jī)架和實(shí)行寬度自動控制(AWC)為克服軋成的鋼板兩側(cè)出現(xiàn)重疊或凹形缺陷，減少切邊量(多達(dá)60～100mm)，于80年代日本就開始對舊機(jī)組進(jìn)行改造，增加立輥機(jī)架，如鹿島廠立輥機(jī)架系獨(dú)立型，距粗軋前約9m；水島廠立輥機(jī)架布置在靠近水平機(jī)架之后；演變到浦項(xiàng)2號厚板軋機(jī)于1989年在精軋機(jī)架前增設(shè)了附著式立輥機(jī)架(距水平機(jī)架僅4m)，同時(shí)增建了有同～型式的粗軋機(jī)，這是世界上目前唯一的有兩架立輥的厚板軋機(jī)。1997年10月投產(chǎn)的浦項(xiàng)3號厚板軋機(jī)辦有同型的立輥機(jī)架。利用立輥的功能設(shè)置了寬度自動控制。鹿島和浦項(xiàng)2號厚板軋機(jī)利用立輥的短行程控制功能，對板坯前后兩端與中部給予不同的側(cè)壓量，從而使板坯在展寬終了時(shí)能獲得近似矩形的軋件，也起到了平面形狀控制的作用。水島廠在MAS的基礎(chǔ)上，于1985年還丁F發(fā)了TFP術(shù)(1rTlmming rreeplate)，中文直譯為不切邊鋼板，實(shí)際上由于廢邊量很小，不用圓盤剪或剪機(jī)切邊，而改用銑刀銑邊。在實(shí)行MAS控制的同時(shí)，以立輥對鋼板兩側(cè)進(jìn)行帶前饋的自動控寬(FFAWC)。水島廠以MAS+TFP的效果，使成材率穩(wěn)定在94％以上，是目前世界上最高的厚板成材率。[17]為了提高中厚板的成材率，我國學(xué)者進(jìn)行了多方面的探索和研究，通過平面形狀控制來提高成材率是諸多研究工作中的一個(gè)重要方面。我國東北大學(xué)的學(xué)者在研究平面形狀控制方面做出了重要貢獻(xiàn)。[18] 1996～1999年，東北大學(xué)的熊尚武、朱祥霖等[19]與本溪鋼鐵公司的韓力等采用鉛作為模擬材料，對熱帶粗軋機(jī)組平輥立軋及隨后水平軋制時(shí)軋件寬度變化規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并在實(shí)驗(yàn)研究及有限元解析基礎(chǔ)上，對本鋼熱連軋粗軋機(jī)組調(diào)寬過程中，板坯的變形規(guī)律數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，提出了現(xiàn)場工藝的改進(jìn)方案。199