【文章內容簡介】 輥材質不均，軋制力計算不準確以及軋制時的沖擊載荷、應力集中等影響，在軋輥的靜強度計算中，選軋輥的安全系數n=5進行計算，許用應力。 各種軋輥材質許用應力值軋輥材質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力MPa140～200120～140100～120100～12080～9070～80 支承輥強度校核 支承輥材質選球墨鑄鐵 [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，計算式如下： 通過前面的計算可得，第三道次的軋制力最大，P=，則輥身中央處彎矩計算式如下： 其彎曲應力為 支承輥輥頸危險斷面彎矩值為 其彎曲應力為： 由此可見支承輥的強度足夠。σMPaL/mm均布力qP/2P/2 工作輥強度計算工作輥選球墨鑄鐵。工作輥只需要校核輥頭的扭轉應力。在總共11道次中，第三道次的力矩最大M2=624()，一個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度足夠。 接觸應力的計算四輥軋機支承輥和工作輥之間承載時有很大的接觸應力，在軋輥設計及使用時應進行校核計算。(Hertz)理論，最大壓應力的計算公式為： 式中 q—作用在接觸面上的均布載荷、—兩接觸輥得半徑，；—和軋輥材質有關的系數，、E分別為軋輥的泊松比和彈性模量支承輥選合金鍛鋼，取；，??；工作輥選球墨鑄鐵，?。?，取帶入上面的公式得： 帶入接觸應力計算式得：對于通常軋輥的許用接觸應力值在1500～2000MPa之間，許用剪切應力，所以軋輥滿足接觸強度。 電機發(fā)熱過載校核 在可逆式軋機中，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行軋制，之后又降低軋制速度，實現低速拋出。主電機的過載校驗： [[] [M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995，7894.] 式中 —電機在軋制過程中承受的最大轉矩； —電機的額定轉矩； —電機的允許過載系數。一般型與型直流電動機在額定磁通下，值可選為。對于專為軋鋼機使用的型和型電機以及同步電機，過載系數為。因此本次設計中。電機的過載校核，則電機的額定力矩為： 當主電機的波動負荷圖圖確定后，就可以對電機的功率進行計算，這項工作包括兩部分：一是由負荷圖計算出等效力矩不能超過電動機的額定力矩；二是負荷圖的最大力矩不能超過電動機的允許過載負荷和持續(xù)時間。等效力矩計算公式： 式中 —等效力矩；—軋制時間內各段純軋制時間的總和；—軋制周期內各段間隙時間的總和；—各段軋制時間所對應的力矩；—各段間隙時間所對應的空轉力矩。根據數據算得而電機的額定功率為6000KW，則其額定轉矩，工作轉矩極限轉矩。通過前面計算：，每次空轉力矩相同=()得到： 所以電機能力滿足生產所需能力，它的工作是安全的。[9]~[11]5 軋制變形規(guī)程的優(yōu)化隨著計算機應用技術的不斷普及與提高，優(yōu)化方法已經應用于各個工程技術領域的研究、生產和設計工作。軋制變形規(guī)程是軋制工藝的基本內容之一，最優(yōu)的變形規(guī)程是優(yōu)質、高產、低消耗地生產軋制產品的基本保證，也是我們追求的目標。采用優(yōu)化方法制定最優(yōu)的軋制規(guī)程，能夠充分發(fā)揮軋機的生產能力，降低軋制能耗，而且能夠保證產品的質量。對于計算機控制的軋機，更便于應用。為了使優(yōu)化軋制變形規(guī)程變得更加便捷準確，我利用VB語言編寫了一個控制軋制工藝流程的程序，取得了一些成果，并利用該程序對軋制工藝流程進行了優(yōu)化。[12] 軋制變形規(guī)程程序的設計及運用中厚板的軋制規(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品。在計算機控制的現代化中厚板軋機上，按生產條件確定的模型在線進行計算，并得到壓下制度后進行軋機控制。而且通過實測對原壓下制度進行再整定和自適應計算，及時修正。這比人工制定壓下制度和控制軋機要優(yōu)越，并能夠軋制出精度更高、質量更好的產品。 軋制規(guī)程程序框圖我設計的軋制變形規(guī)程程序的基本操作如下：第一步：程序運行之后，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、點擊刷新按鈕后，進行數據輸入，及確定開軋為橫軋或者縱軋被輸入的數據是隨著具體情況而變的數據值，是根據生產狀況和生產經驗確定的有效值。數據的靈活性使它能方便地應用于多種生產情況和多種坯料的生產領域。第三步：輸入力臂系數后，點擊刷新按鈕進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，在專題中會進行具體介紹。中厚板的軋制過程與初軋機板坯有相似之處。中厚板軋機一般為單機架或雙機架布置的四輥軋機，可逆軋制。對中厚板軋制規(guī)程進行優(yōu)化時，約束條件除咬入條件，軋輥強度條件，主電機能力，主電機加、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，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。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，摩擦系數可由下式計算鋼質軋輥 冷硬鑄鐵軋輥 式中 — 軋制溫度，℃； — 軋制線速度，m/s。根據實驗資料，平輥熱軋時最大咬入角與軋制速度有如下近似關系： 最大咬入角與軋制速度的關系軋制速度（m/s）0最大咬入角α（176。）252322211711 二輥和四輥可逆式中厚板軋機的軋制速度可調，因此可采用低速咬入，所以實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滿足最大軋制速度條件，咬入，拋出轉速應大于軋輥允許的最小轉速、小于軋輥允許的最大轉速，即 式中 — 軋輥允許的最大轉速； — 軋制時軋輥的最大轉速； 、 — 軋件咬入、拋出時的軋輥轉速。 咬入、拋出轉速的確定應使軋制周期短，則應使每一道次的軋制時間短，咬入、拋出轉速越低則軋制時間越短。但是咬入、拋出轉速的確定，必須保證軋制的間隙時間滿足操作要求，即要大于壓下調整和回送軋件的時間，故有 式中 — 兩道次軋制間的間隙時間； — 后一道次的咬入速度； — 前一道次的拋出速度； 、 — 主電機的加、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度條件、電機能力限制條件、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)揮軋機的生產能力，降低軋制能耗，而且能夠保證產品的質量。對于計算機控制的軋機，更便于應用。專題平面形狀控制厚板平面形狀控制技術也就是矩形化軋制技術。厚板軋制對板坯先進行展寬軋制，然后再進行長度方向的延伸軋制。由于塑性變形的特點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生不均勻展寬。當軋制的寬展比較大時（）鋼板呈桶形（鼓形）形狀；而寬展比較小時（）鋼板側邊呈凹形，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、技術操作水平和產品質量的綜合體現。提高成材率是鋼鐵工業(yè)節(jié)約原料和能源、降低成本、提高經濟效益的重要途徑。鋼鐵產品中，原料費用占成本82％以上。[13] 如何投入一定的原料，生產出盡可能多的產品，使企業(yè)獲得最高的利潤，成為企業(yè)始終追求的目標。所謂成材率，其含義是指投入一定數量的原料所產生出合格鋼材的多少。就統(tǒng)計概念來講，它是所獲合格品量與所耗原料量的百分比，其計算公式為： 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．為累計寬度)；為成品鋼板長度(多倍尺軋制時，為累計長度)；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％．三項損失之和高達總損耗的85％。由此可知，若能有效降低前三項損耗，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：改善鋼水質量，進行無缺陷鑄坯生產；加大坯料單重，對特定規(guī)格鋼板實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成本。[15](2) 平面形狀控制技術發(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(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呈近似矩形[8]，克服以往鋼板頭尾部出現的魚尾狀和兩側出現的鼓桶形，從而可減少頭尾和兩側的切損約3％～4％。[16]設置立輥機架和實行寬度自動控制(AWC)為克服軋成的鋼板兩側出現重疊或凹形缺陷，減少切邊量(多達60～100mm)，于80年代日本就開始對舊機組進行改造，增加立輥機架，如鹿島廠立輥機架系獨立型，距粗軋前約9m；水島廠立輥機架布置在靠近水平機架之后；演變到浦項2號厚板軋機于1989年在精軋機架前增設了附著式立輥機架(距水平機架僅4m)，同時增建了有同～型式的粗軋機，這是世界上目前唯一的有兩架立輥的厚板軋機。1997年10月投產的浦項3號厚板軋機辦有同型的立輥機架。利用立輥的功能設置了寬度自動控制。鹿島和浦項2號厚板軋機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壓量，從而使板坯在展寬終了時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的基礎上，于1985年還丁F發(fā)了TFP術(1rTlmming rreeplate)，中文直譯為不切邊鋼板，實際上由于廢邊量很小，不用圓盤剪或剪機切邊，而改用銑刀銑邊。在實行MAS控制的同時，以立輥對鋼板兩側進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，我國學者進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重要方面。我國東北大學的學者在研究平面形狀控制方面做出了重要貢獻。[18] 1996～1999年，東北大學的熊尚武、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，對熱帶粗軋機組平輥立軋及隨后水平軋制時軋件寬度變化規(guī)律進行了實驗研究，并在實驗研究及有限元解析基礎上，對本鋼熱連軋粗軋機組調寬過程中，板坯的變形規(guī)律數學模型進行驗證實驗，提出了現場工藝的改進方案。199