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中国棒材生产的特点
1)产能高我国的线棒材无论是轧机数量还是产量都位居世界第一,而且产量还在以较快的速度增长(年均增长15%左右)。到2008年下半年,尽管受到国际金融危机的影响,其产量仍保持小幅增长。目前,我国线材和棒材产量占钢产量的48% ~ 50%。同期,美国的棒材产量占钢产量的22%,日本占钢总产量的27%,近年来产量稳定。
2)生产设备不均衡基于资源节约和环境保护的要求,钢铁生产越来越注重先进技术和设备的使用。近年来,我国小型线材轧机正在向连续化、自动化和大型化方向发展。但与此同时,也存在大量的落后产能。据调查,约40%的小型型钢(线、棒)生产线属于落后淘汰设备。
3)管理水平逐年提高。近年来,我国线棒材轧机整体生产管理水平逐年提高,特别是负公差轧制的轧机,成材率达98%以上。采取了许多措施来扩大产品规格和提高产品质量,以满足不同用户的需求和增加市场份额。
4)高质量、高附加值的经济线材、棒材所占比重较小,许多高质量、高附加值的产品仍依赖进口。孔型设计是型钢生产中必不可少的环节之一。孔型设计合理与否直接影响产品质量、轧机生产能力、产品成本、劳动条件和劳动强度等。圆钢是一种简单的型钢。在工业生产中,孔型设计这一步自然是不可或缺的。轧制圆钢有多种孔型系统,应根据直径、用途、钢种和轧机形式选择。主要介绍孔型设计的一些基本知识和原理,并以φ 20mm圆钢的生产为例说明孔型设计的方法。
制作流程图
2.1坯料的类型
型钢的原料有钢锭、小方坯和连铸小方坯。
由于铸锭工艺的限制,铸锭截面一般较大,脱模时不可避免地要在铸锭长度方向进行锥度,导致以铸锭为原料生产线材时轧制道次多,轧制过程温降大。目前钢锭直接轧制成线材的生产模式已经被淘汰。
。钢坯用粗轧机轧制,规格范围广,钢种多,但不能消除偏析、缩孔等缺陷。在繁殖过程中会出现烧损、切头、切尾等现象。所以很少使用轧制钢坯。
与轧制方坯相比,使用连铸方坯作为原料具有更高的金属收得率、更低的能耗、更好的劳动条件和更高的生产率。因此,本次设计的原材料为连铸坯。
2.2工艺流程
2.3坯料的加热
连续加热炉主要用于圆轧机,多采用侧出方式。坯料进料有两种方式:侧进料和端进料。侧加料门小,容易保证炉内密闭性,但排列钢坯不如端加料容易。因此,两种方式均采用连续加热炉,根据钢坯在炉内的运行方式可分为推钢式和步进式。步进式分为步进梁式炉、步进梁式炉和步进梁式炉。近年来,步进梁式连续加热炉已被大多数方钢轧机采用,因为步进梁式加热更适合圆钢生产工艺和产品质量要求。
炉区机械设备包括:上料架、分钢机、甩料装置、前辊道、两个升降挡板、称重装置、装料炉门、炉内装料悬臂辊道、调心推车机、炉底机械、出料炉门、炉内出料悬臂辊道、风机等。
2.4轧机及相关设备
1.粗轧工艺和设备
粗轧的主要作用是对坯料进行初步的压缩和拉伸,以获得温度适宜、截面形状正确、尺寸合格、表面良好、端部整齐、长度适合工艺要求的轧件。粗轧机通常采用平-立轧机交替无扭轧制,机架数一般采用平箱-立箱,平均道次延伸1.28 ~ 1.32。粗轧阶段广泛采用微张力或低张力轧制,由于此时轧件截面较大,对张力不敏感,设置活套实现无张力轧制是非常困难和不经济的。粗轧后要切头切尾。轧件头尾散热条件与中部不同,轧件头尾温度低,塑性差。同时,由于轧制变形时轧件端部温度低、宽展大、变形不均匀,轧件头部形状不规则,都会在轧制过程中堵塞入口导板或使其无法咬入。因此,在六个粗轧道次后,必须切断端部。通常,切割头和切割尾的长度为70 ~ 200毫米。
2.中型轧制工艺及设备
轧制的作用是继续减小粗轧机轧制的轧件截面,为精轧机提供截面形状正确、尺寸准确、沿全长截面尺寸均匀、无内部和表面缺陷的中间材料。中轧机组的基本功能、操作条件和工艺要求与粗轧机组基本相同。因此,除了中轧机组采用短中心距紧凑式轧机满足粗轧的具体条件外,中轧机组的设备类型与粗轧机组基本相同。一般轧制使用的孔型系统是椭圆-圆-椭圆-圆孔系统。轧制的平均道次延伸系数一般在1.28 ~ 1.34之间。
3.精轧工艺及设备
精轧的目的是轧制成品。为了保证产品的尺寸精度,成品孔和成品前孔的伸长系数一般为1.1 ~ 1.2和1.2 ~ 1.3。精轧机的要求是速度和精度。精轧机轧制品种多、孔型复杂、变形分布不均匀、轧制速度高,要求具有优良的抗热裂性、耐磨性、抗剥落性和一定的抗热疲劳性。
2.5剪切设备和工艺
轧制过程中有三台旋转飞剪。其中1#旋转飞剪置于粗轧机后,用于切头尾和事故断料。2#旋转飞剪置于中间轧机组,其功能与1#飞剪相同。3#旋转飞剪放在精轧机组,也叫倍尺剪。用于在冷床前将棒材分割成多段,也起到事故断料处理的作用。冷剪位于冷床的出口侧,用于将成品钢材切割成一定长度。冷剪按其剪切方式可分为两种,一种是停剪,即钢材在辊道上静止后进行剪切;一种是飞剪,即钢材在辊道运输过程中被剪切。
2.6控制冷却过程和设备
圆轧后冷却钢的主要目的是获得产品所需的组织和性能,使其性能均匀,减少二次氧化皮的数量。为了减少二次氧化皮的数量,需要提高冷却速度。为获得所需的组织和性能,需要根据不同品种控制冷却工艺参数。一般来说,圆钢轧后控制冷却过程可分为三个阶段。第一阶段的主要目的是为相变做准备,减少二次结垢量。一般采用快速冷却到相变前的温度,称为纺丝温度;第二阶段是相变过程,主要控制冷却速度;在第三次相变结束时,一般采用空冷却,只是有时为了固溶元素的析出而采用缓慢冷却。
2.7冷床区的设备和工艺
冷床区的设备包括冷床入口设备、冷床出口设备等。
冷床入口设备包括输入辊道、重叠装置、升降围裙辊道、分钢机、安全挡板等。
冷床在空气体中冷却轧件,并将轧件输送到冷剪切工作区。为了保证截面小、长度长的细长轧件不会因冷却过程而弯曲扭曲,防止轧件表面划伤,一般圆形材料采用阶梯齿条冷床和摆式冷床。冷床由冷床体、对齐辊道、固定挡板和水冷系统组成。
冷床的出口设备包括带有棒层输送小车的辊道和棒层成型装置。
2.8圆钢的精加工、运输和成品仓库
(1)圆钢切边圆钢切边主要是对其头部和尾部进行切边。相对而言,圆钢的头尾部分容易产生缺陷,头尾部分轧件宽度过大,容易造成尺寸超差。因此,在圆钢捆扎前,应进行修整,切除圆钢头部和尾部的缺陷。
(2)成品检验圆钢成品检验包括圆钢外观质量检验和组织性能检验。组织性能检验按照国家或企业标准和用户在合同中提出的技术要求进行。外观质量检查是检查圆钢的形状、尺寸和表面缺陷是否符合标准。
2.9打捆机的流程
自动打包机是近年来发展起来的一种提高工作效率、降低劳动强度的打包机。它取代了传统的手工打包或连轧机上的手工简易气动打包。根据产品的不同,通用自动打捆机分为钢丝自动打捆机、棒材自动打捆机和型材自动打捆机。
孔型设计
3.1确定每道次的延伸系数。
产品要求:将140×140毫米钢坯轧制成20毫米圆钢。
(1)计算总延伸系数。
根据轧机布置和选择的孔型系统,参考相关延伸系数,取平均延伸系数μ =1.35,轧制道次为:
孔型系统的选择:圆钢孔型系统一般由两部分组成:延伸孔型系统和精轧孔型系统。延伸孔型系统的作用是压缩轧件的横截面,并为成品孔型系统提供合适的红坯。对轧钢的产量和质量影响较大,对产品的最终形状和尺寸影响不大。常用的延伸传球系统包括箱形、菱形-菱形、菱形-方形、椭圆形-方形、椭圆形-圆形、六边形-方形、椭圆形-垂直椭圆形等。常用的精整孔型系统包括方-椭圆-圆、圆-椭圆-圆等。
整个孔型系统分为粗轧、中轧和精轧三部分。
粗孔型系统:截面较大,采用箱型孔型系统,解决了开花头问题,有利于去除加热时表面形成的初级氧化皮。
中型轧制孔型系统:可采用椭圆-正方形和六边形-正方形孔型系统,椭圆-圆孔系统有利于轧件自动端面进给,变形稳定。
精密孔型系统:采用椭圆-圆孔系统。这是因为虽然延伸率小,但是变形的松弛可以保证产品质量,而且轧机水平和垂直交替布置,有利于实现翻钢。
孔型系统的选择是:1矩形框—2方框—3矩形框—4方框—5椭圆—6圆—7椭圆—8圆—9椭圆—10圆—11椭圆—12圆—13椭圆—14圆。
(2)分布延伸系数:
3.2确定每道次轧件的截面尺寸。
3.2.1求每个幂或圆的孔尺寸。
3.2.2确定孔型系统中中间轧件的尺寸。
中间轧件是指前后两个方(圆)件之间的轧件,可以是矩形、菱形、六边形、椭圆形等。,中间轧件的截面尺寸是指最高最宽的尺寸。
根据圆夹具的椭圆计算轧件的尺寸。
巴,哈,巴,哈――方件在孔型中最高最宽的尺寸是轧件尺寸和非孔型尺寸,可以是边长的1.2倍。中间孔为菱形时,为了简化计算,以尖角处的尺寸为准,这样hz,bz,ba,ha,bA,hA都是对角线尺寸。
通常,根据下表选择扩展系数:
3.3通过设计计算
3.3.1精轧的孔型设计
1.成品的孔型设计
圆钢产品的孔型是圆钢产品的孔型设计,直接影响成品尺寸精度、轧机调整和孔型寿命。圆钢产品孔型设计时,一般要尽量减小椭圆度变化,充分利用允许偏差范围,即保证最大调整范围。为了减少过满和便于调整,成品圆钢孔型形状采用带扩张角的圆孔。
目前广泛使用的形成成品孔的方法有两种,一种是双半径圆弧法,另一种是用切线连接孔型两侧的扩角法。双半径圆弧法长期以来一直是成品圆钢孔的通常设计方法,但随着圆钢产品质量要求的提高,这种方法已不适合生产高精度圆钢,因为成品圆钢孔的设计减小了公差带,调整范围变窄,成品尺寸难以控制。
由孔型两侧切线连接的展开角法具有以下优点:
1.绘图简单,便于制作坡口模板;
2.其中心开度角比较小,提高了轧件的圆度,轧制时金属超出标准圆的部分比较少;
3、增加了压力测量功能,加强了限制轧件宽展的效果,更有利于控制成品在宽度方向的尺寸;
4.轧件满道次时,辊缝对角线直径不会超出公差范围;
5.可以减少孔磨损后,中心开度角为30°对应的圆周上直径超出公差范围的现象。因此,在本次设计中,采用了用切线连接孔型两侧的展开角法。成品孔型的高度hk为:
d为圆钢的公称直径或标准直径,单位为毫米(mm );δ _为负公差,单位为mm;1.007 ~ 1.02为热膨胀系数,具体数值取决于终轧温度和钢种。各种钢材可选择如下:
从上表中取辊缝s=2mm。
θ= 19.4°
外圆半径:r=1mm孔型图如下:
2.圆钢产品前孔的组成
成品椭圆形前孔为椭圆形孔型,采用绝对展开系数计算法确定成品前圆孔。
3.在圆钢成品上重新钻孔。
圆形-椭圆形-圆形精轧孔型系统成品为圆孔。
基圆直径:
当圆钢直径d0=8—12时,D3=H3=(1.18—1.22)d0
当圆钢直径d0=13—30时,D3= H3=(1.21—1.26)d0
式中:d0为成品圆钢的直径;
孔型宽度:bk=(1.15—1.28) D3
因此:D3= H3=(1.21—1.26)d0= 25
bk=(1.15—1.28) D3= 30
辊缝s =2mm
那么θ = 37.6 3.3.2
扩展孔型设计
1.盒孔的组成
2.椭圆孔成分表
将数据带入上述相应的表格中,并获得每个延伸孔的孔尺寸,如下所示:
第4章检查
4.1咬合检查
2.精加工工作辊直径的确定
因为S. Eklund公式的适用范围:轧件温度大于等于800℃,轧件材质为碳钢(其化学成分小于1% Mn,小于2 ~ 3% Cr),轧制速度小于20m/s。
由于高速线材轧制的工艺特点,很难用公式计算轧制过程中的温度。所以在这里,每个道次的温度大致是根据类似车间生产实践中收集的数据来确定的。有关详细信息,请参见下表。
4.2滚动检查
在完成新产品的孔型设计或对轧机进行技术改造时,需要对轧辊进行强度校核,以确定工艺规范设计的合理性。
根据之前的配辊情况,每台轧机的轧辊都有多个轧制槽,每个槽通过钢材时,轧制压力和轧制扭矩都是一样的。根据材料力学知识可知,中间槽穿过钢材时,轧辊危险面的弯矩最大,轧辊最危险。在型钢生产中,轧辊上的轧制力通常被认为是集中力。
4.2.1轧制压力计算
1.使用Eklund公式计算单位轧制压力。
2.计算接触面积。
4.2.2轧制力距离的计算
有三种扭矩控制方法:
1.根据作用在轧辊上的金属总压力P计算轧制力矩。
2.根据金属对轧辊的切向摩擦力计算轧制力矩。
3.根据轧制过程中的能量消耗确定轧制扭矩。
计算中采用了第一种方法。
式中:P-轧制压力
x-力臂系数,对于φ 20mm圆钢生产,x=0.5。
R—工作辊直径的半径
h-还原
引入数据:
滚动检查
轧辊直接承受旋转轧辊的轧制力和旋转力矩。因此,轧辊的强度往往决定了整个轧机的负荷。为了保证轧辊有足够的强度抵抗破坏,一般需要在孔型设计完成后对轧辊进行强度校核,包括对辊身、辊颈和头部的强度校核。通常计算辊身的弯曲、辊颈的弯曲和扭转以及驱动端的扭转。型钢轧机的轧辊沿其长度方向设有许多孔型。轧制压力可近似视为一个集中力。当轧件在不同的轧制槽中轧制时,轧制力的作用点发生变化。因此,需要判断不同轧槽通过钢材时轧辊各截面的应力,进行比较,找出危险截面。
辊截面的弯曲应力为:
1.当使用钢辊时,根据第四强度理论:
2.当使用铸铁轧辊时,根据摩尔理论:
在型钢生产中,轧辊上的轧制力通常被认为是集中力。
因为第二粗轧机的轧辊、第五中轧机的轧辊和第十一精轧机的轧辊所施加的轧制力最大,所以这三个轧辊是最危险的,所以要进行校核。
第二个机架:
卷长L/卷径d = 1.5-2.5,取2
D = 600mm毫米
因此,滚轮长度L=2×600=1200mm。
选择滚动轴承
滚筒直径d = (0.50 ~ 55) d c = l/2d,d=0.55D=0.55×600=330。
那么l = 1 * 330 = 330mm c = 330/2 = 165mm a = l+2c = 1530mm。
采用梅花轴头。
则d1=d-10=320mm(梅花轴头外径)
x = 930mm毫米
(1)根据静力学,辊颈处的支撑反作用力如下:
(2)滚筒的弯矩为:
(3)滚筒强度的计算:
(4)辊颈强度:
(5)辊颈危险截面的扭转应力(如果忽略摩擦力矩,Mn=Mz=29620N.m)
(6)辊头强度计算(采用梅花辊头)
(7)滚轮的作用力为:
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