太原科技大学毕业设计说明书 第 1 章 概论

1.1 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 85～90％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。 1.2 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 50～70 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 - 太原科技大学毕业设计说明书 1.2.1 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 1.0～16（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。 1961～1971 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 1966～1970 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。 1.2.2 新型热带轧机精轧机的种类 目前，新型热带轧机主要有以下几种形式：带液压弯辊技术（WRB）的轧机，CVC

- 2 - 太原科技大学毕业设计说明书 轧机、PC 轧机、HC 轧机以及 WRS 轧机等，现分别介绍如下： (1)液压变辊技术 第一种：弯工作辊的方法（如图 1-1）。这又可以分为两种方式：①反弯力加在两工 作辊瓦座之间。即除工作辊平衡油缸以外，尚配有专门提供弯辊力的液压缸，使上下工 作辊轴承座受到与轧制压力方向相同的弯辊力 N1，结果是减小了轧制时工作辊的挠度。 这称为正弯辊。②反弯力加在两工作辊与支持辊的瓦座之间，使工作辊轴承座受到一个 与轧制压力方向相反的作用力 N1，结果是增大了轧制时工作辊的挠度，这称为负弯辊。 2 热轧薄板轧机多采用弯工作辊的方法。 第二种：弯曲支持辊的方法。这种方法是反弯力加在两支持辊之间。为此，必须延 长支持辊的辊头 ，在延长辊端上装有液压缸，使上下支持辊两端承受一个弯辊力 N2。 此力使支持辊挠度减小，即起正弯辊的作用。弯曲支持辊的方法多用于厚板轧机，它比 弯工作辊能提供较大约挠度补偿范围，且由于弯支持辊时的弯辊 挠度曲线与轧辐受轧制压力产生的挠度曲线基本相符合，故比弯工作辐更有效，对 于工作辊辊身较长(L／D 大于 4)的宽板轧机，一般以弯支持辊为宜。弯曲支持辊的方法 如图 1-2 所示。

图 1-1 弯工作辊(左图减小工作辊的挠度；右图增加工作辊的挠度) - 3 - 太原科技大学毕业设计说明书 图 1-2 弯曲支持辊

(2)CVC 轧机 CVC 轧机是 SMS 公司在 HCW 轧机的基础上于 1982 年研制成功的。CVC 轧机与 HCW 轧机的不同之处在于 CVC 轧机的工作辊原始辊型为 S 形,而 HCW 轧机的工作辊原 始辊型为平辊,其相同点都是采用工作辊轴向串动技术来控制板形。CVC 工作辊的轴向 移动量为±100mm ,其效果相当于常规磨辊凸度在 100μm 到 500μm 之间变化的效果。S 形辊的半径差仅为 273μm,上下轧辊线速度之差最大仅为 0.076% ,相当于带钢前滑值的 1%。CVC 系统的工作辊辊身比支撑辊辊身长出可移动的距离,以确保支承辊不会压到工 作辊边缘。由于工作辊具有 S 形曲线,工作辊与支承辊是非均匀接触,实践表明, 这种非 均匀接触对轧辊磨损和接触应力不会产生太大的影响。 CVC 轧机和弯辊装置配合使用可调辊缝达 600μm。CVC 在精轧机组的配置一般是, 前几个机架采用 CVC 辊主要控制凸度,后几个机架采用 CVC 辊要控制平直度。我国宝 钢 2050mm 热带钢轧机 7 个精轧机架均采用 CVC 轧机,可调凸度 400μm, F1～F5 弯辊装 置可调凸度 150μm,合计 550μm。宝钢采用 CVC 的作用是 F1～F4 改善凸度, F5～F7 改 善平直度。到目前为止, 全世界已投产近 70 台 CVC 热轧机。 CVC 轧制原理图:在轧辊末产生轴向移动时，轧辊构成具有相同高度的辊缝，其有 效凸度等于零（图 1-3(a)）。如果上辊向左移动，下辊向右移动时，板材中心处两个轧辊 轮廓线 之间的辊缝变大，此时的有效凸度小于零(图 1-3(b))。 如果上辊向右移动下辊向 左 移动 时， 板材 中心 处两 个轧 辊轮 廓线 之间 的辊 缝变 小， 这时 的有 效凸 度大 于零 (图 1-3(c))。CVC 轧辊的作用与一般带凸度的轧辊相同，但其主要优点是凸度可以在最小和 最大凸度之间进行无级调整，这是通过具有 S 形曲线的轧辊作轴向移动来实现的。CVC 轧 辊辊缝 调整范围 也较大， 与弯辊 装置配合 使用时如 1700 热轧 机的辊缝 调整量 可达 600μm 左右。通过工作辊轴向移动可以获得工作辊辊缝的正负凸度的变化从而实现对带 钢凸度的控制。其凸度控制能力和工作辊轴向移动量为线性变化关系,凸度控制能力可以 达到 1.0mm。

- 4 - 太原科技大学毕业设计说明书 (a)平辊缝 (b)中凹辊缝 (c)中凸辊缝 图 1-3 CVC 轧机轧辊辊缝形状变化示意图 CVC 轧机的优点是: 板凸度控制能力强；轧机结构简单, 易改造；能实现自由轧制； 操作方便, 投资较少。CVC 轧机的缺点是: 轧辊形状复杂、特殊, 磨削要求精度高而且 困难, 必须配备专门的磨床；无边部减薄功能；带钢易出现蛇形现象。 (3)HC 轧机 HC 轧机为高性能板型控制轧机的简称。HC 轧机的主要特点有：①具有大的刚度稳 定性。即当轧制力增大时，引起的钢板横向厚度差很小，因为它也可以通过调整中间辊 的移动量来改变轧机的横向刚度，以控制工作辊的凸度，此移动量以中间辊端部与带钢 边部的距离 δ 表示，当 δ 大小合适，即当中间辊的位置适当，即在所谓 NCP 点(non control point)时，工 作辊的挠度即可 不受轧制力变化 的影响，此时的轧 机的横向刚度 可调至无 限大。②具有很好的控制性。即在较小的弯辊力作用下，就能使钢板的横向厚度差发生 显著的变化。HC 轧机还没有液压弯辊装置，由于中间辊可轴向移动，致使在同一轧机 上能控制的板宽范围增大了。③HC 轧机由于上述特点因而可以显著提高带钢的平宜度， 可以减少板、带钢边部变薄及裂边部分的宽度，减少切边损失。④压下量由于不受板形 限制而可适当提高。 (4)PC 轧机 对辊交叉(PC)轧制技术(Pair CrossRoll)。在日本新日铁公司广烟厂于 1984 年投产的 1840mm 热带连轧机的精轧机组上首次采用了工作辊交叉的轧制技术。PC 轧机的工作原 理是，通过交叉上下成对的工作辊和支撑辊的轴线形成上下工作辊间辊缝的抛物线，并 与工作辊的辊凸度等效。等效轧辊凸度 Cr 由公式表示:

2Dw 2Dw 式中 b—带材宽度； - 5 -

2 2 2 2 b tan q b q c = » (1.1)