趙 崠 吳慶君

(1.太原重工股份有限公司矯直機(jī)研究所，山西030024;2.淮南市石油化工機(jī)械設(shè)備有限公司技術(shù)部，安徽 232033)

2 250 mm熱軋鋼卷表面處理線矯直機(jī)輥系參數(shù)的設(shè)計(jì)選擇

趙 崠1吳慶君2

(1.太原重工股份有限公司矯直機(jī)研究所，山西030024;2.淮南市石油化工機(jī)械設(shè)備有限公司技術(shù)部，安徽 232033)

根據(jù)2 250 mm熱軋鋼卷表面處理線的具體要求，結(jié)合其矯直機(jī)的使用特點(diǎn)，介紹了矯直方案的選擇、輥系參數(shù)的確定與壓下量的計(jì)算。

矯直機(jī);輥系參數(shù);矯直方案;壓下量

1 熱軋鋼卷表面處理線矯直機(jī)的技術(shù)要求

熱軋鋼卷表面處理線的工藝過(guò)程為:帶鋼經(jīng)開(kāi)卷機(jī)開(kāi)卷后通過(guò)夾送輥、切頭剪，矯直機(jī)矯直后進(jìn)行表面處理，再由卷取機(jī)重卷后下線。本矯直機(jī)屬于該生產(chǎn)線的配套設(shè)備。

1.1 矯直鋼種與性能規(guī)格要求

矯直鋼種:優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、汽車大梁用鋼、工程機(jī)械用高強(qiáng)鋼、不銹鋼等。

帶鋼溫度/℃:≤80

帶鋼寬度/mm:900～2 50

帶鋼厚度/mm:3～12

帶鋼屈服強(qiáng)度/MPa:≤700

1.2 矯平精度要求

矯平精度≤2.5 mm/m2

1.3 矯直機(jī)的設(shè)計(jì)制造要求

矯直機(jī)的設(shè)計(jì)及制造必須符合輥式板材校正機(jī)類、鍛壓機(jī)械類國(guó)家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。主要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)包括:

JB/T3164—2007《輥式板材校正機(jī)技術(shù)條件》

JB/T1829—1997《鍛壓機(jī)械通用技術(shù)條件》

JB/T8609—1997《鍛壓機(jī)械焊接件技術(shù)條件》

GB17120—1997《鍛壓機(jī)械安全技術(shù)條件》

2 熱軋鋼卷表面處理線矯直機(jī)的使用特點(diǎn)

結(jié)合表面處理線的工藝過(guò)程與技術(shù)要求，該矯直機(jī)具有以下使用特點(diǎn):

(1)矯平精度要求高;

(2)矯直鋼帶板面寬，屈服強(qiáng)度較高，矯直輥要兼有板面破鱗作用，單輥傳遞最大轉(zhuǎn)矩4 000 N·m，承受最大矯直力3 100 000 N;

(3)鋼帶經(jīng)開(kāi)卷機(jī)開(kāi)卷后矯直，不同規(guī)格帶鋼開(kāi)卷彈復(fù)變形后，殘余變形縱向原始曲率方向單一，曲率值變化不易確定;

(4)鋼卷在上、下料起吊過(guò)程中的磕碰會(huì)造成邊浪瓢曲，但發(fā)生的幾率較小而且作用范圍有限;

(5)表面處理線的生產(chǎn)工藝本身不具有可逆性，要求鋼帶一道次矯直，不允許多次往復(fù)通過(guò)矯直機(jī)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)可逆矯直;

(6)矯直機(jī)前配有夾送輥、切頭剪，帶鋼的咬入條件較好;

(7)矯直機(jī)采用在線整體快速換輥的配置方式以提高生產(chǎn)效率。

3 熱軋鋼卷表面處理線的矯直方案

衡量一臺(tái)矯平設(shè)備性能好壞的重要指標(biāo)是板材矯直后的平直度，而平直度與板材在矯直過(guò)程中的塑性變形有關(guān)。

表面處理線的生產(chǎn)工藝要求鋼帶一道次矯直。當(dāng)采用上、下矯直輥平行排列的矯直方案時(shí)，在矯直機(jī)有限的矯直輥數(shù)上，因不能使軋件反復(fù)多次通過(guò)矯直機(jī)而起到增加輥數(shù)的作用，故這種方案只能達(dá)到有限的矯直精度，不能滿足技術(shù)要求。若采用上、下矯直輥傾斜排列的大變形矯直方案，可迅速減少殘余曲率的不均勻性，以提高矯直質(zhì)量。大變形矯直方案認(rèn)為，板材在矯直過(guò)程中橫截面上沿高度方向(即板厚)產(chǎn)生80%塑性變形區(qū)，并使板材上下表面變形應(yīng)力均勻，矯直后的板材才能平直。

彈性變形比值e(板材彎曲后的彈性變形區(qū)高度與板材總高度之比)是矯直工藝設(shè)計(jì)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，為能得到良好的矯直效果，必需給予板材足夠的塑性變形，這樣板材才能被矯平。當(dāng)e＞0.7時(shí)，板材無(wú)法矯平;當(dāng) e＜0.2時(shí)，則矯板能量過(guò)大。在設(shè)計(jì)時(shí)e應(yīng)在0.3～0.8之間選擇。對(duì)于精矯設(shè)備推薦第三輥e取0.2，第n-1輥(n為矯直輥總數(shù))e取1。例如，在入口第二輥和第三輥上采用很大反彎曲率，使軋件各部分的彎曲變形總曲率均達(dá)到很大的數(shù)值，這可使殘余曲率的不均勻性迅速減小。在第四輥后，軋件的反彎曲率可逐漸減小近似于線性變化，第n-1輥的變形量最小，基本屬于彈性變形，使軋件趨于平直，從而采用較少的輥?zhàn)荧@得較好的矯直質(zhì)量。

上述矯直方案僅適于矯直板材的縱向彎曲。為矯直鋼卷在上、下料起吊過(guò)程中磕碰造成的邊浪瓢曲，支承輥需具有對(duì)矯直輥調(diào)整彎輥功能，增大矯直輥相鄰的平直部分所對(duì)應(yīng)的輥身壓下?lián)隙?，使軋件平直部分伸長(zhǎng)，則瓢曲和浪形部分可得到展平。

4 熱軋鋼卷表面處理線矯直機(jī)的輥系選擇

選擇矯直機(jī)輥徑和輥距參數(shù)時(shí)，既要滿足板材彎曲變形的需要，同時(shí)又要有足夠的使用強(qiáng)度，確定合理的輥系參數(shù)是矯直機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4.1 計(jì)算最大輥徑Dmax

式中 e——板材彎曲后的彈性變形比，當(dāng)e=0.2時(shí)屬大變形;

h1——最小板厚，h1=3 mm;

Re——板材屈服極限，Re=700 MPa;

E——鋼質(zhì)彈性模量，E=2.1 ×105N/mm2。

可得Dmax≤180 mm。

4.2 計(jì)算最小輥徑Dmin

延伸率ε是金屬板材在矯正中，每100單位長(zhǎng)度內(nèi)所能達(dá)到的延伸長(zhǎng)度，其值的大小應(yīng)使板材彎曲后，其板面金屬不得產(chǎn)生表層裂紋。在矯正高強(qiáng)度鋼板時(shí)，由于屈服極限≤700 MPa，板材想要矯平，必須加大變形量，這時(shí)板材表層最大延伸率達(dá)1.2%，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算最小輥徑。

式中 h2——最大板厚，h2=12 mm;

b——板寬，b=2 150 mm。得 Dmin≥104.67 mm。

4.3 輥系參數(shù)的選取

從上述計(jì)算得知矯直輥直徑在104.67 mm～180 mm之間，按實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及JB1465.1—1999《輥式板材矯正機(jī)基本參數(shù)》標(biāo)準(zhǔn)選取:

矯直輥數(shù)n=13，直徑D=130 mm，輥距t=140 mm，輥身長(zhǎng)l=2 600 mm，矯直輥與萬(wàn)向接軸連接處的軸頭直徑d=70 mm。由于矯直輥承受比較大的彎矩，容易產(chǎn)生變形，因此在矯直輥上加以5排支承輥?？紤]到支承輥負(fù)荷大，因而采用大直徑步騎式雙支點(diǎn)的支承輥結(jié)構(gòu)形式。下支承輥設(shè)有楔鐵調(diào)整機(jī)構(gòu)，可對(duì)下排矯直輥進(jìn)行預(yù)彎。支承輥直徑D1=240 mm，其輥系布置如圖1所示。

4.4 矯直輥表面接觸應(yīng)力σa的校核

輥?zhàn)颖砻娴慕佑|應(yīng)力可用圓柱體與平面相接觸時(shí)的應(yīng)力公式計(jì)算，輥?zhàn)由系淖畲蠼佑|應(yīng)力應(yīng)小于允許接觸應(yīng)力值［σa］

式中 σt——板材彈性極限(MPa);

P——單輥?zhàn)畲蟪C直力，P=3 100 000 N;

R——矯直輥半徑，R=65 mm。

4.5 矯直輥軸頭扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τ2的校核

矯直輥材料采用60CrMoV，經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理硬度為290～320HBS，按 JB/T5000.15Ⅲ級(jí)進(jìn)行超聲檢測(cè)，材料許用剪應(yīng)力［τ］=0.18 MPa。

式中 k2——軸頭鍵槽應(yīng)力集中系數(shù)，k2=2.8;

Mk2——矯直機(jī)入口第二輥傳遞最大轉(zhuǎn)矩，

Mk2=4 000 N·m;

d——矯直輥與萬(wàn)向接軸連接處的軸頭直徑，d=70 mm。

5 大變形矯直方案的壓下量參數(shù)計(jì)算

矯直機(jī)上下交錯(cuò)的矯直輥可使板帶通過(guò)時(shí)對(duì)其進(jìn)行反復(fù)彎曲，故需在上、下矯直輥之間給以不同的壓下量值，才可以改變其彎曲曲率直到板材平直。

圖1 輥系布置圖Figure 1 Rolls arrangement diagram

式中 h——板厚(mm);

ρn——相應(yīng)矯直輥處的反彎曲率半徑(mm);

t——輥距(mm)。

例如:計(jì)算矯直厚度h=3 mm、屈服極限Re=700 MPa的板材壓下量參數(shù)，t為140 mm。

(1)計(jì)算矯直機(jī)入口第2輥處的壓下量Δh2

依此可以計(jì)算出不同規(guī)格板帶的壓下量參數(shù)。

6 結(jié)論

以上熱軋鋼卷表面處理線矯直機(jī)輥系參數(shù)及壓下量的選擇，是在大變形矯直方案基礎(chǔ)上得出的。在實(shí)際應(yīng)用中，壓下量參數(shù)的設(shè)定還需根據(jù)板帶的原始曲率狀況并結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累進(jìn)行調(diào)整。在滿足矯平精度的前提下，同時(shí)還要考慮到減輕輥系的磨損，降低設(shè)備的能耗。

編輯

傅冬梅

Design and Selection of Straightener Rolls Parameters for 2 250 mm Hot Rolling Steel Coil Surface Treatment Line

Zhao Dong，W u Qingjun

On the basis of specific requirementof2250mm hot rolling steel coil surface treatment line and combing with use characteristic of the applicable straightener，straightening project selection，rolls parameters determination and reduction calculation have been described.

straightener;rolls parameters;straightening project;reduction

TG333.2+3

A

2013—07—08