1100 hc六辊可逆式冷轧机的设计

目录目录摘要IAbstractIII第1章 绪论11.1 世界及我国钢铁工业的发展11.1.1 世界钢铁工业发展概况11.1.2 我国钢铁工业发展现状及展望41.2 世界及我国冷轧带钢的发展状况71.2.1 世界冷轧带钢的发展状况71.2.2 我国冷轧带钢的发展状况91.3 轧钢先进技术101.4 HC轧机在冷轧带钢中的应用11第2章 HC轧机工作原理及结构特点152.1 HC轧机工作原理152.1.1 HC轧机工作原理152.1.2 HC轧机的板形控制162.1.2.1 横向厚度偏差的有效控制162.1.2.2 中间辊轴移对板形控制的有效性172.1.2.3 弯辊力调节板形的作用182.1.2.4 HC轧机板形控制的稳定性182.1.3 HC轧机的轧辊驱动192.1.4 HC轧机的类型192.2 HC轧机结构及特点202.2.1 HC轧机的结构202.2.2 HC轧机的特点20第3章 HC轧机主要技术特性及结构说明233.1 工艺流程图233.2 轧机主要技术特性233.3 轧机关键结构说明24第4章 轧制规程及相关参数确定254.1 轧辊主要参数确定254.2 轧制规程制定254.3 确定各道次变形抗力264.4 计算各道次带钢张力274.5 各道次轧制力计算274.6 确定轧制速度制度304.7 计算轧制力矩304.8 机架主要结构参数确定31第5章 部件校核335.1 支承辊强度校核335.2 工作辊强度校核345.3 机架强度校核35第6章 HC轧机辊系稳定性分析396.1 工作辊的稳定条件396.2 中间辊的稳定条件416.3 支撑辊的稳定条件416.4 有关角度的计算426.5 辊系的稳定条件43结论45参考文献47致谢49附录1 开题报告I附录2 文献综述V附录3 英文翻译IXI摘要摘要板带材在国民经济各部门中具有广泛而重要的应用。由于板带材使用部门对板形精度的要求越来越高，使板形控制成为现代高精度板带轧机的关键技术和重要的技术发展方向。这样四辊轧机的板形控制能力就显得很有限，边部减薄也很严重。虽然采用了很多办法来改善板形，但是效果都不够理想。后来发展了六辊HC冷轧机，它是当今板带轧机改造和新建的主要机型。该种机型采用了一对可以移动的中间辊，并使用了工作辊弯曲和中间辊弯曲。通过这些技术，减少了带钢的边部减薄，提高了轧后带材板形精度，并能明显地降低工作辊弯辊力，带材的板形得到了很大改善。在这次设计中，采用了这一机型，介绍了1050可逆式六辊HC冷轧机的基本参数和技术特点。关键词：边部减薄；六辊HC轧机；中间辊移动；中间辊弯曲IAbstractAbstractIn every department of national economy, plate and strip has extensive and important application. The precision of plate and strip acquired by department is becoming higher and higher. As a result, shape control becomes the key technique and important develop direction for modern times high precise rolling mill. As it is strongly desired that edge-drop should be improved, the four-high mills ability seem to be very limited and the edge-drop of cold-rolled strips is very serious. Though many ways have been used to improve the shape of the cold-mill strip, the effect is not well enough. Later, a six-high HC mill was developed, which is one of the main type in the rebuilding and designing strip mill. It has a pair of middle-roll which can shift. Also, it has bending work rolls and bending middle rolls. With using these techniques, the edge-drop of strips is reduced, the accuracy of strip shape control is improved and the bending force on work rollers is decreased obviously, the thickness accuracy and flatness get to very greatly improve.The type of HC mill is applied in this design. The basic parameters and technique characteristics of the 1050 reversing 6-high HC cold rolling mill are introduced.Keywords: edge-drop; 6-high HC mill; middle roll shift; middle roll bendIII第1章 绪论第1章 绪论1.1 世界及我国钢铁工业的发展钢铁工业属原材料工业，是国民经济中的基础工业，是社会发展的重要支柱。自从一百多年前形成钢铁大工业生产以来，钢铁工业获得了重大发展。世界钢产量1880年440万吨，1988、1989年达到7.8亿吨的最高水平，目前保持在7.3亿吨左右；在质量、品种方向，向洁净钢和增加合金钢的方向发展。虽然钢产量已不被作为确定一个国家经济实力最重要的指标之一，但是，一个国家的科学技术进步水平，在很大程度上仍取决于其钢铁工业的现状和发展。钢铁工业不仅决定了一个国家的经济独立性，而且决定了其政治独立性。因此，世界各国的钢铁工业在金融、信贷和税收优惠诸方面都受到政府相当大的支持。随着科学技术的不断进步和发展，新型结构材料不断出现（如铝合金、钛合金和镁合金，结构用塑料，合成材料、非晶材料和微晶材料，经特殊处理的木材等），在工业发达国家中这些新型结构材料的消费量占所有结构材料的比例已达1418，但是，由于钢的性能优越（强度高、塑性好），生产和消费都比较经济，在钢的大多数应用领域中尚无可与钢匹敌的材料。进入21世纪，钢仍将是最重要的结构材料，西方工业发达国家钢材用量占结构材料总用量的比例预计为7075。而发展中国家的这一比例估计还将高达8090。因此，在21世纪的前数十年内，钢在结构材料中的地位仍将是稳固的，钢铁工业在传统生产技术继续改进和提高的同时，各种新技术、新工艺及新流程必将得到加速开发和推广应用；各个钢铁企业必将变革经营管理，扩大经营范围，不断拓展海外市场，在激烈的竞争中求得生存和发展。1.1.1 世界钢铁工业发展概况20世纪70年代以前，钢铁和汽车、石油一直是世界上经济发达国家的主要支柱产业。但20世纪70年代以后，由于科学技术的发展，钢铁工业的重要性有一定程度的削弱，不再有昔日的风光。钢铁工业重要性的削弱、利润的降低，使钢铁工业的竞争更加激烈。降低成本，改进技术，开发、抢占新市场成为各大钢铁公司为在竞争中取胜而采取的主要策略。1）发达国家不再独占钢铁生产大国的地位，发展中国家在世界钢铁生产中的地位得到提升。钢铁工业曾是发达国家的支柱产业，对发达国家的经济发展起到了重要作用。但随着发展中国家经济的崛起，以及对钢铁技术的掌握，发展中国家在世界钢铁生产中也占有重要地位。据美国动态钢铁咨询公司提供的数据，未来钢铁生产的重心将从发达国家向发展中国家转移，发展中国家的钢铁生产潜力将进一步发挥。2）钢铁生产商之间的竞争十分激烈，全球钢铁生产企业联盟、重组、纵向一体化踊跃。钢铁生产企业为降低成本、增强实力，纷纷走上联盟、重组的道路，企业重组、并购不仅表现在国内，还扩展到国际。在国内，钢铁企业的合并重组一直在进行。我国产钢大省河北省出台了钢铁重组方案，宣布邯钢整合邢钢、石钢等，唐钢整合承钢、宣钢等，加上首钢外迁在河北曹妃甸建设的新首钢，将在河北形成三个千万吨规模的大型钢铁联合企业。在国际上，韩国浦项制铁与新日铁宣布战略联盟，共同发展基础技术，并扩大第三国的合资事业和情报资讯合作，以及相互之间的持股比例。法国尤西诺、卢森堡雅贝德和西班牙阿塞拉西亚钢铁宣布合并，组成世界第一大钢铁公司安塞尔米塔尔公司，新钢铁厂年产量近5000万吨。3）钢铁生产商积极开发研究高新技术生产。进入21世纪，随着炼铁、炼钢材料的多样化、钢铁产品的替代品的增加，客户对钢铁产品的品种和质量要求严格。为保持钢铁材料在21世纪作为基本工业原料的主导地位以及提高世界钢铁工业的竞争，钢铁生产商们积极开发研究高技术含量产品。他们认为新的钢铁产品应有益于资源的重复利用，新的钢铁产品的应用应有利于建设生态友好的社会，同时他们认为今后研究和开发的重点，应放在对流程的改进和开发上，从而能处理些焦点问题，例如资源、能源、环保和回收，以及为满足客户的需要而进行的产品开发和应用技术。进入90年代，世界发展速度减慢，市场钢材需求减少，许多国家钢铁工业不景气，钢铁企业处理严峻的经营环境。21世纪，钢铁企业面对更多，更严峻的挑战，为适应市场变化，各企业除了采用先进技术装备、提高产品质量外，还必须变革经营管理，制订经营发展战略，在激烈的竞争中求得生存和发展。1、小钢厂发展而大钢厂缩小规模精简人员。目前以北美为代表，小钢厂发展很快，其产量在美国占钢产量的比例接近40，小钢厂规模越来越大（最大年产量已达400万吨），数量越来越多，而大型钢铁企业在缩小规模、精简人员。英国钢铁联合公司原来约有10个厂，现在只保留了几家，1980年拥有雇员16万人，至1995年已减至5.39万人，劳动生产率得到提高，1995年度销售额达到100.3亿美元，利润为12.16亿美元，昂首走入世界500强企业行列。21世纪，由于竞争加剧，各国政府鼓励老企业结构改造，小钢厂将继续得到发展，钢铁联合企业进一步缩小规模、精简人员、提高劳动生产率。2、钢铁工业国际化。公司发展的战略方向应当是国际型的公司，原来那咱国家型的公司在西方社会已不存在了。1995年度世界500强企业排名表显示：过份依赖国内市场的企业名落孙山，而不断拓展海外市场的公司在500强中位置得以升迁。近年业，钢铁企业的国际化已成为一股潮流。目前日本六大钢铁公司都在国外合资建设了钢材生产厂，欧洲各国大多数主要钢铁企业正在进行更大范围的联合和生产专门化；由于国际发展和重心由西方移向环太平洋地区，亚洲钢铁需求不断增长，跨国合资组建钢铁厂的现象层出不穷，因此，21世纪，钢铁企业的国际化仍将继续发展。3、多元化经营。工业发达国家，特别是日本，因钢铁市场已饱和，主要发展方向是多元化经营。日本六大钢铁公司、韩国浦项钢铁公司都在进行多元化经营，把钢铁工业在企业中的比例逐渐缩小，非钢铁业务的比例逐渐扩大。扩大经营范围分纵向和横向两种方向，前者指扩大钢铁生产的上、下游业务，如开矿、生产化工产品和汽车等，后者指经营与钢铁原料、产品和副产品无直接关系的精力，如机械、电子、工程设计等。21世纪，绝大多数钢铁联合企业的钢铁业务所占比例将低于目前的数值，而非钢铁业务的比例将明显升高。4、新产品开发。目前，社会需求向多样化、精细化发展，各钢铁企业的经营都以市场为导向，以用户需求为目标，与用户共同研究新产品的开发和应用，不断提高产品的技术含量，增加高难度、高附加值钢材的产量。21世纪，钢铁企业将在继续增产强度高、耐磨或耐腐蚀性好、颜色和外形更美、断面形状合理或更接近零件形状的轧材的同时，还将加速开发钢与其他竞争材料相结合的高附加值复合材料生产工艺，生产钢与塑料、钢与铝（或锌）、钢与陶瓷等复合材料，最大限度地满足能源、交通、机电、建筑等行业对高难度、高性能钢铁产品的需求。在21世纪，钢铁工业将发生深刻的变化，发展趋势是新工艺取代老工艺，新流程代替老流程，无焦钢铁生产、薄带钢连铸技术进入工业化生产；另一方面，新的管理思想代替老的管理思想，精简人员，开发新产品，各大钢铁公司向多元化经营发展，并不断拓展海外市场，向跨国企业发展1.1.2 我国钢铁工业发展现状及展望21世纪初，是世界经济发展的重大战略机遇期，如何抓住机遇加快发展，是每个钢铁企业和整个钢铁行业应认真思考的问题。“十五”期间，我国钢铁工业在旺盛的市场需求拉动下，获得快速发展，钢铁工业的装备水平有了长足的进步，产品结构调整也取得实效，在世界钢铁界的地位在大大提升。“十五”期间我国钢铁工业的发展主要是靠投资拉动的，投资规模之大，是史无前例的。“十五”期间，钢铁工业总投资6865亿元，占全国固定资产投资的2.32%，是“一五”到“九五”48年钢铁总投资的1.3倍，其中引进国外设备210亿美元，约合人民币1722亿元左右，占钢铁总固定资产投资的25%左右。这些投资形成的新产能包括2.65亿吨炼铁产能、2.64亿吨炼钢新产能和2.68亿吨的轧钢新产能。通过“十五”的大规模引进设备，我国钢铁工业已有一批世界上最先进的炼铁、炼钢和轧钢装备。但是应该看到，并未完全达到我们的初衷彻底解决我国国民经济各部门所需的钢材品种靠进口问题，还有相当数量的高附加值高性能的产品至今不能自给，还需进口。这告诉我们，高新技术是靠钱买不来的，特别是关系到企业生存的核心技术更是买不来的，这些技术被发达国家视为传家宝，是绝对不会外传的。世界经济的发展已充分说明：当今社会谁拥有高新技术，谁就在国际市场竞争中掌握主动权，谁就会占有最大的市场份额。 今后几十年中国钢铁工业面临的是国内市场对钢铁的巨大需求和国内原料的严重不足的困惑。在这种条件下，中国钢铁工业的出路是什么？唯一的答案是走新型工业化道路。决不能再走过去那种浪费资源、污染环境的粗放式经营之路。 加快钢铁行业的战略调整是当务之急。历史的经验可鉴，一个行业、一个企业的生存成败不仅取决于战术决策的正确与否，最根本的取决于战略决策的正确与否。战术错误是可以弥补的，战略的错误是无法挽救的，在历史的关键时刻的决策就更为重要。当今，我们思考的不是个别企业的生存问题，而考虑的是钢铁行业整体的长远发展问题如何实现持续健康稳定发展。 虽然我国已成为世界第一钢铁生产和消费大国，但与世界钢铁发展和用户需求还有许多不适应的方面：在钢铁工业发展过程中，钢铁生产向着质量型、效益型、低成本方向改进；而用户则朝着要求产品高品质、品种规格多样化和“零库存”方向发展。相比这下，我国钢铁工业还存在如下突出问题亟待解决：产业集中度底，企业规模小。2005年世界钢产量的前十名中，我国只有宝钢入选，为第六位，宝钢与世界第一的米塔尔产量差2700万吨。产业结构不合理，普通产品供大于求，高附加值品种还不能完全满足下游行业的需要，仍需进口。2005年，我国热轧普薄板自给率87.08%；冷轧普薄板自给率61.65%；冷轧不锈薄板自给率67.6%；镀锌板自给率63.48%；镀锡板自给率77.92%；彩涂板自给率84.93%；冷轧硅钢自给率64.42%。这充分反映钢铁工业的产业结构需要调整，高端产品与国民经济需要还有较大差距。缺少自己的核心技术。主要表现在重大冶金装备的高技术高附加值的钢材品种仍然依靠进口，这制约着我国钢铁技术水平的提高和国际竞争力的提高。为满足国民经济各部门板材需求，我们引进了一批先进设备。这些设备的引进改变了我国钢铁行业的装备水平，提高了产品档次。但是，由于我们还没有掌握相关核心技术，不少产品还靠进口。特别是在如下技术和设备方面我国与世界还有较大差距： 1、宽带钢热连轧设备与技术。我国先后引进设备和相关技术包括板厚和板型控制技术，如工作辊弯辊（WRB、DCB）、支承辊型调节（VC）和CVC轧机、HC轧机等技术。鞍钢开发了2150宽带钢热轧生产线，产品精度达到国际先进水平，使我国在宽带钢热连轧技术向前推进一大步。 2、薄板坯连铸连轧设备和技术。该类技术是我国近年来引进最多的，且对薄板坯连铸连轧技术我国掌握的是世界最好的，但仅有鞍钢在引进吸收的基础上，自主开发研制的1700中薄板坯连铸连轧生产线，形成具有自主知识产权的ASP技术。而在对热带钢性能控制技术、宽度控制技术、热轧薄规格品种的开发等方面，我国与世界前沿还有一定差距。 3、中厚板轧机和技术。我国中厚板轧机装备发展水平滞后于薄板，厚板轧机主要有鞍钢4300、舞钢4200和上海浦东4200轧机和宝钢则投产的5000轧机，新建、在建多以3500、3800、4300、5000毫米的四辊单机架或双机架为主，这些轧机采用大轧制压力、高刚度、大功率设计，为实现TMCP工艺生产高质量、高性能中厚板创造了条件。但我国的中厚板轧机后半部的热处理工艺仍然比较落后，不能满足高强度中厚板的需求。 4、冷轧宽带钢设备和技术。过去数年，我国的冷轧宽带钢发展迅速，但总体看冷轧发展和建设滞后于热轧，这是造成我国冷轧板大量进口的主要原因。从已引进的冷轧机看有四辊、六辊、十二辊和二十辊等布置，并具有CVC、HC、PC等功能，但在带钢的退火技术、镀锌技术、镀锡技术、冷轧硅钢技术等方面，我们与世界还有不小的差距。 5、目前还不能满足国民经济需要的主要钢材品种。主要是不能满足汽车、电子、家电等部门对钢材组织、性能、尺寸精度和表面质量的需要。特别是如下产品方面：汽车板（主要是高强度、超深冲钢板，特别是无间隙固深IF钢板、高强度烘烤硬化BH钢和双相DP钢等）、集装箱板、电工板、家电用板、桥梁板、硬线和高强度棒材、石油专用钢管、管线钢板、造船板、高速铁路和重载铁路所需的钢轨、车轮、车轴和车辆用钢。要解决这些问题，我们必须实施产业最优化战略，加快产业升级：按照装备大型化、生产专业化、经营集团化原则，搞好资源的优化配置和钢铁行业的整合，加快提高产业集中度。按照产业政策要求，积极做好钢铁行业中长期发展规划，优化产业和产品结构。提高企业的自主创新能力，特别是要提高原始创新能力、消化吸收再创新能力，调整产业结构，加快转变增长方式。要加大科技投入，积极培养自己的科技人才队伍，要培养自己的世界一流的炼铁、炼钢、轧钢技术专家和懂技术会管理的企业家；同时引进国外客座教授、研究员，改善企业技术中心的人才结构，活跃科技创新机制，不拘一格用人才，提高企业科技创新能力。发展循环经济，提高资源、能源利用率，大力推进钢铁行业增长方式的转变。加快实施钢铁行业“走出去”战略。“走出去”是钢铁行业的长期发展战略，钢铁行业只有走出去，才能进一步做大做强，才能进一步规避风险，提高国际竞争力。“走出去”战略包括到国外去投资建厂、到国外去收购企业、到国外去经营发展，也包括原料采购、产品输出、资本输出、装备输出、技术和人才输出等，只有这样我们才能集百家之长，补己之短，与世界各国保持在资源、技术上的优势互补，保持钢铁行业持续稳定发展。 同时，还必须实施产品结构最优化战略加快产品升级： 加快钢铁标准升级，尽快淘汰落后标准和落后工艺设备与产品，推广应用国际先进钢材标准；加快对高性能高附加值钢铁产品的开发研制，尽快形成具有自主知识产权的核心技术和产品；在对引进设备和技术消化吸收的基础上，加快开发具有自主知识产权的技术和成套设备。 在产业、产品升级中，首先要搞好钢铁企业的联合重组，钢铁企业联合重组的战略目标是面对经济全球化和国际市场竞争白热化的新形势，通过内联外扩、国内企业联合重组、收购国外强势企业、组建跨国的国际化企业集团，提高我国企业的国际化经营水平，创建世界一流企业，逐鹿国际市场。 根据我国在21世纪的总体发展战略，钢铁行业在新世纪要完成的历史任务是：1、保证国家在2020年实现工业化和2050年达到中等发达国家的战略目标，提供所需的钢铁材料，促进国民经济各部门可持续协调发展。2、实现钢铁行业的自我完善，完成钢铁工业的结构调整，完成从钢铁大国向钢铁强国的历史转变。 要实现这样的历史任务，钢铁工业还有很长的一段路要走，大约需要经历三个阶段：从目前到2010年前后，钢铁行业处于快速发展时期。从2010年到2020年2030年前后，钢铁行业钢产量将要进入饱和期，此时钢的产量将达到历史最大峰值。在2020年2030年以后，随着我国工业化和小城镇化的实现，钢材的消费强度和总量将会有所降低，但仍然会保持在较高水平上。 根据我国的总体发展战略，钢铁行业只要认真实施产业链战略，加快结构调整，就一定能在较短的时间内完成钢铁行业的战略调整任务，实现由钢铁大国向钢铁强国的转变。1.2 世界及我国冷轧带钢的发展状况1.2.1 世界冷轧带钢的发展状况（1）在质量上对冷轧带钢产品提出了更严格的要求由于汽车制造、制罐业、精密仪器和精密焊管行业的发展，对冷轧带钢产品的尺寸精度、板形、表面质量和性能都提出了更高的要求。尺寸精度方面 冷轧带钢的尺寸要求无论是纵向和衡向厚度精度的偏差均小于100m，并有着向小于厚度的1%发展趋势。这就要求现代化的冷轧机上配备有完善的厚度自动控制系统，包括有高精度的测量装置测量精度误差要求小于2m；高响应的液压压下装置，响应速度高达3ms；合理的高精度控制模型以及计算机控制系统。板形精度方面 如汽车板的板形要求达到10I，镀锡板的要求更高达5I。这就要求带钢冷轧机，不仅是具有板型控制功能强的HC、CVC和ZR系列新型轧机，而且还都配有倾辊调整、液压弯辊、轧辊分段冷却等快速调节辊型手段，同时还设置板形自动检测系统，实现板形的自动控制。表面质量方面 不仅要求冷轧带钢表面光洁，还要求具有一定的物理和化学性能。比如汽车覆盖件所需要的烘烤硬化高强度钢板；为防止金属被腐蚀延长冷轧带钢制品的使用寿命而生产的镀层（镀锡和镀锌等）和涂层（涂塑和涂漆）钢板。带钢性能方面 对冷轧带钢性能的要求越来越高。如冷轧带钢需要量最大的汽车制造业，既需要冲压性能特别高的超深冲“无间隙原子钢”钢板（IF钢板）作为覆盖件，又需要含磷高强度冷轧带钢制作车身。（2）在生产上向着大型化、连续化、高速化发展 冷轧带钢生产规模近年来不断扩大，其产品质量从几万吨，几十万吨，发展到上百万吨，甚至达到年产量200万吨以上。而且产品品种包括冷轧带卷、镀锡板、镀锌板、涂层板、压型板等多品种规格，使冷轧带钢的生产规模异常庞大。为满足生产工艺和产品品种的要求，由酸洗、冷轧、热处理、镀涂层、剪切线及包装等等生产工序的机组组成数十条生产线，进行连续化作业。而且把躲到生产工序连接起来，组成更加集中的连续变化、自动化的生产线。这些机组都采用了高度的自动化。目前，连轧机出口速度最高达45m/s。这些机组的诞生，无疑将提高机组作业率、提高生产率、稳定生产质量、提高金属的收得率，缩短生产周期，提高企业的生产效益。（3）在冷轧带钢轧机工作机座形式上出现多样化冷轧带钢轧机工作机座的型式曾经被普通四辊轧机居于主导地位。普通四辊轧机上装有液压压下及其液压AGC厚度控制系统，很好的解决了冷轧带钢的厚度精度。为了控制板形，在普通四辊轧机上设置了液压弯辊和轧辊分段冷却装置。但是由于普通四辊轧机对板形控制能力的局限性，不能满足用户对板形的高精度要求。因此，近年来带钢冷轧机工作机座的机型发展主要围绕如何提高轧机的板形控制功能方面进行。相继出现以HC轧机为基础型式的HC轧机、UC轧机、UCMW轧机和以CVC轧机为基础型式的四辊CVC轧机、六辊CVC轧机、UPC轧机，还有PC轧机和VC轧机等机型。（4）冷轧带钢生产中不断更新的生产技术近年来，冷轧带钢的生产，把当代许多高新技术引入到生产过程中，从设备和工艺上不断的更新生产技术。例如：生产过程中的带钢对接采用了激光焊机；酸洗过程中的盐酸紊流酸洗、废液回收及环境保护；高精度的厚度检测及厚度自动控制系统；双卷筒卡罗赛尔卷取机；交流同步电机及其交流调速系统；全氢罩式退火和深冲带钢的连续退火；电镀锌（锡）采用不溶性阳极；带钢表面缺陷光学检查仪；先进的连续停剪技术等。并且，在整个生产过程中采用高度的基础自动化和计算机控制系统，以及数字化控制。这些新技术的采用，提高了带钢冷轧机的产品质量和生产率、降低了生产成本、提高了企业效益和产品竞争力，因此，可以认为冷轧带钢是集中当代许多高新技术而生产的产品。1.2.2 我国冷轧带钢的发展状况1978年以前，我国冷轧板带生产技术比较薄弱，仅鞍钢和太钢有几台单机架可逆轧机可以生产宽带钢，轧机不仅效率低，装备水平也差，产量无法满足国民经济发展的需求，质量也无法与世界先进水平相抗衡。1978 年初，从原西德等国成套引进的1700mm 冷轧设备(同时引进了一些专利技术) 在武钢成功投产。该机组可年产75万吨冷轧薄板，15万吨镀锌板卷、10万吨镀锡板卷。这套适用于冷轧工艺全过程的先进设备，无论从机械制造、电气传动、自动控制系统以及计算机、仪表、检测元件等都汇集了当时世界上的先进技术。从此，我国冷轧生产技术跨入了一个历史性飞跃发展的新时代。近20年来，我国冷轧板带生产技术得到了长足发展，并逐渐接近国际先进水平。就工艺技术而言，目前我国已达到国际先进水平。（1）酸洗 20世纪80年代中期，国外在浅槽酸洗的基础上又发展了紊流酸洗。酸槽结构按流体力学原理设计，槽内酸的流动在带钢表面形成紊流状态，明显提高了酸洗速度和酸洗质量。故近几年，国内新设计的酸洗机组都采用了(相类似的) 紊流方式。（2）轧制 20多年来，我国从仅有几台单机架轧机发展到现在，冷轧机组主要有以下两种类型：连轧机组(四辊或多辊)，包括单卷连轧、全连续冷轧机组、酸洗、冷轧联合机组。可逆轧机(四辊或多辊)，包括单机架可逆轧机、双机架可逆轧机。全球2/3以上的冷轧板带产品是用连轧机组生产的，我国75 %以上的冷轧板带产品也是用连轧机组生产的。由于全连续冷轧机组和酸洗-轧机联合机组具有生产节奏快、成材率高、成本低、产量大、占地少、投资省、产品质量好等明显优势，武钢、本钢、鞍钢、益昌薄板公司、攀钢等已将单卷连轧方式改造为全连续方式。现在，大型钢厂新建冷轧厂无一例外地均选取了联合机组。（3）退火 目前我国实用的消除加工硬化的退火工艺主要有两种：罩式炉(成批) 退火和连续退火。大型连续退火机组尚未完全国产化，故以相同的功能比较：连续退火工艺的一次性投资比罩式炉退火工艺的投资要高一些。（4）平整 根据产品种类不同，国内的平整机多采用单机架四辊轧机; 双机架平整多用于镀锡板平整和二次冷轧。轧辊采用毛辊或光辊，以满足不同用户对带钢表面粗糙度的不同要求。（5）带钢涂、镀层 国内带钢镀层大致可分成热(浸) 镀、电镀两种。应用多、产量大的主要是热镀锌。20世纪80年代初，国内仅武钢有1条热镀锌机组，年产15万吨，目前全国有几十条机组，产能约600万吨。国内已建和新建镀锌机组都注意了专业化、大型化、高速化的生产，并注重带钢镀前的表面洁净，采用快速、稳定的加热和高效、准确的冷却方式，在线精确地检测和调整气刀参数，达到镀层准确、均匀。总的来讲，近20年来我国冷轧板带生产取得的很多成果：建设了一大批冷轧薄板厂，不乏有世界先进水平的冷轧厂。装备了一批具有世界领先水平的生产机组。已经可以生产轿车面板，家电板、烘烤硬化型和双相组织型的高强钢、超深冲钢和锌-铝合金板、铝-锌合金板等目前世界上最高质量水平的冷轧板带产品。培养了一大批既掌握最新工艺技术，又有相当实践经验的技术人员，通过学习、移植、创新，已经可以独立自主的研制出有自主知识产权和特色的冷轧工艺、设备和控制技术。1.3 轧钢先进技术轧钢生产技术，在过去的10余年里有着巨大的发展，开发了许多新技术，有的甚至是革命性变革。在21世纪，能够减少投资、节能降耗、降低成本、提高劳动生产率的各种先进技术工艺和设备，将进一步普及和推广应用。（1）连续化 近年来，轧钢生产内部的两或多个工序的连续化生产进步迅速，轧钢技术向着大型化、高速化、节能化方向发展。板坏连铸直送轧制、薄板坏连铸连轧和带钢连铸冷轧，既是缩短整个钢铁生产流程的新工艺又是实现轧钢与连铸连续化的新技术。进入21世纪，双工序和多工序连续化生产线的类型将有所增加，双、多工序联合生产的数量将大幅增加。（2）控轧控冷技术 通过精确控制热轧加热条件、轧制条件和冷却条件，在较大范围内控制钢板的微观组织，得到各种不同性能满足不同用途的热轧板卷。目前控轧控冷技术已较普遍地用于中板带钢的生产，用于无缝管和型钢生产的也不断增多。预计21世纪采用控轧控冷技术的轧材品种和数量将大幅度增加。（3）高精度轧制技术 近10年来，为了保证轧材的几何开关和尺寸精度能满足用户日益增高的要求，除了采用各种测量仪表、改善轧机刚度、计算机人工智能预报和控制系统外，还开发和推广应用了许多提高轧材开关和尺寸精度的新技术和新装置。（4）钢铁生产短流程 减少工序、缩短流程是减少投资、提高劳动生产率、节能、降低物耗和成本的最佳途径。因此，在21世纪，各种短流程工艺必将得到加速开发和推广应用。包括薄板坯连铸连轧工艺、带钢连铸冷轧工艺、自动控制技术等。1.4 HC轧机在冷轧带钢中的应用冷轧带钢成品有两个主要质量指标：纵向精度和横向精度。普通四辊冷轧机由于有刚度很好的支承辊，使轧制带材的纵向和横向厚度差都得到了改善。但普通四辊轧机在结构上有一个致命的弱点，即在板宽的范围以外存在着一个工作辊和支撑辊间的有害接触区，如图1-1中A所示。这个有害接触区对工作辊产生一个有害弯曲，使工作辊在轧制过程中产生一个附加弯曲。另外，板宽范围以外工作辊和支承辊接触，也降低了液压弯辊的效果。为消除四辊冷轧机的有害接触区的影响，出现了HC轧机。日本日立公司与新日铁公司合作，于1970年开始研制新型板带轧机，1972年发明了新型HC六辊轧机。HC是英文High Crown Control Mill的简称。该轧机辊系由上下对称的三对辊组成，即工作辊、中间辊和支承辊，其中中间辊可轴向移动，并配置液压弯辊装置，因此具有很强的板形控制能力。目前这种新型轧机已广泛用于冷轧、热轧及平整机生产中。图1-1 四辊冷轧机的有害接触区图1-2 HC轧机简图第一台问世的HC六辊轧机安装在日本日立公司日立研究所，它将原有的180300300三机架冷连轧机的最后一架改装成六辊HC轧机。试验成功不久，日本新日铁八番厂在1974年改装了一台生产用单机可逆式HC六辊轧机，确认了该轧机的板形控制能力。同时在生产率、成本、消耗等生产指标方面也有显著效果。因此HC轧机的应用范围逐步扩大到平整、冷连轧、热连轧领域，轧制品种由黑色金属扩大到有色金属。我国于1982年开始研制HC轧机，由冶金部钢铁研究总院、陕西延伸设备厂和东北重型机械学院共同研制的我国第一台HC六辊轧机，并于1985年试车成功。由于HC轧机在改善板形方面的优秀表现，其在金属塑性加工领域所发挥的作用日益突出，因此得到了越来越广泛的应用。在其基础上的技术改进和研发也将越来越广泛深入，这也就要求在我国要有更多的技术人员加入到这一领域中来，进而推动我国相关产业的快速发展。 19第2章 HC轧机工作原理及结构特点 第2章 HC轧机工作原理及结构特点2.1 HC轧机工作原理2.1.1 HC轧机工作原理目前广泛使用的四辊扳带轧机通常是采用具有原始凸度的工作辊和工作辊液压弯辊技术来控制板形的。但由于原始磨削凸度不能适应轧制规程的变化，弯辊装置受辊颈强度和轴承寿命等限制，板形控制的效果不十分理想，需研究新的板形控制方法四辊轧机工作辊的挠度如图2-1所示。由于在工作辊与支承想的接触压扁上存在着有害接触部分，即大于轧制带材宽度的工作辊与支承辊的接触区，因此在接触区的接触应力形成一个使轧辊挠度加大的有害弯矩。这样工作辊的挠度不仅取决于轧制力，而且也取决于轧制带钢的宽度，即接触区宽度。当轧制带材宽度在较大范围内变化时，工作辊上由于弹性压扁不均引起的挠度变化就很大，且反弯作用要被有害弯矩抵消一部分。图2-1 普通四辊冷轧机与HC 冷轧机轧辊变形情况比较为此发明了中间辊可轴向移动的六辊轧机即HC轧机，靠中间辊抽动而消除了辊间的有害接触部分，从而使工作辊挠曲得以大大减轻，同时也使液压弯辊装置能更有效的发挥控制板形的作用。这就是HC 轧机技术的中心所在，辊系示意图如图2-1所示。由于采用了中间辊轴向移动机构，可根据原料尺寸、规格不同而选择不同的中间辊移动量。图2-2 六辊轧机原理图2.1.2 HC轧机的板形控制2.1.2.1 横向厚度偏差的有效控制 冷轧带钢的凸度值(即带材中部和边部的厚度差)h 可用下式表示：h = h0 - h1 = P/ KH - AC - F/ KB （2-1）式中 h0 、h1 带材中部、边部厚度/ mm；KH、KB 轧制力、弯辊力引起的轧机横向刚度系数(使带材中部和边部产生1mm厚度差所需的轧制力及弯辊力) / kN/ mm；C 工作辊凸度/ mm；A 比例系数；F 弯辊力/ kN。由于HC 轧机的工作辊、中间辊和支承辊一般均采用平辊，即凸度C = 0 ，故h = h0 - h1 = P/ KH - F/ KB （2-2）因此，影响带钢横向厚差的因素有两个，一是轧制力的影响；二是弯辊力的影响。从轧制力的影响来看，HC 轧机具有较大KH值，即具有较大的刚性稳定性，这样，即使轧制状态变化时，横向厚度差也不会发生太大波动。同时，HC 轧机由于辊身接触有效长度减小和工作辊辊径较小，这样，较小的弯辊力作用下就能使横向厚度发生明显的变化。2.1.2.2 中间辊轴移对板形控制的有效性 中间辊轴移量是影响板形的一个重要参数，其意义如图2-3所示。中间辊位置可以用带材边部与中间辊辊身端部的距离表示：=（L B）/ 2 （2-3）式中带材边部与中间辊辊身端部的距离/ mm；L 上、下中间辊端部之间的长度(中间辊宽度) / mm；B 带钢宽度/ mm。图2-3 中间辊位置确定示意图图2-4表示了中间辊处于三种不同位置时与板形之间的关系。图2-4b所示为理想状态(中间辊轴向移动量=0)，这时工作辊与支承辊的有害接触部分完全被消除，因而板形最平直。图2-4a所示为中间辊未移动到全部消除有害部分(中间辊铂向移动量为“+”)。这时支承辊通过中间辊与工作辊的剩余接触部分给工作辊附加弯曲，使工作辊产生负弯曲，即工作辊中间辊缝增大、两边辊缝减少。结果轧出中间厚、两边薄的凸形轧件。同时因边部辊缝小，延伸量大，受到压应力作用而产生边部浪形。图2-4c所示为中间辊移动超出了有害接触部分(中间辊轴向移动量为“-”)。这时工作辊出现正弯曲现象，轧出中间薄、两边厚的凹形轧件，带材中部延伸大于边部延伸，形成中部瓢曲。可见，依靠调整中间辊的铀向位置，可以实现轧辊凸度调节获得板形修正的能力。图2-4 中间辊轴移对板形的控制2.1.2.3 弯辊力调节板形的作用 在实际生产中，HC 轧机中间辊位置是预先根据带钢宽度设定的，但由于来料板形等原因，会出现板形变化，这时，需通过调节各机架(主要是末架) 弯辊力来进行控制。由于HC 轧机和普通四辊轧机相比，其有害接触区消除之后，弯辊力所产生的横向刚度值KB变成一个较小值如图2-5。图中曲线的斜率即为单位弯辊力控制板形的能力。由图可知，当= 50mm 变化到- 50mm时，曲线斜率逐渐增大，说明在HC 轧机上，改变中间辊位置使弯辊效果增强。这样，在生产过程中通过调 图2-5 弯辊与板形节弯辊力，带钢板形的调节就变得因张力变化而十分有效。 2.1.2.4 HC轧机板形控制的稳定性 对于HC轧机，当中间辊调整到适当位置时，工作辊的扰度不受轧制压力变化的影响，即HC轧机具有横向刚度无限大的特性。由于HC轧机横向刚度大，相对于一定的轧制压力波动，其板凸度变化较小。因此，HC轧机大大有助于板形控制的稳定，并可促进生产率的提高。综上可以看出，六辊HC轧机具有良好的板形稳定性和较大的板形调节性，且六辊HC轧机在中间辊轴向移动量和工作辊、中间辊弯辊力匹配合理的条件下，可使轧制力对称分布，如图2-6所示。所轧制的带钢边部厚度差极小，减小下道工序的剪边量，提高成品率，也可防止由于边部厚度不均而导致的边裂甚至断带。图2-6 轧辊受力和变形的分布2.1.3 HC轧机的轧辊驱动HC轧机轧辊的驱动有三种型式：1)驱动支承辊。这种型式用于平整机，也有用于旧轧机改造的HC轧机。2)驱动工作辊。用于热轧机和大型冷轧机。3)驱动中间辊。用于中、小型冷轧机。对于驱动中间辊的HC轧机，工作辊是通过中间辊摩擦带动的，对于驱动支承辊的HC轧机，力矩从支承辊传到中间辊，再由中间短传到工作辊。2.1.4 HC轧机的类型工程中通常把中间辊做轴向移动和工作辊液压弯辊的轧机称为HC轧机；中间辊轴向移动的六辊轧机称为HCM轧机；工作辊轴向移动的四辊轧机称为HCW轧机；中间辊和工作辊均可轴向移动的六辊轧机称为HCMW轧机。把中间辊轴向移动和工作辊、中间辊都设有液压弯辊的轧机称为UC轧机；把在UC轧机基础上再增设有工作辊做轴向移动的轧机称为UCMW轧机。这些轧机都是以HC轧机的设计思想为基础，因此称为HC系列轧机。2.2 HC轧机结构及特点2.2.1 HC轧机的结构HC轧机的六个轧辊成一列布置，工作辊有液压正弯或正、负弯，它的弯辊力效果比一般四辊轧机的弯辊力效果增大约三倍以上，因此弯辊力可选择较小值。通过弯辊力变化进行在线板形微调补偿，实现板形的闭环控制。HC轧机的结构与四辊轧机无多大区别，其关键的不同处在于HC轧机有一套轴向移动装置，如图2-7所示。中间辊的铀向移动可用液压缸的拉、推来实现，与CVC轧机的轴向移动机构相似。将中间辊轴承座与液压缸连接装置安装在操作侧，便于操作和换辊，油压回路采用同步系统保证上下中间辊对称移动，中间辊移动油缸在机架左右立柱内侧上，易于加工维护。图2-7 HC轧机结构简图D.S传动侧；W.S工作侧2.2.2 HC轧机的特点实践证明六辊HC轧机在结构与性能上有以下一些优点：（1）六辊HC轧机具有相当大的板形调节性和良好的板形稳定性，因此可以采用大压下率而不影响带钢的板形，所以能提高生产效率，节省能源。（2）由于六辊HC轧机可以改善冷轧带钢的板形质量，所以冷连轧机最后一台机座对于带钢厚度的控制将不受板形控制的影响。（3）六辊HC轧机可使带钢的板形具有良好稳定性，因此可以采用较小直径的工作辊进行轧制。根据有关算式可知工作辊直径与轧制压力成正比，即当工作辊直径越小，则轧制压力就越小，因此可提高压下率的效果，节省能源。（4）通常四辊轧机要根据将要轧制的不同宽度规格的带钢准备不同凸度的轧辊，轧辊储备量大。而六辊HC轧机由于其中问辊的轴向可调性，不必准备大量的备用轧辊。（5）由于六辊HC轧机具有良好的板形稳定性和较大的板形调节性，所以在确定轧制道次时可以不考虑带钢的板形问题。（6）六辊HC轧机在中间辊轴向移动量和工作辊、中间辊弯辊力匹配合理的条件下，可使所轧制的带钢边部厚度差极小，减小下道工序的剪边量，提高成品率，也可防止由于边部厚度不均而导致的边裂甚至断带。（7）为提高热轧成品带钢的板形质量，六辊HC轧机用于热连轧精轧区域将成为发展方向。 第3章 HC轧机主要技术特性及结构说明3.1 工艺流程图第3章 HC轧机主要技术特性及结构说明图3-1 1-开卷机 2-夹送辊 3-矫直辊 4-液压剪 5-左卷取机 6-左转向辊 7-左真空除油装置 8-六辊轧机 9-右真空除油装置 10-右转向辊 11-右卷取机3.2 轧机主要技术特性最大轧制力： 12000kN最大轧制力矩： 100kN/m最大轧制速度： 900m/min喂料速度： 30 m/min开卷张力： 660kN卷曲张力： 6120 kN工作辊规格： 300/2601050mm中间辊规格： 370/3401050mm支承辊规格： 950/8501000mm中间辊横移量： 100mm工作辊最大开口度： 20mm机架牌坊窗口尺寸： 高宽=34401090mm机架立柱断面积： 540630=340200mm23.3 轧机关键结构说明（1）机架 它主要由两片牌坊、上下横梁和工作辊弯辊装置等组成。在弯辊装置中首次设计采用了双排并列布置同步伸缩式弯辊缸，弯辊力大而结构小，使轧机内部结构更为紧凑合理。（2）辊系 辊系是轧机的核心部分，它包括支承辊、中间辊、工作辊。支承辊轴承采用D级四列圆柱滚子轴承、油雾润滑技术。支承辊两端辊颈的同轴度精度为0.005mm，该精度可以将支承辊的偏心量控制在最小范围内。（3）中间辊横移装置 它被安装在机架窗口内部两侧滑槽中间并将中间辊置于其中的u形框架。框架上有机械夹紧机构将中间辊轴承座固定。在轧机传动侧牌坊外表面设置有可带动U形框架沿轧辊轴向移动的带内置位移传感器的液压缸，启动该液压缸即可实现中间辊的轴向位移，其位移距离通过位移传感器反馈控制。（4）轧线标高自动调整装置 固定于轧机牌坊窗口内下横梁上的两个相向斜楔上，配合着两个由液压马达通过丝杠同时传动的活动楔块。当液压马达启动时，楔块便托着下支承辊两端的轴承座在活动斜楔的推动下做上下穰动，其移动距离通过设置在丝杠另一端的脉冲发生器检测控制。（5）工作辊、中间辊升降轨道 双层活动轨道的设计结构为实现工作辊、中间辊的快速自动更换提供了保证。其换辊时间可由普通形式的30min缩短到6min。图3-2 HC轧机结构示意图 1-机架 2-AGC液压缸 3-支承辊系 4-中间辊系 5-工作辊系 6-横移装置 7-轧线标高自动调整装置第4章 轧制规程及相关参数确定第4章 轧制规程及相关参数确定双机架可逆连轧，6道次轧制，来料厚度2.2mm，宽800mm，材质08F，成品厚度0.3mm。4.1 轧辊主要参数确定根据1100六辊HC冷轧机参数确定1050六辊HC冷轧机轧辊直径、材料及淬硬层厚度：工作辊 2801050mm HS=9397 20mm中间辊 3501050mm HS=7580 20mm支承辊 9001000mm HS=6570 30mm辊身材料均采用9Cr2Mo。 4.2 轧制规程制定根据参考文献攀钢HC冷连轧机组工艺特点及应用研究、攀钢冷轧厂HC 连轧机组大压下率轧制研究及四辊/六辊HC中试轧机冷轧电工钢技术中的相关数据，可以排出表4-1所示轧制压下规程表：表4-1 轧制压下规程表轧制道次入口厚度h0/mm出口厚度h1/mm压下量h/mm压下率 /%轧制前后轧件平均厚度hm/mm12.201.400.8036.01.80021.400.900.5035.71.15030.900.600.3033.30.75040.600.420.1830.00.51050.420.310.1126.20.36560.310.300.013.200.305根据表一所制定的压下规程，校验咬入条件。采用参考文献塑性变形力学基础与轧制原理第151页7-2咬入角公式： （4-1）式中 h该道次压下量； R轧辊半径。得到各道次咬入角： 最大咬入角小于5o ，符合咬入条件（塑性变形力学基础与轧制原理第153页表7-1）。4.3 确定各道次变形抗力对于材料08F，考虑加工硬化后，采用参考文献塑性变形力学基础与轧制原理第193页表8-4中对应的经验公式： （4-2）式中 初始条件该公式引自轧钢工艺学第320页表4-2 各道次总压下率及变形抗力道次1234560/%036.459.172.780.985.91/%36.459.172.780.985.986.4m/%22.050.067.377.683.986.2s/MPa4425806636877097174.4 计算各道次带钢张力采用参考文献轧制设备及工艺