中厚板坯連鑄坯連軋連軋連接件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

中厚板坯連鑄坯連軋連軋連接件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

0中厚板的發(fā)展及其質(zhì)量要求中厚板是經(jīng)濟(jì)和建設(shè)中的重要原材料。它是工業(yè)過程和發(fā)展過程中不可或缺的鋼鐵品種。廣泛應(yīng)用于船舶、橋梁、石化、鍋爐、壓力容器、高層建筑和軍事應(yīng)用等行業(yè)。世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展歷程表明,中厚板的生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的鋼鐵工業(yè)發(fā)展水平。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,中厚板生產(chǎn)制造水平不斷提高,品種日益增多,應(yīng)用范圍和領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,用戶在對(duì)其內(nèi)在性能嚴(yán)格要求(高強(qiáng)度、高韌性、可焊性等)的同時(shí),對(duì)其外觀質(zhì)量也提出了更高的要求(平直的板型、光潔的表面、高精度尺寸等)。作為中厚板生產(chǎn)線上平直度控制的重要環(huán)節(jié),輥式矯直設(shè)備的性能對(duì)成品鋼板的外觀質(zhì)量起著決定性的作用,其先進(jìn)與否在很大程度上反應(yīng)了中厚板廠的技術(shù)裝備水平。1產(chǎn)生厚板直度缺陷的機(jī)理和分類1.1鋼板的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生快中厚板在加熱、軋制、快速冷卻、剪切以及熱處理過程中,常出現(xiàn)板帶材的縱向纖維在寬度或厚度方向上長(zhǎng)度不相等的現(xiàn)象(即存在小的長(zhǎng)度差)。由于纖維變形的不相等,在鋼板內(nèi)部產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力,如果此內(nèi)應(yīng)力超過了鋼板的臨界屈服應(yīng)力,就容易導(dǎo)致板面沿縱向或橫向彎曲,形成平直度缺陷。平直度實(shí)際上是指鋼板實(shí)際形狀與其理想的平直狀態(tài)的偏差值,用不平度表示。它是衡量鋼板質(zhì)量好壞的一個(gè)很直觀、很重要的指標(biāo)。1.2中間波浪、邊部波浪常見的平直度缺陷大體分為兩類。一是板面瓢曲,包括長(zhǎng)度和寬度方向瓢曲;二是板型不良,包括中間波浪、邊部波浪、側(cè)彎等。通常所見到的缺陷是其中的一種或兩種以上的組合。如長(zhǎng)度方向聯(lián)合瓢曲又叫馬鞍形瓢曲;中間波浪包括中波、中線波兩種;邊部波浪包括雙邊浪、單邊浪等。對(duì)于存在的種種平直度缺陷,只能依靠矯直手段予以改善。輥式矯直機(jī)作為中厚板生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備,主要用來消除軋制和軋后冷卻過程中產(chǎn)生的瓢曲和波浪缺陷,保證鋼板平直精度、消除殘余應(yīng)力,使其符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或滿足用戶要求。2現(xiàn)代輥式彎曲技術(shù)的特點(diǎn)及典型結(jié)構(gòu)2.1鋼板矯直的缺陷在中厚板生產(chǎn)中,由于多數(shù)被矯鋼板上的原始曲率的大小與方向均是隨機(jī)的,所以通常采用的矯直策略是:鋼板在矯直機(jī)中經(jīng)過交錯(cuò)排列的矯直輥的多次反向彎曲,使其在橫向斷面外層金屬產(chǎn)生一定的屈服變形,長(zhǎng)度較短或繃得較緊的部分伸長(zhǎng),原始曲率的不均勻度逐漸減小,從而獲得所需的平直度和較小的殘余應(yīng)力。2.2輥式機(jī)床產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)隨著控軋控冷技術(shù)(TMCP)等新技術(shù)在中厚板生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用,傳統(tǒng)矯直機(jī)存在的剛性差、矯直鋼板厚度范圍窄、功能少、換輥費(fèi)工費(fèi)時(shí)等缺點(diǎn),已經(jīng)很難適應(yīng)生產(chǎn)的要求。為滿足強(qiáng)冷后高強(qiáng)度鋼板的低溫矯直以及用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的高精度要求,各大冶金設(shè)備商陸續(xù)推出以“全液壓、高負(fù)荷、高剛性、多功能”為特征的現(xiàn)代矯直機(jī),該類型矯直機(jī)一經(jīng)出現(xiàn),便以其優(yōu)良的矯直性能快速推廣應(yīng)用到中厚板生產(chǎn)中,其典型特征如下:2.2.1輥縫和矯直力設(shè)置傳統(tǒng)矯直機(jī)上的電機(jī)調(diào)整系統(tǒng)在設(shè)定位置時(shí)由于存在精度不高、再現(xiàn)性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)差等缺點(diǎn),很難滿足現(xiàn)代矯直的要求。矯直機(jī)上裝備液壓調(diào)整系統(tǒng),可以有效克服電機(jī)調(diào)整系統(tǒng)的缺點(diǎn)。液壓輥縫調(diào)整系統(tǒng)由位置控制回路(帶伺服控制的設(shè)定單元)和位移傳感器(反饋實(shí)際位置值)組成。輥縫和矯直力設(shè)定通過4個(gè)設(shè)置在上框架上的液壓輥縫控制液壓缸來完成。輥縫控制的原則是在整個(gè)矯直過程中保持輥縫恒定,補(bǔ)償鋼板頭部、中間和尾部在牌坊間的拉伸變形。由于4個(gè)液壓缸可分別控制調(diào)整,輥系還具有整體前后傾動(dòng)、左右傾動(dòng)功能。前后傾動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)自入口至出口矯直輥縫逐漸遞增的調(diào)節(jié),在入口的1～3號(hào)矯直輥給鋼板提供大的矯直曲率,使鋼板得到較大程度的矯直,之后矯直彎曲曲率逐漸減小,消除入口矯直輥對(duì)軋件產(chǎn)生的強(qiáng)制彎曲,使其回到彈性變形范圍,最終減少或消除殘余應(yīng)力。傾動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是既能保證鋼板得到大的矯直變形,同時(shí)又可以避免過大的矯直力。左右傾動(dòng)功能調(diào)節(jié)使操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)得到不同的輥縫值。在軋件兩邊延伸不等的情況下可使用傾斜功能,即軋件厚度大的一側(cè)采用小輥縫,厚度小的一側(cè)采用大輥縫,通過矯直減小軋件兩側(cè)的厚度差,達(dá)到矯平的效果。2.2.2鋼板彎輥的分類帶有中浪或邊浪等板型缺陷的鋼板,縱向纖維長(zhǎng)度不一致,這類鋼板無彎輥矯直時(shí),一般需要多道次矯直才可滿足不平度要求。裝備彎輥裝置的矯直機(jī),由于矯直輥的彎曲可沿鋼板寬度方向施加大小不同的壓彎量,使鋼板的縱向纖維在矯直過程中承受不同的應(yīng)力變化,短纖維受拉,長(zhǎng)纖維受壓,最終達(dá)到延伸一致而使鋼板平直,矯直效率大大提高。目前常見的彎輥形式見圖1。第一類彎輥形式:矯直輥上受力架分為左右兩部分,中部有鉸接點(diǎn),液壓缸通過偏心軸和該鉸接點(diǎn)可對(duì)上輥系進(jìn)行彎輥。第二類彎輥形式:由設(shè)置在橫梁和輥?zhàn)g的8個(gè)液壓缸來調(diào)節(jié)補(bǔ)償矯直過程中矯直輥的偏差。在矯直設(shè)定中,矯直機(jī)根據(jù)鋼板浪形特點(diǎn),自動(dòng)提供正彎輥或負(fù)彎輥,如邊浪采用正彎輥,中間浪采用負(fù)彎輥。2.2.3整體推進(jìn)框架與傳統(tǒng)焊接機(jī)架相比,采用預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)的機(jī)架由于預(yù)緊力的作用,機(jī)架剛度大為增加。預(yù)應(yīng)力立柱的框架包括拉桿及螺母、上橫梁、立柱、下橫梁等部件。預(yù)應(yīng)力拉桿和機(jī)架立柱在預(yù)緊力的作用下,分別產(chǎn)生拉伸和壓縮變形,當(dāng)矯直機(jī)工作時(shí),由于受到矯直力的作用,拉桿和立柱的受力得到再分配,拉桿受力增加,立柱受力減少,作用在機(jī)架立柱的矯直力與預(yù)緊力部分抵消,很大程度地增加了機(jī)架的剛度。2.2.4矯直輥位置單獨(dú)調(diào)性改革傳統(tǒng)矯直機(jī)的上矯直輥通常只能在縱向以楔形方式調(diào)整(傾動(dòng)式軛狀調(diào)整)。實(shí)踐表明,裝有該類型調(diào)整系統(tǒng)的矯直機(jī)已滿足不了鋼板平直度、殘余應(yīng)力最小化以及從鋼板中心到表面殘余應(yīng)力逐漸減少、防止翹頭和一道次矯直的要求。采用矯直輥位置單獨(dú)可調(diào)結(jié)構(gòu)型式的矯直機(jī)可以克服傳統(tǒng)矯直機(jī)的缺點(diǎn),在矯直時(shí)可根據(jù)矯直工藝的要求,靈活調(diào)整壓下量,使每個(gè)矯直輥的壓下量處于最佳狀態(tài),從入口到出口得到理想的鋼板矯直曲率,使鋼板在較少的彎曲次數(shù)下得到矯直。矯直輥調(diào)整系統(tǒng)由帶有伺服閥的位置控制和各矯直輥的位置傳感器組成。為滿足擴(kuò)大矯直厚度范圍和生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板的需要,在矯直過程中可移去一定數(shù)量的上矯直輥和下矯直輥。例如,可把9輥矯直機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)?輥矯直機(jī),對(duì)于薄規(guī)格產(chǎn)品采用小輥距9輥矯直,對(duì)厚規(guī)格產(chǎn)品采用大輥距5輥矯直。從使用實(shí)績(jī)來看,鋼板有效矯直厚度范圍比常規(guī)矯直機(jī)擴(kuò)大50%,矯直一個(gè)道次后的鋼板平直度達(dá)到3mm/m的鋼板數(shù)量占所矯直鋼板總數(shù)的95%。2.2.5矯直輥傳動(dòng)方式由于在矯直過程中鋼板產(chǎn)生塑性彎曲變形,鋼板的長(zhǎng)度將發(fā)生變化,導(dǎo)致矯直輥輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速和鋼板運(yùn)行速度相差達(dá)3%。矯直輥采用單獨(dú)傳動(dòng)或分組傳動(dòng),一可避免成組傳動(dòng)時(shí),個(gè)別矯直輥的扭矩過大,導(dǎo)致接軸和齒輪的損壞;二可減少當(dāng)矯直輥與鋼板產(chǎn)生速差時(shí),矯直輥在鋼板表面引起打滑現(xiàn)象損傷鋼板表面現(xiàn)象的發(fā)生。2.3采用sms和mhi的典型矯直機(jī)為適應(yīng)中厚板工藝技術(shù)發(fā)展的需要,矯直機(jī)制造廠如西馬克(SMS)、三菱重工(MHI)、奧鋼聯(lián)(VAI)以及國(guó)內(nèi)的太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司(TZ)等紛紛推出采用先進(jìn)矯直技術(shù)的“第3代矯直機(jī)”,其中尤以SMS和MHI的矯直機(jī)為代表,其典型矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)見表1。3中厚板設(shè)備的發(fā)展格局近年來,隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,下游行業(yè)對(duì)中厚板質(zhì)量要求的提高以及對(duì)寬厚板、專用板需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng),特別是“西氣東輸”等重點(diǎn)基建項(xiàng)目和造船工業(yè)的急速拉動(dòng),國(guó)內(nèi)中厚板新建項(xiàng)目紛紛上馬,由此掀起了全球第三次中厚板軋機(jī)的建設(shè)高潮。2002年以來,我國(guó)引進(jìn)了數(shù)十條具有當(dāng)今國(guó)際先進(jìn)水平的生產(chǎn)線,包括矯直機(jī)在內(nèi)的設(shè)備裝備技術(shù)水平得到質(zhì)的飛躍。我國(guó)近期引進(jìn)的具有國(guó)際先進(jìn)水平的矯直機(jī)情況具體見表2。4“能”發(fā)方向發(fā)展隨著用戶對(duì)中厚板產(chǎn)品的板