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| 文献综述 1.中厚板轧机车间的工艺流程 1.1中厚板的介绍 板带材按厚度可分为以下几种：厚度在4～60毫米之间的板带材叫做中厚板，厚度在0.2～4毫米之间的板带材叫做薄板，厚度在0.001～0.2毫米之间的板带材叫做箔材，而人们习惯上把中板和厚板统称中厚板。近些年来，在中厚板轧机的不断发展中，中厚板的品种不断增多，同时中厚板的质量和产量都得到了一定提高。中厚板的生产材料除了普通碳素结构钢外，还有优质碳素结构钢、各种合金钢、不锈钢、双金属复合材料等。中厚板广泛应用于造船、汽车、家电、电工、焊管等各个行业。 1.2.中厚板轧机车间的工艺流程 1.2.1流程概述 在实际生产中中厚板的生产流程特点如下： (1) 轧钢车间主作业线长； (2) 种类较多且性能各异，对质量和交货要求严格； (3) 需要展宽轧制、往返轧制； (4)工厂内的临时库存区多，物流的峰值变化快，没有规律 (5) 精整区的工序和工艺流程多而且区域内的物流往返、交叉频繁； (6) 铸坯及钢板都是逐块、逐张堆垛的，库位及库区管理与行车作业复杂； (7) 种类、尺寸不同瓶颈不同，无法进行预测； 不同厂房内的生产线布置情况、所生产的产品品种、物流的走向、交货状态都是不一样的，所以中厚板的生产工艺流程也是不同的。但中厚板生产工艺流程中的核心部分如加热、轧制、冷却和精整剪切仍是一样的。而具体的工艺流程一般由根据成品的交货状态来确定，可分为直接轧制交货、热处理交货和抛丸或涂漆交货。 1.2.2生产工艺流程 目前，我国的单机座2300毫米三辊劳特式中板轧机生产的产品规格通常是由4.5～20毫米，宽度由1200毫米～1800毫米，长度一般不超过8000毫米。 其基本生产工艺流程如下： 坯料照片→加热→除鳞→ 轧制 →矫直→冷却→翻版检查→划线 ↓ ↑ 弯头压直→喷水冷却 →剪切→检查标记→收集堆垛→入库 ↓ ↑ 修磨 有特殊要求的钢板，常在矫直或剪切后送往各相应工段进行常化、酸洗、退火和淬火等加工。 注：1、在单机座劳特式轧机上，中厚板的轧制过程可分为以下几个阶段：除鳞、展宽、轧长、精轧。其中除鳞阶段的目的是为了防止残存和新生的氧化铁皮压人而影响钢板的表面质量，故在轧制的最初几道常以较小的压下量轧制以便疏松氧化铁皮，然后用高压水冲，或投入竹枝、杏条等物，将氧化铁皮崩掉。而展宽阶段多采用角轧法，当然在轧机设备能力大时也可采用横轧法。当轧件展至足够的宽度后即进入轧长阶段，此时采用较大的压下率使轧件迅速延伸以获得所要求的长度。在精轧阶段主要用来控制钢板的精度和表面质量，根据轧辊的磨损量、板带材的材料，所需温度等来确定压下量以得到所要求的的质量和精度。 2、为了提高钢板的机械性能，使钢板得到较细而且均匀的晶粒度，在轧后要求喷水进行强制快速冷却，喷水之前钢板应当经过弯头压直机，用以消除较严重的瓢曲或翘头。 2.中厚板轧机车间的主要设备 2.1中厚板轧机车间的平面布置 2300中厚板车间的平面布置图如下图1所示，其中轧机的规格为三辊劳特式轧机。 图1 2300中板车间平面布置 1—45吨齿条推钢机；2—续式加热炉；3—缓冲器 ；4—除鳞机；5—三辊轧机列； 6—拔钢机；6—升降台：8—钢板喷水装置；9—压头机；10—11辊矫直机；11—固定挡板； 12—13—冷床；14—翻板机；15—对准装置；16—划线小车；17—1号横剪机； 18—切头推出装置；19—切头翻版机；20—剪切拉钢机；21—2号纵剪机； 22—侧刀剪边料翻版装置；23—2号剪前推钢机；24—3号纵剪机；24—3纵剪机； 25—定尺装置；26—成品检查台架及拖运机 按照车间平面布置，有如下特点： 1)为了适应生产发展的需要，使车间有可能改建成纵列式双机座中板轧机，在车间工艺布置上给建没第二座四辊精轧机预留了位置，与之相应的对增建3号加热炉、第二条精整作业线与热处理间均留有足够的场地。 2)原料跨与主轧跨平行，加热炉配置在两跨厂房内，故不需要建造垂直于轧机作业线并配置加热炉的横跨厂房。这种布置有利于厂区的平面布置与总图铁路运输，可以节省较多的建设场地。但这种布置由于起重机吊运原料时，操作室经常靠近炉尾，操作环境较恶劣，而且推钢机的一端在起重机的作业范围之外，显然给检修工作带来了困难。 3)钢板采用划线小车进行划线，它可根据钢板的板形和表面质量等情况来选定较适宜的划线位置，故操作较灵活，钢板的成材率也较高。 2.2中厚板轧钢车间的机械设备 在轧钢生产中，轧钢车间的机械设备一般可分为完成塑性变形轧制工序的主机和完成一系列辅助工序的辅机两大类。 主机是它包括一架、几架或二十余架工作机座及其传动装置（接轴、齿轮座、减速机、联轴器）和主电机。主机列类型和特征标志着整个轧钢车间的类型和特点。 按照用途，中厚板轧钢车间的辅机大致可分为： 纵向或横向运输轧件和翻转轧件用的机械——如连续式加热炉用的推钢机，环形加热炉用的装出料机，输送轧件用的各种辊道和链式输送机，三辊式或二辊周期式轧机用来纵向往复运送轧件的各种冷床，加热炉后使钢锭或扁锭调大小头用的转盘，导引并使轧件对正轧辊孔型和翻转一定角度的推床荷移钢机，以及对轧件表面清理、洗净、去油的清洗机组。 将轧件切成定尺长度的机械——如各种剪断机、锯机。 精整轧件的机械——如平整机，各种矫直机，以及为了暴露轧件表面缺陷用的抛丸机清除轧件表面缺陷的修磨机。 收集轧件的机械——如钢坯堆垛机、垛板机、回转升降台、卷取机、卷线机，以及捆扎棒材与线材用的打捆机等。 此外，在板带材生产的车间中，还有许多由单机组成的加工线，如连续热镀锡、热镀锌、涂油、酸洗、压力淬火、退火等各种机组。在生产钢管的车间还有定径机、减径机、冷拔机等多种辅助设备。 轧钢辅助设备的特点之一就是种类繁多、这些设备负担着完成不同工序任务。必须指出，这些辅助设备水平对整个车间的生产率、产品的品种、质量、机械化、自动化程度以及对改善工人的劳动条件都有重要影响。 由于轧钢辅助设备的结构和运动等较为复杂，所以在确定辅助设备的结构时，要考虑到设备的标准化、系列化以及通用化。这样可以大大节省制造费用和难度，加快制造速度并更加容易保证设备质量。对于设备的包装、运输、安装和生产检修等都减低了难度，对多、快、好、省的建设中厚板轧钢工业具有重要意义。 3.中厚板生产工艺 近些年来，中国关于中厚板的研究与开发的工作从未停歇过，一大批的学者、工人等就中厚板的设备、工艺、材料和自动化控制等内容的研究一直都在孜孜不倦的进行中。通过对现有理论的消化吸收和对从国外引进设备的研究，中国经过自己的努力建立了一批具有国际先进水平的中厚板轧机。随着中厚板的发展，其生产技术不断进步，使生产更加简单、高效。 随着计算机的发展，也有越来越多的自动控制技术应用于中厚板生产中。下面简要介绍几种中厚板的生产工艺。 3.1.板形控制技术 近些年来，随着对板型要求的不断提高，板型控制技术取得了较大的发展，对中厚板的的版型（包括平直度、横截面凸度和边部减薄量）、成材率及其性能的均匀性都有加强作用。板型控制技术扩大了板带材的品种与规格，同时可以使精整工序大大减少。板型控制技术的这些优点使之成为中厚板生产中必不可少的一种技术。 良好的板型一直是生产过程和板带材用户的永恒要求，板形控制技术就是一项基于此要求上产生的对钢板立体三维形状的控制。板型控制在中厚板轧机上的应用主要是解决钢板的横向厚差。板型控制的方法主要有以下几种：液压弯辊技术、HC技术、CVC技术和PC技术。利用板型控制技术可以生产出尺寸偏差非常小、性能均匀的平直钢板。通过此技术还可以扩大产品种类和规格，生产出各种异形钢板如锥形、圆形、异宽。 目前，我国中厚板轧机板形控制技术处于发展中，尚未达到稳定成熟的地步，还需进一步的发展。 3.2控轧控冷技术 控轧控冷技术就是通过控制钢材的固态相变和晶粒细化等方法，来提高钢的强度、韧性、延展性的技术。控轧控冷技术又可分为控制轧制、控制冷却和TMCP。 控制轧制就是在调整钢的化学成分即添加一些微量元素的前提下，通过改变加热温度、轧制温度和控制压下量等一些工艺参数，来改变钢材的组织性能。 控制冷却是控制热轧钢材轧制后的冷却条件，去改变奥氏体组织状态，已达到控制钢材的轧制性能。而TMCP则是将控制轧制和控制冷却结合起来，来提高钢材的综合性能。 目前，我国中厚板企业对控轧控冷技术的应用还不够广泛，主要集中于大型企业，对技术的掌握还不够全面、 3.3超声波探伤技术 超声波探伤技术是利用超声波与工件之间的相互作用，对反射、衍射、透射等的波进行研究，从而得到钢板内部的情况，对钢板进行技术评估。 中厚板超声波探伤技术具有检验面积大和不损害检验试样的优点，是现如今国外各大中厚板生产企业无损检测常采用的技术。超声波的探伤速度快可达到20～120m/s,探伤温度可分为150以下和250以上两种。由于超声波的探伤技术可连续自动化操作，所以能够与轧机和精轧线的生产能力相配合。 我国中厚板企业的超声波探伤尚在起步阶段。近些年来，中厚板企业对超声波探伤技术的需求越来越多，我国正在逐步发展引进新技术来对此进行发展尤其是连续自动化超声波探伤技术。 4.中厚板国内外发展情况及现状 4.1国内中厚板发展现状 近些年来 ,国内对中厚板的生产技术的研究一直不断进行，也取得了一定的发展，主要进步如以下几个方面： (1)钢锭与初轧板坯已逐渐被淘汰，而连铸板坯后来居上，产量逐年增加，其中厚连铸板坯最多。另外钢的组织性能和表面质量都有一定提高； (2)步进式加热炉加热，采用步进梁分段错开布置，加热制度采用计算机控制，可使板坯加热均匀。同时在此过程中采用出钢机来实现的热装热送的操作，节约了能源，提高了生产的热效率； (3)为适应控轧与板形控制的要求，对装置进行了整改，如轧件加大，刚度增加等。HAGC装置和板形控制装置进行了完善； (4)与TMCP相结合的快冷装置必不可少； (5)采用先进的冶炼工艺和炉外精炼技术，来保证钢的纯净度，提高钢的机械性能； (6)采用控轧控冷，来提高钢的强度、韧性、延展性。同时采用组合式矫直机，使矫直能力加强、范围扩大； (7)采用超声波探伤技术检查钢板的内部缺陷； (8)开始采用滚切式双边剪和定尺剪进行剪切。采用此方法后剪切线的剪切质量而且生产率得到提高； (9)采用高压水除鳞技术，提高钢板表面质量； 从上面的描述可知，近些年来，国内的中厚板得到了很大的发展，取得了不晓得进步，中厚板的精度逐年增加，计算机成为了必不可少的设备。 4.2国外中厚板发展现状 国外中厚板的生产技术较国内更为先进，下为国外中厚板的的发展现状： （1）精整设备高效化、机械化、自动化； （2）特大功率电机采用交叉变频技术，对传动速度可控性提高； （3）采用在线磨辊，减少了换辊次数； （4）通过增加高压水压力，保证钢板表面质量； （5）可生产出各种异形钢板如锥形、圆形、异宽等； （6）车间内有在线检测设备，检测精度高； 从以上的描写也可以看出，目前国外的中厚板发展已进入了稳定期，各项技术都处于世界先进水平，而且中厚板的生产已基本实现了机械化、自动化。 世界上工业发达的国家的中厚板生产已基本达到了稳定状态，很少建立新的中厚板轧机厂。同时考虑到环保问题，一些污染、耗能较大的中厚板生产线已经停产了。由于计算机的使用，使中厚板的生产技术大大提高，工厂效益增加。同时这些年来新型钢板的产量不断增加如X70～X100管线板、海洋结构板、水力发电高强水压管用板及耐腐蚀桥梁板。 5中厚板轧机的飞剪介绍 5.1飞剪机的用途 飞剪机是安装在轧制线上，用来横向剪切运动的轧件的机构。飞剪机可安装在以下几处：连续式轧机的作业线上、横切机组、连续镀锌机组、连续镀锌机组等。飞剪机的主要功能为切头、切尾、切定尺。近些年来，随着中厚板轧机的不断发展，飞剪的应用范围也在逐步扩大。同时，随着近些年计算机的发展，飞剪机的结构与功能也得到了发展。 5.2对飞剪机的基本要求 （1）能够达到对轧机生产率的要求； （2）能够剪切出所要求的尺寸规格； （3）剪刃与轧件的速度应该满足同步要求； （4）能够满足上下两个剪刃的运动轨迹至少有一个是封闭曲线的要求； （5）能够满足剪刃做平面运动的要求，使剪切断面垂直于轧件轴线； （6）上下剪刃的侧向间距在剪切过程中要得到满足； （7）能够满足对轧件的切头和切定尺要求。 上述各条并非每台飞剪必须严格遵守的 5.3飞剪的组成及分类 飞剪的种类有很多。随着现代化中厚板轧机的发展与进步，各种新式的飞剪开始出现。根据飞剪机的用途，可分为切头式飞剪机和定尺式飞剪机两大类。如果按飞剪机剪切机构的形式来分，目前应用较广泛的有：滚筒式飞剪，曲柄回转式飞剪，摆式飞剪，摆式飞剪等结构形式。 5.4各类飞剪机的比较 1）滚筒式飞剪机 滚筒式飞剪较其他飞剪机构而言结构简单、可靠，应用范围更加大。它是由一对相对转动且装有剪刃的滚筒组成，所以剪刃做简单的圆周运动。它主要用于小型材、板带材的切头、切尾切定尺。它的剪切厚度一般小于12毫米，但是当它用来切头时，轧件厚度可达45毫米。它的剪切运动速度高达15m／s，但是切口不齐。下面做一简单介绍。 滚筒式飞剪的工作原理见图2(a)。两个相向转动的滚筒上，沿径向各固定一个刀片，轧件在滚筒之间通过。当两个刀片与轧件相遇，即开始剪切，而当两个刀片相遇重叠时，轧件已被剪断。滚筒式飞剪的结构图如下图2（b）所示。 图2滚筒式飞剪机 在带钢热轧机的精轧机组之前采用一种双刀式滚筒飞剪，每个滚筒上安装两个刀片，因而滚筒每一周有两个剪切位置，一个专用于切头，另一个用于切尾。双刀式飞剪的动作见图3和图4，图中黑色为切头刀片，白色为切尾刀片。 图3 切头时飞剪刀片动作示意图 a.原始位置；b一起动；c一头部剪切点；d一切断后减速；e一自动控制开始；f一刀片冷却位置；g一超过位置后反转；h一反转停止，刀片冷却并准备切尾 图4 切尾时飞剪刀片动作示意图 a--反转起动；b一等待位置；c一剪切起动；d一尾部剪切点；e一切断后减速； f一自动控制开始；g.刀片冷却位置；h一超过位置后反转；k一反转停到原始位置 2)曲柄式飞剪 3)曲柄式飞剪一般有曲柄回转杠杆式飞剪，曲柄偏心式飞剪和曲柄连杆式飞剪等几种形式。下面对这几种曲柄式飞剪作一简单介绍。 曲柄回转杠杆式飞剪可用于剪切厚钢坯。由于飞剪剪刃剪切时刀片作平移运动，所以可保证切口平直。 下图图5为曲柄回转杠杆式飞剪的结构简图。刀架1的一边在偏心套筒上固定，另一边与摆杆2连接。摆杆2的摆动支点则铰接在可升降的立柱3上。立柱3可由曲杆4带动升降，达到空切目的。当偏心套筒(曲柄)转动时，刀架1作垂直或近似垂直于轧件平移运动。 图5曲柄回转杠杆式飞剪简图 1一刀架 2一摆杆 3一能升降的立柱 4一空切机构的曲杆 曲柄偏心式飞剪，用来剪切（圆形）方钢坯。图6为曲柄偏心式飞剪机构简图。这种飞剪的剪切机构实际上是曲柄连杆机构。其曲柄1铰接在偏心轴2的镗孔中，还通过连杆4与导架3相铰接。所以当导架3转动时，曲柄1以相同的角速度一起转动。 定尺长度可通过改变偏心轴2与曲柄1(也可以说是导架3)的角速度比值可改变剪刃运动轨迹来加以调整。 图6 曲柄偏心式飞剪结构简图 1一曲柄 2一偏心轴 3一导架 4一连杆 5一刀架 6一摆杆 曲柄摇杆式飞剪用来剪切冷轧带钢。它可装设在横切机组上，用于高速下定尺剪切板带材。下图7为曲柄摇杆式飞剪的机构简图。下面做简单介绍，上刀架1（连杆）由曲柄带动，并由上刀架通过铰链带动下刀架2（摇杆）摆动。剪刃安装在连杆与摇杆上，当上下剪刃相遇时产生剪切动作。此时，刀架作平移运动。 图7曲柄摇杆式飞剪机构简图 1一上刀架 2一下刀架 3一曲柄 4一偏心轴 5一偏心套 6一偏心轴 7一剪刃间隙调整装置 4)摆式飞剪 摆式飞剪主要用于剪切热轧和冷轧的带钢及厚度小于6．4mm的板材，也用于圆盘剪切机旁的碎边机以切碎板边。其刀片在剪切时作近似平移，剪切质量较好。 图8所示为摆式飞剪的结构简图。其剪切机构由上下刀架与偏心轴组成, 下刀架6可以在上刀5的滑槽中上下滑动。上下刀架的偏心为e1（改变，空切机构），偏心位置差180°，当主轴转动时，上下刀相向运动完成剪切动作。为了能够剪切运动着的轧件，就要使摆动架体能够往复摆动。摆动机架下部与一个偏心连杆铰链联接，偏心轮装在后轴3上。当主轴1转动时，就可通过同步圆盘8，齿条9、小齿轮10和后轴3上的偏心连杆，使机架4以偏心主轴为中心往复摆动。 图8 摆式飞剪结构简图 1一偏心主轴 2一空切偏心轴 3一后轴 4一机架 5一上刀架 6一下刀架 7一连杆 8一同步圆盘 9一齿条 10一齿轮的长度 |
