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辽宁科技大学本科毕业设计（论文）文献综述第1页1一、中厚板轧钢机的国内外现状中厚板轧机是用于轧制中厚度钢板的轧钢设备。生产钢板厚度通常6mm以上。中厚板轧机的规格一般按工作辊辊面长度来标称，如2300mm、2800mm、5500mm等。当前世界是最大的为5500mm轧机。同其他轧钢机一样，中厚板轧机由工作机座和传动装置组成，工作机座主要包括轧机机架，辊系，平衡系统，压下装置和换辊装置。传动装置由大型电动机和减速机组成，由于电动机制作技术的发展，现代中厚板轧机通常由电动机直接拖动。轧钢机的出现和发展已经经历了几百年的时间，十九世纪中叶美国开始使用三辊劳特中板轧机，进入二十世纪五十年代后，我国先后建成二十多套三辊劳特式轧机用于中板生产。从二十世纪八十年代开始，各企业陆续进行技术改造，以四辊可逆式中厚板轧机取而代之。轰鸣百年的三辊劳特式轧机退出历史舞台。四辊可逆式的成为现代中厚板生产主力机型，主要是由于大型直流电机及控制系统制造技术发展，解决了轧机大扭矩的可逆式拖动。近三十年来，大功率变频调速技术的发展又取代了轧机传动的直流系统。历史上，曾经用蒸汽机做为往复轧制的动力拖动轧钢机。早在1890年，中国就引进蒸汽机拖动的2450mm中板轧机。这台轧机在抗战时期从汉口搬迁到重庆，一直运行到二十世纪八十年代以后，使用了百年之久。现代中厚板轧机越来越趋于大型化，精密化，自动化。以满足钢板控制轧制技术的要求，能够生产高强度的合金钢板。电子计算机的应用使轧机提高了自动化控制程度。中厚板轧机普遍采用了液压AGC（钢板厚度自动控制系统）。中厚板的精度和生产效率大幅度提高。二、研究的主要成果(1)强力型中厚板轧机中国最近建设的中厚板轧机均属于强力型轧机，单位辊面宽轧制力达20kN／mm，单位辊面宽的轧制力矩达到1.5kN／mm，单位辊面宽的轧制功率达到4kW／mm，轧机刚度达到10MN／mm的高水平，可以实现低温大压下控制轧制。例如，2003年初投产的首钢3500中厚板轧机，最大轧制力达到74MN；最大轧制力矩达到2×3070KN-m；最高轧制速度6.6m／s；实测静压靠机械刚度达到0.7NN／mm。首钢3500mm四辊轧机的制造者第二重型集团公司采用大型CAD软件Pro／Engineer建立了机架实体模型，使用有限元软件ANSYS对机架进行有限元分析计算，优化了机架设计。轧机机械静压靠刚度达到10.7MN／mm。该机架重量325t，高度为12.32m，运用凝固模拟软件辽宁科技大学本科毕业设计（论文）文献综述第2页2FT-star，对铸件可能产生的缩孔、缩松缺陷进行预测，优化了铸造工艺，采用连续保温浇铸技术，解决单片570吨钢水大型牌坊的冶炼、浇注、保温、运输等问题（这是迄今为止中国浇注的最大的牌坊）。根据最大轧制力74MN的要求，设计伺服缸的缸径达1450mm，有效行程50mm，中心安装磁尺及内部626设计导向装置的简洁形式。为了满足平面形状控制MAS轧制的要求，最高压下速度达29mm／s，要求每台液压缸流量Q=2873.51／min，这些指标达到了此前中国之最。(2)加速冷却装置近年中国开发了U型管层流、高密度直管层流、水幕冷却等各种形式的控制冷却装置和相应的高精度数学模型，以及自动控制系统，具有高速冷却、良好的冷却均匀性及冷却过程的自动化控制能力等。(3)高精度尺寸形状控制系统新近建设的轧机采用交,交变频电气传动系统和高响应性的液压压下系统，为高精度的控制提供了重要的前提条件。首钢中厚板轧机采用了中厚板轧机二级计算机控制系统。过程控制计算机的主要功能包括：在全轧制线上对轧件进行跟踪；对全轧制线工艺参数进行初始设定计算、修正计算和自适应计算；对轧制规程负荷分配和规程优化。基础自动化计算机接收来自过程控制计算机的指令信息，对各个区段上的具体设备进行直接数字闭环控制。轧机区基础自动化的主要任务包括轧区辊道控制、电动压下位置自动控制（APC）、液压压下厚度自动控制（AGC）、清零、刚度测试、偏心补偿、数据通讯等；控冷区基础自动化的主要任务是根据过程机的指令来对冷却水阀门组态进行直接控制。（4）TMCP技术利用现代化的轧制和冷却设备，一般首先以Q345（345Mpa级碳锰钢）为中心，进行了碳锰钢控轧控冷条件下工艺制度的理论和实验研究。在此基础上，对Q345(降碳和添加微合金元素，进行微合金钢的控制轧制和控制冷却技术的研究。同时依据超级钢的研究成果，进行Q235（235Mpa级碳锰钢）升级为Q235的研究，为量大面广的普碳钢和微合金钢中厚板的控制轧制和控制冷却奠定理论和实践的基础。（5）组织性能预测技术组织性能预测技术，即通过计算机软件预测轧制和冷却过程中发生的组织变化和最终的组织性能，是改进工艺、提高产品质量的有效方法。本项研究以低碳钢和微合金钢为研究对象，以物理冶金理论和热力学、动力学理论为基础，以模型化和模拟仿真为手段，建辽宁科技大学本科毕业设计（论文）文献综述第3页3立包括温度场、再结晶、析出、相变及组织性能对应关系等在内的热轧中厚板组织演变的系统数学模型，进行微观组织和力学性能演变的模拟和预测，为TMCP的正确实现提供准确性能预报，为提高产品质量提供理论依据。三、轧钢机发展趋势带钢连轧机的发展。在所有市场需求的钢材中，板带材占有相当大的比重。我国于1981年从13本引进1700mm热连轧机的全套设备。随后，一大批具有先进生产工艺的热连轧和冷连轧板带厂迅速崛起，。热连轧机发展的主要特点有：加大带卷和坯料重量，减少切头切尾的损耗，提高产品收得率；采用加速轧制，提高钢材产量；产品规格增加，精度提高；采用计算机控制，提高了自动化水平等。冷轧钢板的生产成本、投资费用虽然比热轧钢板高，但由于冷轧钢板的性能和质量比热轧好，在同样用途下，可以节约金属材料达30％，故冷轧板生产得到迅速发展。我国于1965年末制成300him五机架试验性窄带钢冷连轧机，20世纪80年代又从原西德引进1700lnlrn五机架带钢冷连轧机成套机组，90年代后又有六辊HC轧机、CVC轧机也先后投入生产。带钢冷连轧机正在向大型化、高速化、高精度和自动化方向发展。世界轧钢工业的技术进步主要集中在生产工艺流程的缩短和简化上，最终形成轧材性能高品质化、品种规格多样化、控制管理计算机化等。展望未来，轧钢工艺和技术的发展主要体现在以下几方面：(1)铸轧一体化。利用轧辊进行钢材生产，因其过程连续、高效、可控且便于计算机等高新技术的应用，在今后相当一段时间内，以辊轧为特征的连续轧钢技术仍将是钢铁工业钢材成型的主流技术，但轧钢前后工序的衔接技术必将有长足的进步。在20世纪，由于连铸的发展，已经逐步淘汰初轧工序。而连铸技术生产的薄带钢直接进行冷轧，又使连铸与热轧工序合二为一。铸轧的一体化，将使轧制工艺流程更加紧凑。同时，低能耗、低成本的铸轧～体化，也是棒、线、型材生产发展的方向。(2)轧制过程清洁化。在热轧过程中，钢的氧化不仅消耗钢材与能源，同时也带来环境的污染，并给深加工带来困难。因此，低氧化燃烧技术和低成本氢的应用都成为无氧化加热钢坯的基本技术。酸洗除鳞是冷轧生产中最大的污染源，新开发的无酸清洁型(AFc)除鳞技术，可使带钢表面全无氧化物、光滑，并具有金属光泽。无氧化(或低氧化)和无酸除鳞(氧化铁皮)这两项被称为绿色工艺的新技术，将使轧钢过程清洁化。辽宁科技大学本科毕业设计（论文）文献综述第4页4(3)轧制过程柔性化。板带热连轧生产中压力调宽技术和板形控制技术的应用，实现了板宽的自由规程轧制。棒、线材生产的粗、中轧平辊轧制技术的应用，实现了部分规格产品的自由轧制。冷弯和焊管机也可实现自由规格生产。这些新技术使轧制过程柔性化。(4)高新技术的应用。20世纪轧钢技术取得重大进步的主要特征是信息技术的应用。板形自动控制，自由规程轧制，高精度、多参数在线综合测试等高新技术的应用使轧钢生产达到全新水平。轧机的控制已开始由计算机模型控制转向人工智能控制，并随着信息技术的发展，将实现生产过程的最优化，使库存率降低，资金周转加快，最终降低成本。(5)钢材的延伸加工。在轧钢生产过程中，除应不断挖掘钢材的性能潜力外，还要不断扩大多种钢材的延伸加工产业，如开发自润滑钢板用于各种冲压件生产，减少冲压厂润滑油污染；开发建筑带肋钢筋焊网等，把钢材材料生产、服务延伸到各个钢材使用部门。随着工业的发展和轧钢技术的进步，轧钢工艺的装备水平和自动控制水平不断提高，老，式轧机也不断被各种新型轧机所取代。按照我国走新型工业化道路的要求，轧钢技术发展的重点也转移到可持续发展上，在保证满足环保要求的条件下，达到钢材生产的高质量和低成本。[2]四、我国中厚板轧钢机存在的问题尽管我国钢铁企业对中厚板轧机进行了多次的设备和技术改造，但是与国外发达工业国家相比，仍然存在以下差距：从轧机结构上来看，国内的中厚板轧机普遍存在辊身长度小，单机产能低的缺点（见表2）。虽然通过十·五前三年的新一轮扩宽扩能改造，大辊身长度的中厚板轧机产能有了较为明显的增加，但是3000mm以下轧机仍然占主要地位。全国的26套中厚板轧机中：3000mm以下的轧机共19套，设计产能953万吨，占全部中厚板产能的60.78％；3000～4000mm轧机4套，设计产能325万吨，占20.73％；4000mm以上的轧机3套，设计产能290万吨，占18.49％。而国外发达工业国家的中厚板轧机一般都在3米以上，特别是日本，全部都是4米以上轧机。从设计产能上来看，除了个别轧机外，多数轧机的设计产量一般不超过80万吨（但改造后的实际产量均能达到设计产能的130％以上)。国外轧机规格一般在4000mm以上，设计产量一般为120～180万吨。辽宁科技大学本科毕业设计（论文）文献综述第5页5从设备布置上看，国内中厚板生产线一般只设计成一条流水线，所有的环节包括矫直、剪切、收集均从这一条线上通过，设备负荷过重而且对产量、质量形成严重制约。国外先进的中厚板厂一般都有多条剪切收集线，按照规格的不同从不同生产线通过。从主要生产工艺装备上看：（1）除少数生产线外，基本上采用推钢式加热炉，小时产量低（60～80吨/小时）。国外基本采用步进式加热炉，加热能力高达250吨/小时；（2）轧制力较低，一般在9.8kN/mm左右，国外一般为19.6kN/mm；（3）除少数生产线（济钢3500mm厚板轧机和酒钢3000中板轧机）外，很少有企业成功地运用液压AGC和液压弯辊技术；（4）除酒钢和鞍钢生产线外，其它生产线基本无控冷控轧技术（有些生产线只采用了简单的喷淋冷却设备），难以生产一些特殊钢种；（5）矫直机能力普遍较弱，效率低、平直度要求不高，影响产品质量；（6）多数生产线没有采用先进的步进式冷床，冷却过程中对板面有损伤；（7）除酒钢、韶钢、重钢和济钢中板厂外，其它企业大多采用侧切剪，剪切质量较差；（8）除济钢和鞍钢在2003年的改造新上了探伤设备外，其它生产线大都没有这一设备；（9）很多生产线没有热处理工序。有些企业即使装备了相应设备，但除了武钢、舞钢、鞍钢和浦钢热处理能力较强外，其它企业均未能正常使用。从技术掌握的程度来看，在线控制技术相对落后，板型控制能力偏低，头尾鱼型较大，剪切量多，成材率较低（一般在88～93％左右），国外多为96％左右。另外，尽管有些轧机进行了高压水除鳞、液压AGC/、测宽测厚装备和计算机控制系统等方面的改造，但限于原料、场地和前后工艺配套，进行全面综合改造的轧机较少。即使是宽厚板轧机，成品板幅也多在3700mm左右，仍然不能满足大型造船、电站用钢等要求。综合来看，与现代化轧机的世界水平相比仍有较大差距。综上所述，我国中厚板生产的工艺装备总体水平不高，品种板比例低，普碳中厚板产量大，3米以下宽度的产品（特别是宽度在2300mm以下的产品）比较集中。这些情况说明我国中厚板消费层次偏低，消费结构多样，总体水平较低但正逐步向高层次演化。五、主要参考文献[1]洛阳矿山机械研究所.2300中板车间机械设备[M].北京:机械工业出版社,1978:1,3,6-7.[2]程志彦.轧钢机和轧钢技术的发展