轧钢技术发展前景_轧钢技术的发展和展望
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轧钢技术发展前景
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 2O 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、低成本的铸轧一体化, 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。
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、中轧平辊轧辊技术的应用, 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。
在20世纪末，世界轧钢技术发展迅速。轧钢生产在自动化、高精度化、连续化方面取得了较大进步。轧钢生产是将钢锭或钢坯轧制成钢材的重要生产环节和主要方法。因为用轧制方法生产出的钢材，具有生产率高、生产过程连续性强、品种多、易于实现机械化、自动化等优点，而且比锻造、挤压、拉拔等生产产品，性能更高，成本更低。目前，约有93%的钢都是经过轧制成材的。有色金属生产也大量应用轧制方法。
轧钢生产的主要产品为建筑、造船、汽车、石油、化工、国防、矿山等专用钢材。目前，我国轧钢生产的钢材品种主要有薄钢板、硅钢片、钢带、无缝钢管、焊接钢管、铁道用钢、普通大型材、普通中型材、普通小型材、优质型材、冷弯型钢、线材、特厚钢板、中厚钢板等。轧钢生产的产品按钢材断面形状分为：钢板、钢管和型钢。型钢是一种应用范围广泛的钢材。我国型钢产量占钢材总产量的25%～30%。型钢按用途分为：普通型钢和专用型钢。从断面形状又可分为异型断面型钢和简单断面型钢。从生产方式的角度又可分为焊接型钢、弯曲型钢和轧制型钢。
板带材也是一种广泛应用的钢材，我国的板带材产量占钢材总产量的45%～55%。板带钢按应用领域分为建筑板、桥板、船板、汽车板、电工钢板、机械用板等。按照轧制温度的不同又可以分为热轧板带和冷轧板带。钢板按厚度分为：中厚板、薄板和箔材。
钢管的用途主要有建筑用管和石油管道等。我国钢管产量占钢材总产量的10%～15%，钢管的规格一般用外形尺寸及壁厚标称。其断面一般为圆形管，也有多种异型钢管和变断面钢管。钢管从制造角度划分为无缝钢管、螺旋钢管与直缝钢管、冷轧钢管等。按断面形状划分为圆形管、异型钢管和变断面钢管。这些品种齐全、样式繁多的钢管被应用在管道、石油运输，锅炉侧壁、地质钻探、轴承及注射针管等方面。
随着轧钢工艺及轧钢技术的不断发展，钢材的生产范围将不断扩大，产品品种也将不断增多。近年来我国许多有价值的钢板产量大幅度增长，冷轧硅钢片2003年已达89.6万吨，镀锡板2002年已经达到110万吨，管线钢、石油管、耐火钢板、冷轧不锈钢板产量达55万吨。
轧机的发展史
据说在14 世纪欧洲就有轧机﹐但有记载的是1480 年意大利人 达 ' 芬奇(Leonardo da Vinci)设计出轧机的草图。1553 年法国人布律列尔(Brulier)轧制出金和银板材﹐用以制造钱币。此后在西班牙﹑比利时和英国相继出现轧机。1728 年设计的生产圆棒材用的轧机为英国设计的生产圆棒材用的轧机。英国于1766 年有了串行式小型轧机﹐19 世纪中叶﹐第一台可逆式板材轧机在英国投产﹐并轧出了船用铁板。1848 年德国发明了万能式轧机﹐ 1853 年美国开始用三辊式的型材轧机﹐并用蒸汽机传动的升降台实现机械化。接着美国出现了劳特式轧机。1859 年建造了第一台连轧机。万能式型材轧机是在1872 年出现的﹔20 世
纪初制成半连续式带钢轧机﹐由两架三辊粗轧机和五架四辊精轧机组成。
中国于1871 年在福州船政局所属拉铁厂(轧钢厂)开始使用轧机﹔轧制厚15mm 以下的铁板﹐ 6 ～ 120mm 的方﹑圆钢。1890 年汉冶萍公司汉阳铁厂装有蒸汽机拖动的横列双机架 2450mm 二辊中板轧机和蒸汽机拖动的三机架横列二辊式轨梁轧机以及 350/300mm 小型轧机。随着冶金工业的发展﹐现已有
多种类型轧机。、轧机的分类
轧机可按轧辊的排列和数目分类﹐可按机架的排列方式分类﹐也可按生产的产品分类﹐分别列于表 1 轧机
按轧辊的排列和数目分类﹑表 2 轧机按机架排列方式分类和表 3 轧机按生产产品分类。
8、轧机的发展
现代轧机发展的趋向是连续化﹑自动化﹑专业化﹐产品质量高﹐消耗低。60 年代以来轧机在设计﹑研究和制造方面取得了很大的进展﹐使带材冷热轧机﹑厚板轧机﹑高速线材轧机﹑ H 型材轧机和连轧管机组等性能更加完善﹐并出现了轧制速度高达每秒钟 115 米的线材轧机﹑全连续式带材冷轧机﹑ 5500 毫米宽厚板轧机和连续式 H 型钢轧机等一系列先进设备。轧机用的原料单重增大﹐液压 AGC ﹑板形控制﹑电子计算器过程控制及测试手段越来越完善﹐轧制品种不断扩大。一些适用于连续铸轧﹑控制轧制等新轧
制方法﹐以及适应新的产品质量要求和提高经济效益的各种特殊结构的轧机都在发展中。
轧机的主要设备有工作机座和传动装置
1）工作机座。由轧辊﹑轧辊轴承﹑机架﹑轨座﹑轧辊调整装置﹑上轧辊平衡装置和换辊装置等组成。
a.轧辊：是使金属塑性变形的部件。
b.轧辊轴承：支承轧辊并保持轧辊在机架中的固定位置。轧辊轴承工作负荷重而变化大﹐因此要求轴承摩擦系数小﹐具有足够的强度和刚度﹐而且要便于更换轧辊。不同的轧机选用不同类型的轧辊轴承。滚动轴承的刚性大﹐摩擦系数较小﹐但承压能力较小﹐且外形尺寸较大﹐多用于板带轧机工作辊。滑动轴承有半干摩擦与液体摩擦两种。半干摩擦轧辊轴承主要是胶木﹑铜瓦﹑尼龙瓦轴承﹐比较便宜﹐多用于型材轧机和开坯机。液体摩擦轴承有动压﹑静压和静-动压三种。优点是摩擦系数比较小﹐承压能力较大﹐使用工作速度高﹐刚性好﹐缺点是油膜厚度随速度而变化。液体摩擦轴承多用于板带轧机支承辊和其它高速轧机。c.轧机机架：由两片“牌坊”组成以安装轧辊轴承座和轧辊调整装置﹐需有足够的强度和钢度承受轧制力。机架形式主要有闭式和开式两种。闭式机架是一个整体框架﹐具有较高强度和刚度﹐主要用于轧制力较大的初轧机和板带轧机等。开式机架由机架本体和上盖两部分组成﹐便于换辊﹐主要用于横列式型材轧机。
此外﹐还有无牌坊轧机。
d.轧机轨座：用于安装机架﹐并固定在地基上﹐又称地脚板。承受工作机座的重力和倾翻力矩﹐同时确保
工作机座安装尺寸的精度。
e.轧辊调整装置：用于调整辊缝﹐使轧件达到所要求的断面尺寸。上辊调整装置也称“压下装置”﹐有手动﹑电动和液压三种。手动压下装置多用在型材轧机和小的轧机上。电动压下装置包括电动机﹑减速机﹑制动器﹑压下螺丝﹑压下螺母﹑压下位置指示器﹑球面垫块和测压仪等部件﹔它的传动效率低﹐运动部分的转动惯性大﹐反应速度慢﹐调整精度低。70 年代以来﹐板带轧机采用 AGC(厚度自动控制)系统后﹐在新的带材冷﹑热轧机和厚板轧机上已采用液压压下装置﹐具有板材厚度偏差小和产品合格率高等优点。f.上轧辊平衡装置：用于抬升上辊和防止轧件进出轧辊时受冲击的装置。形式有﹕弹簧式﹑多用在型材轧机
上﹔重锤式﹐常用在轧辊移动量大的初轧机上﹔液压式﹐多用在四辊板带轧机上。
g.为提高作业率﹐要求轧机换辊迅速﹑方便。换辊方式有 C 形钩式﹑套筒式﹑小车式和整机架换辊式四种。用前两种方式换辊靠吊车辅助操作﹐而整机架换辊需有两套机架﹐此法多用于小的轧机。小车换辊适合于大的轧机﹐有利于自动化。目前﹐轧机上均采用快速自动换辊装置﹐换一次轧辊只需 5 ～ 8 分钟。
2)传动装置
由电动机﹑减速机﹑齿轮座和连接轴等组成。齿轮座将传动力矩分送到两个或几个轧辊上。
3)辅助设备包括轧制过程中一系列辅助工序的设备。如原料准备﹑加热﹑翻钢﹑剪切﹑矫直﹑冷却﹑探伤﹑
热处理﹑酸洗等设备。
4)起重运输设备 吊车﹑运输车﹑辊道和移送机等。
5)附属设备 有供﹑配电﹑轧辊车磨﹐润滑﹐供﹑排水﹐供燃料﹐压缩空气﹐液压﹐清除氧化铁皮﹐机修﹐
电修﹐排酸﹐油﹑水﹑酸的回收﹐以及环境保护等设备。
4、轧机的命名
按轧制品种﹑轧机型式和公称尺寸来命名。“公称尺寸”的原则对型材轧机而言﹐是以齿轮座人字齿轮节圆直径命名﹔初轧机则以轧辊公称直径命名﹔板带轧机是以工作轧辊辊身长度命名﹔钢管轧机以生产最大管
径来命名。有时也以轧机发明者的名字来命名(如森吉米尔轧机)。
5、轧机的选择
按生产的产品品种﹑规格﹑质量和产量的要求来选定成品或半成品轧机的类型和尺寸﹐并配备必要的辅助﹑
起重运输和附属设备﹐然后根据各种因素的要求最后加以平衡选定。
6、轧机动力设施
1590 年英国开始用水轮机拖动轧辊﹐直到 1790 年还有用水轮机配以石制飞轮拖动四辊式钢板轧机的(图 4 水轮机拖动的钢板轧机)。1798 年英国开始用蒸汽机拖动轧机。现代的轧机均为直流或交流电
动机拖动﹐有单机拖动﹐也有通过齿轮成组拖动。
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