冶金工程毕业论文专业：冶金工程
目录
1. 绪论 (5)
1.1轧钢技术的国内外发展概况 (5)
1.1.1 钢材产量连续大幅度增长，品种结构调整取得初步成效 (5)
1.1.2 一批新轧机投产和技术改造，进一步提高了轧钢装备水平 (6)
1.3实习厂的情况介绍 (10)
2. 方案设计 (12)
3. 设计计算 (15)
3.1压下电机容量的选择 (15)
3.1.1 被平衡件重量计算 (15)
3.1.2 转动压下螺丝静力矩计算 (15)
3.1.3 压下电机容量的选择 (17)
3.2压下装置传动机构设计 (18)
3.2.1 蜗杆传动的设计计算 (18)
3.2.2 蜗杆轴的强度计算（二级减速器蜗杆轴） (26)
3.2.3 压下螺丝螺母的强度计算 (31)
3.3机架的强度计算 (33)
3.3.1 机架的结构尺寸 (33)
3.3.2受力及其力矩 (34)
4. 润滑方式的选择 (38)
5. 试车规程 (39)
6. 经济性与环保性分析 (40)
6.1经济性分析 (40)
6.1.1 经济寿命的计算 (40)
6.1.2 经济设备大修期确定 (42)
6.2环保性分析 (44)
结论 (45)
致谢.......................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献.. (47)
摘要
随着轧钢工业的不断发展，轧机作为主要的轧钢设备也在不断的更新和发展。1700热带钢连轧机是现代热带钢连轧机的典型代表，是70年代由我国自主研制和设计的，其粗轧机采用电动压下系统，结构简单、维护方便、调整范围大、调整迅速，能满足在轧制精度上的要求，在热带钢粗轧机上被广泛应用。本文主要介绍1700R2粗轧机压下系统的设计计算，包括以下几部分：第一章绪论主要介绍轧钢技术国内外的发展概况、热带钢连轧机的现状及发展趋势和实习厂的情况简介；第二章方案设计系统地分析比较了各种压下系统的优缺点，确定了最优的设计方案；第三章设计计算部分主要包括：压下电动机容量的选择、直线环面蜗杆减速器基本尺寸的计算、蜗杆轴的强度校核、压下螺丝和螺母的强度校核及轧机机架的强度校核。在本文中还简要介绍了润滑方式的选择、试车规程以及经济性和环保性的分析等。
关键词：热带钢连轧机；压下系统；强度校核
1.绪论
随着国民经济的高速发展，近年来钢铁工业作为基础工业得到迅猛的发展，在国民经济中起着巨大作用。钢铁工业生产中，除少量的钢采用铸造或锻造方法制成零件外，炼钢厂生产的钢锭与连铸坯有85%～90%以上要轧制成各种钢材供应国民经济部门。可见在现代钢铁工业中，轧钢生产在整个国民经济中占据着异常重要的地位，对促进我国实现四个现代化至关重要。
1.1 轧钢技术的国内外发展概况
在钢铁工业生产中，轧钢工业的出现是现代工业革命的产物，虽然早在1840年著名意大利画家达?芬奇就设计了轧机的草图，但真正推进轧钢机的工业应用还是因为发明了蒸汽机。因此，轧钢技术的发展历史也仅百余年。
在一百年来的冶金工业的发展中，高效能的轧钢技术使得轧钢始终是钢铁工业中钢材成型的主要方式。在20世纪最后的10年，世界轧钢技术发展迅速。轧钢生产实现了高度的自动化、连续化和高精度化，轧钢产品的也性能大幅度提高，成本显著降低，使钢材在面临有色金属、塑料、陶瓷材料的激烈竞争中，仍保持主体结构材料的地位。
1.1.1钢材产量连续大幅度增长，品种结构调整取得初步成效
2000年和2001年我国钢材表观消费分别为14172万t和16993万t，钢材产量为13197万t和15745万t，进口钢材产量为1596.14万t和1721.73万t，出口钢材量为621万t和474万t，国内钢材市场占有率为93%。我国已形成全球最具活力的钢材市场，具体体现在中国钢材消费的持续增长和消费结构的不断提升。
2001年我国生产钢材的品种比例如图1.1所示。
图1.1-12001年钢材品种比例
我国热轧薄板生产能力2000年为2351万t，到2005年，产能达到4500万t；2001年两年来，随着国家基础建设发展和政府积极财政政策的实施，以建筑业为主所需的小型材和线材等长条材产量迅速增长；同时，板管比仍保持在40%左右，表明汽车、机械用钢及石化管线需求量都在同步增长。
2001年和2002年钢铁工业加快了薄板生产线改造、建设步伐，冷轧薄板项目投资占轧钢及其配套设施总投资的比重约为56%。热轧薄板生产线建设投资比重达到21%。
冷轧薄板产量达876万t，已大量用于国产冰箱、洗衣机制造，汽车用板中IF钢冷轧薄板已批量生产。
此外，其他高附加值钢材产品和品种开发取得了显著成绩：
1.冷轧硅钢片产量大幅度增长，2001年已达68.6万t，2003年全面淘汰热轧硅钢片。
2.镀锡板，DI材已批量生产，成功用于制造两片罐，2001年镀锡板产量已达110万t；镀锡板产量已达207万t。
3.冷轧不锈钢板，2001年产量达46万t，大量用于建筑装饰、轻工业和化工领域。
4.X系列管线钢板、集装箱板、H型钢、高速铁道用重轨、石油钻管、桥梁用板、耐火耐候钢板、PC钢棒、抽油杆等产品在生产和应用上均取得很好的成绩。
1.1.2 一批新轧机投产和技术改造，进一步提高了轧钢装备水平
随着国际上轧钢生产自动化、连续化和高精度化的发展，我国适时地引进一批先进装备并自主开发了一批先进装备，使先进的轧钢生产流程逐步确立，并成为轧钢生产的主力。
1.一批先进轧机投入生产
（1）我国已经引进了3条CSP薄板坯连铸连轧生产线，在珠江钢铁公司、邯郸钢铁公司和包头钢铁公司已先后投产，收到了预期的效果。近年计划建设薄板坯连铸连轧生产线的还有3家，即唐钢、马钢和华菱。
（2）连续式棒材轧机已成为长型材生产的主体，落后的横列式轧机正在淘汰。目前，中国连续式和半连续式棒材轧机和高速线材轧机的数量已有明显增加，其
产量已占全国棒线材总产量的60%以上。
（3）我国已投产5条连续酸洗冷轧（CD—CM）生产线，近年还将新建和改造5条CDCM生产线，同时还建设了一批涂镀层机组。
（4）包钢Φ180mm、衡阳Φ89mm连轧管机组投产、天津Φ168mm连轧管机组，大口径直缝埋弧焊管机组在华北石油钢管厂、珠江钢管厂等投产。
（5）南京钢铁公司3700mm炉卷中板轧机正在建设中，宝钢5m级厚板轧机已开始建设。
2.自主开发一批先进轧钢设备
（1）在连续棒、线材生产设备上，我国已能自主建设、制造连续和半连续棒材轧机和速度达135m/s的高线轧机，这些轧机均顺利投产，并逐步成为棒、线材生产主力。
（2）在热轧机板带轧机方面，鞍钢与北京科技大学等单位合作设计的ASP流程中的中薄板坯1700mm热轧机组国产化项目投产后在2002年验收，这标志着我国在短流程热连轧机开发上取得重大突破。
（3）中厚板轧机是国产化最早的一种机型。国内大部分2500～2800mm的中厚板轧机是国产的，其中一些轧机利用国内力量装备了AGC系统。近年建设的济钢3500mm轧机的精轧机是第二重型机械制造公司制造的，属于新一代控轧控冷用强力型轧机。首钢建的3500mm中厚板轧机、鞍钢改造新制的4300mm轧机均为强力型轧机，均主要依靠国内自己的力量设计制造。首钢轧机的传动和控制技术，包括AGC、平面形状控制技术等，也主要依靠国内的力量。国产化的轧后控制冷却装备已开始应用。
武汉钢铁设计研究总院与武钢合作设计建设了大型高速冷轧硅钢片连续退火炉机组CAS，标志着我国连续退火炉的设计建设已达到国际水平。国产全氢罩式退火炉2001年在宝钢研制应用成功。
钢铁研究总院开发设计的10～20万吨级热镀锌线和5210万吨级彩板线以及相应的可逆式六辊冷轧机已陆续投入生产使用。
（4）自动化技术应用和软件开发。在攀钢4架HC冷连轧机引进的过程中，冶金自动化研究设计院承担软件开发工作，在软件国产化方面开创了先例。2000年东北大学结合宝钢益昌薄板有限公司引进冷连轧项目，与日本三菱电机公司合
作，承担了冷连轧机数学模型和设定软件的开发工作，实践表明，该项工作十分成功。
在热连轧机过程控制软件的开发方面，武钢1700mm热连轧机的成功改造，，为热连轧机软件国产化树立了典范。
3.节能先进技术得到迅速推广且效益显著
（1）连铸坯热送热装和一火成材以及蓄热式加热炉技术获得推广，节能效果显著。宝钢、攀钢、武钢板坯的热送热装率已有大幅度提高，淮钢、唐钢、三明钢厂的连铸方坯已基本实现热送。高效蓄热式加热炉可实现节能25%～40%，并可提高加热产量和质量，已在邯郸、武钢、唐钢和南钢等30家企业迅速推广应用。
（2）一批轧机用的国产交流调速大电机投入生产使用，如攀钢热连轧机用电机等，节电效果显著。
1.2 热带钢连轧机的现状及发展趋势
在世界上，美国首先在1926年采用了热带钢连轧机，这台轧机安装在哥伦比亚钢铁公司，轧机规格为1030mm，是半连续连轧，只是一个粗轧机架，是近代热带钢连轧机的雏形。
四十年代以前，热带钢连轧机几乎全部集中在美国。
我国从1966～1970年开始发展热带钢连轧机，1700mm3/4热带钢连轧机已经投入生产，其他规格的热带钢连轧机还有1450mm半连轧、750mm全连轧等。七十年代，我国从日本引进了1700mm热带钢连轧机的全套设备，这项工程是1978年基本建成并投入生产，经国家验收委员会验收，于1982年12月正式交付生产，这项工程主体部分大量采用电子计算机控制，液压传动、自动控制等多方面的新工艺新技术，具有七十年代技术水平。
热带钢连轧机因具有轧制速度高、产量高、自动化程度高的特点，所以得到了广泛而又迅速的发展。轧制速度50年代为10～12m/s，70年代已达到18～30 m/s。产品规格也由生产厚度为2～8mm，宽度小于200mm的成卷带钢，扩大到生产厚度1.2～20mm，宽度2500mm的带钢。带卷重量加大和作业率的提高，使现有的热带钢连轧机年产量达360～600万t，最大卷重也由15吨增加到70吨。坯料尺寸及重量加大，要求设置更多的工作机座，过去的粗轧机组和精轧机组的工作机
座分别为2～4架和5～6架，现已分别增加到4～6架和7～8架，轧机尺寸也相应增加。
现代的热带钢连轧机除了采用厚度自动化控制外，还实现了电子计算机控制，从而大大提高了自动化水平，改善了产品质量，带钢厚度公差不超过±0.5mm，宽度公差不超过0.5～1.0mm，并且有良好的板形。
现代热带钢连轧机发展的主要趋势是提高产量，扩大品种，提高精度，提高自动化程度。其主要特点如下：
1.提高轧制速度
轧制速度是影响轧机产量的一个主要因素。50年代的热带钢连轧机精轧机组出口速度一般不超过10～12m/s，60年代采用加速轧制的速度后，其精轧机出口速度突破了12m/s的限制。90年代以来，新建的热带钢连轧机精轧出口速度可达25m/s，甚至更高。
2.加大板坯速度
近代热带钢连轧机提高产量与加大板坯重量、提高轧制速度和作业率等因素有关。现代板坯重量由15吨增加到70吨，单位宽度卷重加大到36kg/mm，板坯长度加长了。随着坯重的增加，粗轧机组轧出的带钢全长达到了120m，以后将会更长。
3.采用快速换辊装置
轧机更换工作辊，采用转台式或移动小车式快速换辊，使换辊时间由30分钟减少到5min以内。缩短轧机生产的辅助时间，提高轧机作业对提高产量具有重要意义。如精轧机工作辊一般四小时换辊一次，平均每月换辊为120～125次，粗轧机换辊每月达20～30次。采用快速换辊后，可以提高轧机作业率10%～12%。
4.提高产品精度和轧机刚度
板带材的尺寸精度是一个主要的质量指标，影响着后步的冷轧工序并与金属利用率有直接关系，现代热连轧几的生产率很高，尺寸精度稍有提高，就能节约大量金属。对带材尺寸精度要求愈来愈高，其纵向厚度公差值，由0.15～0.35mm，减少到0.05mm，对于厚度小于12.7mm的带材，已减少到0.025mm，宽度公差降为2～3mm。
带钢纵向厚差，与轧机刚性和支承辊的偏摆有很大关系。当辊的偏摆量为一定
时，增加机架立柱短面积，加大支承辊直径，采用大型油膜轴承等措施，可以提高钢板的成品精度。
目前国外现代热带钢连轧机的机架断面多用6500～7000平方厘米，支承辊采用受力达16MN 的油膜轴承，支承辊辊身直径一般为Φ1525～Φ1625mm ，轧机刚度系数为5000～7000KN/m ，轧机的偏摆量一般为0.1～0.2mm ，最小可减少到0.05mm 。
5.采用带钢厚度自动控制系统（AGC ）
为了减少带材纵向厚度公差，提高钢板精度，近年来都采用了带材厚度自动控制系统，来调节带钢在连轧过程中的厚度变化。
带钢厚度自动控制系统都设在精轧机组，该系统包括测厚计系统、监视系统和张力恒定系统等。
测厚系统是利用测厚仪测得的轧制压力与给定值进行比较，用基差值来控制压下的一种系统。监视系统是利用末架精轧机后的X 光测厚仪所测得的钢板厚度偏差来校正各机架压下装置的位置给定值，从而达到提高钢板厚度精度的目的。张力恒定系统是利用张力活套的位移信号控制后一架主传动电动机转速系统。
厚度自动控制系统的效果。很大程度取决于轧机的压下机构。在轧制速度不断提高的现代轧制要求压下机构能尽快地将自动厚度控制系统测得的数据迅速进行调整。过去的压下结构都采用电动的，由于其惯性大、反应慢、误差大，不能满足要求。现在出现了在精轧机采用惯性小，反应快的液压压下系统。
1.3 实习厂的情况介绍
1.宝钢热轧厂2050生产线
2050生产线建于1989年，全套设备由德国西马克引进。主要设备有：步进式加热炉四架（最高加热温度为1280℃）；除鳞箱（水压为160bar ）；粗轧机组：11E R 、22E R 、33E R 、44E R 组成，第一架为两辊可逆轧机，第二架为四辊可逆轧机，第三四架为四辊不可逆轧机；精轧机组，由七架PC 轧机组成；液压卷曲机。
其生产工艺流程为：
板坯—加热炉加热—高压水除鳞—粗轧—切头尾—高压水除鳞—精轧—层流冷却—卷取—钢卷。
生产线平面布置图如图1.3-1：
图1.3-1 宝钢热轧厂2050生产线平面布置图
2.宝钢热轧厂1580生产线
1580生产线，全套设备由我国自行研制开发。主要设备有步进式加热炉（3台）：其容积为35～40块板坯；除鳞箱：水压为160bar ；粗轧机组：由11E R 、22E R 组成，第一架为两辊可逆粗轧机，第二架为四辊可逆粗轧机；压力定宽机（SP ）；边部加热器；飞剪；精轧机组：由七架不可逆式精轧机组成；卷曲机。
其生产工艺流程为：
板坯—加热炉加热—定宽—高压水除鳞—粗轧—保温罩保温—边部再加热—切头尾—高压水除鳞—精轧—层流冷却—卷取—钢卷。
生产线平面布置图如图1.3-2：
图1.3-2 宝钢热轧厂1580生产线平面布置图
2.方案设计
压下系统通常由：电动机、传动减速器、电磁离合器、制动器、压下螺丝和螺母、压下螺丝回松装置、压下螺丝行程指示器、测压仪和球面垫块等几部分组成。1700R2粗轧机为不可逆轧机，不会发生卡钢事故，则不必采用压下螺丝回松机构。
1.压下装置的传动形式
板带轧机的压下系统按传动形式主要有手动、电动和液压等几种。手动压下装置只在某些小轧机上使用，需要手动操作，比较麻烦且精度不高。在大型板带轧机上，广泛采用电动压下和液压压下。
1700R2粗轧机压下装置采用电动压下。因为电动压下装置相对于液压压下装置具有：
结构简单、维修方便、调整范围大、调整迅速等特点。对于R2粗轧机，电动压下装置已
经可以满足生产要求。从节约成本、维修方便等方面考虑，也应采用电动压下。
2.电动机
电动机有直流电动机和交流电动机两大类。
电动压下装置采用直流电动机带动。因为其相对于交流电动机，具有良好的启动性能和调速性能。虽然不及交流电动机结构简单、制造容易、维护方便、价格便宜，但1700R2粗轧机压下装置对速度调节要求较高，正反转和启制动频繁，为了满足实际生产需要，选择直流电动机。
3.传动减速机的传动形式及布置形式
（1）传动形式
板带轧机电动压下装置减速机传动形式主要有：两级蜗轮传动、圆柱齿轮传动和圆柱齿轮—蜗轮传动等三种类型。
1700R2粗轧机压下装置采用两级蜗轮传动减速器。因为相对于圆柱齿轮传动和圆柱齿轮—蜗轮传动减速器，两级蜗轮传动可获得较大的速比，结构紧凑节省空间，且可实现单独调整。虽然其传动效率相对较低，但我们可以通过增大电机容量来补偿。（2）布置形式
布置形式有两种如图2.1，从结构紧凑和节省安装空间考虑，选择对称布置（b）。
(a) (b)
图2-1压下装置布置图
4.电磁离合器
电磁离合器可在相当频繁的工作条件下工作，且动作迅速、平稳，因此在轧机的压下系统上广泛应用。电磁离合器有摩擦片式和齿式两种。
选择齿式电磁离合器，因为相对于摩擦片式离合器其结构紧凑、联结可靠、制造容易，减少发热和磨损问题。R2粗轧机压下速度为0.375～0.75mm/s,相对运动速度较小，完全可以采用齿式离合器。
5.平衡装置
平衡装置的类型有弹簧式、重锤式和液压式平衡装置。
选择液压式平衡装置，因为其相对于其它两种平衡方式，液压平衡装置结构紧凑、使用方便、易于操作、能改变油缸压力，而且可以使上辊不受压下螺丝的约束而移动，有利于换辊操作。
6.压下螺丝和螺母
（1）压下螺丝
1) 螺纹形状
压下螺丝的螺纹有锯齿形和梯形螺纹两种。
选择锯齿形螺纹，因为其主要用于快速压下，而且梯形螺纹主要用于轧制力较大的冷轧机上。R2粗轧机为热轧机，轧制力不是很大，所以锯齿形螺纹可以满足生产要求。
2) 尾部形状
压下螺丝尾部的形状主要有方形、花键形和圆柱形三种。
选择圆形，其用于轻负荷快速压下。
（2）压下螺母
为了延长螺母的寿命，保持螺母的良好冷却，所以选择循环水冷却的组合螺母。
7.压下螺丝的行程指示器
选择自整角机—数字显示管指示器，因为其指示精度比较高，误差小，转动链短。
3. 设计计算
3.1 压下电机容量的选择
3.1.1 被平衡件重量计算
被平衡件的重量包括上轧辊辊系重量、压下螺丝和螺母重量及安全侧压元件等的重量。
上支承辊及其轴承座的重量：85000kg；
上工作辊及其轴承座的重量：30800kg；
压下螺丝的重量约为：9800kg；
压下螺母的重量约为：5400kg。
所以被平衡件重量为：
+
+
+
G kg
=
5400
85000=
9800
131000
30800
3.1.2 转动压下螺丝静力矩计算
1.作用在压下螺丝上的力
对于粗轧机，一般只在空载时转动压下螺丝，属于不带钢压下，作用在一个压下螺丝上的力为：