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        熱軋廠粗軋四輥可逆軋機(jī)工作輥使用打滑問(wèn)題分析和防治措施

        2019-08-20 06:52:50汪長(zhǎng)安江金仙
        中國(guó)金屬通報(bào) 2019年6期
        關(guān)鍵詞:立輥壓下量軋件

        何 杰,汪長(zhǎng)安,江金仙

        (1寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司,上海 寶山 201900;2寶山鋼鐵股份有限公司,上海 寶山 200941)

        隨著國(guó)內(nèi)外帶鋼軋制技術(shù)的不斷進(jìn)步,對(duì)軋輥使用技術(shù)也提出了更高的要求。尤其近年來(lái),國(guó)內(nèi)熱帶連軋機(jī)各機(jī)架軋輥材質(zhì)不斷更新?lián)Q代,高等級(jí)材質(zhì)工作輥如高速鋼輥和半高速鋼輥等復(fù)合材質(zhì)軋輥在軋機(jī)前機(jī)架已經(jīng)開(kāi)始普及使用。如何提高高等級(jí)軋輥在機(jī)使用時(shí)間,提高軋制效率,改善帶鋼質(zhì)量、減少軋輥損失,成為各個(gè)軋鋼廠重點(diǎn)考慮的工作。寶鋼股份某熱軋廠粗軋可逆軋機(jī)工作輥早期投用的是半鋼材質(zhì)整體鑄造軋輥,在2002年左右引進(jìn)了耐磨性更好和使用周期更長(zhǎng)的半高速鋼材質(zhì)和高速鋼材質(zhì)復(fù)合軋輥,在使用過(guò)程中碰到了使用過(guò)程中打滑的問(wèn)題,不僅影響到軋機(jī)的產(chǎn)能發(fā)揮,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成撞壞精軋入口輥道護(hù)板、粗軋卡鋼甚至廢鋼事故以及設(shè)備相關(guān)的損失等。詳見(jiàn)圖1-3。所以說(shuō)如何解決粗軋工作輥使用過(guò)程中打滑問(wèn)題,從而提高產(chǎn)線效率和帶鋼品質(zhì),成為后面粗軋工作輥使用技術(shù)一個(gè)趨勢(shì)[1-3]。

        圖 1 板坯打滑形成的凹槽

        圖 2 輥道護(hù)板撞擊變形

        圖 3 粗軋廢鋼

        1 打滑產(chǎn)生機(jī)理研究

        實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象分為咬入打滑和軋制打滑兩類。咬入打滑是咬入條件不能滿足,軋件不能順利咬入的現(xiàn)象,由此引起軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng);軋制打滑現(xiàn)象,即帶材和軋輥之間發(fā)生的相對(duì)滑動(dòng),其實(shí)質(zhì)是帶鋼的變形區(qū)完全由前滑區(qū)或后滑區(qū)所取代。軋制過(guò)程中打滑現(xiàn)象是極具破壞性,輕者造成表面熱擦傷、擦痕,軋機(jī)跳電,引起堆鋼。當(dāng)打滑嚴(yán)重時(shí),足以造成軋鋼主傳動(dòng)系統(tǒng)零部件早期疲勞破壞,甚至瞬時(shí)過(guò)載破壞。特別是現(xiàn)代化軋機(jī)工作轉(zhuǎn)速越來(lái)越高,這一問(wèn)題便更加突出。本文重點(diǎn)研究分析軋制打滑現(xiàn)象。

        軋制打滑的根本原因是摩擦系數(shù)低,造成軋輥與鋼坯表面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。凡是造成摩擦系數(shù)降低的因素都會(huì)引起軋件打滑。主要因素如下:①輥面摩擦系數(shù)低或降低;②壓下量較大;③軋制速度不匹配;④特殊鋼種影響;⑤前后張力差等,所以在粗軋階段軋件最容易出現(xiàn)打滑事故。粗軋立輥軋機(jī)與四輥水平軋機(jī)之間微張力軋制,奇數(shù)道次軋制時(shí),水平軋機(jī)軋制速度大于立輥軋制速度,偶數(shù)道次可逆軋制時(shí),立輥不參與軋制,立輥與水平輥之間無(wú)張力,所以打滑一般出現(xiàn)在奇數(shù)道次。

        正常軋制過(guò)程,由于存在前滑區(qū)和后滑區(qū),是個(gè)軋件相對(duì)軋輥的滑動(dòng)過(guò)程,其方向有2個(gè)(見(jiàn)圖4),在前滑區(qū)金屬相對(duì)軋輥向前滑動(dòng),而在后滑區(qū)金屬相對(duì)軋輥向后滑動(dòng),其分界線是在角度γ為的對(duì)應(yīng)線上。稱為中性角,在與γ對(duì)應(yīng)的中性面上,軋件與軋輥同步運(yùn)動(dòng)。顯然,γ的太小決定了變形區(qū)中前后滑區(qū)的大小,亦即決定了向前移動(dòng)和向后移動(dòng)的金屬的比例。生產(chǎn)軋制過(guò)程中出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象是指指整個(gè)變形區(qū)中的金屬相對(duì)于軋輥朝著一個(gè)方向移動(dòng)。也就是整個(gè)變形區(qū)都被前滑區(qū)或后滑區(qū)取代。由于中性角可以反映出前后滑的比例,因此,先從分析影響中性角的因素著手[4,5]。

        圖 4 軋件在變形區(qū)中金屬滑動(dòng)狀態(tài)

        軋件在軋輥中的受力如圖5所示,顯然,隨著上述參數(shù)的變化而變化。由于軋件在軋制過(guò)程中是勻速運(yùn)動(dòng),所以,變形區(qū)所受之力應(yīng)滿足力平衡方程:

        式中:?為摩擦系數(shù);p為單位壓力;B為帶材寬度;R′為工作輥考慮壓扁后的半徑,α為咬入角。將上述關(guān)系式代入式(1),并令 :

        式(2)中,R為工作輥半徑;Δh為道次絕對(duì)壓下量??紤]到軋制打滑即實(shí)質(zhì)是帶鋼的變形區(qū)完全由前滑區(qū)或后滑區(qū)所取代,用公式表示如下:

        由打滑因子公式(5)可以看出,Ψ≤0.5時(shí),軋制過(guò)程才處于穩(wěn)定狀態(tài),不出現(xiàn)打滑。但是,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,各種軋制因素不斷變化,為此,須對(duì)各影響因素進(jìn)行分析,克服限制條件。

        圖5 軋件在變形區(qū)中受力狀態(tài)

        2 防止打滑的措施

        2.1 一種自動(dòng)控制軋制過(guò)程打滑的技術(shù)

        為了控制粗軋軋制打滑,通常采用減少打滑道次的壓下量和降低打滑道次的速度、提高軋輥的摩擦系數(shù)等措施。但是減少打滑道次的壓下量和降低打滑道次的速度目前只能通過(guò)手動(dòng)抬輥縫和手動(dòng)控制軋制速度的方段來(lái)實(shí)現(xiàn),響應(yīng)速度慢且控制不精確;提高軋輥摩擦系數(shù)是提高軋輥表面粗糙度,但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的軋制,軋輥的摩擦系數(shù)會(huì)因?yàn)檐堓伇砻嫜趸さ纳啥焖俳档?,打滑現(xiàn)象又會(huì)出現(xiàn)。

        本技術(shù)的目的是在粗軋打滑發(fā)生時(shí),實(shí)現(xiàn)粗軋機(jī)架的自動(dòng)降低軋制速度和減少壓下量,從而達(dá)到控制打滑的目的。根據(jù)打滑時(shí)軋制力迅速下降并產(chǎn)生波動(dòng),且控制打滑的措施是降低軋制速度和減小壓下量的特點(diǎn),所以當(dāng)電氣檢測(cè)到軋制力迅速下降并產(chǎn)生波動(dòng)且未拋鋼時(shí),即對(duì)主傳動(dòng)進(jìn)行減速和將AGC的高度下降0.5mm,最終控制AGC的高度比打滑發(fā)生前降低最多3mm(此數(shù)據(jù)根據(jù)手動(dòng)調(diào)整經(jīng)驗(yàn)值所得),AGC停止下降,另外檢測(cè)到打滑后在操作畫(huà)面上報(bào)警。

        圖6 粗軋機(jī)和入口、出口側(cè)導(dǎo)板的簡(jiǎn)圖

        圖中1是入口側(cè)導(dǎo)板,2是立輥軋機(jī),3是水平軋機(jī),4是出口側(cè)導(dǎo)板,5是中間坯,6是入口熱金屬檢測(cè)器,7是出口熱金屬檢測(cè)器。

        圖中1是液壓AGC油缸,2是下水平輥,3是上下水平輥間的輥縫,4是上水平輥。

        具體控制過(guò)程如下:

        (1)當(dāng)中間坯(圖6中5)進(jìn)入水平軋機(jī)(圖6中3)時(shí),打滑檢測(cè)器模塊開(kāi)始檢測(cè)。

        (2)采用咬鋼后0.4s-1s之間采集10個(gè)軋制力數(shù)據(jù)進(jìn)行平均,作為軋制力判斷的基準(zhǔn)值。軋制力偏差的基準(zhǔn)為:軋制力在0.5s內(nèi)一直低于基準(zhǔn)值的80%,則認(rèn)為軋制力存在偏差。

        (3)檢測(cè)到打滑狀態(tài)后,進(jìn)入打滑控制模式,首先對(duì)主傳動(dòng)進(jìn)行減速,每一個(gè)掃描周期(0.05s)將速度給定降低最多0.5m/s,但是限制最小的軋制速度不能低于1m/s。同時(shí),在每個(gè)掃描周期內(nèi)將AGC的高度下降0.5~1mm,最終控制液壓AGC油缸(圖7中1)的高度比打滑發(fā)生時(shí)降低最多3mm,AGC停止下降。當(dāng)軋制力回升至基準(zhǔn)軋制力的80%以上時(shí),認(rèn)為打滑狀態(tài)消失,退出上述打滑操作模式。

        (4)打滑現(xiàn)象出現(xiàn)后操作畫(huà)面上立即會(huì)出現(xiàn)打滑報(bào)警畫(huà)面。

        (5)熱金屬檢測(cè)器HMD(圖6中6或7)檢測(cè)到帶鋼已拋鋼,則打滑控制程序停止或不啟動(dòng)。

        2.2 降低鋼種的影晌

        某些鋼種表面容易形成氧化鐵皮,降低了鋼坯表面與軋輥之間的摩擦力。如船板、硅鋼和其他低合金鋼,如含有Si、Ni、Nb等元素高的鋼,這些元素易與氧化氣體發(fā)生反應(yīng),形成低熔點(diǎn)的氧化物,使鐵皮熔化,黏性增加。有資料表明:Si>0.25%時(shí)鋼加熱時(shí)極易形成Fe2SiO4,它在1175℃以上時(shí)熔融,導(dǎo)致在除鱗之后還有部分氧化鐵皮附著在鋼坯表面,經(jīng)過(guò)水平輥軋制時(shí)剝落導(dǎo)致打滑。對(duì)含這些元素的鋼種應(yīng)加強(qiáng)除鱗工藝控制,除鱗水道次加大,減少氧化鐵皮從鋼坯基體剝落導(dǎo)致軋輥與基體發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的幾率。

        2.3 前后張力差

        使前張力大于后張力,即前后張力差值為負(fù),從而使Ψ值降低。由于熱軋粗軋單機(jī)架后張力主要集中在軋件正壓力的水平分量和立輥側(cè)壓時(shí)線速度過(guò)慢帶來(lái)的滯后力,前張力主要為水平工作輥咬人軋件切向摩擦力的水平分量。因?yàn)榇周垯C(jī)架軋制壓下量較大,所以此時(shí)的張力差對(duì)軋制起著調(diào)節(jié)作用,尤其是奇道次軋制時(shí),合理的板坯咬入角和板道輥、立輥線速度,可以有效實(shí)現(xiàn)前后張力差負(fù)值,進(jìn)而降低Ψ值和打滑風(fēng)險(xiǎn)。

        2.4 優(yōu)化了加熱制度

        針對(duì)軋制高溫鋼容易打滑的現(xiàn)象,我們對(duì)加熱爐加熱溫度和時(shí)間作了調(diào)整:

        ①實(shí)際出爐溫度按1235℃±5℃控制。

        ②高溫鋼上下表面出爐溫差:20℃左右,可根據(jù)粗軋翹扣頭情況適當(dāng)調(diào)整。

        ③各段爐溫設(shè)定規(guī)定:一加爐溫設(shè)定:1150℃-1180℃二加爐溫設(shè)定:1280℃-1300℃均熱段爐溫設(shè)定:1230℃-1260℃。

        ④一加IF鋼板坯實(shí)際溫度控制:1、2、3號(hào)爐一加段末溫度應(yīng)控制在950℃以上,4號(hào)爐一加段末溫度應(yīng)該控制在900℃以上;二加IF鋼板坯實(shí)際溫度控制:>1180℃;均熱段IF鋼板坯實(shí)際溫度控制:>=1230℃;

        ⑤各段在爐時(shí)間規(guī)定:一加、二加加熱各段時(shí)間不少于40分鐘,均熱段加熱時(shí)間不少于35分鐘。注意檢查各段在爐時(shí)間,及時(shí)調(diào)整抽出節(jié)奏,以保證在爐時(shí)間。

        2.5 調(diào)整除鱗水噴水制度和水嘴布置

        當(dāng)R2第一道次出現(xiàn)打滑時(shí),采用第一道次不除鱗,改為第二道次除鱗的除鱗制度。

        2.6 合理控制標(biāo)高

        粗軋機(jī)架的軋制線高度通常情況下是取≦40MM,但是由于R2出入口的導(dǎo)衛(wèi)板受扣頭沖擊后下墜和磨損,因此粗軋機(jī)組的實(shí)際軋制線高度會(huì)出現(xiàn)大于40MM的情況,導(dǎo)致上輥壓下量增加后發(fā)生打滑。因此,在每次換支撐輥時(shí),軋制線高度應(yīng)該根據(jù)軋機(jī)的導(dǎo)衛(wèi)板、工作輥和支撐輥輥徑的情況在15~40mm內(nèi)合理選擇,通常是控制周轉(zhuǎn)工作輥直徑在一個(gè)合理范圍內(nèi)。

        3 取得效果

        沒(méi)采取措施之前,粗軋單機(jī)架曾多次發(fā)生嚴(yán)重打滑事故,不僅造成軋線設(shè)備損壞和長(zhǎng)時(shí)間的故障,而且也給軋輥本體帶來(lái)極大的損失。根據(jù)以上分析形成具體控制措施后,軋輥軋制過(guò)程中打滑概率大幅度下降。

        4 結(jié)語(yǔ)

        本文對(duì)寶鋼某熱軋粗軋可逆軋機(jī)工作輥使用中碰到打滑問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,從操作控制到鋼種加熱等進(jìn)行措施優(yōu)化和技術(shù)條件改善,從而有效的杜絕了惡性打滑,明顯減少了軋輥使用過(guò)程中的軋輥本體以及軋機(jī)的損失。主要結(jié)論和效果如下:

        (1)設(shè)定一種自動(dòng)控制軋制過(guò)程中的打滑控制程序,主要通過(guò)在粗軋打滑發(fā)生時(shí),實(shí)現(xiàn)粗軋機(jī)架的自動(dòng)降低軋制速度和減少壓下量,從而達(dá)到控制打滑的目的。

        (2)針對(duì)特殊鋼種,特殊對(duì)待,加大除磷和冷卻水;

        (3)合理控制前后張力差和軋制線標(biāo)高;

        (4)優(yōu)化加熱爐加熱制度,實(shí)現(xiàn)板坯的燒透,合理控制板坯上下溫差。

        (5)中間換輥制度,避免高峰打滑期。

        通過(guò)課題研究,打滑導(dǎo)致的廢鋼以及軋線設(shè)備的次生傷害未再發(fā)生。不過(guò)通過(guò)此課題驗(yàn)證了輥形和初始輥面粗糙度對(duì)粗軋輥打滑并無(wú)明顯影響。

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