18架軋機在四切分軋制工藝中的力能計算

李衍平 單英祥 （天津鋼鐵集團有限公司棒材廠，天津 300301)

18架軋機在四切分軋制工藝中的力能計算

李衍平 單英祥 （天津鋼鐵集團有限公司棒材廠，天津 300301)

天津鋼鐵集團在雙棒材生產(chǎn)線上進行小規(guī)格螺紋鋼四線切分技術開發(fā)，為保證軋機的設備安全，根據(jù)四切分軋制工藝的設計，計算18架軋機的單位軋制力、總軋制力及總軋制力矩，將計算出的結果與三切分的軋制力、軋制力矩相對比，并對主電機的額定轉矩進行校核。通過計算驗證，主電機功率可以滿足四切分軋制。

軋機 軋制力 額定轉矩 摩擦力 計算 校核

1 前言

天津鋼鐵集團有限公司雙棒材生產(chǎn)線為雙條全連續(xù)式棒材生產(chǎn)線，設計年產(chǎn)量為75×2萬t，最大軋制速度18 m/s。產(chǎn)品規(guī)格為?12 mm～50 mm螺紋鋼筋，?16 mm～70 mm 圓鋼棒材;其中 ?12 mm、?14 mm、?16 mm的螺紋鋼采用三切分軋制，?18 mm、?20 mm、?22 mm螺紋鋼采用二切分軋制。目前棒材廠正在進行小規(guī)格螺紋鋼四線切分技術開發(fā)項目，此技術的開發(fā)能顯著提高棒材線的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

本文通過公式計算，得出四切分軋制所需要的準確軋制力矩，將此數(shù)據(jù)與主電機的額定力矩相對比，保證主電機在軋制過程中的可靠性。

2 計算及校核

2.1 軋制平均單位壓力計算

本文采用愛克隆德公式計算線材軋機的軋制壓力。愛克隆德公式適用于軋制溫度高于或等于800°C，軋制速度不大于20 m/s的碳鋼[1]。

軋制平均壓力由3部分組成：

（1) k值：單向靜壓縮時的單位變形阻力：

式中：t——軋制溫度，℃;

ω——軋件化學成分系數(shù)，ω=1.4+C+Mn+0.3Cr

（2) pu值：附加變形阻力

式中：η——粘度系數(shù)

η=0.01（14-0.01t)φ（kg·s/mm2)

φ——軋件速度修正系數(shù)，取0. 65;

u——變形速度，計算公式為：

式中：R——軋輥半徑，mm;

υ——軋輥圓周速度（軋制速度)，mm/s;

Δh——道次壓下量，Δh=h0-h1（mm)

對于由橢圓軋圓形：Δh=0.85h0-0.79h1

h0、h1——軋件前、后的軋件高度，mm。

（3) pμ值：為由于外摩擦影響引起的附加變形阻力，其計算公式為：

式中：μ——軋件與軋輥之間的摩擦系數(shù)，

a——軋輥材料修橫系數(shù)：剛軋輥=1，硬面鑄鐵軋輥=0.8。

綜上所述，軋制平均單位壓力公式為：

利用愛克隆德公式計算型材螺紋軋制中18架軋機的軋制平均單位壓力。已知鋼種HRB335的化學成分（含碳量0.2%，含錳量1.4%，含鉻量0.25%)，軋制溫度1 050℃，軋機均采用鋼軋輥。表1為?12 mm×4 mm螺紋的軋制程序表。

圖1為?12 mm×4 mm螺螺紋軋制中17架軋機至18架軋機的軋制孔型。

計算1 8架軋制道次的軋制單位壓力，計算示例見表2。

圖1 ?12 mm×4 mm螺紋四切分中精軋孔型圖

2.2 計算軋制總壓力

2.2.1 軋制總壓力的計算公式

軋制時，軋件與軋輥接觸弧上軋制單位壓力的總和即為軋制總壓力。軋制總壓力可用下式計算：

2.2.2 根據(jù)表2計算18架軋機的軋制壓力

計算18架軋機的軋制壓力。

式中:Pz——18架軋機軋制總壓力。

表2 第18架軋制道次軋制單位壓力計算表

2.3 軋制力矩

傳動軋輥時，電動機軸上的力矩由下列4種力矩組成：

2.3.1 軋制力矩Mza

軋制力矩是用來使軋件發(fā)生所需要的塑性變形的有用力矩。

2.3.2 附加摩擦力矩

附加摩擦力矩是指軋件通過軋輥時，發(fā)生與軸承中與軋機傳動機構中的摩擦力矩（推算到電機軸上)：

（1) Mm1為軋制總壓力在軋輥軸承中產(chǎn)生的摩擦力矩，按下列計算：

式中：μ——軋輥軸承中的摩擦系數(shù)，此軋輥軸承采用滾動軸承，μ取0.03。

根據(jù)公式計算18架軋輥軸承摩擦力矩：

（2) Mm2為軋機傳動機構中的附加摩擦力矩（推算到電機軸上)，分別用下列公式計算：

聯(lián)接軸的摩擦力矩Mm21

式中：η1——聯(lián)接軸的傳動效率0. 96;

η2——減速機的傳動效率0.95～0. 98;

i——減速機的速比。由工藝表查得i18=1.067。軋機傳動機構中產(chǎn)生的附加摩擦力矩為：

由公式得18架附加摩擦力矩Mm。

2.3.3 空轉力矩Mk

簡化計算，空轉力矩可以取主電機額定力矩的5%，Mk=5%Me，根據(jù)公式得，18架軋機主電機額定力矩：

2.3.4 動力矩Md

上面計算得到的 Mza、Mm、Mk均為靜力矩，任何軋機均有此三項力矩。除此之外，在不均勻轉動工作的軋機中，如帶飛輪的軋機以及在軋制過程中調(diào)速的可逆式軋機都有動力矩產(chǎn)生。本次計算的軋機不屬于變速軋制，不存在動力矩Md[2]。

綜上計算得，電機軸力矩公式

2.4 校核

通過以上計算得出，18架軋機主電機軸上的軋制力矩。

所以，目前的主電機功率滿足四切分軋制工藝。

18架的軋制力P4=484.62 kN>P3=359.7 kN;軋制力矩M4=19.53 kN·m>M3=12.9 kN·m。在軋件的基本參數(shù)不變的情況下18架四切分的總軋制力和總軋制力矩分別比三切分的數(shù)值超出40%和35%。

3 結論

利用愛克隆德公式計算出18架軋機的單位軋制力、總軋制力及總軋制力矩。通過對比得出，18架軋機軋制四切分的總軋制力和總軋制力矩分別比三切分的數(shù)值超出40%和35%。所需電機的軋制力矩小于電機的額定力矩，所以18架軋機滿足四切分軋制工藝的需要。

[1]小型型鋼連軋生產(chǎn)工藝與設備編寫組.小型型鋼連軋生產(chǎn)工藝與設備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999.

Mechanical Calculation of 18 Stands Rolling Mill in Four Slitting Rolling Process

Li Yanping,Shan Yingxiang

Four slitting rolling technique for small size rebar was developed on Twin Bar Rolling Mill,Tianjin Iron and Steel Group.In order to ensure the safety of the equipment,the authors calculated as per four slitting rolling design the specific rolling force,total rolling force and total rolling torque of 18 stands rolling mill,the results of which were compared with that of three slitting rolling.The rated torque of main motor was calibrated as well.The power of main motor was proved to meet the demand of four slitting rolling after calculation.

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（收稿 2011-07-13 責編 趙實鳴)

李衍平，男，工程師，現(xiàn)任天鋼棒材廠綜合辦公室主任。