棒材軋機粗軋軋輥材質優化

劉運橋，褚文龍，趙 禮，趙永劭

(河北鋼鐵集團承德鋼鐵有限公司，河北 承德 067002)

棒材軋機粗軋軋輥材質優化

劉運橋，褚文龍，趙 禮，趙永劭

(河北鋼鐵集團承德鋼鐵有限公司，河北 承德 067002)

棒材軋機在粗軋生產階段斷輥頻次較高，不但增加了輥耗，也給生產造成了不利影響。本文進行了軋輥強度校核計算，對軋輥材質重新界定，解決了軋輥強度不足的問題。

軋輥；強度；力矩；應力；斷裂

河北鋼鐵集團承德鋼鐵有限公司棒材生產線由意大利的達尼利公司設計，設計產能為80萬t/a，該生產線由18架平立布置的短應力線軋機組成，采用截面積為165 mm×165 mm的方坯作為主要原料，產品設計規格為螺紋鋼φ12～φ50 mm，圓鋼φ18～φ60 mm。目前，以φ22～φ50 mm螺紋鋼及φ18～φ60 mm圓鋼為主要軋制產品。

在粗軋生產階段，軋機的斷輥頻次較高，輥身和輥頸都有斷裂，這不但增加了輥耗，也給生產造成了不利影響。粗軋機共計6架，前4架軋機的輥徑為φ750 mm，后2架軋機的輥徑為φ550 mm，斷輥架次集中在第1、第2和第3架次。為此，通過對軋輥進行了強度校核計算，并對軋輥材料進行了優化，解決了軋輥強度不足的問題。

1 軋制力計算

1)單位軋制壓力p＇。粗軋機采用通用孔型系統，各規格產品粗軋時在料型選擇上一致，僅在速度設定上有所差別。軋制力最大的產品規格為φ32 mm螺紋鋼筋。單位軋制壓力p＇可采用艾克隆德公式[1]進行計算，其公式為：

(1)

式中，f=a(1.05-0.000 5t)，其中a是軋輥材質相關系數，鋼軋輥a=1，鑄鐵軋輥a=0.8；t是軋制溫度，單位為℃；R是工作輥徑半徑，單位為mm；Δh是平均壓下量，單位為mm；H是軋件軋前平均厚度，單位為mm；h是軋件軋后平均厚度，單位為mm；K=9.8(14-0.01t)(1.4+C+Mn+0.3Cr)，單位為MPa·s；η=0.1(14-0.01t)C′，單位為MPa·s，其中C′是軋制速度系數；V是軋制速度，單位為m/s。

2)接觸面積F為：

(2)

式中，B是軋件變形區平均寬度，單位為mm。

3)軋制力P為：

Ρ=p′F

(3)

4)軋制力矩T為：

(4)

式中，x是力臂系數，取值0.4～0.6。

軋制力相關參數計算結果見表1。

表1 軋制力相關參數計算結果

2 軋輥受力分析

軋輥受力情況如圖1所示。

圖1 軋輥受力簡圖

圖1中，P是軋制力；R1和R2是支座反作用力；X是支座反作用力與軋制力的距離；C是支座反作用力與邊輥環的距離；a是支座反作用力之間的距離；M是轉矩；Mω是彎矩。

2.1 力學計算

2.1.1 輥身力學計算

針對1～6架軋機壓輥輥身，選擇最小輥徑進行彎曲計算，輥身最大彎曲正應力[2]為：

(5)

式中，Mmax是最大彎矩；W是抗彎截面系數。

實心圓截面的抗彎截面系數為：

W=IZ/(d/2)

(6)

式中，d是為受力軋槽輥徑，IZ是慣性矩。

實心圓截面的慣性矩為：

(7)

由式5～式7可得輥身最大彎曲正應力，計算結果見表2。其強度要求為σmax≤[σ]，[σ]是材料許用應力。軋機在軋輥材料優化前，使用鑄鐵軋輥，其極限抗拉強度Rm為450 MPa。

表2 輥身力學計算結果

2.1.2 輥頸力學計算

軋輥輥頸需進行彎曲、扭轉及彎扭合成應力校核。輥頸彎曲正應力計算同輥身計算方法相同。

扭轉形成的最大剪切應力為：

(8)

式中，T是軋制力矩；Wt是抗扭截面系數。

實心圓截面的抗扭截面系數為：

Wt=Ip/(d/2)

(9)

式中,d是輥頸直徑；Ip是極慣性矩。

實心圓截面的極慣性矩為：

(10)

由式8～式10，可得扭轉造成的最大剪切應力。

彎扭合成應力計算方法使用第4強度理論進行計算。輥頸力學計算結果見表3。

表3 輥頸力學計算結果

2.2 強度校核

2.2.1 輥身強度校核

由表2可以發現，使用鑄鐵軋輥，輥身受到的最大彎曲正應力均小于軋輥許用應力，但第1～第3架軋機輥身的應力安全系數僅為3～3.5，所以相應道次易出現輥身疲勞性斷裂。

2.2.2 輥頸強度校核

由表3可以發現，各道次輥頸受到的剪切應力安全系數均>5，處于安全狀態。對于所受最大彎曲正應力，第3架的應力安全系數僅為3.4，較為突出，所以該道次易出現輥徑疲勞性斷裂。

3 結語

在粗軋生產階段，軋機軋輥的強度較低，應力安全系數不足是其斷裂的主要原因。通過與軋輥制造廠家合作， 把鑄鐵軋輥改為強度更高的石墨鋼及半鋼軋輥，使其安全系數均>4.5，改造后在正常使用時未出現斷輥現象。

[1] 鄒家祥.軋鋼機械[M].北京:冶金工業出版社，1989.

[2] 劉鴻文.材料力學[M].北京:高等教育出版社，1992.

責任編輯彭光宇

OptimizingonMaterialofRoughRollerforRollingMachineofBarinChengdeIron-steelCompany

LIU Yunqiao，CHU Wenlong，ZHAO li，ZHAO Yongshao

(Chengde Branch Hebei Iron Steel Group, Chengde 067002，China)

Given rough roller is frequently broken, so it makes consumption of rough roller increased, and causes serious influence on production. So this article has recalculated the roll material strength, and solves the problem of insufficient strength of roller.

roller, strength, moment, strain, breaks

TG 333

：A

劉運橋(1971-)，男，工程師，大學本科，主要從事生產技術管理等方面的研究。

2014-12-09