棒材轧机粗轧轧辊材质优化

刘运桥，褚文龙，赵 礼，赵永劭

(河北钢铁集团承德钢铁有限公司，河北 承德 067002)

棒材轧机粗轧轧辊材质优化

刘运桥，褚文龙，赵 礼，赵永劭

(河北钢铁集团承德钢铁有限公司，河北 承德 067002)

棒材轧机在粗轧生产阶段断辊频次较高，不但增加了辊耗，也给生产造成了不利影响。本文进行了轧辊强度校核计算，对轧辊材质重新界定，解决了轧辊强度不足的问题。

轧辊；强度；力矩；应力；断裂

河北钢铁集团承德钢铁有限公司棒材生产线由意大利的达尼利公司设计，设计产能为80万t/a，该生产线由18架平立布置的短应力线轧机组成，采用截面积为165 mm×165 mm的方坯作为主要原料，产品设计规格为螺纹钢φ12～φ50 mm，圆钢φ18～φ60 mm。目前，以φ22～φ50 mm螺纹钢及φ18～φ60 mm圆钢为主要轧制产品。

在粗轧生产阶段，轧机的断辊频次较高，辊身和辊颈都有断裂，这不但增加了辊耗，也给生产造成了不利影响。粗轧机共计6架，前4架轧机的辊径为φ750 mm，后2架轧机的辊径为φ550 mm，断辊架次集中在第1、第2和第3架次。为此，通过对轧辊进行了强度校核计算，并对轧辊材料进行了优化，解决了轧辊强度不足的问题。

1 轧制力计算

1)单位轧制压力p＇。粗轧机采用通用孔型系统，各规格产品粗轧时在料型选择上一致，仅在速度设定上有所差别。轧制力最大的产品规格为φ32 mm螺纹钢筋。单位轧制压力p＇可采用艾克隆德公式[1]进行计算，其公式为：

(1)

式中，f=a(1.05-0.000 5t)，其中a是轧辊材质相关系数，钢轧辊a=1，铸铁轧辊a=0.8；t是轧制温度，单位为℃；R是工作辊径半径，单位为mm；Δh是平均压下量，单位为mm；H是轧件轧前平均厚度，单位为mm；h是轧件轧后平均厚度，单位为mm；K=9.8(14-0.01t)(1.4+C+Mn+0.3Cr)，单位为MPa·s；η=0.1(14-0.01t)C′，单位为MPa·s，其中C′是轧制速度系数；V是轧制速度，单位为m/s。

2)接触面积F为：

(2)

式中，B是轧件变形区平均宽度，单位为mm。

3)轧制力P为：

Ρ=p′F

(3)

4)轧制力矩T为：

(4)

式中，x是力臂系数，取值0.4～0.6。

轧制力相关参数计算结果见表1。

表1 轧制力相关参数计算结果

2 轧辊受力分析

轧辊受力情况如图1所示。

图1 轧辊受力简图

图1中，P是轧制力；R1和R2是支座反作用力；X是支座反作用力与轧制力的距离；C是支座反作用力与边辊环的距离；a是支座反作用力之间的距离；M是转矩；Mω是弯矩。

2.1 力学计算

2.1.1 辊身力学计算

针对1～6架轧机压辊辊身，选择最小辊径进行弯曲计算，辊身最大弯曲正应力[2]为：

(5)

式中，Mmax是最大弯矩；W是抗弯截面系数。

实心圆截面的抗弯截面系数为：

W=IZ/(d/2)

(6)

式中，d是为受力轧槽辊径，IZ是惯性矩。

实心圆截面的惯性矩为：

(7)

由式5～式7可得辊身最大弯曲正应力，计算结果见表2。其强度要求为σmax≤[σ]，[σ]是材料许用应力。轧机在轧辊材料优化前，使用铸铁轧辊，其极限抗拉强度Rm为450 MPa。

表2 辊身力学计算结果

2.1.2 辊颈力学计算

轧辊辊颈需进行弯曲、扭转及弯扭合成应力校核。辊颈弯曲正应力计算同辊身计算方法相同。

扭转形成的最大剪切应力为：

(8)

式中，T是轧制力矩；Wt是抗扭截面系数。

实心圆截面的抗扭截面系数为：

Wt=Ip/(d/2)

(9)

式中,d是辊颈直径；Ip是极惯性矩。

实心圆截面的极惯性矩为：

(10)

由式8～式10，可得扭转造成的最大剪切应力。

弯扭合成应力计算方法使用第4强度理论进行计算。辊颈力学计算结果见表3。

表3 辊颈力学计算结果

2.2 强度校核

2.2.1 辊身强度校核

由表2可以发现，使用铸铁轧辊，辊身受到的最大弯曲正应力均小于轧辊许用应力，但第1～第3架轧机辊身的应力安全系数仅为3～3.5，所以相应道次易出现辊身疲劳性断裂。

2.2.2 辊颈强度校核

由表3可以发现，各道次辊颈受到的剪切应力安全系数均>5，处于安全状态。对于所受最大弯曲正应力，第3架的应力安全系数仅为3.4，较为突出，所以该道次易出现辊径疲劳性断裂。

3 结语

在粗轧生产阶段，轧机轧辊的强度较低，应力安全系数不足是其断裂的主要原因。通过与轧辊制造厂家合作， 把铸铁轧辊改为强度更高的石墨钢及半钢轧辊，使其安全系数均>4.5，改造后在正常使用时未出现断辊现象。

[1] 邹家祥.轧钢机械[M].北京:冶金工业出版社，1989.

[2] 刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社，1992.

责任编辑彭光宇

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

刘运桥(1971-)，男，工程师，大学本科，主要从事生产技术管理等方面的研究。

2014-12-09