冷轧带钢生产工艺及设备

《冷轧带钢生产工艺及设备》有两部分内容：

一部分针对设备设计人员，站在设备设计的角度谈冷轧带钢工艺；

二部分重点针对酸洗洗机组、冷轧可逆机组和镀锌机组介绍冷轧带钢设备。

针对结构相当复杂、被称作优异设计的传动系统――雷德克斯传动系统，作者结合近50年来的设计心得，为读者揭秘了其设计奥秘，值得设计人员参考和借鉴。
 

冷轧板带钢是钢铁企业的重要品种，广泛应用于汽车、家电、轻工、机械制造、五金制品和包装等行业。冷轧板带钢生产关键在于配套机组设备，本书是作者近50年从事轧钢设备/机组设计工作实践经验的结晶。全书在介绍冷轧板带钢产品及基本生产工艺的基础上，重点结合板带生产工艺和生产线情况介绍各类型设备和机组的设计、应用要点，主要包括酸洗、冷轧板带钢轧机机组、精整机组、通用设备等的设计要求和设计细节，说明了不锈钢和电工钢等板带钢冷轧的要求和生产要点。

本书可供冶金/轧钢领域技术人员，设计、研发人员以及高等院校相关专业师生参考。

何经南，曾任首钢设计院轧钢部、一重设计院总设计师，从事轧钢工装设计工作近50年，在轧钢设备设计（如雷德克斯传动系统）等方面有独到的经验和体会，为我国轧钢工艺、工装设计攻克了诸多技术难题。

第1章概述1

1.1冷轧带钢产品分类1

1.1.1国际低碳软钢的分类1

1.1.2国内钢铁公司的产品分类1

1.1.2.1按冷轧带钢原板分类2

1.1.2.2原板表面加镀保护层后的冷轧带钢分类3

1.1.2.3专用特殊钢4

1.2冷轧带钢厂的基本组成7

1.2.1多功能冷轧带钢厂8

1.2.2不锈钢冷轧带钢厂10

1.2.3电工钢冷轧带钢厂11

1.2.4电镀锡(铬)板生产厂12

1.2.5汽车专用冷轧带钢厂12

1.2.6冷轧带钢厂布置图13

第2章冷轧带钢厂中的酸洗机组16

2.1酸洗机组组成及工艺16

2.1.1酸洗机组的功能16

2.1.2氧化铁皮的组成16

2.1.3影响氧化铁皮形成的因素17

2.1.4影响氧化铁皮厚度的主要因素18

2.1.5氧化铁皮厚度的估算法19

2.1.6氧化铁皮的化学除鳞原理20

2.2盐酸酸洗20

2.2.1盐酸酸洗的工艺过程20

2.2.2影响盐酸酸洗时间的因素21

2.2.3酸槽内液面上蒸汽中盐酸的含量25

2.3全连续酸洗机组26

2.3.1酸洗机组简述26

2.3.2全连续酸洗机组工艺与设备组成28

2.3.2.1入口区段28

2.3.2.2焊接区段32

2.3.2.3工艺区段32

2.3.2.4切边区段33

2.3.2.5出口区段34

2.3.3半连续酸洗机组组成与工艺35

2.4酸洗机组各部位的主要结构的选择42

2.4.1入口区段的多种方案42

2.4.2焊接设备的选择43

2.4.3工艺区段设备的选择44

2.5连续酸洗机组设计步骤46

2.5.1基本参数的确定46

2.5.2机组入口段设备和入口活套的储量确定53

2.5.3机组出口段设备和出口活套的储量确定57

2.5.4机组各段张力的确定61

2.5.5机组中的防跑偏装置64

2.5.6在连续加工机组中设置防跑偏装置的几个原则71

2.5.6.1开卷机的CPC71

2.5.6.2卷取机的EPC72

2.5.6.3圆盘剪切机前的带钢对中装置72

2.5.6.4活套装置的带钢防跑偏72

2.5.6.5工艺段的带钢防跑偏73

第3章冷轧带钢厂中的冷轧带钢机组74

3.1冷轧带钢74

3.1.1冷轧带钢的含义74

3.1.2冷轧带钢的表面的缺陷74

3.1.3对冷轧带钢质量的要求75

3.1.3.1表面状态与表面光洁度75

3.1.3.2带钢外形与尺寸精度76

3.1.3.3带钢的加工性能79

3.1.3.4带钢的时效性能80

3.2冷轧带钢轧机81

3.3带钢冷轧制性能参数及基本概念84

3.3.1计算过程中的重要概念85

3.3.2带钢在冷作硬化后的变形抗力87

3.3.3冷轧带钢时的摩擦系数89

3.3.4辊缝中的压力分布状态的分析89

3.3.5带钢冷轧的轧制力计算91

3.3.6带钢冷轧的轧制力矩计算97

3.3.7几种金属材料的变形抗力曲线102

3.4带钢冷轧对带钢机械性能的影响103

3.4.1加工硬化103

3.4.2带钢平面内各点的机械性能发生的变化――机械性能异向性104

3.4.3带钢表面的粗糙度得到极大改变105

3.5带钢冷轧机组的主要类型及工艺与设备组成105

3.5.1单机可逆冷轧机组105

3.5.1.1常规可逆冷轧机组的设备组成106

3.5.1.2常规可逆冷轧机组的工艺过程简述108

3.5.1.3多辊可逆冷轧机组110

3.5.2单机可逆轧机组的装机水平110

3.5.3多机架冷连轧机组112

3.5.4早期多机架冷连轧机组112

3.5.5全连续多机架冷连轧机组(无头轧制)112

3.5.6全连轧机组中的几个关键部位114

3.5.6.1卡鲁塞尔卷取机的换卷技术114

3.5.6.2滚筒式分切飞剪的工作原理115

3.5.6.3轧辊的更换方式的选择116

3.5.6.4有关焊缝的几种处理方式116

3.5.7酸洗连轧联合机组117

3.5.7.1联合机组结构特点117

3.5.7.2酸轧联合机组的特点118

3.5.8双机架可逆连轧冷轧机组120

3.6世界各地建立的各式冷轧机组一览表120

3.7冷轧机组的设计过程123

3.7.1轧制原料123

3.7.2成品参数124

3.7.3产量计算124

3.7.3.1如何确定工作辊直径124

3.7.3.2轧机速度与机组速度的确定126

3.7.3.3轧制带钢张力的确定130

3.7.3.4轧制冷却液轧制油乳化液的选择与用量确定130

3.7.3.5冷轧机组设计与产量计算中的几个重要环节131

3.7.3.6机组三个活套的储存量的确定137

第4章冷轧钢厂中的平整机组139

4.1平整机组的分类139

4.2平整机组的组成与工艺140

4.2.1单机架平整机组140

4.2.2双机架平整机组143

4.3平整工艺对带钢性能的影响143

4.3.1平整对带钢机械性能的影响144

4.3.2平整工艺中的基本参数选择144

4.3.2.1平整率（或称延伸率）144

4.3.2.2平整速度对平整率的影响145

4.3.2.3平整机工作辊直径与辊面对粗糙度的选择147

第二篇冷轧带钢设备设计

第5章冷轧带钢的几种常用的通用设备149

5.1卷材鞍座与运卷小车149

5.1.1卷材鞍座与运卷小车在机组中的位置149

5.1.2功能150

5.1.3卷材鞍座的种类与结构150

5.1.3.1运卷小车的种类151

5.1.3.2运卷小车结构151

5.2开头与直头机设备157

5.2.1推拉酸洗机组的头部设备159

5.2.1.1功能辊159

5.2.1.2刮板与转向辊159

5.2.1.3带拉料辊的直头机159

5.2.1.4导向压辊及焊接架162

5.2.2可逆冷轧机组的头部可采用的设备162

5.2.3适用于薄带钢并未经退火处理的卷材开卷163

5.2.3.1磁力皮带164

5.2.3.2二辊式拉料直头辊164

5.3拉料辊、张力辊与辊子165

5.3.1辊子165

5.3.1.1辊子的分类166

5.3.1.2关于空转辊的设计167

5.3.2拉料辊的设计168

5.3.3张力辊的设计169

5.3.3.1张力辊的张力计算169

5.3.3.2张力辊的结构171

5.3.3.3张力辊直径选择及传动力矩计算171

5.3.3.4几种常用的张力辊结构172

5.4立导辊174

5.4.1早期的立导辊175

5.4.2稍有改进的立导辊175

5.4.3经改进的立导辊176

5.4.4值得推荐的立导辊结构176

5.5带钢自动对中装置177

5.5.1自动对中原理178

5.5.1.1带钢在鼓形辊上纠偏178

5.5.1.2带钢的自动对中装置的对中原理179

5.6步进梁184

5.6.1步进梁工作原理184

5.6.2步进梁受力分析184

5.6.3步进梁结构分析184

5.6.4步进梁应用186

5.7活套187

5.7.1立式活套187

5.7.1.1立式活套的功能与特点190

5.7.1.2立式活套的构造解析190

5.7.1.3立式活套中存在严重偏载问题194

5.7.2水平活套200

5.7.3水平活套中的带钢托辊的多样性201

第6章开卷机与卷取机204

6.1卷筒轴的特点与结构204

6.1.1卷筒轴的工作特点204

6.1.2卷筒轴的结构原理205

6.2开卷机205

6.2.1早期的开卷机205

6.2.2楔形胀缩卷筒206

6.2.3悬臂式开卷机208

6.2.3.1悬譬式开卷机的结构与组成208

6.2.3.2卷筒轴208

6.2.3.3开卷机传动系统212

6.2.3.4开卷机滑动底座与CPC缸212

6.2.3.5活动支撑215

6.3卷取机218

6.3.1卷取机与开卷机的比较218

6.3.2卷取机的发展及类型218

6.3.2.1早期卷取机之例一219

6.3.2.2早期卷取机之例二219

6.3.2.3早期卷取机中较优秀结构219

6.3.2.4组合式楔块卷筒220

6.3.2.5介绍几款近代被广泛采用的卷取机221

6.3.2.6卷取机的总装配图224

6.3.3卡鲁塞尔卷取机224

6.3.4介绍几款助卷机227

6.3.5助卷带的选择230

6.3.6开卷机与卷取机的计算231

6.3.6.1开卷机卷筒胀缩缸的确定232

6.3.6.2开卷机传动系统计算233

6.3.6.3卷取机传动系统计算235

6.3.6.4卷取机的受力计算238

第7章剪切设备245

7.1液压斜刃式下切剪245

7.1.1切头切尾剪245

7.1.2液压切剪机的设计要点246

7.1.3双重切头切尾剪249

7.2浮动式剪切机250

7.3快速更换剪刃的圆盘剪边机与碎边机251

7.3.1圆盘剪切机的情况介绍251

7.3.2快速更换剪刃的圆盘剪边机与碎边机251

7.3.3快速更换剪刃的圆盘剪边机刀体252

7.3.3.1上刀轴与下刀轴设计特点252

7.3.3.2刀体的回转与定位253

7.3.3.3传动装置的置换254

7.3.3.4宽度调节机构254

7.3.3.5碎边机254

7.3.3.6废边通道的转换256

7.3.3.7快速换刃256

7.4圆盘剪的力能计算259

第8章飞剪机260

8.1冷轧带钢生产中的飞剪260

8.1.1滚筒式高速分切飞剪260

8.1.2滚动式高速飞剪的基本结构261

8.1.3飞剪的几个重要辅助装置261

8.1.4滚动式分切飞剪的力能计算263

8.1.5滚动式分切的启动电机功率及剪切电机功率的计算264

8.2定尺飞剪267

8.2.1曲柄四连杆高速飞剪的基本结构268

8.2.1.1上刀架268

8.2.1.2下刀架271

8.2.1.3空切齿轮箱的设计273

8.2.1.4飞剪传动装置273

8.2.2曲柄四连杆高速定尺飞剪的运动轨迹276

8.3摆式定尺飞剪278

8.4定尺飞剪的计算280

8.4.1基本定尺与转速范围280

8.4.2定尺飞剪的运动学与动力学计算280

8.4.2.1曲柄四连杆定尺飞剪的动力矩计算公式280

8.4.2.2双曲柄五连杆定尺飞剪的动力矩计算公式282

8.4.2.3定尺飞剪的各要点的速度计算公式285

8.4.2.4剪切点的速度方程推导287

8.4.2.5定尺飞剪的动力矩计算顺序288

8.4.2.6定尺飞剪动力矩计算举例290

8.4.2.7定尺飞剪的动力矩计算分析290

8.4.2.8对定尺飞剪动力矩的“四大因素曲线”的分析与对飞剪结构的改进293

8.4.2.9上下剪刃的同步速度的核算296

8.5摆式飞剪的动力矩平衡方法300

8.5.1摆式飞剪的工作原理图301

8.5.2平衡机构的设计原理303

8.5.3平衡机构的结构模型303

第9章冷轧带钢中的拉伸弯曲矫直设备306

9.1拉弯矫机的发展过程307

9.2拉弯矫直的基本概念与原理307

9.2.1应力应变曲线上“屈服段”的特性说明307

9.2.2拉弯矫的基本概念的建立309

9.2.3拉弯矫机的典型结构310

9.3破鳞兼矫直的拉弯矫装置311

9.3.1破鳞矫拉弯矫装置的功能311

9.3.2破鳞矫拉弯矫装置的组成312

9.3.2.1弯辊组的结构与组成312

9.3.2.2换辊机的结构与组成313

9.4冷轧薄带钢的拉弯矫装置315

9.4.1冷轧薄带钢拉弯矫直机的组成与功能315

9.4.2换辊机317

9.5拉弯矫机的力能计算318

9.5.1拉弯矫机的张力计算公式318

9.5.2拉弯矫机的张力计算公式中的几个问题的检验320

9.5.3拉弯矫机的传动系统321

对于冷轧带钢产品来说，无论是产量提升，质量稳定，还是高端品种的研发，其中重要的是对冷轧设备的深入研究。显而易见，冷轧设备突出的重要性表现在，其装备档次和品位直接决定了能否实现产品的工艺先进及相应的高端产品。

轧钢设备的设计研发能力，也代表一个国家的工业现代化水平。其难度在于，要求设备的设计研究不单要充分考虑产品的尺寸精度，还需保证产品优质的表面质量。这就要求设备设计人员面对工艺需求全面地考虑问题，而且只有具备创新的、精心的设计才能设计出符合产品需要的新型轧机。例如市场长期以来对厚度小于0.15mm的带钢有所需求，但由于设备设计能力有限，在过去相当长的时间内难以实现。

笔者从事轧钢设备设计将近50年，回顾以往的工作，体会深的是以往设计队伍里的设备设计人员与生产工艺设计人员之间，技术上缺乏互通，设备设计者对生产工艺知识知之甚少，而工艺人员不善于查看机械图纸，这种状况对冷轧工业的发展无疑是有害的。

这次在众多同志的推动下，结合我多年的工作实践经验，在耄耋之年尽些微薄之力，经过几年的努力，终于完成了这份心愿。作品内容分两部分，部分是写冷轧带钢工艺。这部分内容主要是针对设备设计人员来写的，站在设备设计的角度谈工艺，所以称不上真正冷轧工艺，仅供设备设计人员参考；第二部分是写冷轧带钢设备。由于冷轧设备内容实在太多，所以重点针对酸洗机组、冷轧可逆机组和镀锌机组。冷轧带钢生产机组种类很多，但每个机组中都有结构相近的设备，特别是机组头尾设备，几乎相差无几，比如卸卷小车、切头切尾剪、开卷机、直头机、卷取机、张力辊等，所以将这部分设备称作通用设备，将它们集中在一起写。剩余部分可以称作专业设备，比如去除带钢表面的氧化层用的破鳞拉弯矫直机，酸洗机组中不可缺的快速换剪刃的圆盘切边机，专门用于矫正薄带钢的平整拉矫联合装置，多机架连轧机组中的高速滚动式分切飞剪，机剪切定尺的定尺飞剪，以及现代轧机“六辊高效冷轧机”，对这些设备都作了较为详细的介绍。

在拉弯矫设备中，有一款相当有名的传动系统——雷德克斯传动系统，当时被称作佳设计，优点很多，传动性能优秀，但结构也十分复杂。我们在很长一段时间内，难以解开其中的奥秘，这次通过共同研究，积极攻关，终于揭开了这一谜团，值得大家参考和借鉴。

由于水平所限，书中不足之处难免，望读者不吝指正。

编著者