热轧板带课程设计.doc

材料成型课程设计热连轧薄板工艺与规程设计姓名: 班级: 成型 学号: 1目录1. 题目及要求 22. 工艺流程图 33. 轧制规程设计 33.1 轧制方法 33.2 安排轧制规程 63.3 校核咬入能力 73.4 确定速度制度 73.5 确定轧制延续时间 83.6 轧制温度的确定 123.7 计算各道的变形程度 133.8 计算各道的平均变形速度 133.9 计算各道的平均单位压力P及轧制力P 143.10 计算各道轧制力矩 154. 电机与轧辊强度校核 164.1 粗轧机组电机校核 174.2 精轧机组电机校核 184.3 粗轧机组轧辊强度校核 204.4 精轧机组轧辊强度校核 225. 车间平面布置图 236 总结与收获 231.题目：热轧板带工艺设计（1）设计目的：材料成型课程设计是材料成型专业必修课之一，是课程教学的一个重要环节。其轧钢方向的课程设计要求达到以下目的：1） 把塑性工程学、塑性加工原理、塑性加工车间设计、孔型设计等专业课程中所学的知识在实际设计工作中综合加以运用，巩固所学的专业知识，提高对专业知识和相关技能的综合运用能力。2） 本次设计是毕业设计前的最后一个教学环节，为进一步培养学生工程设计的独立工作能力，团队协作意识，树立正确的设计思想，掌握工艺设计的基本方法和步骤，为毕业设计工作打下良好的基础。（2）制定轧制制度的原则和要求 板带材轧制制度的确定要求是充分发挥设备能力、提高产量、保证质量，并且操作方 便、设备安全。即：1) 在保证设备能力允许的条件下尽量提高产量；2) 在保证操作稳便的条件下提高质量。（3）原料及产品规格原料：230mm1500mm11000mm；钢种：Q215A；产品规格：2.0mm1450mm.7.已知板坯规格为 230150011000mm，钢种为 Q295，产品规格为 4.61450mm，试确定其压下规程并绘制工艺布置简图。 （4）Q215A产品技术要求表1成分要求(GB/T700-1988)牌号化学成分（质量分数）（%）脱氧方法CMnSiSPQ215A0.090.150.250.550.300.0500.045F,b,Z表2 主要力学与工艺性能(GB/T700-1988)牌号屈服点s(MPa)(厚度16mm)抗拉强度b/MPa伸长率(%)(厚度16mm)Q215A21533545031板带材的尺寸要符合GB 709-88的要求，对本规格主要标准见下表：品种规格厚度允许偏差长度允许偏差宽度允许偏差不平度（1000）2.018000.17+15+1012同时要求产品表面光洁无缺陷。2.工艺流程（1）工艺流程 坯料加热除鳞定宽粗轧剪切/除磷精轧冷却剪切卷取。（2）绘制工艺简图3.轧制规程设计3.1 轧制方法 常规轧制，采用1/2连轧，即粗轧机由2 架粗轧机组。 （1）粗轧机组 第一架为二辊可逆式轧机，板坯在此机架上轧制13道次。为控制宽展R1 前设有立辊E1。第二架为四辊可逆式轧机，板坯在此机架上轧制13 道次。各轧机采用单独传动。粗轧机组设备主要有粗轧机辊道，侧导板，高压水除鳞装置，定宽压力机，立辊轧机，中间辊道，热卷箱和废品推出机等组成。二辊采用刚轧辊，四辊采用铸铁辊。（2）精轧机组 精轧机组由7架四辊不可逆式轧机组成连轧机组。各机架采用PC 轧机。前三架主要完成压下，后四架主要控制板形。各机架负荷分配亦不同，因此前三台采用工作辊辊径较大，后四架采用较小的工作辊。精轧机组前设置边部加热器。精轧机 F1F7全部为液压压下并设弯辊装置。轧辊采用铸铁辊。 轧机机组主要参考性能参数:（3）确定轧制设备 粗轧机：二辊、四辊轧辊的主要参数的确定（辊身直径D 、辊身长度L ）决定板带轧机轧辊尺寸时，应先确定辊身长度L，然后再根据强度、刚度和有关工艺条件确定其直径D。辊身长度L:应大于所轧钢板的最大宽度bmax即L=bmax+a；a值视钢板宽度及轧机类型而定。当bmax=10002500mm时，a=200400mm,二辊：由B=1500mm，取a=200mm，则L=1500+200=1700mm，又因为L/D=1.72.8，所以取D=1000mm.四辊：辊身长L=1700mm，由L/D1（D1为工作辊直径）=1.7-2.8，L/D2（D2为支承辊直径）=1.3-1.5，且D2/D1=1.3-1.5，则取D1=1000mm，D2=1300mm. 精轧机:四辊PC轧机轧辊长度：L= bmax+a，取a=200mm，则L=1700mm, 又因为L/D1=2.42.8，L/D2=1.3-1.5,D2/D1=1.9-2.1,则取D1=650mm.D2=1300mm.取轧辊辊径为D=0.65m本次选取设备如下：轧机辊身长度（mm）辊身直径（mm）主电机转速（rpm）允许轧制力（t）允许轧制力矩（tm）电机功率（KW）E165011000-100-1458002753000ACR1170010000-35-70365071825500ACR2WR170010000-55-1106000887210000BR17001300F1-F6WR17006500-250-590F1-F3为7500，F4-F6为7000。F1-F3为781；F4-F6为429。25500BR17001300F7WR17006500-250-63070004296000BR17001300支承辊材质为合金锻钢，许用应力为=160MPa，工作辊材质为锻钢，许用应力=140MPa，=84MPa. 3.2安排轧制规程 根据经验和原料及工艺，安排一下轧制道序：在二辊粗轧机上轧三道，在四辊粗轧机上轧三道。然后分别经过精轧机组各一道次。 粗轧机组各道压下量分配规律为：第一道考虑咬入及坯料厚度偏差而不应给以最大压下量；中间各道次应以设备能力所允许的最大压下量轧制；最后道次为了控制出口厚度和带坯的板形，应适当减小压下量。 精轧连轧机组分配各架压下量的原则，一般也是充分利用高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几架，在后几架轧机上为了保证板形、厚度精度及表面质量，压下量逐渐减小。 为保证带钢机械性能，防止晶粒过度长大，终轧即最后一架压下率应不低于10。此外， 压下量分配应尽可能简化精轧机组的调整和使轧制力及轧制功率不超过允许值。依据以上 原则，精轧逐架压下量的分配规律是：第1架可以留有适当余量，即考虑到带坯厚度的 可能波动和可能产生咬入困难等，而使压下量略小于设备允许的最大压下量；第24架， 为了充分利用设备能力，尽可能给以大的压下量轧制；以后各架，随着轧件温度降低，变形 抗力增大，应逐渐减小压下量；为控制带钢的板形、厚度精度及性能质量，最后一架的压 下量一般在1015左右。考虑咬入条件的限制，最大压下量hmax=D(1-cosmax),对热轧带钢咬入角可达1522， 取20， 二辊粗轧机得hmax=60.3mm，对四辊粗轧机hmax=60.3mm，精轧机组hmax=39.2mm. 粗轧和精轧压下如下： 轧制道次（n）入口厚度（mm）出口厚度（mm)压下量（mm)相对压下率（%）轧制宽(mm)轧后长(m)1230204.525.511.0145012.82204.5161.54321.0145016.23161.5120.54125145021.74120.588.53226.6145029.6588.560.52831.6145043.3660.539.52134.7145066.3739.523.216.3411450112.8823.212.710.5451450206.1912.77.25.5431450363.5107.24.32.9401450608.7114.331.3301450872.41232.30.72314501137.9132.32.00.31314501308.63.3校核咬入能力由于以上所用压下量都小于各自轧机hmax，因此咬入校核通过。3.4确定速度制度3.4.1粗轧机组的速度制度本设计采用稳定高速咬入 粗轧组前1-3道次=35rpm；后4-6道=55rpm；前6道次抛出速度均为=20rpm3.4.2精轧机组的速度制度 精轧组速度：应满足金属秒流量相等，即 =C 式中：h1，h2h6各架的出口厚度； v1，v2v6各架的出口速度；C连轧常数。 根据经验最后一道次穿孔速度V7=10m/s；最大轧制速度V7n=18m/s则有：V1=0.9m/s；V2=1.6m/s；V3=2.8m/s；V4=4.7m/s；V5=6.7m/s；V6=8.7m/s；另有：V1n=1.6；V2n=2.8；V3n=5；V4n=8.4；V5n=12；V6n=15.7；3.5确定轧制延续时间3.5.1粗轧机组轧制延续时间 由于轧件较长，为操作方便可采用梯形速度图（a），（b)（a）（b）(其中：为抛出速度；为咬入速度；为额定转速；单位：rpm。)由图可知：纯轧时间=t4+t2+t3；其中： 加速轧制时间t2= 减速轧制时间t4= 等速轧制时间t3=式中，加速度a取40rpm；减速度b取60rpm；L为该道次轧后长度；D为工作辊直径。根据经验，第一道和第二道次之间间隙时间取t12=2s,其他分别有：t23=3s；t34=5s；t45=3s；t56=3s；t67=16s。 则，有以上条件代入公式可得：第一道次纯轧时间为：t2=0；t4=(35-20)/60=0.25s；t3=6.79s1=t2+t3+t4=7.0s第二道次纯轧时间为：t2=0 ；t4=0.25s；t3=8.64s2=t2+t3+t4=8.89s第三道次纯轧时间为：t2=0；t4=0.25s；t3=11.65s3=t2+t3+t4=11.90s第四道次纯轧时间为：t2=0；t4=(55-20)/60=0.58s；t3=9.88s4=t2+t3+t4=10.46s第五道次纯轧时间为：t2=0；t4=0.58；t3=14.64s5=t2+t3+t4=15.22s第六道次纯轧时间为：t2=0；t4=0.58s；t3=22.63s6=t2+t3+t4=23.21s3.5.2精轧机组轧制延续时间粗轧轧完的带坯长度为66.3m，至精轧机间隙时间按经验取t67=16s，精轧机组有7个机架，精轧机组的间隙时间：式中：s0精轧机组各架间距，46m，取6m；v1-v7-F1F7的穿带速度精轧各机架转速。由前面数据代入计算的：(1) t0=15.4s(2)加速前的纯轧时间： =16.3s 式中：sj精轧机组末架至卷取机间距，sj=150m；D卷取机卷筒直径，D=0.8m；N参数，N=35，取5；V6第七架的穿带速度，10m/s(3)加速段轧制时间: =40s 式中：v7n第七架的最大速度，18m/s V7第七架的穿带速度，10m/s 采用加速度a=0.2m/s2(4)加速后的恒速轧制时间: =32.6s 其中加速段的板长 =560m(5)精轧机最后一架的纯轧时间为： tj=tj1+tj2+tj3=88.9s(6) 精轧轧制周期为: T=tj+t0=104.3s(7)带坯在中间辊道上的冷却时间为： 带坯在中间辊道上的冷却时间，等于间隙时间加上精轧第一架的纯轧时间，精轧第一架的纯轧时间，等于精轧周期减去尾部通过精轧各机架的时间。 轧件尾部通过精轧各机架的时间为： =8.7s （S0=6m；） 故，精轧第一架的纯轧时间为： T-t0=95.6s 带坯在辊道上的冷却时间为： Z=t67+95.6s=111.6s3.6 轧制温度的确定3.6.1粗轧机组轧制温度确定 板坯加热温度定为1270，出炉温度降为50 ，粗轧前高压水除鳞温度降为20，故立辊开轧温度为1200，考虑立辊轧后再喷高压水除鳞，再进行强冷后，第一道开轧温度定为1180 ， 由每一道次温降公式， Z-为之前道次和本道次纯轧时间和间隙时间； H-为本道次入口厚度，T-为开轧温度+273 。 第一道次轧后尾部温度为：T1=1180-=1180-12.9(1/H1)(1180+273)/10004 = 1178.3第二道次轧后尾部温度为：T2=1180-=1180-12.9(2+t12+2)/H2(1180+273)/10004=1175.0第三道次轧后尾部温度为： 由第二道次头部温度为T2=T1-12.9（t12/H2)(T1+273)/10004=1177.7T3=T2-12.9(2+t23+3)/H3(T2+273)/10004=1172.8第四道次轧后尾部温度为：T4=T3-=T3-12.9(t34+4)/H4(T3+273)/10004=1165.6第五道次轧后尾部温度为：T5=T3-=T3-12.9(t45+4+5)/H5(T3+273)/10004=1154.5第六道次轧后尾部温度为：T6=T4-=T4-12.9(t56+5+6)/H6(T4+273)/10004=1127.83.6.2精轧机组轧制温度确定 (1) 带坯尾部进入精轧第一架的温度为： =973.3K 式中：T0为粗轧最后一道次温度+273；Z为带坯冷却时间；h为该道次入口厚度. 即为T1-273=973.3考虑精轧前高压水除磷，温降30，则尾部进入精轧第一架温度T=943.3。(2) 尾部通过精轧机组的总温降为： =37.6 式中，T为T+273，n为7，即每一架温降为=37.6/6=6.3(3) 尾部终轧温度为： T终= T - =905.73.7 计算各道的变形程度由公式， 得出各道次变形程度，见下表。3.8 计算各道的平均变形速度有公式，式中，v为轧制瞬间速度；H，h分别为轧件入口和出口速度；R为工作辊半径。得出各道次平均变形速度，见下表。3.9 计算各道的平均单位压力P及轧制力P3.9.1各道次平均单位压力 由公式，=.(1) 另，由志田茂简化公式 =.(2)首先对变形抗力的确定，运用相应的公式： .(3) 式中A、B、C、D、E、N系数，见下表。Q215A变形阻力数学模型回归系数值钢种ABCDEN（Mpa）Q215A3.556-2.793-0.24600.27841.4680.4232150.0有公式(1),(2),(3),并代入数据计算得到各道次平均单位压力，见下表。3.9.2各道次轧制压力P计算各道次轧制压力：运用Sims和志田茂简化公式 P=bl.(4) 其中，l=未变形区长度由以上(1)(2)(3)(4)公式并代入数据，计算得出各道次轧制压力P，见下表。3.10 计算各道轧制力矩传动两个轧辊所需要的轧制力矩为： Mz = 2Pa =2Pl l为变形区长度 ； 热轧板带时 = 0.420.50，取0.5.则，根据公式，并代入数据，得出各道次轧制力矩。见下表。3.7-3.10小节汇总，表中为以上各所求结果：道次(n)变形温度T( )变形程度( %)变形速度( s-1)变形抗力( MPa)单位压力(KN)轧制压力P( t)轧制力矩Mz( tm )11178110.9745.5046.40759.6985.7721175211.4659.3264.301366.90200.3931172.8251.8964.9974.151639.65220.4841165.626.63.3573.7488.701627.02205.8251154.531.64.5182.86108.861867.41220.9161127.834.75.694.32137.202039.21209.027943.5416.32169.04258.952733.47199.08937.24516.04189.79346.092930.66171.159930.94336.58206.49442.812715.99114.8910924.64073.57220.56548.892443.3975.0111918.330110.14219.69564.211685.3034.721291223164.15216.56553.401211.6618.3013905.713139.5184.36407.48584.945.794. 电机与轧辊强度校核(1) 温升校核： M jum Mer (2) 过载校核 ： Mmax KG M er Mmax：轧制周期内，负荷图中的最大力矩 ；KG：电机允许的过载系数； 直流电机 2.02.5 ，交流电机 2.53.0Mmax=Mc+Md=M0+Mz+Mf+Md (3)轧辊强度校核由经验， 对于二辊： d/D=0.75-0.80；l/d=0.80-1.0； 对于四辊： d/D=0.67-0.75；l/d=0.83-1.0； （其中，d为辊颈直径，D为辊身直径，l为辊颈长度）4.1 粗轧机组电机校核(1)温升校核： Mjum Mer 由公式 并代入数据计算得出： Mjum=186.86N.m Mer=2000N.m得，轧机温升校核通过。(2)过载校核 ： Mmax KG M er 由以下及相关经验公式： Mmax=Mc+Md=M0+Mz+Mf+Md； M0=(0.03-0.06)Mer； Mf=Mf1/i+Mf2=Pf1d1 + (1/1- 1)(Mz+Mf1)/ i; Md= GD2/375(dn/dt) kg.m = GD2/38.2(dn/dt) N.m其中：G ：转动部分的重量，kg ； D：转动部分的惯性直径，m 。 dn/dt：转速加速度。Mmax：轧制周期内，负荷图中的最大力矩； P为轧制压力; d为轧辊直径； 为传动效率=0.98； i为传动比=1；KG=2; M er=1000N.m；a=40m/s；b=60m/s。 代入数据计算得出： Mmax=650N.m KGMer=21000N.m=2000N.m 所以轧机过载校核通过。4.2 精轧机组电机校核(1)温升校核： Mjum Mer 由公式 并代入数据计算得出： Mjum=292.73N.m Mer=1000N.m得出，轧机温升校核通过.(2)过载校核 ： Mmax KG M er 由以下及相关经验公式 Mmax=Mc+Md=M0+Mz+Mf+Md； M0=(0.03-0.06)Mer； Mf=Mf1/i+Mf2=Pf1d1 + (1/1- 1)(Mz+Mf1)/ i; Md = GD2/375(dn/dt) kg.m = GD2/38.2(dn/dt) N.m其中：G ：转动部分的重量，kg ； D：转动部分的惯性直径，m 。 dn/dt：转速加速度；Mmax：轧制周期内，负荷图中的最大力矩； P为轧制压力; d为轧辊直径；为传动效率=0.98； i为传动比=1； KG=2; M er=1000N.m；a=40m/s；b=60m/s。 代入数据计算得出： Mmax= 650N.m KG M er =21000N.m=2000N.m所以轧机过载校核通过。4.3 粗轧机组轧辊强度校核(1) 二辊：由经验取d=800mm，l=800mm。轧制力取最大P=1539.65t；a=2l+L（辊身长）=3.3m；D=1000mm；W1为辊身抗弯断面系数，W2为辊颈抗弯截面系数，Mk为轧辊扭矩；Wn为抗扭截面系数。则，辊身中央最大弯矩为： Mmax=P（a/4-L/8）= 94.3KN.m辊身中央最大弯应力： =Mmax/W1=Mmax/=96.10MPa辊颈最大弯矩为： Mmax=P（a-L）/4=61.5KN.m辊颈最大弯应力： =Mmax/W2=Mmax/=123MPa辊颈扭转剪应力为： =Mk/Wn=60.1MPa(2)四辊：由经验取d支=800mm，l支=800mm。轧制力取最大P=2039.21t；a=2l+L（辊身长）=3.3m；DBR=1300mm；W1为辊身抗弯断面系数，W2为辊颈抗弯截面系数，Mk为轧辊扭矩；Wn为抗扭截面系数。1）支承辊强度计算辊身中央最大弯矩为： Mmax=P（a/4-L/8）= 124.9KN.m辊身中央最大弯应力： =Mmax/W1=Mmax/=57.93MPa辊颈最大弯应力： =Mmax/W2=Mmax/=159MPa2）工作辊强度计算辊颈扭转剪应力为： =Mk/Wn=79.7MPa由 支承辊材质为合金锻钢，许用应力为=160MPa，工作辊材质为锻钢，许用应力=140MPa，=84MPa 知，轧辊强度校核通过。4.4 精轧机组轧辊强度校核由经验取d支=910mm，d工=455mm；l支=910mm，l工=455mm。轧制力取最大P=2930.66t；a=2l+L（辊身长）=3.52m；DBR=1300mm；W1为辊身抗弯断面系数，W2为辊颈抗弯截面系数，Mk为轧辊扭矩；Wn为抗扭截面系数。1）支承辊强度计算辊身中央最大弯矩为： Mmax=P（a/4-L/8）=195.62 KN.m辊身中央最大弯应力： =Mmax/W1=Mmax/=89.04MPa辊颈最大弯应力： =Mmax/W2=Mmax/=157MPa2）工作辊强度计算辊颈扭转剪应力为： =Mk/Wn=35.4MPa由 支承辊材质为合金锻钢，许用应力为=160MPa，工作辊材质为锻钢，许用应力=140MPa，=84MPa 知，轧辊强度校核通过。5. 车间平面布置图 平面布置图附后6. 总结与收获 本次设计主要对热轧板带压下规程做了一些规定，在通过对各个规程的设计和计算过程中，巩固并加深了大学以来本专业所学知识，为即将到来的毕业设计打了基础，更为以后在工作中应用所学知识奠定了一定的基础。 同时通过这次设计，更加认识到了自己的不足，须要多加练习和巩固所学知识，这样才能学以致用，做得更好。轧制程序表nNo.BmmHmmhmmhmm%m/sm/sLm ssTMztmPt11500230204.525.5110.921.812.827.01178.385.77759.6921450204.5161.543210.921.816.238.91175200.391366.9031450161.5120.541250.921.821.7511.91172.8220.481539.6541450120.588.53226.61.42.929.6310.51165.6205.821627.025145088.560.52831.61.42.943.3315.21154.5220.911867.416145060.539.52134.71.42.966.3323.21127.8209.022039.217145039.523.216.3410.91.6112.81688.9943.5199.02733.478145023.212.710.5451.62.8206.12.788.9937.2171.152930.669145012.77.25.5432.85363.52.788.9930.9114.892715.991014507.24.32.9404.78.4608.72.788.9924.675.012443.391114504.331.3306.712872.42.788.9918.334.721685.3012145032.30.7238.715.71137.92.788.991218.301211.661314502.32.00.31310181308.62.78.8.9905.75.80584.94注：B-轧件宽度；H-轧件轧前厚度；h-轧件轧后厚度；h-压下量；-压下率；L-轧件长度；-穿带速度；-轧制速度；-间隙时间；-纯轧时间；T-轧件尾部温度；P-轧制力；Mz-轧制力矩 产品规格：2.0mm1450mm； 坯料尺寸：230mm1500mm11m； 钢种：Q215A；开轧温度：1180； 粗轧周期：76.68s； 精轧周期：104.3s; 轧辊强度校核及轧机能力校核均通过。共25页/第25页