热轧带钢课程设计.doc

辽宁科技大学本科生课程设计 第21 页 2.81620mm 20Cr 热轧带钢课程设计摘要板带钢是钢铁产品的主要产品之一，广泛地应用于工业、农业、建筑业以及交通运输业。热轧板带在国民经济发展中起到了巨大的推动作用。热轧板带生产一直是轧制行业中高新技术应用最为集中、人们最为关注的领域。本设计是参考鞍钢1780生产线而完成的课程设计。本设计介绍了热轧板带钢的生产工艺流程，选择主要设备参数（包括初轧机、精轧机的轧辊尺寸及最大轧制力);以2.8 1620mm Cr 热轧带钢为典型产品来设计选择坯料、制定压下规程，制定温度制度、速度制度；最后对轧机的咬入角和轧辊的强度进行校核。关键词：热轧带钢；轧制工艺制度；轧辊强度；速度制度；温度制度目录1、热轧板带钢概述11.2热轧板带钢生产的工艺流程11.3热轧板带钢生产的生产设备21.4热轧板带钢生产的新技术方面的发展22、主要设备参数33、典型产品轧制工艺制定53.1、生产工艺流程图：53.2坯料规格尺寸的选定63.3 轧制工艺制定73.3.1加热制度73.3.2 粗轧和精轧各自压下制度73.3.3精轧轧制速度83.4精轧温度制度104 力能参数计算114.1精轧各机架轧制力计算114.2 精轧各机架轧制力矩的计算135、设备能力校核145.1 咬入能力校核145.2 轧辊强度校核155.2.1 辊身弯曲强度校核175.2.2 辊颈弯曲+扭转强度校核195.2.3 辊头扭转强度校核205.2.4 接触应力的计算206 结束语217参考文献228致 谢221、热轧板带钢概述1.1热轧板带钢生产的产品概况国民经济建设与发展中的大量使用的金属材料中钢铁材料占有很大比例，例如 2005 年世界钢产量约为11亿吨。98%的钢铁材料都是采用轧制方法生产的，轧材中 30%60%以上都是板带材。板带钢产品薄而宽的断面决定了板带钢产品在生产商和使用上有其特有的优越条件。从生产上讲，板带钢生产方法简单，便于调正、便于改换规格；从产品应用上讲，钢板的表面积大，是一些包覆件（如油 罐、船体、车厢等）不可缺少的原材料，钢材可冲、可弯、可切割、可焊接，使用灵活。因此板带钢在建筑、桥梁、机车车辆、汽车、压力容器、锅炉、电器方面得到广泛的应用。热连轧钢板、带产品，是以板坯（主要为连铸坯）为原料，经加热后由粗轧机组及精轧机组制成带钢。 从精轧最后一架轧机出来的热钢带通过层流冷却至设定温度，由卷取机卷成钢带卷，冷却后的钢带卷，根据用户的不同需求，经过不同的精整作业线（平整、矫直、横切或纵切、检验、称重、包装 及标志等）加工而成为钢板、平整卷及纵切钢带产品。由于热连轧钢板产品具有强度高，韧性好，易于加工成型及良好的可焊接性等优良性能，因而北广泛应用于船舶、汽车、桥梁、建筑、机械、压力容器等制造行业。随着热轧尺寸精度、板形、表面质量等控制新技术的日益成熟以及新产品的不断问世，热连轧钢板、带产品得到了越来越广泛的应用并在市场上具有越来越强的竞争力。一般说明热连轧钢板产品，钢种规格品种繁多，用途广泛，从一般的工程结构至汽车、桥梁、船舶、锅炉压力容器等制造，都得到大量使用。各种不同用途，对钢板的材质性能、表面质量及尺寸、外形精度等要求也各不相同，因此，必须对热轧钢板产品的品种、材质、特性及其用途有所了解，才能做到经济、合理利用。 1.2热轧板带钢生产的工艺流程 连铸板坯 进步式加热炉 高压水除鳞（初） 定宽压力机定宽 粗轧机 飞剪 高压水除磷（精） FE连轧前立辊 精轧机层流冷却 卷取机 检查 卷取分卷横切 成品1.3热轧板带钢生产的生产设备 1.加热炉： 3座步进梁式加热炉 2、粗轧区： 由高压水除鳞箱、定宽压力机、带立辊的初轧机、保温罩、废品推出机、辊道、侧导板及其他辅助设备组成 3、精轧区： 精轧区主要由切头飞剪、粗轧除鳞箱、精轧机前立辊轧机、7机架四辊精轧机及其他辅助设备组成 4、卷取机区： 卷取机区主要由精轧机后热输出辊道、带钢层流冷却系统、地下卷取机及其前后设备、钢卷打捆机、卸卷小车、钢卷运输系统及其他辅助设备组成1.4热轧板带钢生产的新技术方面的发展中间带坯边部加热器 HEH (Hot-BarEdge Heater)和精轧和精轧前小立辊 在精轧机前采用电感应加热器来提高带坯边部温度是近l0年发展起来酶新工艺。其基本原理当两侧感应加热器的感应线圈进入板带块两侧边部，并通以流电流， 则在带钢边部产生涡流并进行加热，并根据被加热物体的材质、电流频率。功率大小等进行控制以达到所要求 的加热温度。这一技术的主要优点如下:(1) 提高和改善带钢横断面温度分布和金相组织，提高带钢质量并减少和防止薄带钢和硅钢边部的裂纹 (2)减少轧辊不均匀磨损，提高轧辊寿命，同时也可提高带钢产品的质量。(3)可以降低加热炉的出炉温度，有利于节能。 2、主要设备参数 表2.1 加热炉主要参数项目名称参数值炉子有效尺寸/mmmm4105011700板坯出炉温度/1250加热炉额定小时产量/th-1250（标准板坯）炉底强度/kg（m2h-1）636燃料种类及低发热值/kJm-1混合煤气，7524单位热耗/KJkg-11505 (冷装额定产量时)加热炉控制段数/段6步进机械驱动方式全液压驱动 表2.2定宽压力机主娶参数项目名称参数值型式移动对称式压下及同步驱动方式机械曲柄式最大宽度侧压量mm350最大轧制负荷/kN22000侧压周期行程min-150每行程板坯行走量mm400板坯行走速度/mmin-120主电机功率kW1-AC3400转速rmin0/500 表2.3 粗轧机的主要参数项目1780粗轧机支持辊尺寸/ mm15501400 1760粗轧机工作辊尺寸/ mm12001100 1780最大轧制压力/ t4000主电机功率/ kW2 - 7500转速/ r/min45/85轧机速度/ mmin-1170/3202.4 切头飞剪的主要参数项目名称参数值型式异周速型转鼓式剪切材料最大尺寸(厚x宽)/mmmm601630剪切材料最大强度/MPa120最大剪切力kN11750剪切速度mmin-150 150主电机功率/kW转速rmin-11-AC2000 680刀片最大圆周速度 /mmin-1上剪刃：163；下剪刃：l54刀片更换装置刀片滚筒组件整件侧移式 表2.5 精轧机的主要参数 项目名称参数值转机型式四辊非可逆式最大轧制力/MNF1F4 : 42 ; F5F7: 35工作辊尺寸/mmmmF1F4：800/7101780F5F7：700/6251780支承辊尺寸/mmmm1550/14001760主传动电机功率 /kW7800转速 r/min190/510表2.6 卷取机的主要参数 项目名称参数值卷取机型式全液压固定式三助卷辊最大卷取速度/mmin-11300卷筒型式带带楔形的扇形块，无级涨缩卷筒冷却方式外部水冷式卷筒电机功率/kW2-AC500转速rmin-1320/960卷筒直径/mm7623、典型产品轧制工艺制定 3.1、生产工艺流程图： 3.2坯料规格尺寸的选定表3.1 鞍钢1780生产线板坯规格 项目板坯厚度 mm板坯长度m成品宽度mm成品厚度mm最大单重ton年设计产量wanton17802305.3-11800-16301.2-1930350 表3.2坯料及成品尺寸表项目厚度 mm宽度mm钢种坯料尺寸170162020Cr成品尺寸2.8162020Cr3.3 轧制工艺制定3.3.1加热制度加热：加热制度取决于热轧所要求的开轧温度。一般加热温度为12501280，开轧温度为11801220 带坯在轧制过程中，边部由于散热较快，其温降大于中部温降，温差大约为100。边部温差大，在带钢横截面上晶粒组织不均匀，性能差异大，同时，还将造成轧制中边部裂纹和对轧辊严重的不均匀磨损。因此，在精轧机组前对带坯边部进行加热，将温度补偿到与中部温度一致。一般采用电磁感应加热器，可使带坯边部温度提高50到100，使带钢横向温度更加均匀，从而减少带钢边部裂纹，以适应轧制薄规格产品和硅钢、不锈钢、高碳钢等特殊品种的钢。3.3.2 粗轧和精轧各自压下制度 粗轧阶段压下量分配原则为： （1） 粗轧机组变形量一般要占总变形量的70 85；（2）为保证精轧机组的终轧温度，应尽可能提高精轧机组轧出的带坯温度；（3）一般粗轧机轧出的带坯厚度为 2040mm；（4）第一道考虑咬入及坯料厚度偏差不能给以最大压下量，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。 精轧机组充分利用高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几道，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。第一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。 表3.3不同成品厚度所对应的中间坯选定的厚度成品厚度3.893.9-5.295.3-6.997.0-9.499.5-12.7HRC（mm）3234363838-40 (注：HRC为中间坯（粗轧轧完）厚度) 据上表可选定中间坯厚度为：32mm，则 道次项目123456入口厚度H(mm)170.00144.50112.7178.9047.3038.74出口厚度h(mm)1440.5112.7178.9047.3038.7432压下量h（mm）25.5031.7933.8131.609.466.74压下率15%22%30%40%20%16%表3.4粗轧压下制度制定表3.5精轧压下制度制定道次项目1234567入口厚度H(mm)32.0019.2012.488.746.124.283.21出口厚度h（mm）19.2012.488.746.124.283.212.80压下量h（mm）12.806.723.742.621.841.070.41压下率40%35%30%30%30%25%13% 3.3.3精轧轧制速度 1确定最末架F7的穿带速度及出口速度 表3.6 速度设定项目指标序序号 12345厚度，mm1.451.701.902.102.40穿带速度，m/s10.6510.6510.8010.8510.65最大速度，m/s15.7515.7516.5016.5017.20抛钢速度，m/s13.6513.6513.6514.3514.35序号 678910厚度，mm2.702.903.103.403.80穿带速度，m/s10.5010.159.859.358.75最大速度，m/s17.2017.2017.2016.2015.05抛钢速度，m/s14.3514.3513.4013.0011.60序号1112131415厚度，mm4.204.605.506.507.50穿带速度，m/s8.307.807.106.155.60最大速度，m/s13.9012.9012.2010.759.05抛钢速度，m/s10.2510.008.207.206.55序号1617181920厚度，mm8.509.5011.012.712.7穿带速度，m/s5.154.854.353.853.35最大速度，m/s7.556.806.456.456.45抛钢速度，m/s6.005.454.904.804.65 由于本车间的典型产品厚度h=2.8mm，所以末架轧机穿带速度为10.15m/s，出口速度17.20m/s。 2精轧机组其它各架轧机速度制度的确定末架轧机轧制速度确定以后，可由秒流量相等原则，即由下列公式 ： v1b1h1=v2b2h2.=vnbnhn计算出各机架的轧制速度和穿带速度。由于b1=b2.=bn，则v1h1=v2h2.=vnhn 表3.7 精轧机组各架轧制速度道次入口厚度穿带速度（m/s）最大速度（m/s）抛钢速度（m/s）119.201.482.512.09212.482.283.863.2238.743.255.514.6046.114.657.886.5754.286.6411.259.3963.218.8515.0012.5172.8010.1517.2014.353.4精轧温度制度 由于带坯出粗轧后在中间辊道上和进精轧前的除鳞都会有温降，根据现场经验，带坯在精轧除鳞后的头部温度t为1050；因为在轧机上完成金相组织转变对厚度控制和机械性能都有不良影响，所以轧制结束温度应该控制在奥氏体区，奥氏体向铁素体转变的起始温度- C钢约为875 ，设精轧末架的出口温度为880，以使晶相转变发生在层流冷却阶段，得到奥氏体向铁素体转变的细化晶粒，提高带钢显微组织性能。 精轧采用温降公式：ti=t0-C(h0/hi-1） C=(t0-tn)hn/(h0-hn) （其中：t0 开轧温度；tn 轧后温度；h0 轧前厚度；hn 轧后厚度；） 表3.8精轧各架温度变化 机架F1F2F3F4F5F6F7轧制温度（）1039.131024.511006.59980.97944.45903.848804 力能参数计算4.1精轧各机架轧制力计算S.Ekelund公式是用于热轧时计算平均压力的半经验公式，其公式为 其中m 外摩擦对单位压力影响的系数； 粘性系数； 平均应变速率；第一项（1+m）是考虑外摩擦的影响，m可以用一下公式确定； 第二项中的乘积是考虑变形速度对变形抗力的影响。其中平均变形速度值用下式计算 把m和值带入中，并乘以接触面积的水平投影，则轧制力为： 其中： K=9.8(14-0.01t)(1.4+C+Mn)Mpa 对钢轧辊，a=1; 对铸铁轧辊， a=0.8 ; 式中 t： 轧制温度， ； C： 以%表示碳含量； Mn: 以%表示锰的含量； :决定于轧制速度的系数； 轧制速度 m/s 6 1 6 10 0.8 1015 0.65 1520 0.6 表1 20Cr钢化学成分标准化学成分（%）GB/T3077-1990CMnSiPSCr0.180.240.701.000.170.370.030.030.500.80C的含量取0.20，Mn的含量取0.70 对于第一架轧机： =0.8（1.05-0.00051039.13）=0.4243 K=9.8(14-0.01t)(1.4+C+Mn)=9.8(14-0.011039.13)（1.4+0.20+0.7）=81.3400MPa =0.01（14-0.011039.13）110=0.3609MPa.s =1707.385t 同理可依次得出各机架轧制力及其他各道次计算参数，见下表：表2各机架轧制力及其各道次计算参数表机架摩擦系数温度（）平均变形速度（ mm/ s）平均单位压力（MPa）轧制力（t）10.42431039.1317.5392147.31707.38520.43011024.5131.5854183.91544.28630.43741006.5950.2160227.51425.70940.4476980.9785.8337293.9 1541.50150.4622944.45156.86433921611.62660.4785903.84221.4610520.71632.46170.4880880195.9034447.2867.8144.2 精轧各机架轧制力矩的计算轧制力矩可用以下公式计算： 式中：P 轧制力； 道次压下量； 为力臂系数；热轧板带时：=0.420.50，取0.46对于第一架轧机轧制力矩： 同理可依次得出各机架轧制力矩，见下表：表3各机架轧制力矩表机架1234567力矩（tm）110.308272.364449.899545.203437.105228.70669.43745、设备能力校核5.1 咬入能力校核轧机要能够顺利进行轧制，必须保证咬入符合轧制规律，所以要对咬入条件进行校核。 式中：工作辊直径轧件的压下量； 咬入角 摩擦角原料在第一架轧机咬入时，压下量比较大，比较困难，所以对第一架进行咬入能力的校核。校核如下：由上面公式得到： 已知D=800mm，f=0.4243 所以：而，得到：由于，因此，第一架轧机可以实现带钢顺利咬入。表5.1 精轧各道次咬入角轧机F1F2F3F4F5F6F7咬入角/10.26137.43165.54244.63834.15523.16841.9611热轧过程中最大咬入角一般在1520之间，故精轧各道次咬入符合条件。5.2 轧辊强度校核 轧辊直接承受轧制压力和转动轧辊的传动力矩，它属于消耗性零件，就轧机整体而言，轧辊安全系数最小，因此，轧辊强度往往决定整个轧机负荷能力，这也正是我们要校核轧辊强度的原因。 轧辊材料各不相同，粗轧机为合金锻钢，精轧机组为合金铸铁。所以他们的许用应力也不同，具体见下表所示表5.2 许用应力表 单位：MPa项目许用弯曲应力 许用接触应力 许用剪切应力合金锻钢2402400730铸铁1402000610 校核轧辊时，需校核轧制力最大、辊径最小的道次，所以本设计需校核精轧校核第一道次和第六道次。第一架轧辊参数：1）支撑辊辊身直径：Dz=1400mm；辊身长：Lz=1760mm；辊颈直径：dz=(0.50.55)Dz=0.51400=700mm；辊颈长度：z=(0.831.0)dz=1700=700mm；压下螺丝之间的距离：az=Lz+z=1760+700=2460mm；2）工作辊辊身直径：Dg=710mm；辊身长度：Lg=1780mm；辊颈直径：dg=(0.50.55)Dg=0.5710=355mm；辊颈长度：g=(0.831.0)dg=1355=355mm；压下螺丝之间的距离：ag=Lg+g=1780+355=2135mm;辊头直径：b=Dg-（515）=710-10=700mm; 表5.3 F1-F4 轧辊各部分尺寸分别为辊身直径D/mm辊身长度压下螺丝中心距辊颈直径/mm辊颈长度工作辊800/710 17802135355355支承辊1550/140017602460700700取 a/b=1 a=700mm;根据下面表格得到抗扭断面系数值：表5.4 抗扭断面系数B/x11.523460.2080.3460.4930.8011.451.789取：=0.208。B图5-1 四辊轧机轧辊受力图第六架轧辊参数：1）支撑辊辊身直径：Dz=1400mm；辊身长：Lz=1760mm；辊颈直径：dz=(0.50.55)Dz=0.51400=700mm；辊颈长度：z=(0.831.0)dz=1700=700mm；压下螺丝之间的距离：az=Lz+z=1760+800=2460mm；2）工作辊辊身直径：Dg=625mm；辊身长度：Lg=1780mm；辊颈直径：dg=(0.50.55)Dg=0.5625=312.5mm；辊颈长度：g=(0.831.0)dg=1312.5=312.5mm；压下螺丝之间的距离：ag=Lg+g=1780+312.5=2092.5mm;辊头宽度：b=Dg-（515）=625-10=615mm; 表5.5 F5-F7轧辊各部分尺寸分别为辊身直径D/mm辊身长度压下螺丝中心距辊颈直径/mm辊颈长度工作辊700/62517802092.5312.5312.5支承辊1550/140017602460700700取 a/b=1 a=615mm;根据下面表格得到抗扭断面系数值：表5.6 抗扭断面系数B/x11.523460.2080.3460.4930.8011.451.789取：=0.208。四辊轧机由于采用了支承辊，所以工作辊的弯矩很小，支承辊几乎承担了所有弯矩，只需对支承辊弯矩进行校核。 5.2.1 辊身弯曲强度校核（1）对于第一架轧辊（支承辊）： a压下螺丝间距，b板宽。 图5-2 支撑辊弯矩图 所以第一架轧辊支承辊辊身满足弯曲强度的要求。工作辊a压下螺丝间距，b板宽。 所以第一架轧辊工作辊辊身满足弯曲强度的要求。 图5-3 工作辊弯矩图（2）对于第六架轧辊（支承辊）： 所以第六架轧辊辊身满足弯曲强度的要求。 5.2.2 辊颈弯曲+扭转强度校核（1） 对于第一架轧辊：支承辊 由于采用铸铁轧辊，合成应力应按第二强度理论计算： 工作辊只需要计算扭转应力： 所以第一架轧辊辊颈满足弯曲+扭转强度的要求。（2） 对于第六架轧辊：支承辊 由于采用铸铁轧辊，合成应力应按第二强度理论计算： 工作辊只需要计算扭转应力： 所以第六架轧辊辊颈满足弯曲+扭转强度的要求。 5.2.3 辊头扭转强度校核 （1）对于第一架轧辊： 所以第一架轧辊辊头满足扭转强度的要求。 （2）对于第六架轧辊： 所以第六架轧辊辊头满足扭转强度的要求。 5.2.4 接触应力的计算 因为两个轧辊的材质相同，接触应力的计算公式可简化为 （1）对于第一架轧辊： 式中 ： 加在接触表面单位长度上的负荷，N/m； 1707.3859800/1.76=9.5070106（N/m） 、 两接触辊的半径（工作辊和支承辊）， =0.355m，=0.7m； 弹性模量，； 铸铁 ，取= 代入接触应力计算式可得： 据表可知：第一架轧辊辊身挤压强度满足要求。 （2）对于第六架轧辊： 式中 ： 加在接触表面单位长度上的负荷，N/m； 1632.4619800/1.76=9.0898106（N/m）、 两接触辊的半径（工作辊和支承辊）， =0.3125m，=0.7m； 弹性模量，； 铸铁 ，取= 代入接触应力计算式可得： 据表5.2可知：第六架轧辊辊身挤压强度满足要求。6 结束语本设计以鞍钢1780mm热轧生产线为参照，以2.8*1620mm 20Cr为典型产品的课程设计，通过本次课程的设计，我基本掌握了热轧带钢厂的设备参数的选择、工艺制度的制定、轧制制度的制定以及轧制能力的校核等等,在获得新的知识的同时还复习了以前学过的知识，将三年多来学到的专业知识进行了系统的复习，提高了自己对知识的综合运用以及自身的实践能力。7参考文献1 熊及滋. 压力加工设备M. 北京：冶金工业出版社，1995.2 熊及滋. 压力加工设备M. 北京：冶金工业出版社，1995.3 桂万荣. 轧钢车间机械设备M. 北京： 冶金工业出版社，1980.4 王廷溥. 轧钢工艺学M. 北京：冶金工业出版社，1981.8致 谢为期三周的课程设计，在沙明红老师精心细致的指导下和众多同学的帮助下，通过自己不懈的努力，我终于完成了老师给予的课程设计任务。在此，特别感谢指导老师沙明红老师给予的指导和帮助。是在她的严格要求和谆谆教导下，我的学习能力有了很大的提高。沙老师不仅学识渊博，知识面宽广，并且和蔼可亲，把学习生活的细微之处渗透给每一位学生，这使我受益匪浅。在本次设计中，由于知识水平有限，难免出现一些不足之处，敬请各位老师批评指正。最后，我向在我大学生活中帮助过我的老师、学长、同学们致以衷心的感谢。