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课程设计

题目：

1700热轧板带压下规程设计

专业：

材料成型及控制工程

班级：

学生姓名：

指导老师：

日期：

2013-01-01

绪论2

1原料及轧机的选择4

1.1坯料尺寸4

1.2粗轧机的选择4

1.3精轧机的选择5

2、压下规程设计6

2.1压下率计算6

2.1.1道次选择确定6

2.1.2粗轧机组压下量分配6

2.1.3精轧机组的压下量分配7

2.2校核咬入能力8

2.3确定速度制度8

2.4轧制图表10

2.5轧制温度的确定11

2.6轧制压力的计算12

2.7计算传动力矩14

3、辊辊型设计16

3.1热凸度计算16

3.2、原始凸度确定17

3.3、轧辊的弹性变形17

4、轧辊强度校核与电机能力验算19

4.1、轧辊的强度校核20

4.1.1支撑辊弯曲强度校核20

4.1.2工作辊的扭转强度校核22

4.2、电机的校核24

4.2.1静负荷图24

4.2.2、主电机的功率计算25

4.2.3、等效力矩计算及电动机的校核26

4.2.4、电机功率的计算27

结论28

参考文献29

绪论

热带工艺概述

钢板及带钢的生产水平已不仅仅是钢铁工艺生产的一个标志，它已成为一个国家工业发展水平的标志之一。

板带钢由于其外形特征，因而在生产工艺上较其它产品更易于实现高速、连续、自动化、大批量生产。

产品需求量的增加，要求生产技术不断创新。

近年来先进的机械、电气设备的使用，尤其是计算机控制的引入，促使板带钢在工艺及理论方面有了新的突破。

板带钢产品的特点

板带钢外形扁平，B/H大（B为带宽度，H为板带厚度），面积达，这使板带钢的生产具有以下特点：

板带钢从辊缝中扎出，而不是从孔型中扎出，虽有辊型要求，但是改变产品规格矫直型钢、钢管等类型的产品要简单，容易实现。

因而具有易于调整，便于改变产品规格的特点。

带钢形状扁平，可以成卷生产，这样就可以使轧制速度大大提高。

由于板带钢适于高速、连续、自动化、大批量生产，所以有利于降低成本、提高质量。

板带钢产品的外形特点使其在使用上有以下特点：

表面积大，因此包容、覆盖能力强，在化工、建筑、金属制品、金属结构等方面有着广泛的用途。

能冲压、弯曲，制成各类产品。

在汽车、造船及拖拉机制造等部门占有十分重要的地位。

可焊接成各类大型复杂断面的工字梁、槽钢等结构件，如全焊桥、钢管等。

既避免了复杂大型钢材的生产，又方便了运输。

因而灵活性大、成本低、使用方便。

板带钢牙下规程设计与辊型设计

1原料及轧机的选择

1.1坯料尺寸

钢种：

Q195

板坯厚度：

230㎜

板坯宽度：

1300㎜

成品厚度：

3.8㎜

厚度公差：

±5㎜

宽度公差：

±12㎜

长度公差：

±30㎜

板坯表面质量：

全部为无缺陷合格板坯

1.2粗轧机的选择

选择粗轧机一般考虑的问题较多，本次设计中采用两架可逆式四辊轧机（如图），

类型：

四辊可逆式轧机两架

工作辊直径：

1200㎜

辊身长度：

2120㎜

最大允许轧制压力：

40000kＮ

支撑辊直径：

2040㎜

支撑辊的长度：

2120㎜

电机功率：

8000kＷ

轧制速度：

0～±3.17/7.30

1.3精轧机的选择

当今新型热轧机主要有以下几种形式：

HC轧机、PC轧机、CVC轧机等,根据宝钢2050生产线的实践表明CVC轧机控制板型方面简单快捷，工作辊原始辊缝可以为平辊，综合考虑本次设计采用CVC轧机。

五架四辊轧机精轧机纵向排列，间距为6米：

F1、F2机架有弯辊系统，F3—F6有负弯辊系统，。

所有机架均设有AGC系统，工作辊轴承为四列圆锥滚动，平衡块种安装工作辊平衡缸。

支撑辊采用油膜轴承并有静压系统。

轧机工作侧工作辊轴承座配有加紧装置，用于保证轧制过程辊系的稳定，为保证轧制线水平，上下支撑辊轴承座上（下部）装有调整垫进行补偿。

轧机进出口安装有上下导板及卫板，为保证带钢平稳输送F6轧机出口装有机架辊。

轧机出口处均安装有冷却水管。

工艺润滑装在进口上下刮水板架上，除尘喷水安装在每个机架的出口处。

数量：

类型：

四辊不可逆轧机

工作辊直径：

800×3㎜，700×3mm

辊身长度：

2100㎜

最大轧制速度：

12.56m/S

最大允许轧制压力：

35000kＮ

支撑辊直径：

1600×3㎜，1200×3mm

支承辊的长度：

2100㎜

电机功率：

5500×2kＷ

轧制速度：

0～±3.17/7.30

2、压下规程设计

2.1压下率计算

2.1.1道次选择确定

本次设计粗轧机组由两架四辊可逆轧机轧制轧钢机架数目的确定与很多因素有关，主要有：

坯料的断面尺寸、生产的品种范围、生产数量的大小、轧机布置形式、投资的多少以及建厂的条件等因素。

但在其他条件既定的情况下，要考虑于轧机的布置形式有关。

本次采用横列式布置，儿精轧采用连续式布置因此机架数目不应少于轧制道次，只要知道轧制道次即可确定机架数目。

坯料厚度：

230㎜；成品厚度最小值：

3.8㎜;选平均延伸系数为1.45，则轧制总道次为：

Ｎ=㏒UZ/㏒UP=㏒（230/3.8）/㏒1.45≈11.13=12

式中Ｎ：

为轧制道次；

UZ：

由坯料到总成品的延伸系数；

UP：

各道次的平均延伸系数

估本设计共选择为12道次。

但是本次采用连轧方法所以初步确定粗轧6道,精轧6道。

2.1.2粗轧机组压下量分配

两架可逆粗轧各道次压下量分配

参数

1道次

2道次

3道次

4道次

5道次

6道次

入口厚度（mm）

压下量（mm）

压下率（％）

230

26.1

170

29.4

120

40.0

29.2

27.5

27.0

根据板坯尺寸、轧机架数、轧制速度以及产品厚度等合格确定粗轧机组总变形及各道次压下量。

其基本原则是：

（1）由于在精轧机组上轧制时，轧制温度高、塑性好、厚度较大，故变形及用此有利条件采用打压下量轧制。

考虑到粗轧机组与精轧机组之间的轧制节奏和负荷上的平衡，粗轧机组道次最大压下量主要受轧辊强度的限制。

（2）为保证精轧机组的终扎温度应尽量提高粗轧机组扎出的带坯温度。

因此一方面应尽可能提高开扎温度，另一方面尽可能减少粗轧道次和提高粗轧。

速度，以缩短延续时间，减少扎件的温度。

（3）为简化精轧机组的调整，粗轧机组扎出的厚度范围应尽可能小，并且不同厚度的数目也应经可能减少。

2.1.3精轧机组的压下量分配

精轧机组的主要任务是在5架连轧机上将粗轧带坯轧制成板形、尺寸符合的成品带钢，并需保证带钢的表面质量和终扎温度。

拟定精轧压下规程就是合理分配各架的压下量及确定各架的扎制速度。

精轧连轧机组分配各架压下量的原则，一般也是利用高温的有利条件，吧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长大，终扎即最后一架压下率不低于10%，此外，压下量分配应尽量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原则是，第一架可以留有余量，即考虑到带坯厚度的可能波动和可能产生咬入困难等，使压下量略小于设备允许的最大压下量，中间机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，随着扎件温度降低、变形抗力增加，应逐渐减少压下量；为控制带钢板形，厚度精度及性能质量，最后一道压下量一般10%～15%左右。

精轧机组的总压下量一般占板坯全部压下量的10%～20%。

六机架精轧各道次压下量分配

参数

入口厚度（mm）

压下量（mm）

压下率（％）

29.6

31.6

38.5

2.3

28.8

5.7

1.3

22.8

4.4

0.6

13.6

板坯的厚度是230毫米，带钢的成品厚度是3.8毫米

2.2校核咬入能力

热轧钢板时咬入角一般为15～22°，低速咬入可取20°，由公式

得：

将各道次压下量及轧辊直径代入可得各轧制道次咬入角为：

表6粗轧各道次的咬入角

道次

Δh（mm）

D（mm）

咬入角（ο）

1200

18.2

1200

16.6

1200

16.3

1000

11.8

1000

9.6

1000

8.1

表7精轧各道次的咬入角

道次

Δh（mm）

D（mm）

咬入角（ο）

800

8.1

800

7.0

800

6.4

2.3

700

4.7

1.3

700

3.5

0.6

700

2.4

根据计算结果可见咬入不成问题。

将各道次压下量及轧辊直径代入可得各轧制道的咬入角，根据计算结果可见咬入不成问题。

2.3确定速度制度

咬入转速和抛出转速的选择

按照轧制节奏要短，并能顺利的操作原则，根据主电机的调速范围合理确定咬入转速ny和抛出转速np。

（1）粗扎速度制度

由于板坯较长，为操作方便，可采取梯形速度图。

根据经验资料，取平均值。

由于咬入能力很富裕故可采用稳定高速速度咬入，考虑到粗轧生产能力与精扎生产能力得匹配问题，确定粗扎速度如下：

要入速度为n1=40rpm/S，抛出速度为n2=20rpm/S。

（2）粗扎扎制延续时间：

每道次延续时间

Tj=Tzh+T0

其中T0为间隙时间，Tzh为纯轧制时间，

Tzh=T1+T2

设v1为T1时间内的轧制速度，v2为T2时间内的平均速度，则

V1=πDn1/60

V2=πD（n1+n2）/120

减速时间

T2=（n1-n2）/b

减速段长

L2=t2v2

稳定轧制段长

L1=t1v1

T1=（l-l1）/v1=（l-t2v2）/v1

3精轧速度轧制确定

确定精扎轧制速度包括：

确定末架的穿带速度和最大轧制速度；计算各架速度及调速度范围；选择选择加速度等。

精扎末架的轧制速度决定轧机的生产水平和产量。

确定末架轧制速度时，应考虑保证各主要设备和辅助设备生产能力的平衡；轧制带钢的厚度及钢种等，一般薄带钢为保证最终轧制温度而用高的轧制速度；轧制宽度大及钢质硬的带钢时，应采用低的轧制速度。

本次最大轧制速度为12.65m/S所以设本次最终速度为12m/S.

末架穿带速度在10m/S左右，带钢厚度小，其穿带速度可以高些。

穿带速度的设定可以有一下三种方式：

（1）当选用表格时，按标准表格进行设定；

（2）采用数学开关方式时，操作者用设定穿带速度的数字开关进行设定，此时按键值即为穿带速度；（3）选用按温度进行进行方式时，按温度模型进行设定，此时应按最终轧制温度预测模型反算出穿带速度，以便尽可能使最终温度接近目标值。

本次采用数字开关方式设定末架穿带速度为8m/S。

其它各架轧制速度的确定：

当精轧机末架轧制速度确定后，根据连轧条件----秒流量相等的原则，根据各架轧机出口速度和前滑值求出各架轧制速度。

即由

H1v1=h2v2=…hnvn=C

速度的计算：

以预算末架出口速度设为12m/S由经验向前依次减小以保持微张力轧制（依据经验设前一架出口速度是后一架入口速度的95%）依据秒流量相等得：

VH6=Vh6×h6/H6=12×2÷2.8=8.57m/S

Vh5=0.95VH6=0.95×8.57=8.48m/S

根据以上公式可依次计算得：

道次

VH（m/S）

1.38

2.18

3.61

5.91

7.56

8.48

Vh（m/S）

2.07

3.43

5.62

7.18

8.06

（2）精轧机组轧制延续时间

精轧机组机架间距为6米，各道次纯扎时间为Tzh=180×12/5.6/10=38.57S；间隙时间分别为2.89S，1.75S，1.07S，0.74S；则精轧总延续时间为229.67S.

2.4轧制图表

本设计粗轧采用两架可逆轧制，精轧用六架连轧，如图所示

2.5轧制温度的确定

（1）粗轧温度确定

为了确定各道次轧制温度，必须求出逐道次的温度降。

高温轧制时扎件温度降可以按辐射散热计算，而认为对流和传导所散失的热量可以大致与变形功所转化的热量相抵消。

由于辐射散热所引起的温度降在热轧板带时可以按以下计算：

△t=12.9z/h（T1/1000）²

式中z—辐射时间即该道次轧制延续时间

T1—前一道的绝对温度

H---前一道的扎出厚度

有时简化计算，也可采用经验公式；

△t=（t1-400）×（z/h1）/16

式中z—辐射时间即该道次轧制延续时间

T1—前一道次的温度

H---前一道的扎出温度

（2）精轧机组温度确定

粗轧完成后中间坯经过一段时间辊道进入热卷取箱，再经过飞剪、除磷机后，在进入精轧第一架时温度降为1000℃。

由于精轧机组温度降可以按下式计算：

C=（t0-tn）hn/h0-hn

式中t0、h0---精轧前扎件的温度和厚度

Tn、hn---精轧后扎件的温度与厚度代入数据可得精轧机组轧制温度：

道次

T（℃）

1150

963.9

928.2

893.5

880.1

850

2.6轧制压力的计算

（1）粗扎段轧制力计算

粗轧段轧制力根据公式：

P=BL

1求各道次的变形抗力：

变形抗力有各道次的变形速度、变形程度，变形温度共同决定。

变形速度计算公式：

=2v√△h/r/（H+h）

式中r、v---轧辊半径及线速度

2计算各道次的平均单位压力：

根据经验数据可以取应力状态影响系数η=0.785+0.251/h，其中h为变形区轧件平均厚度，1为变形区长度，单位压力大时（300MPa）应考虑轧辊弹性压扁的影响，因为粗轧时变形抗力不会超过这一值，故可以不计算弹性压扁影响，此时变形区长度l=√R△h。

则平均单位压力值为：

=1.15σs（0.785+0.25L/h），

由此以上公式计算各道次的轧制力。

（2）精轧段轧制力计算

目前普遍公认的最适合于热轧板带钢材轧制力模型理论公式：

SIMIS公式。

P=BQPLCKσsKT

式中：

P---轧制力N；

B---轧制宽度㎜；

QP----考虑接触弧上摩擦力造成应力状态的影响系数；

K----决定金属材料化学成分以及变形的物理条件—变形温度、变形速度以及变形程度的金属变形阻力K=1.15σs；

KT---前后张力对轧制力的影响系数；

由以上公式可知平均单位压力为：

=QP-KKT

1计算QP时用西姆斯公式的简化公式克林特里公式

QP=0.75+0.27LC/HM

式中：

HM=（H+h）/2

2K可以按照粗轧时的计算方法计算

3KT按下式计算

KT=1-[aτb+（1-a）τf]/K

因为前张力对轧制力的影响较后张力小，所以a＞0.5，本设计中取a=0.7，前张力均取6MP。

4接触弧投影长度计算：

一般以为接触弧长度水平投影长度为

Lc=√△h/R

道次

轧制力/KN

30.95

31.33

30.37

25.07

12.01

11.05

经计算实际的轧制力小于最大允许轧制压力所以满足要求。

2.7计算传动力矩

（1）轧制力矩计算公式

MZ=2PΨ√R1△h

式中：

Ψ-合力作用点位置系数（或力臂系数），中厚板一般取为0.4～0.5，粗轧道次Ψ取较大值，随扎件的变薄则Ψ取小值。

各道次的轧制力距数值如下表：

参数

第一道

第二道

第三道

第四道

第五道

第六道

粗轧

4.06

3.06

2.85

1.95

1.62

1.31

精轧

1.10

0.98

0.36

0.27

0.22

0.18

（2）传动工作辊所需要的静力矩，出轧制力距外，还有附加摩擦力矩Mm，，它由以下两部分组成，即Mm，=MM1+MM2,其中MM1在四辊轧机可以近似地由下公式计算：

MM1=Pfdz（Dg/DZ）

式中：

F---支撑辊轴承的摩擦系数，F取=0.005；

dz---支撑辊辊颈直径，对于粗轧机：

dz=1020㎜；

对于精轧机：

dz=800㎜。

Dg、DZ---工作辊及支撑辊直径，对于粗轧机:

Dg=1020㎜，DZ=2040㎜；

对于精轧机：

Dg=800㎜，DZ=1600㎜

代入后可求的：

粗轧机：

Mmm1=0.00303P

精轧机：

MM1=0.00213P

MM2可由下式计算：

MM2=（1/η-1）（MZ-MM1）。

式中

η---传动效率系数，本轧机无减速机和齿轮座，但接轴倾角α≥3°，故可取η=0.94，故得MM2=0.064（MZ+MM1）。

各道次的摩擦力矩表

道次

一

二

三

四

五

六

粗轧

0.342

0.267

0.231

0.204

0.198

0.185

精轧

0.150

0.144

0.122

0.068

0.12

0.112

（3）轧机的空转力矩（MK）根据实际资料可取为电机额定力矩的3％～6％，即粗轧机：

MK=（0.03～0.06）0.975×5500×2/40=

（10.7～21.4）×10000nm

取

MK=0.1MNm

精轧机：

MK=（0.03～0.06）0.975×5500×2/40=（9.2～16.3）×10000nm

取

MK=0.2MNm

因此电机轴上的总传动力矩为：

M=MZ+MM+MK

各道次的总传动力矩值

道次

一

二

三

四

五

六

粗轧

4.48

3.39

3.02

2.86

2.54

2.18

精轧

1.35

1.23

0.92

0.44

0.22

0.18

3、辊辊型设计

3.1热凸度计算

由以上分析可知，由于轧制时轧辊的不均匀热膨胀、轧辊的不均匀磨损以及轧辊的弹性压扁和弹性弯曲，致使空载时原来平直的辊缝在轧制时变的不平直，致使板带的横向厚度不均匀和板型不良。

为了补偿上述因素造成的辊缝变形的变化，需要预先将轧辊车磨成一定的凸度或凹度，赋予辊面以一定的原始形状，使轧辊在受力和受热轧制时，仍保持平直的辊缝。

在设计新的辊型曲线时，主要是考虑轧辊的不均匀热膨胀和轧辊弹性弯曲。

由于轧辊受热膨胀所长生的热凸度，在一般情况下与轧辊弹性弯曲产生的挠度相反，故在辊型设计时，应按照热凸度和挠度合成的结果，定出新的凸度曲线。

根据大量的实践资料统计，轧辊不均匀热膨胀产生的热凸度曲线可近似的按抛物线计算：

Ylx=△RT[（x/l）²-1]=-△RT[1-（x/l）²]（3-1﹚

式中：

Ylx---距辊中部为x的任意断面上的热凸度；

△RT---辊身中部的热凸度；

L---辊身长度一半；

X---从辊身中部起，到任意断面的距离，在辊身中部x=0；在辊身边缘x=l。

轧辊辊身中部的热凸度：

轧制过程中轧辊的受热和冷却条件沿辊身分布不均匀。

在多数场合下，辊身中部的温度高于边部，并且在转动侧的辊温度稍低于操作侧的温度。

在直径方向上辊面与辊心温度也是不一样的，在稳定轧制阶段，辊面的轧制温度较高，但在停扎时由于辊面冷却较快，也会出现相反的情况。

轧辊断面上的这样温度不均匀使辊颈热膨胀值得精确计算很困难。

为了计算方便，一般采用如下简化公式：

△RT=yt=ktα△TR

式中

R---轧辊半径；

α---钢辊α=13×0.0000001℃，铸钢α=11.9×0.0000001℃

kt---轧辊材料的线膨胀系数，一般取0.9

代入公式各道次轧辊中间热凸度值为：

参数

（粗轧）F1-F2

F1-F2

F3-F4

△RT

0.58

0.42

0.32

3.2、原始凸度确定

设轧制前板边缘的厚度是H，板凸度量为△，扎后半边缘为h，凸度为δ，而△/H及δ/h则为板凸度，根据钢板沿宽度上压缩率相等的条件

δ=h/H△=（δZ/hZ）h

式中

δZ、hZ---成品板得厚度差及厚度。

将数据代入

δ（μm）

70.5

42.8

27.7

19.4

14.0

12.0

3.3、轧辊的弹性变形

对四辊轧机而言，四辊轧机工作辊的弯曲挠度不仅仅取决于支撑辊的弯曲挠度，而且取决于支撑辊和工作辊之间的不均匀弹性压扁所引起的挠度。

如果支撑辊辊型的凸度为零，则工作辊的挠度为：

f1=f2+fy

式中

f1---工作辊的弯曲挠度；

f2---支撑辊的挠度；

△fy---支撑辊和工作辊间不均匀弹性压扁引起的挠度差。

根据有关材料介绍，工作辊挠度计算公式为

f1=KW1P

KW1=（A0+Φ1B0）/Lβ（1+Φ1）

支撑辊的挠度公式：

f=KW2P

KW2=（Φ2A0+B0）/Lβ（1+Φ2）

式中

P---轧制力

KW1---工作辊柔度

KW2---支撑辊柔度

Φ1、Φ2---系数，可按下式计算

Φ1=（1.1n1+3n2ξ+18βk）/1.1+3ξ；

Φ2=（1.1n1+3n2ξ+18βk）/1.1n1+3n2ξ；

A0=n1（a/l-7/12）+n2ξ；

B0=（3-4u²+u³）/12+ξ（1-u）,（u=b/l）

式中

a---两压下螺丝中心距；

l---辊身长度；

b---扎件宽度；

工作辊和支撑辊之间不均匀弹性压扁所引起的挠度为：

△fy=18（B0-A0）k

/1.1（1+n1）+3ξ（1+n2）18βk△其中

K=θ㏑0.97（D1+D2）/qθ；

θ=（1-v1²）/πE1+（1-v2²）/πE2；

式中

D1、D2---工作辊、支撑辊直径；

---工作辊与支撑辊的平均单位的压力值，

=p/L；

将数据代入得到：

f1（㎜）

0.35

0.28

0.24

0.20

0.14

0.11

综上所述，轧辊凸度为

△=δ+y1+f1

所得数据列如下表：

△（㎜）

0.58

0.54

0.45

0.41

0.38

0.24

4、轧辊强度校核与电机能力验算

总的来说，轧辊的破坏决定于各种应力（其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力，由于温度分布不均匀或交替变化引起的温度应力以及轧辊制造过程中形成的残余应力等）的综合影响。

具体来说，轧辊破坏可能有以下三方面原因造成：

1）轧辊的设计不合理或设计强度不够。

例

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