热连轧板带钢工艺与规程设计.docx
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热连轧板带钢工艺与规程设计
材料成型课程设计
热连轧板带钢工艺与规程设计
1.题目及要求
2.工艺流程图
3.轧制规程设计
3.1轧制方法
3.2安排轧制规程
3.3校核咬入能力
3.4确定速度制度
3.5确定轧制延续时间
3.6轧制温度的确定
3.7计算各道的变形程度
3.8计算各道的平均变形速度
3.9计算各道的平均单位压力P及轧制力P和各道轧制力矩
4.电机与轧辊强度校核
4.1轧辊校核
4.2电机校核
5.车间平面布置图
指导老师：
学号：
班级:
姓名：
（1）题目及要求
1）设计题目
已知原料规格为250×2100×12000mm，钢种为Q345，产品规格为16×2050mm。
2）Q345的产品技术要求
（1）碳素结构钢热轧板带产品标准（GB912-89），尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB-709-88标准
钢板长度允许偏差
公称厚度
钢板长度
长度允许偏差
＞4-16
≤2000
+10
＞2000-6000
+25
＞6000
+30
切边钢板宽度允许误差
公称厚度
宽度
宽度允许偏差
＞4-16
≤1500
+10
＞1500
+15
（2）牌号、化学成分及机械性能：
低合金结构钢
1）碳素结构钢热轧板带产品标准（GB912-89）
2）力学性能：
综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，用做中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40℃以下寒冷地区的各种结构。
3）表面质量：
表面要缺陷少，需要平整，光洁度要好。
（2）工艺流程图
1）工艺流程
坯料→加热→除鳞→定宽→粗轧→（热卷取→开卷）→精轧→冷却→剪切→卷取
2）绘制工艺简图
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=1000～2500mm时，a=150～200mm,故取a=200mm，则L=2100+200=2300mm，又因为L/D=2.2～2.7，所以取D=1.00m
精轧机:
四辊PC轧机
轧辊长度：
L=bmax+a，取a=200mm，L横移量=200mm，则L=2300,又因为L/D=2.1～4.0，所以取D=0.8m.
1粗轧机组
由2架粗轧机组。
第一架为二辊可逆式轧机，板坯在此机架上轧制1～3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1～3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。
2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F1～F7全部为液压压下并设弯辊装置。
3轧机机组主要参考性能参数:
（3）轧制规程设计
3.1轧制方法
采取常规轧制，选用半连续连轧，粗轧机组由3架轧机组成，其中第一架为辊轧机，第二架为二辊可逆式轧机，第三架为四辊可逆式轧机。
粗轧布置图如下：
精轧布置图如下：
3.2安排轧制规程
1）粗轧排压下
粗轧机各道次压下量分配规律为：
第一道次考虑咬入及配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。
粗轧压下量排列表如下：
道次
入口厚度（mm）
出口厚度（mm）
压下量（mm）
压下率（％）
1
250
212.5
37.5
15
2
212.5
174.2
38.3
18
3
174.2
139.4
34.8
20
4
139.4
110.1
29.3
21
5
110.1
85.9
24.2
22
6
85.9
68.7
17.2
23
2）精轧排压下
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2~4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10~15％左右，精轧压下量排列表如下：
道次
入口厚度（mm）
出口厚度（mm）
压下量（mm）
压下率（％
1
68.7
51.5
17.2
25
2
51.5
38.6
12.9
25
3
38.6
30.9
7.7
20
4
30.9
25.3
5.6
18
5
25.3
21.0
4.3
17
6
21.0
17.8
3.2
15
7
17.8
16
1.8
10
3.3校核咬入能力
1）粗轧
根据△hmax=D（1-cosа），其中а为最大咬入角，а约为15°～22°，取а=20°，D=1m,则△hmax=60.3mm
2）精轧
根据△hmax=D（1-cosа）其中а为最大咬入角，а约为15°～22°，取а=20°D=0.8m，则△hmax=48.2mm
3.4确定速度制度
粗轧速度按照梯形速度图:
（a）（b）
根据所选梯形速度图,计算各道的纯轧时间和间隙时间。
根据图（b），粗轧机组的纯轧时间tj计算公式如下:
式中：
nh——速度图的恒定转速，（rpm）；
np——抛出速度，（rpm）；
ny——咬入速度，（rpm）；
a——加速度，（rpm/s）；
b——减速度，（rpm/s）；
L——该道次轧后长度，（m）；
D—工作辊直径，（m）。
各段轧制时间：
纯轧时间tj=t2+t3+t4
粗轧轧制时间计算公式：
取a=40rpm/s,b=60rpm/s,nh1=ny1=35，nh2=ny2=35，nh3=ny3=35
Nh4=ny4=55，nh5=ny5=55，nh6=ny6=55，np=20
3.5确定轧制延续时间
1）粗轧轧制时间计算
由体积不变定理可以求出每道轧后，钢板的长度得L1=14.46，L2=17.64，L3=22.05，L4=27,91，L5=35.78，L6=44.73
由公式：
将上面的数据带入公式，计算各道纯轧时间，粗轧一，二，三道之间时间间隔4s，三，四道之间间隔5s，四，五，六道间间隔4s，所以有下表：
道数
nh（rpm）
ny（rpm）
np（rpm）
L（m）
纯轧时间
时间间隔
1
35
35
20
14.46
7.95s
4s
2
35
35
20
17.64
9.68s
4s
3
35
35
20
22.05
12.09s
5s
4
55
55
20
27.91
9.88s
4s
5
55
55
20
35.78
12.61s
4s
6
55
55
20
44.73
17.52s
粗轧轧制周期t粗=7.95+9.68+12.09+9.88+12.61+15.72+4+4+4+5+4=88.93s
2）精轧轧制时间计算
粗轧轧完的带坯长度为44.73，至精轧机间隙时间按经验取16s，由于精轧机组用7个机架，精轧机组的间隙时间：
式中：
s0——精轧机组各架间距，4～6m；
v1，v2,…,v6---F1～F6的穿带速度
精轧各机架转速
确定精轧机组各架速度时，应满足金属秒流量相等，即
式中：
h1，h2…h7——各架的出口厚度；
v1，v2…v7——各架的出口速度；
C——连轧常数。
加速前的纯轧时间：
式中：
sj——精轧机组末架至卷取机间距，sj=100m；
D——卷取机卷筒直径，D=0.8m；
N——参数，N=3~5，取5；
V7——第七架的穿带速度，8m/s
根据经验取最后一道次即第四道次的穿带速度v7=8m/s,则根据秒流量体积相等算出前六道次的穿带速度分别为：
v1=2.10m/s,v2=2.80m/s,v3=3.50m/s,V4=4.27m/s，V5=5.14m/s，V6=6.07m/s
取s0=6m,故精轧机组的间隙时间：
加速段轧制时间:
采用加速度a=0.4m/s2
式中：
v7n——第七架的最大速度，10m/s
v7——第七架的穿带速度，8m/s
a——加速度，0.4m/s2。
tj2=5.0s
加速段的带钢长度:
加速后的恒速轧制时间：
第七架的纯轧时间：
精轧轧制周期为：
Tj=tj+t0=19.8+10.3=30.1s
3.6轧制温度的确定
1）粗轧时各道次的温降
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℃，故第一道尾部轧制温度为：
可逆轧制时，第一道次的头部为第二道的的尾部，故第二道尾部温度为：
第二道头部在第三道时变为尾部，故先计算第二道头部的温度，即
故第三道尾部温度为：
间隔五秒：
第四道尾部轧制温度为：
第四道次的头部为第五道的的尾部，故第五道尾部温度为：
第五道头部在第六道时变为尾部，故先计算第五道头部的温度，即
故第六道尾部温度为：
2）精轧时各道次的温降
轧件经粗轧完后经冷却装置温度降500C，则T0=1140.3-50=1090.30C
精轧完后轧件的温度
带坯尾部进入精轧第一架的温度为：
考虑精轧前高压水除鳞降1000C，则尾部进入第一机架尾部温度为957.40C，轧件部通过精轧机组由于辐射散热所引起的温度降为:
即每架辐射温度降为
故尾部轧制温度为957.4-12.1=945.30C,满足轧制最终温度
3.7计算各道的变形程度
各道次变形程度如下表：
粗轧道次
真实变形程度（％）
精轧道次
真实变形程度（％）
1
15
1
25
2
18
2
25
3
20
3
20
4
21
4
18
5
22
5
17
6
23
6
15
7
10
3.8计算各道的平均变形速度
由公式：
，
得各道次变形速度如下表
粗轧道次
变形速度（-1s）
精轧道次
变形速度（-1s）
1
2.17
1
10.73
2
2.62
2
16.54
3
3.08
3
20.68
4
5.58
4
26.61
5
6.46
5
34.13
6
6.91
6
41.45
7
39.69
3.9计算各道的平均单位压力P及轧制力P和各道轧制力矩
首先对变形抗力的确定，运用相应的公式：
式中A、B、C、D、E、N—系数如下表：
Q345变形阻力公式系数值
钢种
A
B
C
D
E
N
（Mpa）
Q345
3.466
-2.723
-0.220
0.254
1.566
0.466
156.7
由此，可以得到σs
由公式
，
，
，
得单位轧制压力由公式
得轧制压力，再由公式
求得轧制力矩。
所求的数据如下表：
粗
轧
道
次
MPa
（t）
t·m
精
轧
道
次
MPa
（t）
t·m
1
64.16
1801.02
295.94
1
208.20
3540.21
352.37
2
73.16
2075.45
344.65
2
227.86
3355.42
289.24
3
81.15
2194.41
347.36
3
220.36
2507.04
166.96
4
94.30
2339.83
339.85
4
223.58
2169.26
123.20
5
103.80
2340.69
308.97
5
230.82
1962.42
97.66
6
111.92
2127.70
236.78
6
229.28
1681.61
72.20
7
189.75
1043.76
33.61
Q345热轧板轧制压下规程设计总表
道次
入口
厚度
（mm）
出口
厚度
（mm）
压下量
（mm）
压下率
（%）
宽度
（mm）
长度
（m）
每道轧后温度
（°C）
变形速度
（-1s）
工作
辊径
（mm）
轧制
压力（t）
轧制
力矩（t·m）
1
250
212.5
37.5
15
2100
14.46
1178.2
2.17
1000
1801.02
295.94
2
212.5
174.2
38.3
18
2050
17.64
1174.1
2.43
1000
2075.45
344.65
3
174.2
139.4
34.8
20
2050
22.05
1168.7
3.08
1000
2194.41
347.36
4
139.4
110.1
29.3
21
2050
27.91
1162.8
5.58
1000
2339.83
339.85
5
110.1
85.9
24.2
22
2050
35.78
1153.4
6.46
1000
2340.69
308.97
6
85.9
68.7
17.2
23
2050
44.73
1140.8
6.91
1000
2127.70
236.78
7
68.7
51.5
17.2
25
2050
59.67
957.4
10.73
800
3540.21
352.37
8
51.5
38.6
12.9
25
2050
79.62
955.4
16.54
800
3355.42
289.24
9
38.6
30.9
7.7
20
2050
99.46
953.4
20.68
800
2507.04
166.96
10
30.9
25.3
5.6
18
2050
121.41
951.3
26.61
800
2169.26
123.20
11
25.3
21.0
4.3
17
2050
146.34
949.3
34.13
800
1962.4
97.66
12
21.0
17.8
3.2
15
2050
172.65
947.3
41.45
800
1681.61
72.20
13
17.8
16
1.8
10
2050
192.07
945.3
39.69
800
1043.76
33.61
（4）电机与轧辊强度校核
4.1轧辊校核
对铸钢轧辊，当强度极限为500-600MPa时，[б]=100-120MPa
对铸铁轧辊，当强度极限为350-400MPa时，[б]=70-80MPa
对二辊轧机，最大弯矩
a为压下螺丝中心距
辊身最大弯曲应力б1=Mmax/W1
强度校核：
对轧辊辊身只校核弯曲强度б1<[б]
对二辊粗轧机取最大P=21944.1KN，取a=1.5b
得Mmax=5623.2KN•m，W1=
得б1=57.3MPa<100MPa,
校核通过
对四辊轧机，支承辊最大弯矩
辊身最大弯曲应力б1=Mmax/W1
用最大p=35402.1KN，a=1.5L，D为支承辊平均辊径为1.5m
Mmax=9071.8KN•m
得б1=27.39MPa<70MPa,
对工作辊，工作辊传动端扭转剪切应力
Wnn为抗扭断面系数
取最大Mk=3523.7KN•m
得τ=16.70MPa<[τ]
校核通过
4.2电机功率校核
传动工作辊所需要的静力矩，除轧制力矩以外，有附加摩擦力矩Mm,它有以下两部分组成Mm=0.06Mz+0.00317P。
还有轧机的空转力矩（Mk）根据实际资料可取为电机额定力矩的3%到6%，即
M=Mz+Mm+Mk
轧制功率计算式为W=M*ω，ω角速度，
对粗轧第一道次而言，M=2568.4kN，W=5463kw
对精轧第一道次而言，M=3865.5kN，W=9347kw
显然两者远小于电机最大功率2*5500kw及2*5500kw。
故功率满足要求。
5.车间平面布置图
车间布置图见下页
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