现场管理-热轧船体钢板车间设计论文(docx 56页)

江苏科技大学本科生毕业设计（论文） I 江苏科技大学本科毕业论文 4800mm 热轧船体钢板车间设计 The design of the hot rolling procedures of 4800mm ship plate 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） II 毕业设计（论文）题目：毕业设计（论文）题目： 4800mm 热轧船体钢板车间设计热轧船体钢板车间设计 1、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的 指标等） 1) 根据企业实际生产现状，结合金属压力加工车间设计授课内容， 完成 4800mm 热轧船体钢板车间设计，需要详细设计车间产品大纲、 生产方案、工艺流程、设备选择、核心工艺计算等具体内容并提出 优化方案，并根据设计结果绘制车间平面布置图。 2) 原料及产品 原料：320 mm 2700 mm 5500 mm；钢种：A40； 产品：厚度 4060 mm，最大宽度 4800 mm，年产量不低于 80 万吨。 A40 产品技术要求 成分要求（0.09C-0.20Mn-1.2Mn-0.02Nb-0.01Ti） 性能要求（s= 400MPa，b= 610MPa，20%） 参考性能参数标准 GB/T 712-2000，尺寸参数标准 GB/T 709-2006 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） III 二、二、完成后应交的作业 编制车间工艺设计说明书（A4 纸不低于 40 页） ，绘制车间总平面布置 图（A1 图纸） 三、三、完成日期及进度 1文献检索与阅读 2015.3.10-2015.3.20 2开题报告撰写、提交2015.3.12-2015.3.27 3外文文献翻译、车间设计的工艺计算 2015.3.27-2015.5.22 4中期检查表（完成文献翻译） 2015.4.22 5论文初稿撰写、提交； 2015.5.23-2015.6.1 6论文终稿审核、评分2015.6.5 7答辩及成绩评定 2015.6.8-2015.6.10 四、主要参考资料 1. 温景林主编金属压力加工车间设计（第二版）M北京：冶金 工业出版社，2012 2. 王廷溥，齐克敏主编金属塑性加工学轧制理论与工艺（第三 版）M北京：冶金工业出版社，2014 3. 康永林主编. 轧制工程学M. 北京：冶金工业出版社，2006. 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） IV 4. 中国金属学会轧钢分会中厚板学术委员会编著. 中国中厚板轧制技 术与装备M. 北京：冶金工业出版社，2009. 5. 王景进编著. 中厚板生产M. 北京：冶金工业出版社，2005. 6. 陈瑛编著. 宽厚钢板轧机概论M. 北京：冶金工业出版社，2011. 7. 邹家祥主编. 轧钢机械第三版北京M. 北京：冶金工业出版社， 2006. 系(教研室)主任： （签章） 年 月 日 学院主管领导： （签章） 年 月 日 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） V 摘摘 要要 本设计是年产量为 80 万吨的热轧船板车间，其典型产品牌号为 A40，规格为 40 mm4800 mm。在本篇车间设计中，主要介绍了国内外中厚板生产技术的发展现 状以及存在的主要问题。该车间的主要设备包括：两座步进梁式加热炉、一座高压 水除磷装置、一台四辊可逆式轧机、一台热矫直机等，还有各种附属设备。在设计 时，以设定的年产量为基础，按规格合理地设计了产品方案；并以典型产品为例， 制定工艺流程和轧制制度，其中轧制制度包括：压下制度、速度制度和温度制度； 并进行了轧制力计算、电动机载荷和轧辊强度的校核；设计中对年产量进行了计算 和核对；根据生产实际情况确定车间厂房的平面布置，同时绘制了一张车间设备平 面分布图；结尾处提出对环境保护的措施。最终得出了工艺合理的 4800mm 船板生 产车间设计方案。 关键词：关键词：热轧；船板；工艺流程；轧制制度 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） VI Abstract A ship plate plant which produces 800 thousand tons per year by hot rolling technique was designed in this thesis. The type of typical product is A40 and its specification is 40mm4800mm. The design is mainly introduced the development status of production technology of the heavy plate and main problems in production. The main equipment in this workshop include: two step-beam furnace, a reversal device high-pressure-water descaling unit, a four-roll reversible rough mill, a hot plate leveler, as well as various appurtenances. This design is based on the designed annual capacity. According to product standard, the scheme of products scheme were designed reasonably. Taking the typical product as an example, the technological process and rolling pattern were drawn up. The rolling pattern includes: reduction schedule, speed schedule and temperature schedule. Then, the roll force was calculated; the electromotor load and the roll strength were checked. The annual output of plate was calculated and checked in the design as well. According to the actual production condition, a plant layout drawing was also provided in the design. At the end, the environmental protections were presented. At the end of paper, the design of plant which produces 4800mm ship plate which conforms to parameters is come out. Keywords: hot rolling; ship plate; technological process; rolling pattern 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） VII 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论1 1.1 国内外中厚板轧机的发展1 1.1.1 国外中厚板轧机发展现状.1 1.1.2 国内中厚板轧机发展现状.1 1.2 中厚板轧制技术的发展2 1.2.1 现代新型中厚板车间特点.2 1.2.2 宽厚板轧制技术发展现状.3 1.3 国内中厚板及船板钢发展现状4 1.3.1 国外中厚板发展现状.4 1.3.2 国内中厚板发展现状.4 1.3.3 国内船板钢生产现状.4 1.4 车间设计的目的和意义5 第二章第二章 车间产品大纲及生产方案的确定车间产品大纲及生产方案的确定6 2.1 确定产品大纲6 2.2 工艺流程的确定6 第三章第三章 轧制设备的选择轧制设备的选择.8 3.1 轧机的选择8 3.2 轧机轧辊尺寸的确定8 3.3 轧辊材质的确定9 3.4 四辊轧机主要参数的确定10 第四章第四章 工艺计算与金属平衡工艺计算与金属平衡.11 4.1 制定轧制制度的原则和要求11 4.2 压下规程的制定11 4.2.1 轧机最大咬入能力的计算.11 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） VIII 4.2.2 分配压下量.11 4.2.3 各道次宽展计算.12 4.3 轧制速度制度的确定12 4.3.1 各道次咬入、稳定轧制和抛出转速确定.13 4.3.2 计算各道次轧制延续时间.13 4.3.3 确定各道次间隙时间.13 4.4 温度制度的确定14 4.5 轧制压力的计算.15 4.5.1 各道次变形程度的计算.15 4.5.2 各道次变形速度的计算.15 4.5.3 求各道次的变形抗力.16 4.5.4 各道次变形区长度的计算.17 4.5.5 各道次平均单位压力的计算.17 4.5.6 各道次总压力的计算.18 4.6 轧机主电机能力校核18 4.6.1 各道次轧制力矩的计算.19 4.6.2 附加摩擦力矩的计算.19 4.6.3 空转力矩的计算.20 4.7 等效力矩的计算及电动机的校核22 4.7.1 等效力矩的计算.22 4.7.2 轧机主电机的过载校核.23 4.7.3 轧机主电机发热校核.24 4.8 轧辊强度校核24 4.8.1 工作辊强度校核.26 4.8.2 支撑辊强度校核.27 4.8.3 工作辊与支撑辊的辊身之间的接触应力.27 4.9 金属平衡28 第五章第五章 车间工作制度及年产量计算车间工作制度及年产量计算30 5.1 车间工作制度和工作时间的确定30 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） IX 5.2 轧钢车间年产量31 5.2.1 典型产品小时产量.31 5.2.2 轧钢机的平均小时产量.31 5.2.3 轧钢车间年产量的计算.32 第六章第六章 辅助设备的选择辅助设备的选择.33 6.1 加热炉的选择33 6.2 高压水除磷装置34 6.3 剪切设备的选择35 6.3.1 切头剪.35 6.3.2 双边剪.35 6.3.3 定尺剪.36 6.4 矫直设备的选择36 6.5 冷却设备的选择37 6.5.1 层流冷却.37 6.5.2 冷床设备.37 6.6 在线设备检测38 6.7 运输及起重设备的选择39 6.7.1 辊道的选择.39 6.7.2 起重机的选择.39 第七章第七章 车间平面布置车间平面布置40 7.1 车间平面布置40 7.1.1 车间平面布置内容.40 7.1.2 炉轧区主要设备间距.40 7.1.3 精整剪切区主要设备间距.40 7.2 仓库面积的确定41 7.2.1 原料仓库面积计算.41 7.2.2 成品仓库面积确定.41 7.3 车间平面尺寸确定41 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） X 第八章第八章 环境保护环境保护43 结结 论论.44 致致 谢谢.45 参参 考考 文文 献献46 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 国内外中厚板轧机的发展国内外中厚板轧机的发展 在钢材当中，板材作为一个中流砥柱产品，在发达国家的钢材生产总量中，占 到 50%以上。在机械生产、建筑施工、造船等行业中得到广泛的应用。随着需求和 应用范围的日益增加，对产品质量方面的标准也在不断地变化。 1.1.1 国外中厚板轧机发展现状国外中厚板轧机发展现状 从现在来看，国外的板材生产线的建设和生产已进入了相对平稳的阶段，他们 已经很少在去开辟新的车间。造成这一现象的原因主要是由于产品质量方面的关注。 国外的生产厂家为了提高产品的产量和质量，在设备改造和生产工艺的改善方面着 重研发。为了提高产品质量和产量，连铸坯是现在主要用的坯料；在加热方面，采 用计算机控制温度，使得在节能的同时提高了加热效率；采用强度较高的机架，利 用板形控制技术，使产品的板形精度越来越高；采用先进的除鱗设备，改善产品的 表面质量；通过不断地对车间生产的辅助设备功能的完善和改进，使得产品的产量 得到大幅提高；在线超声波无损探伤的应用，使钢板内部缺陷能够被及时发现并准 确定位，提高了板材的质量。 1.1.2 国内中厚板轧机发展现状国内中厚板轧机发展现状 以前的轧钢厂是以轧机为主体，对于后续的精整设备等则大多是不怎么重视。 由于市场需求、产品品种的多样化和质量的提升等多方面原因，使得国内的中厚板 市场竞争愈加激烈，同时也促使着国内中厚板生产技术的快速发展。然而，由于中 国近现代发展的曲折等原因，国外的中厚板生产技术和设备一直领先于我国一段距 离。主要体现在6： (1) 生产设备较落后，产量小； (2) 国内的生产制造厂的设备大多能力有限，轧制尺寸范围较窄； (3) 没有自己的一套领先于世界的核心技术，主要核心设备依靠进口； (4) 对钢板的后续精整处理工作不够细致，精整线的设备配备不够完善。 自跨入 21 世纪后，我国迎来了中厚板生产线建设的飞速发展。截止 2008 年前， 3000mm 以上级别的中厚板轧机生产线先后落成二十几条，从国外引进更多适应我 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 2 国生产国情的先进技术，大大提高了轧机刚度，部分轧机还配备了液压 AGC 并实现 区域计算机控制，轧制压力、板厚、板宽、板长、板形的测定，检查表面质量和测 钢板平直度的等仪表都在逐步完善中。由于这种生产水平的快速发展，使得国内和 国外的技术和设备水平之间的差距在一点点地缩小。 1.2 中厚板轧制技术的发展中厚板轧制技术的发展 1.2.1 现代新型中厚板车间特点现代新型中厚板车间特点 从现在的钢材市场行情来看，中厚板占很大一部分的份额，因此中厚板轧机也 是轧钢车间的主流设备。对于生产设备、工艺等方面，不同国家都有属于自己的一 套独特的体系。 现代新型中厚板生产车间注重提高机械强度，加大生产效率，同时注重能源的 二次利用，减少成本，并不断提高生产生产线的自动化水平。 (1) 除非是比较特殊的产品，中厚板生产过程中的坯料一般都是使用连铸坯。 (2) 通过计算机控制对坯料的装炉和出炉，现代车间的加热炉一般采用步进梁 式。 (3) 改善生产线上的除鳞设备，增加除鳞水压，使得除鳞效果得到明显提高。 (4) 为满足控轧的设备需求，采用高强度机架。这样可以增强刚度、强化和固 化轧机，加大支撑辊直径和牌坊质量。 (5) 提高轧机转速，可以有效缩短产品的生产周期，提高产量。 (6) 改善换辊方式，实现自动化，可以有效地减少换辊时间，从而增加生产时 间。 (7) 交流化的主传动系统。 (8) 通过将控轧与快速冷却相结合的生产方式，来生产符合调制热处理的板材。 (9) 采用步进式冷床，防止钢板与冷床之间的滑动摩擦，减少划伤。 (10)切边剪和切头剪均采用滚切式，这样可以有效提高精整效率。 (11)通过在线超声波无损自动探伤，可以更高效率地探测出钢板内部的损伤， 增加产品合格率。 (12)车间生产线上的自动化水平已大大提高，这样极大地减少了线上的生产人 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 3 员，降低了成本1。 1.2.2 宽厚板轧制技术发展现状宽厚板轧制技术发展现状 从最近的统计数据来看，国外的生产厂商已开始转变生产方案，从原先的抓产 量到现在的注重产品的精度和质量，通过不断增加对产品的要求来提升市场竞争力。 主要有以下技术方面的提升。 (1) 控制轧制技术1 依据轧制时的轧制温度来确定不同的压下量的轧制技术称之为控轧技术。采用 这种技术，可以使钢板具有较高的韧性和强度，焊接性能方面也会有所改善。通过 控轧技术，可以利用细化金属晶粒来改善产品强度和韧性。因此，控轧技术对中厚 板的轧机的性能要求较高。 (2) 控制冷却技术 控制冷却技术是改善钢板质量、性能要求的重要技术，其主要依靠控制产品轧 制完成后的冷却速度来实现目的。目前，控冷技术在厚板轧机中得到广泛应用。 将控冷和控轧综合起来的轧制工艺，称之为热机械控制工艺（Thermo Mechanical Control Process，即 TMCP） 。应用 TMCP 技术生产出来的钢板，具有良 好的力学性能，且焊接性能良好。该技术是目前生产中厚板的主要工艺。主要应用 于船板钢和管线钢的轧制工艺，最近已广泛应用于各类中厚板的轧制。 (3) 板形控制技术 此技术的目的是为了减少后期精整工序的工作量，控制钢板的剪 切量，提高成 材率。由于目前市场竞争的激烈性，采用板形控制技术已必不可少。 现在主要采用工作辊的弯辊装置来控制板形。在此基础上又应用了 Continuously Variable Crown 技术（CVC 技术） 、Pair Cross 轧机（CVC 轧机）和 Work Roll Shifting 轧机（WRS 轧机） 。采用 WRS 可以有效地减少轧制板宽的约束， 使轧辊的磨损均匀。 (4) 平面板形控制技术 采用平面板形控制技术，可以有效地减少钢板轧制过程中的斜角和镰刀弯，从 而提高板材的成材率。 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 4 1.3 国内中厚板及船板钢发展现状国内中厚板及船板钢发展现状 1.3.1 国外中厚板发展国外中厚板发展现状现状 对于宽厚板的使用情况，大多数情况下需要焊接，这也造成卖家不断地提高对 产品的质量和性能的定位。在这种市场前提下，推出新的生产技术和研发性能和质 量更高的钢种是必须和必要的，以此来满足市场需要。目前世界上的许多国家的厚 板轧机也在不断地进行升级换代，微合金、高强度的钢板已经逐渐地走进市场，许 多生产厂商竞相开发新品种，通过提高产品质量来进一步提高市场占有率，在国际 市场中争夺大的份额。在世界范围内，日本、韩国、德国的生产技术和设备一直走 在领先行列。 目前国际市场中，对宽厚板的低合金、高强度的性能要求仍然占主导地位。 1.3.2 国内中厚板发展现状国内中厚板发展现状 近代随着船舶制造业、桥梁建筑业、石油化工业等行业的迅速发展，使得钢板 焊接构件、焊接钢管及型材广泛应用，中厚板的市场需求迅速增加。从市场行情来 看，中厚板的应用范围越来越广，因此质量要求也在不断地完善。为此，中厚板生 产企业已开始更多地关注市场需求，来保证产品的输出。 我国中厚板产量为世界之最，2008 年的年产量达 5971 万吨。面对日新月异的 社会发展现状，老式的生产方式已经不能满足市场对产品的需求和要求。因此，生 产设备正在逐渐地走向自动化、大型化、规模化。 1.3.3 国内船板钢生产现状国内船板钢生产现状 随着我国海洋事业的不断发展，我国对于船板钢的使用需求量不断增加，同时 对船板钢的要求也有更严格与规范的要求。与此同时，我国船舶不断向着高速化、 大型化等方向发展，这就产生了对于高强度船体结构用钢的更高要求。我国船板钢 的需求量不断增加，据有关数据统计，我国的船板钢需求量超过了 1200 万吨，其同 比增长了 27.7%，而在 2009 年，船板钢的需求量达到了 1600 万吨。在是船板钢使 用量不断加大的同时，对船板钢的质量有更高的要求，因此我国的一些钢铁生产企 业也在逐渐加大相关的研究与开发的力度。就拿首钢与武钢来说，其油船货油舱所 采用的耐腐蚀高强度的船板已经初步研究成功。与此同时，为了迎合高效焊接技术， 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 5 我国还研制开发出了能够适应大线能量焊接，即热输入大于 100kJ/cm 的一种高强度 船板11。 我国的船板钢进口量从 2003 年开始就已经大幅度减少，其出口量不断增加。不 包括一些对船用钢要求极高的钢材在内，如超薄、超厚等船用钢，其他的大部分船 用钢基本都出自我国，从而减少了我国船用钢对国外进口的依赖性。比如在 2011 年， 我国沙钢研究院便研制出了 F460690 系列的高强度船板，这种船板钢主要用在船的 主甲板、舷顶列板等重要位置。近年来，我国的船板钢出口量呈现出逐年上升的趋 势。 从另一方面看，环保低碳和高性能是以后船板钢发展的重点。伴随着我国的造 船量呈现高速增长的态势，其船型也在不断增加。据有关部门预测，在未来几年， 我国的造船用钢情况大致发展是：低合金高强度钢这种船板钢的需求量会大幅度增 长；造船所用钢对尺寸精度的要求也会更高；其品种也将逐渐增多。和我国在努力 建设资源节约型社会相呼应，出于对资源与环境保护方面考虑，将减轻船体自身重 量并增加船体的载重量等 ,因此国内船板钢要充分有高强度、高精度、良好的焊接 性能等多方面特点。我国在船板钢的生产与研究方面取得了重大的突破，我国已经 成为世界上的第一钢铁大国，在这个大背景与基础上，只要把握好船板钢的发展大 趋势，我国也会成为世界级的船板钢生产强国。 1.4 车间设计的目的和意义车间设计的目的和意义 中厚板是重要的钢材品种，其广泛应用于基建、造船、建筑施工等各个行业， 在国民经济建设中占有重要地位。作为一个经济快速发展的国家，对中厚板的需求 是很大的。目前，4000mm-5000mm 的生产线已经成为主要的生产模式，4800mm 热 轧船体钢板车间设计作为自己的毕业设计，符合国内中厚板的发展趋势。同时作为 一名材料成型机控制工程（压力加工）专业的一名学生，选择这个题目可以将自己 所学的专业课知识能够直接有效地运用起来，对自己的专业和背景有了更加立体的 认识。 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 6 第二章第二章 车间产品大纲及生产方案的确定车间产品大纲及生产方案的确定 2.1 确定产品大纲确定产品大纲 产品大纲是指所涉及的工厂或车间拟生产的产品名称、品牌、规格、状态及年 计划产量2。 确定产品大纲的原则： （1）国民经济对产品的要求； （2）保证市场需求的平衡性； （3）具备建设生产线的自然条件、市场条件和资源条件等。 本次车间设计的产品为 4800mm 热轧船体钢板。 根据车间设计要求，本车间的产品均为船板钢。 原料：320 mm 2700 mm 5500 mm；钢种：A40； 钢种化学成分为：0.09C-0.20Mn-1.2Mn-0.02Nb-0.01Ti； 产品：厚度 4060 mm，最大宽度 4800 mm，年产量不低于 80 万吨。 查资料得，A40 密度约为，所以每块坯料的重量为： 7.85/3 = 32 270 550 7.85 106= 37.3 确定车间的生产方案如表 2-1 所示。 表 2-1 产品方案表 编号类型钢种产品规格/mm所占比例/% 1船体钢板A4040480050% 2船体钢板A4045460020% 3船体钢板A4045440010% 4船体钢板A4050460010% 5船体钢板A4060440010% 2.2 工艺流程的确定工艺流程的确定 制定生产工艺流程主要依据有以下几点： (1)以及生产方案的要求； (2)依据产品的质量要求； (3)依据车间生产率的要求。 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 7 中厚板轧制工艺流程比较固定，大致可以分为以下几个阶段。主要有准备坯料、 送入加热炉加热、轧制、冷床冷却、精整。热处理等。具体表述如下： 准备板坯，板坯去毛刺，标志，送加热炉加热，出炉，粗除鳞，细除鳞，轧制， 加速冷却装置冷却，热矫直，若钢板厚度大于 50mm，送厚板冷床冷却，火焰切 割，打印标识，检查入库；厚度小于 50mm，则进行切头，切边，剖分，定尺等 剪切，打印标识，检查入库。 对于质量要求高的船板钢，在剪切前还应进行探伤处理。 生产工艺特点： (1) 在坯料库内设置二次切割装置，便于完成对坯料的去毛刺、定尺和标志。 为了实现板坯热装和冷装的连接，将二次切割线和传送辊道相连接。 (2) 在本车间中设计了两个步进式冷床。一座用于厚度大于 50mm 的船板冷却， 同时此座冷床和火焰切割线相连接，便于厚板后面的精整工序的开展；另 一座用于厚度小于 50mm 的船板冷却，此座冷床和机械切割相连接，实现 了精整工序的自然衔接。在冷床入口设置有自动热板喷印机。利用两座冷 床，将成品合理地分流，便于后面的处理。 (3) 合理地分布各设备之间位置关系，实现了产量最大化、空间合理化。 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 8 第三章第三章 轧制设备的选择轧制设备的选择 设备选择的原则有以下几项： （1） 确保产品的质量和产量； （2） 设备应当符合车间所设计的产品工艺流程； （3） 在保证投资成本的前提下，提高设备的生产水平； （4） 以车间的空间布局为前提，保证各个设备布局的合理性。 3.1 轧机的选择轧机的选择 轧机有以下几种类型：二辊轧机、三辊轧机、四辊可逆式轧机和万能式轧机等。 采用单机架四辊可逆轧机，既具备了二辊轧机生产灵活的特点，又由于采用支撑辊 的原因，提高了轧机刚度，产品精度得到提高。四辊可逆轧机机械化程度高，便于 实现自动化、连续化生产。鉴于以上优点，目前的中厚板车间基本已采用四辊可逆 式轧机。 因此，在本次设计的 4800 mm 船板钢轧制车间中使用四辊可逆式轧机。 3.2 轧机轧辊尺寸的确定轧机轧辊尺寸的确定 （1）确定工作辊尺寸 工作辊的辊身长度 （3-1） = + 轧制方法采用综合轧制法。由于板坯长度为 5500mm，取轧辊长度余量 a=200mm，所以=5700 mm。 工作辊直径 工作辊辊身长度和直径存在以下关系： L/D=2.54.0 所以 =14252280 mm，取=1500 mm。 工作辊辊颈尺寸 d 和辊颈长度 l 的确定 1）辊颈尺寸 d 辊颈尺寸 d 与工作辊直径 D 有以下关系： d/D=0.670.75 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 9 所以 d=10051125，取 d1100mm。 2）轧辊辊颈长度 l 轧辊辊颈长度 l 与轧辊辊颈直径有如下关系： l/d0.831.0 所以 l=9131100，取 l=1000mm。 （2）确定支撑辊尺寸 工作辊的辊身长度=5600mm。 工作辊直径 四辊轧机的工作辊辊身长度与直径有如下关系： L/D=1.82.7 所以 =20743111mm，取=2200mm。 支撑辊辊颈尺寸 d 和辊颈长度 l 1）辊颈尺寸 d 辊颈尺寸 d 与工作辊直径 D 有以下关系： d/D=0.670.75 所以 d=14741650，取 d1600mm。 2）轧辊辊颈长度 l 轧辊辊颈长度 l 与轧辊辊颈直径有以下关系： l/d0.831.0 所以 l=13281600，取 l=1400mm。 3.3 轧辊材质的确定轧辊材质的确定 （1）工作辊材质选择 四辊轧机中最主要的工件便是工作辊。根据工作辊的实际工作状况，选择工作 辊材料应该主要参考其辊面硬度要求。工作辊材料的选取主要有以下几种：合金锻 钢、铸铁、合金锻钢等。铸铁轧辊硬度高、耐磨、抗热裂性好，成本较低。因此， 对于本车间的工作辊材料使用球墨铸铁。 （2）支撑辊材质选择 轧机的支撑辊主要受弯曲力，由于直径比工作辊大，因此应具有良好的淬透性、 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 10 较高的强度、良好的耐疲劳性能和耐磨性。支撑辊的材料大多为合金锻钢和复合铸 钢。因此，对于轧机的支撑辊材料使用合金锻钢。 （3）立辊材质的选择： 5700mm 宽厚板立辊轧机的主要性能参数：最大轧制力为 5000KN；轧制速度最 大 7.3m/s；轧辊尺寸 1000/900600mm；主电机为 2AC1200KW305/720r/min， 输出力矩最大 450KNm； 立辊轧机的作用主要是通过立棍给钢板侧面一个辊力，从而调整钢板宽度。由 于轧辊接触钢坯的温度较高，对于轧辊材料应具有较好的抗热裂性能，同时也要有 较高的硬度和耐磨性。工艺要求其表面硬度达到 HS4550。本车间的立辊材料采用 合金锻钢。 3.4 四辊轧机主要参数的确定四辊轧机主要参数的确定 参考国内外规模相近的车间，确定四辊可逆轧机的主要参数，如表 3-1 所示。 表 3-1 5700mm 宽厚板轧机主要参数 项目参数值 最大轧制力/KN115000 轧制扭矩/KN/m23820 轧制速度/m/s-17.3 工作辊弯辊力/KN/侧4000 工作辊直径/mm1500 支撑辊直径/mm2200 主传动电机功率/KW210000 转速/rmin-150/120 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 11 第四章第四章 工艺计算与金属平衡工艺计算与金属平衡 4.1 制定轧制制度的原则和要求制定轧制制度的原则和要求 (1) 在保证设备正常运转的前提下增加设备作业率，提高产品产量； (2) 以设备操作方便为前提，提高产品质量； (3) 制定轧制制度，应该保证产品的力学性能要求。 4.2 压下规程的制定压下规程的制定 厂家进行车间生产计划编排主要依靠压下规程，因此，压下规程的制定影响着 车间的产品质量和产量。 编制压下规程的主要原则有： (1)符合轧机的轧制要求，不超载，使设备在一个额定状态下运行； (2)合理安排各道次的压下量和负荷，确保产品具有良好的板形。 对于制定中厚板压下规程，在前几个道次时，依据板材厚、温度高等特点，制 定较大的压下量；为了保证轧件轧制过后的板形质量，在最后几个道次的轧制过程 中应当采用比较小的压下量。 4.2.1 轧机最大咬入能力的计算轧机最大咬入能力的计算 热轧钢板时咬入角一般为 1522，低速咬入时最大咬入角可取为 204， 故粗轧机最大压下量可根据以下公式计算得出： （4-1） = (1 cos) 式中：工作辊直径，mm； 咬入角，。 = 1300 (1 cos20)= 78.4 故咬入不成问题。 4.2.2 分配压下量分配压下量 依据车间产品方案和轧机的选择情况，选用横轧纵轧法。即先采用横向轧制， 使板坯宽度等于钢板宽度，横轧结合后，将板坯再旋转 90，进行纵轧，一直轧到 目标厚度。对于道次压下量分配和轧制总道次数，板坯和成品之间的厚度差和轧机 的最大压下量来合理分配。对于单机架，总道次数应为奇数。 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 12 本设计采用单机架的四辊可逆式轧机。根据电机和轧机的能力并参考同类工厂 的生产实际数据以及加工合金的组织性能，确定40 mm，轧制道次 n=11。 = 设计轧制总道次为 11 道，14 道次为横轧，511 道次为纵轧，道次压下量分 配、每道次宽展、压下率以及各道次轧制力计算在后面给出。其中尽量考虑到最后 12 道次应采用比较小的压下率。 对于四辊轧机，不受咬入条件的限制，开始时可采用大压下量轧制，随钢坯温 度降低逐渐变小，最后几道次为保证板型和厚度精度，用较小的压下量。本次设计 的压下量分配见表 4-1。 4.2.3 各道次宽展计算各道次宽展计算 （1）计算公式：采用 Esibel 公式来计算，即 （4-2） = (/) 轧制时温度高于 1000 ，故取 C=0.35； (2)宽展如表 4-1 所示。 表 4-1 压下规程 道次压下量/mm宽展/mm轧后板长/mm压下率/% 1407.58308612.5 2357.09352712.5 3358.11411414.3 4307.51480014.3 5308.77576016.7 63010.50720020 73013.13960025 82513.321329227.8 9158.581728023.1 1073.552009314 1131.16216007 4.3 轧制速度制度的确定轧制速度制度的确定 轧辊的转速随着时间的改变而发生变化的制度称之为轧制速度制度。对于四辊 可逆式轧机而言，轧辊的转速和转向会不停地发生变化。在本次车间设计中，所榨 汁的钢板的长度大多比较长，为了减少轧制时间，增加轧机的工作效率，采用比较 常见的梯形速度图。 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 13 4.3.1 各道次咬入、稳定轧制和抛出转速确定各道次咬入、稳定轧制和抛出转速确定 可逆式中厚板轧机中，对横轧的 14 道次，由于咬入能力有限以及板坯较短， 咬入速度取 n1=20 rpm，采用恒速轧制；对 511 道次，采用低速咬入，高速轧制， 低速抛出。取咬入速度=20 rpm，恒速轧制速度=40 rpm，取抛出速度 =20rpm，平均加速度 a=40 rpm/s，平均减速度 b=40 rpm/s。 4.3.2 计算各道次轧制延续时间计算各道次轧制延续时间 （1）各道次纯轧时间 对于每一道次的纯轧时间，其包括加速轧制时间、稳定轧制时间和减速轧制时 间。 根据轧制前后体积不变定理，计算出各道次轧制之后的长度如表 4-2 所示。 对于 14 道次，采用恒速轧制，轧制速度计算公式 ： （4-3） 1= 1/1000 所以=1.57m/s 1234 1500 20 1000 60 = 纯轧时间=1.97s，=2.25s，=2.63s，=3.06s； 1234 对于 511 道次，采用低速咬入、高速轧制、低速抛出的轧制方法。可采用以下 计算公式计算： （4-4） = + 1 60 + 2 + 2 ( + ) 2 + 纯轧时间=2.82s，=3.28s，=4.04s，=5.22s，=6.50s，=7.39s， 5678910 =7.87s。 11 4.3.3 确定各道次间隙时间确定各道次间隙时间 根据实际生产经验来确定间隙时间。在四辊轧机上往返轧制中，不用推床定 0 t 心时（m） ，取s；若需定心时，当m 时，取；则当m5 . 3l5 . 2 0 t8lst4 0 8l 时，取。转钢时间取 3s 4。st6 0 根据以上计算结果，得出表 4-2 所示。 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 14 表 4-2 轧制时间表 名称转速 r/min 道次 纯轧时间 tz /s间隙时间 t0 /s 延续 时间/s P102001.972.54.47 P202002.552.55.05 P302002.6368.63 P402003.0669.06 横 轧 阶 段 宽展轧制完成后，转 90进行纵轧 F12040202.8268.82 F22040202.2868.28 F32040204.0448.04 粗轧结束后轧件在辊道上冷却待温到 970，用时 120s F42040205.2248.22 F52040206.50410.50 F62040207.39411.39 纵 轧 阶 段 F72040207.877.87 4.4 温度制度的确定温度制度的确定 温度是影响钢板组织和性能的最主要的因素，为了确保在轧制过程中轧件的组 织性能不会发生变化，根据生产的实际情况，确定坯料的出炉温度为 1200，开轧 温度不超过 1170，终轧温度为 920900。 典型钢种 A40 在加热炉中加热到 1220，经高压水除鳞设备和传送过程的空气 冷却，温度可降低 50。 板坯开轧温度为 1170，为了确定各道的轧制温度，必须求出逐道次的温度降。 高温时的轧制温度降可按辐射热计算。 计算各道次温降的公式为： (4-5) = 12.9 ( 1 1000) 4 式中：辐射时间，即该道次轧制延续时间；由于轧件头部和尾部道次Z 间的辐射时间不同，为设备安全计，确定各道的温降以尾部为准4； h：前一道次轧出时的厚度； ：前一道次轧制时绝对温度。 1 TK 第 1 道次，头部温度为 1170，轧到尾部轧件温降为，即为：t 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 15 = 12.9 ( 1 1000) 4 代入数据得，=1.97s，h=280mm，=1170+273=1443Z 1 TK 则有：=0.34 = 12.9 1.97 320 (1443 1000) 4 所以第 1 道尾部温度为：1170=11700.34=1169.66 1 t 第 2 道次尾部温度为： 2 1169.66=1168.65 = 12.9 5.05 280 (1442.66 1000 )4 同理代入数据可求出其他各道头尾温度。 1167.48；=1165.08 ； 3=4 第 4 道次后进行转钢， 1161.45 ；1158.44 ；1153.91 ； 5=6=7= 粗轧结束后轧件在辊道上冷却到 970进入精轧。即第 8 道次头部温度为 970 ，尾部温度为：968.21 ； 963.26 ；956.40 ；948.27 。 9=10=11= 4.5 轧制压力的计算轧制压力的计算 4.5.1 各道次变形程度的计算各道次变形程度的计算 （1）计算公式： （4-6） =(/) 100% （2）压下率 如表 4-1 所示。 4.5.2 各道次变形速度的计算各道次变形速度的计算 轧制中厚板时平均变形速度： （4-7） = 2 / + 式中R：轧辊半径； v：轧辊表面线速度； H：轧件入口厚度； 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 16 h：轧件出口厚度。 对 14 道次，n=20，=1.57m/s； = 60 对 511 道次，n=40,v=3.14m/s； 第 1 道次变形速度 =1.21。 2 1.57 40/750 320 + 280 1 s 其余计算类似，计算结果如表 4-3 所示。 4.5.3 求各道次的变形抗力求各道次的变形抗力 依据每一道次相应的轧制温度和变形速度，通过图 4-1 可以查出钢材在每一道 次的变形抗力，经过公式（4-8）进行修正，可以得出该道次的实际变形抗力。 (4-8) = 式中：各道次实际变形抗力； K：变形程度修正系数； ：理论变形抗力。 第一道次，t=1169.66， =1.21，查图得，30%压下率时，=MPa； 1 59 ，由图左上角辅助曲线查得，变形程度修正系数 K0.875，所以 1= 12.5% MPa。 = 0.875 5.9 107= 51.6 同理计算 211 道次的变形抗力，如表 4-3 所示。 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 17 图 4-1 变形抗力图 表 4-3 变形抗力 道次 / K / 1590.87551.6 2610.87553.4 3630.90657.1 4670.90660.7 5730.93568.3 6770.98075.5 7820.99281.3 81280.995127.4 91310.987129.3 101300.904117.5 111320.786103.8 4.5.4 各道次变形区长度的计算各道次变形区长度的计算 弹性压扁的影响在单位压力大于（200MPa）时应当考虑进去。对于中厚板的 轧制过程，单位压力在这一临界值以下，所以不需要考虑弹性压扁。这种情况下的 变形区长度计算公式为： 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 18 （4-9） = 第一道次，=40mm，R=750mm。 ； 1= 750 40 = 173.2 对于其他道次，代入相对应的数据即可求得结果，如表 4-4 所示。 4.5.5 各道次平均单位压力的计算各道次平均单位压力的计算 对于中厚板的轧制，平均单位压力可用西姆斯公式计算： （4-10） = 1.15 根据中厚板的实际轧制情况，应力状态影响系数（外端和 h l 25.0785.0 外摩擦影响已经考虑在内） ，其中 为变形区轧件平均厚度， 为变形区长度。 _ hl h l p ss 25 . 0 785 . 0 15 . 1 15 . 1 对第一道次而言：=0.929， h l 25 . 0 785. 0 1 0.785 + 0.25 173.2 300 = MPa； 1= 1.15 51.6 0.929 = 55.13 同理，其他道次代入数据得出结果如表 4-4 所示。 4.5.6 各道次总压力的计算各道次总压力的计算 各道次的轧制总压力计算公式如下： (4-11) = = 式中b：轧件宽度，mm； l：变形区长度，mm； 对 14 道次，b=5500mm，对 511 道次，b=4800mm。 第一道次MN； 1= 55.13 5.5 0.1732 = 52.52 同理，其他道次代入数据得出结果，如表 4-4 所示。 表 4-4 变形及轧制压力 道次变形速度/s-1变形区/mm 平均单位压力 /MPa 轧制总压力 /MPa 11.21173.255.1352.52 江苏科技大学本科生毕业设计（论文） 19 21.29162.057.6851.39 31.49162.063.2356.34 41.6115068.2256.28 53.8115079.5157.25 64.6515092.2866.44 75.98150106.7876.88 87.40136.9179.71118.09 97.72106.1185.3294.38 106.5272.5158.7455.24 114.7947.4127.7929.07 4.6 轧机主电机能力校核轧机主电机能力校核 一般说来，为了传动轧辊电动机轴上所需的力矩，由以下四部分