年产400万吨热连轧带钢车间工艺设计_本科毕业设计.doc

年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 i 本科毕业设计 题目 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 ii 摘 要 本说明书描述的是年产量 400 万吨的高精度热连轧轧板带车间设计。指定产品为 深冲用热轧板带钢，规格是 5.0*1250*l。 本设计首先介绍了热连轧带钢生产技术的现状和深冲用热轧卷的工艺标准、用途 等。设计以提高生产效率、降低生产成本、减轻劳动强度、提高产品质量及综合经济 效益为设计原则。利用现有技术资料，确定了车间工艺设计的产品方案、工艺流程和 计算机控制系统，并对主要设备进行选型。利用相关数学模型对指定产品进行工艺设 计，设计内容包括原料选择、变形制度、速度制度、温度制度及辊型制度的确定。根 据设计结果，编制轧制图表，计算生产能力，并对轧辊强度进行验算以及电机能力校 核。计算结果表明，整个车间生产流畅、指定产品工艺计算结果及所有设备强度性能 符合要求，实际产量的核算满足设计产量的要求。 关键词： 热连轧带钢； 车间工艺设计； 工艺计算； 强度校核 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 iii abstract this is a graduation design specification about hot continual rolling of the sheet and strip steels whose production is 4 million tonsper year . the designated products is deep drawing hot rolling plate and strip steel，its specification is 5.0*1250*l. this design first introduced the hot strip production technology status and the hot rolled deep drawing process standards, designed to improve productivity and reduce production costs, reduce labor intensity and improve product quality and overall economic efficiency of the design principles.use of existing technical information, the workshop process to determine the product design program, process and computer control systems, and major equipment selection.use of mathematical models related to the specified product process design, design elements including material selection, deformation system, speed system, temperature system and roller-type system to determine.according to the design results, the preparation of rolling charts, computing capacity, and roll intensity of motor ability of checking and checking.the results show that the workshop production of smooth, calculated and specified product technology strength properties of all equipment to meet the requirements, the actual output of the accounting output to meet the design requirements。 key words: hot continual rolling strip，workshop process design，process calculation， strength check 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 iv 目 录 1 前言1 1.1 热轧板带钢的主要生产方式 .1 1.1.1 行星轧机 1 1.1.2 叠轧 1 1.1.3 炉卷轧机 2 1.1.4 热连轧 2 1.1.5 薄板坯连铸连轧 2 1.2 指定产品 .3 1.2.1 同类产品.3 1.2.2 产品标准 3 1.2.3 用途 4 2 产品方案的确定5 2.1 原料来源 5 2.2 主要成品规格 5 2.3 板坯尺寸和技术条件 .5 2.3.1 板坯尺寸 .5 2.3.2 板坯技术条件 .5 2.4 钢种、钢号以及相应标准 .6 2.5 产量及金属平衡 .6 2.5.1 金属平衡表 .6 2.5.2 板坯需求量 .6 3 轧机的组成和布置7 3.1 确定轧机组成的原则 .7 3.2 车间布置形式 .7 3.3 加热炉的选择 .7 3.4 粗轧机布置 .8 3.4.1 半连续式 .9 3.4.2 全连续式 .9 3.4.3 3/4 连续式.10 3.5 精轧机布置 10 3.6 整个车间轧制线简图 10 4 工艺过程的描述.12 4.1 板坯管理及准备 12 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 v 4.1.1 板坯储存 12 4.1.2 轧制计划和初始数据的输入 12 4.2 板坯上料与加热 12 4.3 粗轧机轧制过程 13 4.4 精轧机轧制工艺过程 14 4.5 带钢冷却及卷取 15 4.5.1 前段冷却 15 4.5.2 后段冷却 15 4.5.3 卷取过程 15 4.6 计算机控制概况 16 4.6.1 加热炉 16 4.6.2 粗轧机 16 4.6.3 精轧机 16 4.6.4 输出辊道及卷取机 17 5 设备的选择.18 5.1 加热炉 18 5.1.1 加热炉输入设备 18 5.1.2 加热炉参数 18 5.2 粗轧设备 19 5.2.1 辊道 19 5.2.2 轧机 19 5.2.3 轧机装置 20 5.3 精轧设备 20 5.3.1 辊道 20 5.3.2 测量辊 20 5.3.3 切头飞剪 20 5.3.4 破鳞机 21 5.3.5 精轧机 21 5.3.6 轧机换辊装置 22 5.3.7 轧辊挠度控制（弯辊）装置 22 5.3.8 活套支持器 22 5.4 冷却除鳞系统 22 5.4.1 粗轧除鳞喷水系统 22 5.4.2 精轧除鳞喷水系统 22 5.4.3 轧辊冷却系统 23 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 vi 5.5 精轧机输出辊道冷却系统 23 5.5.1 上部冷却喷嘴 23 5.5.2 下部冷却喷嘴 23 5.5.3 侧喷嘴 23 5.6 轧制线上主要设备技术规格 23 5.7 地下卷取机 24 5.7.1 地下卷取机夹送辊 24 5.7.2 地下卷取机 24 5.7.3 卸卷小车 25 5.7.4 翻卷机 25 5.7.5 带卷移送车 25 5.7.6 带卷升降机 25 5.7.7 带卷打捆机 25 6 指定产品的工艺计算.26 6.1 指定产品的技术条件 26 6.2 温度制度的确定 26 6.2.1 卷取温度终轧温度的确定 26 6.2.2 精轧入口温度的确定 26 6.2.3 粗轧出口温度的确定 26 6.2.4 出炉标准温度的确定 26 6.3 粗轧压下制度的设定 26 6.3.1 平辊压下制度 27 6.3.2 立辊侧压量的设定 28 6.3.3 压下规程的设定 30 6.4 粗轧机组速度制度的确定 31 6.4.1 r2 各道次速度的制定31 6.4.2 绘制速度图和轧制图表 34 6.4.3 功率校核 36 6.5 精轧机组轧制工艺的设定 36 6.5.1 轧制功耗的确定 36 6.5.2 各机架速度的确定 37 6.5.3 绘制精轧速度图 41 6.5.4 绘制精轧速度锥 42 6.6 校核功率 43 6.6.1 精轧机各机架单位能耗的计算 43 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 vii 6.6.2 各机架所需功率的计算 43 6.6.3 功率检查 44 7 车间产量的计算.45 7.1 加热炉小时产量 45 7.1.1 在炉时间 45 7.1.2 出钢节奏时间 45 7.1.3 单座炉生产理论小时产量 45 7.1.4 单座炉生产实际小时产量 45 7.2 轧机小时产量 45 7.2.1 粗轧机 r2 的小时产量 .45 7.2.2 精轧机小时产量 46 7.3 平均小时产量 46 7.3.1 产品品种及各自的小时产量 46 7.3.2 平均小时产量的计算 47 7.4 年产量的计算 47 8 主要设备强度及功率校核.48 8.1 轧制压力 48 8.1.1 平均变形抗力的计算 48 8.1.2 用迭代法求 r，.50 8.2 轧辊强度的计算 51 8.2.1 强度校核原则 51 8.2.2 工作辊强度的校核 51 8.2.3 支撑辊强度校核 54 8.3 机架强度校核 55 8.3.1 机架尺寸 55 8.3.2 计算断面静矩，形心，惯性矩及抗弯系数 56 8.4 电机能力校核 59 8.4.1 精轧节奏时间 59 8.4.2 按能耗曲线确定轧制功率 59 9 车间主要经济技术指标及平面布置.60 9.1 车间主要经济技术指 60 9.2 车间工艺平面布置 .60 9.2.1 1#加热炉与 vsb 大立辊之间的距离 60 9.2.2 粗轧机组各架间距 60 9.2.3 中间辊道的长度 61 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 viii 9.2.4 csf1 的距离61 9.2.5 精轧机组各机架的间距 61 9.2.6 f7 到卷取机的距离61 9.3 厂房建筑面积 .61 致 谢.62 参考文献 .63 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 1 1 前言 热轧板带钢产量在工业发达国家约占轧钢钢材总产量的 60%。热轧板带钢广泛用 于船舶、锅炉、容器、汽车、航空、铁路车辆、桥梁、机械制造、建筑材料、军事等 方面，还用作冷轧板带、焊接钢管、冷弯型钢的原料。热轧板带钢的生产，从板坯装 炉加热、粗轧、精轧、带钢冷却、卷取成卷直至钢卷从轧制线输出，全部在连续生产 线上进行。钢卷收集在中间仓库堆存冷却。供冷轧用钢卷，一般是采用地下钢卷运输 链直接由轧制线输送到冷轧车间。一部分钢卷可在热轧车间剪成钢板、或纵切成窄钢 卷或分卷或平整分卷为重量较轻的钢卷。 1.1 热轧板带钢的主要生产方式 1.1.1 行星轧机 由一个或两个支持辊和围绕支持辊四周的许多行星辊（工作轧辊）组成的轧机。 支持辊为传动辊，按轧机方向旋转，行星辊除按反轧制方向“自转”外，还围绕支持 辊的转动方向“公转”。行星辊在轧制时无咬入能力，坯料须藉送料机推力送入，所 以行星轧机机组包括送料机。行星辊相继通过坯料变形区，似轧似锻周期性地压缩坯 料。虽然每个行星辊压下量很小，但每秒内通过变形区的行星辊多达 100 对,所以轧制 一道的压下率可达到 90%以上。由于工作轧辊辊径很小，所以轧制压力低于同样压下率 的其他轧机。由于轧辊多次压下累积的结果，带材上出现波纹，需在平整机上平整消 除，所以行星轧机机组包括平整机。 1.1.2 叠轧 将几层钢板叠在一起,用二辊轧机热轧成薄于 2mm 的薄板的工艺。18 世纪初，西欧 就开始用热叠轧法轧制小块薄钢板。直到 20 世纪初，大部热轧薄钢板都用此法轧制。 有粗轧和精轧两工序,最初在单架二辊机上进行,以后分别在两架轧机上进行。也有用 一架三辊劳特式轧机进行粗轧，产品供给两架二辊轧机精轧。叠轧法可生产厚 0.282.0mm，宽 7501000mm，长三辊式行星轧机和专门生产小钢坯的万能式行星轧 机，并同焊管机组和连铸机配合成联 15002000mm 的热轧薄钢板，也可生产厚 24mm 热轧钢板。产品主要有屋面板、酸洗板、镀锌板、搪瓷用钢板、油桶用薄板和硅钢片； 此法也可生产不锈耐酸钢板和耐热钢板等。 叠轧薄板生产规模小，投资少，建设快；轧机的结构简单，为下辊单辊传动，不 用齿轮机座。但缺点很多，高温叠轧容易产生叠层间粘结，废品量大；轧速低，热轧 件薄而冷却快，又不能对轧辊进行冷却；采用温度在 400500的热辊轧制，使生产 难于准确控制，轧辊消耗量也很大；轧辊轴承需用沥青润滑，油烟很大，污染环境。 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 2 此外，劳动生产率低，劳动强度高，操作条件恶劣；金属切损和烧损高，产品质量和 尺寸精度低。一些工业发达国家已不再采用此法。 1.1.3 炉卷轧机 炉卷轧机技术，代表了当前炉卷轧机的最高新水平。其在轧机产品中具有多重优 点为一方面可以满足中厚板轧制到带钢钢卷轧制的厚度变化，另一方面又能满足不同 材料的轧制需求，如低碳钢、高强度钢、不锈钢板等。是一种产品规格变化灵活、适 应性广的产品。 通过多年实践经验的积累，北京蒂本斯可为客户提供成熟可靠的炉卷轧机，该产 品在生产工艺、机械设计、液压系统、电气和自动化系统设计和制造方面，都达到了 世界一流的水平。 1.1.4 热连轧 用连铸板坯作原料，经步进式加热炉加热，高压水除鳞后进入粗轧机，粗轧料经 切头、尾、再进入精轧机，实施计算机控制轧制，终轧后即经过层流冷却（计算机控 制冷却速率）和卷取机卷取、成为直发卷。20 世纪 60 年代以来由于可控硅供电电气传 动及计算机自动控制等新技术的发展，液压传动、升速轧制、层流冷却等新技术的发 展，热连轧发展更为迅速。现代热连轧发展趋势和特点是为(1)为了提高产量而不断提 高速度，加大卷重和主电机容量、增加轧机架数和轧辊尺寸、采用快速换辊机换剪刃 装置等，使轧制速度普遍超过 1520m/s，甚至高达 30 m/s 以上，卷重达 45t 以上， 产品厚度扩大到 0.825mm，年产可达 300600 万吨。但到最近，大厂追求产量的势 头已见停滞，而转向节约能耗和提高质量方向发展。 （2）当前降低成本，提经济效益， 节约能耗，提高成材率成为关键问题，为此而迅速发展开发了一系列新工艺新技术。 突出的是普遍采用连铸坯及热装和直接轧制工艺、无头轧制工艺、低温加热轧制、热 卷取箱和热轧工艺润滑及车间布置革新等。 （3）为了提高质量而采用高度自动化和全 面计算机控制，采用各种 agc 系统和液压控制技术，开发各种控制板形的新技术和信 轧机，利用升速轧制和层流冷却以控制钢板温度与性能。使厚度精度由过去人工控制 的0.2mm 提高到 0.05mm，终轧和卷取温度控制在15以内。在工业发达国家中， 热连轧带钢已占板带钢总量的 80%左右，占钢材总产量的 50%以上，因而在现代轧钢生 产中占着统治。 1.1.5 薄板坯连铸连轧 sms 公司的薄板坯连铸连轧工艺中，出连铸机的薄板坯厚度一般在 50mm 以上，这 样厚的板坯不仅要增加精轧的压缩率和精轧机设备，而且由于难以热卷取而只能放长 条输送保温，大大增加了输送保温的设备和操作困难，并且使板坯氧化皮损失和散热 损失成倍增长。因此，从连铸连轧工艺要求出连铸机的薄板坯厚度还应继续减小，最 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 3 好小到 1020mm，则一出连铸机便可进行热卷取(见带卷箱保温)，然后成卷保温输送 至精轧机组轧制成材，这样其经济效益将更为显著。为此，mdh 公司开发的薄板坯连续 铸轧技术可以铸轧出厚度在 15mm 以下的适于热卷取的板卷。该项技术的主要特点不仅 在于采用直弧式结晶器，还在于连铸的同时可进行连续铸轧减薄。该公司于 1987 年 9 月在杜伊斯堡-胡金根的曼内斯曼钢厂经改造后的超低压头板坯连铸机上试验该项技术 成功后，连续铸轧出了各类钢种、不同规格的薄板坯。试验生产结果表明，此项薄板 坯连铸技术与最佳轧制工艺相配合，不但降低了投资与生产成本，而且使产品质量性 能也大为改善，并可由连铸机直接生产合格的成品厚板。 1.2 指定产品 1.2.1 同类产品 本次毕业设计的指定产品是深冲用热轧板带钢，产品尺寸是 5.01250l，牌号 是 wy08ala,这是属于低碳铝镇静钢冷轧薄板，是汽车制造业的主要材料，同类的产品 有武钢的 wy08al、鞍钢的 08al 和 k08al 等薄板，在国内应用非常广泛。 1.2.2 产品标准 该产品的标准使武标（热）1-78 和 gb5213-85，其中武钢的具体标准见表 1.1。 表 1.1 指定产品的执行标准 牌号 wy08a1a 产品标准 gb5213-85、武技规（热）1-78 规格 （mm） 1.56.0*6501550*c 同坯温差()水管黑印()加 热 加热 温度 () 120030 加热 质量 5035 r2 入口侧r2 出口侧 vsbr1 奇道 次 偶道 次 奇道 次 偶道 次 r3r41#2#3# 粗 轧 除 鳞 onononoffoffononon 精 轧 除 鳞 ononon 温度 () ft7:86030 ct:57030（08a1） 55030 (08a1a) 冷却方式后段冷却 轧 制 及 卷 取 厚度控制在轧制时，两台 x-测厚仪同时在线工作，如果两台测厚仪之间的误差大于 0.06mm 时应及时处理 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 4 宽度(mm)凸度(mm) p1 k3*pr3=1.9*7500=14250 kwp3 k4*pr4=1.8*6500=11700 kwp4 所以，r1，r3，r4 的功率全部通过。 6.5 精轧机组轧制工艺的设定 仍然采用能耗法来设定精轧阶段的工艺参数。 6.5.1 轧制功耗的确定 6.5.1.1 能耗的计算 第 i 架累计能耗模型为 )ln()ln()(1 3 0 2 20 1 k h h k h h kttkke ii ebtpgi （6.34） 其中 kpg为钢种修正系数，其值为 1.1；kt为温度系数，其值为 0.0024；tb为精轧入 口基准温度，取值为 1049；te为精轧入口预测温度，取值为 1049；k1，k2，k3 为常数，其值见表 6.13；h0为第 1 架的入口厚度，单位为毫米；hi为第 i 架的出口厚度。 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 38 表 6.13 能耗系数 名称 卷厚（mm） k1k2k3k4 3.6h1% 所以应该继续迭代。 (2) 令 r(2)=r(1) ld(2)=410.094*(34-21.259)1/2=72.284mm qp(2)=0.8049- 0.3393*0.47+(0.2488+0.0393*0.47+0.0732*0.472)*72.284/27.63=1. 387 pb(2)=72.284*1.387*171.59*0.1=1720.325kg/mm 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 53 r(2)=400*1+2*1.05*10-4*1720.325/(34-19.83)=410.198mm 因为|r(2)-r(1)|/r(1)=|410.198-410.094|/410.198=0.025%1% 所以符合要求。 (3) 计算轧制压力 p 令 r(3)=r(2)=410.198 则 ld(3)=410.198*(34-21.259)1/2=72.293 mm qp(3)=0.8049-0.3393*0.417+(0.2488+0.0393*0.47+0.0732*0.472)*72.293/ 27.63=1.387 pb(3)=72.394*1.387*201.09*0.1=2019.154kg/mm 所以，轧制压力 p=pb*b=2019.154*1271.462*10-3=2567.278t 通过以上方法计算同样可以得到其余各架的轧制力，七个机架轧制力见表 8.1。 表 8.1 精轧各机架轧制压力 机架 f1f2f3f4f5f6f7 轧制力(p)/(t) 2567.281857.461801.461341.931079.05936.25726.22 8.2 轧辊强度的计算 8.2.1 强度校核原则 (1) 轧制时板带位于轧辊正中间，轧制力按均布载荷对待，轴承两侧的支反力相 同； (2) 轧辊直径沿辊身长度方向保持不变，故辊身危险截面必在辊身中央； (3) 辊颈及辊头的危险截面均在传动侧。 8.2.2 工作辊强度的校核 8.2.2.1 工作辊(下辊)受力图 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 54 图 8.2 工作辊受力分析图 8.2.2.2 强度校核 (1) 辊身弯曲应力及扭转应力 由弯矩图知为辊身中央受最大弯曲应力，辊身中央所受弯矩为 公式为 mmax=1/2*p*l/4-b/4 （8.6） 式中 p 为轧制压力，单位为吨；l 为辊身长度，单位为毫米；b 为板带宽度，单位为毫 米。 mmax=1/2*2567.28*103*1700/4-1271.249/4=1.38*108 kg.mm 辊身中央的弯曲应力为为 1=mmax/(0.1*dw3) （8.7） 式中 dw为工作辊直径，其值为 800 毫米；故 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 55 1=1.38*108/(0.1*8003)=2.70 kg/mm2 辊头扭转应力如图 7.2，辊身扭矩为。 公式为 mni=9550pi/ni (8.8) 式中 pi 为各轧机的最大所需功率，单位为 kw； ni 为各轧辊的最大实际转速 1001.76 knm。 mn2=707.65 knm；mn3=771.41 knm；mn4=499.20 knm mn5=336.90 knm；mn6=270.68 knm；mn7=180.65 knm 其中最大扭矩 mnmax= mn1=1001.76 knm 辊身最大扭转应力为为 1= mnmax /0.2d3=1001.76*105/0.2*8003=1.16 kg/mm2 对于钢轧辊，应用第四强度理论计算为 合=(12+3*12)1/2=(2.42+3*1.162)1/2=3.13 kg/mm2 （8.9） 当轧辊直径有磨损时,d1min=740mm,此时必然轧制压力也相应减小，这里假设轧制 压力 p 不变，即 p=3292.59 (t) 此时为=1.23*108/(0.1*7403)=3.04 kg/mm 1 =mnmax /0.2d3=1001.76*105/0.2*7403=1.46 kg/mm2 1 =(12+3*12)1/2=(3.042+3*1.462)1/2=3.95kg/mm2 合 显然当 d1=740mm，1 合合 (2) 辊颈扭转应力为 辊颈扭转应力为 n=mn/0.2d3 （8.10） 开槽后为 n*=k*n （8.11） 式中 d 为工作辊辊颈直径（=485mm） ；k 为应力集中系数（k=2.1） 。 n=1001.76*105/0.2*(485)3=5.19 kg/mm2； n*=2.1*5.19=10.899kg/mm2 (3) 许用应力的选择 本设计采用合金锻钢工作辊，其许用应力为=1424kg/mm2。而许用扭转应 力=0.6，即=8.414.4kg/mm2。因为 d,n,1 合。 故工作辊强度符合要求。 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 56 图 8.3 辊头截面图 8.2.3 支撑辊强度校核 8.2.3.1 支撑辊(下辊)受力图 支撑辊(下辊)受力图如图 8.3 所示。 由图可知，危险截面位于辊身中央截面及图上 i-i 截面（辊颈与辊身接触截面） 。 (1) 辊身弯曲应力 辊身中央承受最大弯矩为 mmax=1/2*p(a/2-l/4)=p*(a/4-l/8) （8.12） 式中 p 为轧制压力，单位为吨；a 为压下螺丝间距，单位为毫米；l 为辊身长度，单位 为毫米。 mmax=1/4*2567.28*2740-1700/2*103=1.56*109 kg.mm 辊身中央的弯曲应力为 d=mmax/(0.1*dw3) （8.13） 式中 dw 为支撑辊直径，其值为 1570 毫米， 故 d=1.56*109/(0.1*15703)=4.02kg/mm2 (2) 辊颈弯曲应力 辊颈承受的弯矩为 m颈=1/4*p*(al) （8.14） 故 m颈=1/4*2567.28*103*1040=0.86*109 kg.mm 辊颈得弯曲应力为 颈= m颈/(0.1*dw3) （8.15） 故 颈=0.86*109/（0.1*9553）=9.87 kg/mm2 (3) 许用应力的选择 本设计支撑辊采用碳素锻钢材质，其许用应力=15 kg/mm2。 因为 d, 颈， 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 57 故支撑辊强度符合要求。 图 8.4 支撑辊受力分析图 8.3 机架强度校核 8.3.1 机架尺寸（见图 8.5） 机架尺寸见图 8.5。 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 58 图 8.5 机架尺寸图 剖面图剖面图 图 8.6 机架横梁及立柱剖面图 p/2 p/2 l1 l2 h b (a) (b) 图 8.7 简化机架的力学模型图 8.3.2 计算断面静矩，形心，惯性矩及抗弯系数 (1) 上横梁断面面积 fi-i=1.371.46= 2.0002m2 fi-ii=0.7250.64=0.464m2 fi-iii=0.485(1.37-0.64)=0.35405m2 故 fi=fi-i-fi-ii-fi-iii =2.0002-0.464-0.35405 =1.18215m2 上横梁断面的静矩为 si-i=2.00021.37/2=1.37014m3 si-ii=0.4640.64/2=0.14848m3 si-iii=0.354050.64+(1.37-0.64)/2)=0.35582m3 故 (a)(b) (c) 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 59 si=si-i-si-ii-si-iii =1.37014-0.14848-0.35582 =0.86584m3 上横梁断面的形心位置为 z1=si/fi =0.35582/1.18215 = 0.732m 上横梁断面的惯性矩为 i1-1=0.31735m4 638 . 0 732. 0 2 273. 0dzz i1-2=0.09476m4 092 . 0 732 . 0 2 273 . 0 dzz i1-3=0.04203m4 638. 0 092 . 0 2 273 . 0 dzz 故 i1=i1-1+i1-2+i1-3 =0.31735-0.09476-0.04203 =0.18056m4 横梁断面的抗弯系数为 w1=i1/z1 =0.18056/0.732 =0.24652m3 (2) 立柱断面面积 f2=0.930.76=0.7068m2 立柱形心位置为 z2=0.93/2=0.465m 立柱断面惯性矩为 i2=1/120.760.933 =0.05094m4 立柱断面抗弯系数为 w2=i2/z2 =0.05094/0.465 =0.10955m3 (3) 下横梁断面面积 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 60 f3=0.761.37= 1.0412 m2 下横梁形心位置为 z3=1.37/2=0.685m 下横梁断面惯性矩为 i3=1/120.761.373 =0.16285m4 下横梁断面抗弯系数为 w3=i3/z3 =0.16285/0.685 =0.23774 m3 8.3.3 简化机架的力学模型 由图中可知，l2=6400+yc3+yc1=6400+1370/2+731.7=7816.7mm l1=l3=1860+930=2790 mm 故 m2=p1*l12/16*1/i1+1/i3/l1/(2*i1)+l2/i2+l3/2*i3=3292.59/2*2.792/16* (1/0.18056+1/0.1629)/(2.79/(2*0.18056)+7.8617/0.5094+2.79/2* 0.1629)=55.10t*m 上下横梁的最大弯矩为 m上下=p*1/4*l1-m2 （8.16） 故 m上下=1/4*3292.59/2*2.7955.10=1093.19t*m 8.3.4 机架强度的校核 (1) 简化机架的力学模型(见图 8.8，图 8.9) 图 8.8 牌坊分离体受力图 图 8.9 牌坊分离体弯矩图 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 61 (3) 应力的计算及校核 静不定力矩 m2 的计算 公式为 m2= （8.17） ) 22 (16 ) 11 ( 3 1 2 2 1 1 31 2 1 j l j l j l jj pl 式中为 l1 为牌坊横梁的中性线长度，l1=1.86+0.93=2.79m l2 为立柱中性线长度，l2=6.4+1.37=7.77m j1、j3 为上下横梁断面的惯性矩 j2 为立柱断面的惯性矩 p 为总轧制力的一半 3070.54/2=1535.27t 故 m2=3292.59/2*2.792/16*(1/0.18056+1/0.1629)/(2.79/(2*0.18056)+7.8617/0.5094+ 2.79/2*0.1629)=55.10t*m =551knm 上、下横梁应力的计算为 公式为 上=(pl1/4-m2)/w1 （8.18） =10931.9/0.24652/1000 =44.34mpa 下=(pl1/4-m2)/w3 （8.19） =10931.9/0.23774/1000 =45.98mpa 立柱应力的计算为 公式为 立=m2/w2+p/2/f2 （8.20） =510/0.10955/1000+3292.59/210/0.7068/1000 =27.95mpa 因为牌坊通常用含碳量 0.250.42%的 zg35 铸钢制成，其强度极限为 b=(500600) mpa。为防止断辊时损坏牌坊，在选择牌坊的许用应力时，应保证牌坊不产生塑性变形， 因而往往选用较大的安全系数 n=1012.5。 故 =b/n=4060 mpa 因为 上、 下、 立 故机架的强度符合要求。 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 62 8.4 电机能力校核 8.4.1 精轧节奏时间 t节=70.062s tfp=50.062s 8.4.2 按能耗曲线确定轧制功率 (1) n=3600*ei/t*g （8.21） 式中 n 为轧制功率，单位为千瓦；ei为该机架的能耗，单位为千瓦时/吨；t 为轧制 时间，其值为 50.062 秒；g 为轧件重量，单位为吨。 故 n=3600*3.438 /50.062*0.21*1.30*9.5*7.8=5001.28kw (2) 平均功率为 n平=n*q实/q理1/2 （8.22） 式中 q实为实际小时产量，单位为吨/时；q理为理论小时产量，单位为吨/时。 故 n平=5001.28*(0.852*0.985)1/2=4581.62kw (3) 电机能力校核 由前面的工艺设备的选择中知，电机额定功率 ne=7600 kw。因为 n平ne；所以电 机不发热。又因为 n=k*ne，式中 k 为电机的过载系数，取其值为 2； 故 n=2*7600=15200kw。所以 n平n，电机不过载，故电机满足设计要求。 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 63 9 车间主要经济技术指标及平面布置 9.1 车间主要经济技术指 表 9.1 车间主要经济技术指标 1700 热带轧机参数数值 生产力 万吨/年 400 机械设备重量 吨 32000 电机总容量 千瓦 167500 车间总面积 米 2 178600 定员 人 2000 车间投资 万元 40000 金属消耗 吨/吨 1.058 燃料混合煤气 24 标米 2/吨，重油 0.05 吨/吨 电力消 千瓦小时/吨 104 蒸汽 公斤/吨 56 水 吨/吨 233 轧辊 公斤/吨 0.89 润滑油 公斤/吨 0.12 9.2 车间工艺平面布置 9.2.1 1#加热炉与 vsb 大立辊之间的距离 一号加热炉与 vsb 之间的距离必须大于 10 米，因为连铸坯最长为 10 米，还要为金 1 属检测器的安装留有一定的余地，因此取为 10.625m。 hmd10hmd11间距取 10.625m。 2 hmd11vsb 立辊间距取 2.67m，因为 vsb 前面有侧导板。hmd10vsb 立辊间距取 3 10.625+2.67=13.295m。 9.2.2 粗轧机组各架间距 vsb 到 r1 的距离 hmd20到 r1 的距离必须大于 10 米，因为坯料的最大长度是 10 米，还应该考虑 vsb 使坯料产生的延伸，所以取为 12.69 米。vsb 到 hmd20之间的距离取为 3.425 米，所以 vsb 到 r1 的间距为 12.69+3.425=16.115m。 r1r2 的间距 根据 r3、r4 的工作情况而定。因为，只要 r3、r4 其中一机发生故障，则会把发 武汉科技大学本科毕业设计 年产 400 万吨热连轧带钢车间工艺设计 64 生故障轧机的压下任务交给 r2 完成。而且 r2 为可逆式轧机，前后的间距都要长一些。 另外还要为 5 个热金属探测器留有余地。因此，这个间距取值为 43.065 米。 r2r3 的间距 用同样的方法可以确定这个间距为 72.9 米。 r3、r4 连轧机的间距 主要考虑维修和安装方便，取 9.8 米。 9.2.3 中间辊道的长度 这个间距由粗轧出来的轧件长度决定，但是还要考虑检测仪表的安装。所以这个 长度取为 127320 毫米。 9.2.4 csf1 的距离 主要考虑热金属检测器和破鳞箱的安装，取 9.355 米。 9.2.5 精轧机组各机架的间距 主要考虑连轧活套的安装和水管的安装，取 5.5 米。 9.2.6 f7 到卷取机的距离 因为带钢速度快，要在几秒内把温度降低到所要求的卷取温度，而且还要考虑到 测厚仪、测宽仪、测温仪和热金属检测器的安装，所以这一段长度取为 138785 毫米。 9.3 厂房建筑面积 表 9.2 厂房建筑面积 跨间间