年产120万吨冷轧薄板车间设计毕业论文.doc

年产年产 120 万吨冷轧薄板车间设计毕业论文万吨冷轧薄板车间设计毕业论文 目 录 摘要 I ABSTRACT II 目 录 III 1 文献综述 1 1 1 冷轧发展史 1 1 2 国内外冷轧进展 3 1 3 冷轧设备种类和特点 4 1 4 冷轧发展方向 4 2 建厂依据和产品大纲 7 2 1 建厂依据 7 2 2 制定产品大纲 7 3 轧钢机类型和布置形式比较选择 10 3 1 连轧机形式选择 10 3 2 轧机选择 11 3 2 1 CVC 轧机 11 3 2 2 HC 轧机 12 3 2 3 VC 轧机 13 3 2 4 轧机选择 15 4 压下规程设计 19 4 1 确定压下规程 19 4 1 1 压下规程制定 19 4 1 2 各轧机压下量分配 20 4 2 确定轧机速度制度 22 4 2 1 轧制速度确定 22 4 2 2 轧辊转速确定 23 4 2 3 加速度选择 24 5 力能参数计算及空载辊缝设定 26 5 1 轧制压力计算 26 5 2 轧制力矩确定 33 5 2 1 轧制力矩确定 33 5 2 2 摩擦力矩确定 33 5 2 3 空转力矩确定 34 5 3 各机架空载辊缝值设定 34 6 电机能力验算 38 7 轧辊强度校核 41 7 1 综述 41 7 2 确定工作辊和支撑辊的各个重要尺寸 43 7 3 轧辊强度校核 44 8 年产量计算 50 8 1 轧机小时产量 50 8 2 轧机平均小时产量 53 8 3 轧机年产量计算 54 9 辊型设计 56 9 1 辊型设计概述 56 9 2 轧辊辊型设计 57 9 3 凸度计算 60 10 金属及其它消耗 63 10 1 金属消耗 63 10 2 其它消耗 64 10 2 1 燃料消耗 64 10 2 2 电能消耗 64 10 2 3 轧辊消耗 64 10 2 4 水消耗 65 10 2 5 蒸汽消耗 66 10 2 6 氧气消耗 66 10 2 7 压缩空气消耗 66 10 2 8 润滑油消耗 66 11 辅助设备的选择 67 11 1 开卷机 67 11 2 连续酸洗机组 67 11 2 1 酸洗机组选型 67 11 2 2 酸洗液选取 68 11 3 卷取机 69 11 4 4 飞剪 70 11 4 1 飞剪基本要求 70 11 4 2 飞剪基本形式 71 11 4 3 飞剪选择 71 11 5 剪切机 71 11 5 1 剪切机基本形式 71 11 5 2 剪切机的选择 73 11 6 张力矫正机 73 11 6 1 张力矫正机的类型 73 11 6 2 连续张力矫正机 74 11 6 3 连续拉弯矫正机 74 11 7 运输机 75 11 7 1 横向运输机 75 11 7 2 链式运输机 75 11 7 3 步进梁运输机 75 11 7 4 钢卷运输车 76 11 8 退火炉 76 11 9 镀锌 78 11 10 彩涂生产线 80 12 车间平面布置 83 12 1 概述 83 12 1 1 平面布置原则 83 12 1 2 金属流程线的确定 83 12 2 车间布置形式 84 12 2 1 车间布置形式的分类 84 12 2 2 几种典型平面布置实例 84 12 3 冷轧板带生产车间组成 84 12 4 设备间距的确定 85 总结 86 参考文献 87 致 谢 88 1 文献综述 目前 我国国民经济飞速发展 取得了令人瞩目的成就 市场对冷轧钢板 产品的需求很大 国外许多大钢铁企业花费巨资新建冷轧带钢厂 不断扩大品 种范围 1 1 冷轧发展史 国外的冷轧发展很早 始于 19 世纪中叶的德国 到上世纪四 五十年代发 展到了冷连轧阶段 我国发展较晚 开始于 1960 年 首先建立了 1700mm 单机 可逆式冷轧机 以后陆续投产了 1200mm 单机可逆式冷轧机 MKWl400mm 偏 八辊轧机 1150mm 二十辊冷轧机和 1250mmHC 单机可逆式冷轧机等 70 年代 投产了我国第一套 1700mm 连续式五机架冷轧机 1988 年建成了 2030mm 五机 架全连续冷轧机 近年来我国各地新建和筹建的百万吨级冷轧厂很多 生产设 备技木水平已由只能生产低碳薄板而发展到能生产高碳钢 合金钢 高合金钢 不锈耐热冷轧薄板 镀锌板 涂层钢板 塑料复合薄板和硅钢片等 1978 年以前 我国冷轧板带生产技术比较薄弱 仅鞍钢和太钢有几台单 机架可逆轧机可以生产宽带钢 轧机不仅效率低 装备水平也差 产量无法满足国 民经济发展的需求 质量也无法与世界先进水平相抗衡 1978 年初 从原西德等 国成套引进的 1700mm 冷轧设备 同时引进了一些专利技术 在武钢成功投产 该机组可年产 75 万吨冷轧薄板 15 万吨镀锌板卷 10 万吨镀锡板卷 这套适 用于冷轧工艺全过程的先进设备 无论从机械制造 电气传动 自动控制系统以 及计算机 仪表 检测元件等都汇集了当时世界上的先进技术 从此 我国冷轧 生产技术跨入了一个历史性飞跃发展的新时代 钢的冷轧始于德国 当时只能生产宽 20 25mm 的冷轧带钢 美国与 1859 年制造建成了 25mm 冷轧机 1887 年生产出宽 150mm 的低碳钢 宽的冷轧薄 板是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的 美国早在 1920 年第一次成功的轧制 出宽带钢 并很快由单机不可逆轧制跨入单机可逆式轧制 1926 年阿姆柯公司 巴特勒工厂建成四机架冷连轧机 日本 1938 年在东洋钢板松下工厂安装了第一台可逆式冷轧机 1940 年在 新日铁建立了第一套四机架 1420 冷连轧机 1951 年苏联建设了一套 2030 全连 续五机架冷连轧机 年产 250 万吨 我国冷轧宽带刚的生产开始于 1960 年 首先建立了 1700mm 单机架可逆式 冷轧机 以后陆续投产 1200mm 单机架可逆式冷轧机 MKW1400mm 偏八辊轧 机 1150mm 二十辊冷轧机和 1250mmHC 单机可逆式冷轧机等 20 世纪 70 年 代投产了我国第一套 1700mm 连续式五机架冷轧机 1998 年建成了 2030mm 五 机架全连续冷轧机 现在我国投入生产的宽带钢轧机有 35 套 窄带钢轧机有 1000 套 在这 40 多年中 我国冷轧薄板生产能力增加了 40 多倍 到 2000 年 我国薄钢板的产量已达到 1900 多万吨 生产装备技术水平已由只能生产低碳薄 板到能生产高碳钢 合金钢 高合金钢 不锈耐热冷轧薄板 镀锌板 涂层钢 板 塑料复合薄板和硅钢片等 冷轧薄板发展如此迅速的的主要原因是 钢材热轧过程中的温降和温度分布不均匀给生产带来了难题 特别是在轧 制厚度小而长度大的薄板带产品时 冷却上的差异引起的轧件首尾温差往往带 使产品尺寸超出公差范围 性能出现显著差异 当厚度小到一定时 轧件在轧 制过程中温降剧烈 以致根本不可能在轧制周期之内保持热轧所需的温度 目前热轧工艺技术水平尚不能使钢带表面在热轧过程中不被氧化 也不能 完全避免由氧化铁皮造成的表面质量不量热轧不适于生产表面光洁程度要求较 高的板带钢产品 冷轧钢板性能好 品种多 用途广 通过一定的冷轧变形程度与冷轧后热 处理恰当配合 可以在比较广的范围内满足用户的要求 1 2 国内外冷轧进展 以下是国内在建的和拟建的百万吨极冷轧生产线及产品 可作为设计的参 考 在这里也简单介绍一下 武钢 武钢股份投资 83 7 亿元建的 2130mm 冷轧机组 年产量 215 万吨 产品厚度 0 2 0 5mm 最大宽度 2080mm 最大强度 800MPa 其产品用于以轿 车板和家电板为代表的覆盖面极广的高档冷轧产品 鞍钢 继 1780mm 冷轧机组投产后 鞍钢为配合新建的 2150mm 的热连轧 机组 新建 1500 mm 冷连轧和 2130 mm 冷连轧 首钢 首钢股份总投资 54 2 亿元的冷轧薄板生产项目年产量可达 150 万吨 目标是汽车板和奥运项目 唐钢 唐钢冷连轧生产线用于与现存的酸洗线联机 酸洗线与一套 5 机架 冷连轧生产线联机能够生产出下游生产线所要求的产品 镀锌线以及其他的生 产线 在 5 架冷连轧机中 1 4 架轧机为 4 辊预留 Smartcrown 轧机 第 5 架 轧机为 6 辊 Smartcrown 轧机 生产钢种 CQ 50 DQ 40 HSLA 10 生 产宽度为 820 1650mm 厚为 0 3 2 0mm 的产品 德国 当时只能生产宽 20 25mm 的冷轧带钢 美国与 1859 年制造建成了 25mm 冷轧机 1887 年生产出宽 150mm 的低碳钢 美国早在 1920 年第一次成 功的轧制出宽带钢 并很快由单机不可逆轧制跨入单机可逆式轧制 1926 年阿 姆柯公司巴特勒工厂建成四机架冷连轧机 日本 1938 年在东洋钢板松下工厂安装了第一台可逆式冷轧机 1940 年在 新日铁建立了第一套四机架 1420 冷连轧机 1951 年苏联建设了一套 2030 全连 续五机架冷连轧机 年产 250 万吨 1 3 冷轧设备种类和特点 本次设计的轧机主要有 CVC 轧机和 HC 轧机 CVC 轧机是在 HCW 轧机的基础上研制成功的 CVC 辊和弯辊装置配合使 用可调辊缝达 600 微米 CVC 精轧机组的配置一般是 前几个机架采用 CVC 辊主要控制凸度 后几个机架采用 CVC 辊主要控制平直度 CVC 轧机板凸度 控制能力强 轧机结构简单 易改造 能实现自由轧制 操作方便 投资较少 HC 轧机的主要特点 具有大的刚度稳定性和很好的控制性同时可以显著 提高带钢的平直度 可以减少板 带钢边部变薄及裂边部分的宽度 减少切边 损失 退火方式主要有罩式退火和连续退火 罩式退火加热时间长 适用于深冲钢 但各部位的加热和冷却过程不同 带卷内部的组织性能有可能产生差异 采用全氢成分 改进循环系统和水冷措 施以及换热方式后 极大地提高了导热系数 缩短了加热时间 减少了带卷内 外温差 节约了能源 也提高了产品的质量 但生产高强度钢 表面质量高的 品种受到限制 连续退火工艺克服了分批退火生产周期长 占地大 人力多的 不足 以其产量大 效率高 生产稳定得到了飞速发展 连续退火机组可以将 表面清洗 退火 平整 分卷剪切等工序集于一身 产品沿纵向长度的力学性 能更加一致 更加均匀 质量好 板形平直 金属收得率高 使生产周期从一周 缩短至 1 2 天 尤其是与炼钢技术的结合 可以经济地生产出不同强度级别和 深冲等级 表面质量要求的带钢 几乎能满足各行业的要求 1 4 冷轧发展方向 我国作为发展中国家 冷轧板带的生产必须加快发展 才能满足经济建设 的需要 冷轧生产技术正向大型化 集成化 高速化方向发展 而且在进一步 地提高自动化和连续化水平 产量和生产率都有显著的提高 产品质量更趋完 美 1 热轧生产技术的完善 使得某些薄规格热轧产品正在替代同规格的冷轧 产品 薄带钢连铸的产业化将会为冷轧原料提供新的来源 高品质的冷轧成品 尤其要注重前工序的生产 要有纯净度高 品质优良 性能均匀的原板才能轧 出优质的冷轧产品 2 新型高效的全自动焊机 大张力拉伸矫直机 故障率低的活套 带快速 回转刀头的圆盘剪 先进的自动补酸系统 是现代化大型酸洗机组的成熟实例 3 酸洗 轧机联合机组将取代其他机型 成为冷轧机中的主力军 对于特殊 钢 高强钢和极薄带 可逆轧机 尤其是双机架可逆轧机 辅以现代化的控制手 段仍将扮演不可替代的角色 4 全氢罩式退火和连续退火机组将优势互补 平分秋色 5 涂镀层产品更注重专业化生产 注重清洁和环保 注重降低能耗 注重 开发综合性能优良的新品种 6 全数字化的交流变频传动技术将取代其他形式 使得控制过程更快速 更准确 新型激光测速仪和各种厚度 板形及平整度测量仪的应用 可使轧制 成品的厚度精度达到 1 以下 平整度小于 1 7 要鼓励合资 合作引进资金 技术和管理 缩小和国外先进产品的差距 要坚持专业化生产 培养和创造自己的独特产品 要注重发展速度和产品结构 质量 效益的统一 不能犹豫徘徊 也不能盲目冒进 一定要注重资源 环境 市场 技术 人才的有机统一 近年来 随着社会的发展和科学技术的进步 用户对冷轧高质量 高附加 值 高技术难度的带钢产品的需求量显著增加 对钢铁产品质量 品种 性能 的要求越来越高 钢铁领域的竞争 已从过去的价格为主转向以产品品质 服 务为主 企业的技术水平 产品品种质量和延伸服务将成为竞争力强弱的决定 因素 同时随着市场竞争的加剧 各冷轧带钢厂为了在市场竞争中居于有利地 位 也迫切需要提高生产技术水平 减少原材料和能量消耗 改善经营管理 增强竞争能力 1 钢铁产品结构调整的一个主要方向是大力提高冷轧薄板的生产能力 在统 一规划指导下 建设冷轧宽带钢机组 改造和新建的冷轧机组 轧制性能好 品种多 用途广的高质量板材 特别生产汽车板 镀锌板 彩涂板 在今后的 几年里 国内轻工 机械 建筑 造船 交通等各钢材使用较多的行业对钢材 的价格 性能 质量 服务等提出了更高的要求 产品必须多品种 多规格 全系列提高产品附加值 降低运输优势在竞争中所占的比重 开拓市场 迎接 市场的挑战 2 建厂依据和产品大纲 2 1 建厂依据 冷轧板带有极广阔的用途 如造船 航空及火箭 精密仪表 工业厂房 家用电器 食品罐头等以及一些耐久制品都需要大量的冷轧板带 同时 随着人民生活水平及物质需求的提高 钢材市场的需求结构发生了 巨大变化 特别是冷轧和镀涂层深加工产品的生产能力 品种质量与市场需求 差距甚大 矛盾突出 一方面 国产冷轧产品的市场占有率低 另一方面 冷 轧带钢品种规格不全 高强度 高附加值产品虽已部分试制成功 但产量低 还不能完全满足国内用户需求 此外 产品质量不能满足用户高精度要求 可 见 建一座年产量高质量好的冷轧厂是有市场基础的 2 2 制定产品大纲 本设计任务是年产 120 万吨冷轧薄板 设计之前首先制定产品大纲 产品 大纲是设计任务书中的主要内容之一 是进行车间设计时制订产品生产工艺过 程确定轧机组成和选择各项设备的主要依据 产品大纲的编制原则 1 满足国民经济特别需要 根据市场信息解决某些短缺产品的供应和优先 保证国民经济重要部门对钢材的需要 2 考虑各类产品的平衡 尤其是地区之间产品的平衡 要正确处理长远与 当前 局部与整体的关系 做到供求适应 品种平衡 产销对路 考虑轧机生 产能力的充分利用和建厂地区产品的合理分工 3 考虑建厂地区资源的供应条件 物资和材料运输的情况 4 要适应对外开放 对内搞活的经济形势 力争做到产品结构和产品标准 的现代化 本设计综合考虑以上各点 唐钢采用厚坯料的第二热轧带卷厂的投产可以 提供强度 240MPa 的合格原料 厂址选在唐钢内部 产品面向全国和世界各国 产品大纲如下 1 产量及钢种 120 万吨 年 本设计主要以一期为例进行详细叙述 其中超低碳钢占 10 Q215A 占 80 低合金结构钢占 10 2 规格 原料 热带卷 规格 带钢厚度 2 0mm 6 0mm 带钢宽度 820 1300 钢卷内径 610mm 钢卷外径 最大 2150mm 钢卷重量 最大 30t 单位质量 23kg mm 抗张强度 28 42kg mm2 含碳量 0 0 12 年用量 140 万 t 3 钢种及其比例 表表 2 1 钢种及其比例钢种及其比例 钢种C 含量比例钢号 超低碳钢0 010 C 0 010 EN Fe P01 P03 低碳钢0 034 C 0 07580 AISI 1005 低合金结构钢0 15 C 0 2810 ASTM A588 4 产品规格详细分类 表表 2 2 产品规格产品规格 宽 度 mm 年产量 厚 度 mm 550 650 650 750 750 850 850 950 950 1150 1150 1250 1250 1350 1350 总计产 量 t 比例 0 3 0 51 03 01 51 0 48000040 0 5 0 74 012 014 013 011 0 12000010 0 7 1 0 3 03 54 04 04 02 01 024000020 1 0 1 5 1 02 02 02 02 02 01 021600018 1 5 2 0 1 01 01 01 01 01 0 14400012 比例 5202221187521200000100 5 产品执行标准 产品质量标准执行 GB DIN JIS API 6 产品生产及用途 本设计中 一期以生产镀锌薄板为主 如汽车制造 拖拉机制造 电气产品 机车车辆 以彩涂板为辅 如民用建筑 预留一条生产线空间 可添加生产线 用来生产比如镀锡 镀铝产品等 3 轧钢机类型和布置形式比较选择 轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备 代表着车间的技术水平 是区别 于其他车间类型的关键 因此 轧钢车间主要设备选择就是指轧机的选择 轧 机选择的是否合理对车间生产具有非常重要的影响 轧机选择的主要依据是车间生产的钢材的钢种 产品品种和规格 生产规 模的大小以及由此而确定的产品生产工艺过程 对轧钢车间工艺设计而言 轧 钢机选择的主要内容是 确定轧钢机的结构形式 确定其主要技术参数 选用 轧机的架数以及布置方式 在选择轧钢机时一般要考虑下列各项原则 1 在满足产品方案的前提下 使轧机布置合理 既要满足当前生产又要考 虑未来的生产发展 2 有较高的生产效率和设备利用系数 3 能获得质量良好产品的同时还要尽可能多地轧制多品种 4 有利于轧机机械化 自动化的实现 有助于改善劳动条件 5 轧机结构型式先进合理 操作简单 维修方便 6 有良好的综合技术经济指标 3 1 连轧机形式选择 现在大批量的低碳与结构冷轧带钢和镀涂加工用钢都是由四辊式冷连轧机 生产的 轧制厚度较大时采用四机架连轧 轧制厚度较薄时采用五机架或六机 架连轧机 表 3 1 列出常规连轧机的参数 表表 3 1 常规连轧机参数常规连轧机参数 轧机形 式 规格 mm产品厚度 mm 轧制速 度 m s 卷重 t工作棍直 径 mm 电动机容量 kw 四机座1700 25000 25 0 3020 2530 35500 60033600 五机座1700 21850 18 3 225 3040 60485 66046700 六机座1200 14500 08 1 030 4035 4061032500 而其中五机架连轧机是典型的高效率冷轧机 其生产品种 规格的范围较宽 可扎厚度为 0 18 3 5mm 宽度可达 2000mm 的带钢 可以生产四机架和六机架 的产品 因此五机架连轧机是一种应用最为广泛的连轧机 在各中全连续冷轧 生产获得了广泛的应用 而六机架连轧机是轧制小于 0 1mm 镀锡板的专业轧机 由于轧薄时速度难以提高和产品力学性能不如二次冷轧的好 因此这类轧机未 能得到很好的发展 本设计采用五机架连轧机组 3 2 轧机选择 当今新型热带轧机主要有 CVC 轧机 HC 轧机 VC 轧机 PC 轧机等 3 2 1 CVC 轧机 1 平辊缝 2 中凸辊缝 3 中凹辊缝 图 3 1 CVC 轧机原理图 CVC 轧机是 SMS 公司在 HCW 轧机的基础上于 1982 年研制成功的 近年 来广为采用的 CVC 轧机是德国技术和其他国家专利的结合物 它被世界各国认 为是一个能对辊型进行连续调整的理想设备 CVC 辊和弯辊装置配合使用 可 调辊缝达 600 微米 CVC 精轧机组的配置一般是 前几个机架采用 CVC 辊主 要控制凸度 后几个机架采用 CVC 辊主要控制平直度 CVC 的基本原理是 将工作辊辊身沿轴线方向一半削成凸辊型 另一半削 成凹辊型 整个辊身成 S 型或花瓶式轧辊 并将上下工作辊对称布置 通过轴 向对称分别移动上下工作辊 以改变所组成的孔型 从而控制带钢的横断面形 状而达到所要求的板形 调节带钢凸度的原理图如下图 3 2 图 3 2 CVC 轧机凸度的调整 CVC 轧机有很多优点 板凸度控制能力强 轧机结构简单 易改造 能实 现自由轧制 操作方便 投资较少 2 CVC 轧机的缺点 轧辊形状复杂 特殊 磨削要求精度高 而且困难 必 须配备专门的磨床 无边部减薄功能 带钢易出现蛇形现象 此外随着轧辊窜 动 热辊型及磨损辊型亦将窜动 3 2 2 HC 轧机 HC 轧机为高性能板形控制轧机的简称 是日立公司研究的一种新型六辊 轧机 它是在普通四辊轧机的基础上增加两个可转向移动的中间辊其出发点是 为了改善或消除四辊轧机中工作辊和支撑辊之间有害的接触部分 HC 轧机利 用轧辊轴向传动装置 就能适应带钢宽度变化的要求 使辊身接触长度作相应 的改变 HC 轧机的主要特点 具有大的刚度稳定性和很好的控制性同时可以 显著提高带钢的平直度 可以减少板 带钢边部变薄及裂边部分的宽度 减少 切边损失 3 2 3 VC 轧机 VC 轧机是一种新型的四辊轧机 它的支撑辊凸度可根据板形需要加以改 变 图 3 3 为这种凸度可变的支撑辊 也称为 VC 轧辊 的结构简图 3 3 支撑辊 由外套筒 2 和芯轴 1 组成 芯轴与外套筒之间有一液压腔 3 外套筒 2 与芯轴 l 是热装在一起的 高压油 最高油压为 50MPa 由液压站 5 通过高速旋转接头 4 和芯轴内油孔 6 进入液压腔 3 中 只要改变高压油的压力 就可改变轧辊凸度 使其能抵消由轧制压力引起的弹性弯曲变形 获得较好的板形 1 支撑辊 2 中间辊 3 下工作辊 4 工作辊弯辊装置 5 工作辊弯辊装置 图 3 3 HC 轧机 VC 轧辊的主要优点是 VC 轧机的凸度控制能力比液压弯辊的四辊轧机大 VC 轧辊与液压弯辊配合使用时 不仅可以调整边浪和中间浪的不良板形 也 可调整较复杂的复合浪的板形缺陷 由于 VC 轧辊采用了压力较高的液压系统 给设计制造带来一定的难度 近年来 有人在轧辊芯轴内设置增压腔 以便能采用压力较低的液压系统 利 于高速旋转接头的工作 图 3 4 VC 轧辊结构简图 以上介绍了一些典型的宽厚板轧机的机型和技术 目前生产中使用最多的是六辊式 HC 轧机和四辊式的 CVC 轧机 HC 轧机与 CVC 轧机的比较见表 3 2 表表 3 2 HC 轧机与轧机与 CVC 轧机比较轧机比较 CVC 技术HC 技术 原 理 结 构 工作辊轴向移动工作用 S 辊型形成压下差 控制板长度和板形 工作辊液压弯辊 轧 辊移动量小 应用于四辊轧机 改造工作 量小 中间滚轴移造成辊间压扁差控制板长度 和板形 工作辊 中间辊液压弯辊 轧 辊移动量大 应用于六辊轧机 改造工 作量大 表表 3 2 续续 HC 轧机与轧机与 CVC 轧机比较轧机比较 CVC 技术HC 技术 效 果 板凸度控制 好 边部减薄 差 波浪控制 边波与中波 好 复合波 差 受热长度和磨损影响 大 受轧制力波动影响 大 板凸度控制 好 波浪控制 边波与中波 好 复合波 好 受热长度和磨损影响 小 受轧制力波动影响 无 轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备 为了实现压下量较大的控制轧制 现代冷轧带钢车间都选择轧制力大的轧钢机架和轧辊设备 冷连轧板带轧机主 要是趋向于 HC 六辊轧机与 CVC 四辊轧机这两种板型控制技术的联合布置 3 2 4 轧机选择 选择的主要依据是 车间生产的钢材的钢种 产品品种和规格 生产规模 大小以及由此而确定产品生产工艺过程 对轧钢车间工艺设计而言 轧钢机选 择的主要内容是 确定轧钢机的结构形式 确定其主要技术参数 选择轧机的 架数以及布置方式 3 本次设计经过综合对比和实际考虑并结合设计目的和产 品大纲要求 主要从控制板型 板凸度 平直度等 方面考虑 选用以下设备 四辊轧机 4 架 驱动主要由调速电机 减速机 齿轮机座及轧机接轴构 成 电液伺服阀控制液压缸 用于辊缝调整 四列圆锥辊子轴承安装在工作辊 轴颈 并安装在轴承座 工作辊平衡由液压缸控制 带静压油膜轴承安装在支 承辊轴颈上 用于低速轧制 上支承辊磨损补偿量 由安装在上支承辊上部垫 片调整 进出口导辊安装 用于板坯传送时输送平稳 轧机进出口上下安装了 刮水板及导卫 工艺润滑油喷头安装在进出口上下刮水板上 上刮水板有气缸 控制 以保证与工作辊的连续接触 下刮水板与导辊轴承座连接 靠液压力与 下工作辊接触 其主要技术参数见表 3 3 表 3 4 表表 3 3 CVC 轧机技术参数轧机技术参数 类型CVC 四辊轧机 工作辊尺寸 525 1700 毫米 支承辊尺寸 1450 1500 毫米 每侧最大弯辊力80 吨 工作辊窜动行程 100mm 最大轧制压力2500 吨 轧制速度571 1200m min 辊缝调节液压 AGC 工作辊换辊时间 max 10 分钟 支承辊换辊液压 抽出式 主电机功率4250kwAC 电机转速750 主电机额定力矩2 4 5MN m 牌坊重量约 420t HC 轧机 1 架 是一种高性能板型控制轧机 实际上是在四辊轧机的基础 上在工作辊与支撑辊之间加入一个辊端带锥度的中间辊并作横向移动的六辊轧 机 此轧机工作是可以通过调节中间辊横向移动量来改变轧辊接触长度 即改 变其压力分布规律以此消除轧制力变化对横向厚度差影响 使 HC 轧机具有较 大横向刚性 中间辊一侧有锥度 横移时能消除带宽外侧滚面有害接触段 HC 轧机有液压弯辊装置 配合中间辊横向移动就扩大板型调节能力 表表 3 4 HC 轧机技术参数轧机技术参数 类型HC 六辊轧机 工作辊尺寸 485 1700 毫米 中间辊尺寸 580 1500 毫米 支承辊尺寸 1400 1500 毫米 每侧最大工作弯辊力 80 吨 每侧最大中间弯辊力 70 吨 工作辊窜动行程 100mm 中间作辊窜动行程 215mm 最大轧制压力2500 吨 轧制速度714 1500m min 辊缝调节液压 AGC 工作辊换辊时间 max 40 分钟 支承辊换辊液压 抽出式 主电机功率6500kwAC 电机转速1000rpm 主电机额定力矩2 2 6MN m 牌坊重量约 420t 其中 本设计的五机架连轧机组中 前四架采用 CVC 四辊轧机 后一架采 用 HC 六辊轧机 4 压下规程设计 4 1 确定压下规程 压下规程是轧制制度 规程 最基本的核心内容 直接关系着轧机的产量 和产品的质量 压下规程的主要内容包括 原料卷尺寸选择 各轧机压下量分 配及速度制度选择 轧机机组压下量分配及速度制度确定 各道力能参数计算 及设备能力校核 4 1 1 压下规程制定 制定压下规程的方法很多 一般可概括为理论方法和经验方法两大类 理 论方法就是从充分满足制定轧制规程的原则 即 1 在设备能力允许的条件下尽 量提高产量 2 在保证操作稳便的条件下提高质量 出发 按预设的条件通过 理论数学模型计算或图表方法 以求最佳的轧制规程 所谓的经验的方法是生 产中往往参照现有类似轧机行之有效的实际压下规程 亦即根据经验资料进行 压下分配及校核计算 本设计即采用经验方法制定压下规程 制定压下规程的方法和步骤为 1 在咬入能力允许的条件下 按经验分配各道次压下量 2 制定速度制度 计算轧制时间并确定逐道次轧制温度 3 计算轧制压力 轧制力矩及总传动力矩 4 校验轧辊等部件的强度和电机功率 5 按制定规程的原则和要求进行必要的修正和改正 原料尺寸 薄带钢冷连轧为了提高产量和成品率 现在多采用无头轧制 原料卷厚度 为 1 5 6mm 原料卷宽度取决于产品规格 本次设计典型产品的原料为 原料板厚为 3mm 板宽为 1300mm 的热轧卷 4 1 2 各轧机压下量分配 薄板冷连轧机组总变形量及各道压下量 应根据原料卷厚度 产品质量 轧机架数 轧制速度及产品厚度等合理确定 薄板冷连轧机组压下量分配应遵 守以下基本原则 1 由于在冷轧轧制时 轧件温度接近常温 金属塑性低 以及伴有轧件的 加工硬化现象 所以应合理分配各机架的压下量 以使各架轧机的负荷趋于平 均 2 为提高连轧机组的小时产量 应提高连轧速度 以缩短轧制时间 减小 轧制节奏来提高产量 3 为简化连轧机组的调整 连轧机组轧出的厚度范围应尽可能小 并且不 同厚度的数目也应尽可能减少 精轧机组的主要任务是在 5 架连轧机上将原料卷轧制成冷板 带 卷 尺 寸符合要求的成品带钢 并需保证带钢的表面质量和机械性能 拟定连轧压下 规程就是合理分配各架的压下量及确定各架的轧制速度 4 五机架连轧机组分配各架压下量的原则一般是压下量逐道次降低 其原因 有二 1 随着轧制的进行轧件有加工硬化的现象 这使轧制力逐道次升高 同时 轧制速度的增加也使轧制力升高 这两者的叠加作用将使轧制力迅速的增大 所以 为了降低后机架的轧制力 应使压下量逐道次降低 并且还要加大连轧 张力以降低轧件的变形抗力 而使轧制力趋于平均 2 为了保证板形 厚度精度及表面质量 压下量逐渐减小 同时还要降低 连轧张力 依据以上原则逐架压下量的分配规律是 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 而使压下量略小于设备允许的最 大压下量 中间几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较小 冷轧的累积压下率 原料至成品 总压下量一般占板坯全部压下量的 60 90 本设计的各机架压下量的具体分配是依据武钢现场经验资料采用 5 机架连 轧机 结合具体设备 操作条件依据压下量分配系数分配各架压下量如下表 4 1 表表 4 1 各道次压下量各道次压下量 入口厚度 H mm出口厚度 h mm压下量 h mm 压下率 13 002 250 7525 22 251 550 7031 11 31 551 070 4830 97 41 070 870 2018 69 50 870 80 078 05 冷轧钢板时咬入角一般为 4 由公式 4 1 cos1 max Dh 得 4 2 1arccos D h 参 数 道 次 表表 4 2 各道次咬入角各道次咬入角 12345 3 19 3 08 2 55 1 65 0 97 再根据 4 3 2 1 2f 表表 4 3 各道次中性角各道次中性角 12345 0 0260 0250 0210 0140 008 根据 Sh 4 4 1 2 2 h D 表表 4 4 各道次前滑值各道次前滑值 12345 Sh0 07250 09750 09970 05450 0194 4 2 确定轧机速度制度 4 2 1 轧制速度确定 制定轧机速度制度包括 确定末架的穿带速度和最大轧制速度 计算各架 速度及调速范围 选择加减速度以及带钢过焊缝时的速度等 连轧机组末架的 轧制速度决定着轧机的产量和技术水平 确定末架轧制速度时 应考虑保证各 道 次 咬入 角 道 次 中 性 角 道 次 前 滑 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 一般冷轧带 钢为提高轧机产量而用高的轧制速度 轧制宽大及钢质硬的带钢时 应采用低 的轧制速度 本次设计依据设备 产品及参考同类车间设定第五机架的轧制速 度为 25m s 本设计设定第五架轧机的穿带速度为 5m s 带钢厚度小 其穿带速度可高 些 其它各架轧制速度的确定 当连轧机组末架轧机轧制速度确定后 根据连轧条件 秒流量相等的原 则 根据各架轧出厚度和前滑求出各架轧制速度 带钢的宽展和前 后滑忽略 不计 即 h1v1 h2v2 hnvn C 4 5 速度的计算 已预设末架出口轧制速度为 V 25m s 由经验向前依次减小以保持微张力轧 制 依据秒流量相等有 sm H hV V h 7 6 3 258 0 0 66 1 表表 4 5 轧件出口速度轧件出口速度 12345 Vh m s 8 8912 9018 6922 9925 4 2 2 轧辊转速确定 由 4 6 100 V VVh Sh 表表 4 6 轧辊速度轧辊速度 道次12345 V m s 8 2911 751721 8024 52 由公式 4 7 D Vi ngi 60 求得各道次轧辊转速分别为 表表 4 7 轧辊转速轧辊转速 道次12345 r min gi n 320 27508 26736 39905 81945 6 由轧辊转速及电机转速可求传动比 4 8 gi d n n i 表表 4 8 传动比传动比 道次12345 n r min d 10001000100010001000 i2 8551 9681 3581 1041 058 4 2 3 加速度选择 近代带钢冷连轧机精轧一般采用一级加速和一级减速轧制方式 即带钢在 连轧机以恒速运转下进行穿带 并在卷取机实现稳定卷取后开始进行加速 直 至轧机转速达到稳定轧制阶段最大转速时加速结束 5 第一级加速度数值较高 称为功率加速度 又称产量加速度 其目的是迅 速提高轧制速度 是设备尽快接近满负荷运转 以求的最高产量 确定加速度 的数值 应考虑到主电机的功率 带钢长度 板形 带钢厚度变化 冷却水的 控制及卷取温度等因素的影响 仅就轧机本身而言 一级加速度可达 1 2 m s 本设计采用加减速的加速度绝对值相等的设计方法 并参照武钢经验取 2 一级加 减速度为 1 5m s 2 5 力能参数计算及空载辊缝设定 5 1 轧制压力计算 对于冷轧薄板 其轧制力的计算采用斯通公式计算 因为斯通公式把轧制 看成平行板间的镦粗 因此得出单位压力微分方程式 h td x xx dx 2 图5 1 作用在斯通理论微分体上的作用力 冷轧薄板时其表面摩擦规律按全滑动来考虑 即 并采用近似塑 p t x x f 性条件 则上式变成如下形式 K x x p hp dp x x x fdx2 将上式积分 则得斯通单位压力公式 在后滑区 e q p l x m x K K 2 1 0 1 在前滑区 e q p l x m x K K 2 1 0 1 式中 h fl m 2 Hh h 5 1 2 Rhl f 为乳化液的摩擦系数 0 05 表表 5 1 各道次的相关参数各道次的相关参数 12345 l mm13 4913 0310 796 974 12 mm h 2 631 901 310 970 835 m0 260 340 410 360 25 冷轧时温度和变形速度对金属变形抗力的影响不大 因此和可近似的 nTnu 取 1 只有变形程度才是影响变形抗力的主要因素 由变形区内各断面处变形 程度不等 因此 若取为常量 通常根据加工硬化曲线去本道次平均变形量 s 所对应的变形抗力值 6 平均变形量可按下式计算 5 2 10 6 04 0 式中 本道次轧前的预变形量 0HHH 0100 本道次轧后的总变形量 1HH h 001 冷轧前轧件厚度 H0 H 本道次轧前轧件的厚度 H 本道次轧后轧件的厚度 道 次 参 数 表表 5 2 各道次各道次值值 道次变形程度 0 变形程度 1 平均变形程度 10 025 015 0 22548 339 0 348 364 357 9 464 371 068 3 571 073 372 4 冷轧时金属实际变形抗力的确定 s 由于加工硬化使得轧件的变形抗力逐道次升高 对加工硬化曲线进行线性 拟合得 5 3 MPa ipi 270640 表表 5 3 各道次变形抗力各道次变形抗力 道次 平均变形程度 变形抗力 MPa s s K 15 1 115 0366 0420 9 239 0519 6597 5 357 9640 6736 7 468 3707 3813 4 572 4733 2843 2 平均单位压力 5 4 m Qp e m 1 15 1 2 0 式中为平均单位张力 现仅以第一架轧机为例 Q 张应力的设定 hi q 100MPa 120 MPa 130 MPa 140 MPa 开卷机张应力为 1 MPa 卷曲机 张应力为 30 MPa 表表 5 4 张力张力 13 49mm 2 hRl h fl 26 0 63 2 49 13 05 0 0 068 2 h fl 计算图中第二个参数 hRQcf 15 1 2 2 0 1 8 2 E R c 0027 0 2 210000 14 3 485 3 0 3 01 8 5 50 9 42015 1 Q s a MP 4 370 道次 前平均单位张力 MPa Q1 后平均单位张力 MPa Q0 平均单位张力 MPa Q 110010050 5 2100120110 3120130125 4130140135 514030100 按上式可做下图 下图中左边标尺为 右边标尺为 22 h fl z 2K h f CRy 图中曲线为 此曲线又称 S 曲线 h fl x 图 5 2 轧辊压扁时平均单位压力图解 0 26 h f x l 20 39 hRQcf 15 1 2 2 0 又有表查出 1 143 m e m 1 则 m Qp e m 1 15 1 2 0 MPa06 468 由 0 26 h f l 则 mm 68 13 05 0 63 2 26 0 l 则总压力 8003 83KN 余下的各道次可依此类推计算出来 则 pBP l 表表 5 5 ex 1 x 值值 x0123456789 0 01 0001 0051 0100 0151 0201 0521 0301 0351 0401 045 0 11 0511 0571 0621 0661 0781 0781 0841 0891 0951 100 0 21 1051 1121 1181 1281 1311 1371 1431 1491 1551 160 0 31 1661 1721 1781 1841 1901 1961 2021 2091 2151 222 0 41 2291 2361 2431 2501 2561 2631 2701 2771 2841 290 0 51 2971 3041 3111 3181 3261 3331 3401 3471 3551 362 0 61 3701 3781 3361 3931 4011 4091 4171 4251 4331 442 0 71 4501 4581 4671 4751 4831 4911 4991 5081 5171 525 0 81 5381 5411 5501 5581 5671 5771 5861 5951 6041 613 0 91 6231 6321 6421 6511 6611 6701 6811 6901 7001 710 1 01 7191 7291 7391 7491 7501 7701 7801 7901 8001 810 1 11 8201 8301 8401 8501 8601 8711 8841 8961 9081 920 1 21 9351 9451 9571 9681 9781 9902 0012 0132 0252 037 1 32 0492 0622 0752 0882 1002 1132 1262 1402 1522 166 1 42 1812 1952 2092 2232 2372 2602 2642 2782 2912 305 1 52 3202 3352 3502 3652 3802 3952 4102 4252 4402 455 1 62 4702 4862 5032 5202 5362 5532 5702 5862 6032 620 1 72 6352 6522 6702 6862 7032 7192 7352 7522 7692 799 1 82 8082 8262 8462 8632 8802 9002 9182 9362 9552 974 1 92 9953 0143 0333 0523 0723 0923 1123 1313 1503 170 2 03 1953 1703 2403 2603 2823 3023 3233 3463 3683 390 2 13 4123 4353 4583 4803 5043 5303 5533 5753 6993 623 表表 5 5 续续 ex 1 x 值值 x0123456789 2 23 6483 6723 6973 7223 7473 7723 7983 8243 8493 876 2 33 9023 9283 9553 9824 0094 0374 0644 0924 1194 148 2 44 1764 2054 2344 2634 2924 3224 3524 3814 4124 412 2 54 4734 5044 5354 5674 5984 6304 6634 6954 7274 761 2 64 7944 8274 8614 8954 9294 9644 9985 0345 0695 104 2 75 1415 1765 2165 2505 2875 3245 3625 4005 4385 477 2 85 5165 5555 5955 6345 6745 7155 5565 7975 8385 880 表表 5 6 轧制力轧制力 12345 MPa 2 0 400 0550 0590 0620 0630 0 h fl 0 260 340 410 360 25 2 h fl0 0680 1160 1680 1300 063 c0 0027 x mm0 260 380 510 450 26 m e m 1 1 1431 1901 2291 2021 137 mm l 13 6814 4413 368 734 37 B mm1250 MPa p 468 06621 78680 25694 76710 06 P KN8003 8311223 1311360 187581 573878 70 道 次 参 数 5 2 轧制力矩确定 5 2 1 轧制力矩确定 5 5 hRPM z 1 2 式中 合力作用点位置系数 或力臂系数 冷轧薄板一般取为 0 33 0 42 各道次的轧制力矩值见表 4 7 0 35 表表 5 7 轧制力矩轧制力矩 道次12345 KNm Mz 75 56102 3685 8036 96 11 19 5 2 2 摩擦力矩确定 传动工作辊所需要的静力矩 除轧制力矩外 还有附加摩擦力矩 它 m M 由以下两部分组成 其中在四辊轧机 本设计中六辊轧机亦 1m M 2m M 1m M 用此公式 可近似地由下式计算 5 6 Pdf d f P Mm 4 2 2 1 式中 轧辊轴承的摩擦系数 滚动轴承 0 003 ff 轧辊辊颈直径 273mm d 工作辊及支撑辊直径 对于六辊轧机 485mm g D z D g D z D 1450mm 而由下式计算 2m M 5 7 iMMM mzm 1 1 12 式中 传动效率系数 即从主电机到轧机的传动效率 故可取 0 94 0 96 本设计取 0 96 5 8 MMMmmm i 21 12345 KNm Mm1 6 569 199 306 213 18 KNm Mz 75 56102 3685 8036 96 11 19 i2 8551 9681 3581 1041 058 KNm Mm2 1 202 362 921 630 57 KNm Mm 3 507 039 777 263 58 5 2 3 空转力矩确定 空转力矩可以根据下式求得 5 9 HK MM 06 0 03 0 式