热轧板带课程设计.doc

共 29 页 第 1 页 材料成型课程设计 热轧薄板工艺与规程设计 学校 安徽工业大学 姓名 班级 型 102 学号 指导老师 共 29 页 第 2 页 目录目录 1 设计目的及要求设计目的及要求 5 1 1 设计目的设计目的 5 1 2 制定轧制制度的原则和要求制定轧制制度的原则和要求 5 1 3 原料及产品规格原料及产品规格 5 1 4Q235A 产品技术要求产品技术要求 5 2 工艺流程工艺流程 7 2 1 工艺流程工艺流程 7 2 2 绘制工艺简图绘制工艺简图 3 轧制规程设计轧制规程设计 7 3 轧制规程设计轧制规程设计 8 3 1 轧制方法轧制方法 8 3 1 1 粗轧机组 8 3 1 2 精轧机组 8 3 1 3 确定轧制设备 8 3 2 安排轧制规程安排轧制规程 9 3 3 校核咬入能力校核咬入能力 11 3 4 确定速度制度确定速度制度 11 3 4 1 粗轧机组的速度制度 11 3 4 2 精轧机组的速度制度 11 共 29 页 第 3 页 3 5 确定轧制延续时间确定轧制延续时间 12 3 5 1 粗轧机组轧制延续时间 12 3 5 2 精轧机组轧制延续时间 14 1 精轧机组的间隙时间 14 2 加速前的纯轧时间 14 3 加速段轧制时间 14 4 加速后的恒速轧制时间 15 5 精轧机最后一架的纯轧时间为 15 6 精轧轧制周期为 15 7 带坯在中间辊道上的冷却时间为 15 3 6 轧制温度的确定轧制温度的确定 16 3 6 1 粗轧机组轧制温度确定 16 3 6 2 精轧机组轧制温度确定 17 3 7 计算各道的变形程度计算各道的变形程度 18 3 8 计算各道的平均变形速度计算各道的平均变形速度 19 3 9 计算各道的平均单位压力计算各道的平均单位压力 P 及轧制力及轧制力 P 19 3 9 1 各道次平均单位压力 19 3 9 2 各道次轧制压力 P 20 3 10 计算各道轧制力矩 21 4 电机与轧辊强度校核电机与轧辊强度校核 22 4 1 电机校核 电机校核 22 4 1 1 粗轧机组电机校核 20 1 温升校核 22 2 过载校核 22 1 轧制力矩 23 2 附加摩擦力矩 23 共 29 页 第 4 页 3 空转力矩 24 4 动力矩 24 4 1 2 精轧机组电机校核 25 1 温升校核 25 2 过载校核 25 4 2 轧辊强度校核轧辊强度校核 25 4 2 1 粗轧机组轧辊强度校核 25 1 支承辊强度计算 25 2 工作辊强度计算 26 4 2 2 精轧机组轧辊强度校核 27 1 支承辊强度计算 27 2 工作辊强度计算 27 5 车间平面布置图车间平面布置图 28 6 总结与收获总结与收获 29 共 29 页 第 5 页 1 设计目的及要求设计目的及要求 热轧板带工艺设计 1 1 设计目的设计目的 材料成型课程设计 是材料成型专业必修课之一 是课程教学的一个重 要环节 其轧钢方向的课程设计要求达到以下目的 把 塑性工程学 塑性加工原理 塑性加工车间设计 孔型设计 等专业课程中所学的知识在实际设计工作中综合加以运用 巩固所学的专业知 识 提高对专业知识和相关技能的综合运用能力 本次设计是毕业设计前的最后一个教学环节 为进一步培养学生工程设计 的独立工作能力 团队协作意识 树立正确的设计思想 掌握工艺设计的基本 方法和步骤 为毕业设计工作打下良好的基础 1 2 制定轧制制度的原则和要求制定轧制制度的原则和要求 板带材轧制制度的确定要求是充分发挥设备能力 提高产量 保证质量 并且操作方便 设备安全 即 1 在保证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 1 3 原料及产品规格原料及产品规格 原料 230mm 1500mm 11000mm 钢种 Q295A 产品规格 4 6mm 1450mm 1 4Q235A 产品技术要求产品技术要求 表表 1 成分要求成分要求 GB T700 2010 化学成分 质量分数 SiSP牌号 CMn 脱氧方法 Q295A0 16 0 220 80 1 50 050 0400 040F b Z 共 29 页 第 6 页 表表 2 主要力学与工艺性能主要力学与工艺性能 GB T700 2010 牌号屈服点 s MPa 厚度 16mm 抗拉强度 b MPa伸长率 厚度 16mm Q295A 295 390 570 23 表表 3 板带材主要尺寸规格标准板带材主要尺寸规格标准 GB 709 10 品种规格厚度允许偏差长度允许偏差宽度允许偏差不平度 1000 4 6 1450 0 17 15 1010 同时要求产品表面光洁无缺陷 共 29 页 第 7 页 2 工艺流程工艺流程 2 1 工艺流程工艺流程 坯料 加热 除鳞 定宽 粗轧 剪切 除磷 精轧 冷却 剪切 卷取 2 2 绘制工艺简图绘制工艺简图 冷板坯 热板坯 高温板坯 加热除鳞大侧压粗轧 保温 边部加热 切头尾 二次除鳞表面检查 称重喷印打捆卷取层流冷却精轧 钢卷运输 钢卷冷却 分卷 重卷打捆 称 重 成品入库 抽样检查 边角加热 共 29 页 第 8 页 3 轧制规程设计轧制规程设计 3 1 轧制方法轧制方法 常规轧制 采用 1 2 连轧 即粗轧机由 2 架粗轧机组 3 1 1 粗轧机组粗轧机组 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 中间辊道 热卷箱和废品推出机等组成 二辊采用刚轧辊 四辊采用铸铁辊 3 1 2 精轧机组精轧机组 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 轧辊采用铸铁辊 3 1 3 确定轧制设备确定轧制设备 1 1 粗轧机粗轧机 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 二辊 由 B 1500mm 取 a 200mm 则 L 1650 200 1700mm 又因为 L D 1 7 2 8 所以取 D 1000mm 四辊 辊身长 L 1700mm 由 L D1 D1 为工作辊直径 1 7 2 8 L D2 D2 为支承辊直径 1 3 1 5 且 D2 D1 1 3 1 5 则取 D1 1000mm D2 1300mm 2 2 精轧机精轧机 四辊 PC 轧机 轧辊长度 L bmax a 取 a 200mm 则 L 1700mm 又因为 共 29 页 第 9 页 L D1 2 4 2 8 L D2 1 3 1 5 D2 D1 1 9 2 1 则取 D1 650 mm D2 1300mm 取 轧辊辊径 D 650mm 本次选取设备如下 轧机 辊身长度 mm 辊身直径 mm 主电机转速 rpm 允许轧制 力 t 允许轧制 力矩 tm 电机功率 KW R1170010000 35 7036507182 5500AC WR17001000 R2 BR17001300 0 55 11060008872 10000 WR1700650 F1 F6 BR17001300 0 250 590 F1 F3 为 7500 F4 F6 为 7000 F1 F3 为 781 F4 F6 为 429 2 5500 WR1700650 F7 BR17001300 0 250 63070004296000 支承辊材质为合金锻钢 许用应力为 160MPa 工作辊材质为锻钢 许 用应力 140MPa 84MPa 3 2 安排轧制规程安排轧制规程 根据经验和原料及工艺 安排一下轧制道序 在二辊粗轧机上轧三道 在 四辊粗轧机上轧三道 然后分别经过精轧机组各一道次 粗轧机组各道压下量分配规律为 第一道考虑咬入及坯料厚度偏差而不应 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 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 共 29 页 第 10 页 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 考虑咬入条件的限制 最大压下量 hmax D 1 cos max 对热轧带钢咬入角可达 15 22 取 20 二辊粗轧机得 hmax 60 3mm 对四辊粗轧机 hmax 60 3mm 精轧机组 hmax 42 2mm 粗轧和精轧压下规程见表 4 表表 4 粗 精轧压下规程分配粗 精轧压下规程分配 轧制道次 n 入口厚度 mm 出口厚度 mm 压下量 mm 相对压下率 轧制宽 mm 轧后长 m 1230204 525 511 1145012 8 2204 5161 54321145016 2 3161 5120 54125145021 7 4120 588 53226 6145029 6 588 560 52831 6145043 3 660 5 39 52134 7145066 3 739 523 216 3411450112 8 823 213 99 3401450188 3 913 99 74 230 21450269 8 109 76 982 72281450375 116 985 31 6824 11450493 8 125 34 60 7131450569 共 29 页 第 11 页 3 3 校核咬入能力校核咬入能力 由于以上所用压下量都小于各自轧机 hmax 因此咬入校核通过 3 4 确定速度制度确定速度制度 3 4 1 粗轧机组的速度制度粗轧机组的速度制度 本设计采用稳定高速咬入 粗轧组前 1 3 道次 后 4 6 道 y n35 hd nnrpm y n55 hd nnrpm 前 6 道次抛出速度均为 20 p nrpm 3 4 2 精轧机组的速度制度精轧机组的速度制度 精轧组速度 应满足金属秒流量相等 即 C 5544332211 vhvhvhvhvh 式中 h1 h2 h5 各架的出口厚度 v1 v2 v5 各架的出口速度 C 连轧常数 根据经验最后一道次穿孔速度 V7 8m s 最大轧制速度 V6n 10m s 则有 V1 1 6m s V2 2 6m s V3 3 8m s V4 5 3m s V5 6 9m s 另有 V1n 2 0 V2n 3 3 V3n 4 7 V4n 6 6 V5n 8 7 共 29 页 第 12 页 3 5 确定轧制延续时间确定轧制延续时间 3 5 1 粗轧机组轧制延续时间粗轧机组轧制延续时间 由于轧件较长 为操作方便可采用梯形速度图 a b a b 其中 为抛出速度 为咬入速度 为额定转速 单位 rpm p n y n dh nn 由图可知 纯轧时间 t4 t2 t3 其中 z t 加速轧制时间 t2 a nn yd 减速轧制时间 t4 b nn pd 等速轧制时间 t3 d n 1 ab nba b n a n D L d py 2 22 60 2 22 共 29 页 第 13 页 式中 加速度 a 取 40rpm 减速度 b 取 60rpm L 为该道次轧后长度 D 为 工作辊直径 根据经验 第一道和第二道次之间间隙时间取 t12 2s 其他分别 有 t23 3s t34 5s t45 3s t56 3s t67 16s 则 有以上条件代入公式可得 第一道次纯轧时间为 t2 0 t4 35 20 60 0 25s t3 6 79s 1 t2 t3 t4 7 0s z t 第二道次纯轧时间为 t2 0 t4 0 25s t3 8 64s 2 t2 t3 t4 8 89s z t 第三道次纯轧时间为 t2 0 t4 0 25s t3 11 65s 3 t2 t3 t4 11 90s z t 第四道次纯轧时间为 t2 0 t4 55 20 60 0 58s t3 9 88s 4 t2 t3 t4 10 46s z t 第五道次纯轧时间为 t2 0 t4 0 58 t3 14 64s 5 t2 t3 t4 15 22s z t 第六道次纯轧时间为 t2 0 t4 0 58s t3 22 63s 6 t2 t3 t4 23 21s z t 共 29 页 第 14 页 3 5 2 精轧机组轧制延续时间精轧机组轧制延续时间 粗轧轧完的带坯长度为 66 3m 至精轧机间隙时间按经验取 t67 16s 精轧 机组有 6 个机架 1 精轧机组的间隙时间精轧机组的间隙时间 式中 s0 精轧机组各架间距 4 6m 取 6m v1 v6 F1 F6 的穿带速度精轧各机架转速 由前面数据代入计算的 t0 10 4s 2 加速前的纯轧时间加速前的纯轧时间 10 9s 式中 sj 精轧机组末架至卷取机间距 sj 75m D 卷取机卷筒直径 D 0 8m N 参数 N 3 5 取 5 V6 第六架的穿带速度 8m s 3 加速段轧制时间加速段轧制时间 s a vv t n j 10 66 2 式中 v6n 第六架的最大速度 10m s V6 第六架的穿带速度 8m s 采用加速度 a 0 2m s2 6 1 v DNs t j j 共 29 页 第 15 页 4 加速后的恒速轧制时间加速后的恒速轧制时间 39 1s 其中加速段的板长 90m 5 精轧机最后一架的纯轧时间为精轧机最后一架的纯轧时间为 60 321 jjjj tttt 6 精轧轧制周期为精轧轧制周期为 4 70 0 ttT j 7 带坯在中间辊道上的冷却时间为带坯在中间辊道上的冷却时间为 带坯在中间辊道上的冷却时间 等于间隙时间加上精轧第一架的纯轧时间 精轧第一架的纯轧时间 等于精轧周期减去尾部通过精轧各机架的时间 轧件尾部通过精轧各机架的时间为 9 6s V 1 V 1 St 1n1 0 0 S0 6m 故 精轧第一架的纯轧时间为 T t0 60 8s 带坯在辊道上的冷却时间为 Z t56 62 7 63 8s n j j v LDNsL t 6 2 3 a vv L n 2 2 6 2 6 2 共 29 页 第 16 页 3 6 轧制温度的确定轧制温度的确定 3 6 1 粗轧机组轧制温度确定粗轧机组轧制温度确定 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 由每一道次温降公式 4 1000 9 12 T H Z t Z 为之前道次和本道次纯轧时间和间隙时间 H 为本道次入口厚度 T 为开轧温度 273 第一道次轧后尾部温度为 T1 1180 t 1180 12 9 1 H1 1180 273 1000 4 1178 3 z t 第二道次轧后尾部温度为 T2 1180 t 1180 12 9 2 t12 2 H2 1180 273 1000 4 1175 0 z t z t 第三道次轧后尾部温度为 由第二道次头部温度为 T2 T1 12 9 t12 H2 T1 273 1000 4 T3 T2 12 9 2 t23 3 H3 T2 273 1000 4 1172 8 z t z t 第四道次轧后尾部温度为 T4 T3 t T3 12 9 t34 4 H4 T3 273 1000 4 1165 6 z t 第五道次轧后尾部温度为 共 29 页 第 17 页 T5 T3 t T3 12 9 t45 4 5 H5 T3 273 1000 4 1154 5 z t z t 第六道次轧后尾部温度为 T6 T4 t T4 12 9 t56 5 6 H6 T4 273 1000 4 1127 8 z t z t 3 6 2 精轧机组轧制温度确定精轧机组轧制温度确定 1 带坯尾部进入精轧第一架的温度为 带坯尾部进入精轧第一架的温度为 1284 8K 式中 T0 为粗轧最后一道次温度 273 Z 为带坯冷却时间 h 为该道 次入口厚度 即为 T1 273 1011 8 考虑精轧前高压水除磷 温降 30 则尾部进入精轧第一架温度 T 981 8 2 尾部通过精轧机组的总温降为 尾部通过精轧机组的总温降为 4 1000 1 0 2 17 T hv nS t nv 24 1 式中 T 为 T 273 n 为 6 即每一架温降为 24 1 5 4 8 t 3 尾部终轧温度为 尾部终轧温度为 T 终 T 957 7 t 3 7 计算各道的变形程度计算各道的变形程度 由公式 H h 共 29 页 第 18 页 得出各道次变形程度 见表 5 表表 5 各道次变形程度各道次变形程度 粗轧道次真实变形程度 精轧道次真实变形程度 111141 221240 325330 2 426 6428 531 6524 1 634 7613 3 8 计算各道的平均变形速度计算各道的平均变形速度 根据公式 hHRhvu 260Dnv 式中 v 为轧制瞬间速度 H h 分别为轧件入口和出口厚度 R 为工作辊 半径 得出各道次平均变形速度 见表 6 共 29 页 第 19 页 表表 6 各道次平均变形速度各道次平均变形速度 粗轧道次变形速度 1s 精轧道次变形速度 1s 11 90111 43 22 94223 71 33 72334 68 46 97458 14 59 14580 80 611 80674 26 3 9 计算各道的平均单位压力计算各道的平均单位压力 P 及轧制力及轧制力 P 3 9 1 各道次平均单位压力各道次平均单位压力 由公式 1 p fsn 15 1 另由志田茂简化公式 2 f n 0 8 0 450 04 0 5 R H 首先对变形抗力的确定 运用相应的公式 3 0stur K KK AAA 可得以下求解公式 4 0 1 4 0 10 exp 66210 5 43 aaaTa a aTa s 式中 1000 273 t T 基准变形抗力 MPa 0 t 变形温度 变形速度 1 s 共 29 页 第 20 页 变形程度对数应变 1ln 回归系数 其值取决于钢种 61 a a 表表 7 Q295A 变形阻力数学模型回归系数值变形阻力数学模型回归系数值 回归系数 钢种 0 MPaa1a2a3a4a5a6 Q295150 0 2 8323 6560 3116 0 25390 43471 545 有上述公式 并代入数据计算得到各道次平均单位压力 见下表 3 9 2 各道次轧制压力各道次轧制压力 P 计算各道次轧制压力 运用 Sims 和志田茂简化公式 4 PpF 1 15 sf b l n 其中 l 未变形区长度 hR 由以上 1 2 3 4 公式并代入数据 计算得出各道次轧制压力 P 见下表 3 10 计算各道轧制力矩计算各道轧制力矩 传动两个轧辊所需要的轧制力矩为 Mz 2Pa 2P l l 为变形区长度 热轧板带时 0 42 0 50 取 0 5 则 根据公式 并代入数据 得出各道次轧制力矩 见表 8 表表 8 各道次参数汇总各道次参数汇总 道次 n 变形温度 T 变形程度 变形速度 s 1 变形抗力 MPa s 单位压力 KN p 轧制压力 P t 轧制力矩 Mz tm 11178 311 11 9050 2851 32840 2994 88 21175212 9466 5672 191534 86225 06 31172 8253 7273 1983 511733 64248 22 41165 626 66 9785 75103 091890 83239 17 共 29 页 第 21 页 51154 531 69 1496 55126 802175 48257 41 61127 834 711 80110 97161 532400 05245 93 7981 84111 43169 76259 992743 83199 72 89774023 71189 37329 582627 35144 44 9972 230 234 68192 87346 531856 3968 59 10967 42858 14205 83397 171712 2650 91 11962 624 180 80210 27420 671424 5433 29 12957 81374 26177 78311 16680 5310 26 4 电机与轧辊强度校核电机与轧辊强度校核 4 1 电机校核 电机校核 4 1 1 粗轧机组电机校核粗轧机组电机校核 1 温升校核 Mjum Mer 由公式 并代入数据计算得出 Mjum 224 71N m Mer 2000N m 轧机温升校核通过 共 29 页 第 22 页 2 过载校核 Mmax KG M er 代入数据计算得出 Mmax 650N m KGMer 2 1000N m 2000N m 所以轧机过载校核通过 Mmax KG M er Mmax 轧制周期内 负荷图中的最大力矩 KG 电机允许的过载系数 直流电机 2 0 2 5 交流电机 2 5 3 0 Mmax Mc Md M0 Mz Mf Md 在轧制过程中 传动轧辊所需力矩有下面 4 个部分组成 dkf z MMM i M M 式中 轧制力矩 使轧件塑性变形所需力矩 z M 克服轧制时发生在轧辊轴承 传动机构等的附加摩擦力矩 f M 空转力矩 克服空转时的摩擦力矩 k M 动力矩 克服轧辊不匀速运动时产生的惯性力 d M i 轧辊与主电机间的传动比 使用人字齿轮传动 传速比为 1 1 轧制力矩 轧制力矩 轧制力矩计算式 lPM z 2 式中 P 轧制压力 力臂系数 l 变形区长度 共 29 页 第 23 页 2 附加摩擦力矩 附加摩擦力矩 组成附加摩擦力矩的基本数值有两大项 轧辊轴承的摩擦力矩和传动机构 的摩擦力矩 i MD i M M z f f 1 1 D 1 支 工 式中 轧辊轴承中的摩擦力矩 1f M 111 fdPM f 支撑辊辊颈直径 1 d 轧辊轴承摩擦系数 油膜轴承取 0 003 1 f 传动机构效率 齿轮传动取 0 97 3 空转力矩 空转力矩 一般轧机的空转力矩按经验办法确定 取电机额定力矩的 3 6 Hk MM 06 0 03 0 式中 电动机额定转矩 N m H M H H H n P M9549 电机额定功率 kW H P 电机额定转速 rpm H n 对新式轧机取下限 旧式轧机取上限 4 动力矩 动力矩 本设计粗轧阶段采用变速轧制 故须产生克服惯性力的动力矩 其数值可 由下式确定 dt dnGD M d 375 2 2 式中 转动部件的飞轮矩 2 GD 角加速度 rpm s dtdn 共 29 页 第 24 页 飞轮矩的确定 2 2 44 222 mgDgmRgJGD 式中 m 工作辊质量 kg 铸铁 Vm 3 4 7cmg g 重力加速度 2 8 9smg D 工作辊直径 4 1 2 精轧机组电机校核精轧机组电机校核 1 温升校核 Mjum Mer 由公式 并代入数据计算得出 Mjum 247 93N m Mer 1000N m 得出 轧机温升校核通过 2 过载校核 Mmax KG M er 代入数据计算得出 Mmax 724 8N m KG M er 2 1000N m 2000N m 所以轧机过载校核通过 4 2 轧辊强度校核轧辊强度校核 由经验 共 29 页 第 25 页 对于二辊 d D 0 67 0 75 l d 0 80 1 0 对于四辊 d D 0 5 0 55 l d 0 83 1 0 其中 d 为辊颈直径 D 为辊身直径 l 为辊颈长度 4 2 1 粗轧机组轧辊强度校核粗轧机组轧辊强度校核 1 二辊 二辊 由经验取 d 800mm l 800mm 轧制力取最大 P 1733t a 2l L 辊身长 3 3m D 1000mm W1 为辊 身抗弯断面系数 W2 为辊颈抗弯截面系数 Mk 为轧辊扭矩 Wn 为抗扭截面 系数 则 辊身中央最大弯矩为 Mmax P a 4 L 8 106 1KN m 辊身中央最大弯应力 Mmax W1 Mmax 108 1MPa 身 32 3 D 辊颈最大弯矩为 Mmax P a L 4 69 32KN m 辊颈最大弯应力 Mmax W2 Mmax