热轧板带钢(16Mn4.5×1800mm)

1、 辽 宁 科 技 大 学课 程 设 计 说 明 书设计题目： 热轧板带钢(16Mn 4.51800mm) 学 院： 材料与冶金学院 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 2013年 1 月 05日 目录1前言11.1 16mn钢板31.2 16mn钢板化学成分31.3 16mn钢板力学性能31.4 16mn钢板主要特性32工艺流程及其设备32.1生产工艺流程图32.2产品钢种52.3 板坯规格62.4产品规格62.5主要设备62.6工艺流程72.7加热72.8除鳞82.9粗轧机的主要参数82.10保温装置82.11边部加热92.12切头飞剪92.13精轧机主要参数102.14卷取103.轧制表的

2、制定114.轧制力的计算124.1粗轧134.2精轧175.生产设备校核225.1 轧辊的校核225.2 粗轧机轧辊强度校核235.3 精轧轧辊强度的校核265.4 接触应力的计算326结语347参考文献341前言 伴随着相关技术领域的技术进步，近20年来热轧带钢生产和研究领域新技术层出不穷，推进了工艺、设备、技术的飞跃发展。如果说20世纪30年代热带连轧的成功标志着现代热轧带钢技术发展的第一个里程碑，20世纪60年代计算机控制系统在热带轧制中的应用是第二个里程碑，那么20世纪80年代以后出现并逐渐完善的、以高精度数学模型和智能轧制技术为代表的高新技术群可以说为热轧带钢技术发展树立了第三个里程

3、碑。现代热轧带钢生产本身已经达到了相当高的水平，同时也为相关的轧制领域起到了示范、带动和推进作用。时间80年代前80年代90年代2000年后厚度控制测厚AGC监控AGC液压压下绝对值AGC前馈AGC，流量AGC机架间测厚、测速智能厚控系统宽度控制立辊宽度控制AWC（R机组）立辊短行程控制AWC(F机组)高精度张力控制轧件头尾曲线优化控制板形控制基于负荷分配的板形控制各种板形控制轧机（CVC、PC、PC.）板形板厚解藕控制板形、板凸度、断面轮廓综合控制其他热装轧制计算机设定参数检测自由程序轧制直接轧制冷却轧制薄板坯连铸连轧热轧无头轧制热轧超薄规格在线磨辊、高速钢轧辊智能轧制技术信息处理技术薄带钢

4、铸轧 随着我国国民经济建设的飞速发展，市场对钢材产品需求量的高速增长和对产品质量的更高要求，使得目前热轧钢的生产一方面是产销两旺的良好态势，另一方面也为热轧生产提出了更高的工艺技术要求和质量要求，加剧了市场竞争。面对轧钢产能的持续增加和国内企业间技术装备水平、产品质量、品种规格等差距的逐步缩小的现实，常规热连轧企业间、薄板坯连铸连轧企业间甚至窄热连轧材企业间的竞争强度必然进一步加大，常规热连轧工艺、簿板坯连铸连轧工艺、窄热连轧材工艺之间的竞争也将进一步加大，加之目前我国轧钢产品的质量和技术含量上和发达国家还有较大的差别，使轧钢产品在国际上的竞争力相对较弱。这就对我国热轧生产企业提出了更高的要求

5、，做强、做精、做大、做优也理所当然地成为许多中小型企业共同追求的目标。因而，如何提高热轧生产技术水平、改进工艺设备、提升产品质量，增加企业效益，提高企业竞争能力，迅速达到做强、做精、做大、做优的目标，就成为当前热轧钢生产企业最为关注的焦点 。1.1 16mn钢板 （又叫Q345B）是低合金结构钢,它具有良好的综合力学性能、焊接性能及低温冲击韧性，冷冲压及可切削性均好，和A3号钢相比，成分上仅多了一点锰，除具有同样好的塑性和焊接性外，而屈服强度却提高50%左右，耐大气腐蚀约提高20-38%，低温冲击韧性也比A3钢优越，但其缺口敏感性较碳钢大，在有缺口存在时，疲劳强度比A3钢低，且易产生裂纹，故在

6、加工时应引起注意。这种钢一般在热轧或正火状态下使用，正火后可改善钢材的塑性、低温冲击韧性或冷压成型等加工性能。 1.2 16mn钢板化学成分化学成份：C0.12-0.20, Mn1.20-1.60, Si0.20-0.65 ,S0.045, P0.045 1.3 16mn钢板力学性能力学性能(以直径2036为例)；抗拉强度470-620N/mm2,屈服点315N/mm2, 伸长率21% 屈服强度：s=345MPa 1.4 16mn钢板主要特性 主要特性:综合性能好，低温性能好，冷冲压性能，焊接性能和可切削性能好16Mn钢板属低合金钢板系列，在此系列中，为最普通材质，或者牌号的钢板。 根据特殊的

7、要求，可以对钢板进行一些特殊的处理：热处理和Z向性能。热处理：控轧，正火等等。Z向性能：Z15，Z25，Z352工艺流程及其设备2.1生产工艺流程图 连 铸 坯 步进式加热炉加热 炉后高压水除鳞 E1R1E2粗轧机可逆轧制 废中间坯切割外运 保 温 罩 飞剪切头切尾 精轧前高压水除鳞 精轧机组轧制 带钢层流冷却 卷取机卷取，分卷，横切 钢卷运输系统运输 钢卷检查 在线称重、喷印 下卷入库存放、包装外运 图2-1 生产工艺流程图2150ASP中薄板坯连铸连轧生产线生产组织管理由三级计算机管理系统组成， 按照热轧的生产计划，连铸安排浇铸计划，提供表面质量和内部质量全部合格的连铸板坯，通过板坯运输辊

8、道，直接送到加热炉上料辊道，由加热炉上料长行程装钢机将板坯送入加热炉内加热。板坯在衔接辊道上（入炉辊道前辊道），经自动测长、高温计测温，以便板坯按布料图定位准确对中及加热炉过程计算机根据入炉板坯温度，对板坯进行最佳化加热控制。 连铸板坯通过辊道和跨车送到本厂板坯库，有三条工艺流程线，冷装轧制、热装轧制、直接热装轧制。由于工艺流程的区别，入加热炉的板坯温度是不一样的。直接热装轧制板坯温度t=800，热装轧制板坯温度t =600。热板坯经测温后装入加热炉。板坯在加热炉内一般加热到12001250由四臂式出料机托出炉外。部分碳素钢和某些低合金钢可采用“低温出炉”轧制工艺，其出炉温度为1100以上，轧

9、制带钢厚度约为2.0毫米以上。加热炉出炉的板坯，首先经过粗轧除鳞箱用高压水清除氧化铁皮，然后送到定宽压力机和粗轧机进行轧制。R粗轧机是四辊可逆轧机，将板坯轧成厚度3060毫米的中间带坯。粗轧带坯经中间辊道、切头飞剪输入辊道，对边部需要加热的带坯经边部感应加热器加热，随后用切头剪切去带坯的头、尾不合格部分，再经过精轧机前的立辊轧机轧制后送入六机架精轧机组轧制，进精轧机的速度随成品的厚度而定，厚度越薄速度越快。带坯经过F1F6机架四辊式精轧机组，轧制成厚度为1.825.4毫米的成品带钢，精轧出口温度在880左右，成品带钢经精轧机组后的输出辊道上的层流冷却装置冷却，将带钢冷却到规定的卷取温度(500

10、780)，一般在600左右，然后由地下液压式卷取机卷成卷。卷取完的钢卷，由卸卷小车将钢卷从卷取机卸出，经卧式打捆机打捆后，用钢卷小车送到钢卷升降机托住钢卷，钢卷升降机下降，由一号钢卷运输链接受钢卷，然后由钢卷运输链系统运送。对需要检查的钢卷则送到检查线，打开钢卷进行检查。钢卷经称重、喷印后，根据下一工序决定钢卷的流向。钢卷为卧式运输，运输链和运输链之间用可升降的钢卷车过渡连接，钢卷需转向运输的位置采用了升降机。2.2产品钢种低碳钢、碳素结构钢、低合金钢、管线钢、低硅无硅电工钢、耐候钢、合金钢（b700N/m2）。2.3 板坯规格表2-2 板坯规格厚 度 （mm）长 度 （m）宽 度（mm）重量

11、（t）135、170、200（标准坯135mm）1518（200mm厚的板坯最大长度为12.15 m）10002000Max：37.9注：1板坯尺寸偏差的及其它指标的的执行标准为CAK 101、CAK103。 2板坯表面质量全部为合格无缺陷连铸坯2.4产品规格表2-3 产品规格规 格热轧商品卷供冷轧钢卷横切钢板厚 度， mm1.8 25.4宽 度， mm1000 2000长 度， mm内 径， mm762外 径， mm1100 2100最大卷重， t37.3最大单位宽度重量，kg/mm18.65（板坯135mm厚）注：热连轧钢板和钢带的尺寸外形、重量及允许偏差执行Q/ASB 269的规定,同时

12、满足用户的要求。2.5主要设备1250生产线的主要设备包括：1） 三座进步式加热炉；2） 一台板坯高压水除鳞箱；3） 三架立辊轧机；4） 一架四辊可逆式粗轧机；5） 十二组保温罩；6） 一台转鼓式切头飞剪；7） 一台精轧高压水除鳞箱；8） 六架四辊连轧机组；9）一套层流冷却装置；10）三台地下卧式卷取机；2.6工艺流程 连铸板坯 进步式加热炉 高压水除鳞 粗轧机（带立辊） 保温罩 飞剪 高压水除磷 FE连轧前立辊 精轧机层流冷却 卷取机 检查 卷取分卷横切 成品2.7加热 作用：对钢坯或钢锭加热到一定温度，使它具有一定的可塑性，然后进行轧制 设备：步进梁式加热炉（三座）设备性能： 加热炉采用歩

13、进式加热炉，每座加热炉最大生产能力为270t/h。 加热炉采用高架式机械液压装钢机加热炉采用机械液压出钢机采用高炉、焦炉、转炉混合煤气加热。表2-4设备各部分参数装钢机最大行程4.36m装炉板坯最大重量32t出钢机最大水平行程4.925m出炉板坯最大重量32t炉子有效长度为40.02m炉子宽度12.644m炉子内宽度11.716m2.8除鳞 除鳞箱通常设在加热炉出口侧附近，为了提高除鳞效果，也有和二辊水平轧机或立辊轧机一起设置的。上述轧机通过机械方法破坏表面氧化铁皮，然后用高压水喷射，以起到除鳞作用.轧机上的除鳞装置为了去除轧制过程中产生的二次氧化铁皮，在轧机上也设有除鳞装置。在轧机的前后、上

14、下共设置四排高压水喷头，上高压水喷头与压下联动而上下移动。2.9粗轧机的主要参数表2-6粗轧机的主要参数项目2150ASP 粗轧机支持辊尺寸 mm1650/15002150粗轧机工作辊尺寸 mm1300/12002150最大轧制压力 t5000道次最大压下量 mm50 主电机功率 kW转速 r/min2-AC 1000040/90轧制速度 m/s05.89立柱断面 cm28925附着式立辊数目 架2立辊最大侧压量 mm50(板坯135mm)2.10保温装置 保温装置位于粗轧与精轧之间，用于改善中间带坯温度均匀性和减小带坯头尾温差。采用保温装置，不仅可以改善进精轧机的中间带坯温度，使轧机负荷稳定

15、，有利于改善产品质量，扩大轧制品种规格，减少轧废，提高轧机成材率，还可以降低加热板坯的出炉温度，有利于节约能源。 保温罩的作用：保温罩是安装在中间辊道上的一种防止辐射散热的保温装置。热轧带钢具有表面积与体积比值大的特点，其散热方式主要是辐射，中间坯在辊道上输送过程中，辐射热损失达90%，对流损失9%，与辊道接触的传导损失不到1%。保温罩主要作用是以中间坯的辐射热作为热源，采用反射率大于吸收率的材料做反射板，将热量反射给中间坯，减少中间坯的热损失和头尾温差。2.11边部加热边部加热器的功能是将中间带坯的边部温度加热补偿到与中部温度一致。带坯在轧制过程中，边部温降大于中部温降，温差大约为100C左

16、右。边部温降大，在带钢横断面上晶粒组织不均匀，性能差异大，同时，还将造成轧制中边部裂纹和对轧辊严重的不均匀磨损。 边部加热器的形式有两大类。一类是保温罩带煤气烧嘴的火焰型边部加热器，另一类是电磁感应加热型边部加热器，这种边部加热器在国外普遍采用，效果更好，因加热温度可以调节，适用各类钢种。2.12切头飞剪 切头飞剪位于粗轧机组出口侧，精轧除鳞箱前。它的功能是将进入精轧机的中间带坯的低温和形状不良的头尾端剪切掉，以便带坯顺利通过精轧机组和输出辊道，送到卷取机，防止穿带过程中卡钢和低温头尾在轧辊表面产生辊印。设备：飞剪机 表2-7设备性能：序号名称技术数据1切头剪形式异周速滚筒式2剪切能力剪切材料

17、碳素钢低合金钢剪切温度900900剪切负荷最大1175吨剪切规格最大60mm2000mm切头长度500mm剪切速度约60150m/s3减速机形式二级齿轮减速机减速比14.33润滑强制给油4电动机1AC200kw680rpm2.13精轧机主要参数 设备：测量辊、切头剪、精轧除鳞机、6机架精轧机及其附属设备组成。表2-8设备性能：项目2150ASP 立柱断面面积 cm28500最大轧制力 kN F1-F4: 45000F5-F7: 40000 工作辊直径 mmF1-F4: 850/7652450F5-F6: 700/6302550 工作辊辊身长度 mm2450支承辊尺寸 mm1600/145021

18、50窜辊工作辊行程 mmF1-F4: 150F5-F7: 200主传动电机功率和转速F1-F5：AC10000kW 150450 r/minF6-F7：AC10000kW 200600 r/minF1E最大压下量 mm10F1E轧制压力 kN1000作用：精轧的主要任务是延伸和质量控制2.14卷取卷取机是在高速且有较大冲击力的非常恶劣的条件下进行运转的设备，其结构复杂，故障率高。要想保持稳定的良好卷取形状，设备制造精度、设备管理制度及设备维护非常重要。 根据卷取机的工作特点及环境条件，对卷取机的性能有特殊要求，如：（1）卷取机刚度高，不易变形；（2）耐反复冲击的高强度结构；（3）保持高机械精度

19、的结构；（4）设备结构应利于检修和维护；（5）发生故障率低的机械结构。设备：卷取机表2-9卷取机设备性能：型式三助卷辊卷取式三助卷辊卷取式三助卷辊卷取式卷取带钢厚度 mm1.5-13.01.2-19.01.8-25.4卷取带钢宽度 mm770-1550800-16301000-2000最大钢卷重量 t243037.3最大单位宽度重量 kg/mm182322.4钢卷内径 mm762762762钢卷外径 mm1150-20001100-21501100-2150卷筒直径 mm762/745727762/737727762/737727主电机转速 r/min340/1000320/960230/60

20、0主电机功率 Kw7002-50010003.轧制表的制定已知条件坯 料： H=170mm b=1800mm 钢种:16Mn成品尺寸： h=405 mm b=1800mm压下规程的制定粗轧：道次 12345H(mm) 170136916143h(mm)(mm) 344530189% 20.0033.0832.9629.5020.93轧制温度（） 11001080106010401020轧制速度（m/s）1.31.51.71.82精轧：道次123456H(mm)3424151075.2h(mm)24151075.24.5h109531.80.7%29.4137.533.

21、333025.7113.46轧制温度（）950940930920910900轧制速度（m/s）2.253.65.47.7110.38124.轧制力的计算S.Tkelund公式是用于热轧时计算平均压力的半经验公式，其公式为 其中： 对钢轧辊，a=1 (粗) ; 对铸铁轧辊，a=0.8（精）;式中 T：轧制温度， ； C：以%表示碳含量； Mn：以%表示锰的含量； ：决定于轧制速度的系数； 轧制速度 m/s 6 1 6 10 0.8 1015 0.65 1520 0.6计算过程如下： 4.1粗轧（1） 轧前厚度 H=170mm 轧后厚度 h=136mm 厚度差 34mm 板宽 B=1800mm 温

22、度 t=1110 速度 v=1300mm/s 半径 R=650mm 粗轧（2） 轧前厚度 H=136mm 轧后厚度 h=91mm 厚度差 45mm 板宽 B=1800mm 温度 t=1080 速度 v=1500mm/s 半径 R=650mm 粗轧（3） 轧前厚度 H=91mm 轧后厚度 h=61mm 厚度差 30mm 板宽 B=1900mm 温度 t=1160 速度 v=2900mm/s 半径 R=625mm 粗轧（4） 轧前厚度 H=61mm 轧后厚度 h=43mm 厚度差 18 mm 板宽 B=1900mm 温度 t=1140 速度 v=3000mm/s 半径 R=625mm 粗轧（5）

23、轧前厚度 H=43mm 轧后厚度 h=34mm 厚度差 9mm 板宽 B=1900mm 温度 t=1120 速度 v=3500mm/s 半径 R=625mm 4.2精轧（1） 轧前厚度 H=36mm 轧后厚度 h=25.6mm 厚度差 10.4 mm 板 宽 B=1900mm 温度 t=950 速度 v=4500mm/s 半径 R=425mm 精轧（2） 轧前厚度 H=25.6mm 轧后厚度 h=16.6mm 厚度差 9mm 板宽 B=1900mm 温度 t=940 速度 v=6940m/s 半径 R=425mm 精轧（3） 轧前厚度 H=16.6mm 轧后厚度 h=11.6mm 厚度差 5m

24、m 板宽 B=1900mm 温度 t=930 速度 v=9930mm/s 半径 R=425mm 精轧（4） 轧前厚度 H=11.6mm 轧后厚度 h=8.6mm 厚度差 3mm 板宽 B=1900mm 温度 t=920 速度 v=13400mm/s 半径 R=425mm 精轧（5） 轧前厚度 H=8.6mm 轧后厚度 h=7.3mm 厚度差 1.3mm 板宽 B=1900mm 温度 t=910 速度 v=15780mm/s 半径 R=325mm 精轧（6） 轧前厚度 H=7.3mm 轧后厚度 h=6.5mm 厚度差 0.8mm 板宽 B=1900mm 温度 t=900 速度 v=17720mm

25、/s 半径 R=325mm 5.生产设备校核5.1 轧辊的校核校核轧辊时，需校核轧制力最大、辊径最小的道次，所以本设计需校核粗轧第四道次，精轧校核第二道次和第五道次。粗轧机第四道次轧制力最大且辊径相同，所以校核此道次。轧制力为4746.42t，轧辊材料各不相同，粗轧机为合金锻钢，精轧机组为铸铁。所以他们的许用应力也不同，具体见表5.1所示 表5.1 许用应力表 单位：MPa项目许用弯曲应力许用接触应力许用剪切应力合金锻钢2402400730铸铁1402000610对于四辊轧机来说，当工作辊为驱动辊时，工作辊主要校核辊身的弯曲应力，棍头的扭转应力，支撑辊主要校核辊身的弯曲应力和辊颈的弯曲应力。由

26、于工作辊与支撑辊之间存在接触应力，所以接触应力也要校核。5.2 粗轧机轧辊强度校核5.2.1基本参数1）支撑辊辊身直径：Dz=1500mm；辊身长：Lz=2150mm；辊颈直径：0.5 D=0.51500=750mm；辊径长度：；压下螺丝之间的距离：；2）工作辊辊身直径：；辊身长度：；辊颈直径：；辊径长度：压下螺丝之间的距离：；辊头宽度：取 根据下面表格得到抗扭断面系数值表5.2 抗扭断面系数b/s11.523460.2080.3460.4930.8011.451.789取=0.208。表5.3 轧辊参数粗轧（道次）各项参数粗轧精轧支承辊(2)(2)(5)辊身直径（mm/p>

27、0辊身长（mm）215021502150辊颈直径（mm）750725800辊径长（mm）750725800 压下螺丝中心距（mm）290028752950工作辊辊身直径（mm）1200765630辊身长（mm）215024502450辊颈直径（mm）600382.5315辊颈长度（mm）600382.5315压下螺丝中心距（mm）27502832.52865带钢宽度（mm）180018001800辊头 宽度（mm）297.5188.7155 厚度（mm）297.5188.7155 宽厚比111 系数0.2080.2080.208粗轧第二机 咬入角验算： 咬入条件：;已知：D=1200mm 验算

28、第二道次：公式如下：所以 粗轧第二道次咬入角满足要求。由于四辊轧机支撑辊与工作辊承受弯矩之比等于直径之比的四次方其弯曲力矩PZ和Pg的分配也一样。 （5.1） （5.2）由（6.2）（6.3）两式得： 弯矩力矩公式： （5.3） （5.4） 工作辊辊身中央处弯矩，Nm； 支撑辊辊身中央处弯矩，Nm； 轧制力，N； 辊身长度，m； 压下螺丝之间的中心距，m； 轧板带所宽度，m；1)支撑辊辊身弯曲应力 所以支撑辊辊身满足要求。支撑辊辊颈弯曲应力所以，支撑辊辊径满足要求。2)工作辊辊身弯扭组合应力 所以，工作辊的辊身满足要求。辊头的扭转应力其中为力臂系数。 扭转力矩： 所以工作辊辊头满足要求。5.3

29、 精轧轧辊强度的校核1.第二机架轧辊基本参数1）支撑辊辊身直径：Dz=1450mm；辊身长：Lz=2150mm；辊颈直径：0.5 D=0.51450=725mm；辊径长度：；压下螺丝之间的距离：；2）工作辊辊身直径：；辊身长度：；辊颈直径：辊径长度：压下螺丝之间的距离：辊头宽度：取 根据下面表格得到抗扭断面系数值：表5.4 抗扭断面系数b/s11.523460.2080.3460.4930.8011.451.789取：=0.208。3）校核咬入角 咬入角验算： 咬入条件：;已知：D=765mm 验算第二道次：公式如下：所以 粗轧第二道次咬入角满足要求。由于四辊轧机支撑辊与工作辊承受弯矩之比等于

30、直径之比的四次方其弯曲力矩PZ和Pg的分配也一样。由上两式得： 弯矩力矩公式： 工作辊辊身中央处弯矩，Nm； 支撑辊辊身中央处弯矩，Nm； 轧制力，N； 辊身长度，m； 压下螺丝之间的中心距，m； 所轧板带宽度，m；1)支撑辊辊身弯曲应力 所以支撑辊辊身满足要求。支撑辊辊颈弯曲应力所以，支撑辊辊径满足要求。2)工作辊辊身弯扭组合应力 所以，工作辊的辊身满足要求。辊头的扭转应力其中为力臂系数。 扭转力矩： 所以工作辊辊头满足要求。2.第五机架轧辊基本参数1）支撑辊辊身直径：Dz=1450mm；辊身长：Lz=2150mm；辊颈直径：0.55D=0.551450=800mm；辊径长度：；压下螺丝之间

31、的距离：；2）工作辊辊身直径：；辊身长度：；辊颈直径：辊径长度：压下螺丝之间的距离：辊头宽度：取 根据下面表格得到抗扭断面系数值表5.5 抗扭断面系数b/s11.523460.2080.3460.4930.8011.451.789取=0.208。3)校核 由于四辊轧机支撑辊与工作辊承受弯矩之比等于直径之比的四次方其弯曲力矩PZ和Pg的分配也一样。 （5.5） （5.6）由（6.2）（6.3）两式得： 弯矩力矩公式： （5.7） 工作辊辊身中央处弯矩，Nm； 支撑辊辊身中央处弯矩，Nm； 轧制力，N； 辊身长度，m； 压下螺丝之间的中心距，m； 所轧板带宽度，m；1)支撑辊辊身弯曲应力 所以支撑辊辊身满足要求。支撑辊辊颈