热轧板带钢课程设计解读

..WordWord资料UniversityofScienceandTechnologyLiaoningUniversityofScienceandTechnologyLiaoning课程设计设计任务：SPHC8.7×1580学 院：材料与冶金学院班 级：材控11-2班学生姓名：王跃学 号：120113207015指导教师：王宁目 录概论 0热轧板带钢生产的产品概况 02150热轧板带钢生产工艺流程 2热轧板带钢生产的产品设备 2热轧带钢新技术发展状况 2主要设备选择 3SPHC8.7×1580轧制工艺制定 6加热制度 6选择产品原料 7粗轧压下制度 7精轧压下制度 8精轧轧制速度 9精轧温度制度 11力能参数计算 12精轧各机架轧制力计算 12轧制力矩计算 15设备能力校核 15咬入能力校核 15轧辊强度校核 16辊身弯曲强度校核 20辊颈弯曲+扭转强度校核 22辊头扭转强度校核 23辊身挤压强度校核 23电机能力校核 25结束语 27参考文献 27概论热轧板带钢生产的产品概况建国以来我国钢铁工业和技术已取得举世瞩目的成就,但是在市场化、工业化的发展进程中,钢铁工业作为基础产业的重中之重,在产品质量、产品结构、工艺技术装备、技术经济指标和管理方面与国际先进水平相比仍有较大差距。板带钢的生产是钢铁工业发展中的重要课题之一。板带在热轧方面有深冲热轧钢板、耐腐蚀超细晶高强度钢板,而在冷轧方面有冷轧薄板、涂镀层板、冷轧硅钢片、冷轧不锈钢等高附加值、高技术含量板材产品。目前我国的板带钢不能适应国民经济发展的1/360mm20mm～60mm,4.0mm～20mm的钢板称为薄板,其中0.2mm～1.2mm又称为超薄板带,小于0.2mm600mm窄带钢,宽度600mm～1000mm的板带(含热、冷轧板卷,涂镀层商用板卷)称为宽带钢,宽度1000mm50%以上,并在国际市场竞争中居于领先地位。我国钢铁工业近年来产量增长较快,但高1.8mm,但实际上只生产很少厚度小于20mm的热轧带钢,即使窄带钢,产品厚度一般也大于25mm。因此,相当一部分希望使用厚度小于2mm带钢作原料的用户,只得使用冷轧带钢。如果能开发薄规格的热轧带钢,则可代替相当一部分的冷轧带钢使用,使生产成本大为降低。目前，部分国内热轧带钢生产概况如下:①传统的热带轧机。以宝钢2050mm热轧带钢轧机为例,把薄规格产品作为主要生产目标,采用最佳卷取温度,对加热温度、轧制负荷分配、轧制速度进行优化,对各精轧机架目标凸度进行合理分配,轧出符合标准的厚度为1.6mm的集装箱用耐大气腐蚀板,解决了集装箱钢板长期依赖进口的局面,2002年又试轧成功厚1.2mm的热轧薄带钢。②1992CSP薄板坯连铸机以来,国内各大钢铁公司纷纷花费巨资新建或改造热连轧厂,20501580热轧线是国内工艺装备及自动化控制水平较高的两条生产线,能稳定生产厚度m1.0mm～1.2mm1999CSP薄板坯连铸连轧线(1450mm),之后邯钢、包钢、攀钢、唐钢相继建成投产CSP薄板坯连铸连轧生产线,已具备生产0.8mm③CSP2.0mmCSP2150连铸板坯→步进式加热炉→（初定宽压力机定宽→ERE可逆轧制(带立辊)→保温罩→飞剪切头尾→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→在线称重、喷漆→下卷入库存放、包装外运热轧板带钢生产的产品设备①加热炉：三座步进梁式加热炉②侧导板及其他辅助设备组成③架四辊精轧机及其他辅助设备组成④助设备组成热轧带钢新技术发展状况20技术将会逐步得到推广应用,由于目前在世界范围内钢铁产量已供大于求,我国钢材生产也已经从追求产量规模向品种质量效益方面转变,总体上的趋势是以改造原有生产线为主,用高新技术武装传统产业。我国的热轧带钢轧机要适应这种趋势,把采生产大国向钢铁生产技术强国的转变作出贡献。主要设备选择设备选择参照鞍钢2150生产线。鞍钢2150mmASP生产线工艺布置如图2.1所示。1—1#加热炉；2—2#加热炉；3—3#加热炉；4—E1立辊轧机；5—Rl粗轧机；6—E2立辊轧机；7—保温罩；8—飞剪；9—精轧前立辊轧机；10—精轧机l1—层流冷却装置；12—卷取机图2.1鞍钢2150mmASP生产线工艺布置图主要工艺装备:33≥0℃0～0℃h·高压水除鳞箱。其上、下各有223MPa，喷嘴有4×26个。E1E2AWC)，最大单道次侧50mm，轧辊尺寸Φ1200/Φ1l00mm×430mm，最大轧制力3800kN，轧制速度0～5．89m/sAC1200kW×2200/400r/min。RlΦ1250/Φ1150mm×2150mm，支撑辊尺寸为Φ1650/Φ1500mm×2150mm，最大轧制力50000kN，道次最大压下量50mm，10000kW×2AC40/90r/min0～5．89m/s。30～60mm1000～200Omm，保温80m。3×138kN6000mm。切头飞剪。为转鼓式，剪切速度为 0．5～2．5m/s，最大剪切断面为mm剪切应力(带坯厚度为m0℃剪切温≥0℃，最大剪切力13500kN，主电机功率：1600kW×2。23MPa，喷嘴数量：4×26精轧机组。表2.1精轧机性能参数精轧机组性能参数项目立辊F1—F3F4F5—F7工作辊直径/mmΦ600/Φ750Φ850/Φ375Φ850/Φ765Φ700/Φ635支撑辊直径/mm-Φ1600/Φ1450Φ1600/Φ1450Φ1600/Φ1450工作辊辊身长度350245025502550/mm支撑辊辊身长度-215021502150主电机转速550150/450150/450200/600/r·min-1主电机功率/kWAC370×2AC8000AC8000AC8000最大轧制力/kW1000450004500040000液压压下-长行程长行程长行程弯辊力/kN-150015001500工作辊横移量/mm-150200200*F7为预留机架层流冷却系统。可处理带钢规格2h0～0a。(11)卷取机。设有3台三助卷辊液压式卷取机，最大卷取速度22．8m/s，卷取18～50～00℃，Φ762mm，钢卷外径Φ1100～Φ2100mm，最大钢卷重量18．65kg/mm1000kW，230/600r/min。SPHC8.7×1580加热制度1250～1280℃，1180～1220℃，带坯在轧制过程中，边部由于散热比较快，其温降大100℃。边部温差大，在带钢横截面上晶粒组织不均匀，性能差异大，同时，还将造成轧制中部裂纹核对轧辊严重的不均匀磨损。因此，在精轧机组前对带坯边部进行加热，将温度补偿与中部温度一致。一般采用电磁感应50～100℃带钢边部裂纹，以适应轧制薄规格产品和硅钢、不锈钢、高碳钢等特殊品种的钢。选择产品原料坯料规格尺寸的选定：210×1300×11800mm连铸热装板坯轧制钢种：SPHC表3.1原料化学成分元素 C(%)含量

Si(%)

Mn(%)0.25

P(%)

S(%)≤0.010粗轧压下制度粗轧阶段压下量分配原则为：70～80％；为保证精轧机组的终轧温度，应尽可能提高精轧机组轧出的带坯温度20～40mm；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。表3.2不同成品厚度所对应的中间坯选定的厚度成品厚度＜3.893.9-5.295.3-6.997.0-9.499.5-12.7HRC3234363838-40（注：HRC为中间坯（粗轧轧完）厚度）据上表选定中间坯厚度为：38mm表3.3粗轧压下制度制定道次12345入口厚度H(mm)2101701309060出口厚度h（mm）170130906038压下量Δh（mm）4040403022压下率ε%19.0523.5330.7733.3336.67精轧压下制度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12~410-15％左右，表3.4精轧压下量排列表机架号F1

入口厚度（mm）38.0

出口厚度（mm）28.0

压下量（mm）10.0

压下率（％）38.00F228.019.58.530.36F319.514.55.025.64F414.511.62.920.00F511.69.81.815.52F69.88.71.111.22精轧轧制速度F6表3.5速度设定项目指标序号12345厚度，mm≤1.45≤1.70≤1.90≤2.10≤2.40穿带速度，m/s10.6510.6510.8010.8510.65最大速度，m/s15.7515.7516.5016.5017.20抛钢速度，m/s13.6513.6513.6514.3514.35序号678910厚度，mm≤2.70≤2.90≤3.10≤3.40≤3.80穿带速度，m/s10.5010.159.859.358.75最大速度，m/s17.2017.2017.2016.2015.05抛钢速度，m/s14.3514.3513.4013.0011.60序号1112131415厚度，mm≤4.20≤4.60≤5.50≤6.50≤7.50穿带速度，m/s8.307.807.106.155.60最大速度，m/s13.9012.9012.2010.759.05抛钢速度，m/s10.2510.008.207.206.55序号1617181920厚度，mm≤8.50≤9.50≤11.0≤12.7>12.7穿带速度，m/s5.154.854.353.853.35最大速度，m/s7.556.806.456.456.45抛钢速度，m/s6.005.454.904.804.65由于本车间的典型产品厚度h=8.7mm，所以末架轧机穿带速度为4.85m/s，出口速度6.80m/s。精轧机组其它各架轧机速度制度的确定末架轧机轧制速度确定以后，可由秒流量相等原则，即由下列公式：v1b1h1=v2b2h2...=vnbnhn计算出各机架的轧制速度和穿带速度。由于b1=b2...=bn，则v1h1=v2h2...=vnhn道次入口厚度穿带速度（m/s）最大速度（m/s）抛钢速度（m/s）138.001.251.751.41228.001.702.381.91319.502.443.422.74414.503.284.603.68511.604.105.744.6069.84.856.805.45表3.6精轧各架轧制速度精轧温度制度t铁素体转变的起始温度-C875℃880℃，以使晶相转变发生在层流冷却阶段，得到奥氏体向铁素体转变的细化晶粒，提高带钢显微组织性能。精轧采用温降公式：ti=t0-C(h0/hi-1）C=(t0-tn)hn/(h0-hn)（t0—开轧温度；tn—轧后温度；0—轧前厚度；hn）表3.7轧各架温度变化机架F1F2F3F4F5F6轧制温度℃）1005.15978.43952.63925.39900.38880力能参数计算精轧各机架轧制力计算S.Ekelund公式是用于热轧时计算平均压力的半经验公式，其公式为p(1m)(K)其中m—外摩擦对单位压力影响的系数； —粘性系数； —平均应变速率；第一项（1+m）是考虑外摩擦的影响，m可以用一下公式确定；RhRh1.2h第二项中的乘积是考虑变形速度对变形抗力的影响。其中平均变形速度值用下式计算2v Δh/2v Δh/R把m和值带入p中，并乘以接触面积的水平投影，则轧制力为：v hRhB Rh

1.6f

1.2h RP H 2

Rh(1 )(K )Hh Hh其中：K=9.8×(14-0.01t)(1.4+C+Mn)Mpa0.01(140.01t)C'10MPafa(1.050.0005t)对钢轧辊，a=1;对铸铁轧辊，a=0.8;式中 t：轧制温度，C ；C：以%表示碳含量；Mn：以%表示锰的含量；C'：决定于轧制速度的系数：轧制速度（m/s）〈66—10C的含量取0.05，Mn的含量取0.25对于第一架轧机：

C'10.8fa(1.050.0005t)0.8-0.00051005.15)0.4379Rh1.2Rh1.2h0.43794 42501.210Hh 3828K=9.8×(14-0.01t)(1.4+C+Mn)=9.8×(14-0.01×1005.15)=65.7820MPa

（ 1.4+0.20+0.7 ）0.01t)C'10MPa=0.01×（14-0.01×1005.15）×1×10=0.3949MPa.sV=150×3.14×850/60=6672.5mm/sR2v 26672.5 (3828)/R

31.0156Hh 3828p(1m)(K) =116.1694MPa

v hhPBHBh

Rh(1 )(K

R)=1196.584t1.6f Rh1.2h1.6f Rh1.2h同理可依次得出各机架轧制力及其他各道次计算参数，见下表：表4.1各机架轧制力及其各道次计算参数表机架摩擦系数（℃）平均变形速度（mm/s）平均单位压力（MPa）轧制力（t）10.43791005.1531.0156116.1691196.58420.4486978.4339.7320147.3061398.88730.4589952.6342.5726170.2291239.85640.4698925.3942.2360186.1191032.38650.4798900.3859.6274203.400806.63760.4880880.0053.9198191.5991593.992轧制力矩计算轧制力矩可用以下公式计算：RhM2Rh式中：P—轧制力；h—道次压下量；Ψ—为力臂系数；热轧板带时：Ψ0.42~0.50，取0.4642542510RhM2Rh

20.461196.584

71.767tm同理可依次得出各机架轧制力矩，见下表：表4.2各机架轧制力矩表机架123456力矩（t·m）71.76777.35352.58233.34418.62610.723设备能力校核咬入能力校核轧机要能够顺利进行轧制，必须保证咬入符合轧制规律，所以要对咬入条件进行校核。hD(1cos)式中：D——工作辊直径h——轧件的压下量；——咬入角——摩擦角能力的校核。校核如下：由上面公式得到：s( arcc1s( D已知D=850mm，Δh=10.0mm，f=0.4379所以：arccos(1h)arccos(110)8.7974而f=tanβ，得到：

D 850f=arctan23.6489由于，因此，第一架轧机可以实现带钢顺利咬入。表5.1精轧各道次咬入角轧机F1F2F3F4F5F6咬入角/°8.79748.10966.21774.73424.10983.2125热轧过程中最大咬入角一般在15°到20°之间，故精轧各道次咬入符合条件。轧辊强度校核轧辊直接承受轧制压力和转动轧辊的传动力矩，它属于消耗性零件，就轧机整是我们要校核轧辊强度的原因。用应力也不同，具体见下表所示表5.2许用应力表（单位：MPa）项目合金锻钢铸铁

240140

许用接触应力[σ]24002000

730610校核轧辊时，需校核轧制力最大、辊径最小的道次，所以本设计需校核精轧第一道次和第六道次。第一架轧辊参数：支撑辊辊身直径：Dz=1600mm；辊身长：Lz=2150mm；辊颈直径：dz=(0.5 辊颈长度：lz=(0.83 1.0)Dz=1×800=800mm；压下螺丝之间的距离：az=Lz+lz=2150+800=2950mm；工作辊：Dg=850mm；辊身长度：Lg=2450mm；辊颈直径：dg=(0.5 0.55)Dg=0.5×850=425mm；辊颈长度1.0)dg=1×425=425mm；压下螺丝之间的距离：ag=Lg+lg=2450+425=2875mm;辊头直径：b=Dg-（5 15）=850-10=840mm;表5.3 F1-F4轧辊各部分尺寸分别为辊名辊身直径D/mm辊身长度L/mm压下螺丝中心距a/mm辊颈直径d/mm辊颈长度l/mm工作辊85024502875425425支承辊取a/b=11600a=840mm;21502950800800根据下面表格得到抗扭断面η系数值：表5.4抗扭断面系数B/x 11.52346η 0.2080.3460.4930.8011.451.789取：η=0.208。LLP2zP2B图5-1四辊轧机轧辊受力图第六架轧辊参数：支撑辊z Lz=2150mm；dz=(~；l0.83~1.0)d1800800mmz 压下螺丝之间的距离：a=Lz+lz=2150+800=2950mm；工作辊辊身直径：Dg=700mm；辊身长度：Lg=2550mm；辊颈直径：dg=(0.5~0.55)Dg=0.5×700=350mm；g 辊颈长度：l()d 1350350mmg 压下螺丝之间的距离lg=2550+350=2900mm;辊头宽度：b=Dg－（5 15）=700-10=690mm;表5.5 F5-F6轧辊各部分尺寸分别为辊名辊身直径D/mm辊身长度L/mm压下螺丝中心距a/mm辊颈直径d/mm辊颈长度l/mm工作辊70025502900350350支承辊160021502950800800取a/b=1a=690mm;系数值：B/x 1

1.5

表5.6抗扭断面系数2 3 4 6η 0.208

0.346

0.493

0.801

1.45

1.789取：η=0.208。四辊轧机由于采用了支承辊，所以工作辊的弯矩很小，支承辊几乎承担了所有弯矩，只需对支承辊弯矩进行校核。辊身弯曲强度校核对于第一架轧辊：a—压下螺丝间距，b—板宽。支承辊：P2P2zP2zxz图5-2支撑辊弯矩图M PD

a b 2950 1580()1707.3859.8( )9.0355106Nm4 8 4 8M DD 0.1D3

9.03551060.11.63

24.5928MPa]所以第一架轧辊支承辊辊身满足弯曲强度的要求。工作辊：M PD

图5-3工作辊弯矩图a b 2875 1580( )1398.8879.8( )7.1462106N4 8 4 8M D

7.1462106

17.44596MPa]D 0.1D3 0.11.63所以第一架轧辊工作辊辊身满足弯曲强度的要求。对于第六架轧辊（支承辊：a b 2950 1580M P )593.9929.8( )3.1434106NmD Max 4 8 4 8M M

3.1434106

7.6734MPa]D 0.1D3 0.11.63所以第六架轧辊辊身满足弯曲强度的要求。辊颈弯曲+扭转强度校核支承辊pl 1196.5849.8800M 2.3453106Nmd 4M Md Wd

dM0.1dM

445.8067MPa]MnWn

Mn0.208dn

485543.147520.2080.83

4.7416MPa]由于采用铸铁轧辊，合成应力应按第二强度理论计算： p

0.625222

46.4138MPa[]工作辊只需要计算扭转应力：MnWn

nM0.208dM

485543.147520.2080.4253

31.6250MPa]所以第一架轧辊辊颈满足弯曲+扭转强度的要求。对于第六架轧辊：支承辊Md

pl 593.9929.8800 1.1642106Nm4 4M Md Wd

Md0.1dd

22.7388MPa]MnWn

Mn0.208dn

362250.77760.2080.83

3.4015MPa]由于采用铸铁轧辊，合成应力应按第二强度理论计算： p

0.625222

23.9252MPa[]工作辊只需要计算扭转应力：Mn Mn

362250.7776

40.6202MPa]W 0.208d3 0.2080.3503n所以第六架轧辊辊颈满足弯曲+扭转强度的要求。辊头扭转强度校核对于第一架轧辊：M n MnM

485543.14752

3.9385MPa]max Wn

0.208a3 0.2080.843所以第一架轧辊辊头满足扭转强度的要求。对于第六架轧辊：M Mmax Wn

Mn0.208a3n

362250.77760.2080.693

5.3015MPa]所以第六架轧辊辊头满足扭转强度的要求。辊身挤压强度校核0.3，接触应力的计算公式可简化为：qE(qE(rr)1 2rr12式中：

max

0.418q—加在接触表面单位长度上的负荷，N/m；qP/L1196.5849800/2.155.4542106N/mr r—（工作辊和支承辊r1 2

=0.425m，r2

=0.800m；E —弹性模量，GPa ；铸铁 E133~1P，取E=15GPa代入接触应力计算式可得：qE(qE(rr)1 2rr12max

717.6555MPa 0.304 0.304717.6555218.1673MPamax max据表可知：第一架轧辊辊身挤压强度满足要求。（2）对于第六架轧辊：qP/L593.9929800/2.152.7075106N/mrr1

—（工作辊和支承辊，r1

2

=0.800m；E —弹性模量，GPa ；铸铁 E133~1P，取E=15GPa代入接触应力计算式可得：qE(qE(rr)1 2rr12max

0.418

539.8535MPamax0.304max0.304539.8535164.1154MPa根据设备参数可知，第六架轧辊辊身挤压强度满足要求。电机能力校核以精轧第一道次为例：附加摩擦力矩：轧制过程中，轧件通过辊间时，在轴承内以及轧机传动机构中有摩擦力产生，所谓附加摩擦力矩，是指克服这些摩擦力所需力矩，而且在此附加摩擦力矩的数值中，并不包括空转时轧机传动所需力矩。组成附加摩擦力矩的基本数值有两大项，一为轧辊轴承中的摩擦力矩，另一项为传动机构中的摩擦力矩。下面所求数据在Excel表格编辑函数所得（见论文后附录）。轧辊轴承中的摩擦力矩：P—轧制力；

pfM2M

d14pf d111 211f1—轧辊轴承摩擦系数，它取决于轴承构造和工作条件，取f1=0.003；m1 1 M pf d 1196.5840.850.0033.0513tm1 1 传动机构中的摩擦力矩：M1 M MMi( 1) zh m2 i1