材加热轧带钢课程设计

2222大学课程设计说明书设计题目：热轧带钢课程设计学院、系：专业班级：学生姓名：指导教师：成绩：摘要板带钢是钢铁产品的主要产品之一，广泛地应用于工业、农业、建筑业以及交通运输业。热轧板带在国民经济开展中起到了巨大的推动作用。热轧板带生产一直是轧制行业中高新技术应用最为集中、人们最为关注的领域。本设计是参考鞍钢ASP1700生产线而设计的热轧带钢生产线。本设计中主要包括六局部，第一局部从热轧带钢机的开展、国外带钢生产先进技术以及我国带钢开展等几个方面阐述了热轧带钢开展情况；第二局部参考了鞍钢ASP1700生产线以及实际设计情况确定了车间的轧钢机械设备及参数；第三局部以典型产品3.0×1550mm35#为例从压下规程、轧制速度、轧制温度等方面确定了生产工艺制度；第四局部以典型产品为例进行了轧制力和力矩计算；第五局部根据设备参数和实际制定的生产工艺进行了咬入、轧辊强度的校核；第六局部本次设计总结。关键词：热轧带钢；轧制工艺制度；轧辊强度；目录1综述11.1引言11.2热轧带钢机的开展现状11.3热轧板带钢生产的工艺流程31.4热轧板带钢生产的生产设备31.5ASP1700热轧板带钢生产的新技术32主要设备参数53典型产品轧制工艺制定83.1生产工艺流程图：83.2坯料规格尺寸的选定83.3轧制工艺制定8加热制度83.3.2粗轧和精轧各自压下制度9精轧轧制速度10精轧温度制度114力能参数计算124.1精轧各机架轧制力计算124.2精轧各机架轧制力矩的计算145设备强度及能力校核155.1精轧机咬入角校核155.2轧辊强度校核165.2.1辊身弯曲强度校核195.2.2辊颈弯曲+扭转强度校核215.2.3辊头扭转强度校核226结语237参考文献241综述1.1引言按照厚度可将板带分为厚板、薄板和极薄带钢三大类，我国将厚度60mm以上的钢板称为特厚板，20mm~60mm的钢板称为厚板，4.0mm~20mm的钢板称为中板，0.2mm~4mm的钢板称为薄板，其中0.2mm~1.2mm又称为超薄板带，小于0.2mm的极薄板带称为箔材。按照板带的宽度分，宽度小于600mm的板带钢称为窄带钢，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1000mm以上的板带成为宽板带。按照板带的轧制工艺方式又可以将其分为热轧板带和冷轧板带。板带在热轧方面有深冲热轧钢板、耐腐蚀高强度热轧钢板、成型性优异的高强及超高强钢板、超宽幅汽车钢板、热镀锌钢板、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。热轧宽带钢是重要的钢材品种，对整个钢铁工业的技术进步和经济效益有着重要影响。兴旺国家热轧宽带钢产量约占热轧钢材的50%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，但高附加值产品的数量和质量较低。我国一般热轧带钢产品厚度下限是1.8mm，但实际上只生产很少厚度小于2.0mm的热轧带钢，即使窄带钢，产品厚度一般也大于2.5mm。因此，相当一局部希望使用厚度小于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，那么可代替相当一局部的冷轧带钢使用，使生产本钱大为降低。1.2热轧带钢机的开展现状自从1926年第一台带钢热连轧机投产以来，热轧带钢生产取得了令人瞩目的进展，其面貌发生了很大的变化。1973年石油危机之前，热轧带钢生产过程以大型、高速、高产为主要目标，相继建设了一批大型热轧带钢厂。在这指导原那么的指导下，一般的配置方案如图1.1〔a〕所示，这种配置具有较高的生产能力，产品范围广。设备能力大，在生产难变形的产品时，其强大的设备能力得以充分表达，而在轧制低碳钢时其轧制力和轧制力矩远远小于轧机许用值，从市场情况来看，较难变形产品份额只占整个板带产品份额的20%左右。1973年以后，热轧带钢轧机的开展转向节省能源和劳动力，注重产品质量。在冶金、机械、电气、控制、计算机等领域技术开展的支撑下，在国民经济各部门对高级、多样化产品需求的推动下，热轧带钢生产采取了一系列的连续化、自动化技术，成为了一个装备水平极高、连续化的薄板生产制造系统。图1.1热轧带钢轧机设备的方案〔a〕常规热轧带钢轧机方案〔高生产能力型〕；〔b〕紧凑式热轧带钢轧机方案；〔c〕炉卷轧机〔斯特克尔轧机〕方案；〔d〕CSP方案〔紧凑式带钢生产〕；〔e〕带粗轧机的CSP方案1.3热轧板带钢生产的工艺流程连铸板坯→进步式加热炉→高压水除鳞〔初〕→定宽压力机定宽→粗轧机→飞剪→高压水除磷〔精〕→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1.4热轧板带钢生产的生产设备1、加热炉：3座步进梁式加热炉2、粗轧区：由高压水除鳞箱、定宽压力机、带立辊的初轧机、保温罩、废品推出机、辊道、侧导板及其他辅助设备组成3、精轧区：精轧区主要由切头飞剪、粗轧除鳞箱、精轧机前立辊轧机、6-7机架四辊精轧机及其他辅助设备组成4、卷取机区：卷取机区主要由精轧机后热输出辊道、带钢层流冷却系统、地下卷取机及其前后设备、钢卷打捆机、卸卷小车、钢卷运输系统及其他辅助设备组成1.5ASP1700热轧板带钢生产的新技术1、国内第一套中薄板坯连铸机，采用当代最先进的奥钢联中薄板坯连铸工艺，板坯厚度范围100mm-135mm2、采用短流程直接热装工艺；3、采用计算机控制的步进梁式加热炉；4、采用先进的热卷箱技术，极大提高了带钢外表质量，均衡了带坯头尾温差，改善了带钢机械性能同卷差；5、采用先进的滚筒飞剪，以实现带坯的头、尾自动剪切；6、采用先进的液压AGC控制，辅之以电动AGC控制以实现对带钢的自动厚度控制；并使用液压调辊缝偏差。7、采用先进的正弯控制及窜辊控制，以实现对带钢的板形控制；8、采用可实现卷取温度自动控制带钢层流式冷却装置；9、采用全液压具有自动跳步控制技术的地下卷取机；10、采用根底自动化(DDC)、过程控制级(SCC)、生产控制级(PCC)、生产管理级〔ERP〕四级计算机控制系统。2主要设备参数粗轧机组选择主要参考鞍钢1700线，采用两架相同的轧机作为粗轧机组，其主要参数如表2.1所示。表2.1粗轧机的主要参数工程1700ASP粗轧机支持辊尺寸mmφ1400/1300×1700粗轧机工作辊尺寸mmφ800/750×1700最大轧制压力t2000道次最大压下量mm30主电机功率kW转速r/min2-AC1000040/90轧制速度m/s0-2.8立柱断面cm25000附着式立辊数目架1立辊最大侧压量mm20ASP1700精轧机是国内第一套完全设计和制造的第四代精轧机。主要表达在：牌坊断面6000cm2，大刚度，支持辊全部采用油膜轴承，压下采用电动压下+液压AGC，采用弯辊、窜辊控制板形，配有工作辊的快速换辊装置、调轧制水平线高度的导尺装置，设有机架间除鳞和流量可调的机架间冷却水控制终轧温度，采用液压活套。表2.3精轧机的主要参数工程1700ASP立柱断面面积cm26020最大轧制力kNF1-F2:35000F3-F6:25000工作辊直径mmF1-F2:φ700/φ640F3-F6:φ665/φ615工作辊辊身长度mmF1-F2:1730F3-F6:2000支承辊尺寸mm1550/1400×1700窜辊工作辊行程mmF1-F2:——F3-F6:±150主传动电机功率和转速F1-F4：AC4500kW300~550r/minF5-F6：AC3500kW150~300r/min表2.2切头飞剪的主要参数型式转鼓式圆弧飞剪剪切尺寸普碳钢，mm401550低合金钢,mm341430剪切力，kNMax.6500剪切速度，m/s0.5-2电动机DC580kW900r/min转鼓驱动2级减速机减速机速比1:22剪刃回转半径，mm1000剪刃长度,mm1650/1700表2.4卷取机的主要参数工程1700ASP型式三助卷辊卷取式卷取带钢厚度mm卷取带钢宽度mm770-1550最大钢卷重量t24最大单位宽度重量kg/mm18钢卷内径mmφ762钢卷外径mmφ1150-φ2000卷筒直径mmφ762/φ745φ727主电机转速r/min340/1000主电机功率kW7003典型产品轧制工艺制定3.1生产工艺流程图：3.2坯料规格尺寸的选定表3.1鞍钢1780生产线板坯规格工程板坯厚度mm板坯长度m成品宽度mm成品厚度mm最大单重ton年设计产量wantonASP1700110-1507-15.6900-15501.5-1021290表3.2坯料及成品尺寸工程厚度mm宽度mm钢种坯料尺寸150160035#成品尺寸3.0155035#3.3轧制工艺制定3.3.1加热制度加热：加热制度取决于热轧所要求的开轧温度。一般加热温度为1250~1280℃，开轧温度为1180~带坯在轧制过程中，边部由于散热较快，其温降大于中部温降，温差大约为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，还将造成轧制中边部裂纹和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，将温度补偿到与中部温度一致。一般采用电磁感应加热器，可使带坯边部温度提高50℃到3.3.2粗轧和精轧各自压下制度粗轧阶段压下量分配原那么为：〔1〕粗轧机组变形量一般要占总变形量的70～80％；〔2〕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；〔3〕一般粗轧机轧出的带坯厚度为20～40mm；〔4〕第一道考虑咬入及坯料厚度偏差不能给以最大压下量，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。精轧机组充分利用高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几道，在后几架轧机上为了保证板形、厚度精度及外表质量，压下量逐渐减小。第一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。表3.3不同成品厚度所对应的中间坯选定的厚度成品厚度＜3.89HRC3234363838-40(注：HRC为中间坯〔粗轧轧完〕厚度)据上表可选定中间坯厚度为：32mm表3.4粗轧压下制度制定道次12345H(mm)1501208456.2839.40h〔mm〕1208456.2839.4032Δh〔mm〕303627.7216.887.40ε%2030333018.77表3.5精轧压下制度制定道次123456H(mm)3220.812.487.494.493.37h〔mm〕20.812.487.494.493.373.0Δh〔mm〕11.28.324.993.001.120.37ε%3540404025113.3.3精轧轧制速度1、确定最末架F6的穿带速度及出口速度表3.6速度设定工程指标序号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由于本车间的典型产品厚度h=3.0mm，所以末架轧机穿带速度为9.85m/s，出口速度12、精轧机组其它各架轧机速度制度确实定末架轧机轧制速度确定以后，可由秒流量相等原那么，即由以下公式：v1b1h1=v2b2h2...=vnbnhn计算出各机架的轧制速度和穿带速度。由于b1=b2...=bn，那么v1h1=v2h2...=vnhn表3.7精轧机组各架轧制速度道次123456穿带速度〔m/s〕1.422.373.966.588.779.85轧制速度(m/s)2.484.136.8911.5015.3117.203.3.4精轧温度制度由于带坯出粗轧后在中间辊道上和进精轧前的除鳞都会有温降，根据现场经验，取带坯在精轧除鳞后的头部温度t为1050℃；因为在轧机上完成金相组织转变对厚度控制和机械性能都有不良影响，所以轧制结束温度应该控制在奥氏体区，奥氏体向铁素体转变的起始温度-C钢约为875℃，设精轧末架的出口温度为精轧采用温降公式：ti=t0-C(h0/hi-1〕C=(t0-tn)hn/(h0-hn)〔其中：t0—开轧温度；tn—轧后温度；h0—轧前厚度；hn—轧后厚度；〕表3.8精轧各架温度变化机架F1F2F3F4F5F6轧制温度〔℃〕1040.531022.49992.44942.23900.56879.964力能参数计算4.1精轧各机架轧制力计算S. E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；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把m和值带入中，并乘以接触面积的水平投影，那么轧制力为：其中：K=(14-0.01t)(1.4+C+Mn+0.3Cr)10MPa对钢轧辊，a=1;对铸铁轧辊，a=0.8;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〈616~100.810~150.6515~200.6表4.1X70钢化学成分标准牌号化学成分〔%〕APISPEC5L

GB/T9711.235#CMnSiSCrNiCu≤0.40≤0.8≤0.37≤0.035≤0.25≤0.25≤0.25第一、二架精轧机其余精轧机对于第一架轧机：=0.8××1040.53〕=0.424K=10(14-0.01t)(1.4+C+Mn+0.3Cr)=10(14-0.011040.53)〔1.4+0.4+0.8+0.30.25〕=96.158MPa=0.01×〔14-0.01×1040.53〕×1×10=0.359MPa.s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4.2各机架轧制力及其各道次计算参数表机架摩擦系数温度〔℃〕平均变形速度〔s-1〕平均单位压力〔MPa〕轧制力〔t〕10.4241040.53017.574155.1751439.92020.4311022.49040.021205.3891642.65130.443992.44087.902302.8121838.56140.463942.230189.631461.1612171.04050.480900.560235.109539.0011550.43260.488879.960187.326442.0991022.6974.2精轧各机架轧制力矩的计算轧制力矩可用以下公式计算：式中：P—轧制力；—道次压下量；—为力臂系数；热轧板带时：=0.42~0.50，取0.46对于第一架轧机轧制力矩：同理可依次得出各机架轧制力矩，见下表：表4-3各机架轧制力矩表机架123456力矩〔t·m〕79.30777.97866.25860.66526.4717.1735设备强度及能力校核5.1精轧机咬入角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。式中：——工作辊直径——轧件的压下量；——咬入角——摩擦角原料在第一架轧机咬入时，压下量比拟大，比拟困难，所以对第一架进行咬入能力的校核。校核如下：由上面公式得到：，，所以：而，得到：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/°10.739.257.035.663.461.99热轧过程中最大咬入角一般在15°~20°之间，故精轧各道次咬入符合条件。5.2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，就轧机整体而言，轧辊平安系数最小，因此，轧辊强度往往决定整个轧机负荷能力，这也正是我们要校核轧辊强度的原因。轧辊材料各不相同，粗轧机为合金锻钢，精轧机组为合金铸铁。所以他们的许用应力也不同，具体见下表所示表5.2许用应力表单位：Mpa工程许用弯曲应力[σ]许用接触应力[σ]许用剪切应力[τ]合金锻钢2402400730铸铁1402000610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校核第二道次和第四道次。表5.3F1F2辊身直径D/mm辊身长度压下螺丝中心距辊颈直径/mm辊颈长度工作辊φ700/φ64017302050320320支承辊1550/140017002400700700BB图5-1四辊轧机轧辊受力图第二架轧辊参数：1〕支撑辊辊身直径：Dz=1400mm；辊身长：Lz=1700辊颈直径：dz=(0.5~0.55)Dz=0.5×1400=700mm辊颈长度：z=(0.83~1.0)dz=1×700=700mm；压下螺丝之间的距离：az=Lz+z=1700+700=2400mm；2〕工作辊辊身直径：Dg=640mm；辊身长度：Lg=1730辊颈直径：dg=(0.5~0.55)Dg=0.5×640=320mm辊颈长度：g=(0.83~1.0)dg=1×320=320mm；压下螺丝之间的距离：ag=Lg+g=1730+320=2050mm;辊头直径：b=Dg-〔5~15〕=640-10=630mm取a/b=1a=630mm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/x11.52346η0.2080.3460.4930.8011.451.789取：η=0.208。表5.5F3-F6轧辊各局部尺寸辊身直径D/mm辊身长度压下螺丝中心距辊颈直径/mm辊颈长度工作辊φ665/φ61520002308308308支承辊1550/140017002400700700第四架轧辊参数：1〕支撑辊辊身直径：Dz=1400mm；辊身长：Lz=170辊颈直径：dz=(0.5~0.55)Dz=0.5×1400=700mm辊颈长度：z=(0.83~1.0)dz=1×700=700mm；压下螺丝之间的距离：az=Lz+z=1700+700=2400mm；2〕工作辊辊身直径：Dg=615mm；辊身长度：Lg=200辊颈直径：dg=(0.5~0.55)Dg=0.5×615=307.5mm；取辊颈长度：g=(0.83~1.0)dg=1×308=308mm；压下螺丝之间的距离：ag=Lg+g=2000+308=2308mm;辊头宽度：b=Dg-〔5~15〕=615-10=605mm取a/b=1a=615mm;根据下面表格得到抗扭断面η系数值：表5.6抗扭断面系数B/x11.52346η0.2080.3460.4930.8011.451.789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，支承辊几乎承当了所有弯矩，只需对支承辊弯矩进行校核。辊身弯曲强度校核〔1〕对于第二架轧机：1、支承辊图5-2支撑辊弯矩图a—压下螺丝间距，b—板宽。所以第二架轧机支撑辊身满足弯曲强度的要求。2、工作辊图5-3工作辊弯矩图图5-3工作辊弯矩图a—压下螺丝间距，b—板宽。所以第二架轧机工作辊身满足弯曲强度的要求。〔2〕对于第四架轧机1、支承辊所以第四架轧辊辊身满足弯曲强度的要求。2、工作辊所以第四架轧机工作辊辊身满足弯曲强度的要求。辊颈弯曲+扭转强度校核对于第二架轧辊：支承辊由于采用铸铁轧辊，合成应力应按第二强度理论计算：工作辊只需要计算扭转应力：所以第二架轧辊辊颈满足弯曲+扭转强度的要求。对于第四架轧辊：支承辊由于采用铸铁轧辊，合成应力应按第二强度理论计算：工作辊只需要计算扭转应力：所以第四架轧辊辊颈满足弯曲+扭转强度的要求。辊头扭转强度校核〔1〕对于第二架轧辊：所以第二架轧辊辊头满足扭转强度的要求。〔2〕对于第四架轧辊：所以第四架轧辊辊头满足扭转强度的要求。接触应力的校核因为两个轧辊的材质相同，，接触应力的计算公式可简化为〔1〕对于第二架轧辊：式中