年产200万吨1700热轧带钢生产线工艺设计

毕业设计说明书设计题目：年产200万吨1700热轧带钢生产线工艺设计学生姓名：专业班级：成型2班学院：冶金与能源学院指导教师：i生产方式更合理1。基于这些考虑，本次设计结合唐钢1700mm、本钢1700mm、宝钢1580mm、鞍钢1780mm热轧生产线设计了200万吨的1700mm常规热连轧生产线。在此设计中详细地介绍了加热、粗轧、热卷取、精轧、冷却、卷取等一弯辊(WRB)技术和厚度自动控制(AGC)等技术来控制板型和厚度。另外，为提关键词：常规热连轧；热卷箱；层流冷却；厚度自动控制Thehotstripproductiontechniquelevelnotonlyisaimpormetallurgyindustryproducedevelopmentlevel,butalsoreflectalevelofindustryandsciencetecsatisfytherequestofmodernindustrytohotstripspeciesqualproductisbyallmeansdecidedbyqualityoslaboftraditionalthicknessisobviouslybetterthanthinslabcontinouscsatisfyingtherequestofobtainingtcontinouscastingproducemethodisconsideredmorereasonablef¹.traditionalhotcontinuousrthetemperatureofrollingmetalandreducethedifferenceteheadofrollingmetal,Iestablishahotcurlboxbetweentheroughrollingandthefinishingrolling.ThecoefficientinthisdesignandpartsofformulaKeywords:convensional 1 2 2 21.1.2我国热轧板带钢生产的发展史 2 31.2.1带钢生产技术的进步 31.2.2热带钢装备技术进步 51.3我国热轧板带钢发展趋势 51.3.1近代热轧板带钢生产技术发展的主要趋向 5 6 71.4.1常规热连轧工艺 7 7 81.5.1板形、板厚控制技术在新生产工艺中 8 9 2.1建厂依据 2.1.2地理与资源 2.2产品大纲 2.2.2产品规格 3车间布置及主要设备选择 3.1车间布置及设备选用的原则 3.2.1板坯宽度侧压设备 3.2.2轧制总道次的确定 3.2.3粗轧机 223.2.5精轧机 3.2.6压下装置 3.2.7活套装置 4典型产品压下规程设计 4.2各道次出口厚度及压下量的确定 4.2.1粗轧机的压下量分配原则 4.2.2精轧机的压下量分配原则 4.2.3综合分析 4.3轧机咬入的校核 34.4确定轧制速度制度 4.4.1粗轧机速度制度 4.4.2精轧机速度制度 4.5确定轧制温度制度 4.5.1粗轧各道次温度确定 4.5.2精轧各道次温度确定 4.6力能参数的计算 4.6.1轧制力的计算和空载辊缝的设定 4.6.2轧制力矩的计算 41 4.6.4空转力矩的计算 4.6.5动力矩的计算 4.7层流冷却对温度的控制及大致的冷却速率的确定 465轧辊强度和主电机能力的校核 475.1轧辊强度的校核 475.1.1支撑辊的校核 475.1.2工作辊的校核 5.1.3工作辊与支撑辊间的接触应力 5.2主电机能力的校核 5.2.1轧制过程中静负荷图的制定 535.2.2主电机的校核 546年产量的计算及轧制图表 6.1轧钢机年产量的计算 6.1.2轧钢机平均小时产量的计算 57 576.2轧钢机工作图表的制定 6.2.1轧制图表的基本形式及其特征 6.2.2轧机工作图表的制定 7辅助设备的选择 7.1加热炉的选择 7.1.1加热能力的确定 7.1.2炉子数量的确定 7.1.3炉子尺寸的确定 7.2除磷装置的选择 7.2.1除磷的必要性 7.2.2各种除磷方式的比较 7.2.3本次设计除磷装置的选择 7.3剪切设备的选择 7.5卷取设备的选择 7.6辊道的选择 7.7活套支撑器 7.7.1概述 7.7.2活套支撑器的相关参数的计算 7.8控制设备 7.8.1厚度控制 7.8.2板形控制 757.8.3宽度控制 8轧钢车间平面布置及经济技术指标 8.1轧钢车间平面布置 8.1.1轧钢车间平面布置的原则 798.1.2金属流程线的确定 8.2车间技术经济指标 8.2.1各类材料消耗指标 8.2.2综合技术经济指标 9分析可行性及介绍设计优势 参考文献 91板带产品的技术要求具体体现为产品的标准，包括四个方面²:(1)尺寸精度高。板带钢一般厚度小、宽度大，厚度的微小波动将引起使用性能和金属消耗的巨大变化，板带必须具备高精度尺寸。(2)无板形缺陷。板带越薄，对板形不均的敏感性越大。(3)保证表面质量。板带表面不得有气泡、结疤、拉裂、刮伤、折叠、裂缝、夹杂和氧化铁皮压入。(4)具备优良性能。板带钢的性能要求主要包括机械性能、工艺性能和某些钢板的特殊物理或化学性能。目前传统热轧宽带钢轧机采用的特色技术有³1:(1)连铸坯热装和直接热装。该技术要求炼钢和连铸机稳定生产无缺陷板坯；热轧车间最好和连铸机直接连接，以缩短传送时间；在输送辊道上加设保温罩及在板坯库中设保温坑；板坯库中要具有相应的热防护措施。(2)板坯定宽压力机。可连续进行板坯侧压，运行时间短，效率高，板坯温降小，侧压后板坯头尾形状好，狗骨断面小，板坯减宽侧压有效率达90%以上。(3)粗轧机短行程控制和宽度自动控制。经立辊宽度压下及水平辊厚度压下后，板坯头尾部将发生失宽现象。根据其失宽曲线采用与该曲线对称的反函数曲线，使立辊轧机的辊缝在轧制过程中不断变化。这样轧出的板坯再经水平辊轧制后，头尾部失宽量减少。(4)中间坯保温技术和边部感应加热技术。中间坯长度可达80～90m,进精轧机轧制过程中为减少带坯头尾温差，设置保温罩是简单有效的技术。精轧机组前的带坯边部电感应加热器是针对轧制薄规格产品和硅钢、不锈钢、高碳钢特殊品种设置的。从我国目前板带市场需求情况和生产能力来看，热轧板的生产能力大大高于冷轧能力。采用常规板坯连铸、热送热装和直接轧制工艺，可稳定生产以汽车面板为代表的高档板材品种，除生产工艺成熟、效率高、产品质量高外，还可缩短工艺流程，降低生产成本。选择这种工艺方案，热轧板品种质量定位很高，品种齐全，尤其是生产超深冲钢、高强度钢、奥氏体不锈钢、高钢级管线钢等时适宜采用厚板坯常规热连轧工艺。但由于连铸和热连轧生产线的投资比例一般约为连铸20%,轧机80%,热连轧机是决定规模和投资的主要因素。从生产规模看，要充分发挥热连轧机的生产能力，必须配备足够生产能力的辅助设备和确保连铸坯的质量和供应量。采用连铸、炼钢、轧钢生产计划的计算机一体化管理系统，以保证物流匹配，使投资效益最大化。2热轧板带钢轧机的发展已有70多年历史，汽车工业、建筑工业、交通运输业等的发展，使得热轧及冷轧薄钢板的需求量不断增加，从而促使热轧板带钢轧机的建设获得了迅速和稳定的发展。从提高生产率和产品尺寸精度、节能技术、提高成材率和板形质量、节约建设投资、减少轧制线长度实现紧凑化轧机布置到热连轧机和连铸机的直接连接布置，热轧板带钢生产技术经历了不同的发展时期[4]。1960年以前建设的热带钢轧机称第一代热带钢轧机。这一时期热带钢轧机技术发展比较缓慢，其中最重要的技术进步是将厚度自动控制(AGC)技术应用于精轧机，从根本上改善了供给冷轧机的原料板带钢的厚度差。20世纪六、七十年代是热轧板带钢轧机发展的重要时期。同时连铸技术发展成熟，促使热连轧机从最初使用钢锭到使用连铸坯，从而大幅度提高产量并能够为冷轧机提供更大的钢卷。热轧板带钢轧机的生产工艺过程是钢铁工业生产中自动化控制技术最发达的工序。60年代后新建的热带钢轧机很快采用了轧制过程计算机控制，将热轧板带钢轧机的发展推向一个新的发展阶段，这一时期新建的轧机称为第二代热带钢轧机。1969年至1974年在日本和欧洲新建的轧机称为第三代热带钢轧机。20世纪80年代，板带钢生产更加注重产品质量，同时对于低凸度带材需求量不断增长，这使板带钢板形控制技术成为热轧板带钢轧制技术重要课题之一。90年代，热轧板带钢在工艺方面有重大突破，1996年日本川崎钢铁公司成功开发无头连续轧制板带钢技术，解决了在常规热连轧机上生产厚度0.8～1.2mm超薄带钢一系列技术难题。热连轧生产线的产品规格最薄达0.8mm,但实际生产中并不追求轧制最薄规格，因为薄规格生产的故障率高，辊耗大，吨钢酸洗成本高等。待技术发展到故障率等降低我国热连轧带钢的发展，大体经历了三个阶段3]:第一阶段，以大企业为主，以解决企业有无为主要目的的初期发展阶段。这个时期热轧板带钢轧机建设只能靠国家投入，由于资金、技术等限制，轧机水平参差不齐。31989投产的宝钢2050mm轧机代表了当时国际先进轧生产技术。但是，这个时期投产的二手设备则是国外五六十年代的装备(1994年投产的太钢1549mm轧机、梅钢1422mm轧机),整体技术水平相对落后，在安装过程中本钢1700mm轧机和1992年投产的攀钢1450mm轧机，这两套轧机的整体水平不高，纪90年代以后，各大企业均以引进国外最先进技术为主。如1999年投产的鞍钢1780mm轧机、1996年投产的宝钢1580mm轧机，是世界传统热连间辊道保温技术和带坯边部感应加热技术，轧机全部采用交流同步电机和GTO电源变换器及4级计算机控制，精轧机采用了全液压压下及AGC技术。国内还引进了三套薄板坯连铸连轧生产线，即1999年投产的珠钢1500mm薄板坯生产线、邯钢1900mm薄板坯生产线和2001年投产的包钢1750mm薄板坯生产线，这些生产线是41.典型的传统热带钢连轧机组，这种机组通常是2架粗轧机，7架精轧机，2台地下卷取机，年总产量350～550万t,生产线的总长度400～500m,有一些新建的机组装备了定宽压力机(SP)。这类轧机采用的铸坯厚度通常为200～250mm,特点是产量高，自2.紧凑型的热连轧机，通常机组的组成为1架粗轧机，1台中间热卷箱，5～6架精轧机，1～2台地下卷取机，生产线长度约300m,年产量200～300万t。采用的铸坯厚度速轧制(轧制速度14m/s左右)。3.新型的炉卷轧机机组，通常采用1台粗轧机，1台炉卷轧机，1～2台地下卷取机，产量约100万t,其中有的生产线可以生产中板也可以生产热轧板卷，主要用于不锈钢4.热轧带钢的另一生产形式是薄板坯连铸连轧，按结晶器的形式不同，分别有多种形式，如SMS开发的CSP、DANIELY开发的H2FRL等，由薄板坯铸机、加热炉和轧机组成，刚性连接，铸坯厚50～90mm,产量120～200万t,轧机的布置形式有粗轧加精轧为2+5布置，1+6布置，也有7架精轧机组成的生产线。薄板坯连铸连轧的特点是生产周期短、产品强度高、温度与性能均匀性好，但是表面质量、洁净度控制方面比传统厚板坯的难度大。5.国外发展的无头(半无头)轧制技术，日本是在传统的粗轧机后设立热卷箱，飞焊机，把中间坯前一坯的尾部和下一坯的头部焊接在一起，进入精轧机组时形成无头的带钢进行轧制，在卷取机前再由飞剪剪断，该生产线可以20m/s的速度轧制生产0.8～1.3mm厚的带钢。德国发展的是半无头轧制技术，他们利用薄板坯连铸连轧的生产线，铸造较长的铸坯，如200m,进人精轧，并且轧后进行剪切，在精轧机组中形成有限的无头连轧。这种生产线的特点是适合于稳定生产薄规格的带钢，减少了薄规格带钢生产中的轧废和工具损失。欧洲还在开发基于薄板坯连铸连轧技术的无头轧制技术，通过进一步提高铸坯的拉速，使连轧机和连铸机的速度得到匹配，实现真正的连铸连轧。6.正在开发的生产热带钢的技术是薄带直接连铸并轧制的技术，钢水在2个辊中铸成5～6mm的带钢，经过1架或2架轧机进行小变形的轧制和平整，生产出热带钢卷。欧洲、日本和澳大利亚都进行过类似的试验，2004年美国NUCOR建立了工业试验厂，德国的THYSSEN-KRUPP也建立了相同的试验工厂，据介绍年产50万t的带钢厂已经试验成功，但是关于生产的稳定性、成本、产品质量、产品范围和应用领域的5现在热连轧机很多的技术发展依然集中在板形、厚度精度、温度与性能的精准控制、表面的质量控制等方面，比如广泛使用的强力弯辊(WRB)系统、工作辊窜辊在热连轧机组的最后3个机架上采用单辊驱动和不同辊径工作辊轧制技术(SRDD),该技术是轧制中驱动大直径的下工作辊(直径620mm),而较小直径的上工作辊从动，其开发和推广应用连铸板坯直接热装与直接轧制技术。(2)薄板坯和薄带坯的连铸连轧形的轧机、装备和方法。这是近代板带轧制技术研究开发最活跃的一6的组织性能和质量。利用锰、硅、钒、钦、银等微合金元素生产低合金钢种，配合连铸连轧、控轧控冷或形变热处理工艺，可以显著提高钢材性能。近年来，由于工业发展的需要，对不锈钢板、电工钢板(硅钢片)、造船钢板、深冲钢板等生产技术的提高特别注意。各种控制钢板组织性能的技术，包括对组织性能预报控制技术得到了开发研究和重视。1.3.2我国热带轧机的发展趋势31.热轧带钢轧机建设进一步发展。近年我国热连轧带钢生产发展极其迅速，邯钢、南钢、安钢、武钢、宣钢、承钢等也正在规划建设热带轧机。如果所有轧机全部建成，产能得到发挥，则带钢产量将很可观，我国钢材板带比低、薄板长期供不应求的状况将根本改变。2.轧机的国产化率逐步提高。进入21世纪以后，除热连轧带钢产量大幅度提高、轧机建设快速发展以外，轧机国产化问题也有了长足进步。目前由国外总承包的项目国产化率普遍达到70%以上，有的达到90%。而且一些项目已做到全部国产化，如鞍钢1700、2150mm轧机、济钢1700mm轧机、莱钢1500mm轧机、新丰1700mm轧机、唐钢1700mm轧机等，由国内总承包，装备全部国内设计制造，少量关键件在国外自主采购。从表1可看出，在已投产的20套轧机中，国产的仅有2套，占1/10;但正在建设的16套轧机中已有7套完全采用国内技术装备，占44%。这是一个很大的进步。国内装备虽然在整体技术水平上与外国先进水平有一定差距，但已达到较高水平，以鞍钢1700mm轧机为例，其质量水平与其1780mm轧机相差不大。国产装备的另一优势是价格优势。如引进国外的薄板坯连铸连轧生产线一般需投资20～23亿人民币，但采用国产中等厚度薄板坯仅需15～17亿人民币，其产量与国外生产线基本相同。3.世界最新技术不断被采用。目前国内已建和在建热轧生产线中采用了许多最新技术，如半无头轧制技术，其在国外刚开发不久，国内已有多条生产线采用或预留(唐钢、马钢、涟钢、本钢、通钢等);如高性能控制器，西门子刚推出新一代闭环工艺与传动控制器TDC,国内已有太钢1549mm轧机、武钢2250mm轧机采用，北京科技大学国家轧制中心承担的莱钢1500mm轧机自动化控制系统也采用了该控制器，使我国紧跟国外最先进的技术发展。事实表明，在采用最新技术方面热连轧领域已处于国际前沿水平。7常规厚板坯热连轧生产工艺具有诸多特点：(1)生产能力大；(2)产品品种规格范围宽、产品精度高、质量稳定，规格可覆盖全部板材产品，产品最宽可达2000mm以上，最薄可达112mm(采用无头轧制),可生产包括汽车板、家电板、硅钢、管线板、造船板、容器板等高纯净度、高精度和高强度的全部热轧产品；(3)生产效率高、成材率高、自动化程度高；(4)压缩比大于其他各种工艺；(5)近年来常规板坯连铸和热连轧工艺取得突破性进展，包括连铸坯热送热装和直接轧制技术、无头轧制技术、连铸板坯结晶器在线调宽技术、定宽压力机调宽技术等。因此目前这种生产工艺仍是大型或特大型钢铁联合企业建设热轧宽带钢轧机的首选。由于连铸连轧工艺生产环节多、工艺流程长、占地面积大、能耗较高，因此生产成本相对较高；生产优质高档产品时，需配备技术含量高的炼钢、精炼和连铸设施，投资相应增大；此外，生产超薄带1.4.2薄(中，厚)板坯连铸连轧工艺由于薄板坯(厚度为50mm)连铸连轧时铸坯薄、拉速高，易产生纵向裂纹，因而造成板坯表面质量差，组织不均匀，限制了很多品种的生产。在对于表面光洁度要求不高的场合下，其产品能够部分取代冷轧产品，省去冷轧各个环节。尤其坯料连续铸造后，在轧制前仅有一次补热，生产过程得到简化，降低了成本8。为了扩大生产品种，将出结晶器的铸坯厚度增加到90mm,经软压下后减薄到70mm,形成中薄板坯连铸连轧的生产方式，可实现铁素体轧制，能生产包晶钢等。中厚板坯连铸连轧也是在薄板坯连铸的基础上，将铸坯厚度增至90～150mm,轧制工艺和设备配置接近常规工艺，使带坯温度和性能更均匀，生产品种不断扩大，逐步接近常规工艺生产的品种范围。薄板坯连铸连轧生产工艺具有的特点是：(1)生产能力适中，适合中型钢铁企业生产板材，2流连铸机经济规模可达250万t左右；(2)布置紧凑、设备重量轻、厂房面积小、流程短、能源和动力消耗较少、生产运行成本较低；(3)采用半无头轧制工艺，适合批量生产1.5mm以下薄规格热轧板，实现“以热代冷”;(4)生产一般用途板材和超薄带钢的市场竞争力较强。由于薄板坯连铸拉坯速度较高，因而铸坯易产生横向角裂和表面纵裂等缺陷，使带钢表面质量不及常规工艺产品水平；此外，也不利于生产要求压缩比较大的品种。目前，薄板坯连铸连轧生产的产品只能覆盖板材品种的70%～80%,8还有相当一部分产品，如汽车面板、超深冲板和表面质量要求高的板材、高钢级管线板、奥氏体不锈钢板、部分高碳钢板等尚处于开发试验阶段。鉴于此，世界上已投产的40多条薄板坯连铸连轧生产线，中低档产品约占80%。中等厚度板坯连铸连轧工艺的拉坯速度处于薄板坯与传统厚板坯之间，连铸坯内在质量有很大提高，板材质量优于薄板坯工艺。因此学术界认为，该工艺在理论上生产的产品质量有可能与常规工艺接近，可达到传统厚板坯的水平。热带钢连轧机在现代轧钢工艺中可以认为是比较成熟的技术和设备，装备的发展也是围绕着上述的一些新工艺进一步优化的过程，传统的热轧工艺与上述的一些新工艺相比，除在设备布置上带来变化之外，在温度制度、速度制度、变形制度上也有所变化，这些变化对轧机装备的设计提出了新的要求。薄板坯连铸连轧工艺的温度制度，较传统热轧带钢生产工艺有较大不同，板坯温度均匀，温差不大于10℃,且在轧制过程中板坯头部进入轧机，板坯的其他部分仍在炉内保温，不存在温降问题。传统热轧带钢生产，由于在轧制过程中存在温度降，为避免因温度降造成的头尾温差，产生的厚度精度差，板形不好和性能不均匀一致等质量问题，在轧制过程中必须要升速轧制。而薄板坯连铸连轧工艺，不存在上述问题，轧机生产能力远大于连铸机的生产能力，即使两台连铸机供坯，轧机的生产能力也是有富裕的。因此没有必要进行升速轧制。薄板坯连铸连轧工艺中每架轧机压下率较传统热轧机的压下率高，轧机负荷较传统轧机要高，这是由薄板坯连铸连轧采用大压下和高刚度轧制工艺决定的。但不采用升速轧制对轧机减少负荷有所帮助。在设计中要对机架、轧辊进行优化设计，特别是为降低轧制力在后几架轧机上尽量采用小直径工作辊。在生产中由于轧制压力增加，板形控制与厚度控制比传统轧制有更高的要求。1.5.1板形、板厚控制技术在新生产工艺中的应用板形控制是带钢轧机的关键技术，各轧机制造商在此方面都下大力气开发，呈现出多种板形控制技术。这些技术可大致分为工艺方法和设备方法。从设备方法来讲，主要有原始凸度法、液压弯辊法，调整轧辊凸度法，轧辊变形自补偿法，阶梯形支承辊法，抽动轧辊法，在线磨辊法，轧辊交叉法等。其中抽动轧辊法中的CV前发展较快的板形控制法，但交叉轧辊带来的较大的轴向力给设备设计带来不便，且9交叉机构较为复杂，是其得到广泛应用的巨大障碍。板厚自动控制技术方面，液压AGC已得到普遍的认可，采用短行程压下缸，以减少油柱高度提高响应速度，已成为业界的共识。热轧带钢在轧制过程中除鳞效果的好坏，直接影响到带卷产品的质量。传统热轧带钢生产，均采用高压水除鳞系统，水压达15～18MPa,采用多次除鳞，即粗轧前、精轧前及机架间进行除鳞。随着薄板坯连铸连轧工艺的出现，给除鳞技术带来了一个新课题，薄板坯的氧化铁皮在板坯表面很薄且很粘，氧化铁皮很难去除，因此高压水鳞系统水压高达到35MPa,在奥钢联的实验机组上水压曾高达55MPa。提高水压对除鳞有一定作用，但带来一些问题，如高压系统的维修保养工作量增加，事故率增加。进一步优化除鳞机喷嘴到板坯表面的距离和角度，以达到更高的除鳞效果；开发新型高压水流量喷嘴，使水流压力高，且冲击到板坯表面的水量小，从而减少板坯表面温降，这是高压水除鳞设备的发展方向。2.1建厂依据1.在京唐钢铁新建1700mm常规热连轧车间，规划产品结构，提高产品高科技但是我国的产品结构类型还很不合理，板带在钢材中的比例仅为25%左右，而在发达国家多达50%～60%,甚至更多。2002年我国共进口热轧薄板、冷轧板和镀锌板等各类板材约1600万吨，尤其是薄规格冷、热轧板和热轧酸洗板占当年进口量的80%。随着国家汽(轿)车、家电、集装箱、输油(汽)管线等行业的迅猛发展，将会进一晶粒较细，加上轧制的大压下，使产品硬度很高，不能按要求向冷轧供应强度低于唐山地处京津之侧拥有便利的铁路，京唐港和正在建设的曹妃甸港口提供了便利、廉价的水运，唐津高速公路、唐港高速公路以及107国道、205国道、102国道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。产品大纲不但规定了车间的类局部与整体的关系。作到供求适应、品种平衡、产销对路、布局合理、要防止不顾重日益增大。热带连轧机所用板坯厚度一般150～300mm,多数为200～250mm,最卷单位宽度的重量不断提高，达到15～30kgmm毛病准备提高到33～36kgmm。板坯宽度：800～1600mm板坯长度：定尺坯4～10.6m宽度：850～1550mm钢卷外径：Φ1200~φ2025mm产量：年产200万吨按钢种分类的热轧板带产品方案如表1:序号钢种代表钢号年产量(wt)比例1普通碳素结构钢2优质碳素结构钢3低合金钢4按产品规格分配热轧板带方案见表2。产量(wt)比例36778合计(t)依据唐钢一钢轧厂1700生产线的车间设计，并针对本次设计要求做一些改动；在确3.2主要设备选择过独立的立辊轧机、粗轧机附属立辊、定宽轧机、大侧压调宽压力机(SP轧机)等1.立辊轧机为了进行宽度控制，传统热连轧机组都配有独立的立辊轧机或在粗轧机上装设①一般立辊轧机是传统的立辊轧机，主要用于板坯宽度齐边、调整水平轧机压展而产生的现代轧机。其结构先进，主传动电机功率大，侧压能力大，具有AWC功宽度规格.而且有利于实现热轧带钢板坯的热装，提高带坯宽度精度和减少切损。有AWC功能的重型立辊轧机的结构如图1所示。图1有AWC功能的重型立辊轧机的结构图本设计在R1前选择带AWC功能的重型立辊轧机RE1。其主要技术参考唐钢设计见表3。表3立辊轧机的各种性能参数φ640/φ580×380毫米调宽范围调整速度30毫米/秒电动+液压轧制力最大100吨板坯厚度为90毫米时最大7毫米(13.5毫米/边)板坯厚度为70毫米时为最大30～35毫米(15～17.5毫米/边)轧制速度最大22转/分(用新辊)轧辊开口度最大1770毫米(换辊时1840毫米)最小800毫米50毫米(2)立轧的变形特点与平轧完全不同，经立辊轧机的轧制后的板坯具有一下形状①板坯立轧的狗骨变形，如图2(a)所示。板坯立轧是典型的超高件轧制过程，其突出特点是侧压时变形不深透，金属向厚度方向上的流动主要集中在板坯两侧的边缘部分，横断面出现明显的双鼓形，就是所谓狗骨变形。立辊的辊径越大，狗骨形越小。为增加调宽效率，现在普遍采用定宽压力机(SPSizingPress),可看做是用半径无限大的垂头替代了立辊，定宽压力机的狗骨形要比立辊调宽小得多[12]。带有狗骨形的板坯经过后步平辊轧机轧制后，较厚的边部金属将向宽向流动，造成轧件继续宽展，因而影响宽度精度，降低宽度控制效果。图2(a)立辊轧边②“舌头”及“鱼尾”。经过侧压后的板坯，在头尾部分产生严重的宽度不均，板坯头尾在轧制方向金属流动阻力小于板坯中部，形成头尾两侧向中间的圆弧形，使头尾宽度收缩，最终形成端部内凹的形状，即所谓的“舌头”及“鱼尾”。这部分带材必须在后续工序中予以切除，造成了金属的浪费，如图2(b)所示。而头尾之间的mm,有效减轻了连铸机不断变换宽度规格的负担，提高了连铸机生产率和连铸坯质定宽作用[11]。①长垂头定宽压力机。如如图3(a)所示，特点是压缩模具长度略大于板坯长度，但其调宽量较小，厚160mm的板坯侧压量只有76mm。②短垂头定宽压力是用短锤头替代长垂头。如如图3(b)所示，用短锤头多次连续短垂头定宽压力机主要有两种形式：一种间歇式，如图4所示。在对板坯进行压对宽度方向进行压缩，一步压缩到位后锤头分开回到打开位置，然后哦偶板坯向前送进一步，开始下一步压缩，如此循环，值板坯尾部压缩完毕。另一种连续式，如图5所示。锤头对板坯进行压缩的同时，随板坯一起向前沿轧制线方向以相同速度前进。这种运动轨迹为一椭圆形曲线，可以保证板坯在首压缩的过程中以一定速度前进，不必是板坯停下来等待。压缩完成后，锤头沿椭圆形曲线再回到打开位置，准备下一次压缩。显然这种连续式定宽压力机的生产效率比间断式的要高得多[12]。(a)压缩(b)打开(c)送进(d)再压缩图4间歇式调宽压力机动作示意图图5连续式调宽压力机本设计结合实际生产情况，选用连续式短锤头定宽压力机。其主要技术参数如下表4:表4定宽压力机技术参数宽度压下量(mm)最大350压力机负荷(MN)最大22(普通钢，1050°C时)压力机周期(行程/min)板坯行走量(mm/行程)板坯速度(m/min)取平均延伸系数为1.45,由产品厚度为2.4mm,进粗轧机的厚度为150mm。则根据公可得：轧制总道次数为所以确定道次数为9道。1.粗轧机布置形式及数量的选择粗轧区的布置形式是根据产量、板卷重量等诸多因素决定的。粗轧区的布置形式主要有全连续式、3/4连续式、半连续式和其它形式。由于全连轧生产线过长，目前广泛采用的是12连轧和3/4连轧。全连续式粗轧机通常由4到6架不可逆式轧机组成，前几架为二辊式，后几架为四辊式。全连续式粗轧机的布置形式主要有两种：一种是全部轧机呈跟踪式连续布置；另一种是前几架轧机为跟踪式，后两架为连轧布置。典型的全连续式粗轧机的布置如图6所示。图6典型的全连续式粗轧机的布置全连续式粗轧机在一、二代热轧带钢轧机中居多，因受当时的控制水平和机械制造能力的限制，粗轧机轧制速度较低，且都是以断面大、长度短的初轧板坯为原料，所以轧机产量取决于粗轧机的产量。全连续式粗轧机每架轧机只轧—道，轧件沿一个方向进行述连续轧制，生产能力大，因此在当时发展较快。随着粗轧机控制水平的提高和轧机结构的改进，粗轧机的轧制速度提高了，生产能力增大了，粗轧机的布置形式也发生了很大变化，相继发展了3/4连续式和半连续式。相比之下，全连续式粗轧机的优点就不明显了，而且其生产线长、占地面积大、设备多、投资大、对板坯厚度范围的适应性差等缺点更加突出，所以近期建设的粗轧机已不再采用全连续式。(2)3/4连续式3/4连续式粗轧机由可逆式轧机和不可逆式轧机组成，其布置形式有2架轧机，3架轧机或4架轧机。典型的3/4连续式粗轧机的布置如图7所示。图73/4连续式粗轧机的布置典型的3/4连续式粗轧机由4架轧机组成，第1架为二辊可逆式轧机，第2架为四辊可逆式轧机。第3、4架均为四辊不可逆式轧机。3/4连续式粗轧机的轧制工艺是：板坯在可逆式轧机上往复轧制3～5道次，在不可逆式轧机上轧制1道次。3/4连续式粗轧机兼有全连续式粗轧机的优点，又克服了它的缺点，与其相比具有生产线短、占地面积小、设备少、投资省、对板坯厚度范围的适应性好等优点。且生产能力也不低，适应于多品种的热轧带钢生产。我国热轧宽带钢粗轧机采用3/4连续式布置的有宝钢2050mm、武钢1700mm、太钢1549mm。半连续式粗轧机由1架或2架不可逆式轧机组成。常见的布置形式有：①1架四辊可逆式轧机组成，如下图8所示。②由1架二辊可逆式轧机和1架四辊可逆式轧机组成，如图8所示。图8两种半连续式粗轧机的布置③由2架四辊可逆式轧机组成，如下图9所示。图9四辊可逆式轧机1780mm、攀钢1450mm、武钢2250mm。粗轧机除了以上3种基本布置形式粗轧机的布置形式外，还有逆道次式和紧凑组和精轧机组之间在轧制节奏和负荷上的平衡，粗轧机组变形量一般要占总变形量 (坯料至产品)的70%～80%。根据目前轧辊强度等方面的因素，参考现场的经验，以及为了配合该车间能生产更薄规格产品的发展要求，本次设计中选用1架四辊可逆式粗轧机，如图8所示。铸铁轧辊(辊面硬)。支撑辊受压力大主要受的是弯曲应力，而且直径较大并要着重R1安装在立辊轧机和除鳞机后，为四辊轧机，驱动主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上，并安装在轴承座中，工作辊的平衡由液压缸控制。带静压的油膜轴承安装在支承辊轴颈上，用于低速轧制。轴承座夹紧装置安装在机架的操作侧，保证轧制时辊装配在机架上定位。上支承辊磨损的补偿量，由安装在上支承辊上部的垫片调整。进出口导辊的安装，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。工作辊冷却头安装在R1轧机的进出口侧。轧机上方安装了平台，平台与地面间装有表5粗轧机的各种性能参数类型四辊可逆轧机工作辊尺寸支承辊尺寸轧制压力轧制速度轧制开口度270mm(最大辊颈)电动+液压AGC压下缸压力最大4000t电机转速(2)轧辊尺寸的选择轧辊是轧钢机的主要部分，在选取工作辊和支撑辊辊颈的时候要考虑以下几个方①工作辊的辊颈可能减小的程度取决于工作辊径和万向接轴所传递的传动力矩。②为创造良好的变形条件，强度高的带钢要求采用较小的工作辊径。③所能传递的变形力矩受工作辊断面积的限制，要求工作辊有较大的传动大的变形力矩。④辊身长度与辊颈的比值不能超过允许值，否则工作辊会弯曲，所以要求辊颈采用较大的值。辊颈直径和长度与轧辊轴承型式及其工作载荷有关。由于受到轧辊轴承径向尺寸的限制辊颈直径比辊身直径小的多，因此辊身与辊颈过渡处的圆角应该选择大些。使用滚动轴承由于轴承外径较大，辊颈尺寸不能过大，一般近似取d=(0.5～0.55)D。针对本次的设计要求，参考现场的实际生产经验，为了生产6mm带钢，选用的轧辊轧制力：4000吨；电机功率：AC6600KW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，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，还可以降低加热板坏的出炉温度，有利于节约能源。常用的保温装置主要有保温罩和热卷箱，其共同的特点是不用燃料，保持中间带坯温度。但设备结构大相径庭，迥然不同。分别叙述(1)保温罩。布置在粗轧与精轧机之间的中间辊道上，一般总长度有50～60m,由多个罩子组成，每个罩子均有升降盖板，可根据生产要求进行开闭。罩子上装有隔热材料，罩子所在辊道是密封的。中间带坯通过保温罩，可大大减少温降。(2)热卷箱。布置在粗轧机之后，飞剪机之前，采用无芯卷取方式将中间带坯卷成钢卷，然后带坯尾部变成头部进入精轧机进行轧制，基本消除带钢头尾温差。采用热卷箱，不仅可保持带坯的温度，而且可大大缩短粗轧与精轧之间的距离。热卷箱的优点有：①减少中间坯头、尾温差，确保带钢轧制温度。热卷箱对中间坯有明显的保温作用。若不用热卷箱，成品厚度越薄，中间坯的头尾温差越大。②精轧机可以采用恒速或加速轧制。③均衡整体中间带坯的轧制温度，稳定精轧机的轧制负荷，从而提高轧制过程的稳定性，以确保成品精度。④缩短粗轧机至精轧机之间的距离，节约工程投资。尤其对原有热轧生产线的改造。⑤热卷箱还具有挽救带钢报废的功能。⑥进一步消除中间带坯表面的氧化铁皮。热卷箱在卷取和反开卷过程中，可使粗轧阶段产生的二次氧化铁皮得以疏松，大块氧化铁皮从带坯表面脱落，从而起到机械除鳞的效果，显著增强了精轧机组前除鳞箱的使用效果。⑦采用热卷箱后，精轧机组开轧温度和终轧温度得到有效控制，仅用前馈方式即可得到较高的卷取温度控制精度。可以得到均匀组织和良好性能的匹配。⑧采用热卷箱，使精轧温度变化小，轧达40℃。②带钢出末架精轧机速度一般小于12m/s,限制了生产线的产量。③对于管图10典型热卷箱结构带坯厚度(mm):20～55(用于低碳钢);20～40(用于高强钢);带坯宽度(mm):750～1550(用于低碳钢);带坯温度(℃):900～1100;单位宽度卷重(kg/mm):<22.5(对于碳钢);带卷内径(mm):约650(额定值);带卷外径(mm):约2100(低碳钢额定值);卷取速度(m/s):2.5～5.0;按照道次设计，应选6架精轧机。这样的布置对降低单架压下量起到很大作用，对减少跑偏稳定生产也有好处。将6架轧辊形成精轧连轧机，如果需要可以再增加一2.新型热带轧机的种类目前，新型热带轧机主要有以下几种形式：带液压弯辊技术(WRB)的轧机，第一种：弯工作辊的方法(如图11)。这又可以分为两种方式：①反弯力加在两下工作辊轴承座受到与轧制压力方向相同的弯辊力N1,结果是减小了轧制时工作辊座受到一个与轧制压力方向相反的作用力N1,结果是增大了轧制时工作辊延长支持辊的辊头，在延长辊端上装有液压缸，使上下图11弯工作辊(左图减小工作辊的挠度；右图增加工作辊的挠度)N2。此力使支持辊挠度减小，即起正弯辊的作用。弯曲支持辊的方法多用于厚板轧大干4)的宽板轧机，一般以弯支持辊为宜。弯曲支持辊的方法如图12所示。CVC轧机是SMS公司在HCW轧机的基础上于1982年研制成功的。CVC轧机与HCW轧图12弯曲支持辊形辊的半径差仅为273μm,上下轧辊线速度之差最大仅为0.076%,相当于带钢前滑值有效凸度等于零(图13(a))。如果上辊向左移动，下辊向右移动时，板材中心处两个轧辊轮廓线之间的辊缝变大，此时的有效凸度小于零(图13(b))。如果上辊向右移动零(图13(c))。CVC轧辊的作用与一般带凸度的轧辊相同，但其主要优点是凸度可以现的。CVC轧辊辊缝调整范围也较大，与弯辊装置配合使用时如1700热轧机的辊缝调整量可达600μm左右。通过工作辊轴向移动可以获得工作辊辊缝的正负(a)平辊缝(b)中凹辊缝(c)中凸辊缝图13CVC轧机轧辊辊缝形状变化示意图CVC轧机的优点是：板凸度控制能力强；轧机结构简单，易改造；能实现自由(3)HC轧机HC轧机为高性能板型控制轧机的简称。HC轧机的主要特点有：①具有大对辊交叉(PC)轧制技术(PairCrossRoll)。在日本新日铁公司广烟厂于1984的1840mm热带连轧机的精轧机组上首次采用了工作辊交叉的轧制技术。PC轧机的物线，并与工作辊的辊凸度等效。等效轧辊凸度C由公式中……式中因此，如图14所示，调整轧辊交叉角度即可对凸度进行控制PC轧机具有很好的技术性能：(1)可获得很宽的板形和凸度的控制范围，因其调整辊缝时不仅不会产生工作辊的强制挠度，而且也不会在工作辊和支撑辊间由于边部挠度而产生过量的接触应力。与HC轧机、CVC、SSM及VC辊等轧机相比，PC轧机具有最大的凸度于该轧机是否有板形控制手段和板形控制手段的六架四辊精轧机纵向排列，间距为6000mm。F2～F4为CVC轧机，用于板型及凸度控制，F5～F6采用PC轧机。F1使用普通的四辊轧机。F1～F6均有弯辊系统。制系统。所有的机架均设有液压伺服阀控制的AGC系统。工作辊轴承为四列圆锥滚动，平衡块中安装工作辊平衡缸(正弯辊缸)。支承辊采用油膜轴承并配有静压系统。轧机工作侧工作辊轴承座上部(下部)装有调整垫片进行补偿，以保证轧制线水平。在进入精轧机前，轧件由于还具有一个较高的温度，并且带钢还较厚，所以F1此时由于轧辊的弹跳与带钢的厚度及变形量相比是很小的，所以F1使用普通的四辊轧机。在F2～F4精轧过程中，为了对板形和凸度控制，并能在轧制压下时对压下量有灵活的控制，故选用CVC轧机。F5～F6选择的是PC轧机。PC轧机是为轧辊成为了保证产品的精度和板形等因素，通常对末几架轧机的要求较高，运用PC轧机，表6精轧机的各种性能参数数量及类型工作辊尺寸支承辊尺寸轧制力(max)开口度机架柱面积辊缝调整缸面积轧制线调整轧机驱动50mm(最大辊颈时)约7400cm²(交叉部分面积6500cm²)最大3.0mm/s(当轧制力为3000t时)针对本次的设计要求，参考现场的实际经验，为了生产6mm带钢，选用的轧辊F1:工作辊尺寸φ900×1700mm;辊颈尺寸φ400mm支承辊尺寸Φ1450×1700mm;辊颈尺寸Φ725mm轧制力4000t;电机功率AC8000KWF2-F4:CVC轧机交叉角度0.5-1.5度3.2.6压下装置压下装置即上辊调整装置，如图12所示。就驱动方式看有三种形式：手动压下、电动压下和液压压下装置。手动压下装置结构简单、价格低，但体力劳动繁重，压下速度和压下能力小。电动压下装置可用于所有轧机，移动距离、速度和加速度都可达到一定要求，但结构复杂，反应时间长、效率低。液压压下装置主要用于冷热轧板带轧机上，具有较高的相应速度和调整精度，但费用高，控制形成有限。90年代建设的新热带钢轧机，多数采用液压压下装置，少数轧机采用电动压下加液压压下装置。图15液压压下装置液压压下装置直接通过安装在牌坊上的横粱与轴承1-压下螺丝；2-牌坊；3-压力座之间的液压缸进行轧辊位置控制。液压缸的行程块；4-支撑辊轴承座；5-磁尺；mm)、长行程(大于200mm)。短行程仅作为AGC功能之用。中长行程除了有AGC功能之外还承担辊缝预设定功能。液压压下比电动压下机构大为简化，而控制精度比电动压下大幅度提高。要求在1s内完成，以避免带钢在无张力控制状态下轧制产生厚度波动段过长。活套调整是轧制过程中根据机架间带钢长度的变化调整活套高度实现恒定微张力控制的应突然下降，应是带钢在轧机中顺利通过，落套过程时间要求小于0.5s。套辊，如武钢2250mm精轧机活套为液压活套。制。如宝钢2050mm精轧机组F1、F2机架就采用了上述张力控制技术。板带钢轧制压下规程是板带轧制制度(规程)最基本的核心内容，直接关系着轧大小，在操作中就是要确定各道次压下螺丝的升降位置(即辊缝的开度)。与此相关1.经验方法，就是按现场经验公式直接分配各道次的压下率和各道次出口的厚各架能耗负荷来确定压下率以及厚度。现代连轧机组轧制规程设定最常用的方法是知该套设备的能耗曲线，只能按经验公式直接分配压下率和出口厚度然后进行校核压下量分配率及确定各道次能耗负荷分配比等各种方法；(2)制定速度制度，计算轧轧辊等部件的强度和电机功率；(5)按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的修压下规程设计的基本原则：(1)在咬入能力允许的条件下，按经验公式分配各道次压下量，这包括直接分配各道次绝对压下量和压下率，确定各道次压下量分配率 间并确定逐道次轧制温度。(3)按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的修正和(1)由于在粗轧机组上轧制时，轧件温度高、塑性好、厚度较大，故应尽量利用的平衡，粗轧机组变形量一般要占总变形量的70～80%。粗轧机组道次最大压下量(2)为保证精轧机组的终轧温度应尽可能提高粗轧机组轧出的带坯温度。因此一(3)为简化精轧机组的调整，粗轧机组轧出的厚的范围应尽可能小，并且不同厚组轧出的带坯厚度为20～40mm(对六机架精轧机组，约为20～32mm;对七机架精轧机组，约为25～40mm)。许多热带钢连轧机，不论板坯及带钢厚度如何，粗轧机轧精轧机组的主要任务是在5～7架连轧机上将粗轧带坯轧制成板形，尺寸符合要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不低于10%,此外压下量分配尽量简化精轧机组的调整和使轧制力及其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的允许的最大压下量，中间几架为了充分利用设备能力，尽量给以大的压下量轧制，以后各架，随着轧件的温降，变形抗力的增大，应该减小压下量，为控制带钢的板形，厚度精度和性能质量，最后一架为保证板型良好，压下量一般在10%～15%左右。针对本次设计的要求，目标是生产6mm带钢，综合上述分配原则，总结后所依据的分配原则主要是以下几个：(1)粗轧机的压下量占总变形量的70%～80%;(2)末架轧机的压下率控制在10%～15%之间；(3)第一架轧机要求大变形以达到奥氏体的再结晶要求；(4)F1轧机的变形量不宜太大，应留有余量以确保能顺利咬入；(5)F2～F4进行稍大的变形，随后逐道次减少；(6)出粗轧机的厚度大致为20～35mm之间。结合上述，确定每道次的变形量及出口厚度。设定铸坯的长度为10m,按体积相等可以推算出每道次的长度。并将这些数据列入表7。表7每道次的变形量及出口厚度及长度出口厚度H/mm热轧带钢时候咬入角一般为15度到22度，低速咬入时候可以取20度。在轧制过程中，压下量与咬入角的关系是△h=D(1-cosα).............式中α—各道次的咬入角。将各道次压下量及轧辊直径代入可得各轧制道次咬入角为：表8各轧制道次咬入角轧制道次压下量(mm)辊径(mm)咬入角(°)根据计算结果可见咬入不成问题。速度制度是指轧辊转速随时间的变化规律，它关系到轧机产量、轧制温度计算、主电机能力、操作条件等。合理选择和确定速度制度是轧制规程设计的一项重要内容。4.4.1粗轧机速度制度由于板坯较长，为操作方便，可采用梯形速度图如图16所示。图16梯形速度图采用梯形速度图时，纯轧时间tz为：式中ny、np、na—分别为咬入转速、最大转速和抛出转速，rpm/s;L—该道轧制后轧件长度，mm;D—工作辊直径，mm;根据经验资料，取平均加速度a=15rpm/s²,平均减速度b=30rpm/s²。R1各道的咬入转速ny=20rpm/s,最高转速nd等于额定速度，即nd=ne=40rpm/s,抛出转速np也为20rpm/s。由于轧件较长，第一架反复轧制3道次，取第一道次间隙时间为2秒，第二道后，需要立辊侧压，间隙时间取为5秒。按照公式求粗轧各道次轧制时间见表9。表9粗轧机各道次纯轧时间轧制道次轧后轧件长度(mm)轧制时间(s)所以粗轧总延续时间tcz=6.19+2+9.41+5+17.56=40.16s的轧制速度。一般穿带速度依带钢厚度的不同大致在4～10m/s。带钢厚度减少，其穿带速度增加；带钢厚度在4mm以下时，穿带速度可取10m/s左右。近年来出现另轧机的速度为10m/s。机出口速度。即由公式：h₁v₁=h₂V₂=…h,vn=C进行带钢速度的计算，由经验向前应使各架出口速度略低于下一架入口速度。依据经验第一架精轧机的出口速度是第二架精轧机入口速度的97%,其余为99%根据已知条件H₆=6.0mm,V₆=10m/s,由H₁V₁=H₂V₂=H₃V₃=………H₆V₆=C可以推知精轧机组各架轧机的出口速度分别为：将上述值列于表中见表10。表10精轧机各道次的入口和出口速度中间坯出口厚度H/mm入口速度V₁/m/s-出口速度V₂/m/s精轧机组间机架间距为6米，各道次纯轧时间为tcz=tZH+t;=25.00+2.50+1.70+1.15+0.85+0.68=4.4.3加减速度的选择近代带钢连轧机一般采用二级加速和一级减速的轧制方法，即带钢在精轧机以恒定速度运转下进行穿带，并在卷取机实现稳定卷取后开始进行第一级加速，待精轧机轧制速度增至某一数值，使设备接近于满负荷运转前，开始第二级加速，当轧机转速达到稳定轧制阶段最大转速的时候加速结束，当带钢尾部离开第三架轧机的时候以一级减速减至咬入速度，等待下一根带钢轧制。第一级加速数值较高，成为功率加速度(又称为产量加速度),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，第二级加速度为温度加速度，利用加速轧制时候的变形热，给予带钢以温度补偿，以减少后续金属与带钢头到1～2m/s²,但在实际采用的加速度数值都很底，最高可以达到0.5～1.5m/s²。级加速时采用较高的加速度，取1.5m/s²;二级加速取值较小，主要考虑到接下来的降速及变形热造成温差的问题以及卷取速度的配合等，选择为0.21m/s²。轧件塑性变形的变形功转化为热能，结果使轧件的温度上升；(2)轧件表面向周围空气介质辐射热量，结果使轧机的温度降低；(3)在变形区内，由于轧件和轧辊表面呈对流和传导所散失的热量同变形功所转化的热量抵消。辐射散热所引起的温度降为式中F、p—分别为散热面积(米²)、热容量，对碳钢p=0.7千焦/公斤·K。式中T1—为前一道次轧制温度，℃;热卷取箱，可以降低中间坯温降，故确定开轧温度为1150℃,带入公式依次得各道表11粗轧各道次轧后温度轧制道次轧制时间s轧后温度℃再进入精轧机第一架时温度降为1000℃。代入数据可得精轧机组轧制温度：表12精轧机组轧制温度轧制时间s轧后温度℃轧制力能参数计算的目的在于用以对设备能力(轧辊强度、主电机容量)进行校各类轧机由于其轧制条件的差别，故此它们的压力计算方法也有所不同。本设计采用目前普遍公认的爱克伦得公式，其基本形式为：p=(1+m)(K+ηε).............................(5)式中m—外摩擦对单位压力的影响系数；第一项(1+m)是考虑外摩擦的影响，计算公式如下：f用下式计算：f=a(1.05-0.0005t).....................对钢轧辊a=1,对铸铁轧辊a=0.8[17]。第二项ηε是考虑变形速度对变形抗力的影响，其中平均变形速度ε用下式计 爱克伦得公式还给出计算K和η的经验式：K=9.8(14-0.01t)(1.4+C+Mn)·MPa (9) (10)式中t—轧制温度，℃;C一以%表示的碳含量；Mn—以%表示的锰含量。代入以上公式中计算轧制力，结果列在表13中。Kηfmε确定各个机架的空载辊缝值S。轧辊尺寸及机架的加大受到一些条件的限制，因此限制了轧机刚度系数的进一步加大。现代带钢连轧机刚度系数也就在5000～6500KN/m左右，通常轧为15000～30000KN,弹跳值可达2～5mm。它同带钢的压下量和带钢的厚度为同一个数量级，在后几个机架里，甚至比带钢的厚度还要大些。因此10%的轧制力误差通常为了消除非直线段的往往采用人工零位法轧制。(弹跳曲线的非直线部分是变化的),轧后的轧件厚度可以用下面的公式计算[18.h=so+(P-P₀)/C.......................式中P₀—轧辊预紧靠力，取值1000KN;C—机座刚度系数，即线形段的斜率，(对于支撑辊直径为1200～1400毫米的代入数据得值见表14。表14各架轧机的辊缝值轧制力轧制力矩可以用两种办法确定：利用能耗曲线计算和按照轧制力计算，前者用于计算非矩形断面的轧制力矩，后者用于对钢板等矩形断面轧件。下面先分别介绍计算轧制力矩的方法，然后针对本次设计的要求，生产矩形板带，用后一种方法进行计算。1.按照能量消耗确定轧制力矩轧制时候所消耗的能量A与轧制力矩的关系为：式中ψ—在轧件通过轧辊期间内轧辊的转角，ψ=wt=v。t/R,rad;A—能量，Nm;t—时间，s;R—轧辊半径，mm;v₀—轧辊线速度，mm/s;f—轧制时候的前滑；L₁—轧件的轧后长度。2.根据轧制力决定轧制力矩当轧件不受其他外力作用的时候，轧件对两个轧辊作用的法向力N₁,N₂和摩擦力T₁,T₂的合力P₁,P₂必定大小相等，方向相反，且作用在一条直线上，所以转动轧辊所M₁=M₂=Pa=PLψMp=2Pa=2PLψ.........................(13)式中4—力臂系数，在热轧时ψ=0.39～0.48,其中粗轧机组ψ=0.4～0.48,精轧机组ψ=0.39～0.44。力臂系数与变形区几何形状L。/h和摩擦系数μ有关L./hm,及μ愈大，4值愈小，但在简单计算中，常取ψ=0.5。Mp=2PLψ=PL (14)Mp=PLc+(TB-TF)R (15)式中由以上分析可知，在粗轧时，因为无前后张力，故直接按经验公式Mp=2PLy=PL。计算轧制力矩；由于精轧机是连轧关系，考虑张力所以用公式表15各道次的轧制力矩轧制力矩4.6.3附加摩擦力矩的计算传动工作辊所需要的静力矩，除了轧制力矩以外，还有附加摩擦力矩Mm。所谓附加摩擦力矩是指克服轧制过程中，轧件通过辊间的时候，在轴承内以及轧机传动机构中摩擦力所需要的力矩，而且在此处，附加摩擦力矩的数值中，不包括空转的时候轧机所需要的力矩，它有以下两个部分组成，即Mm=Mm+Mm₂,其中，在本次设计中，四辊轧机可以近似的由下式进行计算：Mm₁=Pfd₂(D₈/D₂).......................(16)式中f—支撑辊轴承的摩擦系数；d₂—支撑辊辊颈处的直径，mm;本设计是四排圆锥辊子轴承，所以f取0.003,支撑辊辊颈d₂=(0.5～0.55)D₂,根据本次的设计，取d₂=0.5D₂,将所要数据代入上述公式可得表16。Mm₂可以按照下式计算：Mm₂=(1/η-1)(Mp+Mm)....................(17)式中η—传动效率系数(单级齿轮传动的时候，取0.96～0.98)。本设计因为全是单级齿轮传动，所以粗轧机取0.96,精轧机组取0.98,把数据代入即可得值如表17。表17各道次摩擦力矩之一Mm值将上面的各个数据换算到主电动机轴上的附加摩擦力矩，则等于：Mm=Mm/i+Mm₂·.......................(18)数据代入计算结果见表18。表18各道次摩擦力矩的值iMm1,/KN.m空转力矩是指空载转动的时候轧机主机列所需要的力矩，通常是根据转动部分轴承中摩擦所引起的摩擦力计算空转力矩。在轧机主机列中有许多机构，例如：轧辊，连接轴，人字齿轮等等，各有不同的重量及其不同的轴颈直径及其磨擦，因此必须计算之。显然，空载转矩应该等于所有转动机件空载力矩之和，当换算至主电动几周上的时候，则转动每一个部件所需要的力矩之和为：式中Mkn一换算到主电动机轴上的转动每一个零件所需要的力矩如果用零件在轴承中的摩擦圆半径与力来表示，则公式为：MKn=Gnfnd/(2in) (20)式中Gn—该机件在轴承上的重量；fn—在轴承上的摩擦系数；d一轴颈直径；i—电动机与该机件间的传动比。由以上得到空转力矩为：按照上式计算甚为复杂，通常按照经验办法来确定：MK=(0.03～0.06)MH....................式中MH—电机的额定转矩。对于新式轧机可以取下限，对于旧式轧机可以取上限。本次设计取电机额定力矩的3%,而额定力矩与额定功率的关系为：MH=9.55Pη/n..........................(23)式中n—电机的转速，由轧辊转速及减速比I可以求得，r/min;η—由电机到轧机的传动效率，本设计取η=0.96。由上可得，各道次的空转力矩如下表19。表19各道次的空转力矩电机转速n/r/min4.6.5动力矩的计算动力矩只发生于不均匀转动工作的几种轧机中，当轧制速度变化的时候，便产生克服惯性力的动力矩，其数值可以由下式确定：Ma=GD²/375(d/d,).................(24)式中实际生产中通常按照经验取电机额定力矩的10%。得到数据见表20。表20各道次的动力矩道次MH确定的冷却曲线的要求确定相应的喷水区长度(阀门开启个数)和喷水模式，使卷取本次设计的带钢终轧温度是860℃,出口速度是10m/s,卷取温度是650℃。为总的说来，轧辊的破坏决定于各种应力(其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力，由于温度分布不均或交替变化引起的温度应力以及轧辊制造过程中形成的残余应力等)的综合影响。具体来说，轧辊的破坏可能由以下三方面的原因造成：1.轧辊的形状设计不合理或设计强度不够。例如，在额定负荷下轧辊因强度不够而断裂后因接触疲劳超过许用值，是辊面疲劳剥落等；2.轧辊的材质、热处理或加工工艺不合要求。例如，轧辊的耐热裂性、耐粘附性及耐磨性差，材料中有夹杂物或残余应力过大等；3.轧辊在生产过程中使用不合理。热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时，会因热疲劳造成辊面热裂；在冬季新换上的冷辊突然进行高负荷热轧，热轧的轧辊骤然冷却，往往会因温度应力过大，导致轧辊表层剥落甚至断辊；压下量过大或因工艺过程安排不合理造成过负荷轧制也会造成轧辊破坏等。由此可见，为防止轧辊破坏，应从设计制造和使用等诸方面去考虑。设计轧辊时，通常是按工艺给定的轧制负荷和轧辊参数进行强度校核。由于对影响轧辊强度的各种因素(如温度应力、参与应力、冲击载荷值等)很难准确计算，为此，设计时对轧辊的弯曲和扭转一般不进行疲劳校核，而是将这些因素的影响纳入轧辊的安全系数中(为了保护轧机其他重要部件，轧辊的安全系数是轧件各部件中最小的)。为防止四辊板带轧机轧辊辊面剥落，对工作辊和支撑辊之间的接触应力应该做疲劳校验。四辊轧机的支撑辊直径D与工作辊直径D之比一般在1.5～2.9范围之内。显然，支撑辊的抗弯端面系数较工作辊大的多，即支撑辊有很大的刚度。因此轧制时的弯曲力矩绝大部分有支撑辊承担。在计算支撑辊时通常按承受全部轧制力的情况考虑。由于四辊轧机一般是工作辊传动，因此，对支撑辊只需要计算辊身中部和辊径端面的弯支撑辊的弯曲力矩和弯曲应力分布如图17所示：在轧辊的1-1断面上和2-2断面上的弯曲应力均应满足强度条件，即：式中C₁,C₂—1-1,2-2断面至支反力P/2R₆—许用弯曲应力，支撑辊为合金锻对辊颈来说，L/D=0.83～1.0,本次设计取L/D=1。前面已经确定了每个轧辊辊颈775mm,725mm,675mm,675mm,650mm,由上式便可以求得L的大小。C₁=C₂-r,其中r取值0.2D。图17支撑辊的弯曲应力及弯矩对第一架粗轧机校核，将上述所得到的数据代入公式可得：σ₁-1=Pc₁/(0.2d³1-1)=15391.6×232.5/(0.2×77σ₂-2=Pc₂/(0.2d³2-2)=15391.6×387.5/(0.2×115对σ₃-3,若承认轴承反力距离L等于两个压下螺丝的中心距离L₀,而且把工作辊对支撑辊的压力化为均匀分布载荷(这时候计算的误差不超过9%～13%),可以得到3-3断面的应力表达公式：σ3-3=P(L₀-L/2)/(0.4D³2)≤R.........式中四辊热连轧机的重车率一般为：工作辊：3%～6%;支撑辊：6%σ3-3=P(L₀-L/2)/(0.4D³2)=15391.6×(2*387.5+1550-775/2)由以上结果可以看出，支撑辊各处的弯曲应力是符合要求的。5.1.2工作辊的校核工作辊的受力如下图18所示：图18工作辊的受力图由于有支撑辊承受弯曲力矩，故工作辊可以只考虑扭转力矩，即仅仅计算传动端的扭转应力，公式为：式中M—作用在一个工作辊上的最大传动力矩；WK一工作辊传动端的扭转断面系数。驱动一个工作辊的传动力矩有轧制力矩，工作辊带动支撑辊的力矩和工作辊轴承处的摩擦力矩组成。 式中S—反力对工作辊的力臂；P₁—工作辊轴承处摩擦圆半径。支撑辊对工作辊的反力为：式中φ—张力轧制的时候轧制压力偏离垂直方向的角度；θ—工作辊与支撑辊连心线与垂直线的夹角θ=arcsin[e/(R₁+R₂)];γ—支撑辊与工作辊的反力P,作用线与辊工作和支撑辊连心线的夹角；其值计算为：y=arcsin[(P₂+m)/2]………(31)式中P—轧制力；a—轧制力力臂其大小与轧制力作用点及前后张力大小有关；T,一前张力；TB一后张力；e—工作辊相对于支撑辊的偏心距，一般取值为5mm～10mm,这里取5mm;R₂—支撑辊半径；m—滚动摩擦力臂。取值一般为0.1～0.3;P₂—支撑辊轴承的摩擦圆半径；其值计算为：式中f—摩擦系数。滚动轴承取值0.004;工作辊轴承处的反力(摩擦力): 反力Ps对工作辊的力臂： 对工作辊扭转断面系数的计算，公式如下： 本设计工作辊为合金铸铁σb=350～400MPa,而许可扭转应力为[r₆]=0.36σ₆,即[r₆]=126～144MPa。将各道次的数值代入以上公式，可以推算出各道次的扭转应力，见表21。用时应进行校核计算。接触应力如图19所示.大压应力及接触区宽度2b可由下公式计算：式中其中，V₁V₂及E₁E₂为两轧辊材料的泊松比和弹性模数，本设计取E1=210GPa; 若两辊泊松比相同并取v₁=V₂=v=0.3则上式可简化为： 加在接触表面单位长度上的负荷q可由下面公式求得 式中P—为轧制力，KN;B—为轧件宽度，本设计不考虑宽展取B=1550mm。将以上所得到的各值代入上述公式中，可得如下数据，见表22。表22工作辊与支撑辊接触应力轧制力本设计的支撑辊的肖氏硬度为HS65-71,工作辊的肖氏硬度为HS70-75,对应的接触应力为σ=2300MPa,由上表的数据可以看出，该设计的轧辊符合生产要求。在辊间接触区中，除了须校核最大的正应力外，还需要校核轧辊体内的最大切应力，。主切应力在接触点处其值为零，从O点到A点逐步增大，A点距接触表面深度表23各道次支撑辊与工作辊的接触切应力本设计的支撑辊的肖氏硬度为HS65-71,工作辊的肖氏硬度为HS70-75,对应的接触应力为τmax=7000MPa,由上表的数据可以看出，该设计的轧辊符合生产要求。另外，辊身内部平面内的切应力的存在，也造成轧辊剥落的原因，沿轴是反复交最大反复切应力。Tzy(max)=0.2560max,代入数据可得表24。由上表数据可以明显看出，切应力也是在规定范围内的，符合实际生产的要求。5.2主电机能力的校核为了校核电机，除了知道其负荷之外，尚需要知道轧机负荷随时间变化的关系图，力矩随时间变化图称为静负荷图。绘制静负荷图之前，首先要决定出轧件在整个轧制过程中在主电机轴上的静负荷图，其次决定各个道次的纯轧和间歇时间。如上所述，静力矩按照下式计算：M;=Mp/i+Mm+MK.........................(40)将前一章的数据代入式可以求出静力矩，见表25。每一道次的轧制时间及间隙时间计算见第四章4.4。表25各道次的静力矩iM按照上述各值绘制出一个轧制周期内的各个电机负荷简图20。图20电机静力矩与各道次时间图当主电动机的传动负荷图确定后，就可以对电动机的功率进行计算。这项工作包括两部分。一是由负荷图计算出等效力矩不能超过电动机的额定力矩；二是负荷图中的最大力矩不能超过电动机的允许过载负荷和持续时间。1.等效力矩的计算和校核轧机工作的时候电动机的负荷是间断式的不均匀负荷，而电动机的额定力矩是指电动机在此负荷下长期工作，其温升在允许的范围内的力矩。为此，必须计算出负荷图中的等效力矩，其值按照下式计