中厚板课程设计-16Mng中厚板轧制规程的编制.doc

辽 宁 科 技 大 学课程设计说明书 设计题目：16mng中厚板轧制规程的编制 学院： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 成 绩： 2014 年 月 日1.前言21.1中厚板产品品种21.2中厚板用途31.3 16mng的特性及用途32.中厚板生产工艺流程简介42.1中厚板生产工艺42.2原料的加热52.3 除鳞52.4粗轧62.5精轧62.6精整与热处理63.压下规程设计63.1选择坯料73.2坯料尺寸的确定83.3确定轧制方法83.4确定轧制道次、压下量及压下率83.4.1校核咬入能力93.4.2压下量的分配和压下率93.5速度制度103.6温度制度123.7轧制力计算133.7.1平均单位压力133.7.2总轧制力的计算143.8计算传动力矩153.8.1轧制力矩的计算153.8.2附加摩擦力矩的计算163.8.3 空转力矩的计算163.8.4动力矩的计算174.辊型设计计算184.1辊凸度计算194.2轧辊的弹性弯曲变形194.3轧辊的磨损214.4辊型设计215 设备校核225.1 咬入条件的校核225.2 轧辊强度校核235.2.1工作辊强度校核245.2.2 支承辊强度校核255.2.3 工作辊与支承辊间的接触应力265.3主电机过载和过热校核275.3.1 轧机主电机过载校核285.3.2轧机主电机的发热校核286.结束语30参考文献311.前言中厚板带材是机械制造桥梁建设造船和石油化工的容器及管道制造等重要的原材料。由于中厚板可以根据需要剪裁，可以焊接成大型型材和大口径钢管等，与型材和管材比运输容易，有利于现场施工，因此中厚板在许多工业生产部门得到广泛应用。板带钢的产量多、用途广、规模大、品种全的生产特点，在国民经济中占据着异常重要的地位，对促进生产的发展起着重要作用。统计结果表明，一个国家工业化程度越高，板带钢产量占钢材总产量的比例就越高。中厚板生产中以碳素结构钢低合金钢的船舶用钢容器用钢等钢材的生产量很大，同时生产一些特殊材料特殊用途的钢板。现代化的技术条件下有可能大量供应品种繁多、廉价、质优的板带钢。中厚板轧制制度的确定要求充分发挥设备潜力，提高产量，保证制度，并且操作方便、设备安全。合理的轧制规程设计必须满足下列原则和要求：在设备允许的条件下尽量提高产量，充分发挥设备潜力的途径不外是提高压下量、减少轧制道次、确定合理速度规程、缩短轧制周期、提高作业率、合理选择原料等。在保证操作稳定的条件下提高质量，为保证钢板操作的稳定，要求工作辊缝成凸型，而且凸型值越大操作越稳定。压下规程是钢板轧制制度中最基本的核心内容，它直接关系着轧机的产量和产品的质量。轧制制度中的其他内容如温度制度、速度制度都是以压下制度为核心展开的。反过来，温度制度、速度制度也影响到压下制度。1.1中厚板产品品种中厚板是冶金工业的一个重要产品。中厚板的品种繁多，性能各异，质量要求高，应用范围广，无论在经济建设还是国防建设中都离不开中厚板。世界各国都把中厚板的品种、质量作为衡量一个国家钢铁工业综合水平的尺度。我国分类中，称厚度在4.0mm以上的钢板为中厚板，详见下表。表1 中厚板分类分类厚度范围(mm)宽度范围（mm）附注厚板中板4206003000齐边钢板厚460mm宽12001500mm 厚板20606003000特厚板6050012005350最重250t1.2中厚板用途中厚板用于建筑工程、机械制造、容器制造、造船、桥梁等。普通中厚板用途：广泛用来制造各种容器、炉壳、炉板、桥梁及汽车静钢钢板、低合金钢钢板、桥梁用钢板、造船钢板、锅炉钢板、压力容器钢板、花纹钢板、汽车大梁钢板、拖拉机某些零件及焊接构件。桥梁用钢板用于大型铁路桥梁。要求承受动载荷、冲击、震动、耐蚀等。造船钢板：用于制造海洋及内河船舶船体。要求强度高、塑性、韧性、冷弯性能、焊接性能、耐蚀性能都好。锅炉钢板：用于制造各种锅炉及重要附件，由于锅炉钢板处于中温（350c以下）高压状态下工作，除承受较高压力外，还受到冲击，疲劳载荷及水和气腐蚀，要求保证一定强度，还要有良好的焊接及冷弯性能。压力容器用钢板：主要用于制造石油、化工气体分离和气体储运的压力容器或其它类似设备，一般工作压力在常压到320kg/cm2甚至到630kg/cm2，温度在-20-450c范围内工作，要求容器钢板除具有一定强度和良好塑性和韧性外，还必须有较好冷弯和焊接性能。汽车大梁钢：用于制造汽车大梁（纵梁、横梁）用厚度为2.5-12.0mm的低合金热轧钢板。由汽车大梁形状复杂，除要求较高强度和冷弯性能外，要求冲压性能好。1.3 16mng的特性及用途16mng属钢材中的一种材质。锅炉用钢板(锅炉板系列)。g为锅炉板中的“锅”的第一个字母。 执行标准为：gb713-1997。16mng 主体材料其实就是16mn，其含碳量为0.16%，含mn量为1.2%-1.35%,本设计中为1.2%。“g”表示锅炉用钢，他们里面就是加入了少量的合金元素，来改善钢的性能的。与普通的20#、16mn相比具有抗冲击性能好、温度形变小；耐腐蚀性好、微合金化等特点。 锅炉用钢板主要牌号： 20g、sa285grc、sb410、sb480、16mng、410b、kp42、p355gh、hii、p265gh、16mo3、15mo3、19mn6、sa299、bhw35、diwa353、13mnnimo54、临氢sa387gr11gl2/gl1、sa387gr22gl2 。国内材料可参考gb713-97的标准。 化学成分如下： c：0.2%，mn：1.2%-1.35% ，si：0.2%-0.6% ，p：0.015% ，s：0.004% ，ca：0.0015%-0.003% ，o2：0.0025% 2.中厚板生产工艺流程简介2.1中厚板生产工艺根据车间设备条件及原料与成品尺寸，生产工艺过程一般如下：原料检查原料清理加热除鳞粗轧精轧矫直冷却表面检查切头切尾精整。另外特殊中厚板生产流程的特点： 原料和轧成的钢板均需要经过超声波探伤检查，以确保钢板的内在质量； 一些重用要途的钢板为保证表面质量和尺寸精度，用户要求按抛丸底层涂料钢板交货可缩短施工周期； 不锈钢除固溶处理外，有时还要求酸洗钝化后交货。 本设计中采用的生产工艺是：选择坯料原料清理加热除鳞横轧一道（使长度接近成品宽度）转90纵轧到底矫直冷却表面检查切边定尺表面尺寸形状检查力学性能试验标记入库发货2.2原料的加热中厚板原料加热的目的是提高钢的塑性，降低变形抗力；使坯料内外温度均匀；改变金属的结晶组织，保证生产需要的机械和物理性能。加热炉型式按其构造分：连续式加热炉、室状加热炉和均热炉三种。均热炉多用于由钢锭直接轧制特厚板；室状炉多用于特重、特轻、特厚、特短的板坯，或多品种、少批量及合金钢，生产灵活。中厚板板坯加热炉的主要炉型是连续式加热炉。连续式加热炉有推钢式和步进式加热炉两种。其中推钢式加热炉设备简单、操作容易掌握、投资少，但是其也有缺点：钢坯在水梁上滑动产生擦伤；加热时间长，钢坯氧化，脱碳严重；容易粘钢；不能空出炉等。另外一种步进式加热炉是靠动梁的上、下、前、后平移动作而实现的，故炉长不受限，操作灵活，易于空出炉；不会造成钢坯划痕，加热效率高。便于调整坯料间隙和加热时间，易于调整出炉节奏，适应冷装坯，冷热混合坯在炉内的加热条件控制。中厚板坯料加热的要求有：满足工艺规范的需要；沿长度和断面均匀；减少加热时氧化烧损。其加热工艺制度要控制加热温度、加热速度、加热时间、炉温制度及炉内气氛的选择与控制。钢在加热炉内加热时的温度变化过程叫钢的加热制度。分为一段式加热制度：一段式加热制度、二段式加热制度、三段式加热制度、多段式加热制度。此次设计中采用步进式加热炉进行加热，温度加热到1100c再出炉。2.3 除鳞钢板表面质量是钢板重要的质量指标之一，加热时高温下生成的氧化铁皮若在轧制前不及时清理或清理不干净，在轧后的钢板表面上，因氧化铁皮被压入钢板表面，会产生“麻点”等缺陷，因此轧前除鳞是保证获得优良表面的关键工序。除鳞原理是利用高压水的强烈冲击作用，去除表面的氧化铁皮。 2.4粗轧粗轧又称宽展轧制，粗轧阶段的主要任务是将板坯或扁锭展宽到所需要的宽度并进行大压缩延伸。根据原料条件和产品要求，可以有很多种轧制方法供选择。这些方法是全纵轧法、综合轧制法、全横轧制法、角轧纵轧法。其中全纵轧法由于无法用轧制法调整原料的宽度和钢板组织性能的各向异性，因此在实际生产中并不多；综合轧制法生产灵活，改善钢板的横向性能，是生产钢板中最常用的方法；全横轧法经常用以初轧坯为原料的中厚板生产；角轧纵轧法只用在用钢锭作原料的三辊劳特式轧机上。2.5精轧精轧阶段的主要任务是质量控制，包括厚度、板形、表面质量和性能控制。轧制的第二阶段粗轧与第三阶段精轧间并无明显的界限。通常把双机座布置的第一台轧机称为粗轧机，第二台轧机称为精轧机。对两架轧机压下量分配上的要求是希望在两架轧机上的轧制节奏尽量相等，这样才能提高轧机生产能力。一般的经验在粗轧机上的压下量约占80，在精轧机上约占20.。2.6精整与热处理这是中厚板厂产品质量最终处理和控制环节。精整是为使轧后的钢材具有一定的尺寸要求，组织、性能而进行的一系列工序。主要包括矫直、冷却、划线、剪切、检查、缺陷清理、包装入库等。根据产品质量要求还要进行热处理和酸洗。中厚板厂通常在作业上设置热矫直机，多使用带支撑辊的辊式矫直机，为了补充热矫直机的不足，头尾使用侧刀剪或摆切剪。中厚板热处理最常采用的是退火、正火、正火加回火、淬火加回火热处理工艺。3.压下规程设计中厚板的轧制规程主要包括压下制度、速度制度、温度制度和辊型制度。轧制规程设计就是根据钢板的技术要求、原料条件、温度条件和生产设备的实际情况，运用数学公式后图表进行人工计算或计算机计算，来确定各道次的实际压下量、空载辊缝、轧制速度等参数，并在轧制的过程中加以修正和应变处理，达到充分发挥设备能力、提高产量、保证质量、操作方便、设备安全的目的。通常中厚板轧制规程设计的方法和步骤如下：在咬入能力允许的条件下按经验分配各道次压下量，确定各道次压下量分配率及各道次能耗负荷分配比；制定速度制度，计算轧制时间并确定逐道次轧制温度；计算轧制力、轧制力矩及总传动力矩；进行必要的修正和应变处理。3.1选择坯料中厚板生产采用的原料有扁钢锭初轧板坯和连铸板坯3种。其中扁钢锭为原料时中厚板轧机产量低产品质量差，但由于扁锭不需要初轧设备，过去我国中小钢铁企业中的中板厂大多采用扁锭为原料，受连铸坯厚度的限制，生产厚板和特厚板，一般采用扁锭为原料。初轧板坯是由大钢锭经初轧机轧制而成的，以此为原料，轧机产量高，钢板质量好，但是由于投资大能耗高和综合成材率低等因素，导致初轧坯为原料的中厚板轧机越来越少。目前，连铸坯已成为中厚板生产的主要原料，其产量高成材率高能耗少以及内部组织比较致密都使其得到广泛应用。中厚板轧机所用原料的尺寸，即原料的厚度宽度长度直接影响着轧机的生产率坯料的成材率以及钢板的机械性能。为了连铸机的生产和中厚板车间原料管理的方便，连铸坯断面尺寸不宜规格过多。选择几种适当的断面尺寸，再配合连铸坯长度的变化，来满足各种规格的钢板对原料的要求。中厚板原料尺寸选择的原则是：1） 原料的厚度尺寸尽可能小；2） 原料的宽度尺寸尽可能大；3） 原料的长度尺寸尽可能接近原料的最大允许长度。中厚板原料的主体是连铸坯，其厚度不受粗轧机轧辊最大开口度的限制，成材率高，且产品性能好，所以本设计选择连铸坯为原料。3.2坯料尺寸的确定由压缩比，横轧时轧机送钢的最小长度，轧机允许最大轧件长度，加热炉允许装入长度等因素，决定原料的厚度和长度。在原料选择时应注意尽可能采用倍尺轧制，即当计算出原料质量小于最大允许原料的质量一半时，应当按倍尺轧制考虑选用厚的尺寸。由于厚板特别是较厚板的订货坯料一般不大，甚至几家用户订货的钢板需要编组在一起进行轧制，因此在选择厚板原料的计算中需要考虑的因素很复杂，而且这些因素互相影响，互相制约。坯料厚度的确定：压缩比（连铸坯与成品钢板间的最小压缩比保持在6:1以上）保证6:1，由成品厚度h0=25mm,知h=6*h0=150mm。坯料宽度的确定：根据宽展比（通常在1.01.8之间。太小时，钢板为凹形，两头大；较大时，钢板为桶形，两头小）取1.5，成品宽度为3000mm，所以b=3000/1.5=2000mm。由于连铸坯规格为：130320mm*11502000mm*25004000mm。常用厚度mm：170 230 300;宽度mm：1280 1650 1950所以选择坯料厚度为170mm；宽度为2000mm。坯料长度的确定：根据轧前、轧后体积不变的原则，考虑切头、切边、烧损等影响来选择其长度：带入数据有：170*2000*l*90%=25*3000*11500，成材率取90%，计算可得l=2936.48mm,取原料长度尺寸为2940mm.根据上述要求和公式，选择坯料尺寸为：170mm2000mm2940mm。3.3确定轧制方法中厚板轧制方法有很多，考虑到板坯宽度不受钢板宽度的限制，以及选择原料的灵活性和性能优越等因素，本设计选择综合轧制法，即横-纵轧法。3.4确定轧制道次、压下量及压下率 本设计采用单机架的四棍可逆式轧机。根据经验，中厚板压下量在h=12mm左右，这里取h=12mm。从坯料到成品钢板厚度上的总压下量h=144mm，轧制道次n=144/12=12，因为此次轧制采用单机架轧机，道次应为奇道次，故轧制13道次。 3.4.1校核咬入能力成型轧制阶段由于板坯的厚度大、温度高、轧制速度低、道次压下量大，所以咬入条件可能成为限制压下量的因素。每道次的压下量应该小于由最大咬入角所确定的最大压下量。热轧中厚板中咬入角取1520，低速咬入时取=20，则最大压下量hmax=d（1-cos）=1020*(1-cos20)=61.15mm,其中d为工作辊直径，为1020mm,充分满足轧制条件。 3.4.2压下量的分配和压下率四棍可逆式轧机中厚板轧机的轧制速度可调，因此可以采用低速咬入，所以实际的最大咬入角可以增大到22 -25 ，在这类轧机上轧制中厚钢板，咬入条件将不是限制压下量的主要因素。因此，这类轧机采用连铸坯后初轧坯作为原料时，除鳞道次之后可以采用大压下量轧制，中间道次为了充分利用钢坯温度高，变形抗力低的优势，采用较大的压下量。然后随着钢坯温度降低，压下量逐渐变小，最后12道次为了保证板形和温度精度也要采用较小的压下量，甚至最后一道采用平轧道次。压下量分配见表3.4.1-1通常情况下粗轧机占总变形量的70%-80%。 总压下率：。各道次变形程度: 由,依次求得如表3.4.11表3.4.11 压下量及压下率道次12345678910111213h/mm170145123104897462524437322927h/mm14512310489746252443732292726h25221915151210875321（%）14.715.215.414.416.916.216.115.415.913.59.46.73.73.5速度制度 轧制速度制度是指轧辊转速随时间的变化规律。 根据中厚板轧机的类型，有两种轧制速度，一是轧辊转向不变的定速轧制速度制度，它用于三辊劳特式轧机，这种速度制度计算简单，一般根据产量要求、操作条件等确定。二是轧辊转向及转速变化的可调速可逆式轧制速度制度，它用于二辊和四棍可逆式轧机。由于二辊或四辊可逆式中厚板轧机可以随时改变轧辊的转速和转向，所以从尽量缩短轧制周期、提高轧机产量的角度出发，有必要采用调速，可以逆转的速度制度。在轧制中，由于轧件较短可适当采用匀速稳定轧制，而对于纵轧道次视情况采用梯形速度制度。但当其最高转速超过所规定的电机转速时，都应采用梯形速度制度(如图3.3)。根据经验资料(中厚板生产实用技术，王生朝编著p193)，本设计中当轧件较短时，采用稳定轧制，取；当轧件较长时取， ，稳定轧制速度取，平均轧制加速度，平均轧制减速度。 本设计中横轧一道，是板坯长度等于钢板宽度，然后回转90度，纵轧到底。由体积不变原则，计算得出b1=170*2000*2940/145/3000=2297.9=2298mm同理计算出其它道次轧件尺寸，见下表表3.5.1.1各道次尺寸道次012345678910111213轧件尺寸/mmh17014512310489746252443732292726b20002298296729702973297629792982298529872990299429983000l294029652709320437444503537464077572900510413114901234112815由于最开始轧制坯料过短，所以就用稳速轧制，计算如下： ， (3-2)式中 l这一道次轧制后的长度(mm)， d工作辊的直径(mm) ，取为1020mm； 将数据带入，得 t1=l1/v1=3000*60/3.14/1020/40=1.4 s t2=l2/v2=2709*60/3.14/1020/40=1.3 s t3=l3/v3=3204*60/3.14/1020/40=1.5 s t4=l4/v4=3744*60/3.14/1020/40=1.8 s t5=l5/v5=4503*60/3.14/1020/40=2.2 s 当坯料达到一定长度，为了操作方便，可采用梯形速度计算。 和是加速和减速轧制时间，是稳定轧制时间，计算公式如下中厚板生产实用技术p191-192： 带入a,b,ny,np,d, 得 t6=1.0 s t7=1.4 s t8=1.7 s t9=2.2 s t10=2.6 s t11=3.0 s t12=3.2 s t13=3.4s详见下表表3.5.1.1各道次时间道次12345678910111213时间/s1.41.31.51.82.21.01.41.72.22.63.03.23.4 是间隙时间.可逆式中厚板轧机道次间的间隙时间是指轧件从上一道次抛出到下一道次轧辊咬入的间隔时间。这一时间通常取轧辊从上一道抛出转速到下一道咬入转速之间的间隔、轧辊压下是假你和回送轧件时间中的最长时间。它由经验取值，粗轧机一般间隙时间取36s精轧机取48s。轧件需要转向或推床定心时取上限，否则取下限。本次轧制粗轧机取6s，精轧机取8s。3.6温度制度温度是影响钢板组织性能的最主要因素，要控制组织和性能，就必须首先在生产过程中控制温度制度。特别是四辊轧机，随着轧制温度的提高，冷却速度达不到要求，需要进行人为降温来达到需求的轧制温度，以保证轧制过程的顺利进行和产品的性能要求。 为了防止过热、过烧、原始奥氏体晶粒粗大和不均匀等缺陷，根据铁碳相图，坯料的出炉温度为1100，开轧温度为1050，终轧温度为960。对于轧制厚板中温度的确定，因为实际生产中有高压水除鳞，温度的制定主要按以下方法考虑：大温度大于1000时，主要以辐射和高压水冷却方式降温，对流和传到散热大致与变形热能相抵消，同时，轧件的面积大小也影响着温降。计算各道次辐射温降的公式为：式中：上一道轧制到下一道轧制时的温降，； z辐射时间，即上一道轧制至下一道轧制的延续时间，为上一道的纯轧时间与轧后间隙时间之和，s；h上一道轧后的厚度，mm；前一道的绝对温度，k。 但该公式并未考虑高压水和冷却水的作用，高压水和冷却水的冷却效果要比辐射温降效果明显。带入数据得出结果，详见下表道次12345678910111213t纯/s1.41.31.51.82.21.01.41.72.22.63.03.23.4t隙/s6666666688888z/s7.47.37.57.88.27.07.47.710.210.61111.211.4h/mm170145123104897462524437322927/1.72.02.42.93.53.64.55.58.610.412.113.113.8/10501048.31046.31043.91041.01037.51033.91029.41023.91015.31004.9992.8979.7轧后温度/1048.31046.31043.91041.01037.51033.91029.41023.91015.31004.9992.8979.7965.9表3.6.1.1温度控制3.7轧制力计算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）进行校核，并根据校核结果，判断压下规程的合理根据热轧厚板的生产性及对其进行相应的修正。 3.7.1平均单位压力平均单位压力决定于被轧制金属的变形抗力和变形区的应力状态，计算轧制力使用ekelund公式。平均单位轧制力的计算公式为： 式中：m表示外摩擦对单位压力影响的系数，计算式为： k温度和成分对轧制力的影响系数，计算公式为： 粘性系数， c为轧制速度系数轧制速度6m/s61010151520系数（c）10.80.650.6 由于最大轧制速度 因此c=1 平均变形速度，/s，公式为： ，v轧制线速度 f摩擦系数，对钢轧辊a=1，对铸铁轧辊a=0.8 。 采用钢轧辊。查表得c含量为0.16，mn含量为1.2 。带入数据得出平均轧制力，详见表3.7-1 3.7.2总轧制力的计算 总轧制力计算公式为： 式中 bh、bh轧制前、后轧件的宽度(mm)； r轧辊半径(mm) ；.带入数据得出总轧制力，见表3.7.1.1轧制力道次12345678910111213m0.210.230.270.300.350.390.440.480.540.560.520.480.37k48.548.749.049.349.750.250.751.352.153.354.756.458.20.350.350.350.360.360.360.370.370.380.380.400.410.42/%0.300.330.360.390.450.730.800.850.950.950.830.740.56f0.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.60.6/mpa58.560.162.064.067.069.772.976.080.583.483.283.580.0p/kn138781910618307173461759716369156111456014428126329762799654183.8计算传动力矩在轧制过程中，在主电机轴上传动轧辊所需力矩最多由下面4个部分组成： 式中： 轧制力矩，用于使轧件塑性变形所需的力矩； 克服轧制时发生在轧辊轴承、传动机构的附加摩擦力矩； 空转力矩，即克服空转时的摩擦力矩； 动力矩，次力矩为克服轧辊不匀速运动时产生的惯性力所需的； i轧辊与主电机间的传动比，由于使用人字齿轮传动，它是传速比为1的齿轮传动装置，因此i取为1。 3.8.1轧制力矩的计算轧制力矩的计算式为 式中 ：p轧制压力； 力臂系数，对热轧中厚板取0.40-0.50，粗轧道次取大值，随轧件变薄取小； r工作辊半径； 压下量，。 3.8.2附加摩擦力矩的计算组成附加摩擦力矩的基本数值有两大项：一项为轧辊中轴承中的摩擦力矩；另一项为传动机构中的摩擦力矩。其中轧辊轴承中的附加摩擦力矩： 式中 p轧制压力；轧辊辊颈直径,=（0.67-0.75）d，取1400mm；轧辊轴承摩擦系数，它取决于轴承构造和工作条件，由于采用滑动轴承金属衬热轧，f=0.07-0.10，取f=0.08；则总的摩擦力矩为 式中 工作辊的直径，=1020mm；支承辊的直径，=2000mm；传动效率系数，一级齿轮传动的效率一般取0.96-0.98，此处取=0.96； i 传动比，参考相关资料，取i=1。 3.8.3 空转力矩的计算空转力矩是指空载转动轧机主机列所需的力矩。一般轧机的空转力矩按经验办法来确定，取电机额定力矩的35。即 式中 电机的额定转矩，n.m；电机的额定功率，kw，=6000kw；电机的额定转速，其转速为60r/min。取mk=100kn.m 3.8.4动力矩的计算动力矩只发生于用不均匀转动进行工作的几种轧机中，如可调速的可逆式轧机，当轧制速度变化时，需产生克服惯性力的动力矩。其数值可由下式确定： 式中 动力矩，t.m；折合到电机上的转动惯量，t.m2；d转动部分的惯性直径，m；角加速度，。 综上所述，电机轴上的总传动力矩为四部分之和带入数据，计算结果见表3.8-1表3.8-1传动力矩道次12345678910111213mz/kn.m783.51011.9901.1783.5769.6640.3557.4465.0344.8255.2152.7102.148.9mf/kn.m858.41179.01126.81064.71079.11000.6952.1885.7872.8762.2587.2480.0324.4mk/kn.m100100100100100100100100100100100100100md/kn.m00 00088.588.588.588.588.588.588.588.5m/kn.m1642.02191.02028.01848.31848.71641.11509.71350.91217.81017.6740.1582.4373.54.辊型设计计算热轧中厚钢板时轧辊受轧制力的作用将产生弯曲变形，同时辊身长度方向温度分布的不均匀将引起轧辊的不均匀膨胀。为了保证产品质量需要预先将轧辊辊身磨成具有一定凸度的轮廓曲线，以补偿轧制时辊缝形状的变化，获得横断面厚度均匀的产品。在设计新辊时，对轧辊的磨损不必考虑，只考虑不均匀热膨胀和轧辊的弹性变形弯曲。辊型设计内容包括确定轧辊中部的磨削总凸度值、总凸度值在一套轧辊上的分配以及确定适应于辊身中部凸度的辊面磨削曲线。4.1辊凸度计算在钢板的轧制过程中，沿辊身长度方向上，其边部位受热较小、散热较快，中间部位受热较多、散热较慢。因此轧辊中部比边部的热膨胀大。通常将辊身中部与边部半径上的热膨胀差值称为轧辊的热凸度，用t表示： 式中 、分别为工作辊与支撑辊的热凸度；k轧辊中心与表面的温度不均匀系数，k取0.9；轧辊的线彭胀系数，钢轧辊取1.3，铸铁辊取1.1；d、d分别为工作辊与支承辊的直径；工作辊中部与边缘的温差，通常为3050；支撑辊中部与边缘的温差，通常为1030；带入得：工作辊=0.91.1(3050)1020=0.300.50 取=0.4mm支撑辊=0.91.3(1030)2000=0.230.70 取=0.25mm4.2轧辊的弹性弯曲变形在轧制力的作用下，轧辊要发生弹性变形，轧辊辊身中部的挠度值大于辊身两端的挠度值，辊缝形成凸度形，轧制的钢板中间厚两边薄，产生凸度，为补偿轧辊的弹性弯曲变形，轧辊要做成凸面辊，在轧制力的作用下，得到平辊缝。辊型设计中对轧辊弯曲变形的考虑，主要是计算辊身中间部位与辊身边缘部位的差值，此差值即为辊身中间相对于辊身边缘的挠度，用f表示。综合考虑支撑辊弹性弯曲及工作辊与支撑辊间相互弹性压扁时的工作挠度为：上工作辊的挠度： 下工作辊的挠度： 其中 式中 q工作辊与支撑辊间单位长度上的平均压力，辊身长为4300mm；u钢板宽度与辊身长之比，l两个轴承支反力之间的距离，取为5960mm，式中为两个压下螺丝的中心间距，为偏移量，等于00.15倍的轴承宽度；d、d分别为工作辊与支撑辊直径；、分别为上、下工作辊的实际凸度；、分别为上、下支撑辊的实际凸度。在本次设计中工作辊为铸铁辊，支撑辊为钢质的（见中厚板生产实用技术，王朝生，p133134），则所以有 ， ，4.3轧辊的磨损工作辊与轧件、工作辊与支撑辊之间的接触摩擦引起了轧辊的磨损。在辊身长度方向上中部的磨损量大于边部的磨损量，造成了轧制时辊缝的形状变化。由于轧件与轧辊的材质、轧制温度、轧制力、轧制速度、前滑与后滑等多种因素都会影响轧辊的磨损，所以很难在量上建立轧辊磨损量与这些影响因素的关系。在辊型使用和调节时通常使用其统计数据。4.4辊型设计辊型设计的内容包括确定轧辊辊身中部的磨削凸度数值、总凸度值在一套轧辊上的分配以及确定适应于辊身中部凸度的辊面磨削曲线。一套轧辊所需要的总磨削凸度为这套轧辊在第一次使用时的总挠度()、总热凸度()和辊缝凸度()的代数和，即： 式中 、分别为工作辊与支撑辊磨削凸度的总和；、分别为工作辊与支撑辊热凸度的总和；分别为工作辊与支撑辊凸度磨损量的总和。为了确保钢板宽度方向厚度均匀，轧辊的实际凸度必须刚好补偿轧辊的弹性变形。因此辊型的设计原则是：轧制时上下工作辊挠度的总和应等于上下工作辊实际总凸度的一半。同时为了保证钢板轧制稳定，希望辊缝保持一定的凸度，所以辊型设计的条件是： 工作辊实际凸度的计算公式： 式中第二项为支撑辊实际凸度的影响，(+)值增大会使(+)值减小，第三项为辊缝凸度的影响。四辊轧机轧辊磨削凸度的分配原则有两种：一种是两个工作辊平均分配磨削凸度，两个支撑辊为圆柱形；另一中为磨削凸度集中在一个工作辊上，其余三个轧辊都为圆柱形，这种方法便于磨削轧辊。5 设备校核5.1 咬入条件的校核由于压下量、轧辊直径、咬入角三者关系式如下。所以， 表5.1 咬入角道次12345678910111213/12.711.911.19.89.88.88.07.26.75.74.43.62.5热轧中厚板的最大咬入角在之间，所以轧制各道次咬入角均符合咬入条件。设备的限制条件主要是轧辊的强度和主电机的能力，在本次设计中，主要校核轧辊的强度和主电机的能力。5.2 轧辊强度校核最大轧制压力和最大轧制力矩一般取决于轧辊等零件的强度条件，在制定轧制压下规程时应进行强度校核。四辊轧机辊系受力状况如图5.2-1所示： 图5.2-1四辊轧机辊系受力图在四辊轧机上，轧制过程中的弯矩主要由支承辊承担。同时，在四辊轧机中，一般均为工作辊驱动。所以，校核轧辊时，校核工作辊辊头处的扭转应力、支承辊辊身中央和辊颈的弯曲应力。另外，工作辊和支承辊之间还存在较大的接触应力，也需要校核。在校核过程中，考虑到轧辊材质不均，轧制力计算不准确以及轧制时的冲击载荷、应力集中等影响，在轧辊的静强度计算中，选轧辊的安全系数 进行计算，许用应力。 表5.2-1轧辊材料许用应力值材料名称极限强度许用应力合金锻钢碳素锻钢碳素铸钢球墨铸铁合金铸铁铸铁 5.2.1工作辊强度校核工作辊选择球墨铸铁，。m/knm轧件所施加均布力支承辊所施加均布力2191l/ mm 图5.2.1-1 工作辊扭矩图工作辊只需校核辊头的扭转应力。在总共13道次中，第2道的力矩最大，一个工作辊所受的扭矩为。工作辊的辊头形式为平台式，因此 （6.1）式中 ；是轧辊重车后的最小辊身直径，一般中厚板的重车率为新辊直径的5%-7%，则1020*（5%-7%）=51-72，取为72，则。所以；，取； ，取；d=（0.67-0.75）*1020=683.4-765mm，取750mm.代入公式（6.1）得： 工作辊强度满足。 5.2.2 支承辊强度校核支承辊材质选合金锻钢。p/knl/mm19106p/2p/2图5.2.2-2支承辊弯矩 由前面数据知，在第二道轧制力最大，即。1.支承辊辊身中央强度校核 支承辊辊身中央弯矩计算式如下： 由，代入式(6.2)中得：其弯曲应力为校核通过。2、支承辊辊劲强度校核 支承辊辊劲危险断面弯矩计算如下: 将，代入式(6.3)中得： 其弯曲应力为 由此可见支承辊的强度满足要求。 5.2.3 工作辊与支承辊间的接触应力 四辊轧机工作辊和支承辊之间承载时有很大的接触应力，在轧辊设计及使用时应进行校核计算。因为两辊的材质不同，接触应力的计算公式为; 式中 加在接触表面单位长度上的负荷，； 、相互接触的两个轧辊的半径，； 、