材料成型课程设计——热轧中厚板工艺设计

1、 0 / 25材料成型课程设计热轧中厚板热轧中厚板姓名：刘天循姓名：刘天循学号：学号：109024102班级：型班级：型 103 班班指导老师：曹杰指导老师：曹杰二二一四年一月二日星期四一四年一月二日星期四安徽工业大学冶金学院安徽工业大学冶金学院安徽省马鞍山市湖东路安徽省马鞍山市湖东路冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 1 / 25目录目录热轧中厚板工艺设计.1第一篇课程设计简介.2一.一节 课程名称：.2一.二节 课程类型：.2一.三节 教学对象：.2一.四节 设计目的：.2一.五节课时安排： .2一.六节设计题目： .2一.七节题目举例： .2一.八节设计内容： .2一.九节基本

2、要求： .3一.一节考核：.3一.一一节进度安排：.3一.一二节题目内容：.4一.一三节计算钢种：.4一.一四节设计任务：.5第二篇热轧中厚板工艺设计 .5二.一节产品技术要求 .5二.二节工艺流程 .6二.三节规程设计 .6二.四节轧辊强度校核 .16二.五节车间平面布置图 .19二.六节结语.19第三篇附录.20冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 2 / 25热轧中厚板工艺设计热轧中厚板工艺设计刘天循1090241022014 年 1 月 2 日星期四冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 3 / 25第一篇第一篇课程设计简介课程设计简介一一. .一节一节 课程名称：课程名

3、称：材料成型课程设计 一一. .二节二节 课程类型：课程类型：必修课 一一. .三节三节 教学对象：教学对象：材料成型专业本科生一一. .四节四节 设计目的：设计目的： 材料成型课程设计是材料成型专业必修课之一，是课程教学的一个重要环节。其轧钢方向的课程设计要求达到以下目的： 1） 把塑性工程学 、 塑性加工原理 、 塑性加工车间设计 、 孔型设计等专业课程中所学的知识在实际设计工作中综合加以运用，巩固所学的专业知识，提高对专业知识和相关技能的综合运用能力。 2） 本次设计是毕业设计前的最后一个教学环节，为进一步培养学生工程设计的独立工作能力，团队协作意识，树立正确的设计思想，掌握工艺设计的基

4、本方法和步骤，为毕业设计工作打下良好的基础。 一一. .五节五节 课时安排：课时安排：2 周 一一. .六节六节 设计题目：设计题目：根据学生人数进行分组，每组一个大题目，题目给出必要的设备参数和工艺条件，要求每个学生完成不同的任务。 一一. .七节七节 题目举例：题目举例：热轧板带工艺设计 热轧中厚板工艺设计 热轧棒材工艺设计 一一. .八节八节 设计内容：设计内容： 冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 4 / 25板带工艺：板带工艺： 产品技术要求 工艺流程 规程设计（包括力能参数计算） 工艺布置图（AutoCAD） 型钢工艺：型钢工艺： 产品技术要求 工艺流程 孔型设计（包括力

5、能参数计算） 孔型图（AutoCAD） 一一. .九节九节 基本要求：基本要求：每生要求独立完成工艺流程、规程设计（孔型设计） ，掌握工艺设计的基本内容，基本步骤和方法，熟练使用 AutoCAD 进行工程图的绘制。具体要求： 1） 独立完成自己所负责的内容； 2） 熟练搜集查阅文献资料； 3） 综合运用所学的专业知识进行设计计算； 4） 熟悉计算机绘图、文字及图表处理； 5） 完成设计报告，要求文字通畅，结构明晰； 6） 严格按照课程设计进度和教师要求，高质量地完成课程设计工作。一一. .一节一节 考核：考核：每生交一份完整工艺设计报告（打印） （40%） ，平时成绩（30%） ，课程结束时就

6、各学生所完成的内容进行答辩（30%） 。一一. .一一节一一节 进度安排：进度安排： 产品技术要求 1 天 冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 5 / 25工艺流程 0.5 天 规程设计（孔型设计） 5 天 工艺图（孔型图）绘制 1.5 天 课程设计报告 2 天 一一. .一二节一二节 题目内容：题目内容： 主要设备参数主要设备参数项目项目粗轧机粗轧机精轧机精轧机轧机型式四辊可逆轧机PC 轧机工作辊辊身尺寸/mm85095038008509503800支撑辊辊身尺寸/mm170018003700170018003700工作辊辊颈尺寸/500480450420支撑辊辊颈尺寸/12001

7作辊材质合金铸铁合金铸铁支撑辊材质铸钢铸钢最大轧制压力/MN7070最大轧制力矩/MN*m22.621.975最大轧制速度/m*s-14.2396.123最大工作开口度/mm500400主电机功率/Kw2500025500主电机转速/rpm04590065130压下速度/mm*s-12515表格 1本设计主电机的功率分别选用： 粗轧机组 Ph1 =25000 Kw 精轧机组 Ph2 =25500 Kw 冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 6 / 25一一. .一三节一三节 计算钢种：计算钢种： Q235Q235 坯料及产品规格：坯料采用 20001500200

8、 mm 的连铸坯， 产品规格如下： 6*2200 10*2200 14*2200 16*2200 18*2200 20*2200 25*22006*2600 10*2600 14*2600 16*2600 18*2600 20*2600 25*26006*2800 10*2800 14*2800 16*2800 18*2800 20*2800 25*2800一一. .一四节一四节 设计任务：设计任务：1 设计轧制规程；2 计算各道轧制力；3 画平面布置简图 。具体为：1） 在咬入能力允许的条件下，按经验分配各道次压下量，这包括直接分配各道次绝对压下量或压下率、确定各道次压下量分配率（ ）及确h

9、h/定各道次能耗负荷分配比等各种方法； 2） 制定速度制度，计算轧制时间并确定逐道次轧制温度； 3） 计算轧制压力、轧制力矩及总传动力矩； 4） 检验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正和改进。第二篇第二篇热轧中厚板工艺设计热轧中厚板工艺设计二二. .一节一节 产品技术要求产品技术要求钢种为 Q235，尺寸规格 6mm2800mm。1.1 成品状态钢板可以采用常规轧制，TMCP 控轧，常化或调质处理。冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 7 / 251.2 表面钢板的表面状态分为黑皮、喷丸、涂漆、喷丸+涂漆。钢板要求表面缺陷少、光整平坦而洁净

10、，不得有对使用有害的质量缺陷，当钢板表面有缺陷时，通过修磨或焊接出去缺陷或进行修补。1.3 尺寸、重量、外形尺寸及重量偏差要求在允许偏差范围内，钢板外形要求矩形度良好，四角充满，可采用切边处理或免切边工艺。1.4 性能屈服强度235MPa，抗拉强度 375500MPa，6mm 厚度时伸长率26，碳当量小于0.3%，强度、塑性指标和焊接性能得到较好配合，具有一定的弯曲冲压性能。1.5 化学成分 Q235A 级含 C 0.22% Mn 1.4% Si 0.35% S 0.050% P 0.045% Q235B 级含 C 0.20% Mn 1.4% Si 0.35% S 0.045% P 0.045

11、% Q235C 级含 C 0.17% Mn 1.4% Si 0.35% S 0.040% P 0.040% Q235D 级含 C 0.17% Mn 1.4% Si 0.35% S 0.035% P 0.035%二二. .二节二节 工艺流程工艺流程由连铸机供给的板坯经二次切割精整后，进入连续加热炉加热，出炉板坯经高压水除鳞后，进入四辊可逆粗轧机进行数个道次的整形、展宽轧制，再进入四辊 PC 轧机延伸轧制，根据要求冷却后热矫直。钢板进入冷床冷却，经检查、切头、切尾、分段、切边/剖分、定尺、标志、堆存、发货。需冷矫钢板送冷矫直机矫直后至成品跨堆存、发货。冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循

12、8 / 25二二. .三节三节规程设计规程设计3.1 轧制方法由于坯料采用 2000mm1500mm200mm 的连铸坯，长度，故采用横轧法。除鳞后即转钢 90横轧到底。压下规程计算说明平均道次压下率 28% N=log (20.0/200.0)/(log(1 - 0.28)10.6743079取道次数 12 x := 200 0.8 12 13.743895347200 以下各参数的计算说明一般以第一道次为例3.2 分配道次压下量为抑制奥氏体晶粒过分长大，造成相变后铁素体晶粒粗大，需压缩轧制时间，尤其是轧制间隙时间。由于钢种是普碳钢，出于细化晶粒，提高钢材强韧性的目的，强调道次压下率，且道次

13、压下率大于临界压下率。为充分利用轧机能力，轧制道次较少，每道次分配的变形率较大。中间道次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。随温度的降低，变形抗力增加，道次绝对压下量逐渐减少。最后 12 道次为了保证板形良好和厚度精度采用较小的压下量。道次取 8 道 精轧道次 4 道。轧制阶段道次 iHi（mm）hi（mm）hi（mm）i（%）L（mm）B（mm）12003017015.001260.50280021702414614.111467.71280031463011820.541815.9828004118289023.74 2380.952800590246626.66 32

14、46.752800666184827.274464.282800粗轧748143429.166302.522800冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 9 / 25表格 2合计： 根据后面第四步计算知粗轧总持续时间 39.19 s 精轧总持续时间 37.61s 两轧机能力匹配3.3 校核咬入能力 四辊可逆式中厚板轧机的轧制速度可调，因此采用低速咬入，实际的最大咬入角一般可以达到 2225。对给出的中厚板轧机，咬入条件将不是限制压下量的主要因素。热轧钢板咬入角一般为 1522，低速咬入可取为 20，辊径取最小值 850mm，故：51mm)cos-(1Dhminmax咬入不成问题。3.4

15、确定速度制度由于四辊可逆式中厚板轧机可以随时间改变轧辊的转向和速度，所以从尽量缩短轧制周期，提高轧机产量的角度出发，有必要采取可以调速，可以逆转的轧制速度制度。三角形速度轧制的轧制节奏时间比梯形速度的短，因此，在设计过程中，粗轧阶段采用低速咬入三角形速度轧制。 在保证厚度精度的前提下，精轧采用梯形速度轧制。由于精轧时咬入能力很富余，可以采用高速咬入，且咬入时速度高有利于轴承油膜的形成，故精轧采用稳定速度咬入。D := 900 mm := 3.14 取平均加速度 a := 40 rpm s 1 平均减速度 b := 60rpm s 1834102429.418928.57280092471729

16、.1612605.042800101751229.4117857.14280011124830.3326785.712800精轧1282625.0035714.282800冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 10 / 25图片 二-1 图片 二-23.4.1 轧辊咬入和抛出速度的确定确定的原则是：获得较短的道次轧制节奏时间，保证轧件顺利咬入，使得轧机在调整压下时间之内完成轧辊逆转动作，便于操作和适合于主电机的合理调速范围。为减少电机反转和轧件返回时间，中间道次低速抛钢；成品道次为了减少纯轧时间和轧件运输时间，全速抛钢。粗轧机的轧辊咬入和抛出速度一般在 1020rpm 和 1525rp

17、m 范围内选择。精轧机的轧辊咬入和抛出速度一般在 2060rpm 和 2030rpm 范围内选择。但第一道次第一道咬入角最大故采取较低速度稳定咬入和低速抛出轧制速度 n11 := 40 抛出速度 n12 := 20 冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 11 / 253.4.2 最大轧辊转速的计算 纯轧时间内转过的轧辊工作面长度有如下确定公式： FDdtnDvdtLtttt606031311式中 F 为从咬入到抛出轧件转速曲线下的面积（图中阴影部分）推得： abnnannbF2)()(232221222 查得相关资料上给出最大转速计算公式： DbaabLbaanbabnn)(12023

18、2123式中 a，b 为轧辊加速与减速时的加速度； n1 为咬钢时的轧辊转速； n3 为抛钢时的轧辊转速 式代入式得到恒等式，受个人能力所限，难以通过计算得出三角形速度制度下123的最大轧辊转速。若忽略每道次宽展及前滑影响，可获得 n2 的近似值，为速度制度的确定提供参考。粗轧时设定 a=30rpm/s，b=40rpm/s。 DnDFL60240)400(76022式中 L 为轧件长度，D 取最小值。3.4.3 纯轧时间的计算 对于三角形速度图的纯轧时间： bnnanntttdjdjazh3212 对于梯形速度图的纯轧时间：冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 12 / 25 bnnD

19、Lntttdjdzh260123113.4.4 确定轧制间隙时间 t0可逆式中厚板轧机道次间的间隙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时间间隔、轧辊调整压下时间和回送轧件（包括转 90和对正）时间中的最长时间。根据经验数据，t0 取值规则：当 L 3.5m 时间隙时间取 25s3.5m L 8m 时取 6sL 大于 8m 时取 4s如图 2.1 所示，每道轧制延续时间 tj=tz+t0，其中 t0 为间隙时间，tzh=t1+t2。设 v1 为 t1 时间内的轧制速度，v2 为 t2 时间内的平均速度，l1 及 l2 为在 t1 及 t2 时间内轧过的轧件长度，l 为该道次轧后轧

20、件长度，则 v1= pDn1/60,v2 = pD(n1+ n2)/120,t2 = n1- n2 , b故减速段长 l2=t2v2，而 t1=(l-l2)/v1=(l-t2v2)/v1。D 取平均值。 对于 1 道取 n1=40 n2=20; 对于 2、3、4 道取 n1=60，n2=20; 对于 5、6、7 道取 n1=80，n2=20; 对于 812 道取 n1=100，n2=20。 再确定间隙时间 t0：根据经验资料在四辊轧机上往返轧制中，不用推床定心时3.4.5 轧制速度表综上所述，按经验确定各道次速度制度。包括咬钢、抛钢、最大轧辊转速以及各道次加减速加速度和轧制延续时间 tz。轧制

21、阶段道次 IN1（RPM）N2（RPM）A（RPM/S）B（RPM/S）TZH(S)TZ(S)T0(S)N（RPM）1402040600.763.262.5302602040600.74 3.242.5403602040600.873.372.5404602040601.073.572.5405802040601.233.732.5506802040601.567.566507802040602.048.04650粗轧81002040602.42 6.4246091002040603.207.20460101002040604.328.31460111002040606.2110.20460精

22、轧121002040608.10 12.10460冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 13 / 25表格 3 3.5 轧制温度的确定 本次设计采用 Q235 普碳钢，为了使轧后的钢板具有细小而均匀的晶粒，加热温度设定在 1150。经高压水除鳞后，开轧温度一般降至 1080左右。为了确定各道次轧制温度，必须求出逐道的温度降。高温时轧件温度降可以按辐射散热计算，而认为对流和传导所散失的热量大致可与变形功所转化的热量相抵消。由于辐射散热所引起的温度降在热轧板带时，用如下公式近似计算： 4110009 .12ThZt式中 Z 为辐射时间，即该道次的轧制延续时间 tz，s； h 为前一道次轧出

23、厚度，mm； T1 为前一道的绝对温度，K由于轧件头尾温降不同，为设备安全着想，确定各道温降时，以尾部为准。轧制阶段h（mm）Z（s）T1（）t（）T2（）12003.2610800.2861079.71321703.241079.7130.3331079.37931463.371079.379.0.4031078.97641183.571078.9760.5251078.4515903.731078.4510.7231077.7286667.561077.7281.0701076.6587488.041076.6581.6381075.020粗轧延伸8346.421075.0202.4931

24、072.5279247.211072.5274.0541068.47210178.311068.4726.7251061.747111210.201061.74711.8981049.849精轧12812.101049.84920.7641029.084冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 14 / 25表格 4 因为粗轧和精轧的轧制时间大致相同，考虑到轧件在中间辊道的温降时间可能不止8s，以及轧机每道次除鳞高压水的冷却作用，实际的终轧温度应低于 950。表中 T2 为轧制温度，3.6 变形制度的确定3.6.1 各道变形程度用相对变形量表示，即压下率。e = H h H3.6.2 各道

25、平均变形速度轧辊平均线速度： 60nDv式中 n 为轧辊平均转速，rpm； D 为轧辊直径，取最小值，mm平均变形速度选用如下公式： hHRhv2式中 R工作辊半径； H轧件原始厚度； h轧件出口厚度3.6.3 各道变形抗力周纪华等人采用碳钢和合金在高温、高速下测定得到的变形程度、变形速度和变形程度对变形阻力影响的大量实测数据而建立了非线性回归模型。此模型的计算结果与经典变形抗力曲线图对比，当变形速度在 130s，变形温度在 8501200之间时，结果能够很好的吻合曲线。结构如下式：冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 15 / 25 4 . 014 . 0)10)(exp(66210

26、543aaaTaaaTas式中 ；1000273tT 基准变形抗力，MPa；0 t变形温度，； 变形速度，；1s 变形程度对数应变，；)1ln( 回归系数，其值取决于钢种。61 aa表 1 普通碳钢变形抗力数学模型回归系数回 归 系 数 钢 种 0/Mpa a1 a2 a3 a4 a5 a6 Q215 150. 0 -2.793 3.556 0.2784 -0.2460 0.4232 1.468 Q235 150.6 -2.878 3.665 0.1861 -0.1216 0.3795 1.402 Q235-F 140.3 -2.923 3.721 0.3102 -0.2659 0.4554

27、1.520 表 2 优质碳素结构钢变形抗力数学模型回归系数回 归 系 数 钢 种 0/Mpa a1 a2 a3 a4 a5 a6 08F 136.1 3.387 4.312 0.5130 0.5320 0.5887 1.879 08AL 136.8 2.999 3.818 0.3552 0.3186 0.4996 1.742 10 151.4 2.771 3.528 0.1147 0.0353 0.4537 1.593 20 152.7 2.609 3.321 0.2098 0.1332 0.3898 1.454 45 158.8 2.780 3.539 0.2262 0.1569 0.341

28、7 1.379 3.7 力能参数计算冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 16 / 25轧制力能参数计算的目的是对设备能力，包括轧辊强度、主电机功率进行校核，并根据校核结果，判断压下规程的合理性及对其进行相应的修正。3.7.1 各道平均单位压力已知平均单位压力公式： nps15. 1式中 应力影响系数n这里采用斋藤公式计算： hln/25. 0785. 0式中 变形区轧件平均厚度；h l变形区长度，hRl则有： )/25. 0785. 0(15. 1hlps使用公式时，否则用。1/hl1/ lh平均厚度可通过如下公式计算： hlRhRh22式中 ，rad；Dh1cos1 R 取最大值；

29、 3.7.2 各道轧制力忽略宽展，各道次轧制力可按下式计算： pBlpFP式中 B 为轧件宽度。 冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 17 / 253.7.3 计算传动力矩在轧制过程中，传动轧辊所需力矩有下面 4 个部分组成： dkfzMMMiMM式中 轧制力矩，使轧件塑性变形所需力矩；zM 克服轧制时发生在轧辊轴承，传动机构等的附加摩擦力矩；fM 空转力矩，克服空转时的摩擦力矩；kM 动力矩，克服轧辊不匀速运动时产生的惯性力；dM i轧辊与主电机间的传动比，使用人字齿轮传动，传速比为 1。1）轧制力矩轧制力矩计算式： lPMz2式中 P轧制压力； 力臂系数，=0.78 + 0.01

30、7 R/h - 0.163（R/h）1/2热轧中厚板取 0.400.50，粗轧道次取 0.50，精轧取 0.40； l变形区长度2）附加摩擦力矩组成附加摩擦力矩的基本数值有两大项：轧辊轴承的摩擦力矩和传动机构的摩擦力矩。 iMDiMMzff) 11(D1支工式中 轧辊轴承中的摩擦力矩，；1fM111fdPMf 支撑辊辊颈直径；1d 轧辊轴承摩擦系数，油膜轴承取 0.003；1f冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 18 / 25 传动机构效率，齿轮传动取 0.97。3）空转力矩一般轧机的空转力矩按经验办法确定，取电机额定力矩的 3%6%。 HkMM)06. 003. 0(式中 电动机额

31、定转矩，Nm；HMHHHnPM9549 电机额定功率，kW；HP 电机额定转速，rpm。Hn对新式轧机取下限，旧式轧机取上限。4）动力矩本设计粗轧阶段采用变速轧制，故须产生克服惯性力的动力矩。其数值可由下式确定： dtdnGDMd37522式中 转动部件的飞轮矩；2GD 角加速度，rpm/sdtdn 飞轮矩的确定： 2/2/44222mgDgmRgJGD式中 m工作辊质量，kg，铸铁；Vm3/4 . 7cmg g重力加速度，2/8 . 9smg D工作辊直径轧制阶段道次变形抗力（MPa）轧制力（MN）P轧制力矩（MNMz传动力矩（MNmM摩擦力矩 M（MNm）冶金工程学院课程设计 型 103

32、班 刘天循 19 / 25m）165.3417.612.332.630.196264.1414.361.841.870.15376.0819.742.442.860.22480.6021.112.422.850.22584.7320.341.972.360.19686.3219.331.621.990.17787.4317.531.321.560.14粗轧889.6816.660.981.210.12990.0014.950.761.010.101087.7712.520.630.780.081186.6111.440.440.660.07精轧1283.3610.780.330.530.06表

33、格 5二二. .四节四节 轧辊强度校核轧辊强度校核四辊轧机由于支撑辊的作用负荷分配发生变化，支撑辊抗弯截面系数较工作辊大，因此轧制时的弯曲力矩绝大部分由支撑辊承担。在校核支撑辊强度时，按全部载荷考虑。工作辊只传递扭矩，计算强度时忽略弯曲强度只考虑扭转切应力。辊系受力图：冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 20 / 25图片 二-3工作辊强度校核：图片 二-4粗轧机辊颈扭转切应力：MPaWMnn2.575.02.0286.232.86 为粗轧机最大总传动力矩精轧机辊颈扭转切应力：冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 21 / 25MPaWMnn709.2745.02.0201.131.01 为精轧机最大总传动力矩 工作辊材质为合金铸铁，其许用应力为 140MPa，强度校核通过。支撑辊强度校核：图片 二-5由图可知，辊身危险截面位于轧辊中央处，最大弯矩为：冶金工程学院课程设计 型 103 班 刘天循 22 / 25mMNLaPM83.15)8370044850(11.21)84(maxmax 辊身中央弯曲应力： MPaDM22.327.11.083.151.033max辊颈危险截面位于辊颈辊身联接处，最大弯矩为： mMNLaPM551.443700485083.154maxmax该处弯曲应力： MPaDM33.262.11.0