热轧板带钢课程设计

1、University of Science and Technology Liaoning课程设计设计任务：SPHC 8.7×1580 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1 概论11.1 热轧板带钢生产的产品概况11.2 2150热轧板带钢生产工艺流程31.3 热轧板带钢生产的产品设备31.4 热轧带钢新技术发展状况32 主要设备选择43 SPHC 8.7×1580轧制工艺制定73.1 加热制度73.2 选择产品原料73.3 粗轧压下制度73.4 精轧压下制度83.5精轧轧制速度93.

2、6 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 轧制力矩计算145 设备能力校核155.1 咬入能力校核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205.2.3 辊头扭转强度校核225.2.4 辊身挤压强度校核225.2.5 电机能力校核236 结束语257 参考文献25 辽宁科技大学课程设计 第25页1 概论1.1 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

3、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。目前我国的板带钢不能适应国民经济发展的需要, 产品质量能够达到国际先进水平的不到总产量的1/3。因此, 加快发展板带材, 特别是加快发展高附加值、高技术含量的板带材是我国轧钢工业一项十分艰巨的任务。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, 20mm6

4、0mm的钢板称为厚板,4.0mm20mm的钢板称为中板,0.2mm4mm的钢板称为薄板, 其中0.2mm1.2mm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600mm1000mm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。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。发达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,

5、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: 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

6、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。薄板坯连铸连轧。自1992年兰州钢厂与钢铁研究总院合作建立了我国第一套CSP 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, 不断扩大品种范围, 提高产品质量。宝钢的2050和1580 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1.5mm 的热轧板卷, 也能生产少量厚度1.0mm1.2mm的超薄热轧带钢。1999年珠钢引进第一条CSP 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

7、生产0.8mm超薄带钢的能力。铁素体区轧制生产工艺。珠钢CSP薄板坯连铸连轧生产线投产后, 计划采用该工艺生产2.0mm以下超薄热轧带钢, 目前国内唐钢、本钢等多条CSP薄板坯生产线均已具备铁素体区轧制能力。1.2 2150热轧板带钢生产工艺流程 连铸板坯步进式加热炉高压水除鳞（初）定宽压力机定宽ERE粗轧机可逆轧制(带立辊)保温罩飞剪切头尾高压水除鳞（精）FE连轧前立辊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1.3 热轧板带钢生产的产品设备 加热炉：三座步进梁式加热炉 粗轧区：由高压水除鳞箱、带立辊的初轧机、保温罩、废品推出机、辊道、

8、侧导板及其他辅助设备组成 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、六机架四辊精轧机及其他辅助设备组成 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1.4 热轧带钢新技术发展状况热轧带钢生产技术在过去20年里取得了很大的进展,新技术的应用在提高产品质量、降低生产成本、增强竞争能力等方面发挥了重要作用。进入新世纪后,这些新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

9、术武装传统产业。我国的热轧带钢轧机要适应这种趋势,把采用新技术、改造现有工艺设备作为增强企业竞争实力的重要手段,为我国完成从钢铁生产大国向钢铁生产技术强国的转变作出贡献。2 主要设备选择设备选择参照鞍钢2150生产线。鞍钢2150mm ASP生产线工艺布置如图2.1所示。11#加热炉；22#加热炉；33#加热炉；4E1立辊轧机；5Rl粗轧机；6E2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:   (1)加热炉。设有3座步进梁式炉(其中3#加热炉二期实施)，热装板坯入炉温度

10、800，也可常温冷装，板坯出炉温度为12001250，加热能力为400t/(h·座)(热装)。 (2)高压水除鳞箱。其上、下各有2排喷水集管，高度可调，高压水出口压力为23MPa，喷嘴有4×26个。 (3)E1、E2立辊轧机。其型式为附着上部驱动式(带液压AWC)，最大单道次侧压量50mm，轧辊尺寸1200/1l00mm×430mm，最大轧制力3800kN，轧制速度0589m/s，主电机功率AC1200kW×2，转速200/400r/min。 (4)Rl粗轧机。为四辊可逆式，工作辊尺寸为1250/1150mm×2150mm，支撑辊尺寸为1650

11、/1500mm×2150mm，最大轧制力50000kN，道次最大压下量50mm，主电机功率10000kW ×2 AC，转速40/90r/min，轧制速度0589m/s。 (5)保温罩。中间坯厚度为3060mm，中间坯宽度为1000200Omm，保温罩长度约为80m。 (6)废品推出机。为齿轮齿条式，最大推力为3×138kN，推出行程6000mm。 (7)切头飞剪。为转鼓式，剪切速度为0525m/s，最大剪切断面为60mm×2000mm，剪切应力140MPa(带坯厚度为60mm，900)，剪切温度900，最大剪切力13500kN，主电机功率：1600kW&

12、#215;2。 (8)精轧前高压水除鳞箱。型式：双夹送辊高压水喷射式，高压水出口压力：23MPa，喷嘴数量：4×26个。 (9)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F1F3F4F5F7工作辊直径/mm600/750850/375850/765700/635支撑辊直径/mm-1600/14501600/14501600/1450工作辊辊身长度/mm350245025502550支撑辊辊身长度-215021502150主电机转速/r·min-1550150/450150/450200/600主电机功率/kWAC370×2AC8000AC8000A

13、C8000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    (10)层流冷却系统。可处理带钢规格18254mm×10002000mm，带钢最大通过速度为228m/s，最大耗水量为17500m/h，供水压力为00500085MPa。    (11)卷取机。设有3台三助卷辊液压式卷取机，最大卷取速度228m/s，卷取带钢厚度18254mm，卷取带钢宽度10002

14、000mm，卷取温度500750 ，钢卷内径762mm，钢卷外径11002100mm，最大钢卷重量373t，最大单位宽度卷重1865kg/mm，主电机功率1000kW，转速230/600 r/min。3 SPHC 8.7×1580轧制工艺制定3.1 加热制度 加热制度取决于热轧所要求的开轧温度。一般加热温度为12501280，开轧温度为11801220，带坯在轧制过程中，边部由于散热比较快，其温降大于中部温降，温度大约为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

15、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50100，使带钢横向温度更加均匀，从而减少带钢边部裂纹，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。3.2 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(%)Si(%)Mn(%)P(%)S(%)含量0.050.050.250.0150.0103.3 粗轧压下制度粗轧阶段压下量分配原则为：（1）粗轧机组变形量一般要占总变形量的7080；（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

16、度为 2040mm；（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。 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3.89 3.9-5.295.3-6.997.0-9.49 9.5-12.7HRC3234363838-40（注：HRC为中间坯（粗轧轧完）厚度）据上表选定中间坯厚度为：38 mm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h（mm）404

17、0403022压下率% 19.0523.5330.77 33.3336.673.4 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允许值。依据以上原则，精轧逐架压下量的分配规律是：第1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24架， 为了

18、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3.4 精轧压下量排列表机架号入口厚度（mm）出口厚度（mm）压下量（mm）压下率（）F138.028.010.038.00F228.019.58.530.36F319.514.55.025.64F414.511.62.920.00F511.69.81.815.52F69.88.71.111.223.5精轧轧制速度1.确定最末架F6的穿带速度及出口速度 表3.5 速度设定项目指标序号12345厚度，mm

19、1.451.701.902.102.40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，mm2.702.903.103.403.80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，mm4.204.605.506.507.50穿带速度，m/s8.307.8

20、07.106.155.60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，mm8.509.5011.012.7>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。2.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

21、 ： 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3.6 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，带坯在精轧除鳞后的头部温度t为1020；因为在轧机上完成金相组织

22、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) （其中：t0 开轧温度；tn 轧后温度；h0 轧前厚度；hn 轧后厚度；） 表3.7 轧各架温度变化机架F1F2F3F4F5F6轧制温度）1005.15978.43952.63925.39900.388804 力能参数计算4.1 精轧各机架轧制力计算S.Ekelu

23、nd公式是用于热轧时计算平均压力的半经验公式，其公式为 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，则轧制力为： 其中： K=9.8×(14-0.01t)(1.4+C+Mn)Mpa 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）616100.8C的含量取0.05，Mn的含量取0

24、.25 对于第一架轧机： K=9.8×(14-0.01t)(1.4+C+Mn)=9.8×(14-0.01×1005.15)（1.4+0.20+0.7）=65.7820MPa =0.01×（14-0.01×1005.15）×1×10=0.3949MPa.sV=150×3.14×850/60=6672.5mm/s =116.1694MPa =1196.584t 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温度（）平均变形速度（ mm/ s）平均

25、单位压力（MPa）轧制力（t）10.43791005.1531.0156116.1691196.58420.4486978.4339.7320147.3061398.88730.4589952.6342.5726170.2291239.85640.4698925.3942.2360186.1191032.38650.4798900.3859.6274203.400806.63760.4880880.0053.9198191.5991593.9924.2 轧制力矩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：，取0.46对于第一架轧机轧制力矩：同理可依

26、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）71.76777.35352.58233.34418.62610.7235 设备能力校核5.1 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。 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，压下量比较大，比较困难，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： 已知D=850mm，h=10.0mm，f =0.4379 所以：而f =tan，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F

27、1F2F3F4F5F6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。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，轧辊安全系数最小，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）项目许用弯曲应力 许用接触应力 许用剪切应力合金锻钢2402400730铸

28、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第一道次和第六道次。第一架轧辊参数：1）支撑辊辊身直径：Dz=1600mm；辊身长：Lz=2150mm；辊颈直径：dz=(0.50.55)Dz=0.5×1600=800mm；辊颈长度：lz=(0.831.0)Dz=1×800=800mm；压下螺丝之间的距离：az=Lz+lz =2150+800=2950mm；2）工作辊辊身直径：Dg=850mm；辊身长度：Lg=2450mm；辊颈直径：dg=(0.50.55)Dg=0.5×850=425mm；辊颈长度：lg=(0.831.0)d

29、g=1×425=425mm；压下螺丝之间的距离：ag=Lg+ lg =2450+425=2875mm;辊头直径：b=Dg-（515）=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160021502950800800取a/b=1 a=840mm;根据下面表格得到抗扭断面系数值：表5.4 抗扭断面系数B/x11.523460.2080.3460.4930.8011.451.789取：=0.208。B图5-1 四辊轧机轧辊受力图第六

30、架轧辊参数：1）支撑辊辊身直径：Dz=1600mm；辊身长：Lz=2150mm；辊颈直径：；辊颈长度：；压下螺丝之间的距离：a=Lz+=2150+800=2950mm；2）工作辊辊身直径：Dg=700mm；辊身长度：Lg=2550mm；辊颈直径：；辊颈长度：；压下螺丝之间的距离：ag=Lg+=2550+350=2900mm;辊头宽度：b=Dg（515）=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/

31、b=1 a=690mm;根据下面表格得到抗扭断面系数值：表5.6 抗扭断面系数B/x11.523460.2080.3460.4930.8011.451.789取：=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。5.2.1 辊身弯曲强度校核（1）对于第一架轧辊： a压下螺丝间距，b板宽。 图5-2 支撑辊弯矩图支承辊：所以第一架轧辊支承辊辊身满足弯曲强度的要求。工作辊： 图5-3 工作辊弯矩图所以第一架轧辊工作辊辊身满足弯曲强度的要求。（2） 对于第六架轧辊（支承辊）： 所以第六架轧辊辊身满足弯曲强度的要求。5.2.2 辊颈弯曲+

32、扭转强度校核（1）对于第一架轧辊：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： 所以第一架轧辊辊颈满足弯曲+扭转强度的要求。（2）对于第六架轧辊：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： 所以第六架轧辊辊颈满足弯曲+扭转强度的要求。5.2.3 辊头扭转强度校核（1）对于第一架轧辊： 所以第一架轧辊辊头满足扭转强度的要求。（2） 对于第六架轧辊： 所以第六架轧辊辊头满足扭转强度的要求。5.2.4 辊身挤压强度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）对于第一架轧辊： 式中 ： 加在接触表面单位长度上的负荷，N/m； 、 两接触辊的半径（工作辊和支承辊），=0.425m，=0.800m； 弹性模量，； 铸铁 ，取= 代入接触应力计算式可得：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：、 两接触辊的半径（工作辊和支承辊）， =0.350m，=0.800m； 弹性模量，； 铸铁 ，取=代入接触应力计算式可得： 根据设备参数可知