中厚板压下规程课程设计

1、辽 宁 科 技 大 学课程设计说明书设计题目： EH32中厚板轧制规程的编制学院、系： 材料与冶金学院 专业班级： 材料加工工程11级2班 学生姓名： 指导教师： 成 绩： 2014年 12 月 31 日目录1前言21.1 EH32中厚板产品介绍21.2 EH32中厚板成分介绍：22中厚板生产工艺流程简介23. 轧制规程编制53.1轧制工艺参数设计5选择坯料5坯料尺寸的确定5确定轧制方法5确定轧制道次6道次压下量的分配6速度制度8轧制时间8温度制度93.2轧制力的计算11平均单位压力11总轧制力的计算113.3计算传动力矩12轧制力矩的计算12附加摩擦力矩的计算12空转力矩的计算13动力矩的计

2、算134辊型设计计算155设备校核185.1轧辊强度校核18支撑辊强度校核195.1.2 工作辊强度计算19接触应力的计算205.2主电机功率校核21电机过载校核21电机的发热校核216结语227参考文献231前言1.1 EH32中厚板产品介绍一般船体结构钢A、B、D、E级是根据钢材冲击温度来区分的，各等级钢的冲击值均相同，不是根据强度等级区分的。A级钢是在常温下（20）所受的冲击力。B级钢是在0下所受的冲击力。D级钢是在20下所受的冲击力。E级钢是在40下所受的冲击力。高强度船体结构钢又可分为AH32 DH32 EH32 AH36 DH36 EH36。1.2 EH32中厚板成分介绍： EH3

3、2化学成分： 碳(C)0.18 锰(Mn)0.901.60 铝(Al)0.015 硅(Si)0.100.50 磷(P)0.04 硫(S)0.04 屈服强度 s (MPa)3152中厚板生产工艺流程简介中厚板的生产工艺流程根据每个厂的生产线布置情况、车间内物流的走向以及其主要产品品种 和交货状态的不同而具有其各自的特点，但加热、轧制、冷却和精整剪切仍是中厚板生产工艺流程 的核心部分，而具体的工艺流程一般可根据成品的交货状态，分为直接轧制交货、热处理交货和抛丸或涂漆交货。工艺流程简介图：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。原料的选择与加热中厚板生产采用的原料有扁钢锭初轧板

4、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

5、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。中厚板轧机原料尺寸选择的原则是：原料的厚度尺寸尽可能小；原料的宽度尺寸尽可能大；原料的长度尺寸尽可能接近原料的最大允许长度。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

6、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

7、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。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。 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

8、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。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.。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

9、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. 轧制规程编制3.1轧制工艺参数设计选择坯料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力学性能，其尺寸选择的原则如下：1.原料的厚度尽可能小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尺寸。厚板

10、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。坯料尺寸的确定坯料厚度的确定：为保证板材的组织性能，轧制应具有足够的压缩比，压缩比一般为保证6:1或7:1，由成品厚度=35mm,知H=6=210mm,根据原料规格取H=230mm.坯料宽度的确定：根据宽展比取1.4为最佳，成品宽度为3100mm,所以B=3100/1.42214mm,因长度限制，根据材料规格取B=2000mm。坯料长度的确定：根据轧前、轧后体积不变的原则，考虑切头尾、切边、烧损等影响来选择其长度，代入数据有：230×2000××90%=3

11、5×3100×6500，可得=1704mm,因长度限制，取原料长度尺寸为2500mm.综上所述，原料尺寸定为H×B×L=230mm×2000mm×2500mm.确定轧制方法 轧制方式包括：全横轧全纵轧横-纵轧和纵-横-纵轧。本设计采用横-纵轧制方式，即先横轧宽展到所需宽度，再纵轧到底，得到所需长度。确定轧制道次本设计采用单机架的四辊可逆式轧机。根据经验，中厚板压下量在h=12-14mm左右，这里取h=14mm。从坯料到成品钢板厚度上的总压下量H=195mm,轧制道次n=195/14=13.93,因为此次轧制采用单机架轧机，道次应为奇道

12、次故轧制15道次。道次压下量的分配1）校核咬入能力成形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最大咬入角所确定的最大压下量。热轧中厚板中咬入角15°20°,低速咬入时取=20°，则最大压下量=×(1°)=66.34mm.展宽道次中，为了满足控制轧制的要求，同时利用高温塑性实现大压下，其压下量的主要限制条件是设备的负荷和产品的质量要求。2）压下量的分配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，在这类轧机上轧制中厚板，咬入条件将不是限制压下量的主要因素。除鳞

13、道次之后可采用大压下量轧制，中间道次为了充分利用钢坯温度高，变形抗力低的优势，采用大的压下量。然后随着钢坯温度降低，压下量逐渐变小，最后1-2道次为了保证版形和尺寸精度也要采用较小的压下量，甚至最后一道采用平轧道次。由于EH32是优质碳素钢，其拉伸性能好，故开始校核采取大压下量，以后逐渐减少。本次设计的压下量分配见表3.1×100% ，依次求的如下表所示：道次123456789101112131415压下量/mm252523212018161410864321压下率/%10.9%12.2%12.8%13.4%14.7%15.5%16.3%17.1%14.7%13.8%12.0%9.1

14、%7.5%5.3%2.8%根据宽展公式，巴赫契诺夫公式： B=1.15 （h/2H）(rh-h/2f) 其中： h/H-压下率 F-摩擦系数 0.42 R-轧辊半径 取540mm道次123456789101112131415B/mm5.426.066.196.286.776.886.936.915.214.463.432.181.580.930.35速度制度在轧制中，由于在横扎道次轧件较短，可采用匀速稳定轧制，而对于纵轧道次可采用梯形速度制度。其中，取，稳定轧制速度，平均轧制加速度，平均轧制减速度。轧制时间由于压下动作时间随各道次压下量而定，轧辊逆转、回送轧件时间可以根据所确定的咬入、抛出转速

15、改变，所以考虑这三个时间的原则应当是：压下时间大于或等于轧辊逆转时间，要大于或等于回送轧件时间。这样轧辊咬入和抛出转速的选择就等于本着调整压下时间之内完成轧辊逆转动作和在保证可靠咬入的前提下获得最短轧制时间这个原则。由于最开始轧制坯料比较短，所以横扎阶段采用稳速轧制。计算如下： ， 式中：L-这一道次轧制后的长度；D-工作辊的直径，取D=1080mm；n为转速.而纵轧阶段由于坯料达到一定的长度，可采用梯形速度制度计算，见上图分析得出是加速和减速的轧制时间，是稳定轧制时间，计算公式如下： 道次123456789101112131415t / s0.740.740.742.032.262.322.

16、492.632.672.812.933.193.343.513.60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轧辊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下一道咬入转速之间的时间间隔、轧辊压下时间和回送轧件时间中的最长时间。根据经验数据，一般为36s，本次设计取值为6s各道次时间计算结果列于表中。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，需要进行人为姜文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

17、晶粒粗大和不均匀等缺陷，根据铁碳相图及现场实际，坯料的出炉温度为1150，开轧温度为1100，终轧温度为980。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：z辐射时间，即该道次轧制延续时间(s) h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。道次123456789101112131415 t/1.301.471.682

18、.302.963.063.944.775.536.417.248.018.368.758.84轧后t/1048.701047.231045.551043.251040.291037.231033.291028.521022.991016.581009.341001.33992.97984.22975.383.2轧制力的计算平均单位压力根据热轧厚板的生产，计算轧制力使用E.kelund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， 平均变形速度，/s，公式为： 摩擦系数，对钢轧辊a=1，对铸铁轧辊a

19、=0.8 。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) V轧制线速度；总轧制力的计算总轧制力的计算公式： 式中： -分别为轧制前、轧制后的宽度（mm）； R-轧辊半径（mm）； -平均单位压力Mpa; 3.3计算传动力矩摩擦系数，对钢轧辊a=1，对铸铁轧辊a=0.8 。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： 轧制力矩； 克服轧制时发生在传动机构的附加摩擦力矩；空转力矩； 动力矩； i轧辊与主电机间的传动比，取i=1。 轧制力矩的计算轧制力矩的计算式为: 式中 合力作用点位置系数，一般中厚板轧制中约为0.40.5，粗轧道次取最

20、大值随轧件变薄取小值；R工作辊半径；压下量，。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；轧辊轴承摩擦系数，它取决于轴承构造和工作条件，取f=0.08；则总的摩擦力矩为 式中 工作辊的直径，=1080mm；支承辊的直径，=2040mm；传动效率系数，=0.96；i 传动比，参考相关资料，取i=1。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

21、，=6000kw；电机的额定转速，r/min。本次设计取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；折合到电击伤的转动惯量，t.m；D转动部分的惯性直径，m；角加速度，r/(min.s)。根据生产经验， 综上所述，电机轴上的总传动力矩为四部分之和，道次H(mm)B(mm)L(mm)h(mm)h/H()时间(s)温度()P(t)M(t.m)023020002500-1050-粗轧横轧12052239.052505.422510.96.741048.701895.6216.

22、621802543.882511.482512.26.741047.232088.5242.5 31572909.372517.6723 12.86.741045.551967.1248.4纵轧41362915.652900.172113.48.031043.252656.4261.651162922.423384.362014.78.261040.492176.1276.5精轧6982929.304005.971815.58.321037.232257.2288.37822936.224776.341616.38.491033.292358.0308.48682943.145746.1614

23、17.18.631028.522342.5341.89582948.356724.981014.78.671022.992347.8310.910502958.027775.47813.88.811016.582179.0264.111442961.458825.53612.08.931009.342102.5210.112402963.639700.9449.19.191001.332040.8165.713382965.2110206.0837.59.34992.971852.2124.814362966.1410769.7025.39.51984.221760.1107.81535296

24、6.4911076.1012.89.60975.381420.665.44辊型设计计算辊型设计热轧中厚钢板时轧辊受轧制力的作用将产生弯曲变形，。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。轧辊的不均匀热膨胀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

25、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10；支撑辊中部与边缘的温差，通常为2；带入得：工作辊=0.9×1.1××10×1100=0.11mm支撑辊=0.9×1.3××2×2000=0.047mm轧辊的弹性弯曲变形在轧制力的作

26、用下，轧辊要发生弹性变形，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不为挠度得差值，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，；u钢板宽度与辊身长之比， a=5960、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，则1=0.071 2=0.079 =2.8x10-4=1143.43所以有 k=2.4，=0.54，A=0.057，B=0.19辊型设计轧辊

27、的磨损 轧辊磨损会直接影响到轧辊的初始凸度，从而与轧辊热凸度、机械凸度和轧辊弹性变形一起影响到带钢的版型。 轧辊的磨损基本上是无规则的，在实际轧辊磨损计算时通常依据现场实测的结果加以修正。一般可采用以下措施补偿轧辊磨损对带钢版型的影响： (1)通过合理安排生产计划来解决对轧辊磨损的影响;(2)用改变辊温分布的方法来补偿磨损的影响；(3)还可以通过减小压下量的方法来补偿轧辊磨损的影响。轧辊辊型设计 在设计新轧辊的辊型曲线凸度时，主要是考虑轧辊的不均匀热膨胀和轧辊弹性弯曲的影响。由于轧辊热膨胀所产生的热凸度，在一般下与轧辊弹性弯曲产生的挠度相反，故在辊型设计时，应按热凸度与挠度合成的结果，定出新棍

28、的凸度（或凹度），则其最大实际凸度为5： 将数据代入式（4-4）中可得： 工作辊的凸度：tg = fg - Dg = 0.294 - 0.110 = 0.184mm 支承辊的凸度：tz = fz - Dz = 0.192 - 0.047 = 0.145mm 本次设计中轧辊凸度的要求为： 工作辊总凸度：tg = 150400 µm = 0.150.40 mm 支承辊总凸度：tz = 0200 µm = 00.2 mm 工作辊和支承辊的凸度都为正值且在要求范围内，说明由于轧制力引起的挠度大于不均匀热膨胀产生的热凸度，故此时原始辊型应磨成凸辊。5设备校核5.1轧辊强度校核dgdz

29、p/2p/2bDgDz图5.1 轧辊受力图对轧辊强度验算以判断工艺规程设计的合理性，轧辊的强度通常只按静载荷验算。同时，在四辊轧机中，一般均为工作辊驱动，校核轧辊时，校核工作辊辊头的扭转应力、支撑辊辊身中央和辊颈的弯曲应力。另外，工作辊和支撑辊之间还存在较大的接触盈利，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n=5进行计算，许用应力。轧辊材料的许用应力见表5.1。表5.1 各种轧辊材质许用应力值轧辊材质合金锻钢碳素锻钢碳素铸钢球墨铸铁合金铸铁铸铁许用应力MPa1402001201401001201

30、0012080907080支撑辊强度校核支撑辊材质选合金锻钢。支撑辊辊身受单向的均布载荷，图中有压下螺丝的中心间距a=5900mm；L为辊身长度，L=4300mm，其辊身中央有最大弯矩值，计算式如下： 通过前面的计算可得，第四道的轧制力最大，P=2656.4t，则辊身中央处弯矩计算式如下：MDZ = P/2*（a/2 - L/4）= 2490.3() 其弯曲应力为 PD = MDz/（0.1D3） = 2490.3/（0.1*2.03） = 31.13MPa < 支撑辊辊颈危险断面弯矩值为Mdz = P/2*（a - L）/2 = 2656.4/2 * （5.96 - 4.3）/2 =

31、1102.40（tm）其弯曲应力为： Pd = Mdz/（0.1dz3） = 1102.40/（0.1*1.53）=32.66 < 由此可见支撑辊的强度足够。 工作辊强度计算工作辊选球墨铸铁，。工作辊只需要校核辊头的扭转应力。在总共15道次中，第8道次的力矩最大=341.8 () ，一个工作辊所受的扭矩为M=170.9() 。工作辊的辊头形式为平台式，因此： 式中 ，是轧辊重车后的最小辊身直径，取=1020mm所以 ；， 取h=260mm；，取所以 因此工作辊强度足够。接触应力的计算四辊轧机支撑辊和工作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。根据H.赫茨(Hertz)理论，最大压应力的计算公式为： (5-1)式中 q作用在接触面上的均布载荷、两接触辊得半径，；和轧辊材质有关的系数，、E分别为轧辊的泊松比和弹性模量支撑辊选合金锻钢，取；，取；工作辊选球墨铸铁，取；，取带入上面的公式得： (5-2) (5-3)带入接触应力计算式得：对于通常轧辊的许用接触应力值在15002000MPa之间，许用剪切应力，所以轧辊满足接触强度。5.2主电机功率校核当主电