热轧带钢轧制规程设计

1、热轧带钢轧制规程设计 摘要 钢铁行业是国民经济的支柱产业，而热轧带钢生产是钢铁生产中的主要环节。热轧 带钢工艺的成熟， 为冷轧生产提供了优质的原料， 大大地满足了国民生产和生活的需要。 本车间参考鞍钢1700ASP生产线，本设计中主要包括六部分，第一部分从热轧带钢机的 发展、国外带钢生产先进技术以和我国带钢发展等几个方面阐述了热轧带钢发展情况； 第二部分参考了鞍钢ASP170C生产线以和实际设计情况确定了车间的轧钢机械设备和参 数；第三部分以典型产品 Q235 3.8 x 1200mm为例从压下规程、轧制速度、轧制温度等 方面确定了生产工艺制度；第四部分以典型产品为例进行了轧制力和力矩计算；第

2、五部 分根据设备参数和实际制定的生产工艺进行了咬入、轧辊强度的校核；第六部分本次设 计总结。关键词： 热轧带钢，轧制工艺制度，轧辊强度目录1综 述 11.1 引 言 11.2 热轧带钢机的发展现状 11.3 热轧板带钢生产的工艺流程 21.4 热轧板带钢生产的生产设备 31.5 ASP170C热轧板带钢生产的新技术 32主要设备参数 43 典型产品轧制工艺确定 63.1 生产工艺流程图 63.2 坏料规格尺寸的选定 73.3 轧制工艺制定 73.3.1 加热制度 73.3.2 初轧和精轧各自压下制度 73.3.3 精轧轧制速度 93.3.4 精轧温度制度 104 力能参数计算 104.1 精轧

3、各机架轧制力计算 104.2 精轧各机架轧制力矩的计算 135 设备强度和能力校核 135.1 精轧机咬入角校核 135.2 轧辊强度校核 145.2.1 辊身弯曲强度校核 175.2.2 辊颈弯曲和扭转强度校核 195.2.3 辊头扭转强度校核 205.2.4 接触应力的校核 206 结 语 22参考文献 231 综 述1.1 引 言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， 20mm60mm 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.

4、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。板带在热轧方面有深冲热轧钢板、耐腐蚀高强度热轧钢板、成型性优异的高强和超 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。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

5、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，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 2.0mm的热轧带钢， 即使窄带钢，产品厚度一般也大于 2.5mm。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。1.2 热轧带钢机的发展现状自从 1926 年第一台带钢热连轧机投产以来， 热轧带钢生产取得了令人瞩目的进展， 其面貌发生了很大的变化。 1973年石油危机之前，热轧带钢生产过

6、程以大型、高速、高 产为主要目标，相继建设了一批大型热轧带钢厂。在这指导原则的指导下，一般的配置 方案如图1.1（ a）所示，这种配置具有较高的生产能力，产品范围广。设备能力大，在 生产难变形的产品时，其强大的设备能力得以充分体现，而在轧制低碳钢时其轧制力和'>1WBKUS SST URe kl.1C CS RHF CS DS R TS CS PSFM图1.1热轧带钢轧机设备的方案（a）常规热轧带钢轧机方案（高生产能力型）；（b）紧凑式热轧带钢轧机方案；（c）炉卷轧机（斯特克尔轧机）方案；（d）CSP方案（紧凑式带钢生产）；（e）带粗轧机的CSP方案轧制力矩远远小于轧机许用值，从

7、市场情况来看，较难变形产品份额只占整个板带产品 份额的20 %左右。1973年以后，热轧带钢轧机的发展转向节省能源和劳动力，注重产 品质量。在冶金、机械、电气、控制、计算机等领域技术发展的支撑下，在国民经济各 部门对高级、多样化产品需求的推动下，热轧带钢生产采取了一系列的连续化、自动化 技术，成为了一个装备水平极高、连续化的薄板生产制造系统1.3热轧板带钢生产的工艺流程连铸板坯f进步式加热炉f咼压水除鳞（初）f定宽压力机定宽f 粗轧机f 飞剪f 咼压水除磷（精）f FE连轧前立辊 f 精轧机层流冷却 f 卷取机 f 检查 f卷取分卷横切f成品1.4 热轧板带钢生产的生产设备1、加热炉： 3 座

8、步进梁式加热炉。2、粗轧区：由高压水除鳞箱、定宽压力机、带立辊的初轧机、 保温罩、废品推出机、 辊道、侧导板和其他辅助设备组成。3、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、6-7 机架四辊精轧机和其他辅助设备组成。4、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 机和其前后设备、钢卷打捆机、卸卷小车、钢卷运输系统和其他辅助设备组成。1.5 ASP1700 热轧板带钢生产的新技术1、国内第一套中薄板坯连铸机，采用当代最先进的奥钢联中薄板坯连铸工艺，板坯 厚度范围 100mm-135mm；2、采用短流程直接热装工艺；3、采用计算机控制的步进梁式加热炉；

9、4、采用先进的热卷箱技术，极大提高了带钢表面质量，均衡了带坯头尾温差，改善 了带钢机械性能同卷差；5、采用先进的滚筒飞剪，以实现带坯的头、尾自动剪切；6、采用先进的液压AGC空制，辅之以电动AGC空制以实现对带钢的自动厚度控制， 并使用液压调辊缝偏差；7、采用先进的正弯控制和窜辊控制，以实现对带钢的板形控制；8、采用可实现卷取温度自动控制带钢层流式冷却装置；9、采用全液压具有自动跳步控制技术的地下卷取机；10、采用基础自动化（DDC）、过程控制级（SCC）、生产控制级（PCC）、生产管理级（ERP 四级计算机控制系统。 22主要设备参数粗轧机组选择主要参考鞍钢1700线，采用两架相同的轧机作为

10、粗轧机组，其主要 参数如表2.1所示。表2.1初轧机的主要参数项目1700ASP粗轧机支持辊尺寸 mm0 1400/1300 X 1700粗轧机工作辊尺寸mm0 800/750 X 1700最大轧制压力t2000道次取大压下量mm30主电机功率kW2-AC 10000转速r/mi n40/90轧制速度m/s0-2.8立柱断面cm25000附着式立辊数目架1立辊最大侧压量 mm20ASP1700精轧机是国内第一套完全设计和制造的第四代精轧机。主要体现在：牌坊断面6000棉，大刚度，支持辊全部采用油膜轴承，压下采用电动压下和液压AGC采用弯辊、窜辊控制板形，配有工作辊的快速换辊装置、调轧制水平线高

11、度的导尺装置，设有机架间除鳞和流量可调的机架间冷却水控制终轧温度，采用液压活套表22精轧机的主要参数项目1700ASP立柱断面面积 cm26020最大轧制力kNF1-F2:35000F3-F6:25000工作辊直径 mmF1-F2: $ 700/ $ 640F3-F6:$ 665/ $ 615工作辊辊身长度 mmF1-F2: 1730F3-F6: 2000支承辊尺寸 mm1550/1400 X1700窜辊工作辊行程 mmF1-F2:F3-F6: 1±0主传动电机功率和转速F1-F4 : AC4500 kW 300550 r/minF5-F6 : AC3500 kW 150300 r/

12、min表2.3切头飞剪的主要参数型式转鼓式圆弧飞剪剪切普碳钢，mm40 1550尺寸低合金钢,mm34 1430剪切力，kNMax.6500剪切速度，m/s0.5-2电动机DC580kW900r/min转鼓驱动2级减速机减速机速比1:22剪刃回转半径，mm1000剪刃长度,mm1650/1700表2.4卷取机的主要参数项目1700ASP型式三助卷辊卷取式卷取带钢厚度mm卷取带钢宽度mm770-1550取大钢卷重里 t24取大单位宽度重里kg/mm18钢卷内径mm0 762钢卷外径mm0 11500 2000卷筒直径mm0 762/ 0 7450 727主电机转速r/min340/1000主电机

13、功率kW7003典型产品轧制工艺确定3.1生产工艺流程图1 700 ASP工艺流程图疥贵迓 爲斥水 H l (E1) 加按炉 除细戦1轧机FC2 (E2)轧桃抵 fflft tn轧机剪髙圧水层滅冷却卷取机枪代成凤I3.2坏料规格尺寸的选定表3.1鞍钢1700生产线板坯规格项目板坯厚度板坯长度成品宽度成品厚度最大单重年设计产量mmmmmmmtonwantonASP1700110-1507-15.6900-15501.5-1021290表3.2坏料和成品尺寸项目厚度mm宽度mm钢种坯料尺寸1501600Q235成品尺寸3.81200Q2353.3轧制工艺制定加热制度加热：加热制度取决于热轧所要求的

14、开轧温度。一般加热温度为12501280C，开轧温度为11801220C。带坯在轧制过程中，边部由于散热较快，其温降大于中部温降，温差大约为100C。 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，还将造成轧制中边 部裂纹和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 补偿到与中部温度一致。一般采用电磁感应加热器，可使带坯边部温度提高50 °C到100°C，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。初轧和精轧各自压下制度粗轧阶段压下量分配原则为：粗轧机组变形量一般要占总变形

15、量的7080 %;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；一般粗轧机轧出的带坯厚度为2040mm ;第一道考虑咬入和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。精轧机组充分利用高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几道，在后几架轧机上 为了保证板形、厚度精度和表面质量，压下量逐渐减小。第一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

16、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 和性能质量，最后一架的压下量一般在 1015%左右。表3.3不同成品厚度所对应的中间坯选定的厚度成品厚度v 3.89Hrc3234363838-40（注：fc为中间坯（粗轧轧完）厚度）据上表可选定中间坯厚度为：32mm 则表3.4初轧压下制度制定道次12345H(mm)1501208456.2839.40h (mm)1208456.2839.4032 h ( mm)303627.7216.887.40£%2030333018.77表3.5精轧压下制度制定道次123456H(mm)3221.7613.498.365.184

17、.14h (mm)21.7613.498.365.184.143.8 h ( mm)10.248.275.133.181.040.34£%32383838208.2精轧轧制速度1确定最末架F6的穿带速度和出口速度表3.6速度设定项目指标序号12345厚度，mmw 1.45w 1.70w 1.90w 2.10w 2.40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，mmw 2.70w 2.90w 3.10w 3.4

18、0w 3.80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，mmw 4.20w 4.60w 5.50w 6.50w 7.50穿带速度，m/s8.307.807.106.155.60最大速度，m/s13.9012.9012.2010.759.05抛钢速度，m/s10.2510.008.207.206.55由于本车间的典型产品厚度h=3.8m m,所以末架轧机穿带速度为8.75m/s,出口速度15.05 m/s。2、精轧机组

19、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Vlblhl=V2bh2.=V nbnhn计算出各机架的轧制速度和穿带速度。由于bi=b2.=b n，则 Vlhl=V2h2.=V nhn表3.7精轧机组各架轧制速度道次123456穿带速度(m/s)1.532.463.986.428.038.75轧制速度(m/s)2.634.246.8411.0413.8115.05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，取 带坯在精轧除鳞后的头部温度t为1050C；因为在轧机上完成金相组织转变对厚度控制 和机械性能都有不良影响，所以

20、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 C,设精轧末架的出口温度为 880C，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：t i=t o-C(h c/h i-1 )C = (tc-t n)hn/(h 0-hn)(其中：t。一开轧温度；tn 轧后温度；hc轧前厚度；hn 轧后厚度；)表3.8精轧各架温度变化机架F1F2F3F4F5F6轧制温度(C)1039.221018.56985.22931.38895.838804力能参数计算4.1精轧各机架轧制力计算S. Ekelund公式3是用于热轧时

21、计算平均压力的半经验公式，其公式为:p (1 m)(K)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可以用以下公式确定:1.6f R h 1.2 h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：-2 h/RH h把m和-值带入p中，并乘以接触面积的水平投影，则轧制力为:笃BE1.6f . R h 1.2 hH hH h其中K=(14-0.01t)(1.4+C+Mn+0.3Cr)10MPa0.01(14 0.01t)C' 10MPa.sf a 1.05 0.0005t对钢轧辊a=1;对铸铁轧辊a=0.

22、8;式中t :轧制温度，C ；。：以表示碳含量；Mn :以表示锰含量；C':决定于轧制速度的系数；轧制速度m/s66 1010151520c'10.80.650.6表4.1 Q235钢化学成分标准牌号化学成分(%)APISPEC5LQ235CMnSiSPCrGB/T 700-2006W 0220.4切.35W 0.500.04500.10第一、二架精轧机 Dg 640mm Dz 1400mm 其余精轧机 Dg 615mm Dz 1400mm对于第一架轧机：f a 1.05 0.0005t =0.8 X( X 1039.22) =0.4241.6 f R h 1.2 h 1.6

23、0.424 320 10.241.2 10.24 cm0.494H h32 21.76K=10 (14-0.01t)(1.4+C+Mn+0.3Cr)=10 (14-0.01 1039.22)( 1.4+0.22+1.4+0.3 0.10)=110.038MPa0.01(14 0.01t)C' 10MPa.s=0.01X( 14-0.01 X 1039.22)x 1X 2v . h / R 2 2630 10.24/32017.503H h32 21.76p (1 m)(k一)(1 0.494)(110.038 0.361 17.503) 173.831MPap1 p BHBh . R

24、h 1194.121t2同理可依次得出各机架轧制力和其他各道次计算参数，见表4.2:表4.2各机架轧制力和其各道次计算参数表机架摩擦系数温度(C)平均变形速度(s1)平均单位压力(MPa)轧制力(t)10.4241039.2217.503173.8311194.12120.4331018.5638.674226.7591399.82430.446985.2280.867309.0121472.78040.467931.38165.833472.9341774.67150.482895.83172.346493.3671058.74360.488880.00126.056386.754474.5

25、464.2精轧各机架轧制力矩的计算轧制力矩可用以下公式计算:式中：P 轧制力；h 道次压下量；为力臂系数；热轧板带时： =0.420.50,取0.46对于第一架轧机轧制力矩：M 2P R h 2 1194.121 0.46 320 10.24 62.887 bm同理可依次得出各机架轧制力矩，见下表：表4.3各机架轧制力矩表机架123456力矩(t m)62.88766.25053.81551.05517.4194.4645设备强度和能力校核5.1精轧机咬入角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h D(1 cos )式中：D工作辊直径；h轧件的压下量;

26、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：harccos( 1)D已知 D 640mm，h 10.24mm， f 0.424 所以：10.24 arccos(1)10.26640而f ta n ，得到:arctan f arctan 0.424 22.98由于 10.2622.98，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F1F2F3F4F5F6咬入角/ °10.269.227.415.833.331.91热轧过程中最大咬入角一般在15° 20°之间，故精轧各道次

27、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项目许用弯曲应力门许用接触应力门许用剪切应力T合金锻钢2402400730铸铁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校核第 二道次和第四道次。表5.3 F1、F2轧辊各部分尺寸分别为4辊身直径D/mm辊身长度压下螺丝中心

28、辊颈直径辊颈长度L/ mm距 a/mmd /mml /mm工作辊0 700/ $ 64017302050320320支承辊1550/140017002400700700图5.1四辊轧机轧辊受力图1、第二架轧辊参数：(1)支撑辊辊身直径：Dz=1400mm；辊身长：Lz=1700mm；辊颈直径：dz=(0.50.55)Dz=0.5 1M00=700mm；辊颈长度：1 z=(0.831.0)dz=1 x 700=700mm；压下螺丝之间的距离：az=Lz+ 1 z=1700+700=2400mm；(2)工作辊辊身直径：Dg=640mm；辊身长度：Lg=1730mm；辊颈直径：dg=(0.50.55

29、)Dg=0.5X 640=320mm；辊颈长度：l g=(0.831.0)dg=1 x 320=320mm；压下螺丝之间的距离：a=Lg+ 1 g=1730+320=2050mm；辊头直径：b=Dg- (515) =640-10=630mm；取 a/b=1, a=630mm；根据下面表格得到抗扭断面 n系数值：表5.4抗扭断面系数5B/x11.52346n0.2080.3460.4930.8011.451.789取：n=0.208。表 5.5 F3-F6轧辊各部分尺寸分别为辊身直径D/mm辊身长度压下螺丝中心辊颈直径辊颈长度L/ mm距 a/mmd /mml /mm工作辊0 665/ $ 61

30、520002308308308支承辊1550/1400170024007007002、第四架轧辊参数:(1)支撑辊辊身直径：Dz=1400mm；辊身长：Lz=1700mm；辊颈直径：dz=(0.50.55)Dz=0.5 1M00=700mm；辊颈长度：l z=(0.831.0)dz=1 x 700=700mm；压下螺丝之间的距离：az=Lz+1 z=1700+700=2400mm；(2)工作辊辊身直径：Dg=615mm；辊身长度：Lg=2000mm；辊颈直径：dg=(0.50.55)Dg=0.5X 615=307.5mm；取 dg=308辊颈长度：l g=(0.831.0)dg=1 x 308

31、=308mm；压下螺丝之间的距离：agrLg+丨 g=2000+308=2308mm；辊头宽度：b=Dg- (515) =615-10=605mm；取 a/b=1, a=615mm；根据下面表格得到抗扭断面 n系数值：表5.6抗扭断面系数B/x11.52346n0.2080.3460.4930.8011.451.789取：n=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。辊身弯曲强度校核1、对于第二架轧机:(1)支承辊a 压下螺丝间距，b板宽。MdPMax(a b) 1399.824 9.8(2400 200) 6.17 10

32、6Nm48486.仃 巴 22.49Mpa0.1D30.1 1.43所以第二架轧机支撑辊身满足弯曲强度的要求(2)工作辊图5.3工作辊弯矩图a 压下螺丝间距，b板宽。Md PMax(a b) 1399.824 9.8(2050 200) 4.97 106Nm48486Md 4.97 10D 3189.59Mpa0.1D30.1 0.643所以第二架轧机工作辊身满足弯曲强度的要求。2、对于第四架轧机(1)支承辊aMDPMax(4b)1774.671 9.8(-240084罟)7.83忖旳M dD30.1D6誉 28.53Mpa所以第四架轧辊辊身满足弯曲强度的要求(2)工作辊aMDPMax(4b)

33、1774.671 9.8C230884罟)7.43價旳MdD30.1D3319.42Mpa0.1 0.6153所以第四架轧机工作辊辊身满足弯曲强度的要求522辊颈弯曲和扭转强度校核1、对于第二架轧辊:(1)支承辊MdPl41399.824 700 9.82.4 N/mMdWdMd0.1 d3空企 69.971Mpa0.1 0.73MnWnMn0.2 d377.978 9800 n.MMpa0.2 0.73由于采用铸铁轧辊,合成应力应按第二强度理论计算:p 0.375 d 0.625 d 4 272.13Mpa(2)工作辊只需要计算扭转应力:业斗 77.978 9800 MpaWn0.2 d30

34、.2 0.323所以第二架轧辊辊颈满足弯曲+扭转强度的要求。2、对于第四架轧辊:(1)支承辊MdPl_41774.671 700 9.83.04 106N?mMdWdMd0.1 d33688.63Mpa0.1 0.73MnWnMn0.2 d360.665 98008.67Mpa30.2 0.7由于采用铸铁轧辊，合成应力应按第二强度理论计算:p 0.375 d 0.625 . d 4 289.68Mpa(2)工作辊只需要计算扭转应力:101.74MpaMn Mn3Wn0.2 d60.665 98003-0.2 0.308所以第四架轧辊辊颈满足弯曲和扭转强度的要求辊头扭转强度校核1、对于第二架轧辊:maxMnWn30.208 a77.978 98000.2 0.615.28Mpa所以第二架轧辊辊头满足扭转强度的要求2、对于第四架轧辊：maxMn60.665 9800Wn0.208 a30.2 0.615312.78Mpa所以第四架轧辊辊头满足扭转强度的要求接触应力的校核因为两个轧辊的材质相同，0.3，接触应力的计算公式可简化为:max1、对于第二架轧辊:式中：q 加在接触表面单位长度上的负荷，N/m；q P/L 1399.824 9800/1.7=8.07 106 ( N/m);r =0.