《板带钢轧制工艺》设计指导书

1、板带钢轧制工艺设计指导书 一、 轧钢车间设计内容及其科学程序 1、 轧钢车间设计内容 通常一个轧钢车间设计包含下列内容：1）轧钢生产工艺设计；2）车间机械设备设计；3）厂房与设备基础设计；4）供水与排水设计；5）热力与电力设施设计；6）通风与照明设计；7）其他设计。 轧钢车间工艺设计是整个车间设计的重要内容。它的主要任务是根据有关单位确定的任务，对下列问题进行详尽的设计与计算：1）确定产品大纲；2）选择坯料，制订产品工艺过程；3）确定轧机组成，编制轧制图表，完成与此有关的工艺与设备计算；4）选择相应的各种辅助设备；5）画出车间工艺平面布置图；6）提出水、电、热力、通风照明、厂房建筑等设计所需的

2、各种资料；7）计算各项材料、原料消耗，确定各项技术经济指标；8）编制劳动定员，进行投资估算等。 在进行工艺设计之前，应取得由有关单位经过详尽讨论后制订的设计任务书（或有关单位经过协商确定的设计委托书），作为进行工艺设计的主要依据和基础资料。一般设计任务书应包括下列内容：1）车间生产的规模、生产的钢种；2）车间生产的产品品种与规格，生产方法和与此有关的某些工艺规定；3）建厂地址、建厂范围和建厂地区的矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水等供应情况以及交通运输情况；4）资源综合利用和“三废”治理的标准和规定；5）要求达到的经济效益和技术水平；6）拟建车间在全厂所处的位置、今后发展、车间建设投

3、资的控制数字；7）劳动定员的控制数等。 2、车间设计的科学程序 按照设计性质不同，车间设计可以分为新建设计、改建设计和扩建设计三种情况。新建设计以设计任务书为依据，按照设计的科学程序从头开始进行。改建设计和新建设计是对现有车间加以改造和扩大，以达到增加产量或扩大品种，提高经济效益的目的。设计时必须强调从现有条件出发，强凋对现有的厂房和设备的利用和改造，其设计程序一般可以简化。 按照设计进行的程序可以把整个设计过程分为三个阶段，即初步设计、技术设计和施工设计。但是，为了确保拟建项目的经济效益，充分发浑项目建成投产后的作用，在设计开始之前，应先进行有关项目的可行性研究。 3、产品方案编制 编制产品

4、方案一般是由下达设计任务书的单位负责，由有关部门根据对拟建车间的要求在设计任务书中作出明确的规定。但有时编制产品方案也由设计单位来考虑。 产品方案的主要内容包括：车间生产的钢种和生产规模；各类产品的品种和规格；各类产品的数量和其在总产量中所占比重等。 表1-1为我国某冷连续钢板厂所考虑的产品方案。 表1-1 某冷连轧钢板厂产品方案 二、 板带钢轧制工艺设计 板带钢轧制制度主要包括压下制度、速度制度、温度制度、张力制度及辊型制度等。压下制度必然影响到速度制度、温度制度和张力制度，而压下制度与张力制度决定着板带轧制时的辊缝大小和形状。 板带钢轧制制度的确定要求达到优质、高产、低消耗的目的。因此，合

5、理地轧制规程设计应该满足下列原则和要求：1）在设备能力允许的条件下尽量提高产量；2）在保证操作稳定方便的条件下提高质量；3）应保证板带材组织性能和表面质量。 1、轧制规程（压下规程）设计（设定） （1）概述 制定压下规程的方法很多，一般为经验法和理论法两大类。经验方法是参照现有类似轧机行之有效的实际压下规程（经验资料）进行压下分配及校核计算。理论方法就是从充分满足前述制定的轧制规程的原则要求出发，按预设的条件通过数学模型计算或图表方法，以求最佳的轧制规程。这是理想和科学的方法。 通常在板带生产中制订压下规程的方法和步骤为：1）根据原料、产品和设备条件，在咬入能力允许的条件下，按经验分配各道次压

6、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；）校核轧辊等部件的强度和电机过载过热能力；5）按前述制订轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进。 （2）限制压下量的因素 限制压下量的因素：金属塑性、咬入条件、轧辊强度及接轴叉头等的强度条件、轧制质量。最大咬入角与轧制速度的关系见表2-1。 表2-1? 最大咬入角与轧制速度的关系 轧制速度 /m/s 00.51.01.52.02.53.5最大咬入角/0252322.522211711（3）道次

7、压下量的分配规律 道次压下量通常有两种分配规律。 1）中间道次有最大的压下量? 开始道次受到咬入条件的限制，同时考虑到热轧的破鳞作用及坯料的尺寸公差等，为了留有余地，给予小的压下量。以后为了充分利用钢的高温给予大的压下量。随着轧件温度下降，轧制压力增大，压下量逐渐减小。最后为了保证板形采用较小的压下量，但这个压下量又必须大于再结晶的临界变形量，以防止晶粒过粗大，如图2-1（a）所示。? 2）压下量随道次逐渐减小? 压下量在开始道次不受咬入条件限制，开轧前除鳞比较好，坯料尺寸比较精确，因此轧制一开始就可以充分利用轧件的高温采用大的压下量，以后随轧件温度的下降压下量逐渐减少，最后12道次为保证板形

8、采用小的压下量，须大于再结晶的临界变形量，如图2-1（b）所示。这种压下分配规律在二辊可逆和四辊可逆式轧机上经常使用。 从上述压下量分配来看，总的趋势是压下量由大到小，但是相对压下量在相当多的道次范围内却是逐渐上升的。咬入角的限制一般只在开始道次起作用，板形限制一般只在终了12道次起作用，中间道次可按轧辊强度和电机能力所允许的最大压下量（这部分约占13以上的道次）。这部分的压下量分配有两种方法可供选择：一种是等强度的方法，即使金属对轧辊的压力按道次（在连轧机上按机架）是相等的；另一种是等能耗分配方法，即使电机的能耗按道次或机架分配相等，或者当连轧机机座电机功率不相等时，使各电机的相对负荷相等或

9、按某一系数分配（负荷分配系数）。第一种方法充分利用了轧辊强度，由于轧制力相等在连轧时对各架轧辊的摩损相同，有利于统一换辊。第二种方法充分利用了电机的能力，获得较高的轧制速度和小时产量，显然此时在各机架上或各道次上对轧辊的压力将是不同的。这两种方法选择哪一种，视具体条件的薄弱环节而定。如四辊轧机则往往电机功率为限制压下量的因素。 在冷轧板带中，压下量选择受到轧辊参数及其所能承受的最大压力、轧制速度、电机功率的限制。每道次的压下量和每个轧程（冷轧过程中每次中间退火前所完成的变形工作）总压下量的选择还应考虑金属加工硬化程度、化学成分、前后张力、润滑条件以及成品最终的机械性能和长宽方向的厚度公差等因素

10、。其压下制度按中间道次有较大压下量分配的规律进行。即头1、2道次为利用金属的塑性，可给予较大压下量，但往往受到咬入条件限制，有良好润滑经研磨的轧辊允许咬入角3080。第道还要考虑热轧来料的厚度偏差，不宜采用过大压下量。中间道次随着加工硬化的增加，道次压下量逐次减小，最后12道为保证板形和横向厚度精度一般采用较小压下量，力求各道次金属对轧辊的压力大致相同。 （4）热带钢连轧压下规程设计 热带钢连轧机压下规程设计内容包括：坯料尺寸选择；粗轧机组压下量分配及速度制度选择；粗轧机组压下量分配及速度制度确定；粗轧及精轧各道力能参数计算及设备能力校核。 1）坯料尺寸? 板坯厚度为150250，多数为200

11、250，最厚达300350；板坯宽度取决于产品规格，板坯最大宽度约比成品最大宽度大50。 连铸坯厚度为180350，连铸坯宽度和厚度规格应尽量减少，连铸坯宽度可达2320。我国1700轧机采用的连铸坯，宽度是100进位的，厚度规格为160、180、210、250。板坯长度受加热炉炉堂宽度及轧件温度降的限制，为912，最长达15，板坯重量为2045。 表2-2机架号数或道次 12345相对压下量%2030354040503050表2-3机架号数或道次 123456相对压下量%152323302635274030503335表2-4? 1700mm 3/4热连轧机轧制程序表 板坯厚度H和宽度B、长

12、度L可按下述方法确定： =（100150）h式中 成品带钢厚度。 如果粗轧机架数多，速度高，可选取较厚板坯，反之，则选取较薄板坯。 =+（50100） 式中 成品带钢宽度 式中 加热炉内宽； 加热炉两滑轨的中心距离。 为了减少板坯尺寸规格种类，通常在宽度上采用100进位，厚度上为50进位。 2）粗轧机组压下量分配 ? 为保证精轧机组的终轧温度，应尽可能提高粗轧机组轧出的带坯温度。因此，一方面应尽可能提高开轧温度，另一方面应尽可能减少粗轧道次和提高粗轧速度，以缩短延续时间，减少轧件的温度降。粗轧机组变形量一般要占总变形量（坯料至成品）的7080，粗轧机组轧出的带坯厚度为2040（对六机架精轧机组

13、，约为2030，对七机架精轧机组，约为2540）。 粗轧机组水平轧机各道压下量分配规律为，第一道考虑咬入及坯料厚度偏差不能给以最大压下量；中间各道次应给以设备能力所允许的最大压下量；最后道次为了控制出口厚度和带坯板形，应适当减少压下量。 粗轧机组的立辊轧机，除立辊破鳞机（或称大立辊）考虑破鳞和调节板坯宽度给予较大压下量（50100）外，其他立辊轧机压下量约等于上道水平辊轧机轧制时板坯的宽展量。粗轧各道板坯宽展量与板坯厚度、宽度、压下量和摩擦系数有关，约为432mm，第一二道取大值，后一二道取小值。 某粗轧机组轧制5道时各道的相对压下量如表2-2所列。某粗轧机组轧制6道时各道相对压量如表2-3所

14、列。某17003/4热连轧机粗轧机组轧制程序表见表2-4示。 1450mm半连续式带钢热连轧车间粗轧机R1、R2机架出口目标厚度标准、轧制道次如表2-5所示。? 表2-5? 粗轧机R1、R2机架出口目标厚度 轧机 成品宽度mmR1R2成品厚度mm2.02.52.515.05.018.01100110011001100859090859090232530232530对于粗轧机组立辊轧机辊缝的设定计算，在水平辊轧机压下规程已定的情况下，有专家推荐按照如下步骤，计算立辊轧机辊缝值。 A、计算精轧机组出口宽度BF 式中? Bn标准（或用户）要求的热轧带钢成品宽度； tFC精轧机组终轧温度； 带钢热膨胀

15、系数； 宽度边缘余量（可由操作人员调整）。 B、计算粗轧机组出口宽度，即中间带坯宽度BR 式中? BF轧件在精轧机组的总宽展量，它可根据测宽仪测得实际的BR和BF，。 C、计算立辊总压下量BR 式中? QS板坯的热膨胀系数，约为1.015； BS冷态的连铸板坯宽度； BRij粗轧机组第i架水平辊轧机第j道次的宽展量，可按下式计算： 式中? K宽展系数，可由现场实测求得； 表2-6? 侧压量分配系数aij 道次 大立辊 2号小立辊 3号小立辊 4号小立辊 可逆机架 轧三道 0.21? 0.233? 0.200.210.16可逆机架 轧五道 0.191? 0.193? 0.225? 0.180.1

16、40.08可逆机架 轧七道 0.161? 0.163? 0.165? 0.157? 0.150.140.08hRij粗轧机组第i架水平辊轧机第j道次压下量（道次号只用于可逆式机架）。 D、计算各架立辊轧机侧压量BEij式中? i粗轧机组（立辊轧机机架号）； j立辊轧机道次号（道次号只用于可逆式机架）； aij粗轧机组第i架立辊轧机第j道的侧压量分配系数。它可根据具体轧机结构及工艺条件，按照经验确定。例如3/4连续式热连轧带钢轧机，粗轧机组第二架为可逆式时，可采用表2-6所列数值。由于立辊只在奇道次对轧件侧压，表中道次数nR是水平辊轧机的轧制道次数，立辊轧机道次数是（nR +1）/2。 E、计算

17、各架立辊轧机各道轧出轧件宽度 各架立辊轧机的各道轧出轧件宽度计算，可根据BS和BEij，从第一架大立辊开始， 算到最后一架立辊轧机。 F、计算各架立辊轧机各道辊缝 根据各架立辊轧机各道轧出轧件宽度，按轧机弹跳方程即可算出各架立辊轧机各道辊缝。 3）精轧机组压下量的分配 精轧机组压下量的分配原则是： A、除了在设备能力允许的条件下，应尽可能提高轧机的生产率外，还应考虑产品的质量，即终轧温度、终轧变形程度和产品尺寸精度等； B、应尽可能简化精轧机组的调整。 精轧机组的总压下量，一般占总变形量的1025。为保证带钢机械性能，防止晶粒过大，终轧变形程度即最后一架的相对压下量应不低于10。但从保证产品尺

18、寸精度的要求出发，最后一道的压下量不宜过高。最后一架的相对压下量一般取为1015。精轧机组各架压下率分配范围如表2-7所示。 表2-7? 精轧机组（6与7机座）压下率分配范围 表2-8? 某厂冷轧2.00.5压下率分配 （5）冷轧板带钢轧制规程制定 1）原料选择? 冷轧板带钢采用的坯料为热轧板带，坯料最大厚度受冷轧机设备条件（轧辊强度，电机功率，允许咬入角，轧辊开口度等）限制；坯料最小厚度的确定则应考虑所轧成品的厚度、钢种、产品的组织性能要求以及供坯条件（热轧带生产）等因素。一般厚度较薄的产品，则坯料厚度相应选择小一些。为满足产品最终的组织性能要求，坯料厚度的选择必须保证一定的冷轧总压下率，例

19、如：连轧机总压下率一般为5065，单机可达5089。又如冷轧汽车板必须有30以上（一般5070）的冷轧总压下率，否则成品最终的晶粒大小和深冲性能达不到要求。硅钢板也需一定的总压下率（第二次冷轧总压下率通常取50）才能保证其物理性能（电磁性能）。不锈钢板也要求一定的冷轧总压下率，以保证其表面质量。 2）各道压下量分配? 冷轧轧程是冷轧过程中每次中间退火前所完成的冷轧工作。冷轧轧程数的确定主要取决于所轧钢种的软硬特性，坯料及成品的厚度，所采用的冷轧工艺方式与工艺制度以及轧机的能力等，并且随着工艺和设备的改进与更新，轧程方案也在不断变化。例如，改用润滑性能更好的工艺润滑剂，或采用直径更小的高硬度工作

20、辊都能减少所需要的轧程数，又如某些牌号的不锈钢在采用1502000C的温轧工艺时，变形抗力显著降低。采用异步轧制方式冷轧带钢时，可以使轧制压力和加工硬化大为减少。这些都大有利于减少轧制道次和轧程。因此，在确定冷轧程时，除了切实考虑已有的设备与工艺条件外，还应当充分注意研究各种提高冷轧效率的可能性。 冷轧板带压下量的选择受到轧辊参数及它所能承受的最大压力、轧机结构、轧制速度以及电动机功率的限制。每道次的压下量和每个轧程总压下量的选择还应考虑金属的冷加工硬化的程度、钢的化学成 表2-9 日本某厂冷轧镀锡板2.280.2mm压下率分配 表2-10? 各种冷连轧压下分配系数分、前后张力、润滑条件以及成

21、品最终的机械性能和长宽方向的厚度公差等因素。分配压下量时，力求各道次金属对轧辊的压力大致相同。第一、二道次为利用金属塑性，可给较大压下量，但往往受到咬入条件限制，在有良好润滑经研磨的轧辊允许咬入角3040，而轧辊表面较粗糙的为5080。第一道考虑到热轧来料的厚度偏差不宜采用过大压下量，中间道次随冷加工硬化的增加应逐道减少压下量。最后12道为保证板形和厚度精度一般采用较小压下量。由于冷轧板带的厚度较薄，故制定压下制度时通常采用分配压下率的方法。 逐道压下率的分配一般有三种，冷连轧机压下量分配基本上与单机架冷轧机分配相同。1）压下率逐道次减小，是应用最广的方法。2）压下率各道次基本相同。多用于连轧

22、机、可逆式单机架。某冷轧厂1700五机架轧机压下量分配即采用此方法，如表2-8所示。3）压下率逐道增大（均有工艺润滑）。如日本五机架冷轧机轧制镀锡板压下率分配，如表2-9所示。 具体分配计算按上述三种分配方法，对具体数值的确定，一是参考同类条件经验数据予以选定；另一种是分配各机架（如连轧机）的负荷采用能耗法。当有类似的单位能耗曲线资料，可确定各架负荷分配比，再算出压下量（参见）。若没有合适的能耗资料，也可根据经验采用分配压下系数的方法，则各道的压下量为： 式中 冷轧时的总压下量； 压下分配系数。 各种冷连轧机压下分配系数列于表2-10。 在确定各架压下量或轧后厚度的同时，还要根据经验分析选定各

23、机架间的单位张力。 生产中采用的张应力按（带钢的屈服极限）选取，其范围较宽。不同的轧机，不同的轧制道次，不同的品种规格，甚至不同的原料条件，要求不同的张应力值与之相适应。当轧钢工人操作技术水平较高，变形比较均匀且原料比较理想时，可选用高一些的张应力值；当带钢较硬，边部不理想或操作不熟练时，可取偏小一些的数值。一般在可逆式冷轧机的中间道次或连续式冷轧机的中间机架上，张应力可取（一般不超过0.5）。在轧制低碳钢时，有时因考虑到防止钢卷退火时产生粘结等原因，成品卷取张应力不能太高，一般用49MPa左右，其它钢种可以高些。连轧机开卷张应力很小（一般仅为1.47MPa1.96MPa），可忽略。此外，连轧

24、机各架张力的选择还需考虑主电机之间及主电机与卷取机之间的合理功率负荷分配，一般是先按经验范围选择一定的张应力值，然后再进行设备能力及咬入条件等校核。四、五和六机架式冷连轧机压下制度实例如表2-11所示。 表2-11? 4、5、6机架冷连轧机压下制度 （6）常用的负荷分配（变形制度制定）方法 1）能耗曲线法 用能耗曲线来进行负荷分配，在各类轧机中的应用非常广泛，因为既方便，又可靠。能耗曲线的形式如图2-11所示。能耗是变形量（延伸系数）或钢板厚度（当坯料厚度为时）的对数函数或钢板厚度函数。 用能耗曲线分配负荷的办法有以下两种。 A、等能耗分配法? 已知用坯料厚度轧成成品厚度，共轧七道，其能耗曲线

25、如图2-11所示，现确定该轧机轧制时的道次变形量。在纵坐标上把总能耗按等能耗的原则，均分为七等分，在曲线上求得相应的1，26，7点（如图2-11这些点所对应的横坐标就是各道次轧出厚度。 图2-11 等能耗分配法 对于各架电动机容量相等的设备条件，经常可用此法进行变形量的分配，但一般最后一道，应考虑到板形等因素不参加分配。 B、相对能耗相等的办法分配变形量 在某些机组上，由于电机的容量不相等，所以对于每架电机来说，应按相对的负荷均匀原则进行分配，例如：某机组为七机架连轧，它们的主电机容量分别是。则第i架分配到的能耗应是： 当时，便是等能耗。 当时，便是相对的能耗相等，即“等储备”的观点能耗分配。

26、 2）能耗模型法（数式化） 根据实测能耗（电参数测定和扭矩测定）的数据，选取合理的模型结构，建立能耗数式化模型，即。依其能耗模型可进行负荷分配。其数式化能耗模型的形式有统计模型和理论统计模型。 有了能耗模型之后，用等能耗观点或用等储备观点，或用其他的观点，确定各道次的能耗分配系数，把能耗分配到各道次中去，然后用能耗模型换算出轧出钢板的厚度。 假若分配系数是，则道次的能耗是，（是总能耗），总能耗等于各道能耗之和。有了之后，便可以由能耗模型求得延伸系数，在已知前一道断面的基础上，即可求得该道次轧件的断面，或者由能耗模型求得各道次出口厚度。 例如：我国某厂七机架热连轧机组，运用能耗模型为：总能耗。

27、式中? 一第一架入口轧件厚度； 一第七架出口轧件厚度。 道次能耗 式中? 为温度影响系数，当时，=； 精轧入口预测温度； 精轧入口基准温度； 温度系数； 钢种系数； 能耗模型中参数。 能耗模型中的参数值如表2-12。 表2-12? 能耗模型中的参数值 该厂利用负荷分配系数的办法，进行负荷分配。负荷分配系数是根据设备条件、操作习惯、产量及板形等综合条件确定。 当入口厚度为，轧出的成品厚度为时，总能耗为，各架轧机的道次能耗值为荷分配系数为两者之比值，即。 该厂确定的道次负荷分配系数，以表格形式存放在计算机内存中，可按不同产品规格调用道次负荷分配系数。表2-13列出了1700热带精轧机组（七机架）道

28、次负荷分配系数的值，可供参考。 累计能耗分配系数 在已知总能耗的情况下，有 表2-13? 负荷分配系数解此方程得 分析其结果，只有取正值，得 在此公式中，为求道次轧件厚度，必须要先求出，故在做负荷分配时，便要先从第一道入口轧件厚度开始求起，这样做在使用上不太方便，因此，引入累积能耗概念，用累积能耗的概念可以从轧件的入口厚度，直接求出任何道次出口轧件厚度。 同样，可以求得任一道次的轧件厚度若能耗模型用今井一郎的： 式中 （分析生产实际数据得，为成品板厚）。 因为，则 整理后得 把以上的负荷分配方法画出粗框图来，如图2-12所示。 2、速度制度的制定 速度制度的合理性在于保证轧制温度和获得最短的轧

29、制节奏。 钢板及带钢轧机按其作业制度的不同共有三种速度制度：转向转速不变的定速轧制（如三辊劳特轧机），可调速的可逆式轧制（如中厚板轧机、半连轧中的粗轧机等），固定转向可调速轧制（如连轧机等）。 （1）转向转速不变的轧制 对于钢板生产来说，这种速度制度主要用在三辊劳特轧机上。它的轧机转速是不变的，是由原始设计确定的。我国的劳特式轧机速度在2.03.0。这个速度的确定是在长期生产实践中总结出来的。因为速度再高电机容量就要加大，钢板咬入时的冲击力也就愈大，轧件轧后抛出太远，会增加下一道次轧制前的轧件返回时间，影响产量。 （2）固定转向可调速轧制连轧机组的速度制度 连轧机组各机架的轧制速度在很大程度上

30、决定了轧机的生产能力、带钢温度、变形抗力及其他一些工艺参数，因此需要仔细确定。 在连轧机组中，轧制速度必须遵循每个机座中金属秒体积流量相等的原则。即 式中：相应机座中的工作辊直径，mm； 相应机座中的电机转速，r/min； 相应机座中减速箱的减速比； 相应机座中的轧件出口厚度，mm； 一相应机座中的前滑值。 前滑值可用公式计算： 或简化为 1）精轧机组的穿带速度 第二代以后的连轧机的特点是升速轧制，也就是说穿带速度与轧制速度是不同的。所谓穿带速度是指轧件头部从第一架入口到末架出口进入卷取机时的速度。 第二代连轧机穿带时最末架机座带钢的出口速度为1011/s，在这样的速度下带钢头部沿输送辊道平稳

31、运送进入卷取机，而不会出现飘起造成卷取的困难。 穿带速度的选取除了考虑卷取时咬入的可靠性外，还须考虑终轧温度的要求。例如当轧制较厚的带钢时，轧件温度较高，为保证终轧温度仍在合理范围（对低碳钢为830850），就要有意识地限制带钢穿带速度（412厚带钢，穿带速度为36m/s），以增加带钢的冷却时间，得到要求的终轧温度。只有在机架间有冷却系统的连轧机上才能增加轧制温度，允许穿带速度取较高的值。 也可用计算轧件温度的公式算出保证终轧温度的穿带速度，即 式中? 一周围介质的温度，； 轧件进入第一架轧机时轧件头部温度，； 一复合换热系数，； 一钢的比重，； 一钢坯的比热，。 末架的轧件出口速度； 机架间

32、距离； 末架的轧件出口厚度； 轧件终轧温度的目标值。 目前为了减轻金属咬入轧辊时的动态冲击，提高带钢头部的温度，在某些宽带钢连轧机上采用了在进入第一架前就加速到较高速度，以后随轧件进入机座逐渐减速到咬入速度，到卷取机卷上，然后升速轧制（图2-13）。这样，由于减少了带钢在运输辊道上的停留时间，增加了塑性变形的发热，因此带钢头部温度可提高3040，减少了沿带钢长度上的温度波动，缩短了轧制时间612秒。 2）连轧机组的加速度制度 带钢在卷取机卷筒上形成23匝后，连轧机组就开始加速轧制。第二代连轧机从设备能力考虑可以有1.062.03? s2的加速能力，但一般使用范围仅在0.05080.203m/s

33、2。加速度值取决于带钢厚度和所要求的终轧温度。 图2-13 宽带钢热连轧机精轧机组预先加速的速度图 有各种公式用来确定加速度值，但它们都是在特定条件下的经验公式，使用范围很窄。例如：可用下列公式近似计算保持恒定出口温度的加速度值A式中? 加速度值，； 进入第一架轧机的轧件厚度，； 进入第一架轧机的轧件前端温度，。 也有资料认为咬入速度和成品带钢厚度决定末架轧机的加速度，其数据列于表2-14中。 表2-14? 由带钢厚度、咬入速度决定的轧机加速度值 当加速度超过0.1时，将大大提高轧机的生产能力。但是带钢尾部的温度也将大大超过允许的终轧温度和带钢头部的温度，这就导致了沿带钢长度上金属机械性能的差

34、异。为了保证在这种条件下带钢终轧温度一致，须采用机架间的冷却系统。采用这样的加速度可以增加轧机生产能力2040%，此时大部分带钢是在最大速度下轧制的，完全利用了机械和电器设备的能力。 但是在这种情况下，最后一架轧机带钢的出口速度还取决于奥氏体转变所需要的时间，即带钢从末架轧机出口到进入卷取机这段运输时间里应能完成奥氏体的转变。如果在这段时间里不能完成这种转变，奥氏体分解会在钢卷中进行。由于钢卷中带钢沿钢卷厚度的冷却条件不同，因而法奥氏体转变后得到不同组织，导致沿带钢长度上机械性能的差异。为此带钢需要的出口速度应该是： 式中? 连轧机组末架带钢出口速度， 从末架轧机到卷取机前的长度， 从终轧温度

35、开始到完成奥氏体转变需要的时间， 可根据不同钢种的奥氏体转变动力学曲线（s曲线）得到。采用轧后强制冷却的方法可以缩短转变所需的时间，从而允许增加末架轧机轧件出口速度。但是控制冷却的采用随之会带来带钢性能的变化，这一点要引起注意。 当带钢尾部从连轧机组中出来后（或离开了连轧机组的某一架后），机组就开始逐渐减速到咬入速度（1011），以备第二根带钢的穿入轧制。 3）速度曲线 根据上述确定速度制度的原则，可示出精轧末架轧机的速度曲线图（图2-14）。 ? 1点为穿带开始的时间，选用约10的穿带速度，2点表示带钢头部出末架轧辊后某一个距离便以第一级加速度加速，加速度约0.050.1； 3点表示带钢咬入

36、卷取机后，以第二级加速度加速，加速度约0.050.22，此时也是卷取机开始咬入带钢的时刻； 4点表示带钢以最高速度运动，其速度由工艺制度的设计计算确定；5点表示带钢在第三架轧机上尾部抛钢时，整个机组就进行第一级减速，一直减到15的速度为止；6点表示带钢以15的速度轧制，等待抛出；7点表示带钢尾、部离开末架轧机，末架轧机开始第二级减速，达到咬入速度；8点表示轧机开始以穿带速度等待下一条带钢咬入；9点表示下一条带钢咬入。图中虚线部分是卷取机的速度图，它的速度与末架轧机的速度相协调。 带钢被卷取机咬入之前，卷取机有较轧机速度为高的等待速度。咬入后卷取机与轧机速度相同，保持同步，直到轧件尾部离开精轧机

37、组后，精轧机空载减速，而卷取机仍以抛钢速度卷取，经过一段时间后才开始减速直到停止。 带钢尾部需要进行减速轧制，其原因一是由于末架轧机在轧下一根轧件时，需要减速到穿带速度；二是卷取机停下来后要求保证钢卷停在某一固定位置，通常要求钢卷尾部朝下，以便紧压在卸卷小车上，便于打捆，而减速轧制就是为了便于控制这个位置。开始减速轧制的时间（即图中5点）要选择合适，减速太早会使产量降低，太晚又会使抛出速度过高。 由于连轧机组的条件不同，轧制产品不同，所以连轧速度曲线可以有其他形式，如图2-15所示。 制度相当于第二代热连轧机的一般速度制度；制度是在老式连轧机上，没有加速度制度下的速度制度；制度是在机架间有冷却

38、的情况下，可以允许有较大的穿带速度和轧制速度时的速度制度；制度是在第二代连轧机上轧制厚带钢时，由于终轧温度的限制，轧制速度不可能提高时的速度制度。 4）连轧机组的速度锥 末架轧制速度确定之后，可利用秒流量相等的原则，根据各架轧出厚度和前滑值，求出各架轧辊速度。前滑值主要是压下率的函数，可以通过理论公式或经验统计公式计算。由于连轧机组生产不同规格的产品，要求不同的轧制速度，因此连轧机各架轧机的轧制速度应有较大的调整范围。机组速度范围的大小与所轧产品的延伸系数以及电机的特性有关。根据秒流量相等（忽略前滑），有 ? 所以： 式中? 一第一架入口轧件厚度及速度； 连轧机组总延伸系数及连轧常数。 ? 图

39、2-15? 热连轧带钢轧机上的速度制度图? ?图2-16? 精轧机组各架速度范围 由此式可见，末架轧机的出口速度与总延伸系数有关，总延伸系数越大，末架轧机的出口速度也就越大。从又可见，当最大，最小时，可以得到最大的总延伸系数；反之，当最小，最大时，可以得到最小的总延伸系数。再者，连轧机组的速度范围；与第一架轧机上的压下率有关，越大，就越小。通常第一架轧机的压下率为4050%，所以 有了如上关系后，在确定了产品范围，带钢尺寸（即确定了带坯的总延伸率）后，就可以确定整个连轧机组的速度范围和各个轧机应具有的调速范围了。 首先确定末架轧机的最高速度（对于第二代热连轧机，最高速为23），然后根据机组生产

40、最薄产品时的最大总延伸率，即根据 决定，再根据直流电机的调速特性（一般直流机的调速范围为3），确定未架轧机的最小出口速度。同样根据机组生产最厚产品时的最小延伸，按下式 求出第一架轧机的最大出口速度。这样将速度绘制于以横座标为机架号，纵座标为轧制速度，如图2-16所示c、线。为了便于调整并考虑最小工作辊径的使用，轧机速度范围要比工作速度范围增大约810%，如图2-16中的、线。由于这个速度范围图形为锥形。故得名称为速度锥。由轧制工艺要求所提出的总延伸及速度范围必须落入此速度锥范围之内，否则连轧过程将无法实现。? （3）可调速的可逆式轧制 可逆式轧制除用于初轧生产外，还用于半连续带钢生产中的粗轧机

41、组和可逆式中厚板轧机。正确选择这类轧机的速度制度是快速轧钢的重要环节。 1）可逆式轧制速度的类型及其选择 可逆式轧制的速度图有两种类型： A、梯形速度图? 如图2-17所示。其各部分组成如下：0时间内，转速从0增至，为空载加速阶段；时间内，转速由增至（为轧件咬入速度），为负载加速阶段；时间内，转速保持恒速，为高速轧制阶段；时间内，转速从降至（为轧件的抛出速度），为负载减速阶段；时间内，转速从降至零，为空载减速阶段。之后开始反向转动。 图2-17 可逆式轧机梯形速度图 由图可见，是纯轧时间，是第一道与第二道之间的间隙时间。 B、三角形速度图如图2-18所示。三角形速度图与梯形速度图相比，没有等速

42、轧制阶段，其它各段相同。 由上述两种速度图可知：一个轧制道次的纯轧时间为： （梯形速度图） （三角形速度图） 两道次间的非轧制时间即间隙时间，。为上道次空转减速时间，为下道次空转加速时间。 图2-18? 可逆式轧机速度图 轧制节奏时间T 式中：各道次纯轧时间的总和； 各道次之间间隙时间的总和； 前一根轧件轧完至下一根轧件开始轧制的间隔时间。 三角形速度图的生产率高于梯形速度图的生产率，但采用三角形速度图时，若转速高于电机额定转速，则允许的力矩要降低，当轧件较长时，还可能超过电机的最高转速。因此，应根据轧件长度，电机的调速范围和对轧制周期的要求确定选用哪种速度图。 2）合理速度制度的确定 制定可

43、逆式轧机的速度制度包括：确定选用何种速度图（三角形、梯形），选择各道次的咬入和抛出转速，计算最大转速及纯轧时间，确定间隙时间。 A、咬入和抛出转速的选择 咬入和抛出转速确定的原则是：获得较短的道次轧制节奏时间、保证轧件顺利咬入、便于操作和适合于主电机的合理调速范围。咬入和抛出转速的选择不仅会影响本道次的纯轧时间，而且还会影响到两道次间的间隙时间。 由于压下的动作时间随各道压下量而定，轧辊逆转、回送轧件时间可以根据所确定的咬入、抛出转速改变，所以考虑这三个时间的原则应当是：压下时间要大于或等于轧 图2-22? 三角形速度图? 图2-23 梯形速度图 辊逆转时间，要大于或等于回送轧件时间。这样轧辊

44、咬入和抛出转速的选择就应当本着在调整压下时间之内完成轧辊逆转动和在保证可靠咬入的前提下获得最短轧制时间这个原则。因此，对于第一道或者是受咬入条件限制的道次就要从咬入条件出发考虑咬入速度。对于最后一道为了缩短纯轧时间，缩短轧件在辊道间的运送时间，抛出速度就可以较高。中间道次则应使前一道的抛出速度与后一道的咬入速度相等，此时有最短的轧制节奏。当前一道的抛出速度与后一道的咬入速度相等时，有最短的轧制节奏。根据 这个结果对于可逆式轧机上的中间道次是合适的，而对于第一道或者受到咬入条件限制的道次就要从咬入条件出发考虑咬入速度了。 B、最大轧制速度与纯轧时间的计算 对于三角形速度图（见图2-22） 则得

45、纯轧时间 对于梯形速度图 多边形（梯形）面积:故等速轧制时间 加速轧制时间 减速轧制时间 纯轧时间 梯形速度图的最高速度可在不超过电机允许的最大转速范围内选取。 3、温度制度 温度制度是指轧件的加热、轧制、冷却、卷取等过程中的温度确定。温度制度与变形制度是决定热轧板带钢的组织及机械性能的重要因素。温度制度的确定主要是根据对产品性能的要求，而同时考虑设备强度和生产能力。 （1）加热温度 钢的加热温度是指钢加热终了时出炉的表面温度。钢的加热温度范围主要是根据钢的性质、化学成分和压力加工工艺要求来确定的。不同钢种具有不同的温度范围。对于碳钢，加热温度范围可在Fe-Fe3C平衡图上找到，对于含碳量为0

46、.20.4的钢，加热温度范围通常为8001200，对于碳素钢最高加热温度应低干铁碳平衡图固相线100150。对于合金钢加温度范围较窄，如不锈耐热钢（Cr25Ni20）的温度范围为10001150；又如Ni基合金的温度范围只在10251150之间。 对于低碳钢的加热温度宜取在11001150。 （2）轧制过程中轧件温度降落的计算 1）中厚板轧制时逐道温降计算? 热轧时轧件的温度降不仅与辐射、对流和传导所散失的热量有关，还与轧制变形功所转化的热量有关。高温下辐射散温是主要的，因此，轧件温度降一般按辐射散温计算，而认为对流和传导所散失的热量同变形功所转化的热量抵消。由于辐射散热所引起的温度降为 式中

47、? 计算温度降的起始绝对温度，； 辐射散热时间，（s）； 一辐射系数，对钢轧件； 在Z时间段内轧件重量，kg，其中为钢的比重； 在Z时间段内轧件的散热面积，（2）； 一轧件的热容量，对碳钢?。 热轧钢板时，辐射面积可表示为；为考虑散热条件的系数。在可逆式轧机上由于板坯下表面辐射条件不如上表面，计算散热面积时，可近似取。将、及的数值代入，及以秒及毫米代入，则得 当时间不太长时，上式根号内第二项的数值与相比很小，故由近似计算公式（当很小时），代入，则得 ? 有时为了简化计算，也可采用以下经验公式 式中 、分别为前一道轧制温度与轧出厚度，。 由于轧件头部和尾部温度降不同，头尾温度都要计算。为设备安全

48、着想，计算轧制压力所用的各道温度时应以温度低的一端（一般为尾部）为准。 表2-15 1700热连轧机轧制程序表 2）热连轧带钢时逐道温降的计算 对粗轧各道，令，则逐道温降为 对精轧各道，令，则得 带坯在中间辊道上冷却，也可以按辐射散热计算。此时，同粗轧一样，可取，故得带坯进入第一架精轧机的温度为 式中? 粗轧轧完后的带坯温度（） 对于精轧机组，轧件任一部位通过各架轧机延续时间与轧件厚度的比值为一常数，即 式中? 精轧机组各架间距。 故轧件任一部位，从精轧第一架的温度，降至末架的终轧温度为 ?（） 从上式可以看出，轧制薄带钢时，为保证终轧温度，必须提高轧制速度和提高进入精轧的轧件温度1。 当数值

49、较大时，上式中根号第二项数值较小，故近似可得： 这样，按上式计算出总温度降，再除以（-1），就得每架温度降的数值。 （3）轧制温度的确定 在轧制过程中分有开轧温度和终轧温度。对于亚共析钢，开轧温度比NJE线低100150；对于过共析钢，开轧温度最高应低于JE线100，或为加热温度减去由加热炉出炉后到轧制前的温度降。终轧温度，对于亚共析钢要高于GS线50100，对过共析钢终轧温度应低于ES线，这样可以破碎在晶粒边界上析出的网状碳化物（渗碳体），如果低于SK线，就会有较多的石墨析出，呈现黑色断口。因此终轧温度应比SK线高100150。如上确定的加工温度范围过于笼统。 （4）冷却、卷取温度确定 1）

50、中厚板钢冷却制度的确定 冷却制度包括确定开始冷却温度、终了冷却温度和冷却速度。通常轧后冷却装置总是尽可能地接近于轧机，使轧完的钢板能及时得到冷却，所以冷却开始温度接近于轧制终了温度。冷却开始温度越高（在Ar3以上），强度提高就越大，冷却开始温度越低，强度提高较少，但材料的韧性比较高。 冷却终了温度影响到铁素体的晶粒尺寸，第二相的种类、数量、硬度等，其变化规律比较复杂。一般停止冷却的温度都在Ar1以下，终了温度对低碳钢影响较大，对高碳、低锰钢的影响较小。根据对材料性能的要求，通过试验确定冷却终了温度。 冷却速度提高，材料的强度也提高，冷却速度的控制以不产生马氏体为原则，一般冷却速度取10s左右。

51、 总之轧后冷却对提高材料的强度效果较大，而低温轧制（未再结晶区的轧制）对提高材料的韧性效果较大，这两者的配合即可得到综合机械性能良好的钢材。 对于高强度钢板采用轧后直接淬火，这不仅节省了能源，而且直接淬火回火材的性能优于传统的调质材。 因为中厚板的板厚、板宽都大于带钢，又没有卷取过程，冷却时容易造成性能不均匀，板形变坏，冷却后又不能进行矫直，因此中厚板的轧后冷却除了要确定合适的冷却工艺外，还必须有合适的冷却设备和方式，这样才能使冷却工艺用于生产。 2）带钢的冷却和卷取温度的确定 ? 带钢轧后冷却对带钢产品性能的控制作用较大。因为在带钢连轧机上对压下规程作大的改变比较困难，在固定坯料厚度以及产品

52、厚度的条件下，在没有机架间冷却设备的连轧机上，轧件的终轧温度变化也不大，加上带钢轧机上生产的高强度钢材有相当一部分是较厚的产品，终轧温度比较高，因此与中厚板轧机的情况相反，连轧机上对轧制终了温度和压下量的分配不易进行控制，而对轧后冷却和卷取温度比较容易控制。所以轧后冷却的控制就成为控制产品性能的重要因素了。 带钢从精轧机组轧出后的终轧温度为800900，而卷取温度要求不高于650（否则，因带钢晶粒粗大而降低其机械性能）。在高速轧制情况下，从精轧机轧出的带钢通过100多米长输出辊道到达卷取机的时间只需510s（薄带钢）或820s（厚带钢）。在此段时间内必须将800900带钢冷至650以下进行卷取

53、，显然采用一般冷却方法是不可能的，必须使用快速高效冷却方法。过去带钢的轧后冷却曾经是限制轧制速度提高的一个困难问题。为此创造了具有高冷却效率的层流冷却系统，它是一种流量达200m3/min以上大流量低水压的喷淋式冷却系统。 对沸腾钢和铝镇静钢来说，卷取温度越高，晶粒尺寸越大。终轧在Ar3转变温度附近11（200F）时，开始产生了粗晶粒表面层，终轧温度越低粗晶表面层厚度越大。对于沸腾钢，当终轧温度低于788时，粗晶粒组织会扩展到整个轧件断面上，而在铝镇静钢中，低终轧温度影响小，除非卷取温度高于704。 虽然终轧温度对沸腾钢和铝镇静钢的渗碳体形态和分布没有明显影响，但碳化物的尺寸和分布随卷取温度有

54、明显变化。在低温卷取时（540600）得到珠光体和细的弥散碳化物，在650卷取时，珠光体片层已经不清楚了，碳化物开始集聚，在700以上卷取时，没有珠光体，碳全部以粗大的块状渗碳体碳粒存在。和这些组织相对应的屈服强度与终轧温度，卷取温度的关系如图2-27所示。 带钢卷取温度虽然取决于带钢的成分、强度、尺寸及卷取机的能力，但一般都在500700之间。因为Nb、Ti、Mo类形成碳化物的合金元素主要是在Ar3至500之间以碳氮化合物形式析出，当冷却速度较快时，这些合金元素的相当一部分以未析出状态被卷取，在这种状态下晶粒长大被抑制，而且之后合金元素能利用热卷带钢自身的热以碳氮化合物的形式弥散析出，从而能

55、给钢材带来最好的机械性能。 终轧温度和卷取温度也强烈影响到轧制后的高碳钢带的最终组织和力学性能。为了获得珠光体组织，或在过共析钢中获得由细晶粒薄片珠光体和细的二次渗碳体组成的珠光体渗碳体组织，终轧温度不要低于900，通过转变区时（900600）带钢应快速冷却，低合金钢应在600以上卷取。如果快速冷却到600以下，随后在更低的温度下卷取，将导致产生不希望的硬化组织（包括贝氏体）。 4、辊型制度的制定 辊型制度是通过轧辊辊型设计实现的。轧辊辊型设计的目的就是要予先设计出合理的轧辊磨削凸凹度曲线，以补偿轧制时辊缝形状的变化量，获得横断面厚度较均匀的板材产品。在辊型设计时，对于轧辊的磨损不必考虑，而是在辊型使用和调整时加以考虑。这是因为轧辊磨损是时间的函数，新使用的轧辊无磨损，而在使用过程中轧辊磨损量随时间增长而增加。故设计辊型只考虑轧辊的不均匀热膨胀和轧辊的弹性弯曲变形。 辊型设计的内容为：确定轧辊辊身中部的磨削总凸（凹）度值（即所需总辊