冷轧板带钢课程设计

辽宁科技大学课程设计说明书设计题目：0.75X1500mm冷轧薄板学 院：材料与冶金学院专 业：材料成型及控制工程09-5姓名：指导教师:成绩:TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1综述 1\o"CurrentDocument"1.1冷轧概念 1\o"CurrentDocument"1.2冷轧板带钢的优势 1\o"CurrentDocument"1.3冷轧工艺特点 1\o"CurrentDocument"2规格及工艺 32.1规格 3\o"CurrentDocument"2.2冷轧薄板生产及工艺流程 3\o"CurrentDocument"3轧制规程制定 5\o"CurrentDocument"3.1压下制度 5\o"CurrentDocument"3.2张力制度 6\o"CurrentDocument"3.3速度制度 6\o"CurrentDocument"4轧制力计算 7\o"CurrentDocument"5设备强度及能力校核 10\o"CurrentDocument"5.1咬入能力校核 10\o"CurrentDocument"5.2轧辊强度校核 115.2.1工作辊校核 错误!未定义书签。\o"CurrentDocument"5.2.2支承辊校核 14\o"CurrentDocument"5.3接触应力校核 15\o"CurrentDocument"5.4电动机功率校核 16\o"CurrentDocument"5.4.1轧制力矩 16\o"CurrentDocument"5.4.2摩擦力矩 16\o"CurrentDocument"5.4.3空转力矩 17\o"CurrentDocument"6小结 171综述在钢材加工过程中，除了少部分采用锻造或铸造等方法直接成材外，其余约80%以上都是经过轧制成材。而冷轧板带钢的生产工艺，避免了热轧中存在的温降和温度分部不均的弊病，可以生产出厚度更薄、尺寸更精确、表面更光洁、板形更平直的板卷。本冷轧带钢轧制规程课程设计参考鞍钢冷轧厂 1#线而进行。预设计生产规格为0.75X1500mm的冷轧薄板。本设计对冷轧的生产特点以及主要工序作了简单的介绍，并制定了轧制制度，计算了轧制力，对轧辊强度、电机功率进行了校核。1.1冷轧概念冷轧是金属在再结晶温度以下的轧制过程。冷轧时金属不会发生再结晶，但会发生加工硬化现象。1.2冷轧板带钢的优势:1） 可生产厚度更小的薄板；2） 带材沿宽度和长度方向能获得均匀的厚度，板形更好；3） 冷轧时采用的轧辊表面光洁硬度大，可得到表面质量好，表面光洁的产品；4） 带材经冷轧后，进行不同的热处理，可以得到不同机械性能的产品。1.3冷轧主要工艺特点与热轧相比较，冷轧板带生产主要有三大特点：1）加工硬化由于加工硬化，使轧制过程中金属变形抗力增大，轧制压力提高，同时还使金属塑性将低，容易产生脆裂。当钢种一定时，加工硬化的剧烈程度与冷轧变形程度有关。当变形量加大使加工硬化超过一定程度后，就不能再继续轧制。因此，板带材在经受一定的冷轧总变形量后，往往需要软化热处理（再结晶退火或固溶处理），使之恢复塑性，降低抗力，以利于继续轧制。生产过程中每两次软化热处理之间所完成的冷轧工作，通常称之为一个“轧程”。在一定轧制条件下，钢质越硬，成品越薄，所需的轧程就越多。2） 工艺冷却和工艺润滑冷轧过程中产生的剧烈变形热和摩擦热使轧件和轧辊温度升高，故必须采用有效的人工冷却。轧制速度越高，压下量越大，冷却问题显得越重要。如何合理的强化冷却成为发展现代高速冷轧机的重要课题。冷轧采用工艺润滑的主要作用是减小金属的变形抗力，这不但有助于保证在已有的设备能力条件下实现更大的压下，而且还可使轧机能够经济可行地生产厚度更小的产品。此外，采用有效的工艺润滑也直接对冷轧过程的发热率以及轧辊的升温起到良好的影响。在轧制某些品种时，工艺润滑还可以起到防止金属粘辊的作用。冷轧润滑效果的优劣是衡量工艺润滑剂的重要指标，乳化液的要求是：当以一定的流量喷到板面和辊面上时，既能有效的吸收热量，又能保证油剂以较快的速度均匀的从乳化液中离析并黏附在板面和辊面上，能形成 均匀，厚度适中的油膜。3） 张力轧制所谓“张力轧制”就是轧件的轧制变形是在一定的前张力和后张力作用下实现的。张力的主要作用有：防止带材在轧制过程中跑偏；使所轧带材保持平直和良好的板形；降低变形抗力，便于轧制更薄产品；可以起适当调整冷轧机主电机负荷的作用。2.规格及工艺2.1规格根据鞍钢冷轧一号线1700连轧机组进行设计1、 采用四辊轧机五机架连轧工作辊直径：O(520〜600)mm，选O600mm；支撑辊直径：O(1400〜1526)mm，选O1500mm。2、 成品尺寸：0.75X1500mm3、 原料规格选取钢种：Q215；根据经验资料，选取原料尺寸为2.75X1550mm的热轧板卷。2.2冷轧薄板生产及工艺流程冷轧生产各工序简介：热轧板卷料一酸洗一冷轧一退火…平整一精整一包装…入库其工艺流程如图2-1所示：原料（热轧板淬火、碱、酸洗酸洗检查重卷横剪横剪纵剪涂层机连续镀锡退火退火脱碳退火连续镀锌平整检查、清洗淬火、淬火、碱、酸洗酸洗检查重卷横剪横剪纵剪涂层机连续镀锡退火退火脱碳退火连续镀锌平整检查、清洗淬火、碱、酸洗平整剪切矫直抛光1F1F1r涂1f镀锡板普通深冲板电工硅钢板层板不锈钢板图2-1冷轧板带钢工艺流程3轧制规程制定3.1压下制度根据等轧制力原则采用分配压下系数如表3-1,令轧制中的总压下量为LAh,则各道次的压下量Ahi为：Ahi=bi£Ah式中：bi一压下分配系数表3-1冷连轧机压下分配系数机架数压下分配系数bi道次号1234520.70.3一一一30.50.30.2一一40.10.30.20.1一50.30.250.250.150.05第一道次:b1=0.3ZAh=2.75-0.75=2mmAh1=b1ZAh=0.3X2=0.6mmh1=H1-Ah1=2.75-0.6=2.15mmh1=(h1+H1)/2=(2.75+2.15)/2=2.45mm£1=Ah1/H1X100%=0.6/2.75X100%=21.8%其他道次计算过程同上根据计算结果，制定压下规程如表3-2所示：表3-2压下规程表轧Hhhh£机(mm)(mm)(mm)(mm)(%)12.752.150.62.4521.822.151.650.51.9023.331.651.150.51.4030.341.150.850.31.0026.150.850.750.10.8011.8

3.2张力制度机组的张力根据经验，第一道次后张力、第五道次前张力在30-50之间，第二道次至第五道次的前张力大于后张力5-10即可。所以各机架张应力分配如下:表3-3各机架张力分配机架号 12 3 4 5前张力 90(MPa)后张力 30(MPa)100 104 108 5090 100 104 1083.3速度制度连轧时，保证正常轧制的条件是轧件在轧制线上每一架的秒流量相等，即:BhV=BhV=BhV=BhV=BhV111222333444555111iii式中：B一轧件的宽度 h一轧件的厚度 V一轧件的水平速度轧制过程中忽略宽展，则:hV=hV=hV=hV=hV112233445511ii根据经验值选取最后一架轧机出口速度为20.00m/s，则:hV=hV=hV=hV=hV

11 22 3 3 44 5 51 1 i iV4=V5h5/h4=20.00X0.75/0.85=17.65m/sV3=V5h5/h3=20.00X0.75/1.15=13.04m/sV2=V5h5/h2=20.00X0.75/1.65=9.09m/sV1=V5h5/h1=20.00X0.75/2.15=6.98m/s表3-4轧件水平速度表机架号1 2 3 4 5速度V(m/s)6.98 9.09 13.04 17.65 20.00利用前滑值计算轧辊的转速:第一道次:咬入角：a=arccos(1-四)=arccos(1-些)=2.56。D 600中性角:aa 2.56x3.14八 2.56x3.14、中性角:Y=_(1_—)= x(1- )=0.01622f 2x180 2x0.08x180前滑值： sh=Y2R=Wx300=0.036贝V： v—V]-_——=6.74m/s1 1+sh1+0.036—214.6r/min—6叫_60x—214.6r/minn—nD—3.14x0.6其他道次计算过程同上，记录计算结果如下表所示:表3-5各机架速度表机架号a(°YShV(m/s)v(m/s)n(r/min)12.560.0160.0366.986.74214.622.340.0120.0269.098.86282.232.340.0120.03813.0412.56400.041.810.0110.04317.6516.92538.951.050.0070.01920.0019.62624.84轧制力计算各机架摩擦系数的选取：第一道次考虑咬人，不喷油，故取0.08，以后喷乳化液取0.05。本设计采用M.D.Stone公式计算平均单位压力：p-eX-1（^-q）X_fl' H+h式中：X—一；h— 式中：h 2l'一考虑轧辊弹性压扁的变性区长度;K一平面变形抗力，K-1.15言；Q—前后张应力平均值，Q-。12。2（Q1—前张力，Q2—后张力）第一道次:£0=(H°-H而0=(2.75-2.75)/2.75=0匕=(H°-h)/H0=(2.75-2.15>2.75=21.8%

浇=0.4£0+0.6]=0.6x21.8%=13.1%010203040用6070舶90图4-1Q215钢种加工硬化曲线根据Q215典型产品的含碳量，由加工硬化曲线查出对应于£：的厂值:°=376Mpa求平均单位张力：Q=30+90=60MPaK=1.15勺=1.15x376=432.4MPaK'=K-Q=432.4-60=372.4MPal=tRRh=".6x300=13.42mnz=fl=崩8XE2=0.44h2.45z2=0.19Q—Q)=2X0.0035X008X(432.4—60)=0.0852.45

a=8x(1-四2)R/nR=8x(1-0.252)x300/(3.14x200x105)=0.0035式中：四一泊松比，取0.25 E一弹性模量，取200GPa图4-2图4-2确定fl顷之图表查斯通图得:X查斯通图得:X=4=0.48

h=14.7mm1tXh0.48x2.45I— —=14.7mmf0.08应力状态系数：n=竺二1=竺竺二1=1.29X0.48p=(K-Q^n=(432.4-60)x1.29=480.4MPaP=pl'B=480.4x14.7x1550=10945.91KN其他道次计算过程同上，记录计算结果如下表所示:

4-1各道次计算结果道次£1(%)£2(%)界(%)0s(MPa)Q(MPa)K(MPa)l(mm)h(mm)10.0021.8013.10376.5060432.4013.422.45221.8040.0032.70510.1295586.5012.251.90340.0058.2050.90631.98102724.5012.251.40458.2069.1064.74710.60106816.509.491.00569.1072.7771.26745.2379856.755.480.80道次zZ2yxnl'(mm)p(MPa)P(KN)10.440.190.090.481.2914.70480.4010945.9120.320.100.090.371.2114.00594.7012904.9930.430.180.160.551.3315.40827.9219762.4540.470.220.250.671.4213.401008.9020954.8550.340.120.340.641.4010.241088.8517282.235设备强度及能力校核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，所以对咬入条件进行校核:Ah=D(1-cosa)式中：D—工作辊直径；Ah—轧件的压下量；a—咬入角；p—摩擦角原料在第一架轧机咬入比较困难，所以对第一架进行咬入能力的校核。校核如下:a=arccos(1—~2^_)=2.56。600而f=tan。，得到:p=arctanf=arctan0.08=4.57。由于a=2.56。＜。=4.57。，因此，第一架轧机可以实现带钢顺利咬入；其余各道次压下量均小于第一道，所以都能顺利咬入。5.2轧辊强度校核表5-1轧辊许用应力值许用应力许用接触应力 许用剪切应力 许用接触剪应力[。](MPa)[。1](MPa) [t](MPa) [t1](MPa)2402400 73 730表5-3轧辊各部分尺寸辊身长度Ls(mm)辊身直径D(mm)压下螺丝中心距L(mm)辊径长度l(mm)辊颈直径d(mm)工作辊17006001997297330支承辊170015002443743825轧辊各部分尺寸计算如下：工作辊：辊身直径D=600mm，辊身长度L=1700mm；工作辊辊径直径：d=(0.5~0.55)D=0.55x600=330mm；工作辊辊径长度：l=(0.83~1.0)d=0.9x330=297mm；工作辊压下螺丝的中心距：L=L+L+L=1700+297+塑=1997mn；22 2 2支撑辊：辊身直径D=1500mm，辊身长度L=1700mm；支撑辊辊径直径：d=(0.5〜0.55)D=0.55x1500=825mm；支撑辊辊径长度：l=(0.83〜1.0)d=0.9x825=743mm；ll 743743支承辊压下螺丝的中心距：L=L+芝+2=1700+一厂+一厂=2443mm。

表5-4校核相关参数机架号轧制压力（KN）轧辊转速（r/min）电机功率（KW）前张力（MPa）后张力（MPa）前后张力差（MPa）110945.91214.605500903060212904.99282.2055001009010319762.45400.0055001041004420954.85538.9055001081044517282.23624.8455005010858根据五机架冷连轧机轧制力考虑，现在对第四架轧机的轧辊进行校核:图5-1四辊轧机轧辊受力图四辊轧机支撑辊与工作辊承受弯矩之比等于直径比的四次方，其弯曲应P和P分配也和弯矩一样,即:(1500\而p+p=P=20954.85KN，得到:p—=20954.85H37.30KNg53 39P=p-p=20954.85-537.30=20417.55KN

5.2.1工作辊校核1)车昆身：假定工作辗放在两支点上，画出其弯矩图如下:167.50KN・6.59KN•m167.50KN・6.59KN•m167.63KN・图5-2工作橱弯矩图x如上弯矩图，工作辗在其中间部位产生最大弯矩，如上面计算：(LB\ (199715\M1=P[苛-—y537.30x[-----言J=167.50KN-m；由于水平张力差导致的弯矩为：T=108x1.15x1550-104x0.85x1550=55.49KN,

―TrlB)55.49r1.71.5]M=——8-——= x—— g22148J2148J=6.59KN•m;辊身中部的合成力矩为:M=\应2知+M2g2=J167.52+6.592=167.63KN•m工作辊在最大重车后的直径D=570mm，因此辊身中部的最大弯曲应力为:o=兰^= 167,63 =9.05MPaVUgW0.1x0.573g所以，工作辊辊身符合要求。2）辊头:辊头采用万向接轴辊头，由于工作辊传动，校核辊头扭转强度。图5-3工作辊辊头图辊头直径：D1=D—(5〜10),取D1=D-10=600-10=590mm，辊头长度：a=(0.5〜0.6)D取a=0.6D=354mm，M=9549P=9549x5500=97.46KN•mn n538.90_M_MT~W0.208a3n=——97竺——=10.56MPaV口0.208x0.3543所以，辊头符合轧制要求。5.2.2支承辐校核

图讣4支撑辐弯短图1）辊身：由上图可知，在辊身中部产生最大弯曲力矩，其大小如上面所求:Ll、=P^__z--z尸20417.55X(2.4431.7)

— "4 8J8131.29KN-m为:(2.4431.7)

— "4 8J8131.29KN-m为:8131.29 =28.10MPa<LyJz0.1D3 0.1X1.4253z所以支撑辊符合要求。2）辊颈20417.55 x0.743=3792.56KN-m3792.3792.56=67.54MPa<归Mo=——d= =dW0.1d3 0.1X0.8253d所以辊颈轧制符合要求。所以辊颈轧制符合要求。5.3接触应力校核工作辊与支撑辊表面接触产生接触应力，它将影响轧辊的轧制寿命，应加以校核。计算接触应力使用赫兹公式:

omaxomax\in2(K1+K2)r1r2式中： q——接触表面单位长度上的负荷;r1,r2——相互接触两个轧辊的半径;K1,K2——与轧辊材料有关的系数，1-四2

1—

nE11-四2

1—

nE12轧辊材料相同，四=0.3，E=200GPa，r1=300mm，r2=750mmq=-=20954.85=12326.38KN/ml1.712326.38x103x200x103x(0.3+0.75) 「，]0.3x0.75o=0.418] 七=1417.79MPa0.3x0.75t=0.304o=0.304x1417.79=431.01MPa<1^]所以，轧机符合轧制带钢时的轧制要求。5.4电动机功率校核5.4.1轧制力矩M=2xPl=2x0.3x537.30x9.49x10-3=3.06KN-m其中：x一力臂系数，取0.3；Pg一轧制压力；l一接触孤长度。5.4.2摩擦力矩M1=Pdf1=537.30x0.33x0.