金属压力加工车间设计之热轧板带钢轧制规程设计

07一月2023热轧板带钢轧制规程设计07一月2023压力加工车间设计课程轧制规程计算流程07一月2023

初始压下规程设计咬入能力校核速度制度设计轧制温度计算道次轧制力和轧制力矩计算道次变形程度计算压力加工车间设计课程07一月2023压力加工车间产线概况连铸坯测长核对热坯存放冷坯存放加热高压水粗除鳞板坯减宽粗轧保温罩精轧飞剪高压水精除鳞层流冷却卷取打捆检查称重喷印商品卷平整和分卷供冷轧卷入库直接热装生产工艺流程07一月2023压力加工车间产线概况区域粗轧机组精轧机组机架

R1R2

F1~F3F4~F7工作辊直径

(max/min,mm)Φ1350/1200Φ1200/1080Φ800/720Φ750/680轧制时工作辊直径(mm)13501200800750轧线工作辊尺寸一览表07一月2023典型产品：材质：STE255规格：1.8mm×1200mm（厚度×宽度）牌号化学成分/%力学性能CSiMnPS屈服强度/Mpa抗拉强度/Mpa伸长率/%STE255≤0.18≤0.400.5-1.3≤0.035≤0.03≥255360-480≥25轧制方法：该产品采用综合轧制法，由2架粗轧机组和7架四辊不可逆式轧机组成的连轧机组共同完成轧制过程。1初始压下规程设计07一月20231初始压下规程设计-粗轧轧制规程粗轧机组由一架二辊可逆式轧机R1和一架四辊可逆式轧机R2组成，为进行宽度控制，在R1前设有立辊E1，在R2前设有立辊E2。在粗轧区域除了轧机以外，还有粗轧机工作辊道、侧导板、高压水除鳞装置、中间辊道、废品推出机、检测仪表等组成。粗轧轧制模式：“3+3”机架E1R1E2R2道次2323计算条件：板坯厚度（冷态）板坯宽度（冷态）板坯长度（冷态）中间坯厚度（热态）210mm1250mm4800mm30mm，奇数道次立辊进行侧压，偶数道次不进行侧压07一月2023粗轧道次压下量分配：粗轧机组的总压下量一般要占总变形量的70~80%；为保证精轧机组的终轧温度，应尽可能减少粗轧道次、提高轧制速度、减少温降，提高中间坯温度；为简化精轧机组的调整，中间坯厚度一般在20~40mm；粗轧机各道次压下量分配规律为：第一道次考虑咬入及板坯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；粗轧机组的立辊侧压量一般约等于宽展量。1初始压下规程设计-粗轧轧制规程07一月2023机架号R1R2轧制道次123456相对压下率15~2322~3026~3527~4030~5033~35粗轧机组各道次相对压下率分配表道次123456入口厚度210160122.989.16845出口厚度160122.989.1684530压下量5037.133.821.12315相对压下率23.823.227.523.733.833.3粗轧各道次压下分配1初始压下规程设计-粗轧轧制规程07一月2023中间坯宽度确定不考虑精轧机组宽展，即精轧机组宽展量为0。但需将冷态成品宽度折算为热态宽度，（C1为收缩率，1.2~1.5%）1初始压下规程设计-粗轧轧制规程07一月2023粗轧宽展量计算：：第架轧机第j道次宽展量；：第架轧机第j道次压下量；：第i架轧机宽展系数。粗轧轧制6道次，粗轧总宽展量：道次宽展量：机架R1R2道次数33宽展系数Ki0.250.30各架轧机宽展系数1初始压下规程设计-粗轧轧制规程07一月2023计算粗轧各道次宽展量及粗轧总宽展量：1初始压下规程设计-粗轧轧制规程07一月2023计算板坯热态宽度计算立辊总的宽度压缩量：式中，B0为板坯冷态厚度，C2为热膨胀系数立辊道次E11E12E13E21

E22

E23

侧压量分配系数0.22500.2550.25500.265立辊压下量分配系数表1初始压下规程设计-粗轧轧制规程07一月2023计算立辊各道次侧压量1初始压下规程设计-粗轧轧制规程07一月2023机架E1R1E2R2粗轧道次123456立辊轧前宽度12691258.51267.81250.21230.51237.4立辊轧前侧压量2302626027平辊入口宽度12461258.51241.81224.21230.51210.4宽展量12.59.38.46.36.94.5平辊出口宽度1258.51267.81250.21230.51237.41215粗轧机组各道次轧件宽度变化1初始压下规程设计-粗轧轧制规程07一月2023精轧机组压下量分配：1）由7架四辊不可逆式轧机组成连轧机组。各机架采用PC轧机，前三架主要完成压下，后四架主要控制板形。各机架负荷分配亦不同，因此前三台采用工作辊辊径较大，后四架采用较小的工作辊。精轧机组前设置边部加热器。精轧机F1～F7全部为液压压下并设弯辊装置；2）精轧机组的总压缩率和最大延伸率与精轧机的数量有关；终轧变形程度对钢材的金相组织有重要的影响，不同钢种的再结晶曲线是不同的，为得到细晶粒组织，要根据不同钢种的终轧温度确定变形程度；3）精轧机组最末两架基于板形考量，采用减小压下量的方法，减少带钢厚度不均，消除浪形、瓢曲等缺陷。1初始压下规程设计-精轧轧制规程07一月2023精轧机架数最大延伸最大压下量（%）41291.751693.862796.373296.6参考：精轧机组机架数与材料延伸之间关系精轧机架数1234567压下率%六机架40~5035~4530~4025~3515~2510~15-七机架40~5035~4530~4025~4025~3520~2810~15参考：精轧机组压下率分配表1初始压下规程设计-精轧轧制规程07一月2023精轧机架F1F2F3F4F5F6F7压下率%44.142.238.134.830.224.612.5轧前厚度mm3016.769.696.003.912.732.06压下量△h13.247.073.692.091.180.670.26轧后厚度mm16.769.696.003.912.732.061.8精轧机压下量初始分配1初始压下规程设计-精轧轧制规程07一月20232咬入能力校核在校核粗轧机咬入能力时，取机架最大压下量的那道次进行，精轧F1～F3可取F1较核，F4～F7可取F4校核.压下量与咬入角的关系热轧带钢时，最大咬入角一般为15°~20°，低速轧制时为20°，所以上述咬入角符合条件，咬入能力满足。07一月20233速度制度设计-粗轧速度制度根据经验资料：

平均加速度a=40rpm/s,平均减速度b=60rpm/s。由于咬入能力很富余，且咬入时速度高有利于轴承油膜的形成，故可采用稳定速度咬入。根据实际生产情况，各道次速度可取为：R1架：第一、二道次取咬入速度和恒定转速为35rpm，抛出速度为20rpm，第三道次咬入速度和恒定转速为40rpm，抛出速度为25rpmR2架：由于为四辊可逆轧机，取第四道次咬入速度、恒定速度为40rpm，抛出速度为25rpm。第五、六道次的咬入速度和恒定速度为60rpm，抛出速度为30rpm。粗轧为可逆式轧制，一般采用梯形速度图不可逆轧机可逆轧机07一月2023根据所选梯形速度图,计算粗轧各道次的纯轧时间和间隙时间。粗轧机组的纯轧时间=咬入到最大速度的加速时间+最大速度到抛出速

度的减速时间+恒速轧制时间

式中：ny—咬入速度，(rpm)；nh—恒定转速，(rpm)；np—抛出速度，(rpm)；

a—加速度，(rpm/s)；

b—减速度，(rpm/s)；

L—该道次轧后长度，(m)；

D—工作辊直径，(m)。3速度制度设计-粗轧速度制度07一月2023h—轧件出口厚度；R—工作辊半径Δh—绝对压下量

μ—轧辊与轧件间的摩擦系数，可取0.25

3速度制度设计-精轧速度制度精轧机组各架轧机前滑值07一月2023由秒流量相等原则可知，精轧各机架单位时间内通过的金属体积应相等，即：先确定末机架的速度再结合各机架的出口厚度，即可确定各机架的轧制速度。如果精轧机末机架出口带钢速度为20m/s，则末机架速度为：

hi,vi—第i架带钢的出口厚度和出口速度

—第架轧机的速度

Si—第架轧件的前滑值或者3速度制度设计-精轧速度制度07一月2023机架号F1F2F3F4F5F6F7出口厚度mm16.769.696.003.912.732.061.8前滑值%0.130.130.120.110.100.070.03轧机速度m/s1.903.295.368.3011.9916.3319.42精轧机组各架线速度表3速度制度设计-精轧速度制度07一月20233速度制度设计-粗轧轧制时间根据轧前/轧后体积不变原则计算粗轧各道次轧制时间：计算每道轧后钢板长度：粗轧道次123456板坯长度/mm635082011149715292229773508907一月2023由纯轧时间公式：将第一道次速度参数ny=35rpm,nh=35rpm,np=20rpm,a=40rpm/s,b=60rpm/s）代入上式可得：3速度制度设计-粗轧轧制时间07一月2023道次数123456咬入速度ny(rpm)353540406060最大速度nh(rpm)353540406060抛出速度np(rpm)202025253030工作辊直径D(mm)135013501350120012001200咬入加速度a(rpm/s)404040404040抛出减速度b(rpm/s)606060606060板坯长度L(mm)6350820111497152932297735089纯轧时间(s)2.62s3.36s4.11s6.13s6.21s9.43s间隙时间(s)4s4s6s4s4s0s粗轧机轧制时间表轧制周期53.86s3速度制度设计-粗轧轧制时间07一月2023精轧轧制时间计算根据经验取穿带后末机架带钢速度为10m/s，由秒流量相等可算出前六机架前后的带钢穿带速度为：

秒流量为：各机架穿带后轧辊线速度为：机架号F1F2F3F4F5F6F7穿带过程轧辊速度m/s1.041.802.914.476.408.489.71穿带过程带钢速度m/s1.172.033.264.967.049.0710.0各机架带钢穿带速度3速度制度设计-精轧轧制时间07一月20231点：穿带开始时间，选用速度10m/s的穿带速度，即=10m/s；2点：带钢头部出末架轧机后开始第一次加速，加速度为α1=0.2~1.3m/s；3点：带钢咬入卷取机后开始第二次加速，α2=0.3~1.6m/s；4点：带钢以工艺制度设定的最高速度进行轧制；5点：带钢尾部离开连轧机组中的第1架时，机组开始减速，速度将到穿带速度；6点：带钢尾部离开精轧机组后，机组以穿带速度等待下一条钢带7点：第二块钢开始穿带；带钢热连轧机组末架轧机的速度曲线图3速度制度设计-精轧轧制时间07一月2023式中：S0—精轧机组各机架间距，5.8m；

vi

—

i机架出口带钢速度（1）穿带时间：于是，精轧速度图上1点与2点间的时间为：3速度制度设计-精轧轧制时间07一月2023（2）第一次加速轧制时间：带钢出精轧到卷取机建立张力，实行缓慢加速，加速度α1=0.336m/s，末机架到卷取机距离以及卷取3圈以后总长度S23=142.85m，V2=V1=10m/s。即：于是：3速度制度设计-精轧轧制时间（3）第二次加速轧制时间:加速度a2=1.0m/s2,V3=14m/S,V4=20m/S于是：3速度制度设计-精轧轧制时间07一月2023（4）减速轧制时间减速度b=1.25m/s2,V5=20m/S,V6=10m/S于是：3速度制度设计-精轧轧制时间07一月2023精轧后带钢总长:加速、减速后的恒速轧制时间：（5）恒速轧制时间3速度制度设计-精轧轧制时间07一月2023精轧机组的纯轧时间精轧机组的间隙时间中间坯从粗轧末道次出口至精轧机入口的运行时间按经验可取16s精轧机组的轧制周期3速度制度设计-精轧轧制时间07一月2023粗轧时各道次的温降：

高温时轧件的温降可按辐射散热计算，因为对流和传导所散失热量大致可以与变形功所转换的热量抵消。辐射散热所引起的温降可由下列近似公式计算:4轧制温度计算-粗轧温度其中：t0—前一道轧件的温度，℃；h—前一道轧件的厚度，mm；Z—该道次间隙时间和纯轧时间，s。07一月2023板坯加热温度定为1250℃，出炉降温约50℃，轧前高压水除鳞温降20℃，故：E1立辊开轧温度为1180℃，

考虑立辊轧后再喷高压水除鳞降温，第一道开轧温度可定为1150℃，故：第一道尾部轧制温度为：1150-12.9×(2.62/210)×[(1150+273)/1000]=1149.34℃可逆轧制时，第一道次的头部为第二道次的尾部，故：第二道尾部温度为：1150-12.9×[(2.62+4+3.36)/160]×[(1150+273)/1000]=1146.70℃第二道次的头部在第三道时变为尾部，故先计算：第二道头部温度为：1149.34-12.9×(4/160)×[(1149.34+273)/1000]=1148.02℃4轧制温度计算-粗轧温度07一月2023第三道次的尾部温度：

1148.02-12.9×[(3.36+4+4.11)/122.9]×[(1148.02+273)/1000]=1143.11℃R1与R2之间间隔6秒，故：

1143.11-12.9×(6/89.1)×[(1143.11+273)/1000]=1139.62℃第四道次尾部温度为：

1139.62-12.9×(6.13/89.1)×[(1139.62+273)/1000]=1136.08℃

第四道次的头部为第五道次的尾部，故：第五道次尾部温度为：

1139.62-12.9×[(6.13+4+6.21)/68]×[(1139.62+273)/1000]=1127.28℃

第五道次的头部在第六道时变为尾部，故先计算第五道头部温度为：

1127.28-12.9×(4/68)×[(1127.28+273)/1000]=1124.36℃，故：第六道次尾部温度为：

1124.36-12.9×[(6.21+4+9.43)/45]×[(1124.36+273)/1000]=1102.89℃4轧制温度计算-粗轧温度07一月2023因此，带坯出粗轧的温度为1102.89℃。粗轧各道次尾部温度变化如下表所示.粗轧道次123456轧后温度(℃)1149.341146.701143.111136.081127.281102.89正常情况下，粗轧出口温度为1110℃左右，中间辊道上有保温罩，能够满足精轧1000℃~1050℃的开轧要求，计算各道次温度为计算轧制力的需要。4轧制温度计算-粗轧温度07一月2023精轧时各道次的温降带坯在中间辊道上的冷却时间等于间隙时间加上精轧第1架的纯轧时间。精轧第1架的纯轧时间等于精轧轧制时间减去尾部通过精轧各架的时间。而轧件尾部通过精轧各架的时间为：

则：4轧制温度计算-精轧温度07一月2023故精轧第1架的纯轧时间：带坯尾部在中间辊道上的冷却时间：Z=36.2+16=52.2（s）轧件精粗轧完后经过中间辊道有温降和二次高压水除鳞后有温降，则为确保终轧温度，进入精轧机的精轧坯温度要求在1050℃左右，所以带坯进入精轧机组第1架的温度合适。4轧制温度计算-精轧温度07一月2023带坯尾部进入精轧机组第1架的温度为：T0—第一道轧件的绝对温度，K；T1—前一道的绝对温度，K；

h—前一道轧件的厚度，mm；Z—该道次间隙时间和纯轧时间，s代入数据：T0=1050+273=1323K，h=30mm，Z=52.2s，则得：(℃)4轧制温度计算-精轧温度07一月2023对精轧机组，轧件任意部分通过各架的延续时间与轧件的厚度之比为一常数，故轧件从精轧机组第一架的温度降至最后一架的终轧温度为：S0—精轧机座间距，5.8(m)；vn—第n架轧机速度，(m/s)；hn—第n架轧制的出口厚度，mm，

n—精轧机组机座数代入数据得:4轧制温度计算-精轧温度07一月2023机架F1F2F3F4F5F6F7出口厚度mm16.769.696.003.912.732.061.8速度m/s1.903.295.368.3011.9916.3319.42温度K1246123912241204118011531124温度0C973966951931907880851精轧各机架轧件尾部温度变化4轧制温度计算-精轧温度07一月20235道次变形程度计算-粗轧道次变形粗轧各道次的平均变形速度其中，粗轧各道次轧制速度为：07一月2023代入数据可得第一道次变形速度：粗轧道次123456轧辊转速(rpm)353540406060速度(m/s)2.472.472.832.513.773.77变形速度（-1s）3.634.095.975.9913.0615.90粗轧各道次变形速度表5道次变形程度计算-粗轧道次变形07一月2023精轧各道次的平均变形速度机架F1F2F3F4F5F6F7速度(m/s)1.903.295.368.3011.9916.3319.42变形速度(-1s)14.7933.0765.62125.05202.58288.21264.95精轧各道次变形速度5道次变形程度计算-精轧道次变形07一月20236道次轧制力和轧制力矩计算采用S.Ekelund公式对轧制过程中的平均单位压力进行计算：式中：K—温度和成分对轧制力的影响系数；m—表示外摩擦对单位压力影响的系数；η—粘性系数；—平均变形速度。轧制力可表示为：

外摩擦系数：平均变形速度：07一月20236道次轧制力和轧制力矩计算(对于钢轧辊a=1,对于铸铁轧辊a=0.8)

S.Ekelund还给出计算K和的经验公式：式中t—轧制温度，℃C—以%表示碳含量Mn—以%表示的锰含量C′—决定于轧制速度的系数轧制速度（m/s)<66~1010~1515~20C′10.80.650.607一月20236道次轧制力和轧制力矩计算轧制力矩可用以下公式计算：其中：p-轧制压力，t；x—作用点系数，x=0.3~0.6，薄件小于0.5，取x=0.4。07一月20236道次轧制力和轧制力矩计算粗轧轧制力和轧制力矩的计算因R1、R2工作辊的材质为无限冷硬铸铁轧辊，于是轧制力可计算如下：07一月2023粗轧第一道次：BH=1246mm，Bh=1259mm，H=210mm，h=160mm，Δh=50mm，R=1300/2=675mm，v1=2.47m/s，t1=1149.40℃。f=a(1.05-0.0005t)=0.8(1.05-0.0005×1149.40)=0.38η=0.01(14-0.01t)×1×10=0.01(14-0.01×1149.40)×10=0.25K=(14-0.01t)(1.4+0.18+0.6)×10=(14-.01×1149.40)(1.4+0.18+0.6)×10=54.63轧制力计算结果：轧制力矩计算结果：6道次轧制力和轧制力矩计算07一月2023粗轧道次123456平辊入口宽度/mm124612591242122412301210平辊出口宽度/mm125912681250123012371215入口厚度H/mm210160122.989.16845出口厚度h/mm160122.989.1684530压下量Δh/mm5037.133.821.12315工作辊半径，mm675675675600600600轧制速度