冷轧带钢课程设计

鞍钢2#线冷轧带钢课程设计4-辽宁科技大学课程设计说明书设计题目：冷轧带钢课程设计学院：专业：姓名:指导教师：王振敏成绩：目录TOC\o"1-3"\h\u279711.前言 -2-199981.1冷轧2#线生产简介 -2-80611.2冷轧薄板产品工艺流程 -2-19811.3冷轧钢板和带材的品种 -3-208181.42#线冷轧生产线生产工艺优化 -3-264432酸洗 -4-82322.1连续盐酸酸洗简介 -4-195612.1.1连续式浅槽酸洗的工艺特点 -4-116612.1.2酸洗技术的发展与变化 -4-228092.2连续盐酸酸洗原理 -4-101122.3酸洗机组 -5-203122.3.1机组主要工艺参数 -5-194813冷轧板带轧制规程设计 -7-124553.1.1参数 -7-29373.1.2原料选择 -8-222093.2压下规程的确定 -8-169283.3张力轧制的制定 -9-140913.4计算平均压力和总压力 -10-59233.4.1参数及曲线 -10-201003.5平均轧制压力及总轧制压力 -11-94263.5.1斯通公式 -11-251553.5.2计算 -12-19993.6速度制度的制定 -17-247663.6.1带钢出口速度制定 -17-40103.6.2轧辊转速的制定 -18-211024设备校核 -19-259734.1咬入能力校核 -19-318984.2轧辊强度校核 -20-245634.2.1支承辊强度校核 -21-120934.2.2工作辊强度校核 -22-149304.3工作辊接触应力校核 -23-162344.4电机能力校核 -24-188266结语 -28-311407参考文献 -29-1.前言1.1冷轧2#线生产简介2#冷轧生产线是我国第一条立足国内技术资源自主设计、自主制造、自主安装、自主调试的酸洗连轧生产线。0.25mm和0.18mm极薄卷板的诞生，标志着冷轧生产线达到了国际同类生产线的一流水平。2#冷轧生产线投产几年来，成功地轧制了以汽车面板、家电面板和高强专用钢板为代表的高端产品，在板形、卷形、厚度精度、表面质量、成材率、能耗、劳动生产率、环保等技术指标上达到或接近国际先进水平。工艺设计达到了设计要求，S艺先进、投资节省、轧制过程稳定、能耗低、产品质量好。在经济效益方面，通过自主集成和技术创新，大大降低了工程投资，与国外总负责的同类机组比较，节约投资28%。在2004年，生产冷轧板62.8万吨、镀锌原板29.2万吨、冷轧硅钢原板11.9万吨，实现销售利润37368万元。鞍钢2#冷轧生产线产品以其高质量、低成本的优势，在市场上具有较强的竞争能力。全部为直供或专用材，主要用于出口冷轧板、汽车用板(包括轿车外板)、家电用板、电机用钢、轿车用热镀锌基板:市场销售价格居于前列。1.2冷轧薄板产品工艺流程1.3冷轧钢板和带材的品种冷轧钢板品种Coldrolledstripsteel厚度／mmThickness宽度／mmwidth普通薄钢板/Generalsteel0.2~4.0500~1500合金结构钢板/Alloystructuralsteelplates0.2~4.0500~1500深冲钢板/deepdrawingplate0.8~3.0约2000弹簧钢板/steelspringplate0.7~3.0500~1500不锈钢板/stainlesssteelsheetsandplate(s)0.5~4.0500~1500电工硅钢板/Electricalsiliconsteelsheet0.1~1.0600~1000纯铁薄板/Ironsheet0.2~4.0500~1500酸洗钢板/pickledsteelsheets0.25~2.0400~1000镀锌钢板/galvanizedsteelplainsheet0.35~1.5400~1000镀铅钢板/lead-coatedsteelplate0.50~0.80600~1000镀锡钢板/cokeplate；platetin0.15~0.55550~11001.42#线冷轧生产线生产工艺优化鞍钢2#冷轧生产线投产后，在工艺上进行了系统的优化。成功地研发了一系列冷轧工艺技术、设备制造技术、控制技术等冷轧核心技术;开发研制了一系列工艺模型，形成了28项专利技术及94项专有技术。成功轧制出超设计能力(0.3nun)的0.18uun极薄冷轧带钢产品;并开发出轿车外板用05板、高强IF钢(AIF340,AIF370),烘烤硬化钢(BH340),、硅钢原板、高档次镀锌原板、家电板及半工艺中低牌号硅钢等高附加值产品。优化了IF钢、硅钢预报软件系统，进一步提高产品质量及成材率。在高效紊流酸洗技术方面，对酸槽长度、酸洗温度、喷嘴布置、酸循环系统、活套长度、张力分段策略、自动化控制等核心技术方面实现优化。自主开发了新一代VCMS六辊一四辊冷连轧机组，在高刚度、止负弯辊无死区切换、适于薄带材轧制的单电机双传动等技术方面实现突破。开发了大张力轧制、附加张力补偿、独特的厚度控制、稳定的张力控制、基于动态变规格的厚头轧制等技术。白主开发了基于大张力、大压缩比轧制策略的连轧机工艺润滑及冷却系统。2酸洗2.1连续盐酸酸洗简介酸洗是冷轧带钢生产工艺中非常重要的工序。其目的是清除带钢表面的氧化铁皮、调节卷重、剪去裂边,给轧机提供合格的坯料,以保证冷轧机能顺利地生产出合格的带钢产品。连续式浅槽盐酸酸洗工艺诞生在欧洲,70年代中期才用于高速度高产量的冷轧生产线。虽然它诞生较晚,但因其能适应在高速度、大产量、自动化水平较高的宽带钢酸洗线上的操作而发展较快。2.1.1连续式浅槽酸洗的工艺特点1、严格保证槽中的酸液浓度差2、配置再循环罐,提高了机组效率3、浅槽的酸洗方式为提高酸洗速度创造了条件4、采用过程计算机,进行最佳化控制2.1.2酸洗技术的发展与变化1、连续式浅槽盐酸酸洗机组将逐渐取代其它形式的酸洗机组,并将成为现代大型宽带钢酸洗机组的主要发展方向。2、新型、高效的全自动带钢焊接机、连续拉伸弯曲矫直机、水平车式活套、带快速回转刀台的无动力圆盘切边剪等单体设备的选型与合理配置,是现代大型连续酸洗实现高速、高产、高效化的前提条件。3、速度与产量的进一步提高,是现代酸洗机组发展的必然趋势,同时,先进的计算机控制及先进的检测系统,是实现机组高速、高产、高效的根本手段。2.2连续盐酸酸洗原理酸洗是利用化学方法出去金属表面氧化铁皮的过程，因此也叫化学酸洗。从热轧厂送来的热轧带钢卷，是在高温下进行轧制和卷曲的，带钢表面在该条件下生成的氧化铁皮，能够很牢固的覆盖在带钢表面，并覆盖着带钢的表面缺陷。若将这些带着氧化铁皮的带钢直接送到冷轧机上轧制，则：其一，在大压下量的条件下进行轧制，会将氧化铁皮压入带钢基体，影响冷轧板的表面质量和加工性能，甚至造成废品；其二，氧化铁皮压碎后进入冷却润滑轧辊的乳化液系统，会损坏循环系统，缩短乳化液的寿命；其三，会损坏表面粗糙度很低、价格昂贵的冷轧辊。因此，带钢在冷轧之前必须清除其表面的氧化铁皮，除掉有缺陷的带钢。盐酸与氧化铁皮反应快，与基体金属反应慢，原料损失量较少，因此选择盐酸作为酸洗液。其反应方程式为：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OFe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2OFeO+2HCl=FeCl2+H2OFe+2HCl=FeCl2+H2要求：酸洗温度在50~80℃；浓度在17%~19%酸再生化学方程式为：2FeCl2+2H2O=1/2Fe2O3+4HCl↑2.3酸洗机组2.3.1机组主要工艺参数机组形式：冷轧联合机组形式酸洗工艺：浅槽连续盐酸酸洗酸洗能力max.580t/h酸洗介质：盐酸冷连轧机：五机架冷连轧机轧制力：最大25MN图2.3冷轧2#机组主要技术参数1、钢卷规格带钢厚度mm带钢宽度mm钢卷内径mm钢卷外径mm钢卷质量t入口1.8—6.0800—1630φ762(max)φ2150max.30出口0.3—3.0750—1600φ610(max)φ2100max.302、机组速度酸洗入口段max.700m/min酸洗工艺段max.230m/min轧机出口段max.1350m/min3、活套量酸洗入口活套584m酸洗出口活套268m轧机入口活套300m3冷轧板带轧制规程设计3.1.1参数根据课程设计要求，本设计实例只对冷轧轧制规程进行设计与计算，参照2#线，其五机架冷连轧机组主要设备如下表：表3.1工作机架参数表部位总高mm断面尺寸mm窗口尺寸mm形式重量t材质操作侧7145630×7604800×1360闭口78.3ZG35传动侧7145630×7604800×1360闭口78.3ZG35表3.2轧辊参数表四辊轧机项目辊身长mm辊身直径mm辊颈长度mm辊颈直径压下螺丝中心距mm材质润滑方式工作辊17805602602602040合金锻钢乳液润滑支持辊178014706506502430合金锻钢动压润滑六辊轧机工作辊17804502002001980合金锻钢乳液润滑中间辊17805302452452025合金锻钢乳液润滑支持辊178014756506502430合金锻钢动压润滑表3.3轧辊材质及许用应力值材质许用应力[σ]许用接触应力[σ']许用剪切应力[τ]许用接触剪切应力[τ']合金锻钢9Cr2W2402400737303.1.2原料选择本设计预轧制规格为0.5×1100mm的Q235普通碳素结构钢薄板。根据冷轧过程中的总压下率的60%～80%左右，轧制过程中不计宽展，同时考虑到原料成本等因素，设计过程中采用的总压下率为72.22%。故原料规格为：1.8×1150mm，材质为Q235普碳钢。普碳钢Q235基本性质如下：表3.4化学成分碳C/%硅Si/%锰Mn/%硫S/%磷P/%0.14～0.22≤0.300.30～0.65≤0.0500.0453.2压下规程的确定第一道次考虑后张力较小，带钢容易跑偏，坯料厚度不均匀等，应小于设备所允诺的最大能力，留有适当余量；第二三道次采用大压下率轧制；晶闸刀刺不采用大压下率，保证板型及厚度精度。此外，当分配压下时考虑到等轧制力轧制原则，对各道次进行压下分配。其中：式中：bi―压下量分配系数通过计算，各道次具体压下如下表所示：表3.5压下规程表道次H/mmh/mmΔh/mm/mm分配系数压下率累计压下率11.81.140.661.470.5136.67%36.67%21.140.820.320.980.2528.07%54.44%30.820.640.180.730.1421.95%64.44%40.640.540.10.590.0815.62%70%50.540.50.040.520.027.41%72.22%3.3张力轧制的制定张力才冷轧生产中不仅可以降低轧制压力，防止带钢跑偏，补偿沿宽度方向轧件的不均匀变形，并且还起着传递能量，传递影响，使各机架之间互相连接的作用。张力制度就是合理的选择轧制中各道次张力的数值。实际生产中若张力过大会把带钢拉断或产生变形，若张力过小则起不到应有作用。因此作用在带钢上的最大张应力应满足：σmax＜σsσmax～～作用在带钢单位截面积上的最大张应力σs～～带钢的屈服极限冷连轧特点之一就是采用大张力轧制,所以一般单位张力q为（0.3～0.5）σs且单位张力后机架要比前一架大一些。冷轧带钢的分配原则见表3.6表3.6冷轧带钢单位张力分配原则带钢厚度mm0.3～11～22～4单位张应力Kg/mm(0.5～0.8)σs(0.2～0.5)σs(0.1～0.2)σs因此，机组的张应力可按下式计算：q=(0.1～0.2)σs式中：q张应力，MPas带钢屈服极限，MPa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，根据表3.6张力分配原则计算个，各机架张应力分配如下：表3.7各机架张力分配机架号12345前张力/MPa10010511011545后张力/MPa501001051101153.4计算平均压力和总压力3.4.1参数及曲线本设计实例采用斯通公式进行轧制力的计算。冷轧第一道不喷油，摩擦系数f取0.08，以后喷乳化液取为0.06.表3.8摩擦系数表机架（道次）12345摩擦系数0.080.060.060.060.06Q235加工硬化曲线如下：图图3.1Q235钢加工硬化曲线求X=fl’/h的曲线图图3.2轧辊压扁时平均单位压力图解（斯通图解法）3.5平均轧制压力及总轧制压力3.5.1斯通公式斯通公式可表示为：式中：；。l’考虑轧辊弹性压扁的变形区长度；K平面变形抗力，K=1.15；前后张应力平均值3.5.2计算具体过程如下：第一道：变形区长度ｌ===12.19mm，==1.47mm；由热轧原料开始轧制，压下量Δh=0.66mm，冷轧入口总压下率为0，出口总压下率为36.67%，求平均总压下率：∑=0.4ε0+0.6ε1=0.6×36.67%=22.002%，查图3.1=460.32MPa，≈=460.32MPa==0.44变形抗力K=1.15=1.15×460.32=529.37MPa平均张力=MPaC=8×，其中：μ泊松比，μ=0.3；E弹性模量，E=200GPay=2由计算的图表，读出=0.75mm通过计算，应力状态系数第二道：1、变形区长度ｌ===9.466mm，==0.98mm；2、由热轧原料开始轧制，压下量Δh=0.32mm，冷轧入口总压下率为36.67%，出口总压下率为54.44%，求平均总压下率：∑=0.4ε0+0.6ε1=0.4×36.67%+0.6×54.44%=47.33%，查图3.1=610.65MPa，≈=610.65MPa3、==0.3364、变形抗力K=1.15=1.15×610.65=702.25MPa平均张力=MPaC=8×，其中：μ泊松比，μ=0.3；E弹性模量，E=200GPay=25、由计算的图表，读出=0.76mm6、通过计算，应力状态系数7、8、第三道：1、变形区长度ｌ===7.099mm，==0.73mm；2、由热轧原料开始轧制，压下量Δh=0.73mm，冷轧入口总压下率为54.44%，出口总压下率为64.44%，求平均总压下率：∑=0.4ε0+0.6ε1=0.4×54.44%+0.6×64.44%=60.44%，查图3.1=700.56MPa，≈=700.56MPa3、==0.344、变形抗力K=1.15=1.15×700.56=805.64MPa平均张力=MPaC=8×，其中：μ泊松比，μ=0.3；E弹性模量，E=200GPay=25、由计算的图表，读出=0.84mm6、通过计算，应力状态系数7、8、第四道：1、变形区长度ｌ===5.292mm，==0.59mm；2、由热轧原料开始轧制，压下量Δh=0.1mm，冷轧入口总压下率为64.44%，出口总压下率为70.00%，求平均总压下率：∑=0.4ε0+0.6ε1=0.4×64.44%+0.6×70.00%=67.78%，查图3.1=743.76MPa，≈=743.76MPa3、==0.2904、变形抗力K=1.15=1.15×743.76=855.32MPa平均张力=MPaC=8×，其中：μ泊松比，μ=0.3；E弹性模量，E=200GPay=25、由计算的图表，读出=1.18mm6、通过计算，应力状态系数7、8、第五道：1、变形区长度ｌ===3.00mm，==0.52mm；2、由热轧原料开始轧制，压下量Δh=0.04mm，冷轧入口总压下率为70%，出口总压下率为72.22%，求平均总压下率：∑=0.4ε0+0.6ε1=0.4×70%+0.6×72.22%=71.33%，查图3.1=773.25MPa，≈=773.25MPa3、==0.124、变形抗力K=1.15=1.15×773.25=889.24MPa平均张力=MPaC=8×，其中：μ泊松比，μ=0.3；E弹性模量，E=200GPay=25、由计算的图表，读出=0.95mm6、通过计算，应力状态系数7、8、将各道次结果汇总于下表：表3.9轧制规程表道次H/mmh/mmΔh/mm分配系数压下率/MPaK/MPa/MPaP/t11.81.140.660.5136.67%460.32529.37677.011044.8721.140.820.320.2528.07%610.65702.25898.431248.7430.820.640.180.1421.95%700.56805.641096.081254.6240.640.540.10.0815.62%743.76855.321418.791843.2950.540.50.040.027.41%773.25889.241315.431254.62根据上表，绘制出压下率、总轧制力分布曲线：图3.3压下系数分配图3.4轧制力的分配3.6速度制度的制定3.6.1带钢出口速度制定根据年产量和现有设备的能力以及经验值，选择末架轧机板卷的出口速度为20m/s，轧制过程中忽略宽展，根据秒流量相等的原理：h5×V5=h4×V4=h3×V3=h2×V2=h1×V1，计算各机架板带钢的出口速度V。第五机架地速度在18～25m/s，取20m/s。具体计算过程如下：第一道：h1×V1=h5×V5，第二道：h2×V2=h5×V5第三道：h3×V3=h5×V5第四道：h4×V4=h5×V5第五道：v5=20.00m/s3.6.2轧辊转速的制定以第一架第二架为例，利用前滑值计算轧辊的转速。第一道：咬入角：中性角：前滑值：则：第二道：咬入角：中性角：前滑值：则：同理可推出其他道次的轧辊转速，各道次结果汇于下表：表3.10各机架速度机架号α°γShV/m·s-1v/m·s-1n/r·min-113.10.0180.0648.778.24349.8921.940.0120.04912.211.63396.8431.450.010.04415.6314.97510.8141.080.0080.03318.5217.93611.8150.760.0060.0162019.69836.094设备校核4.1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，所以要对咬入条件进行校核。(4.1)(4.2)式中：——工作辊直径；——轧件的压下量；——咬入角；——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：由公式(4.1)，得到：而，得到：由于，因此，第一架轧机可以实现带钢顺利咬入。第二道：而，得到：由于，因此，第二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和第二道次，所以都能顺利咬入。4.2轧辊强度校核轧辊直接承受轧制力和转动轧辊的传动力矩，属于消耗性零件，就轧机整体而言，轧辊安全系数最小，轧辊强度往往决定整个轧机负荷能力，因此，要对轧辊进行校核。表4-1校核相关参数机架号轧制压力/t轧辊转速/r/min电机功率/kw前张力/MPa后张力/MPa11044.87349.8955001005021248.74396.84550010510031254.62510.81550011010541843.29611.81550011511051246.15836.09550045115表4-2轧辊材质及许用应力值材质许用应力/MPa许用接触应力/MPa许用剪切应力/MPa许用接触剪应力/MPa合金锻钢240240073730由4-1表可看出，第四架轧机的总压力最大，所以以第四架轧机为例进行校核：四辊轧机支撑辊与工作辊承受的弯矩之比等于直径比的四次方，其弯曲力的分配也和弯矩一样，即：①而Pz+Pg=P=18432.9KN,②由①②得到；4.2.1支承辊强度校核6.94×106N.m图4-1支撑辊弯矩图(1)辊身中央处承受最大弯矩：辊身中央处产生的最大弯曲应力支承辊重车后直径D=1470mm，则辊身中部的最大弯曲应力为：＜=240MPa因此，支承辊的辊身满足要求(2)支撑辊辊颈强度校核辊颈的危险断面在辊颈与辊身接触处，该处弯矩为:N.m式中,C－－－压下螺丝中心线到辊身边缘距离所以支承辊辊颈符合要求。4.2.2工作辊强度校核（1）工作辊辊身强度校核Mg1142087.4N.mmm1719.76N.mMg2mm1.4×105N.mMgmm4-2工作辊弯矩图工作辊在中间部位产生最大弯矩为由水平张力差导致的弯矩为：T=110×0.64×1120-115×0.54×1120=9296N辊身中部的合成力矩为：工作辊在最大重车后的直径D=D(1-5%)=560×(1-5%)=532mm因此辊身中部的最大弯曲应力为：（2）工作辊辊头强度校核4-3工作辊辊头图辊头尺寸：D1=D-(5～15)mm,取D1=D-10=560-10=550mma=(0.5～0.6)D1,取a=0.6D1=0.6×550=330mm，扭转力矩：大剪切应力发生在矩形变长的中心点处：因此，辊头强度满足要求。4.3工作辊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：式中：——接触表面单位长度上的负荷；——相互接触两个轧辊的半径；——与轧辊材料有关的系数；已知r1=280mmr2=735mm，E=200GPa，轧辊材料相同，=0.3，得到：所以，轧辊满足强度要求。根据以上结果，轧辊各部分均满足强度要求。4.4电机能力校核以第三架为例进行校核：传动力矩计算：(1)轧制力矩式中：——轧辊与金属轧件的接触弧长，即；——力臂系数，冷轧时取：0.2～0.4；取0.3——工作辊轧制力；(2)摩擦力矩轧辊轴承中的附加摩擦力矩：式中：——轧辊辊颈直径；——轧辊轴承摩擦系数，，取0.06；传动机构中的摩擦力矩：式中：——轧辊与电机间的传动比，取0.826；——传动机构粘性系数0.97；换算到主电机轴上的附加摩擦力矩为：空转力矩式中：——电机额定转矩，因此传动力矩为：所以电机功率满足要求。其他各架轧机轧制力均小于此架，故电机功率均满足要求。5精整冷轧板带材产品是板带材生产的最终产品，而冷轧板带材的精整工艺是提高产品质量的重要途径，其作用已显得越来越突出。冷轧厂中最后一道工序是精整，是保证产品质量的关键。精整的目的，主要在于控制成品的力学性能和工艺性能，控制成品的精确厚度和良好的板形以获得高质量性能和表面状态的成品。精整工序是使冷轧带钢成为交货状态产品的重要生产工艺过程，它由带钢平整机组、横切机组、纵切机组、重卷机组等组成，各机组最后一个工序都是用打包机对产品进行打包验收完成最终的生产过程。因此本文结合武钢冷轧薄板总厂精整车间生产经验，重点对冷轧板带材的包装设备钢带打捆机等进行研究，进而解决如何提高板带材包装质量的问题