1250板带轧机课程设计

学 号： 200606040217

HEBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY

课程设计

论文题目: 1250热轧板带轧制规程设计

学生姓名：杨亮飞 专业班级：06成型2班 学 院：冶金与能源学院 指导教师：郑申白 教授

2010年03月12日

河北理工大学06级成型课程设计 目录

目 录

1 产品特点和轧制特点 1 2原料及产品介绍 2 3 轧机的选择 3

3.1 轧机布置 ································································································································· 3 3.2 立辊选择 ································································································································· 4 3.3 粗轧机的选择 ························································································································· 5 3.4 精轧机的选择 ························································································································· 5 4 压下规程设计 7

4.1 压下规程设计 ························································································································· 7 4.2 道次选择确定 ························································································································· 7 4.3 粗轧机组压下量分配 ············································································································· 7 4.4 精轧机组的压下量分配 ········································································································· 8 4.5 校核咬入能力 ························································································································· 9 4.6 确定速度制度 ························································································································· 9 4.7 轧制温度的确定 ··················································································································· 12 4.8 轧制压力的计算 ··················································································································· 13 4.9 辊缝计算 ······························································································································· 16 4.10 精轧轧辊转速计算 ············································································································· 16 4.11 传动力矩 ····························································································································· 17 5 轧辊强度校核与电机能力验算 19

5.1 轧辊的强度校核 ··················································································································· 19

5.1.1 支撑辊弯曲强度校核·································································································· 19 5.1.2 工作辊的扭转强度校核······························································································ 21 5.2 电机的校核 ··························································································································· 22

5.2.1 静负荷图······················································································································ 22 5.2.2 主电动机的功率计算·································································································· 23 5.2.3 等效力矩计算及电动机的校核·················································································· 23 5.2.4 电动机功率的计算······································································································ 24

6 板凸度和弯辊 25

6.1 板型比例凸度计算 ··············································································································· 25 6.2 板型控制策略 ······················································································································· 26 6.3 凸度控制模型 ······················································································································· 27 6.4 影响辊缝形状的因素 ··········································································································· 28

6.4.1 轧辊挠度计算·············································································································· 28 6.4.2 轧辊热膨胀对辊缝的影响·························································································· 29 6.4.3 轧辊的磨损对辊缝的影响·························································································· 31 6.4.4 原始辊型对辊缝的影响······························································································ 31 6.4.5 入口板凸度对辊缝的影响·························································································· 32 6.5 弯辊装置 ······························································································································· 32

6.5.1 弯曲工作辊·················································································································· 32 6.5.2 弯曲支撑辊·················································································································· 32

I

河北理工大学06级成型课程设计 目录

6.6 CVC轧机的抽动量计算 ········································································································ 33 参考文献 ······································································································································ 36

II

河北理工大学06级成型课程设计 1产品特点和轧制特点

1 产品特点和轧制特点

不同宽度的热带有不同的用途，也需采用不同工艺技术。热带300mm以下是窄带，多用来生产焊管。300~600mm为中窄带，常用来生产五金或焊接结构梁。600~1000mm为中宽带，薄带卷可以冷轧用于家电。这些产品的轧机一般不安装昂贵的液压压下、弯辊、板型控制设备，只能依靠坯料加热温度控制轧制力，调节板型。

1100~1500mm为宽带，最宽为2000mm，它们的轧机都安装液压压下、在线弯辊、板型控制。2000mm超宽热卷多是用于冷轧镀锌汽车板，由于宽带质量优良，国外主张取消中窄带，用超宽带进行纵剪分切，得到不同宽度卷材，提高成材率。

轧辊越窄，板型凸度控制越容易，且市场对于1m以下冷轧板材，如家电板、家具板或汽车辅助板有较大需求，故按照设计任务书要求，设计典型产品为1m板材，生产厚度精度高、板型优良、表面光洁度高的高档次多品种、宽范围多规格热轧带卷。

1250热带轧机适合轧制带宽为600~1000mm左右的板材。本设计要求既可以生产冷轧需要的2.2mm薄卷，也可生产25mm结构用厚带。

连轧生产具有时间短、温降少、占地少、产量高的特点。1926年，自从美国第一台带钢热连轧机投产以来，连轧带钢得到很大的发展。从手动调节到PID设定，从简单计算机控制到计算机系统多层分布式控制，加上液压压下，液压弯辊，CVC辊型控制等新技术的使用，热连轧机的产量、精度、板型质量得到很大提高。热轧带钢生产线主要包括粗轧和精轧。粗轧轧件短，一般为可逆轧制，精轧为6~7架连轧，成为1/2连轧或3/4连轧。目前，粗轧轧机控制能力越来越强，中间坯凸度命中率大大提高，从粗轧就检测凸度和厚度，为精轧提供优质中间坯料，保证精轧稳定轧出符合技术要求的带卷。粗轧采用大压下，可以减少道次，提高中间坯温度。近来坯料厚度也恢复到原来220mm以上，为多品种、高档次产品生产奠定基础。

课程设计是指定原料厚度的压下规程设计，故热连轧压下规程设计任务包括辊缝、轧辊转速、板凸度、轧辊加工凸度、弯辊力和辊型控制量（CVC抽辊量）的现场轧机工作参数确定。

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河北理工大学06级成型课程设计 2 原料及产品介绍

2原料及产品介绍

依据任务要求典型产品所用原料：

原料规格：

板坯厚度：250mm 钢 种：Q195 最大宽度：1050mm 长 度：8.5m

产品规格：

厚 度：2.6mm 板凸度：0~6

坯料单重：18吨

因为所给坯料宽度较小，并且在粗轧机前部安装有大立辊，所以侧压较为有效，可以少量控制成品宽度。

坯料选用250mm厚需要较多道次，但对保证压缩比，生产优质板材具有重要意义，生产普板时可以降低原料厚度，以减少道次，增加产量。

坯料长度限定8.5m，加热炉内宽度9.2m，有利于设计高温（1350℃）步进炉，以便为今后生产高牌号硅钢、低合金管线钢储留设备能力。

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河北理工大学06级成型课程设计 3 轧机的选择

3 轧机的选择

轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备，因此，轧钢机能力选取的是否合理对车间生产产量、品种和规格具有非常重要的影响。

选择轧钢设备原则：

（1） 有良好的综合技术经济指标；

（2） 轧机结构型式先进合理，制造容易，操作简单，维修方便； （3） 有利于实现机械化，自动化，有利于工人劳动条件的改善； （4） 备品备件要换容易，并有利于实现备品备件的标准化； （5） 在满足产品方案的前提下，使轧机组成合理，布置紧凑； （6） 保证获得质量良好的产品，并考虑到生产新品种的可能。

热带轧机选择的主要依据是：车间生产的钢材品种和规格。轧钢机选择的主要内容是：选取轧机的架数、能力、结构以及布置方式。最终确定轧钢机的结构形式及其主要技术参数。

目前强力粗轧机已经达到单位宽度轧制力2.6t，本设计1250轧机，取轧制力最大3200吨。

3.1 轧机布置

热带车间分粗轧和精轧两部分，精轧机组大都是6~7架连轧，但其粗轧机数量和布置却不相同。热带连轧机主要区分为全连续式，3/4连续式和单架粗轧1/2连续式，以及双粗轧1/2连续式等。

（1）全连续式：

全连续式轧机的粗轧机由5~6个机架组成，每架轧制一道，全部为不可逆式。这种轧制机产量可达500~600万吨/年，产品种类多，表面质量好。粗轧全连轧布置见图1(a)。但设备多，投资大，轧制流程线或厂房长度增大。而且由于粗轧时坯料短，轧机效率低，连轧操作难度大，效果并不很好，所以一般不采用粗轧连轧设计。

（2）3/4连续式：

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河北理工大学06级成型课程设计 3 轧机的选择

图1 各种热连轧及布置图

3/4连续式布置形式是先用二辊轧机轧一道，然后设置1架可逆式轧机轧制3或5道，再由后面两架轧机连续轧制一道（见图1（b））。后面这两架作业率不高，但在老式粗轧轧机布局中，它是保证中间坯尺寸和凸度的关键，使精轧产品质量和轧制过程稳定。

另外，这种布置采用250 mm厚坯，轧制压缩比大，晶粒多次破碎和再结晶长大，产品性能优良，产品品种全面，曾经是高档热带流行的布置。

（3）半连续式：

半连续式轧机有两种形式：图1(C)中粗轧机组由一架立辊可逆式二辊破鳞机架和一架可逆式四辊轧机架组成，一般使用坯料在150mm以下，轧制5道次，轧机能力不很大，检测内容很少，对中间坯凸度、厚度控制难度大，表面质量较差。主要生产普通热带卷。高档品种开发难度大，较厚产品也较少生产。而且为保单卷重，常常设计坯料很长（最高13米），使加热炉过宽，大大限制了加热温度。这类轧机如果使用230mm厚坯，则轧制道次过多，温降过大。但这种布置如果粗轧机能力特别大，如太钢1549热连轧线，辅以必要的检测设备，也可达到道次少，温降小，中间坯温度稳定的要求。

图2-1(d)中粗轧机是由两架强力四辊可逆式轧机组成，这种布置轧机数量较少，轧机利用率高，第二粗轧配置弯辊，能够轧出厚度和凸度稳定的中间坯，减少温降，故为当前流行方案。

根据任务书要求，本设计采用2架强力四辊可逆轧机组成粗轧机组，第一粗轧机前安装大立辊轧机，第二架粗轧安装小立辊。

3.2 立辊选择

立压可以齐边（生产无切边带材）、调节板坯宽度并提高除磷效果。立压轧机包括：大立辊、小立辊及摆式压力机三种，各自特点如下：

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河北理工大学06级成型课程设计 3 轧机的选择

大立辊：占地较多，设备安装在地下，造价高，维护不方便。而其能力较强，用来调节坯料宽度。

小立辊：能力较小，多用于边部齐边。

摆式侧压：操作过程接近于锻造，用于控制头尾形状，局部变形，提高成材率效果较好。缺点是设备地面设备占用场地较多，造价较高。

本设计采用连铸坯调宽和大立辊侧压，生产不同宽度带卷，第二粗轧选择小立辊齐边。

3.3 粗轧机的选择

过去粗轧，为了增大工作辊辊径，提高咬入能力，第一粗轧多选择二辊轧机，但是二辊轧机挠度较大，不能满足凸度控制要求。现代四辊轧机，其工作辊直径已大大提高，咬入已不再成为问题。粗轧第二架安装液压平衡弯辊，使轧辊挠度可控。

本设计两架粗轧机详细资料如下：

参考太钢1549及港陆1250生产实际，初步确定轧机各部件相关尺寸如下： 轧机类型： 四辊可逆式轧机 工 作 辊:

第一粗轧轧辊直径： 1000mm 第二粗轧轧辊直径： 800mm 辊身长度： 1250mm 轧辊材料： 铸 钢 支 承 辊:

轧辊直径： 1450mm

辊身长度： 1250mm 辊身材料： 合金锻钢

其中，第一架采用电动压下，大行程调节速度快。第二架采用150mm长行程液压缸，且装配弯辊装置，用于控制板凸度，且要求粗轧都达到单位宽度2.5t，两架轧机能力为3200t。第二架粗轧还有弯辊和CVC窜辊装置，提高中间坯板形控制能力。

3.4 精轧机的选择

热轧带钢精轧机普遍采用长行程液压压下和板型控制。长行程150mm液压缸可以省去电动压下。板型控制手段除弯辊外还有：CVC轧机、HC轧机、PC轧机。现将各型轧机简要介绍如下：

CVC轧机: 轧辊凸度连续可变的轧机——CVC（continuously variable crown）轧机属于一种新型的四辊轧机。这种方式大压下，大张力时，辊系稳定好，国内外热连轧市场占70%。

图2为CVC轧机的轧辊原理图，轧辊整个外廓磨成S型（瓶型）曲线。上下轧辊互相错位180度布置，形成一个对称的曲线辊缝轮廓。这两根S型轧辊可以轴向移动，其移动方向一般是相反的。由于轧辊具有对称S型曲线。

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河北理工大学06级成型课程设计 3 轧机的选择

图2 CVC轧机的轧辊原理图

在轧辊未产生轴向移动时，轧辊构成具有相同高度的辊缝，其有效凸度等于零(a)图。上辊向右移动下辊向左移动的板材中心处两个轧辊轮廓线之间的辊缝变小，这时的有效凸度大于零(b)图。如果在上辊向左移动、下辊向右移动时，板材中心处两个轧辊轮廓线之间的辊缝变大，此时的有效凸度小于零(c)图。CVC轧辊的作用与一般带凸度的轧辊相同，但其主要优点是凸度可以在最小和最大凸度之间进行无级调整，这是通过具有S型曲线的轧辊做轴向移动来实现的。CVC轧辊辊缝调整范围也较大，与裹辊装置配合使用时如1700板轧机的辊缝调整量可达600

左右。由于工作辊具

有S型曲线，工作辊与支撑辊之间是非均匀接触的。实践表明，这种非均匀接触对轧辊磨损和接触盈余不会产生太大的影响。

HC轧机: HC轧机为高性能板型控制轧机的简称。当前用于日本生产的HC轧机是在支持辊和工作辊之间加入中间辊并使之横向移动的六辊轧机，其特点有：（a）HC轧机具有很好的板形控制性，多用于小辊径冷轧；（b）HC轧机可显著提高热带钢的平直度；（c）压下量由于不受板型限制而可适当提高。

PC轧机: 对辊交叉轧制技术（Pair Cross Roll）。PC轧机的工作原理是通过交叉上下成对的工作辊和支撑辊的轴线形成上下工作辊间的抛物线辊缝。PC轧机工作辊为平辊身，可以安装在线ORG，但使用效果欠佳。鞍钢1780、唐钢1810精轧采用PC证明稳定性稍差。

所以，本设计F1~F4采用当今主流轧制设备CVC轧机。 精轧机相关尺寸如下： 轧机类型：四辊轧机

工作辊：F1~F5 直径：500mm 支承辊：轧辊直径：800mm F6~F7 直径：400mm 辊身长度：1250mm 辊身长度：1250mm

精轧基本遵守比例凸度，各道凸度相对于延伸率是确定值。各道最佳凸度是由轧辊原始凸度，膨胀凸度，弯辊凸度，CVC挠曲凸度，目标凸度根据来料凸度确定。

全部七架四辊精轧机纵向排列，间距为6米；F1~F7均有正弯辊系统，F1~F7实行了长行程液压厚度自动控制(AGC)技术，使带钢误差控制得到全面保证。轧线上装设水雾冷却和除尘系统，小车换辊技术，强力可调层流冷却设备，卷取厚度达到25mm。所有支撑辊采用常规静动压油膜轴承系统，增大支撑辊辊颈。

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河北理工大学06级成型课程设计 4 压下规程设计

4 压下规程设计

4.1 压下规程设计

压下规程设计的主要任务就是要确定由一定的板坯轧成所要求的板、带产品的变形制度，亦即要确定所需采用的轧制方法、轧制道次及每道次压下量的大小，在操作上就是要确定各道次辊缝的位置（即辊缝的开度）和转速。连轧还要涉及到各道次的轧制速度、轧制温度及前后张力制度及道次压下量的合理选择，因而广义地来说，压下规程的制定也应当包括这些内容。

通常在板、带生产中制定压下规程的方法和步骤为：(a)在咬入条件允许的条件下，按经验配合道次压下量，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；(b)制定速度制度，计

算轧制时间并确定逐道次轧制温度；(c)计算轧制压力、轧制力矩；(d)校验轧辊等部件的强度和电机功率；(e)按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进。(f)计算辊缝、轧辊弹跳、转速、轧辊凸度、原始辊型、弯辊力和辊形控制量。

4.2 道次选择确定

轧钢机机架数目的确定与很多因素有关，主要有：坯料的断面尺寸、生产的品种范围、生产数量的大小、轧机布置的形式、投资的多少以及建厂条件等因素。但在其他条件即定的情况下，主要考虑与轧机布置的形式有关。本设计采用连续式布置，因此机架数目应不少于轧制道次即可确定机架数目了。

本设计根据板坯厚度为250mm，成品厚度为2.6mm，选择平均压下系数 则轧制总道次N为

，

式中：N――轧制总道次；

――由坯料到成品的总延伸系数；

（1）

――各道次的平均延伸系数。

故总道次为15，其中粗轧8道次（5+3），精轧7机架轧制7道次。

4.3 粗轧机组压下量分配

根据板坯尺寸、轧机架数、轧制速度以及产品厚度等合理确定粗轧机组总变形量及各道次压下量。其基本原则是：

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河北理工大学06级成型课程设计 4 压下规程设计

(1)由于在粗轧机组上轧制时，轧件温度高、塑性好，厚度大，故应尽量应用此有利条件采用大压下量轧制。考虑到粗轧机组与精扎机组之间的轧制节奏和负荷上的平衡，粗轧机组变形量一般要占总变形量的70~80%。

(2)提高粗轧机组轧出的带坯温度。一方面可以提高开轧温度，另一方面增大压下可能减少粗轧道次，同时提高粗轧速度，以缩短延续时间，减少轧件的温降。

(3)考虑板型尽量按照比例分配凸度，在粗轧阶段，轧制力逐渐较小使凸度绝对值渐少。但是，第一道考虑厚度波动，压下量略小，第二道绝对值压下最大，但压下率不会太高。

本设计粗轧机组由两架四辊可逆式轧机组成，各轧制5道和3道次，在平均压下系数?=1.36的基础上，粗轧各道次的压下量分配如下：

表1 粗轧压下量分配

道 次 延伸系数分配 入口厚度（mm） 压 下 量（mm） 压下率（%） 轧件长度（m）

R1 1.34 250 56 22.4 11.0

R2 1.35 194 58 29.9 13.9

R3 1.36 136 38 28.0 21.7

R4 1.38 98 27 27.6 29.9

R5 1.40 71 19 26.8 40.9

R6 1.39 52 14 26.9 55.9

R7 1.36 38 10 26.3 75.9

R8 1.33 28 7 25.0 101.2

4.4 精轧机组的压下量分配

精轧机组的主要任务是在5~7架连轧机上将粗轧带坯轧制成板形、尺寸符合要求的成品带钢，并需保证带钢的表面质量和终轧速度。

精轧连轧机组分配各架压下量的原则：一般也是利用高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几架，在后几架轧机上为了保证板型、厚度精度及表面质量，压下量逐渐减小。为保证带钢机械性能防止晶粒过度长大，终轧即最后一架压下率不低于10%，此外，压下量分配应尽可能简化精轧机组的调整和使轧制力及轧制功率不超过允许值。

依据以上原则精轧逐架压下量的分配规律是：第一架可以留有余量，即考虑到带坯厚度的可能波动和可能产生咬入困难等，使压下量略小于设备允许的最大压下量，中间几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，厚度精度及性能质量，最后一架的压下率一般在10~15%左右。精轧机组的总压下量一般占板坯全部压下量的10~25%。

本设计精轧采用7架连轧，结合设备、操作条件，在量如下：

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基础上分配各架压下

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表2 精轧机组压下量分配及参数

道 次 延伸率分配 入口厚度（mm） 压 下 量（mm） 压 下 率（%） 轧件长度(m) F1 1.3 21 6.0 2.6 141.7 F2 1.42 15 5.3 35.3 219.1 F3 1.4 9.7 3.0 30.9 317.2 F4 1.35 6.7 1.6 23.9 416.7 F5 1.3 5.1 1.1 21.6 531.3 F6 1.3 4.0 0.8 20.0 664.1 F7 1.3 2.2 0.6 18.8 871.3 4.5 校核咬入能力

热轧钢板时咬入角一般为15～22°，低速咬入一般取到20°，由公式

?h ??arccos(1?) （2）

D将各道次压下量及轧辊直径代入可得各轧制道次咬入角为：

表3 粗轧各道次咬入角的校核

道 次: 压下量（mm） 咬入角(°) R1 R2 1000 R3 1000 R4 1000 R5 1000 R6 1000 R7 1000 R8 1000 轧辊直径（mm） 1000 56 19.30 58 19.61

38 16.4 27 -- 19 -- 14 -- 10 -- 7 -- 精轧机各架所轧轧件的厚度较小，精轧咬入角校核省略。

4.6 确定速度制度

(1)粗轧速度制度

粗轧为保证咬入，采用升速轧制。根据经验资料，取平均加速度a=40rpm/s，平均减速度b=60rpm/s。由于咬入能力很富裕故可采用稳定高速咬入，考虑到粗轧生产能力与精轧生产能力得匹配问题，确定粗轧速度如下：咬入速度为n1=40rpm/s，抛出速度为n2=20rpm/s

(2)粗轧轧制延续时间：每道次延续时间

tj?tzh?t0，

其中t0为间隙时间，tzh为纯轧制时间，tzh?t1?t2 设v1为t1时间内的轧制速度，v2为t2时间内的平均速度，则

v1??Dn1/60，

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v2??D(n1?n2)/120 (D取平均值)

t2?n1?n2b，

减速时间

减速段长 l2?t2v2，

稳定轧制段长 l1?t1v1，

t1?(l?l2)/v1?(l?t2v2)/v1。

轧制第一二道次时，以第一架为计算标准，n1=30rpm/s，n2=20rpm/s，轧件长度l?速度

n?n230?20250?8.5?10.95m，减速时间t2?1??0.4s，减速时平均194b60v2??D(n1?n2)/120?3.14?1000?60/120?1.570m/s； l2＝0s；V1=1.57m/s；

t1?(l?l2)/v1?(l?t2v2)/v1?10.95/1.57?6.98s。

则轧制延续时间为6.98s。按照以上公式可求得粗轧各道次轧制时间：

表4 粗轧各道次轧制时间

道 次 轧制时间(S)

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 7.0 10.0 13.8 12.8 17.4 19.9 26.9 35.9 速度梯形图如下：

图3 可逆轧制速度图

由于两架粗轧机间距7m，所以轧件尾部从前一架轧机出口到后一架入口所需时间t12=7/1.7=4.1s由于轧件较长，取间隙时间t0＝3s所以粗轧总延续时间：t=6.98+9.95+13.81+12.75+17.39+19.85+26.90+35.85+3*8=167.48s

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(3)精轧速度制度确定

确定精轧速度制度包括：确定末架的穿带速度和最大轧制速度；计算各架速度及调速范围；选择加减速度等。

精轧末架的轧制速度决定着轧机的产量和技术水平。确定末架轧制速度时，应考虑轧件头尾温差及钢种等，一般薄带钢为保证终轧温度而用高的轧制速度；轧制宽度大及钢质硬的带钢时，应采用低的轧制速度。本设计典型产品2.6mm，故终轧速度设定为12m/s左右。

末架穿带速度在10m/s左右，带钢厚度小，其穿带速度可高些。穿带速度的设定可有以下三种方式：

①当选用表格时，按标准表格进行设定；

②采用数字开关方式时，操作者用设定穿带速度的数字开关进行设定，此时按键值即为穿带速度；

③其它各架轧制速度的确定：当精轧机末架轧制速度确定后，根据秒流量相等的原则，各架由出口速度确定轧件入口速度。根据各架轧机出口速度和前滑值求出各架轧辊线速度和转速。

各道轧件速度的计算：

已预设末架出口速度为12m/s由经验向前依次减小以保持微张力轧制（依据经验设前一架出口速度是后一架入口速度的95%）依据秒流量相等得：

VH6?Vh6?h6/H6?12?2.6?3.2?9.75m/s Vh5?0.95VH6?0.95?9.75?9.26m/s根据以上公式可依次计算得：

表5 各道次精轧速度的确定

道 次 入口速度（m/s） 出口速度(m/s)

(4)精轧机组轧制延续时间

精轧机组间机架间距为6米，各道次纯轧时间为Tzh=250×12/2.6/12=96.5s 间隙时间分别为tj1=6/1.62=3.70s；tj2=6/2.48=2.42s；tj3=6/3.78=1.59s；tj4=6/5.23=1.15s；tj5=6/7.03=0.85s； tj6=6/9.26=0.65s 则精轧总延续时间为

F1 1.14 1.62 F2 1.71 2.48 F3 2.61 3.78 F4 3.98 5.23 F5 5.51 7.03 F6 7.40 9.26 F7 9.75 12.00 Tzh??tj?96.15?10.36?106.36s。 轧制节奏图表见图4。

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图4 轧制节奏图表

4.7 轧制温度的确定

（1）粗轧温度确定

为了确定各道次轧制温度，必须求出逐道次的温度降。高温轧制时轧件温度降可以按辐射散热计算，而认为对流和传导所散失的热量可大致与变形功所转化的热量相抵消。由于辐射散热所引起的温度降在热轧板带时可按下式计算：

（3）

有时为简化计算,也可采用以下经验公式

（4）

其中 、——分别为前一道轧制温度（℃）与轧轧出厚度mm；

Z——辐射时间即该道次轧制延续时间tj ，Z=tj；

T1——前一道的绝对温度 ，K； h——前一道的轧出厚度。

表6 粗轧各道次的温降

道 次 温降(℃)

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

3 5 9 12. 21. 32. 74. 92.

由于轧件头部和尾部温度降不同，为设备安全着想，确定各道次温度降时以尾部为准。根据现场生产经验数据，确定开轧温度为1200℃，带入公式依次得各道次轧制温度：

表7 粗轧各道次的温度

道次 T(℃)

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

1196 1191 1182 1170

12

1148 1116 1041 949

（2）精轧机组温度确定

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粗轧完得中间板坯经过一段中间辊道进入热卷取箱，再经过飞剪、除鳞机后，再进入精轧第一架时温度降为920℃。由于精轧机组温度降可按下式计算：

ti?t0?C(h0(t?t)h) C?0nn (5) hi?1h0?hn式中 t0、h0——精轧前轧件的温度与厚度

tn、hn——精轧后轧件的温度与厚度

温度：

［3］

代入数据可得精轧机组轧制

根据生产现场经验可以预定终轧温度为820℃，即tn=820℃，计算得： C=14.13； t1=（920-14.13）*21/15＝900.2； t2=899.4s； t3=875.7s ； t4=861.8s

表8 精轧各道次轧制温度(℃)

道次 温度℃

上述计算应当在现场同类车间进行实测验证，本设计为课程设计，没有现场数据验证，待毕业实习到现场实测温度。

F1 900

F2 889

F3 875

F4 861

F5 845

F6 827

F7 805

4.8 轧制压力的计算

(1)粗轧段轧制力计算 粗轧段轧制力公式：

P?Blp (6)

①求各道次的变形抗力：变形抗力由各道次的变形速度、变形程度，变形温度共同决定。

变形速度按下式计算：

??2v?h/R/(H?h) (7) ?式中 R、v——轧辊半径及线速度。

根据变形程度、温度、变形速率数据，查Q195高温抗力曲线图，得到Q195变形抗力列入表9、10。

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表9 粗轧各道次轧件的变形抗力

道 次 线速度V(m／S) 温 度(℃) 压下率ε(％) 入口厚度(mm) 出口厚度(mm) 屈服强度σs(MPa)

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

1.56 1196 22.4 250 194 108

1.56 1191 29.9 194 153 112

1.56 1182 28.0 153 98 119

2.62 1170 27.6 98 71 124

2.62 1148 26.8 71 52 126

2.82 1116 26.9 52 38 132

2.82 1140 26.3 38 28 136

2.82 949 25.0 28 21 139

表10 精轧各道次轧件的变形抗力

道 次 轧件出口速V(m／S) 温 度(℃) 压下率ε(％) 入口厚度(mm) 出口厚度(mm) 屈服强度σs(MPa)

②计算各道的平均单位压力：根据克林特里公式计算应力状态影响系数

η＝0.785+0.25l/h

其中h为变形区轧件平均厚度，l为变形区长度，单位压力大时（300MPa）应考虑轧辊弹性压扁的影响，因为粗轧时变形抗力不会超过这一值，故可不计算压扁影响，此时变形区长度l?R?h。则平均单位压力为：

F1 1.54 905 28.6 21 15 148

F2 2.50 898 35.3 15 9.7 149

F3 3.81 887 30.9 9.7 6.7 154

F4 5.27 871 23.9 6.7 5.1 164

F5 7.07 851 21.6 5.1 4.0 166

F6 9.30 833 20.0 4.0 3.21 174

F7 12.00 820 18.8 3.2 2.6 184

(8)

各道计算p列入表11。再将轧件宽度、变形区长和平均单位压力数据代入公式(6)，可得各道次轧制力(见表11)。

14

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表11 粗轧各道的轧制力

道 次 变形区长度(mm)

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

167 194 108 74.8 1050

13140

170 153 112 83.1 1050

14860

137 98 119 98.0 1050

14180

116 71 124 109.9 1050

13409

97 52 126 132.6 1050

13575

83 38 132 150.5 1050

13227

70 28 136 166.1 1050

12330

59 21 139 179.9 1050

11183

出口厚度(mm) 屈服强度σ(MPa)s 平均压力(p) 带 宽(mm) 轧制力(P/kN)

（2）精轧段轧制力计算

目前普遍公认的最适合于热轧带钢轧制力模型的SIMIS理论公式：

P?BQpLcKKT (9a)

式中：P——轧制力N； B——轧件宽度mm；

Qp——考虑接触弧上摩擦力造成应力状态的影响系数； Lc——考虑压扁后的轧辊与轧件接触弧的水平投影长度mm； K ——决定金属材料化学成分以及变形的物理条件－变形温度、变形

速度及变形程度的金属变形阻力K=1.15?s；

KT——前后张力对轧制力的影响系数； 由以上公式可知平均单位压力：p?QpKKT

① 计算Qp时用西姆斯公式的简化公式克林特里公式Qp?0.75?0.27H?h 2② K可以按照粗轧时的计算方法计算，数据如前表

LcHm

其中 Hm?③KT按下式计算KT?1?a?b?(1?a)?fK

因为前张力对轧制力的影响较后张力小，所以a>0.5，本设计中取a=0.7，前后张力均取3MPa。

④接触弧投影长度计算：

一般以为接触弧长度水平投影长度为Lc?

15

?h R河北理工大学06级成型课程设计 4 压下规程设计

表12 精轧各道的轧制力

道 次: 轧制力(KN)

F1 9898

F2 7968

F3 7670

F4 7439

F5 6782

F6 5788

F7 5120

4.9 辊缝计算

依照西姆斯弹跳方程计算各道设定辊缝，计算结果见表13。

S=h- P/k

（9b）

表13 精轧各道的轧制力

道 次: 轧机刚度(KN/mm) 出口厚度（mm）

F1 8000 15

F2 8000 9.7 8.7

F3 8000 6.7 5.74

F4 7500 5.1 4.11

F5 7500 4.0 3.10

F6 6000 2.96 2.04

F7 5000 2.6 1.58

设定辊缝（mm） 13.76

4.10 精轧轧辊转速计算

精轧是带张力连轧，轧件出入口速度与张力大小密切相关。因而，轧辊转速是

精轧轧制必需设定的操作数据。它是由轧辊线速度求得。轧辊线速度与设定轧件出口速度相差前滑系数，故需要求得精轧各架前滑值。按照巴甫洛夫公式，前滑计算如下

(10)

其中 中性角 (11)

轧辊直径选取如下： 前5架F1～F5 D=500mm ；后两架 F6～F7 D=400mm。

轧辊线速度和轧辊转速计算见表14。

16

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表14 精轧转速

道 次: 出口厚度（mm） 中性角( °) 前滑值 出口速度(m/s) 轧辊线速度(m/s) 轧辊转速（rpm）

F1 15 3.54 0.06 1.54 1.45 55.4

F2 9.7 3.38 0.07 2.50 2.37 60

F3 6.7 2.69 0.06 3.81 3.63 62

F4 5.1 2.05 0.05 5.27 5.08 66

F5 4.0 1.73 0.05 7.07 6.90 71

F6 3.2 1.66 0.04 9.30 9.14 84

F7 2.6 1.46 0.04 12.00 11.78 92

4.11 传动力矩

1）传动力矩

轧制力矩按下式计算 Mz?2P?R1?h

式中 ?——合力作用点位置系数（或力臂系数），中厚板一般?取为0.4～0.5，粗轧道次?取大值，随轧件的变薄则?取小值。

各道次的轧制力矩值如下表：

表15 各道的轧制力矩的计算 (MZ/MNM)

道 次 粗 轧 道 次 精 轧

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

2.11 F1 0.37

2.43 F2 2.78

1.88 F3 0.20

1.50 F4 0.14

1.27 F5 0.11

1.06 F6 0.07

0.84 F7 0.05

0.64 － －

传动工作辊所需要的静力矩，除轧制力矩外，还有附加摩擦力矩Mm，它由以下两部分组成，即 Mm?Mm1?Mm2， 其中Mm1在四辊轧机可近似地由下式计算：

Mm1?Dg?Pfdz??D?z?? ? （12）?式中： f——支撑辊轴承的摩擦系数，取f＝ 0.005；

dz——支撑辊辊颈直径，对于粗轧机：dz＝986mm； 对于精轧机： dz

＝680mm。

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Dg、Dz—— 工作辊及支撑辊直径，对于粗轧机：Dg＝1000mm，

Dz=1450mm；对于精轧机：Dg＝500mm，Dz= 800mm。

代入后（12）可求的，粗轧机：Mm1＝0.34P；精轧机：Mm1＝1.7P ；Mm21可由下式计算：Mm2?(?1)(Mz?Mm1)

?式中： ?—— 传动效率系数，本轧机无减速机及齿轮座，但接轴倾角??3?，故可取?＝0.94。

故得： Mm2?0.064?Mz?Mm1?

表16 各道摩擦力矩计算(MZ/MNM)

道 次 粗 轧 道 次 精 轧

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8

0.18 F1 0.08

0.21 F2 0.06

0.17 F3 0.06

0.14 F4 0.05

0.13 F5 0.04

0.12 F6 0.03

0.10 F7 0.01

0.08 － －

2）轧机的空转力矩

轧机的空转力矩（Mk）根据实际资料可取为电机额定力矩的3％～6％。 粗轧机 ：Mk?(0.03～0.06)0.975?5500＝?10.7～21.4??104Nm

60取Mk＝

0.15MNm；

0.975?10000＝?9.2～16.3??104Nm 取Mk＝精轧机：Mk?(0.03～0.06)600.1MNm。 因此电机轴上的总传动力矩为： M?Mz?Mm?Mk

表17 各道的总的传动力矩计算(MZ/MNM)

道 次 粗 轧 道 次 精 轧 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 2.44 F1 2.78 F2 2.20 F3 1.79 F4 1.55 F5 1.33 F6 1.08 F7 0.87 － － 0.51 3.19 0.32 0.26 0.23 0.18 0.16 18

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5 轧辊强度校核与电机能力验算

轧辊的破坏决定于各种应力（其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力，由于温度分布不均或交替变化引起的温度应力以及轧辊制造过程中形成的残余应力等）的综合影响。具体来说，轧辊的破坏可能由以下三方面的原因造成：

（1）轧辊的形状设计不合理或设计强度不够.例如,在额定负荷下轧辊因强度不够而撕裂后因接触疲劳超过许用值,是辊面疲劳剥落等；

（2）轧辊的材质、热处理或加工工艺不合要求。例如，轧辊的耐热裂性、耐粘附性及耐磨性差，材料中夹杂物或残余应力过大等；

（3）轧辊在生产过程中使用不合理。热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时，会因热疲劳造成辊面热裂；在冬季新换上的冷辊突然进行高负荷热轧，热轧的轧辊骤然冷却，往往会因温度应力过大，导致轧辊表层剥落甚至断辊；压下量过大或因工艺过程安排不合理造成过负荷轧制也会造成轧辊破坏等。

设计轧辊时，通常是按工艺给定的轧制负荷和轧辊参数进行强度校核。由于对影响轧辊强度的各种因素（如温度应力、参与应力、冲击载荷值等）很难准确计算，为此，设计时对轧辊的弯曲和扭转一般不进行疲劳校核，而是将这些因素的影响纳入轧辊的安全系数中（为了保护轧机其他重要部件，轧辊的安全系数是轧件各部件中最小的）。

为防止四辊板带轧机轧辊辊面剥落，对工作辊和支撑辊之间的接触应力应该做疲劳校验。

5.1 轧辊的强度校核

四辊轧机的支撑辊直径D2与工作辊径D1之比一般在1.5～2.9范围之内。显然，支撑辊的抗弯端面系数较工作辊大的多，即支撑辊有很大的刚性。因此，轧制时的弯曲力矩绝大部分有支撑辊承担。在计算支撑辊时，通常按承受全部轧制力的情况考虑。由于四辊轧机一般是工作辊传动，因此，对支撑辊只需计算辊身中部和辊径端面的弯曲应力。

5.1.1 支撑辊弯曲强度校核

支撑辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见左图5。

图5四辊轧机支撑辊计算图

19

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在轧辊的1-1断面和2-2断面上的弯曲应力均应满足强度条件，即

?1?1?Pc1/(0.2d13?1)?Rb (13)

3?2?2?Pc2/(0.2d2?2)?Rb (14)

式中：P——总轧制压力；

d1-1、d2-2——1-1和2-2断面的直径；

c1、c2——1-1和2-2断面至支反力P/2处的距离； Rb——许用弯曲应力。

支撑辊辊身中部3-3断面处弯矩是最大的。若认为轴承反力距离L等于两个压下螺丝的中心距L0，而且把工作辊对支撑辊的压力简化成均布载荷（这时计算误差不超过9～13%），可得3-3断面的弯矩表达式：

MW?P(L0L?) (15) 48辊身中部3-3断面的弯曲应力为：

?3?3?P(L0?L/2)?Rb (16) 30.4D2式中的D2应以重车后的最小直径代入。

因粗轧机是可逆轧制，精轧机组性能相同故只需校核其中受力最大的一道即可，因在粗轧机上轧制时第四道的轧制力最大，精轧机上第三架轧制力最大，故其支撑辊受力最大，所以我们计算轧机支撑辊时只计算粗轧第二架和精轧第一架的弯曲应力。

又因辊颈直径d和长度一般近似地选： d = (0.5～0.55) D、L/d = 0.83～1.0， 计算时以粗轧机为例：

本设计取d = 0.68D、L/d = 1.0所以辊颈直径d =986mm，L＝986mm， c1、c2，r的取值[查〈〈轧钢机械〉〉（修订版）北京科技大学邹家祥主编P94]。

取r/D = 0.12,d ＝54mm，c1 =180mm，=266mm,d1?1?986mm，

d2?2?1450mm上面D2重车后的最小直径为：D2=800mm，P =14860KN

把前面的数据代入上式计算：

?1?1?Pc1/(0.2d13?1)?14860?1000?180/(0.2?9863)?21.8MPa

33?2?2?Pc2/(0.2d2?1000?266/(0.2?1450)?10.1MPa ?2)?14806?3?3?P(L0?L/2)1486?1000(1432?493)??18.2MPa 30.4D20.4?1450320

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本设计支撑辊为合金锻钢Rb=140～150 MPa，可见支撑辊的弯曲应力远远小于该许用应力，故满足要求。

精轧第一架用以上的方法计算得?1?1、 ?2?2、?3?3数值都满足弯曲应力要求。

5.1.2 工作辊的扭转强度校核

由于有支撑辊承受弯曲力矩，故工作辊可只考虑扭转力矩，即仅计算传动端的扭转应力。扭转应力为：

??Mk （17） Wk式中： Mk——作用在一个工作辊上的最大传动力矩；

Wk——工作辊传动端的扭转断面系数。

驱动一个工作辊的传动力矩MK1有轧制力矩M1、工作辊带动支撑辊的力

矩Ms和工作辊轴承的摩擦力矩Mf1组成，即：

MK1?M1?Ms?Mf1 或M?P?a?Ps?s?Pf??1

式中：s——反力对工作辊的力臂；

?1——工作辊轴承处摩擦圆半径。［5］

上式各参数的计算公式为： 支撑辊对工作辊的反力： Ps?Pcos?

cos(???)T1?T0n 张力轧制时轧制压力偏离垂直方向的角度： ??arcsi2P式中： T1——前张力；

T0——后张力；

P——轧制力。

工作辊与支撑辊连心线与垂直线夹角

θ=arcsin[e/(R1+R2)] (18)

其中： e——工作辊相对于支撑辊的偏心距一般e=5～10mm取e=5mm；

21

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R1、R2——工作辊半径、支撑辊半径。

支撑辊与工作辊的反力Ps的作用线与工作辊和支撑辊连心线间的夹

γ=arcsin[(ρ2+m)/2]

式中 ρ2——支撑辊轴承的摩擦圆半径其值计算为ρ=f*d/2， 其中 f——机械摩擦系数见书因是滚动轴承取f=0.004；

d——辊径直径m—滚动摩擦力臂一般m=0.1～0.3mm本设计取

m=0.2mm。工作辊轴承处的反力（摩擦力）： Pf=Psinφ+Pssin(θ+γ) 反力Ps对工作辊的力臂： S=mcosγ+R1sinγ 此校核亦按轧制力矩最大得一架计算，精轧粗轧各一道次。

将各参数代入公式得：粗轧第二道MK1=4398800Nm，轧第一道次MK1＝2636171Nm

工作辊传动端的扭转断面系数为： Wk=πD3/16 则扭转应力τ=Mk/Wk

表18 工作辊的扭转应力

参数 MK1(kNm) Wk（） R2 4398.8 0.196 22.45

本设计工作辊为合金铸铁σb=350～400 MPa，而许可扭应力约为[τ]=0.36σb

即[τ]=126-144Mpa，可见工作辊的弯曲应力远远小于该许用应力，故能满足生产要求。

F1 2636.2 0.025 105.4 T（MPa） 5.2 电机的校核 5.2.1 静负荷图

为了校核和选择主电动机，除知其负荷之外，尚须知轧机负荷随时间变化的关系图，力矩随时间变化的关系图称为静负荷图。绘制静负荷图之前，首先要决定出轧件在整个轧制过程中在主电机轴上的静负荷值，其次决定个道次的纯轧和间歇时间。

如上所述，静力矩按下式计算：

Mj= MP /i+Mm+Mk

将前面的数据代入上式得：

22

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表19 粗轧各道的静力矩(MZ/MNM)

道 次 MZ／MNm R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 2.11 4.2 0.18 0.15 0.83 2.43 4.2 0.20 0.15 0.93 1.88 4.2 0.17 0.15 0.77 1.50 4.2 0.14 0.15 0.65 1.27 4.2 0.13 0.15 0.58 1.06 4.2 0.12 0.15 0.52 0.84 4.2 0.09 0.15 0.44 0.66 4.2 0.08 0.15 0.39 传动比(i) Mm/(MNm) Mk(Nm) Mj(MNm)

静负荷图中的静力矩可以用上式加以确定。每一道次的轧制时间可由下式确定：

表20 粗轧各道所用时间

道 次 时 间(s) R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 4.7 6.7 9.2 11.5 157 21.4 28.7 38.7 间隙时间按间隙动作所需时间确定或按现场数据选用，本设计选取tn=6s。 已知上述各值后，根据轧制图表绘制出一个轧制周期内的各个电机负荷简图

5.2.2 主电动机的功率计算

当主电动机的传动负荷图确定后，就可以对电动机的功率进行计算。这项工作包括两部分。一是由负荷图计算出等效力矩不能超过电动机的额定力矩；二是负荷图中的最大力矩不能超过电动机的允许过载负荷和持续时间。

5.2.3 等效力矩计算及电动机的校核

轧机工作时电动机的负荷是间断式的不均匀负荷，而电动机的额定力矩是指电动机在此负荷下长期工作，其温升在允许的范围内的力矩。为此必须计算出负荷图中的等效力矩，其值按下式计算： Mjum=Mjum 式中：

Mjum ——等效力矩。

校核电动机温升条件为：Mjum≤MH 我们已知各道次的MH 为：

表21 各电机额定力矩

道次

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

23

河北理工大学06级成型课程设计 5 轧辊强度校核与电机能力验算

3 3 3 3.5 3 3.5 3.5 3

可见各道次均能满足要求。

5.2.4 电动机功率的计算

对于新设计的轧机，需要根据等效力矩计算电动机的功率，即

N=0.105 Mjumn/?*0.6

式中 n——电动机的转速，r/min；

?——由电动机到轧机的传动效率。

表22 各架电机

道次

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

0.83 20 0.96

0.93 40 0.96 3125

0.77 40 0.96 4050

0.65 60 0.96 3950

0.58 60 0.96 4250

0.52 60 0.96 4250

0.44 120 0.96 4250

0.39 120 0.96 2250

3125

各架电机的额定功率P为

表23 粗轧各架电机的额定功率

道次 P(KW)

可见均能满足各道的力矩要求。

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

5500 5500

24

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6 板凸度和弯辊

为能轧出平直无残余应力的薄板，板带设计必须有正确的凸度计算。其中精轧不论厚板还是热带总是严格按照比例凸度计算，粗轧前面可以在最后一道要考虑中间坯凸度。因而板凸度计算是板带轧制设计重要内容。

6.1 板型比例凸度计算

所谓“板凸度一定”的原则是为了保证无残余应力，板形良好的工艺原则，它是遵守纵向均匀延伸或去确定各道次的压下量。

如图6所示，设轧制板、带边缘的厚度等于H，而中间厚度等于H+△，即轧前厚度差或称板凸量为△；轧制后钢板相应横断面上的厚度分别为h和h??，即轧后厚度差或板凸量为。

图6 轧制前后板带厚度变化

而△/H及?/h则为板凸度。钢板沿宽度上压缩率相等的条件：

（19）

（20）

式中 ?z、hz 为成品板的厚度差及厚度。从国标对本设计产品凸度最大限度6.0μm出发。比例凸度计算如下。

表24 板凸度分配

精轧道 次 精轧压下分配 来料凸度(μm)

F7 1.3 7.4

F6 1.3 9.3

F5 1.3 11.9

F4 1.35 15.6

25

F3 1.4 22.6

F2 1.42 34.9

F1 1.3 48.9

中间坯

48.9

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道 次 粗轧压下分配 来料凸度(μm)

R8 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1

1.33 65.2

1.36 88.5

1.39 121.1

1.40 165.3

1.38 228.2

1.36 356.3

1.35 451.8

1.34 524

显然，因为精轧速度快，晶粒恢复时间短，软化不充分，必须象冷轧一样，严格遵守比例凸度，故想要成品稳定轧出合格产品，就必须使中间坯凸度保持为48.9。 粗轧因为来料凸度不稳定，一律视为0凸度，但第一道次轧辊在大轧制力作用下，产生较大凸度，如620μm，它与表24中期望来料凸度不同，所以粗轧要想在结束时，轧出要求的凸度，必然存在不均匀变形。但因为粗轧轧件厚度大，而且温度高，不会出现波浪，但最后一道必须符合中间坯凸度要求。即没有弯辊情况下，粗轧最后一道轧制力有所限制，这可由挠度公式反算轧制力和压下，或用各粗轧轧制力验算，不符合凸度要求就进行调整。

6.2 板型控制策略

为保持板形良好应使带钢横向各点的压下率相等，即应保持相对凸度恒定。即各道次都是同一比例凸度。厚板轧制400mm到16mm的最后四个道次，设定出口厚度为40mm、28mm、20mm、16mm来说，各道出口凸度刚好为5020

、35

、25

、

。实际当中，对于宽板轧制来说，由于前几个道次处厚度尚较厚，轧制时还存

在一定的恢复，因而减弱了对相对凸度严格恒定的要求。40mm以上厚度时相对凸度的改变受到的限制较小，不会因为适量的相对凸度改变而破坏平直度，因此将会允许有一定的不均匀延伸而不会产生翘曲。

Shobet等曾进行许多试验，并由此得出图9所示的Shobet和Townsend临界曲线，此曲线的横坐标为b/t，纵坐标则为变形区出口和入口处相对凸度差△CR

图7 Shobet和Townsend临界曲线

26

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?CR? 式中 CRh，CRH——出口和入口带钢板凸量； h，h0——出口和入口带钢厚度。

此曲线的公式为：

CRhCRH?hh0 (21)

?h??40???b?

1.86?h???CR?80???b?1.86 (22)

图7中上部曲线是产生边浪的临界曲线，下部曲线为产生中浪的临界线，超过此量将产生翘曲。因此在精轧的前几道可以适当的改变来料的相对凸度而不破坏产品的平直度，后几道则必须保持相对凸度恒定，由此最终保证产品的平直度。

6.3 凸度控制模型

各道出口带钢凸度CR为

CR?PF ??EC?C?E?(?H??W??0)?CR0 （23）

KPKF式中 P——轧制力；

F——弯辊力；

Kp——轧制力对辊系弯曲变形影响的横向刚度；

KF——弯辊力对辊系弯曲变形影响的横向刚度；

?H——轧辊热辊型；

?W——轧辊磨损辊型；

?0——轧辊原始辊型； ?C——可调辊型；

Ec，E∑——相应系数，CR0为来料入口凸度。 上式表示，轧机出口凸度为各因子影响之和。

其中，来料凸度CR0已由成品凸度CR反推分配（前面表26）。轧辊挠度可由材料力学公式计算得出。弯辊力取调解范围中间值（100T），弯辊量可由双作用力简支梁求出，也可由经验图表查出。

轧辊热辊型，轧辊磨损辊型，轧辊原始辊型可以按经验确定。

27

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故最后进行板形控制量设定，即通过对窜辊(CVC)抽动量或上下辊交叉角(PC)的设定，使带钢轧出厚度获得要求的成品断面形状和平直度。

6.4 影响辊缝形状的因素

如若忽略轧件本身的弹性变形，钢板横断面的形状和尺寸，取决于轧制时辊缝（工作辊缝）的形状和尺寸，因此造成辊缝变化的因素都会影响钢板横断面的形状和尺寸。影响辊缝形状的因素有：

1. 轧制力使辊系弯曲和剪切变形(轧辊挠度)； 2. 轧辊的热膨胀； 3. 轧辊的磨损； 4. 原始辊型；

5. VC辊，HCW轧机，CVC轧机或PC轧机对辊型的调节； 6. 弯辊装置对辊型的调节。

6.4.1 轧辊挠度计算

由轧制力产生的轧辊挠度曲线，一般也可以按抛物线的规律计算：

yx=y[1-(x/L)2] 式中 yx——距辊身中部为x的任意断面的挠度；

y——辊身中部与边部的挠度差； 本设计工作辊挠度按下式计算

y1=Kw1P 式中 P——轧制力；

Kw1——工作辊柔度；其中 Kw1=(A0+φ1B0)/[Lβ(1+φ1)] 其中φ1 φ2系数，可按下式计算：

φ1=(1.1n1+3n2ζ+18β)/(1.1+3ζ) φ2=(1.1n1+3ζ+18βK)/(1.1n1+3n2ζ) A0=n1(a/L-7/12)+n2ζ B0=(3-4u2+u3)/12+ζ(1-u) 式中： a——两压下螺丝中心距；

28

(24)

(25)

(26) (27) (28) (29)

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L——辊身长度； B——轧件宽度。 其中 ：u=b/L n1=E1/E2(D1/D2)4= (D1/D2)4 n2=G1/G2(D1/D2)4= (D1/D2)4 ζ=kE1/(4G1)(D1/L)2=0.753(D1/L)2 β=πE/2(D1/L)4=346000(D1/L)4 将前面的数据代入上式计算得相应参数数值如下

表25 相应参数

参数 相应数值

将相应参数代入公式（19）中得到各道次的轧辊弯曲挠度如下

表26 各道次轧辊弯曲挠度

道次 φ1 Kw1

R1 0.101

R2 0.100

R3 0.099

F1 0.099

F2 0.099

F3 0.098

F4 0.099

n1 0.059

n2 0.066

β 78.28

ξ 0.036

A0 0.041

B0 0.027

9.7×10-9 0.387

0.476

0.589

0.536

0.682

0.823

0.676

yt/mm

6.4.2 轧辊热膨胀对辊缝的影响

热轧时工作辊由于与高温轧件接触而使温度升高，同时冷却水会使之冷却。在多数场合下，辊身中部的温度高于边部(但有时也会出现相反的情况)，并且在一般情况下，传动侧的辊温稍低于操作侧的辊温。在直径方向上，辊面与辊心的温度也不一样，在稳定轧制阶段，辊面的温度较高，但在停轧时由于辊面冷却较快，也会出现相反的情况。轧辊断面上的这种温度不均使辊径热膨胀值的精确计算很困难。动态热辊形是

29

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影响出口处带钢板形的重要因素。热辊形计算分为两步，首先计算工作辊的温度场，然后由温度场计算出轧辊表面的热变形。这是一个复杂的热传导问题，在计算时应考虑如下因素：

1. 轧制前带材的热含量；

2. 接触弧处变形功和摩擦产生的热量； 3. 通过接触弧传导给轧辊的热量； 4. 由于冷却导致的轧辊表面的热量散失； 5. 传导给轧辊轴承的热量。

由于轧制时轧辊的不均匀热膨胀、轧辊的不均匀磨损以及轧辊的弹性压扁和弹性弯曲，致使空载时原本平直的辊缝在轧制时变得不平直。如果没有辊型控制致使板带的横向厚度不均和板形不良。为了补偿上述因素造成的辊缝形状的变化，需要预先将轧辊车磨成一定的原始凸度或凹度，赋予辊面以一定的原始形状，使轧辊在受力和受热轧制时，仍能保持平直的辊缝。

在设计新轧辊的辊型曲线（凸度）时，主要是考虑轧辊的不均匀热膨胀和轧辊弹性弯曲（挠度）的影响。由于轧辊热膨胀所产生的热凸度，在一般情况下与轧辊弹性弯曲产生的挠度相反，故在辊型设计时，应按热凸度与挠度合成的结果，定出新辊的凸度（或凹度）曲线。

根据大量的实践资料统计，轧辊不均匀热膨胀产生的热凸度曲线，可近似地按抛物线计算

（30)

式中 ——距辊中部为x的任意断面上的热凸度； ——辊身中部的热凸度； L——辊身长度之半；

X——从辊身中部起到任意断面的距离，在辊身中部X=0；在辊身边缘X=L。

轧辊辊身中部的热凸度 轧制过程中轧辊的受热和冷却条件沿辊身分布式不均匀的。在多数场合下，辐身中部的温度高于边部（但有时也会出现相反的情况），并且一般在传动侧的辊温稍低于操作例的辊温。在直径方向上辊面与辊心的温度也不一样，在稳定轧制阶段，辊面的温度较高，但在停轧时由于辊面冷却较快，也会出现相反情况。轧辊断面上的这种温度不均匀使辊径热膨胀值的精确计算很困难。为了计算方便，一般采用如下的简化公式

R=

30

TR （31）

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式中 、——辊身中部和边部温度（本设计中取△T=50℃）； R——辊身半径； a——钢辊a可取13×

/℃；

KT——轧辊材料的线膨胀系数，一般取0.9。

依现场经验，正常轧制时，轧辊中心温度约70℃。将轧辊参数代入公式中得各道次轧辊中间热凸度值为：

表27 轧辊中间热凸度值

参数

R(粗轧) 0.27 F(精轧) 0.13 △Rt(mm)

6.4.3 轧辊的磨损对辊缝的影响

轧件与工作辊之间及支撑辊与工作辊之间的相互摩擦都会使轧辊产生不均匀磨损，影响辊缝的形状。轧辊磨损与以下条件有关：

1. 轧材与工作辊相接触产生轧辊表面的研磨； 2. 轧辊受周期性载荷作用，表层会出现机械疲劳；

3. 轧材周期性的加热和水雾冷却，导致轧辊表层的热力学疲劳； 4. 腐蚀作用。

由于影响轧辊磨损的因素太多，故尚难从理论上计算出轧辊的磨损量，只能靠大量实测来得各种轧辊的磨损规律。

根据现场经验，稳定轧制时磨损凸度为0.05mm。

6.4.4 原始辊型对辊缝的影响

由于轧制时轧辊的不均匀热膨胀、轧辊的不均匀磨损以及轧辊的弹性压扁和弹性弯曲，致使空载时原本平直的辊缝在轧制时变得不平直了，导致板带的横向厚度不均和板形不良。为了补偿因上述因素造成的辊缝形状的变化，需要预先将轧辊车磨成一定的原始凸度或凹度，赋予辊面以一定的原始形状，使轧辊在受力和受热轧制时，仍能保持平直的辊缝。由于轧辊热膨胀所产生的热凸度在一般情况下与轧辊弹性弯曲产生的挠度相反，故在设计辊形时，应按热凸度与挠度合成的结果，定出新辊的凸度(或凹度)曲线。在实际生产中，原始辊形的选定并不完全依靠计算，而是依靠经验估计与对比。在大多数情况下，一套行之有效的辊形制度都是经过一段时期的生产试轧，反复比较其实际效果之后才确定下来的。检验原始辊形合理与否，应从产品质量、设备利用情况、操作的稳定性以及是否有利于辊形控制与调整等方面来衡量。

31

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根据现场经验，1250粗轧第一架工作辊凸度0.08mm，粗轧第二架工作辊凸度0.07mm，精轧各架凸度依次为，0.1mm，0.1mm，0.1mm，0.1mm，0.08mm，0.07mm，0.06mm。

6.4.5 入口板凸度对辊缝的影响

带钢获得良好板形的重要条件是来料断面状和承载辊缝形状相匹配。通常所采用的方法大量测取原料数据，找出原料板凸度的变化规律，据此确定工艺参数，以获得良好的板形。在实际生产中，当来料凸度变化时，已定的制状态就会改变，因而使板形发生变化。不同厚度的产品对板凸度的要求也不相同，每种产品都有国家规定的相应的板凸度范围，这就限制了坯料的凸度，所以产品对板凸度的要求的范围决定了坯料凸度的范围。当来料的凸度大于限定的范围则钢板会产生中浪。相反，当来料板凸度小于限定的范围时，钢板会产生边浪。

6.5 弯辊装置

液压弯辊有两种基本形式：弯曲工作辊和弯曲支撑辊 6.5.1 弯曲工作辊

弯曲工作辊有正弯法和负弯法。正弯辊是弯辊力加在两工作辊轴承座之间。这是将原来插在支撑辊轴承座中的工作辊轴承座拿出来，变成顶端突出，两边安放液压油缸，不但起平衡作用，还提供了弯辊力，使上下工作辊轴承座分离，轧辊顶在支撑辊辊肩，结果是减少了轧制时工作辊的挠度。负弯辊是弯辊力加在两工作辊与支撑辊轴承座之间，使工作辊轴承座受到一个与轧制压力方向相反的作用力，结果是增大了轧制时工作辊的挠度。弯曲工作辊比较灵活，结构简单，不影响轧机辊系结构，尤其可以在线弯辊。因此，正弯曲工作辊在轧制中用途较广。 6.5.2 弯曲支撑辊

弯曲支撑辊的方法，这种方法是弯辊力加在两支撑辊之间。为此，必须延长支撑辊的辊头，在延长辊端上装有液压缸。这种结构较为复杂，轧辊成本大大升高，一般仅用于超宽板轧机。

32

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(a) 正弯工作辊的挠度 (b) 负弯工作辊的挠度

图8 弯曲工作辊的方法

弯辊力对辊系弯曲变形影响见图9

图9 弯辊力与凸度的关系

由图可见，100t弯辊力对应凸度为0.15mm。

6.6 CVC轧机的抽动量计算

对于带钢轧机来说，CVC、PC、HC等装置主要用于预设定(空载时调节)来保证带钢的最终出口凸度。公式（23）中各相关数据确定后，CVC抽辊量就可以最后确定，为操作工提供抽辊数据。由公式（23）变换得

（32）

33

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其中已经计算出的凸度影响参数见表28

表28 凸度计算参数相应取值

参数 粗轧 精轧

将以上参数代入式(32)，得到各道次CVC轧辊的凸度分配量如下表31、32。 精轧各道次的轧辊抽动量公式 计算结果如下表31、32所示：

表31 第二粗轧轧辊的抽动量

道次 轧制力（KN） 入口凸度(出口凸度(() ) ) R1 13140 582.1 451.8

34

E∑ω（

239 48

） E∑ω（

-95 -125

） E∑ω0（

175 365

）

(KN/mm)

(KN/mm)

16000 8000

7142.9 7142.9

（33）

R2 14860 451.8 356.3 R3 14180 356.3 228.2 R4 13409 228.2 165.3 R5 13575 165.3 121.1 596.3 105.6 R6 13227 121.1 88.5 562.9 98.5 R7 12330 88.5 65.2 497.6 84.6 R8 11183 65.2 48.9 418.9 67.9 抽动量(mm)

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表29 精轧各道次的轧辊抽动量

道 次 轧制力（KN） 入口凸度(出口凸度(

(

)

) )

F1 9898 48.9 34.9 647.5 116.5

F2 7968 34.9 22.6 405 64.9

F3 7670 22．6 15.6 362.4 55.8

F4 7439 15.6 11.9 366.2 46.9

F5 6782 11.9 9.3

F6 5788 9.3 7.4

F7 5120 7.4 6

抽动量(mm)

上面CVC抽动量是轧机在空载的情况下得出的。在轧制过程中通过检测，如果板形还达不到要求，则通过弯辊来补偿。

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河北理工大学06级成型课程设计 参考文献

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