年产120万吨冷轧车间设计

湖南工业大学专科毕业设计

（2011届）

专科毕业设计（论文）资料

题 目 名 称： 年产量150万吨冷轧带钢车间工艺设计 学 院（部）： 冶金工程学院 专 业： 金属学与热处理技术 学 生 姓 名： 谭潭 班 级： 材料0822 学号 08395222243 指导教师姓名： 刘友良 职称 副教授 最终评定成绩：

湖南工业大学教务处

I

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2011届

专科毕业设计资料

第一部分 设计说明书 II

湖南工业大学专科毕业设计

（2011届） 专科毕业设计

题 目 名 称： 年产量150万吨冷轧带钢车间工艺设计 学 院（部）： 冶金工程学院 专 业： 金属材料与热处理技术 学 生 姓 名： 谭 潭 班 级： 材料0822 学号 08395222243 指导教师姓名： 刘 友 良 职称 副 教 授 最终评定成绩： 2011 年 5月

III

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摘 要

冷轧带钢具有表面质量高、性能好、品种多和用途广等特点。特别是随着汽车工业和家电行业的迅速发展，人们对汽车及家电外壳的质量和性能要求也越来越高，因此，发展冷轧板带钢十分必要。本设计是参照鞍钢三冷轧厂而进行的冷轧带钢车间设计，设计年产量为120万吨。本设计在参考鞍钢三冷轧厂的设备条件下，参照了诸多文献及实际资料，以年产量为基础，结合各产品市场前景合理地分配了各产品产量，并制定了轧制制度，校核了部分主要设备及车间年产量，综合了各项技术经济指标，并绘制了车间平面图。此做了篇关于张力自动控制技术方面的专题论述。并附有一篇短暂的增加微织构弹流润滑间的薄膜厚度方面的英文资料外及其中文翻。 关键词：表面质量，轧制制度，校核

IV

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目 录

第1章 综述 ............................................................ 1

1.1 冷轧的基本知识 .................................................... 1

1.2 冷轧带钢的生产工艺 ................................................ 2

1.2.1 生产工艺流程 ................................................. 2 1.2.2 冷轧生产的特点 ............................................... 3 1.3 冷轧带钢生产的发展 ................................................ 4

第2章 产品方案 ....................................................... 6

2.1 产品方案 .......................................................... 6

2.1.1 生产规模 ..................................................... 6 2.1.2 产品方案 ..................................................... 6 2.1.3 生产方案的确定 ............................................... 6 2.2 坯料的确定 ..................................................... 7 2.2.1 坯料的选择 ................................................... 7 2.2坯料的技术条件 ................................................. 7

第3章 轧制工艺过程及金属平衡 ....................................... 9

3.1 轧制工艺过程 ...................................................... 9 3.2 各工艺流程环节简介 ................................................ 9

3.2.1 带钢酸洗 ..................................................... 9 3.2.2 带钢冷轧 .................................................... 10 3.2.3 退火 ........................................................ 10 3.2.4 带钢的平整 .................................................. 11 3.2.5 涂层机组 .................................................... 11 3.2.6横切机组 .................................................... 12 3.2.7纵切机组 .................................................... 12 3.2.8 重卷机组 .................................................... 12 3.3 金属平衡表的制定 .............................................. 12 3.3.1 金属平衡 .................................................... 12 3.3.2成材率的计算 ................................................ 12 3.3.3 金属平衡表的制定 ............................................ 12

第4章 设备选择和参数的确定 ........................................ 14

4.1机组组成 .......................................................... 14 4.2 机组设备 ......................................................... 14

4.2.1酸洗—冷轧联合机组 .......................................... 14 4.2.2 连续退火机组 ................................................ 17 4.2.3单机架平整机组 .............................................. 19 4.2.4涂层机组 .................................................... 21

1

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3. 轧制工艺过程及金属平衡

3.1 轧制工艺过程[4]

根据本设计的产品方案及实际生产经验，确定工艺过程如下：

→2#步进梁 → 1#拆卷机 → 1#矫直机 原料 → 1#前步进梁 → 1#后步进梁 → 梭车

→3#步进梁 → 2#拆卷机 → 2#矫直机

→ 1#下切剪 → 1#导向夹送辊 → 焊机→ 1张力辊 → 1控制辊 → 入口双层活套→ → 2#下切剪 → 2#导向夹送辊

传动转向辊→拉矫机→酸洗槽→4#控制辊→五级冲洗槽→烘干机→4#张力辊→5# 6#控制辊 出口1#活套→挖边剪→7#控制辊→ 圆盘剪→ 碎边剪 →去毛刺辊→5#张力辊→5#转向辊→ 带钢检查台→出口2#活套→8#控制辊→入口夹送辊→入口压紧装置→下切剪→1#压板台

→ 1#---5#轧机 → 板形测量辊 → 出口夹送辊 → 飞剪 →

→ 1#卷取 → → 卸卷小车 → 出口步进梁→ 检查台

→ 2#卷取 →

图3-1 工艺流程图

##3.2 各工艺流程环节简介

3.2.1 带钢酸洗

酸洗机组用来清除热轧时在带钢表面生成的氧化铁皮，除此之外，在此机组上还可以对带钢进行切边，保证带钢宽度均匀整齐；酸洗后表面涂油以防止带钢锈蚀，并在冷轧时起润滑作用，这些功能对后部工序起着重要作用。

存放在酸洗前库的热轧板卷，用吊车吊至酸洗机组进料段的钢卷运输机上。然后再机组内开卷、焊接、机械破磷并送入酸洗槽内清洗、漂洗、钝化处理（对于常规轧制则不作钝化处理，只涂油即可），然后切边、分卷、存入轧前库。

酸洗工艺：连续浅槽紊流酸洗 酸洗介质：HCL 200g/L

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3.2.2 带钢冷轧[5]

轧制是冷轧带钢生产中最重要的工序，对它的基本要求是轧件较好的通过轧机，对轧辊的损伤较小，并生产出厚度在公差范围飞吃

内，具有良好板型和表面质量的产品。

在此模拟设计生产线上，轧机作业方式以全连续轧制为主。 工艺流程为：开卷→焊接→活套→冷连轧→飞剪→卷取

全连续轧制时用小车将带卷放在1号和2号开卷机相连的步进梁上，由升降小车送至开卷机的上料位置。在此过程中带卷宽度和钢卷直径被光栅测量。在上料位置等待时工人拆除捆带，然后至某一台开卷机。对中系统把带卷置于轧机中心线上。带头经轿直机、剪机，进入焊接机等待。当上一个钢卷离开另一个开卷机时，其尾部与该卷头部焊接在一起。然后送入活套区。活套的贮容量为668m，足够供带钢焊接期间轧机连续轧制。然后由夹送辊将带头送到另一台张力卷曲机。待带卷在卷曲机上绕三周以后皮带助卷机退回，轧机生速至稳定轧制。而原来卷曲机上已轧好的钢卷取出，经称重运往规定的去向。

工艺润滑：现有的金属轧制液有两种。一种是乳化型金属轧制液，它是以矿物油为基础的，加有乳化剂或防锈剂。另一种QH-1型清洗型金属轧制液，其润滑性、冷却性、清洗及防腐性能均较好，它是以合成脂肪酸醇酰胺和表面活性剂为主要成分的水溶性轧制液。适用于生产碳钢和低合金钢。

3.2.3 退火

退火的目的是消除冷轧过程中产生的加工硬化。退火方法有两种，一种是罩式炉退火，另一种是用连续退火炉退火。

本车间为连续退火炉退火。

连续退火：连续退火炉，是将罩式退火前后的处理工序组合到一起，构成了连续退火联合机组，它包括脱脂、退火、平整、检查重卷四大部分。同常规的罩式退火法相比，设备投资可节省。

连续退火炉年处理量为1271742t，处理厚度0.3~2.0mm、宽度1000~1980mm的冷轧带钢，最大工艺段速度为450m/min。

工艺流程：开卷→焊接→电解清洗→入口活套→连续退火→出口活套→平整→拉矫

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→卷曲。

3.2.4 带钢的平整

冷轧带钢退火后性能很软，在进一步加工成型或冲压成型过程中会产生折皱或滑移线等缺陷。退火后的带钢在平整时，会有少量延伸，从而消除变形过程中的屈服平台，提高带钢的机械性能。此外，不同用户对带钢的表面粗糙度有不同的要求，通过选用不同粗糙辊面的工作辊平整而获得。本车间选用单机架六棍CVC平整机。

经平整后的冷轧板卷，可根据用户的要求在横切机组或纵切机组或重卷机组内加工成定尺的钢板或一定重量的板卷，或一定宽度的窄带卷，经包装交库。

工艺流程：开卷→入口张力辊组→平整→出口张力辊组→卷取

3.2.5 涂层机组[6]

涂层板的基板：本车间的涂层钢板所用的基板有电镀锌板、冷轧板。涂层板基板的表面主要要求是小锌花或无锌花的。因为在较薄的漆层时可以看出锌花轮廓。镀锌原板的供货状态是经过平整的板卷，在镀锌机组上经过剪边和平整，其不平度是在长度方向上小于1%。

基板的预处理：基板在涂层前要进行一系列处理，它包括刷磨、化成处理（表面调整、磷酸盐处理）、钝化处理等。处理的目的是清洁基板表面，并使之形成一种与钢板表面和涂层结合能力都好的、而且能提高产品耐腐蚀性能的。所以表面预处理是最重要的环节，它直接关系到产品质量的优劣。本车间使用的化成处理方法是分别进行磷化和钝化处理，称反应型表面处理方式。首先对锌板或冷轧板进行磷化处理，在基板表面形成一层磷酸盐化成膜。然后再用铬酸盐溶液进行钝化处理。处理表面结果是铬酸盐处理液与基板上未被磷化膜覆盖的空点起化学反应，由反应产物将这些孔封闭起来，以提高表面处理膜的耐腐蚀性能。

辊涂设备：辊涂机是涂层板生产线上的主要设备。从辊涂结构型式划分可分为二辊式和三辊式，从传动方式看分集体传动和单独传动两种。

工艺流程为：剪切→焊接或缝合→预处理（碱洗、热水冲洗、铬盐处理、磷酸盐处理、热水冲洗、密封处理、干燥）→一次涂层→一次烘干→二次涂层 →二次烘干→冷却→拉伸矫直→涂蜡→分切卷取

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3.2.6横切机组

工艺流程为：开卷→活套→飞剪→剪切→矫直→分选→垛板

3.2.7纵切机组

工艺流程为：开卷→入口张力辊组→平整→出口张力辊组→卷取

3.2.8 重卷机组

工艺流程为：开卷→剪切→飞剪→焊接→拉矫→剪切→卷取

3.3 金属平衡表的制定 3.3.1 金属平衡

金属平衡定义 : 金属平衡是指投入的金属、产出的金属与损失的金属之间的平衡.

3.3.2成材率的计算

成材率定义:成品重量与所投坯料重量之比的百分数.

b?Q?WQ?100%

影响因素(各项损失):溶损(酸洗):0.5～1%

几何损失(切头尾、切边、定尺):1～5% 工艺损失

3.3.3 金属平衡表的制定

表3-2 金属平衡表 各 项 损 失 品种 溶 损 万吨 普通碳素钢板 优质碳素钢板 ％ 0.47 0.47 几何损失 万吨 ％ 4.14 4.34 工艺损失 万吨 ％ 1.46 1.45 万吨 40 60 ％ 93.93 93.74 万吨 42.58 64 年产量 成材率 需坯量 12

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涂层钢板 合计 0.49 3.60 1.46 20 120 94.45 21.70 127.18 13

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温度/℃ 入口活套 形式 最大活套量/ m 圆盘剪形式 炉子最大能力/ t?h?1 保护气体名称 有无预热段 加热段 炉子段 均热段 道次/道 第一冷却段冷却方式 过时效段加热方式 第二冷却段冷却方式 出口活套 最大活套量/ m 废边处理方式 表面质量检查方式 形式 涂油机 出口剪形式 台数/台 卷曲机 卷曲方式 打捆方式 涂油量/g?m?2 形式 道次/道 加热方式 加热方式 90 立式 1016 回转式 238 氮气、氢气 有 辐射管加热 33 辐射管加热 11 气冷 电加热 水冷 立式 1264 压成块状输出 人工目视 静电涂油机 0.2～2.0 曲柄式飞剪 2 上卷取 自动 4.2.3单机架平整机组

1）机组主要工艺参数

机组形式： 单机架六棍CVC

钢卷规格： 入口 出口

带钢厚度 0.3～2.0mm 0.3～2.0mm （CQ）

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0.3～2.0mm 0.3～2.0mm （DQ/DDQ）

带钢宽度 1000～1980mm 1000～1950mm 内 径 φ508/610mm φ508/610mm 外 径 φ1100～2150mm φ1100～2150mm 质 量 最大40t 最大40t

最大轧制力： 12000 kN 最大轧制速度： 820m/min 2） 机组主要单体设备性能

表4-3平整机组的性能

设备名称 主要性能 入口段设备 带钢搬入方式 步进梁钢 开卷机开卷方式 上开卷 轧辊尺寸 工作辊 φ420/470×2080 辊径×辊长支撑辊 φ1000/1150×2080 /mm×mm 中间棍 φ510/560×2280 卷取机卷取方向 上卷取 带钢搬出方式 步进梁钢 出口段设备 入口张力/ kN 5～110 平整机速度 ≤820 m/min 出口张力/kN 5～100

表4-4延伸率 项目 参数 延伸率（带钢屈服≤500N/mm2） ≤3%(使用湿平整系统) 延伸率（带钢屈服≤800 N/mm2，强度≤1000 N/mm2） ≤0.5%(使用湿平整系统)

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4.2.4涂层机组

1） 机组主要工艺参数 工艺形式：两涂两烘

涂层品种：有机溶胶、塑料溶剂、有机漆。 涂层厚度：2.5～200μm

年处理量： 30万t

钢卷规格： 入口 出口

带钢厚度 0.3～2.0mm 0.3～2.0mm （CQ） 带钢宽度 1000～1980mm 1000～1950mm 内 径 υ508/610mm υ508/610mm 外 径 υ1100～2150mm υ1100～2150mm 质 量 最大40t 最大40t

表4-5涂层机组速度

入口段 工艺段 出口段

最大150m/min 最大120m/min 最大 150m/min 2） 机组主要单体设备性能

表4-6涂层机组性能 设备名称 开卷机 开卷方式 台数/台 入口剪 形式 刀片材质 废料处理方式 入口活套 形式 最大活套量/m 初涂机 形式 主要性能 上、下开卷 2 双切剪 SKD11 废料小车 立式 160 二棍涂机 21

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涂层厚度精度/μm 传动方式 精涂机 形式 涂层厚度精度/μm 传动方式 固化炉 形式 处理能力/t.h-1 加热温度/℃ 燃烧介质 冷却装置 冷却形式 空冷室 水冷 出口活套 温降范围/℃ 温降范围/℃ 形式 活套储量/m 卷取机 卷取方式 助卷器形式 1 驱动 三棍涂机 1 驱动 两涂两烘 46.2 400 天然气 空冷和水冷 260～110 260～50 立式 175 上、下卷取 皮带助卷器

4.2.5横切机组

表4-7横切机组的参数

扩张强度 （N/mm2） 带钢宽度 （mm） 带钢厚度 （mm） 带卷最大重量 （t） 钢卷内径（mm） 钢卷外径（mm） 入口剪速度（m/min） 矫直机速度（m/min） 1#横切 412 900～1850 0.3～2.0 40 2#横切 412 900～1850 0.3～2.0 40 φ508/610 φ1100～2150 120 140 φ508/610 φ1100～2150 120 120 22

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矫直机后速度（m/min） 穿带速度 （m/min） 垛板时皮带最大速度（m/min） 剪切长度 （mm） 垛板最大重量 （kg）

155 24 155 1000～6000 10000 155 24 155 1000～6000 10000 4.2.6 纵切机组

表4-8纵切机组的参数

抗拉强度 N/mm2 带钢宽度 mm 入口 出口 带钢厚度 mm 带卷重量 t 入口 出口 钢卷内径 mm 钢卷外径 mm 机组速度 m/min 入口 出口 带厚< 1.75mm 带厚> 1.75mm 1#纵切机组 412 900～1850 120～1850 0.3～2.0 40 15 φ508/610 φ1200～2150 φ750～1600 400 200 24 15 6 2#纵切机组 412 900～1850 200～1850 0.3～2.0 40 15 φ508/610 φ1200～2150 φ750～1600 400 200 24 9 6 穿带速度 m/min 纵切能力 1.75mm以下 1.75mm以上

4.2.7重卷机组

表4-9重卷机组参数

带钢宽度 mm 带钢厚度 mm 900～1950 0.3～2.0 23

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钢卷最大重量 t 入口 出口 40 15 钢卷外径 mm 入口 出口 φ1200～2150 φ750～1600 φ610 钢卷内经 mm 机组速度 m/min 带厚< 1.5 mm 带厚> 1.5 mm 穿带速度 m/min 400 200 24 24

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5 轧制制度的制定

5.1 典型产品的规格及性能

典型产品：08Al 0.8㎜×1900㎜

5.1.1 典型产品的原料的选择

（1）成品的厚度为0.8 mm，由冷轧金属变形表，选择原料的厚度为2.2mm。

（2）成品的宽度为1900 mm，考虑到冷轧过程基本无损失，选择原料的宽度为1900mm。

5.1.2 典型产品的压下规程的制定

由经验资料及参照现代冷轧厂的实际生产情况，本设计采用六辊五机架连轧，制定压下分配系数和压下规程如下：

表5-1五机架轧机的压下分配系数

机架道次 Bi 1 0.3 2 0.25 3 0.25 4 0.15 5 0.05 5.2 轧制规程具体计算

5.2.1 轧制速度的计算原理

（1）最末架轧机速度的确定

参考五机架连轧机组轧制速度的数据及生产经验确定第五架轧机的速度900m/min。

（2）其它架轧机速度的确定

连轧时，保持正常的轧制条件是轧件在轧制线上每一架的秒流量相等，且冷轧过程中带钢宽展量很小故计算时忽略宽展的影响，即满足公式：

h1v1=h2v2=······=h5v5 （5-1）

式中：h——轧件的厚度；v——轧件的水平速度。 计算所得各道次轧制速度值见表5.2

表5-2各道次轧制速度表

机架 开卷机 1 2 3 4 5 24

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出口速度200.00 m/min 260.87 349.52 529.42 765.96 900.00 5.2.2张力计算

连轧时控制的张力有开卷张力，机架间张力和卷取张力，全连续连轧还要控制轧机的入口轧机。生产中要根据带钢宽带控制入口带钢张力值（见表5-3）

表5-3连轧时最大入口张力表

带钢宽度范围/mm 1950~1850 1850~1750 1750~1650 1650~1450 1450~1200 1200~900 最大入口带钢张力/KN 160 150 140 130 120 110 机架间的张力值按（0.3~0.6）σs，随着带钢厚度的减薄，单位张力提高。各机架前后张力下表所示：

表5-4各机架前后张力（N/mm2） 前张力 后张力 1 70 110 2 110 115 3 115 120 4 120 135 5 135 45 5.2.3 轧制力的计算原理

各机架摩擦系数的选取：第一道次考虑咬入且不涂油，故取0.08，第二至五道次喷涂乳化液，故取值0.05，摩擦系数和轧辊直径如表3-6所示。 本设计采用M.D.Stone公式计算轧制力[4]：

表5-5 各道次摩擦系数和轧辊直径表

机架 摩擦系数 轧辊直径 mm 1 0.08 500 2 0.05 550 3 0.05 550 4 0.05 550 5 0.05 500

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xP?Bl?p?（K?Q）e?1xBl? （5.2）

x?fl?_式中：

h；

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?s；

Q?QH?QhQ—— 前后张力平均值，2；B—— 轧件宽；

5.2.4 各道次轧制力的计算[8]

(1）第一道次轧制压力的计算 1）求平均压下率

H1=2.2 mm，h1=1.7 mm，Δh1=0.5mm，h1=1.95mm 入口总压下率ε0=0；出口总压下率ε1=29.41%； 所以平均总压下率 ∑?=0.4ε0+0.6ε1

=17.00%

查08Al钢种加工硬化曲线得到∑?=17.00%时的1.15?s =550 MPa 2）求平均张力值

Q?QH?Qh70?1102?2?90MPa

3）计算接触弧长度 l?R?h?250?0.42?10.25mm

fl?0.0?810.2.?205.373则 h2mm

?fl2 ???h??0.14计算 ?

又因为

a?8(1??2)R/?E，

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式中： E——轧辊的弹性模量， E=200 GPa；?—泊松比，?=0.25； 则

a=8(1-?2)R/ πE = [8(1?0.252)?250]/3.14?2.0?105?0.003

1.15?s?Q?490?90?400MPa

计算 2af(1.15?s?Q)/h，

则 2af(1.15?s?Q)/h?2?0.003?0.08?400/1.59?0.121

x?fl?查

h图， 得出：x?0.55

所以 l??xh0.5?51.f?0.08?5190.93m m ex?1当x?0.55时，由表查出：

x?1.333

4）求平均单位轧制力p p?ex?1x(1.1?5s?Q?)1.?333?40053 3.2MPa

5）求第一道次总轧制压力P

P?Bl?p?1900?10.53?533.2?10.67MN

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x?fl?h图， 得出： x?1.12

xhf?1.1?20.435?9.744m m0.05查

所以 l??e?1x当x?1.16时，由表查出：4）求平均单位轧制力p

x?1.843

e?1 p?（1.15?s?Q）?1.843?710?1308.53MPa

xx5）求第五道次总轧制压力P

P?Bl?p?1900?9.744?1308.53?24.23MNMN

表5-6冷轧压下规程

道次号 1 2 3 4 5 H/mm 2.2 1.7 1.3 0.9 0.65 h/mm 1.7 1.3 0.9 0.65 0.56 ?h 轧速/ ε/(%) 29.41 40.91 84 72 18.68 m.min 260.87 -1/mm 0.5 0.4 0.4 0.25 0.09 前张后张力力/kN /kN 70 110 115 120 135 45 (p) /MPa 533.2 710.1 914 1174.5 1308.53 总压力(P)/MN 10.67 14.39 23.17 27.72 24.23 349.52 110 529.42 765.96 900.00 115 120 135 5.2.4 温度制度

温度是影响钢板组织的性能的主要因素，要控制组织和性能，就必须准确地确定在生

产过程中各道次的温度。 影响温度变化的主要因素有: 1轧件塑性变形功转化成为热能,结果使轧件温度上升

2轧件表面向周围空气介质辐射热量,结果使轧机的温度降低

3在变形区内,由于轧件和轧辊表面呈粘着状态,轧件血轧辊进行热传导,又轧辊带走担,结果轧件温度下降,在高温下辐射散热是主要因素, 认为对流和传导的所散失的热量同变形功所转化的热量相抵消, 因此轧件温度一般按辐射散热来计算.针对本次设计轧制时间延续不是太长,为了简化计算,可采用温度降的近似公式来进行计算

根据现场经验,确定加热温度1150℃,开坯温度为1000℃,终轧温度为850 ℃,对于粗轧

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1)精轧机第一架时温度为1000,代入数据可得精轧机组轧制温度如下表,

4由公式?t?12.9z?T?1??，可得,h

?1000?44t?12.9z?Th?1?33??12.9??1000?35??1?1000??12.16℃,?1000?T2?T1?t1?1000?12.16?987.84℃44t12.9z?T?32.05h?2?1000??12.9??987.84?2??27??1000??14.58℃?T3?T2?t2?987.84?22.68?973.26℃44tz?T?31.27?973.26?3?12.9h?3??12.9?17???21.29℃

?1000??1000?T4?T3?t3?973.26?21.29?951.97℃44t?12.9z?Th?4?30.8??12.9??951.97?410.5??1000??31.08℃?1000??T5?T4?t4?951.97?31.08?920.89℃精轧机的温度如下表所示:

F1 F2 F3 F4 F5 轧出厚度33.7 24.1 16.4 10.1 7.2 h(mm) 辐射时33 32.05 31.27 30.8 30.7 间,z(s) 轧制温度1000 987.84 973.2951.9920.89 T1(℃) 6 7 温降12.16 14.58 21.29 31.08 37.98 ?t(℃) 轧后温度987.84 973.26 951.9920.8882.91 T(℃) 7 9

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6 轧机能力校核

6.1 轧辊校核

6.1.1 轧辊咬入校核[9]

cos??1??h因为 tan??f1?0. 0 8，又因为 D

上式中： ?——咬入角；?h——压下量，mm；D——工作辊直径，mm。

cos??1??hD?1?0.42500?0.99916则

则 tg??0.041

tg??0.041﹤f1?0.08

所以满足咬入要求，坯料能够咬入。

6.1.2 轧辊各部分尺寸的确定

五机架连轧机的工作辊辊身直径为Dg=550mm；辊身长度Ls=2130mm； 支撑辊直径为Dzh=1400mm，辊身长度Ls=2130mm 据此确定轧辊其他参数以备校核。

轧辊材质选用合金锻钢，许用应力[σ]=18kg/mm2=18×9.8=176.4 N/mm2 许用接触应力[σ′]=240Kg/mm2=240×9.8 N /mm2=2352 N/mm2 [τ′]=73 kg/mm2=73×9.8 N/mm2=715.4 N/mm2

工作辊辊颈直径d1=(0.5～0.55) Dg=0.52×550=286mm； 辊颈长度l1=(0.8～1.0) d1=1.0×286=286mm；

支持辊辊颈直径d2=（0.75～0.90）Dzh =0.8×1400=1120mm； 辊颈长度l2= (0.8～1.0)d2=0.9×1120=1008mm。 辊头采用滑块式万向接轴辊头，其主要尺寸如下所示： 辊头直径 D=Dg－(10～15)= 550－10=540mm； 辊头厚度 s=(0.25～0.28)D=0.26×550=143mm； 一个支叉宽度b=（0.15～0.20)D =0.18×550=99mm； 辊头总宽度b0=510mm；a=321；断面系数?=0.801；

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接轴铰链中心到危险断面的距离

X1=0.5l=0.5×(0.415～0.5) D =0.5×0.5×540=135 mm； 接轴角?=8°； 轧件宽度B=1900mm；

工作辊压下螺丝间的中心距Lg =2416mm； 支持辊压下螺丝间的中心距Lzh=3118mm；

1120 31188

φ1400 1008 φ550 286 φs 2130 2416 b0 图6-1 工作辊与支撑辊各部分尺寸 φ1900

6.1.3 轧辊转速的确定

?h?D(1?cos?)因为 则

??arccos(1??hxD)

???2(1?所以

)2f，f?0.08(第一道次)；f?0.05（第二～五道次）

Sh???2则轧制时的前滑为

2(Dh?1) （6-1）

又因为前滑值

Sh??h????100% （6-2）

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???hSh?1所以轧辊的圆周速度为

???

??D

因此轧辊的转速为

代入数据可计算出五架轧机轧辊的各自转速，具体值见表6-1

6.1.4 各机架所需校核的具体数据如下

表6-1 连轧机组轧机校核数据

机架 一 二 三 四 五

轧制压力/MN

10.67 14.39 23.17 27.72 24.23

转速/r·min

167 203 307

444 574

-1

电机功率/kw

5750 7000 7000 7000 7000

前后张力差

/kN 40 5 5 15 90

6.2 轧辊强度校核

因为第四架轧机的轧制力最大，所以轧辊的校核以第四架为例。工作辊承受弯矩很小，支撑辊几乎承受全部弯矩，因此工作辊仅校核棍头扭转应力，需要校核弯曲应力。

表6-2 轧辊校核项目

部位 工作辊 辊身 辊颈 辊头 弯曲应力

略

扭转应力

支持辊 辊身 辊颈 辊头 弯曲应力

弯曲应力

略

项目

6.2.1 支撑辊强度校核[9]

1）支持辊辊身强度校核： 辊身中央处承受最大弯曲力矩： Mzh =P(Lzh/4－Ls/8)

=2.772×107×（3118/4-2416/8） =1.32×1010 N·mm

辊身中央处产生的最大弯曲应力：

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?Mzh1.32?1010max?0.1?D3?0.1?14003?48.1 N/mm2

zh?max?48.46N/mm2<[?]=176.4 N/mm2

故支持辊辊身满足强度要求。 2）辊颈辊身接触处强度校核：

辊颈危险截面在辊颈与辊身联接处，此处弯矩为：

M2?P?L24?2.772?107?10084?6.99?109N mm

该危险断面的弯曲应力为：

?99?1092?M20.1?d3?6.20.1?11203?49.75N/mm2

因为 ?2?49.75N/mm2<[?] =176.4 N/mm2 所以支持辊辊颈满足强度要求。 3） 受力情况及弯曲图如下

图6-2 支持辊受力及弯矩图

6.2.2 工作辊强度计算[10]

1）工作辊身中央处承受的垂直弯矩为：

MPLsBg1?2(4?4)

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M?107g1?2.7722?(213019004?4)?0.8?109N mm水平张力差作用于辊身所产生的水平弯矩：

Mg2?T(Lg8?B16) M(Lg?B8)?15?(241619003g2?T168?16)?2.75?10N

辊身中部的合成弯矩为：Mg2= Mg12+ Mg22 所以：M29g?M2g1?M2g2?(0.8?109)2?(2.75?103)?0.81?10N·mm

工作辊身中央处最大弯曲应力为：

9?g0.81?10g?M0.1?D3?g0.1?5503?49.4N/mm2< [?]=176.4 N/mm2mm

所以工作辊辊身满足强度要求。 2）工作辊辊头强度计算：

M7000n?9550?Nn?9550?440?1.52?105 N·m ?1.52?108N·mm

x?0.5(b20?3b)sin??X21?0.5(510?3?99)sin8??135=165.86mm

工作辊辊头接轴扁头（带切口）强度按梅耶洛维奇经验公式计算：

??1.1Mn2j?[3x?9x?(9x2?b(bb)bs6?)]0?223

?1.13?108?j?1.1?[3?165.86?9?165.86?(9?165.862?992(510?2?99)?99?14326?0.801)]3

= 83.26 N/mm2﹤[?] =176.4 N/mm2

辊头接轴叉头的最大应力按下式计算：

2其中： K?1?0.05?3?1.2

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8??27.5Mn(2.5K?0.6)27.5?1.13?10?(2.5?1.2?0.6)D3?5503

?67.24N/mm2﹤[?]=176.4 N/mm2

3）工作辊的弯矩图，如图6.3所示：（单位：N·mm）

图6-3 工作辊的弯矩图

4）支撑辊与工作辊接触应力计算 工作辊和支撑辊的材料相同，所以

所以 ?=0.25，E=200Gpa， [??]=240kg/mm2=24039.8 N/mm2=2352 N/mm2，[??]=73kg/mm2=7339.8 N/mm2=715.4 N/mm2。 按赫兹公式计算：

?max?q(r1?r2)?2(K1?K2)r1r2 （6-3）

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q?P上式中： q——加在接触表面单位长度上的负荷，LS；

r1,r2——相互接触的两个轧辊（即工作辊和支持辊）的半径； K1,K2——与轧辊材料有关的系数，

2K1,K1?0.2522?1???E?113.14?2.0?104?1.49?10?5。

27.72?106?2130(275?700) max??2?2?1.49?10?5?275?700?473.65N/mm2

?max?0.304??max?0.304?473.65?144N/mm2

因为

?max?[??]?240kg/mm2=2352 N/mm2，?max?[??]?715.4N/mm2

所以轧辊满足接触强度要求

根据以上结果，可以判断出轧辊的各部分均满足强度的要求。

6.3 电机功率校核

第四架轧制压力最大，所以以第四架为例

（1）轧制力矩：按轧件作用在轧辊上的压力来确定轧制力矩。

公式： Mz?2Pxl?2PxR?h （6-4）上式中： P—轧制压力；

x—力臂系数，取0.3；

l—接触弧长度，l?R?h。

所以代入数据得 M7550Z?2?0.3?2.772?10?2?0.21?1.264?108N2mm

（2）摩擦力矩：

Mm1?Pd1f （6-5） M77m1?2.772?10?286?0.003?2.378?10N2mm

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Mm2?(1??1)(MZ?Mim1) （6-6）

87Mm2?(10.96?1)(1.264?10?2.378?101.7856)?3.5?10N2mm

6上式中：d—轧辊辊颈直径； f1—轧辊轴承中摩擦系数，取0.003； ?—粘性系数，取0.97； i—传动比，取1.7856。

Mm?Mm1i?Mm2?2.378?101.78567?3.5?10?1.682?10N2mm

67在冷连轧中，可以忽略空转力矩与动力矩，所以传动轧辊电动机轴上所需的力矩为 ；

?M?MZ?Mm?1.264?108?1.682?107?1.432?108N2mm

（3）电机传动力矩：

Mnd

?9550?Nn?9550?70005?1.52?10400

N2m?1.52?10N2mm

8式中： N——电机功率，kW； nd——轧辊转速，r/min。

8M?M?1.432?10因为 N2mm <

nd??1.52?108N2mm

所以第四架电机功率满足要求。

同理，可算出其它各机架电动机功率满足电机功率的要求。

附录 为轧机轧辊强度校核的计算机程序，其它几架可运用该程序进行校核。 根据以上结果，可以判断出轧辊的各部分均满足强度的要求。

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