热连轧板带钢工艺与规程设计

热连轧板带钢

材料成型课程设计

热连轧板带钢工艺与规程设计

目录

1. 题目及要求 2. 工艺流程图 3. 轧制规程设计 3.1 轧制方法

3.2 安排轧制规程 3.3 校核咬入能力 3.4 确定速度制度 3.5 确定轧制延续时间 3.6 轧制温度的确定

3.7 计算各道的变形程度 3.8 计算各道的平均变形速度

3.9 计算各道的平均单位压力P及轧制力P和各道轧制力矩

4.电机与轧辊强度校核

4.1 轧辊校核 4.2 电机校核 5. 车间平面布置图

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（1） 题目及要求

1) 设计题目

已知原料规格为250×2100×12000mm，钢种为Q345，产品规格为16×2050mm。

2） Q345的产品技术要求

（1）碳素结构钢热轧板带产品标准（GB912-89)，尺寸、外形、重量及允许偏差应符合 GB-709-88标准 钢板长度允许偏差

（2）牌号、化学成分及机械性能：低合金结构钢 1）碳素结构钢热轧板带产品标准（GB912-89)

2)力学性能：综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，用做

中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动荷的结构、

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机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40℃以下寒冷地区的各种结构。

3)表面质量：表面要缺陷少，需要平整，光洁度要好。

（2）工艺流程图

1）工艺流程

坯料→加热→除鳞→定宽→粗轧→(热卷取→开卷)→精轧→冷却→剪切→卷取

2） 绘制工艺简图

3）确定轧制设备

粗轧机：二辊、四辊

轧辊的主要参数的确定（辊身直径D 、辊身长度L ）决定板带轧机轧辊尺寸时，应先确定辊身长度L，然后再根据强度、刚度和有关工艺条件确定其直径D。辊身长度L:应大于所轧钢板的最大宽度bmax， 即L=bmax+a；a值视钢板宽度及轧机类型而定，当bmax=1000～2500mm时，a=150～200mm,故取a=200mm，则L=2100+200=2300mm，又因为L/D=2.2～2.7，所以取D=1.00m 精轧机:四辊PC轧机

轧辊长度：L= bmax+a，取a=200mm，L

横移量

=200mm，则L=2300, 又因为

L/D=2.1～4.0，所以取D=0.8m.

1 粗轧机组

由2 架粗轧机组。第一架为二辊可逆式轧机，板坯在此机架上轧制1～3道次。为控制宽展R1 前设有立辊E1。第二架为四辊可逆式轧机，板坯在此机架上轧制1～3 道次。各轧机采用单独传动。粗轧机组设备主要有粗轧机辊道，侧导板，高压水除鳞装置，定宽压力机，立辊轧机，中间辊道，热卷箱和废品推出机等组成。

2 精轧机组

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。

3 轧机机组主要参考性能参数:

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（3）轧制规程设计

3.1 轧制方法

采取常规轧制，选用半连续连轧，粗轧机组由3架轧机组成，其中第一架为辊轧机，第二架为二辊可逆式轧机，第三架为四辊可逆式轧机。粗轧布置图如下：

精轧布置图如下：

3.2 安排轧制规程

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1）粗轧排压下

粗轧机各道次压下量分配规律为：第一道次考虑咬入及配料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

2) 精轧排压下

精轧连轧机组分配各架压下量的原则：一般也是充分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形、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应不低于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1架可以留有适当余量，即考虑到带坯厚度的 可能波动和可能产生咬入困难等，而使压下量略小于设备允许的最大压下量；第2~4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 下量一般在10~15％左右，精轧压下量排列表如下：

3.3 校核咬入能力

1） 粗轧

根据△hmax=D(1-cosа)，其中а为最大咬入角，а约为15°～22°，取а=20°，D=1m,则△hmax=60.3mm 2) 精轧

根据△hmax=D(1-cosа)其中а为最大咬入角，а约为15°～22°，取а=20°D=0.8m，则△hmax=48.2mm

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3.4 确定速度制度

粗轧速度按照梯形速度图:

(a) (b)

根据所选梯形速度图,计算各道的纯轧时间和间隙时间。根据图（b）， 粗轧机组的纯轧时间tj计算公式如下:

tj

nh ny

a

nh np

b

1

nh

60Lnh2 ny2nh2 np2 D2a2b

速度图的恒定转速，(rpm)； np——抛出速度，(rpm)；

ny——咬入速度，(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)。 各段轧制时间：

t2 t4 t3

nh nyanh np

b

;;

2

2

nh ny160L

( nhD2a

nh

2

np2b

2

)

纯轧时间tj=t2+t3+t4

粗轧轧制时间计算公式：

tj

nh ny

a

nh np

b

2222nh nynh np 1 60L

nh 2a2b D

取a=40rpm/s,b=60rpm/s,nh1=ny1=35，nh2=ny2=35， nh3=ny3=35

Nh4=ny4=55 ，nh5=ny5=55，nh6=ny6=55， np=20

3.5 确定轧制延续时间

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1）粗轧轧制时间计算

由体积不变定理可以求出每道轧后，钢板的长度得L1=14.46，L2=17.64，L3=22.05，L4=27,91，L5=35.78，L6=44.73 由公式：

tj

nh ny

a

nh np

b

2222nh nynh np 1 60L

nh 2a2b D

将上面的数据带入公式，计算各道纯轧时间，粗轧一，二，三道之间时间间隔

粗轧轧制周期t粗=7.95+9.68+12.09+9.88+12.61+15.72+4+4+4+5+4=88.93s 2） 精轧轧制时间计算

粗轧轧完的带坯长度为44.73，至精轧机间隙时间按经验取16s，由于精轧机组用7个机架，精轧机组的间隙时间：

1 11 t s 0 0

v6 v1v2

式中：s0——精轧机组各架间距，4～6m；

v1，v2,…,v6---F1～F6的穿带速度

精轧各机架转速

确定精轧机组各架速度时，应满足金属秒流量相等，即

h1v1 h2v2 h3v3 h4v4 h5v5 h6v6 h7v7 C

式中：h1，h2…h7——各架的出口厚度；

v1，v2…v7——各架的出口速度； C——连轧常数。

加速前的纯轧时间： s DN

j

tj1 11.3s

v7

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式中：sj——精轧机组末架至卷取机间距，sj=100m； D——卷取机卷筒直径，D=0.8m； N——参数，N=3~5，取5； V7——第七架的穿带速度，8m/s

根据经验取最后一道次即第四道次的穿带速度v7=8m/s,则根据秒流量体积相等算出前六道次的穿带速度分别为：v1=2.10m/s, v2=2.80m/s, v3=3.50m/s,V4=4.27m/s ，V5=5.14 m/s，V6=6.07m/s

取s0=6m,故精轧机组的间隙时间：

111111 ) 10.3s t0 6(

2.102.803.504.275.146.07

加速段轧制时间:采用加速度a=0.4m/s2

v7n v7

tj2

a

式中：v7n——第七架的最大速度，10m/s v7——第七架的穿带速度，8m/s a——加速度，0.4m/s2。

tj2 = 5.0s

加速段的带钢长度: 22

v v7

l2 7n 45m

2a

加速后的恒速轧制时间： L sj DN l2192.07 100 3.14 0.8 5 45tj3 3.5s

v6n10

11第七架的纯轧时间： tj tj1 tj2 tj3 . 3 5 3.5 19.8s

精轧轧制周期为：Tj = t j + t0=19.8+10.3=30.1s

3.6 轧制温度的确定

1）粗轧时各道次的温降

板坯加热温度定为1270℃，出炉温度降为50 ℃，粗轧前高压水除鳞温度降为20℃，故立辊开轧温度为1200℃，考虑立辊轧后再喷高压水除鳞，再进行强冷后，第一道开轧温度定为1180 ℃，故第一道尾部轧制温度为：

1180 12.9

ZT147.951180 2734() 1180 12.9() 1178.20C h10002501000

可逆轧制时，第一道次的头部为第二道的的尾部，故第二道尾部温度为：

7.95 4 9.681180 2734

() 117.410C 1180 12.9

212.51000

第二道头部在第三道时变为尾部，故先计算第二道头部的温度，即

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1178.2 12.9

41178.2 2734

() 1177.10C 212.51000

故第三道尾部温度为：

9.68 4 12.091177.1 2734

1178.2 12.9() 1168.70C

174.21000

间隔五秒：

1168.7 12.9

51168.7 2734

() 1166.70C139.41000

第四道尾部轧制温度为：

9.88116.67 2734

() 116.280C 1166.7 12.9

139.41000

第四道次的头部为第五道的的尾部，故第五道尾部温度为：

9.88 4 12.61116.67 2734

() 115.340C 1166.7 12.9

110.11000

第五道头部在第六道时变为尾部，故先计算第五道头部的温度，即

1162.8 12.9

41162.8 2734

() 1160.80C110.11000

故第六道尾部温度为：

12.51 4 15.721160.8 2734

1160.8 12.9() 1140.30C

85.91000

2）精轧时各道次的温降

带坯在中间辊道上的冷却时间，等于间隙时间加精轧第1架的纯轧时间。

1架的纯轧时间，等于精轧周期减去尾部通过精轧各架的时间。 精轧第

轧件尾部通过精轧各架的时间为：

111111

t 0 S0( ) 6( ) 6.9s

v1v2vn 13.114.158.99

故精轧第1架的纯轧时间为：

30.1 6.9 23.2s t0 tj t0

带坯在中间辊道上的冷却时间为：

Z 16 23.2 39.2s

轧件经粗轧完后经冷却装置温度降500C，则T0=1140.3-50=1090.30C

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精轧完后轧件的温度

带坯尾部进入精轧第一架的温度为：

T1

T0

ZT

0.(0)4

h1000

1090.3 273

39.21090.3 2734

0.()

68.71000

1330.4K

1057.40C 考虑精轧前高压水除鳞降1000C，则尾部进入第一机架尾部温

度为957.40C，轧件部通过精轧机组由于辐射散热所引起的温度降为:

t 17.2

S0(n 1)T246(7 1)1057.4 2734

() 17.2() 12.10C 即每

v6 h6100010 161000

12.1

2.00C, 6

架辐射温度降为 t

故尾部轧制温度为957.4-12.1=945.30C,满足轧制最终温度

3.7 计算各道的变形程度

各道次变形程度如下表：

3.8 计算各道的平均变形速度

由公式：u 2v hRH

h ，v 60

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3.9 计算各道的平均单位压力P及轧制力P和各道轧制力矩

首先对变形抗力的确定，运用相应的公式：

s 0 Kt Ku Kr

式中 0—基准变形抗力，即变形温度t 10000C、变形速度u 10s 1、变形程度

40%时的变形阻力

Kt—变形温度影响系数，当t 10000C时，Kt 1，Kt exp(A BT)

T

t 273

1000

uC DT) 10

Ku—变形速度影响系数，当u 10s 1时，Ku 1Ku (

Kr—变形程度影响系数，当真实平均变形程度 40%时，Kr 1

Kr E(

0.4

)N (E 1)

0.4

式中A、B、C、D、E、N—系数如下表：

Q345变形阻力公式系数值

由此，可以得到σs

由公式p n 1.15 s ，n 0.785 0.25

H hL

，L R h，h 得 单位轧制

2h

压力由公式P pbL得轧制压力，再由公式M 2PxR h求得轧制力矩。

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Q345热轧板轧制压下规程设计总表

(4) 电机与轧辊强度校核

4.1 轧辊校核

对铸钢轧辊，当强度极限为500-600MPa时，[б]=100-120MPa 对铸铁轧辊，当强度极限为350-400MPa时，[б]=70-80MPa

p

对二辊轧机，最大弯矩 Mmax a/2 b/2

2

a为压下螺丝中心距

辊身最大弯曲应力б1=Mmax/W1

强度校核：对轧辊辊身只校核弯曲强度б1<[б] 对二辊粗轧机取最大P=21944.1KN，取a=1.5b

3

得Mmax=5623.2KN m，W1= D

32

得б1=57.3 MPa<100MPa, 校核通过

Mmax

p

a/2 L/2 2

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对四辊轧机，支承辊最大弯矩 辊身最大弯曲应力б1=Mmax/W1

用最大p=35402.1KN，a=1.5L，D为支承辊平均辊径为1.5m Mmax=9071.8KN m 得б1=27.39 MPa<70MPa,

对工作辊，工作辊传动端扭转剪切应力 Mk/Wnn Wnn为抗扭断面系数 取最大Mk=3523.7KN m 得τ=16.70 MPa<[τ] 校核通过

4.2电机功率校核

传动工作辊所需要的静力矩，除轧制力矩以外，有附加摩擦力矩Mm,它有以下两部分组成Mm=0.06Mz+0.00317P。还有轧机的空转力矩（Mk）根据实际资料可取为电机额定力矩的3%到6%，即

M= Mz+ Mm + Mk

轧制功率计算式为W=M*ω，ω角速度， 对粗轧第一道次而言，M=2568.4kN ，W=5463kw 对精轧第一道次而言，M=3865.5kN， W=9347kw 显然两者远小于电机最大功率2*5500kw及2*5500kw。 故功率满足要求。

5. 车间平面布置图

车间布置图见下页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/i1d1.html