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：

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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

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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

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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

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4.2.5横切机组 .................................................... 22 4.2.6 纵切机组 .................................................... 23 4.2.7重卷机组 .................................................... 23

第5章 轧制制度的制定...................................... 24

5.1 典型产品的规格及性能 ............................................ 24 5.1.1 典型产品的原料的选择 ........................................ 24 5.1.2 典型产品的压下规程的制定 ................................... 24 5.2 轧制规程具体计算 ................................................ 24

5.2.1 轧制速度的计算原理 ......................................... 24 5.2.2张力计算 .................................................... 25 5.2.3 轧制力的计算原理 ........................................... 25

第6章 轧机能力校核 ....................................... 34

6.1 轧辊校核 ......................................................... 34 6.1.1 轧辊咬入校核 ................................................ 34 6.1.2 轧辊各部分尺寸的确定 ........................................ 34 6.1.3 轧辊转速的确定 .............................................. 35 6.1.4 各机架所需校核的具体数据如下 ................................ 36 6.2 轧辊强度校核 ..................................................... 36

6.2.1 支撑辊强度校核 .............................................. 36 6.2.2 工作辊强度计算 .............................................. 37 6.3 电机功率校核 ..................................................... 40

第7章 车间年产量计算...................................... 42

7.1 轧机工作图表 ..................................................... 42 7.2轧机轧制节奏的确定 ................................................ 42 7.3 轧机小时产量计算 ................................................. 43 7.4 轧机平均小时产量 ................................................. 44 7.5 车间年产量计算 ................................................... 44

第8章 各项技术经济指标 ................................... 46 8.1 技术经济指标 ............................................. 46 8.2 轧钢厂的环保 ............................................. 47

8.2.1 绿化 ........................................................ 47

8.2.2 各类有害物质的控制及防治 .................................... 47

8.3 节 能 ................................................................ 49

第9章 车间平面布置 ....................................... 50

9.1 仓库面积计算 ............................................... 50

9.1.1 原料仓库面积 ................................................ 50

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9.1.2中间仓库面积 ................................................ 50 9.1.3成品仓库面积 ................................................ 50 9.1.4 其它面积 .................................................... 50

9.2 设备间距确定 ............................................. 51

9.2.1轧机机列间的距离 ............................................ 51 9.2.2 轧机到切断设备的距离 ........................................ 51

9.3 车间跨距组成 ............................................. 51

致 谢 .................................................... 52 参考文献： ................................................. 53

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1综述

1.1 冷轧的基本知识

钢板的冷轧作为一种生产工艺，几十年来经过了多种演变，它由单机架非可逆单张轧制，到成卷可逆轧制，发展到多机架的全连续轧制。

冷轧不同于其他的轧制方法，它是将冷坯在常温下进行轧制，与热轧相比，冷轧轧制时金属变形抗力很大。冷轧的道次压下率小，轧制设备要求也就特别高。冷轧能够轧制出高精度及性能优异的板带钢产品，其主要特点为：

1) 可以生产厚度较簿的产品（分为板带钢与箔材），板带钢厚度在0.10～4.0毫米之间；宽度在600～2500毫米之间；箔材厚度为0.002～0.2毫米，宽度为200～600毫米。

2) 冷轧板带钢表面质量高，不存在热轧常出现的麻点或压入的氧化铁皮等缺陷，同时还能根据用户的不同使用要求轧制出不同表面粗糙度的板带钢。

3) 能够保证产品的尺寸精确，厚度均匀，板型平直，同板差不超过0.01-0.03毫米，完全能够达到高精度公差的要求。

4) 冷轧产品的性能及金属组织能够满足一些特殊的要求，如对电磁、深冲性能的要求等。

具有代表性的冷轧产品是：金属镀层簿板（包括热镀锌板带、电镀锌板带、电镀锡板带等）、深冲钢板（以汽车板为典型）电工用硅钢板、彩涂钢板、不锈钢板及特殊的冷轧板带钢等。

冷轧板带钢轧机可分为：二辊式、四辊式、六辊式、及其他多种多辊式。冷轧板带钢起初为单机架可逆轧制。

随着市场对冷轧产品需求的迅速增长，冷轧生产从简单的单机架可逆轧制，向多机架连轧发展。冷连轧生产工艺技术随之得到迅猛的发展。按照冷轧产品品种、规格，有三机架、四机架、五机架连轧机及以生产镀锡原板为主要品种的六机架连轧机等。最高轧制速度可达41米/秒。目前五机架连轧机组使用最为广泛。而且连轧机的生产形式也在发生变化，从常规的连轧机组发展到全连续式冷连轧机组，即将带钢的头尾焊接在一起，进行“无头轧制”，使连轧机组的生产能力大幅度提高。世界上第一台五机架全连续式冷轧机组（1425毫米）1971年6月在日本钢管福山厂投产运行成功。全连续式冷

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轧机组的出现给冷轧生产技术开创了全新的局面，它可以使产品产量、质量、收得率进一步提高，减少操作过程，节省人力和降低消耗。

二十世纪八十年代初，日本新日铁成功地将酸洗机组与冷连轧机组连成一条机组达到连续生产。酸洗、轧机联合后，不但保留了全连续轧机的优点，并有所发展，酸—轧联合机组的优点： 投资成本低、减少工序、节省人力、缩短生产时间、生产成本低、减少金属损耗、提高收得率、提高产品质量等。由于采用酸轧联合机组，使酸洗能力提高10%，冷轧能力提高40%。到目前为止，全世界已建成二十多条酸轧联合机组，其发展势头相当迅猛。

冷连轧板带机组轧机形式多为四辊不可逆式轧机或六辊不可逆式轧机。而轧制硅钢、不锈钢、高碳高合金钢、特殊钢及极簿材等轧机形式则多为多辊式冷轧机比如十二辊轧机、二十辊轧机、森吉米尔轧机等等。

冷轧板带的生产工序繁多，工艺复杂，产品多样，其机组也特别多，生产也最复杂。可以这么说，今天冷轧生产综合利用了现代冶金、机械、电气、化学、自控制等学科的最新成就而成为轧钢厂中能力最强、效率最高、生产过程机械化与自动化程度最先进的工厂，是轧钢生产向现代化发展的先锋。如酸洗——冷连轧联合机组、罩式退火炉机组、连续退火机组、热镀锌机组、电镀锌机组、电镀锡机组、电工钢机组、彩涂机组及精整机组等等。

产品特点[1]：因为没有经过退火处理，其硬度很高（HRB大于90），机械加工性能极差，只能进行简单的有方向性的小于90度的折弯加工（垂直于卷取方向）。 简单点儿来说，冷轧，是在热轧板卷的基础上加工轧制出来的，一般来讲是热轧---酸洗---冷轧这样的加工过程。

冷轧是在常温状态下由热轧板加工而成，虽然在加工过程因为轧制也会使钢板升温，尽管如此还是叫冷轧。由于热轧经过连续冷变型而成的冷轧，在机械性能比较差，硬度太高。必须经过退火才能恢复其机械性能，没有退火的叫轧硬卷。轧硬卷一般是用来做无需折弯，拉伸的产品，1.0以下厚度轧硬的运气好的两边或者四边折弯

1.2 冷轧带钢的生产工艺

1.2.1 生产工艺流程

热轧带钢→酸洗→冷轧→退火→平整→剪切→检查分类→包装→入库

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1.2.2 冷轧生产的特点

冷轧板、带材的轧制工艺特点主要有以下三个方面。 1） 加工温度低，在轧制中将产生不同程度的加工硬化。

冷轧在金属的再结晶温度以下进行,晶粒被破碎,产生了很高的位错密度,且不能在加工过程中产生回复再结晶,故板带在冷轧过程中必然产生很大的加工硬化,并随着变形程度的增加而加剧,从而使变形抗力及轧制压力增大,降低塑性。当加工硬化超过一定程度后,板料将因过分硬脆而不适合于继续轧制,或者不能满足用户对性能的要求,因此钢材经一定的轧制道次以后,往往要经软化热处理(再结晶退火、固溶处理等) ,使轧件恢复塑性,降低变形抗力,以便继续轧薄。所以在冷轧时,要制定压下规程,决定轧制变形量,并了解金属的加工硬化程度。

2） 冷轧中要采用工艺冷却和润滑（工艺润滑）。

采用工艺冷却和润滑是冷轧工艺中的另一大特点。在冷轧过程中,由于金属的变形及金属与辊面的摩擦而产生的变形热及摩擦热,使轧件和轧辊都要产生较大的温升。而轧件的温度过高会使带钢产生浪形,造成板形不均。因此,润滑对冷轧有十分重要的意义,冷轧中采用的润滑剂兼有润滑和冷却的作用,不仅可以显著减少轧辊和带材间的摩擦,从而降低轧制压力和能量消耗,同时还能增加金属延伸,提高带材厚度均匀性及表面质量,防止轧件粘着轧辊。当所轧金属的强度和硬度愈高(合金带材) 或轧制轧件厚度愈薄(薄板带材) 时,工艺润滑和冷却更为重要。有研究证明 ,使用润滑剂后,可使单位压力降低25 %～30 % ,轧制道次可减少24 %～44 %。冷轧板带常用的工艺润滑剂有纱锭油、棕榈油、蓖麻油、棉籽油及各种成分的乳化液。棕榈油含有较高的脂肪酸,润滑效果好,性能稳定,并且易于从带钢表面除掉,是冷轧中较为理想的润滑剂,但价格较高。也可用蓖麻油、棉籽油代用,也有较好效果。纱锭油也是一种代用油,但轧制后不易去除,使用效果不及蓖麻油和棉籽油。乳化液是由约15 %～25 %可溶性油,75 %～85 %水和少量无水碳酸钠配制成的混合乳状润滑剂,冷轧中采用乳化液,同时具有润滑和冷却的作用,节约了用油量,并且使用后可以回收,经处理后可以继续使用,因此得到广泛的应用。

3) 冷轧中要采用张力轧制。

采用带张力轧制是成卷冷轧带钢(包括平整) 的主要工艺特点。“张力轧制”就是轧件在轧辊中辗轧变形是在一定的前张力与后张力的作用下进行的。轧制时所需的张力由位于轧机前后的张力卷筒提供,连续式冷轧机各架之间的张力则依靠控制速度来产生。

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1.3 冷轧带钢生产的发展

薄板、带钢的生产技术是钢铁工业发展水平的一个重要标志。薄钢板除了提供汽

车、农机、化工、食品罐头、建筑、电器等工业使用外，还与日常生活有直接关系，如 家用电冰箱、洗衣机、电视机等都需要薄钢板。因而在一些工业发达的国家中，薄钢板 占钢材的比例逐年增加，在薄板、带钢中，冷轧产品占很大部分。

近年来，冷轧带钢生产技术的发展主要有以下几个方面：

1) 增加钢卷质(重)量。增加钢卷质量是提高设备生产能力的有效方法，因为冷轧带钢是以钢卷方式生产的，每一个钢卷在送到机组内轧制或处理前，都必须经过拆捆、开卷、穿带，然后加速到正常速度工作，在每一卷终了时又需要有减速、剪切、卷取及卸卷的过程，占用较多的生产时间。钢卷质量增大后，可相应地增加作业的时间，而且由于每卷带钢长度的增加，带钢在稳定速度下轧制的时间也相应增加，机组的速度才能真正得到提高，带钢的质量也才能得以改善。然而，钢卷质量也不可无限制地增加，它受到开卷机、卷取机等机械设备的结构与强度的限制，也受到电动机调速范围的限制，而且卷重太大还会给车间内钢卷的运输和存放带来困难。目前，冷轧带卷的质量已达40t，个别的达到60t，以带钢单位宽度计算的卷重达到30～36kg/mm。

2) 提高机组和轧机的速度。以五机架轧机为例，20世纪50年代大都在20m/s左右，60年代以来已逐步提高到30m/s左右，最高轧制速度达37.5m/s。六机架冷连轧机的最高轧制速度已超过了40m/s。但是，轧制速度的进一步提高会受到工艺润滑材料与方式的限制。

其他作业线(如单机架平整机组、双机架平整机组、各剪切机组、连续热镀锌机组、酸洗机组、电镀锡机组等)的机组速度也都相应提高。

3) 提高产品厚度精度。为提高冷轧带钢的厚度精度，在冷轧机上采用了全液压压下装置，以便增加轧机压下装置的反应速度，并采用了带钢厚度自动控制装置。对于高速、高产量的带钢冷连轧机，实现了计算机控制。

4) 改善板形。在带钢冷连轧机上，广泛采用液压弯辊装置来改善板形。 5)提高自动化程度。在生产操作自动化方面，普遍采用各种形式的极限开关、光电管等、对每个动作实行自动程序控制，实现了钢卷对中、带钢边缘纠偏、机组中带钢速度的自动调整、剪切钢板的自动分选等自动化操作和控制。

6) 改进轧机结构[2]。1971年以来，出现了全连续式冷连轧机。这种轧机只要一次

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引料穿带后，就可实现连续轧制。此时，后续带卷的头部通过焊接机与前一带卷尾部焊接在一起。为了保证带钢能够连续轧制，在连轧机人口端设置了活套装置。在冷连轧机组出口端没置了分卷用的飞剪机，并设置了两台卷取机，以便交替地卷取带钢。全连续式冷连轧饥即使在换辊时，带钢依然停留在轧机内。换辊一结束，轧机可立即进行轧制。采用全连续式冷连轧机，可以提高生产率30％～50％，产品质量和收得率也都得到提高。

7)改进生产工艺。不断采用新工艺、新设备，例如深冲钢板连续退火作业线和浅槽盐酸酸洗、HC轧机、和异步轧制等，以简化冷轧工艺过程，提高冷轧带钢的精度和节省能量。

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2 产品方案

2.1 产品方案

2.1.1 生产规模

根据设计任务要求本生产线工程年生产规模为150万t。

2.1.2 产品方案

产品方案定义：产品方案是指所设计的工厂或车间拟生产的产品的名称、品种、规格及年计划产量.。

表2-1 主要产品品种及规格 产品规格 产品名称 厚mm 普通碳素钢板 优质碳素钢板 涂层钢板 合计

0.3-2.0 0.3-2.0 0.3-2.0 ——— 宽mm 1000～1950 1000～1950 1000～1950 ———— 长mm —— —— 1000～4000 40 60 20 120 产量万吨 例% 30 50 20 100 所占比2.1.3 生产方案的确定

生产方案定义: 生产方案即产品的生产方法. 选择生产方案的依据

金属与合金的品种、规格、状态及质量要求

品种和规格不同，所采用的生产方案就不同，那么设计的车间就有很大的差别，若产品质量要求不同就是同一种合金品种与规格也可以采用不同的生产方案。

2）年产量的大小

产量不仅决定工艺过程的特点，同时也对设备的选择、铸锭尺寸、产品规格有着直接的影响。

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3） 投资、建设速度、机械化与自动化程度、劳动条件、工人与管理人员的数量以及将来的发展。

4）考虑经济效果，采用那种方案合理，适合建厂原则，在设计时可比照一个工艺比较成熟的厂。

所以本设计采用的是全连续式五机架串列式六辊酸轧联合机组。

2.2 坯料的确定 2.2.1 坯料的选择

原料要求：根据金属平衡，年产150万吨的冷轧产品，年需要热轧钢卷157.18万吨。确定冷轧厂所需的热轧原料规格为：

带钢宽度：1000～1980mm 带钢厚度：1.5～6.0mm 钢卷内径：?762mm 钢卷外径：?1100～2150mm 钢卷重量：最大40吨

单位质量：最大23kg/mm，平均18kg/mm

.2.2坯料的技术条件[3]

1）热轧带钢原料不应有边缘裂口、裂缝或向上弯起90°以上的边缘，应卷紧，边缘整齐，内圈无舌头。

2）热轧带钢表面不应有粗划痕及轧入外来杂质，必须脱油、脱脂、无漆。 3）热轧带钢最大波浪度为：1.5—3.0mm 带长每2mm最大到20mm 3.1—4.5mm 带长每2mm最大到15mm 4.6—6.0mm 带长每2mm最大到10mm 4）厚度偏差见表2-2

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表2-2 厚度偏差

宽度

公称厚度 <2.0 2.00～<2.50 2.50～<3.00 3.00～<4.00 4.00～<5.00 5.00～<6.00 <1200 ±0.17 ±0.18 ±0.20 ±0.23 ±0.25 ±0.27 ≥1200～＜1500 ±0.19 ±0.20 ±0.21 ±0.25 ±0.27 ±0.28 ≥1500～＜1800 ±0.20 ±0.21 ±0.22 ±0.26 ±0.28 ±0.29 ≥1800～＜2000 — ±0.24 ±0.28 ±0.28 ±0.29 ±0.30 5）浪形：100I（厚度1.5～6.0mm）。

6）凸度：凸度是指垂直轧制方向横截面上，中点厚度与距带钢边部40mm处厚度的差值，最大允许凸度见表2-3：

表2-3 最大允许凸度

带钢宽度 <1200 ≥1200～＜1500 ≥1500～＜1800 ≥1800～＜2000 允许凸度（mm） 0.10 0.13 0.16 0.20 凸度内控值（mm） 0.08 0.10 0.12 0.15 7）宽度偏差：0～+20mm。 8）同板差见表2-4：

表2-4 同板差 宽度 厚度 1.5～1.99 2.00～2.99 3.00～6.00 <1200 0.20 0.22 0.28 ≥1200～＜1500 0.24 0.27 0.32 ≥1500～＜1900 0.25 0.33 0.40 8

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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

11

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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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4设备选择和参数的确定

4.1机组组成

酸洗—轧机联合机组 1条 连续退火机组 2条 横切机组 4条 涂层机组 1条 纵切机组 2条 平整机组 1条

4.2 机组设备

4.2.1酸洗—冷轧联合机组[7]

（1）机组主要工艺参数如下： 机组形式：酸洗—冷轧联合机组。

酸洗工艺：浅槽紊流酸洗+全连续式五机架轧机。 钢卷规格： 入 口 出口

带钢厚度 1.5～6.5mm 0.3～2.0mm

带钢宽度 1000～1980mm 1000～1950mm(不切边1980mm) 内 径 υ762mm υ610mm

外 径 最大∮1100～2150mm 最大∮1100～2150mm 质 量 最大40t 最大40t 单位质量 最大23kg/mm 最大23kg/mm 酸洗工艺速度： 270m/min 酸洗介质： HCL 200g/L

14

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最大轧制速度： 1500m/min 最大轧制力： 32000kN 年轧制量： 1383400t

（2）机组主要单体设备性能如表4-1所示。

表4-1冷轧酸洗机组主要单体设备性能

设备名称 拆捆带方式（手动或自动） 台数/台 开卷机 开卷方式 形式 入口剪 台数/台 废料收集方式 形式 焊机 制造厂 有无月牙剪 形式 入口活套 小车台数/台 最大活套量/m 形式 拉矫机 最大延伸率/％ 槽数/个 酸洗槽 长3宽3深/mm3mm3mm No.1 酸浓度/g2L-1 No.2 No.3 No.1 温度/℃ No.2 No.3 酸浓度控制（手动或者自动） 酸供给方式 35000329503150 50～70 ≥100 ≥150 80～85 80～85 80～85 自动 自动 4 3 德国米巴赫公司 有 水平式 1 668 VAL Clecim 上开卷 上切液压剪 1 废料筐 激光焊机 主要性能 手动 2 备注 15

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挤干辊材质 加热装备形式 形式 酸洗段出口活套 小车台数/台 最大活套量/m 形式 圆盘剪出口活套 小车台数/台 最大活套量/m 形式 切边剪 切边量/mm 废料处理方式 出口剪 轧机电动机总功率/kW 轧辊传动方式 压下方式 轧辊尺寸 轧辊直径×辊身长度/mm×mm 支撑辊 工作辊 中间辊 耐酸橡胶 石墨加热器 水平 1 290 水平 1 448 拉剪 5～30 皮带运输 无 7000×5 工作辊传动 液压压上 φ（485～545×2130）（1、5机架） φ（485～545×2130）（2～4机架） φ（570～640×2230）（1、5机架） φ（1400～1525×2230）（1、5机架） 四列圆锥滚子轴承(2～4机架), 工作辊 轧辊轴承 中间辊 支撑辊 弯辊装置 设置机架 正负弯辊 工作辊 换辊装置 中间辊 支撑辊 轧辊窜动 四列圆锥滚子轴承、单列推力球面轴承（1、5机架） 四列圆锥滚子轴承、单列圆锥滚子轴承 四列圆柱滚子轴承+止推轴承 1～5机架 工作辊正负弯、中间辊正弯 快速换辊 快速换辊 人工换辊 1～5机架中间辊移动 2～4机架工作辊移动 16

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形式 测厚仪 设置位置 测速仪 设置位置 供货商及型号 板形辊 设置位置 出口飞剪形式 形式 卷取机 台数/台 助卷器形式 轧制油 种类 牌号 形式 X射线测厚 1～5机架入、出口 激光测速 1～5机架入、出口 5机架出口 滚筒式飞剪 Carrousel 1 摆动式 乳化液系统能力/ L?min?1 排雾能力/ m3?h?1 40000 420000

4.2.2 连续退火机组

(1) 机组主要工艺参数如下：

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 机组速度：

入口段 最大700m/min 工艺段 最大450m/min 出口段 最大820m/min

17

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（2）机组主要单体设备性能如表4-2所示。

表4-2连续退火机组主要单体设备性能

设备名称 拆困带方式 开卷机 台数/台 开卷方式 形式 入口剪 废料收集方式 形式 焊机 制造厂 焊缝清理方式 有无月牙剪 清洗段 1号碱洗槽 形式 碱洗介质 温度/℃ 1号刷洗槽 形式 刷洗介质 刷辊材质 2号碱洗槽 形式 碱洗介质 温度/℃ 2号刷洗槽 形式 刷洗介质 刷辊材质 电解清洗槽 形式 介质 3号刷洗槽 形式 刷洗介质 刷辊材质 形式 漂洗槽 介质 干燥设备 风量/ m?h3?1主要性能 自动 2 上开卷 横切剪 皮带运输 窄搭接焊机 德国米巴赫公司 辊亚 有 立式 NaOH 70 卧式 NaOH 尼龙 立式 NaOH 70 卧式 NaOH 尼龙 立式 NaOH 卧式 脱盐水 尼龙 卧式 脱盐水/冷暖水 2×45000 备注 18

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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）

19

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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

25

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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，

26 湖南工业大学专科毕业设计

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

27

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图5.1确定flˊ/hˉ压之图表 （2）第二道次轧制压力的计算 1）求平均压下率

H2=1.7mm，h2=1.3 mm，Δh2=0.4mm，h2=1.5mm

0.5?0.42.2?40.91%入口总压下率ε1=29.41% ；出口总压下率ε2=；

所以平均总压下率

??0.4?1?0.6?2?0.4?29.41%?0.6?40.91%?36%

查08Al加工硬化曲线得到∑?=36%时的1.15?s =660 MPa 2）求平均张力值 Q?（QH?Qh）/2?（11?01）15?/2112 .5MPa3）计算接触弧长度

l?R?h?275?0.35?9.81mm

fl0.05?9.81则 h?1.205?0.41

28 湖南工业大学专科毕业设计

?2?fl???0.168计算 ?h?

又因为

a?8(1??2)R/?E，

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

a?[8(1?0.252)?275]/3.14?2.0?105?0.00328

1.15?s?Q?660?112.5?547.5MPa

则 2af（1.15?s?Q）/h?2?0.00328?0.05?547.5/1.205?0.149

x?fl?查

h图， 得出 x?0.52

所以 l??xh0.5?21.2f?0.05?0150.66m m

ex?1当x?0.51时，由表查出：x?1.297

4）求平均单位轧制力p p?ex?1x(1.1?5s?Q?)1.?297?547.57 10.1Mpa5）求第二道次总轧制压力P

P?B?lp?1900?10.6?671?0.11 4.39MN（3）第三道次轧制压力的计算 1）求平均压下率

H3=1.3 mm，h3=0.9mm，Δh3=0.4 mm，h3?1.2mm

0.8?0.4?0.42.2?72%入口总压下率ε2=40.91% ；出口总压下率ε3=；

所以平均总压下率

? ??0.4?2?0.6?3?0.4?40.91%?0.6?72%?59.6%

29

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查08Al加工硬化曲线得到∑?=59.6%时的1.15?s =720 MPa 2）求平均张力值 Q?（QH?Qh）/2?（11?51）20?/2117 .5MPa3）计算接触弧长度 l?R?h?275?0.35?9.8 1mmfl?0.05?9.81则 h0.855?0.574

?2?fl???0.329计算 ?h?

又因为 a?8(1??2)R/?E，

式中： E——轧辊的弹性模量， E=200GPa；?——泊松比， ?=0.25； a?[8(1?0.252)?275]/3.14?2.0?105?0.00328

1.15?s?Q?720?117.5?602.5MPa

则 2af（1.15?s?Q）/h?2?0.00328?0.05?602.5/0.855?0.23 x?fl?查

h图， 得出：x?0.78

所以 l??xh7?80.8f?0.0.05?5153.34m m

ex?1当x?0.78时，由表查出：

x?1.517

4）求平均单位轧制力p

x p?e?1x（1.1?5s?Q）?1.5?176?02.59 14MPa

5）求第三道次总轧制压力P

P?Bl?p?1900?13.34?914?23.17MN

30

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（4）第四道次轧制压力的计算

1）求平均压下率

H4=0.9 mm，h4=0.65mm，Δh4=0.25 mm，h4=0.775mm

0.8?0.4?0.40?0.25?84%入口总压下率ε3=72%；出口总压下率ε4=

2.2

所以平均总压下率 ? ??0.4?3?0.6?4?0.4?72%?0.6?84%?79.2% 查08AL加工硬化曲线得到∑?=79.2%时的1.15?s =780 MPa 2）求平均张力值 Q?（QH?Qh）/2?（12?01）35?/2127 .5MPa3）计算接触弧长度 l?R?h?275?0.21?7.6mm

mmfl?0.05?7.6?0.66则 h0.575

?2?fl???0.44计算 ?h?

又因为

a?8(1??2)R/?E，

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

a?[8(1?0.252)?275]/3.14?2.0?105?0.00328

1.15?s?Q?780?127.5?652.5MPa

则 2af（1.15?s?Q）/h?2?0.00328?0.05?652.5/0.575?0.372 x?fl?查

h图， 得出： x?1.08

所以 l??xh?0.575f?1.080.05?12.42mm

ex?1当x?1.07时，由表查出：

x?1.8

31 湖南工业大学专科毕业设计

4）求平均单位轧制力p

xp?e?1x（1.15?s?Q）?1.8?652.5?1174.5MPa

5）求第四道次总轧制压力P

P?B?lp?1900?12.4?2117?4.52 7.72MN（5）第五道次轧制压力的计算

1）求平均压下率

H5=0.65 mm，h5=0.56mm，Δh5=0.09 mm，h5=0.605mm

0.5?0.4?0.4?0.25?0.09?88%入口总压下率ε4=84%；出口总压下率ε5=2.2；

所以平均总压下率

? ??0.4?4?0.6?5?0.4?84%?0.6?88%?86.9%

查08Al加工硬化曲线得到∑?=86.9%时的1.15?s =800MPa 2）求平均张力值 Q?（QH?Qh）/2?（13?5）45?/290 MPa3

）

计

算

接

触弧长度

l?R?2h?50fl?0.05?4.1848则 h0.435?0.

?2?fl???0.23计算 ?h?

又因为

a?8(1??2)R/?E，

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

a?[8(1?0.252)?250]/3.14?2.0?105?0.003

1.15?s?Q?800?90?710MPa2af（1.15?s?Q）/h?2?0.003?0.05?710/0.435?0.49

?0 . ? 0则 32 7

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