中厚板课程设计.doc
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1、材料成型课程设计中厚板14*2800工艺设计姓 名: 学号:班级:指导老师:完成时间:2013年1月10日目录1. 设计题目2. 设计目的3. 设计任务4. 设计要求5. 设计方法及步骤 5.1 制定生产工艺 5.2 制定压下规程 5.2.1 确定板坯料的尺寸 5.2.2 确定轧制方法 5.2.3 分配各道次压下量 5.2.4 校核咬入条件 5.3 确定速度制度 5.3.1 确定速度图形式 5.3.2 选择各道咬入、抛出转速 5.3.3 计算各道纯轧时间 5.3.4 确定各道间隙时间 5.3.5 绘制速度图 5.4 校核轧机 5.4.1 计算各道轧制温度 5.4.2 计算各道变形程度 5.4.
2、3 计算各道平均变形速度 5.4.4 确定各道变形抗力 5.4.5 确定各道变形区长度 5.4.6 计算各道平均单位压力及各道总压力 5.5 校核电机 5.5.1 计算各道轧制力矩 5.5.2 计算各道附加力矩 5.5.3 计算空转力矩 5.5.4 计算动力矩 5.5.5 确定各道总传动力矩 5.5.6 绘制电机负荷图6. 总结与收获7. 参考资料8. 附录 8.1 本设计过程中主要为参数计算的Matlab 程序 8.2 Matlab 程序计算结果9. 轧机速度制度图1、电机负荷图2.设计内容一、设计题目: 题目内容:用钢种为、坯料为的连铸坯轧制产品规格为的板料的压下规程设计。 主要设备数 项
3、目 粗轧机 精轧机 轧机型式 四辊可逆轧机 PC 轧机 工作辊辊身尺寸 支撑辊辊身尺寸 工作辊辊颈尺寸 支撑辊辊颈尺寸 工作辊材质 合金铸铁 合金铸铁 支撑辊材质 铸钢 铸钢 最大轧制压力 70 70 最大轧制力矩 22.6 21.975 最大轧制速度 4.239 6.123 最大工作开口度 500 400 主电机功率 25000 25500 主电机转速 压下速度/mm s-1 25 15 本设计主电机的功率分别选用:粗轧机组 精轧机组 计算钢种: 坯料:的连铸坯; 产品规格:已知条件:开轧温度1200,纵轧时开轧温度1150;轧机为单机架四辊可逆式,设有大立辊及高压水除鳞装置,机前还设有回转
4、板坯的锥形辊道;工作辊辊身直径850950毫米,支持辊辊身直径17001800毫米、辊颈直径1200毫米,辊身长度3700毫米;工作辊轴承为滚动轴承,支承辊轴承为油膜轴承;轧机最大允许轧制压力70MN;主电机功率25000KW,转速04590rpm,最大允许扭转力矩22.6MN*m。 二、设计目的:通过这个课程设计应达到下列几个目的: 1、 通过本次设计,把在专业理论课程中所学得的知识在实际的设计工作中综合地加以运用,使这些知识得到巩固、加深和发展。 2、通过本次设计,进一步培养学生对工程设计的独立工作能力,树立正确的设计思想,掌握轧钢工艺设计的基本方法和步骤,为以后进行设计工作打下良好的基础
5、。 3、理论联系实际,将学过的理论知识加以分析,比较和研究,结合设计课题运用到实践中去解决各种问题。三、设计任务: 1、确定生产工艺流程。 2、制定压下规程。 3、确定速度制度。 4、校核轧机。5、 校核电机。 6、绘制轧机速度制度图一份。 7、绘制电机负荷图一份。四、设计要求:1、设计中应灵活运用基础理论知识、刻苦钻研、认真思考、独立完成设计。禁止盲目抄袭。 2、要求设计方法正确,方案选择合理,各种参数选择恰当,计算结果无误,图纸整洁无误,整个设计能保证产品产量质最。 3、设计过程中应细致认真,有条不紊,按事先拟定的设计进度计划完成要求内容,从设计开始即应注意底稿整洁、保存好原始数据,以方便
6、指导教师检查,并避免造成不必要的返工和整理说明书时发生困难。 4、设计说明书用文字处理软件进行编辑和排版,用B5纸或相当大小的设计说明书专用纸张打印,并装订成册。要求句子简明扼要、标点正确、层次分明、图文并茂,除设计内容外,还要求前面有目录、后面附有参考资料,图表要有编号说明。也可以手工书写,但要求字体端正清楚、纸面清洁、不得有错写、漏写及涂改等现象。 5、速度图和电机负荷图采用CAD或Windows系统附件中的“画图”软件或其它绘图软件绘制,并打印、装订;若用铅笔手工绘制,图面必须符合制图标准,并清洁美观。五、设计方法及步骤:1制定生产工艺 根据车间设备条件及原料和成品的尺寸,生产工艺过程一
7、般如下:其实物车间平面布置图如下页所示:加热的目的是为了提高塑性,降低变形抗力;板坯加热时宜采用步进底式连续加热炉;加热温度应控制在1250左右,以保证开轧温度达到1200的要求。另外,为了消除氧化铁皮和麻点以提高加热质量,可采用“快速、高温、小风量、小炉压”的加热方法。该法除能减少氧化铁皮的生成外,还提高了氧化铁皮的易除性。 除鳞是将坯料表面的炉生和次生氧化铁皮清除干净以免轧制时压入钢板表面产生缺陷,它是保证钢板表面质量的关键工序。炉生氧化铁皮采用大立辊侧压并配合高压水的方法清除,没有大立辊时采用高压水除鳞箱除鳞也能满足除鳞要求。次生氧化铁皮则采用轧机前后的高压水喷头喷高压水的方法来清除。
8、板坯的轧制有粗轧和精轧之分,但粗轧与精轧之间无明显的划分界限。在单机架轧机上一般前期道次为粗轧,后期道次为精轧;对双机架轧机通常将第一架称为粗轧机,第二架称为精轧机。粗轧阶段主要是控制宽度和延伸轧件。精轧阶段主要使轧件继续延伸同时进行板形、厚度、性能、表面质量等控制。精轧时温度低、轧制压力大,因此压下量不宜过大。 中厚板轧后精整主要包括矫直、冷却、划线、剪切、检查及清理缺陷,必要时还要进行热处理及酸洗等,这些工序多布置在精整作业线上,由辊道及移送机纵横运送钢板进行作业,且机械化自动化水平较高。2制定压下规程 1)、确定板坯料的尺寸 采用的坯料为的连铸坯。2)、确定轧制方法 根据设备条件及板坯与
9、毛板尺寸关系,确定轧制方法为:综合轧法。先经立辊侧压一道及纵轧两道次,使板坯长度等于毛板宽度后,回转,横轧直至完成。 3)、分配各道压下量,排出压下规程表,如下表1所示:根据经验,取最大压下量为:,轧制道次选择为:道次。道次出口厚度轧后宽度轧后长度压下量压下率0200.0023002500转钢/粗轧1170.0028002415.930.000.152146.682800280023.320.137 转钢 3118.8128003456.8827.870.19496.2428004267.7722.570.19577.9528005268.8618.290.19663.1428006504.8
10、714.810.19751.1428008030.6411.990.19841.4228009915.039.720.19933.55280012241.787.870.191027.18280015113.406.370.191122.02280018655.435.160.191217.83280023031.394.180.191315.51280026472.572.320.101414280029336.731.510.09736表1、压下规程编排14)、校核咬入条件 热轧钢板时咬入角一般为,各道次咬入角(如表4所示)可据公式:得到(其中,D常取平均值),此时的,故咬入不成问题。3确
11、定速度制度 1)、确定速度图形式 中厚板生产中,由于轧件较长,为方便操作,采用梯形速度图。 如下图所示: 图1、速度图形式2)、选择各道咬入、抛出转速根据经验资料可取平均加速度,平均减加速度。由于咬入能力比较富余,故可采用稳定高速咬入,对第1道次,咬入速度取,对2、3道次,咬入速度取,对于4、5道次,咬入道次取,对于612 道次,咬入道次取,对于最后两道次取。为减少反转时间,一般采用较低的抛出速度,例如取,但对间隙时间长的个别道次可取。3)、计算各道纯轧时间如上图1所示,每道轧制延续时间,其中为间隙时间,。设为时间内的轧制速度,为时间内的平均速度, 及为在及时间内轧过的轧件长度,为该道次轧后轧
12、件长度,则,故减速段长,而,其中D取平均值即。对于1道次取;对于2、3道次取,;对于4、5道次取,;对于612道次取,;对于最后两道次取,。4) 、确定各道间隙时间根据经验资料在四辊轧机上往返轧制过程中,不用推床定心时,取;若用推床定心,则当时,取,当时,取。已知及,则轧制延续时间便可据5) 、绘制速度图 见附图1所示。 4校核轧机 1)、计算各道轧制温度为了确定各道轧制温度,必须求出逐道的温度降。高温是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大致可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,可用以下公式近似计算:道次间的温降。辐射时间,即该道次轧制
13、时间。轧件厚度。前一道次轧件的绝对温度()。通过以上公式可求下列各参数如下表所示:道次轧后长度咬入速度抛出速度轧辊线速度轧制延续时间轧制温度028001150转钢/粗轧12415.92020942.005.061148.412280040201884.004.071146.95 转钢 33456.8840201884.004.421145.0144267.7860202826.005.731141.8955268.8660202826.006.091136.9066504.8780203768.006.101131.9178030.6480203768.008.511123.5689915.0
14、380203768.009.011112.89912241.7880203768.009.621099.23精轧 1015113.4080203768.0010.391081.751118655.4380203768.0011.331059.401223031.3480203768.0012.491030.931326472.57100204710.0012.151001.721429336.70100204710.0012.76970.67粗轧总时间105.24精轧总时间96.11表2、压下规程编排22)、计算各道的变形程度可据公式得到:3)、计算各道平均变形速度,式中轧辊半径及线速度。4)
15、、确定各道变形抗力周纪华等采用碳钢和合金在高温、高速下测定得到的变形温度、变形速度和变形程度对变形阻力影响的大量实测数据而建立了非线性回归模型。它是以各种钢种为单位,得到各回归系数值,结构如下式:式中:;基准变形阻力,即和时的变形阻力;变形温度();变形速度;变形程度(对数应变);回归系数,其值取决于钢种。普通碳钢变形抗力数学模型回归系数如表3所示:钢种回归系数156.7-2.7233.4460.2545-0.21970.46581.556表3、普通碳钢变形抗力数学模型回归系数6) 、计算各道变形区长度变形区长度可据公式 : 6)、计算各道平均单位压力及轧制力Sims 公式是目前应用最为广泛的
16、板带材热轧轧制力理论计算公式,它以Orowan理论为基础,采用塑性条件: ,最终推出平均单位压力公式为:其中,从而有: 其中:这里我采用志田茂公式计算:;故可得到 : 平均单位压力 轧制力应力状态系数 轧辊半径 轧后厚度压下量 考虑轧辊压扁后变形区长度 材料的平面变形抗力 轧件宽度 咬入角通过上面的计算便可得到表4中的参数:道次11.314774.827386.42550.907578.43110.258914.842622.708681.327393.93300.914685.90720.228113.078133.532092.4303106.75700.957102.17380.2495
17、14.302945.8866100.2749115.81750.9815113.670.224412.866256.5407103.2165119.21511.0086120.24410.201911.575069.6899110.5832127.72351.0388132.67740.181710.4140710.7669114.7956132.58891.0723142.1740.16359.3704811.9603119.8713138.45131.1095153.61460.14718.4312913.2925126.1214145.67031.1509167.65110.13237.
18、58641011.0776129.0409149.04231.1969178.20960.11916.82681116.4115144.0614166.39091.2479207.64660.10726.14391218.2333157.2552181.62971.3046236.96170.09655.52901320.2753155.6534179.77961.2455223.92540.07184.11541418.5169153.9175177.77471.2102215.14650.0583.3236表4、Matable程序计算结果15校核电机 1)、计算各道轧制力矩 Sims 认为
19、:热轧扁钢及中厚板时,轧制力矩为:其中力臂系数:2)、计算各道附加摩擦力矩传动工作辊所需要的静力矩,除轧制力矩以外,还有附加摩擦力矩,附加摩擦力矩由轧辊轴承中的摩擦力矩和轧机传动机构中的摩擦力矩两部分组成,即,其中在本四辊轧机可近似由下式计算:式中:支撑辊轴承的摩擦系数,取; 支撑辊辊颈直径,; 工作辊及支撑辊直径,取,。代入后,可求得:可由下式:式中:传动效率系数,取,故得:; 3)、计算空转力矩轧机的空转力矩根据实际资料可取为电机额定力矩的,现取,故得到: 粗轧时,;精轧时,4)、计算动力矩 当轧辊转速发生变化时要产生动力矩。此处由于采用稳定速度咬入,即咬钢后并不加速,而减速阶段的动力矩使
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