热轧板带钢课程设计.doc

课程设计说明书设计名称：热轧板带钢课程设计指导教师：张红梅学院：材料与冶金学院班级：姓名： 日期：2014.12.28 目录目录- 1 -1前言- 2 -2工艺流程及其设备- 3 -2.1生产工艺流程图- 3 -2.2 生产工艺流程简介- 4 -2.3产品钢种- 5 -2.4 产品规格- 5 -2.5主要设备- 5 -2.6工艺流程- 5 -2.7加热- 6 -2.8除鳞- 6 -2.9定宽- 7 -2.10保温罩- 7 -2.11飞剪- 7 -2.12卷取- 8 -2.13 轧机的主要参数- 8 -3轧制表的制定- 10 -3.1.已知条件- 11 -3.2.压下规程的制定- 11 -3.3. 温度制度- 12 -4、轧制力的计算- 14 -4.1粗轧- 14 -4.2.精轧- 19 -5设备能力校核- 23 -5.1粗轧第5道次- 24 -5.2精轧第3道次- 27 -6.小结- 31 -7.参考文献- 32 -1前言板带钢宽度600mm一下的称为窄带钢，超过600mm的称为宽带钢。世界上第一台带钢热连轧机于1905年在美国投产，生产宽200mm的带钢。带钢热轧机的技术经济指标优越，发展很快。在工业发达国家，1950年以前热轧宽带钢的产量约占钢材总产量的25%，70年代已达50%左右。热轧板带钢原料是连铸板坯或粗轧板坯，厚度为200300mm。板坯在加热炉加热后，送到轧机上轧成厚1.0025.4mm的带钢，并卷成钢卷。轧制的钢种有普通碳钢。低合金碳钢、不锈钢、硅钢等，其主要用途是作冷轧带钢、焊管、冷弯和焊接型钢的原料，或用于制作各种结构件、容器等。 板带钢热轧机由粗轧机和精轧机组成。粗轧机组半连续式、3/4连续式和全连续三种： 半连续式破磷（去掉氧化铁皮）机架和一台带有立辊的可逆式机架； 3/4连续式则除上述机架外，还有两台串列连续布置机架； 全连续式由67机架组成。精轧机由57台连续布置的机架和卷取机组成。带钢热轧机按棍身长度命名，辊身长度在914mm以上的称为宽板带钢轧机。板带钢热轧按产品宽度和生产方式有四种方式：宽带钢热连轧。宽带钢可逆式热轧、窄带钢热连轧以及用行星轧机热轧带钢。本设计任务按照鞍钢2150aps热轧带钢生产线工艺要求，设计年产320万吨2150热轧带钢生产线，产品规格厚度为3.00mm。选择250mmx1620mmx12000mm厚坯，产品范围1.225.4mm，产品要求品种广泛，质量上乘。 2150产品结构主要分为，产品品种：管线钢、汽车用钢、耐候钢、低碳钢、碳素结构钢、低合金钢、深冲钢、等。产品规格：带钢厚度1.825.4mm;带钢宽度10002000mm;钢卷内径：762mm;钢卷外径11002100mm;钢卷重量：最大37.3t。 主要产品均为轿车板、家电板和管线钢等高档板材，质量达到国际先进水平，一是高效节能、低成本、大规模、产品域宽，达到常规轧机的产品性能指标，并且完全替代常规轧机。 论文主要内容包括：1.压下规程制定：1）粗轧压下规程； 2）精轧压下规程。2. 轧制温度及摩擦系数计算：每道次温降计算；每道次摩擦系数计算。3. 轧制力计算：粗轧及精轧每道次轧制力计算。4. 轧辊强度校核：粗轧、精轧危险道次。2工艺流程及其设备2.1生产工艺流程图 连 铸 坯 步进式加热炉加热 炉后高压水除鳞 E1R1E2粗轧机可逆轧制 废中间坯切割外运 保 温 罩 飞剪切头尾 精轧前高压水除鳞 精轧机组轧制 带钢层流冷却 卷取机卷取 钢卷运输系统运输 钢卷检查 在线称重、喷印 下卷入库存放、包装外运 图2-1 生产工艺流程图 2.2 生产工艺流程简介2150ASP中薄板坯连铸连轧生产线生产组织管理由三级计算机管理系统组成， 按照热轧的生产计划，连铸安排浇铸计划，提供表面质量和内部质量全部合格的连铸板坯，通过板坯运输辊道，直接送到加热炉上料辊道，由加热炉上料长行程装钢机将板坯送入加热炉内加热。板坯在衔接辊道上（入炉辊道前辊道），经自动测长、高温计测温，以便板坯按布料图定位准确对中及加热炉过程计算机根据入炉板坯温度，对板坯进行最佳化加热控制。板坯在加热炉内加热到11500C12500C，由加热炉出钢机托出炉外，放到出炉辊道上，部分碳素钢和某些低合金钢可采用“低温出炉”轧制工艺。加热好的板坯由辊道运送，首先经过炉后高压水除鳞箱清除氧化铁皮，然后板坯进入四辊可逆粗轧机进行轧制。四辊可逆粗轧机带有前后附着立辊，前立辊奇道次轧制，后立辊偶道次轧制，道次最大侧压量为50mm。板坯在四辊可逆粗轧机上轧制35道次后，轧成3060mm厚的中间带坯。在四辊可逆粗轧机轧制中，利用设在四辊可逆粗轧机前后的高压水清除板坯再生氧化铁皮。四辊可逆粗轧机前后立辊设有自动宽度控制系统AWC，其目的主要是为了修正因轧制力的变化，而在板坯宽度上引起的误差，以及修正板坯头尾端的宽度差。四辊可逆粗轧机后设有测宽仪和高温计，监视带坯宽度和温度，并为精轧机设定提供修正数据。四辊可逆粗轧机设有除尘装置。为减少中间带坯的温降和带坯头尾温差，在输出辊道上设有保温罩，中间带坯经保温罩送往切头飞剪切头、尾。四辊可逆粗轧机如果产生废带坯或因精轧机组故障，不能继续轧制的带坯，首先抬起保温罩，然后由废品推出机把带坯整体推出到废品台架上，再利用人工火焰切割分段，用吊车运走。切头飞剪前设有带坯头部形状检测仪，实现飞剪最佳化剪切，以减少切头损失，提高收得率。飞剪前预留带坯边部加热器位置。带坯经切头、尾后，进入精轧前高压水除鳞箱，清除再生氧化铁皮，然后经过精轧机F1前的小立辊轧机F1E轧制，再送入精轧机组。带坯经过F1F6（预留F7）四辊式精轧机组，轧制成1.825.4mm的成品带钢。2.3产品钢种本次设计采用ss400钢 SS400化学成分如下表（%）：元素CMnSiPSAlVNbTi含量0.180.12-0.30.550.0350.0350.0150.02-0.150.015-0.060.02-0.2SS400力学性能如下表（%）：机械性能指标伸长率（%）试验温度0抗拉强度MPa屈服点MPa数值526J34b（375-500）s（235）2.4 产品规格本次设计产品规格为4.00x1750mm。年生产量为320万吨。2.5主要设备 1250生产线的主要设备包括：1） 三座进步式加热炉；2） 一台板坯高压水除鳞箱；3） 三架立辊轧机；4） 一架四辊可逆式粗轧机；5） 两架四辊不可逆粗轧机；6） 十二组保温罩；7） 一台转鼓式切头飞剪；8） 一台精轧高压水除鳞箱；9） 六架四辊连轧机组；10） 一套层流冷却装置；11） 三台地下卧式卷取机2.6工艺流程 连铸 板坯 进步式加热炉 高压水除鳞 粗轧机（带立辊） 保温罩 飞剪 高压水除磷 FE连轧前立辊 精轧机层流冷却 卷取机 检查 卷取分卷横切 成品2.7加热v 加热炉主要尺寸:v 炉子装料辊道与出料辊道的中心距： 42000 mmv 炉子有效长度： 36600 mmv 炉子砌砖宽度： 20040 mmv 炉子内宽宽度： 18940mmv 炉子装料辊道中心线与炉子砌砖线的距离： 2800 mmv 炉子出料辊道中心线与炉子砌砖线的距离： 2800 mmv 板坯在炉内的跑偏量 ±30mm作用：对钢坯或钢钉加热到一定温度，使它具有一定的可塑性，然后进行轧制 设备：进步梁式加热炉（三座）2.8除鳞一台板坯高压水除鳞箱：使板坯上一部分氧化铁皮破碎一台精轧高压水除鳞箱：清除二次氧化铁皮2.9定宽 采用立辊设定计算以及宽展模型自学习的宽度设定，可提高带坯头部的宽度命中率，带钢全长的宽度均匀性还需通过自动宽度控制系统（AWC）来保证2.10保温罩 保温罩的作用：保温罩是安装在中间辊道上的一种防止辐射散热的保温装置。热轧带钢具有表面积与体积比值打的特点，其散热方式主要是辐射，中间坯在辊道上输送过程中，辐射热损失达90%，对流损失9%，与辊道接触的传导损失不到1%。保温罩主要作用是以中间坯的辐射热作为热源，采用反射率大于吸收率的材料做反射板，将热量反射给中间坯，减少中间坯的热损失和头尾温差。2.11飞剪设备：飞剪机设备性能：序号名称技术数据1切头剪形式异周速滚筒式2剪切能力剪切材料碳素钢低合金钢剪切温度900900剪切负荷最大1175吨剪切规格最大60mm×2000mm切头长度500mm剪切速度约60150m/s3减速机形式二级齿轮减速机减速比14.33润滑强制给油4电动机1AC200kw×680rpm作用：用飞剪切去头部和尾部，切头的目的是为了除去温度过低的头部以免损伤辊面，并防止“舌头”、“鱼尾”卡在机架间的导卫装置或辊缝和卷取机缝隙中。 2.12卷取 设备：卷取机 设备性能：型式三助卷辊卷取式三助卷辊卷取式三助卷辊卷取式卷取带钢厚度 mm1.5-13.01.2-19.01.8-25.4卷取带钢宽度 mm770-1550800-16301000-2000最大钢卷重量 t243037.3最大单位宽度重量 kg/mm182322.4钢卷内径 mm762762762钢卷外径 mm1150-20001100-21501100-2150卷筒直径 mm762/745727762/737727762/737727主电机转速 r/min340/1000320/960230/600主电机功率 Kw7002-5001000卷取有点：提高轧制速度和轧件长度，保证高生产率，并且经济。2.13 轧机的主要参数A.粗轧项目1700ASP 1780 2150ASP 粗轧机支持辊尺寸 mm1400/1300×17001550/1400×17801650/1500×2150粗轧机工作辊尺寸 mm800/750×17001200/1100×17801250/1150×2150最大轧制压力 t200040005000道次最大压下量 mm305050主电机功率 kW 转速 r/min2-AC 1000040/902-AC 700045/852-AC 1000040/90轧制速度 m/s02.804.505.89立柱断面 cm2500070008925附着式立辊数目 架112立辊最大侧压量 mm2060(板坯230mm)50(板坯135mm)B.精轧项目1700ASP 1780 2150ASP 立柱断面面积 cm2602075208500最大轧制力 kN F1-F2: 35000F3-F6: 25000 F1-F3: 40000F4-F7: 34000 F1-F4: 45000F5-F7: 40000 工作辊直径 mmF1-F2: 700/640 F3-F6: 665/615 F1-F3: 800/710 F4-F7: 700/625 F1-F4: 850/765 F5-F7: 700/630 工作辊辊身长度 mmF1-F2: 1730 F3-F6: 2000 17802450支承辊尺寸 mm1550/1400×17001550/1400×17601600/1450×2150窜辊工作辊行程 mmF1-F2: F3-F6: ±150F1-F4: ±150F5-F7: ±200主传动电机功率和转速F1-F4：AC4500 kW 300550 r/minF5-F6：AC3500 kW 150300 r/minF1-F3：AC 8000 kW 100200 r/minF4-F7：AC7500 kW 275550 r/minF1-F5：AC10000kW 150450 r/minF6-F7：AC10000kW 200600 r/minF1E最大压下量 mm-1010F1E轧制压力 kN-100010003轧制表的制定3.1.已知条件 坯料：H=190mm b=1750mm 钢种：SS400 成品尺寸： h=4.0mm b=1750mm3.2.压下规程的制定一般粗轧机轧出的精轧坯厚为3060mm。各道次压下率一般分配范围如图下表所示。表1 粗轧各道次压下率分配范围轧制道次123456轧5道的%2030354035503050_轧6道的%152322302035274030503335本设计粗轧轧5道次，采用四辊可逆式轧机，表2表示的是取出粗轧机组的精轧坯厚为34.00mm。表2热连轧H的选用值成品厚度（mm）<3.893.905.295.306.997.009.499.5012.7H（mm）3234363838401.粗轧：规律：第一道不要过大，中间道次采用大压下率，最后道次为控制厚度和板型要适当减小压下率。 表3粗轧各道次压下分配轧制道次 1 2 3 4 5 (%) 21 36.71 36 35.94 20.59 h(mm) 42 48 36 23 7 轧前H(mm) 190 148 100 64 41 轧后h（mm 148 100 64 41 34 轧制温度（） 1105 1090 1075 1060 1040 轧制速度（m/s） 2 2.3 2.7 3.2 3.82.精轧精轧机组压下量分配的原则：第一架可以欲留适当的余量，即是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压下量；第二、三架要充分利用设备能力，给予尽可能大的压下量；以后各机架逐级减少，到最末一架一般在1015%左右，以保证板形，厚度精度及性能质量。连轧机组各机架压下率一般分配范围如表3-6所示。本设计精轧机组压下规程见表4。表4 连轧机组各机架压下率一般分配范围机架号1234567%405035453040253515251015_%4050354530402540253520281015表5 精轧机组压下规程道次123456H(mm)342615 9 64.5h(mm)2615964.54.0h811631.50.5%2342.314033.332511.11轧制温度（）975955935915895875轧制速度（m/s）3.075.3338.8813.3317.77204、轧制力的计算S.Tkelund公式是用于热轧时计算平均压力的半经验公式，其公式为 其中： 对钢轧辊，a=1; 对铸铁轧辊， a=0.8 ;式中 t: 轧制温度， ； C：以%表示碳含量； Mn: 以%表示锰的含量； :决定于轧制速度的系数； 轧制速度 m/s 6 1 6 10 0.8 1015 0.65 1520 0.6计算过程如下： 4.1粗轧粗轧（1） 轧前厚度 H=190mm 轧后厚度 h=148mm 厚度差 42mm 板宽 B=1750mm 温度 t=1105 速度 v=2000mm/s 半径 R=625mm =×10Mpa =83.05 = =0.275 = 1950.52t粗轧（2） 轧前厚度 H=148mm 轧后厚度 h=100mm 厚度差 48mm 板宽 B=1750mm 温度 t=1090 速度 v=2300mm/s 半径 R=625mm =87.58 =0.29 2812.41t粗轧（3）轧前厚度 H=100 mm 轧后厚度 h=64mm 厚度差 36mm 板宽 B=1750mm 温度 t=1075 速度 v=2700mm/s 半径 R=625mm =92.11 =0.305 2687.51t粗轧（4） 轧前厚度 H=64mm 轧后厚度 h=41mm 厚度差 23 mm 板宽 B=1750mm 温度 t=1060 速度 v=3200mm/s 半径 R=625mm =96.63 =0.32 2557.67t粗轧（5） 轧前厚度 H=41 轧后厚度 h=34mm 厚度差 7mm 板宽 B=1750mm 温度 t=1045 速度 v=3800m/s 半径 R=625mm =101.17 =1795.85t粗轧轧制力见下表 表8 粗轧轧制力表轧制道次12345轧制力t1950.552812.412687.512557.671795.854.2.精轧精轧（1） 轧前厚度 H=34mm 轧后厚度 h=26mm 厚度差 8mm 板宽 B=1750 温度 t=975 速度 v=3076.95mm/s 半径 R=425mm =122.35 =0.425 1756.27t精轧（2） 轧前厚度 H=26mm 轧后厚度 h=15mm 厚度差 11mm 板宽 B=1750mm 温度 t=955 速度 v=5.33m/s 半径 R=425mm =128 =0.42 2729.12t精轧（3） 轧前厚度 H=15mm 轧后厚度 h=9mm 厚度差 6mm 板宽 B=1750mm 温度 t=935 速度 v=8.8mm/s 半径 R=425mm =134.39 =0.36 2825.77t精轧（4） 轧前厚度 H=9mm 轧后厚度 h=6mm 厚度差 3mm 板宽 B=1750mm 温度 t=915 速度 v=1333.33mm/s 半径 R=425mm =140.43 =0.312 2586.34t精轧（5） 轧前厚度 H=6mm 轧后厚度 h=4.5mm 厚度差 1.5mm 板宽 B=1750mm 温度 t=895 速度 v=1700mm/s 半径 R=350mm =132.6 =0.306 2480.42t精轧（6） 轧前厚度 H=4.5mm 轧后厚度 h=4mm 厚度差 0.5 mm 板宽 B=1750mm 温度 t=875 速度 v=20000mm/s 半径 R=350mm =152.51 =0.324 1194.75t 表9 精轧轧制力表轧制道次 1 2 3 4 5 6轧制力t1756.272729.122825.772586.342480.42 1194.755设备能力校核（1）轧辊强度校核 P/2P/2aMz 图1四辊轧机支撑辊的受力简图bLMzMn图.2 四辊轧机工作辊的受力简图校核时需校核轧制力最大、辊径最小的道次，所以本设计需校核粗轧机第2道次，精轧第3道次。本次设计粗轧机均为四辊可逆轧机，根据四辊轧机负荷的特点，在本次设计校核中，工作辊辊身校核弯曲应力，辊头校核扭转应力，支承辊辊身校核弯曲应力，辊颈校核弯曲应力。根据设计要求，本设计工作辊和支承辊材质及许用应力如表11,12所示表10 轧辊材质 机架材质工作辊支承辊 RR合金锻钢合金锻钢 FF合金锻钢合金锻钢 FF合金锻钢合金锻钢 表 11 许用应力许用应力/许用接触应力 许用剪切应力/ kg/mm / kg/mm kg/mm合金锻钢24 240 73下面进行校核计算5.1粗轧第2道次（1）基本参数工作辊：辊身辊径：D=1150mm；辊身长：L=2150mm；辊颈直径：D=（0.50.55）D=575mm辊颈长度：L=（0.81.2）D=460mm压下螺丝间的中心距： a=2150+L=2610mm支承辊辊身长度b=2150mm带钢宽度:b=1750mm；辊头宽度:b=( D-10)×0.2=228宽厚比：b/s=1；系数：=0.208辊头厚度:s=228支承辊辊身辊径:D =1500mm；辊身长度:L=2150mm；辊颈直径:D（0.50.55）D =750mm辊颈长度:L =（0.81.2）D=600mm压下螺丝间的中心距:a=2150+L=2900mm支承辊辊身长度：L=21150mm2）轧辊强度校核从图1可以看出，由于最大弯曲力矩发生在辊身中间，故此处为危险点，应校核此处的弯曲应力。则： 支承辊强度校核<1> 辊身强度校核由于四辊轧机支承辊与工作辊承受弯矩之比等于直径比的四次方，其弯曲力Pz 和Pg 的分配也一样，即：=2.89且P+P= 2812t因此, P= 2143t P=742t M=P()= = <2>辊径强度校核M= = 故支承辊强度满足要求。 工作强度校核<1> 辊身强度校核M=( lg- bg)= =<2>辊头强度校核 M=2Px= P=扭转力矩：M=P= < 故工作辊强度满足校核（3）工作辊与支承辊接触应力校核工作辊与支承辊表面接触产生接触应力，在半径方向产生法向应力，在接触表面中间最大，可按赫兹公式计算。由于轧辊材料相同，弹性模量E=2.1×10kg/mm2，则 =0.418 =0.418<=0.304=0.304Mpa< 式中：R,R工作辊和支承辊半径，mm； q加在接触表面单位长度上的负荷，t/mm；故工作辊与支承辊接触应力校核满足要求。5.2精轧第3道次（1）基本参数 工作辊：辊身辊径:D=765mm；辊身长:L2450mm；辊颈直径:D=（0.50.55）D =0.55×765=382.5mm；辊颈长度：L=（0.81.2）D=0.8×382.5=306mm；压下螺丝间的中心距:a=2150+L=2150+306.5=2456mm；支承辊辊身长b=2150mm；带钢宽度:b=1750mm辊头宽度:b=(D-10)×0.2=151mm宽厚比： b/s=1；系数：=0.208辊头厚度:s=151mm支承辊辊身辊径:D =1450mm；辊身长度:L=2150mm；辊颈直径:D（0.50.55）D=725mm辊颈长度:L=（0.81.2）D=580mm压下螺丝间的中心距:a=2150+ L=2730mm支承辊辊身长度b=2150mm；（2）轧辊强度校核从图1可以看出，由于最大弯曲力矩发生在辊身中间，故此处为危险点，应校核此处的弯曲应力。则： 支承辊强度校核<1> 辊身强度校核由于四辊轧机支承辊与工作辊承受弯矩之比等于直径比的四次方，其弯曲力Pz 和Pg 的分配也一样，即：=12.9且PP= 2825t ,因此，P= 572t, P=2228tM=P()=<2>辊径强度校核M=故支承辊强度满足要求 工作强度校核<1> 辊身强度校核M=(L-b)=<2> 辊头强度校核M=2Px=P=扭转力矩：M=P=<故工作辊强度满足校核（3）工作辊与支承辊接触应力校核工作辊与支承辊表面接触产生接触应力，在半径方向产生法向应力，在接触表面中间最大，可按赫兹公式计算。由于轧辊材料相同，弹性模量E=2.1×104kg/mm2，则接触应力：=0.418=0.418<=0.304=0.304Mpa<式中:R,R 工作辊和支承辊半径，mm；q 加在接触表面单位长度上的负荷，t/mm；故工作辊与支承辊接触应力校核满足要求。6.小结 本设计以鞍钢2150热轧生产线为参照，以4.0x1750mm Q345为典型产品的课程设计，通过本次课程的设计，我了解了板带钢的生产工艺，设备的参数以及轧制过程中的各种影响产品质量的因素。如，温度，轧制速度，原料厚度等。通过这次磕碜设计我基本掌握了热轧带钢厂的设备参数的选择、工艺制度的制定、轧制制度的制定以及轧制能力的校核等等,在获得新的知识的同时还复习了以前学过的知识，将三年多来学到的专业知识进行了系统的复习，提高了自己对知识的综合运用以及自身的实践能力，为将来在工作中能更好的实践奠定了基础。很感谢张红梅老师带领我完成这次课程设计，给我一次考察自己对热轧板带钢学习的程度。在设计过程中我发现了自己很多不足，对知识的不熟练，想问题的不全面性。7.参考文献 1） 轧钢工艺学2） 板带钢生产原理与工艺3） 金属塑性变形原理与轧制理论- 29 -