棒材车间工艺设计.docx

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棒材车间工艺设计

学号：

200706020228

HEBEIUnitedUNIVERSITY

课程设计说明书

CurriculumDESIGN

设计题目：

设计年产350万吨2230热轧带钢压下规程设计

学生姓名：

刘森

专业班级：

07轧2班

学院：

冶金与能源学院

指导教师：

赵丹老师

2011年03月10日

1轧钢机选择3

1.1轧钢机选择的原则3

1.2坯料尺寸5

1.3压下制度5

1.4校核咬入能力7

1.5轧钢机机架布置及数目的确定7

1.5.1粗轧前立轧机（E1、E2）8

1.5.2四辊第一粗轧机（R1）8

1.5.3四辊第二粗轧机（R2）8

1.5.4精轧前立轧机（FE）9

1.5.5精轧机组（F1～F7）9

2轧制工艺计算10

2.1确定各道次的轧制速度10

2.2确定轧件在各道次中的轧制时间11

2.3轧制图表11

2.4轧制温度的确定12

2.5各道的变形抗力12

2.6计算各道的传动力矩15

2.7轧辊辊缝和转速的设定17

1.1轧钢机选择的原则

轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备，是代表车间生产技术水平、区别于其它车间类型的关键。

因此，轧钢车间选择的是否合理对车间生产具有非常重要的作用。

轧钢机选择的主要依据是：

车间生产的钢材的钢种，成品品种和规格，生产规模的大小以及由此而确定的产品生产工艺过程。

对轧钢车间工艺设计而言，轧钢机选择的内容是：

确定轧机的结构型式，确定其主要参数，选用轧机机架数即布置形式。

在选择轧钢机时，一般要注意，考虑下列原则：

（1）在满足产品方案的前提下，使轧机组成合理，布置紧凑；

（2）有较高的生产率和设备利用系数；

（3）保证获得良好的产品，并考虑到生产新产品的可能；

（4）有利于轧机的机械化，自动化的实现，有助于工人的劳动条件改善；

（5）轧机结构型式先进合理，制造容易，操作简单，维修方便；

（6）备品备件更换容易，并利于实现备品备件的标准化；

（7）有良好的综合经济技术指标。

目前，由于机械制造业的发展，轧钢生产的日益进步，现在的主要轧机除去一些特殊用途外，基本上都已经趋于系列化，标准化了。

为我们选用轧机进行生产提供了方便的条件。

当今新型热带轧机主要有：

CVC轧机、HC轧机、PC轧机等。

1.CVC（ContinuouslyVariableCrown）轧机

近年来采用的CVC轧机是德国技术和其他国家专利的结合物，它被世界各国认为是一个能对辊型连续调整的理想设备。

CVC辊和弯辊装置配合使用可以调节辊缝达600

。

CVC精轧机组的配置一般是，前几架采用CVC辊控制凸度，后几架采用CVC辊主要控制平直度。

CVC的基本原理是：

将工作辊身沿轴线方向一半削成凹辊型，另一半削成凸辊型，整个辊身成S型或花瓶式轧辊，并将上下工作辊对称布置，通过轴向对称分别移动上下工作辊。

如图2所示。

图2CVC轧机

1——平辊缝；2——中凸辊缝；3——中凹辊缝

CVC轧机有很多优点：

板型凸度控制能力强，轧机结构简单，易改造，能实现自由轧制，操作简单，投资少。

2.HC轧机（HighCrownControlMill）

HC轧机为高性能板型控制轧机的简称，是日立公司研制的一种新型六辊轧机，它是在普通四辊轧机的基础上增加两个可轴向移动的中间辊其出发点，是为了改善或者消除四辊轧机中工作辊和支承辊之间有害的接触部分。

HC轧机利用轧辊轴向串动装置，就能适应带钢宽度变化的要求，使辊身接触长度作相应的改变。

HC轧机的主要特点：

1）具有大的刚度稳定性。

2）HC轧机具有很好的控制性。

3）HC轧机由于上述特点因而可以显著提高带钢的平直度，可以减少板带钢边部变薄及裂边部分的宽度，减少切边损失。

4）压下量由于不受板型限制而可以适当提高。

图3HC轧机

（a）六辊式（中间辊移动式）；（b）支撑辊移动式

1——工作辊；2——中间移动辊；3——支撑辊；4——支撑梁

3.PC（PairedCrossedMill）轧机

PC轧机是为轧辊成对交叉轧机，其工作原理是相互平行的上工作辊，上支承辊中心线与相互平行的下工作辊，下支承辊中心线的交叉成一定角度，这一角度等同于工作辊凸度。

通过改变这一交叉角度就能改变轧辊辊缝形状，从而达到控制带钢凸度和平直度的目的。

PC轧机能很好解决磨损和能耗的问题，PC轧机比单辊交叉所承受的轴向力要小，PC轧机结构上设计有能够承受轴向力的止推装置来克服轴向力，此止推装置安装在工作操作侧轴端。

PC轧机的缺点：

轧制结构复杂、轴向力大（达到轧制力的8%~~10%）将使轴承寿命缩短，使维护工作量大，并且增加了轧制力的测量的滞后性、操作与控制复杂、投资成本增加。

目前热轧机选型用的最多的是CVC轧机和PC轧机，其中CVC板型凸度控制能力强，轧机结构简单，易改造，能实现自由轧制，操作简单，投资少。

从降低生产成本，扩大产品品种，改善板带质量和提高经济效益来考虑的。

要求轧机具有很高的板型和板凸度控制能力，要求轧件轧得很薄，要求轧制品种更多的特点。

轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备，代表着车间的技术水平，为了实现压下量极大的控制轧制，现在轧钢车间都选用轧制力大的轧钢机和轧辊设备，板带轧机主要是四辊轧机。

在本次设计中都选用CVC四辊轧机。

1.2坯料尺寸

本设计为板坯连铸连轧生产线，板坯厚度为250mm；板坯宽度取决于产品规格；板坯长度受加热炉炉膛宽度以及轧件温降的限制。

本次设计采用250mm板厚×2100mm板宽×8m长的板坯。

1.3压下制度

此车间采用粗轧和精轧两个阶段轧制，即采用综合轧制方法，先在粗轧阶段轧六道次，达到产品所需宽度后，再在精轧机中连续轧制七道次。

制定压下制度的方法很多，一般有理论方法和经验方法。

由于理论方法比较复杂，理论公式本身也有误差，因此，在此选用经验方法，按经验分配压下量后，再进行校核及修订。

经验方法简单易行，可通过不断修正最后达到合理化。

粗轧阶段压下量分配原则为：

（1）粗轧机组变形量一般要占总变形量的70～85％；

（2）为保证精轧机组的终轧温度，应尽可能提高精轧机组轧出的带坯温度；（3）一般粗轧机轧出的带坯厚度为30～65mm；（4）第一道考虑咬入及坯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，最后道次为了控制出口厚度和带坯的板形，应适当减小压下量。

精轧机组充分利用高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几道，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。

第一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。

对于生产厚规格板带时可适当提高末机架的压下量。

此设计采用半连轧方式，前两架粗轧机可逆轧制，轧制道次由下式确定：

………………………………………………………

（2）

式中：

N—轧制道次；

—总延伸系数；

—平均延伸系数，

经验上取1.45。

总延伸计算模型

=轧件的总长度/轧件的原始长度

=轧件的成品厚度/轧件的原始厚度（忽略宽展）

表4两架可逆粗轧各道次压下量分配

参数

1道次

2道次

3道次

4道次

5道次

6道次

入口厚度（mm）

压下量（mm）

压下率（％）

250

65

26.0

185

54

29.2

131

39

29.8

92

28

30.4

64

18

28.1

46

11

23.9

表5七机架精轧各道次压下量分配

参数

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

入口厚度（mm）

压下量（mm）

压下率（％）

35

9.5

27.1

20.5

6

29.2

14.5

4.5

31.0

10

2.6

26.0

7.4

1.9

25.7

5.5

1.4

25.4

4.1

0.6

14.6

在此处连铸坯的厚度是250毫米，带钢的成品厚度是3.5毫米，代入数据

N=［log（250/3.5）］/log1.45

=11.5≈12道

粗轧第一架三道，粗轧第二架轧三道，较大的压缩比，足够的压下量，以实现带钢厚度的减薄，控制中间坯板型。

后面七架精轧机采用连轧以减少带钢温度的降低，在奥氏体区进行轧制，最终得到好的组织和优良的综合机械性能，以满足用户的需要。

1.4校核咬入能力

热轧钢板时咬入角一般为15～22°，低速咬入可取20°，由公式

....................................（3）

得：

…………………………（4）

将各道次压下量及轧辊直径代入可得各轧制道次咬入角为：

表6粗轧各道次的咬入角

道次

1

2

3

4

5

6

Δh（mm）

D（mm）

咬入角（ο）

65

1350

17.6

54

1350

16.3

39

1350

14

28

1200

11.7

18

1200

9.2

11

1200

7.3

表7精轧各道次的咬入角

道次

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

Δh（mm）

D（mm）

咬入角（ο）

9.5

850

8.6

6

850

6.8

4.5

850

5.9

2.6

850

4.5

1.9

850

3.8

1.4

850

3.3

0.6

850

2.1

根据计算结果可见咬入不成问题。

1.5轧钢机机架布置及数目的确定

轧钢机布置是轧钢机按工作机架排列成某种方式。

轧钢机布置的基本形式有三种：

横列式布置、顺列式布置和连续式布置。

轧钢机机架数目的确定与很多因素有关。

主要有：

坯料的断面尺寸，生产的品种范围，生产数量的大小，轧机布置的形式，投资的多少以及建厂条件等因素。

但是在其它条件既定的情况下，主要考虑与轧机布置形式有关。

根据本车间生产情况及现场实际状况，粗轧阶段选用两台带立辊的四辊可逆式轧机。

立辊轧机的作用是轧边，限制宽展，同时破碎轧件表面的氧化铁皮。

四辊可逆式粗轧机既可满足板坯精度高的要求，又可保证足够的压下量及较好的板形。

1.5.1粗轧前立轧机（E1、E2）

E1E2立辊轧机[12]（AWC），位于R1R2四辊轧机之前与札记相连，主要用于将钢坯从宽展方向进行轧制，改善带钢的边部组织性能，主要技术参数如下：

辊径φ1100mm（1000mm）×650mm

轧制力670KN（最大）

压下量50mm/每道次（最大）

辊缝（开口度）700-2400mm

主传动电机功率2×1500KW

转速n=0±160/400r/min

传动比i=3.67

轧辊线速度0±1.5-6.5m/s

1.5.2四辊第一粗轧机（R1）

四辊粗轧机主要参数[7]：

最大轧制压力：

5500t；

工作辊尺寸：

辊径φ1350～φ1230mm，辊面长2250mm；

支承辊尺寸：

辊径φ1850～φ1730mm，辊面长2250mm；

工作辊最大开口度：

270mm；

辊子平衡：

采用液压平衡缸；

主传动马达：

2×6500kw，转速为40/60转/分的直流马达。

1.5.3四辊第二粗轧机（R2）

四辊粗轧机主要参数：

最大轧制压力：

5500t；

工作辊尺寸：

辊径φ1200～φ1100mm，辊面长2250mm；

支承辊尺寸：

辊径φ1630～φ1500mm，辊面长2250mm；

工作辊最大开口度：

270mm；

辊子平衡：

采用液压平衡缸；

主传动电机：

2×6500kw，转速为40/80转/分的直流电机。

1.5.4精轧前立轧机（FE）

该设备安装在精轧F1的进口侧，在该立轧机中二个侧立辊的侧压压下采用的具有高性能伺服阀控制的长行程液压缸，运用了自动宽度控制系统。

该技术的运用将有效地提高带材的宽度、精度。

主要技术参数：

辊子直径：

maxφ630mm，minφ570mm；

辊身长度：

350mm；

辊子开口度：

max1760mm，min720mm；

马达参数：

2×370kw870rpm；

低速轴输出轴转速n2=74rpm；

轧制速度：

max146m。

1.5.5精轧机组（F1～F7）

七架四辊精轧机机座之间以6000mm的间距串联布置形成了一条七机架连轧精轧机组。

每个机座的上下工作辊用一台直流马达通过马达接手、齿轮减速（或齿轮座）以及轧机的主传动轴驱动。

精轧机组主要技术参数：

工作辊：

F1～F7辊径×辊身长＝850/735mm×2250mm；

支承辊：

F1～F7辊径×辊身长＝1630/1400mm×2250mm；

轧制力：

F1～F7max4200t；

主电机参数：

F1～F72×5500kw×200/500rpm。

2轧制工艺计算

2.1确定各道次的轧制速度

可逆式轧制的速度图有两种类型：

梯形速度图和三角形速度图。

三角形速度图的生产率高于梯形速度图的生产率，但采用三角形速度图时，若转速高于电机额定转速，则允许的力矩要降低，当轧件较长时，还可能超过电机的最高转速。

粗轧机轧长阶段道次及精轧机所有道次一般采用梯形速度图。

本设计粗轧阶段钢坯太重，因此采用稳定低速轧制制度。

粗轧阶段确定咬入转速时，应考虑咬入条件，即为改善咬入条件，可以减少压下量。

根据经验资料取平均速度R1为n＝20rpm，R2为n＝30rpm。

精轧末架的轧制速度决定着轧机的产量和技术水平。

确定末架轧制速度时，应考虑保证各主要设备和辅助设备生产能力的平衡；轧制带钢的厚度及钢种等，一般薄带钢为保证终轧温度而用高的轧制速度；轧制宽度大及钢质硬的带钢时，应采用低的轧制速度。

本设计把终轧速度设定为14m/s。

带钢厚度小，其穿带速度可高些。

穿带速度的设定可有以下三种方式：

1.当选用表格时，按标准表格进行设定；

2.采用数字开关方式时，操作者用设定穿带速度的数字开关进行设定，此时按键值即为穿带速度；

3.选用按温度计算的方式时，按温度模型进行设定，此时应按终轧温度预测模型反算出穿带速度，以便尽可能使终轧温度接近目标值。

其它各架轧制速度的确定在精轧机末架轧制速度确定后，根据连轧条件——秒流量相等的原则，根据各架轧机出口速度和前滑值求出各架轧制速度。

即由

……………………………（5）

根据以上公式可依次计算得：

表8精轧机轧制速度

道次

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

VH（m/s）

Vh（m/s）

1.1

1.9

2.64

2.7

2.8

4.0

4.2

5.7

6.0

8.1

8.5

11.4

12.0

14

已预设末架出口速度为3.5m/s由经验向前依次减小以保持微张力轧制（依据经验设前一架出口速度是后一架入口速度的95％）依据秒流量相等得：

2.2确定轧件在各道次中的轧制时间

粗轧阶段轧件在每道中的轧制tf由以下几部分组成：

道次间隙时间t0（它包括空转加速时间、空转减速时间和停留时间）、轧制时间t1，辊道运行时间t3即tf＝t0＋t1＋t3其中t1为纯轧时间，它可以根据轧制速度计算出来。

表9粗轧轧制延续时间

道次

1

2

3

4

5

6

轧制时间

5.4

7.6

10.9

10.5

14.5

19.1

由于两架粗轧机间距96m，所以轧件尾部从第一架轧机出口轧出时头部

距第二架有73m，为了保证轧件的轧制温度，轧件在尾部从第一架出来开始加速到接近第二架入口处减速到入口速度，设定以平均8m/s的速度前进，t12=73/8=9s。

由于轧件较长，取间隙时间t0＝4s所以粗轧总延续时间tcz=5.4+7.6+10.9+9+10.5+14.5+19.1+4×4＝93s。

确定精轧速度制度包括：

确定末架的穿带速度和最大轧制速度；计算各架速度及调速范围；选择加减速度等。

精轧纯轧时间为：

Tzh=250×8/3.5×14=40.8s。

精轧机组间机架间距为6米，间隙时间分别为tj1=6/1.9=3.2s；tj2=6/2.7=2.2s；tj3=6/4.0=1.5stj4=6/5.7=1.1s；tj5=6/8.1=0.7s；tj6=6/11.4=0.5s；tj7=6/14=0.4s。

则精轧总延续时间为

s。

各架轧机的速度的确定除应满足连轧关系外，还应具有较大的调速范围，以满足不同品种的要求。

（由末架轧制速度的两个极限值按秒流量相等推算出各架转速再乘以一系数即可得出各架的调速范围。

）

2.3轧制图表

本设计粗轧采用两架可逆轧制，精轧用七架连轧，如图4所示轧制图表

图4轧制图表

2.4轧制温度的确定

为了确定各道的轧制温度，必须求出逐道的温度降。

高温时轧件的温降可按辐射散热计算，因为对流和传导所散失的热量大致可以与变形功所转换的热量抵消。

辐射散热所引起的温降可由下列近似公式计算：

……………………………………….（6）

式中：

—道次间温降，℃；

—辐射时间，即该道次的轧制时间，s；

—轧件厚度，mm；

—前一道轧件的绝对温度，K。

取板坯加热温度为1250℃，出炉温降为30℃，粗轧前高压水除鳞温度降为40℃，则第一道开轧温度定为1180℃，则第一道次温度为：

钢坯从R1出口道R2入口有96m的距离，在辊道上有热传导和辐射传热产生温降为78℃。

所以R2入口温度为1100℃，带入公式依次得粗轧各道次轧制温度：

表10粗轧轧制温度

道次

1

2

3

4

5

6

T（oC）

1180

1171

1159

1081

1059

1033

粗轧完得中间板坯经过一段中间辊道进入热卷取箱，再经过飞剪、除鳞机后，再进入精轧第一架时温度降为980℃。

由于精轧机组温度降可按下式计算：

………………………….（7）

式中

、

——精轧前轧件的温度与厚度；

、

——精轧后轧件的温度与厚度。

代入数据可得精轧机组轧制温度：

表11精轧轧制温度

道次

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

T（oC）

980

966

941

917

901

866

845

2.5各道的变形抗力

各道次相应的轧温度确定后，可根据横井法计算各道次的变形抗力

………………………（8）

…（9）

分别为入口和出口厚度mm

Tk轧制温度K

N轧辊的转速r/min

R轧辊半径mm

r压下率

C轧件含碳量％

常数a0～a7有如下值

a0=0.126，a1=-1.715，a2=2534，a3=2851，a4=2968，a5=-1120，a6=0.13，a7=0.21

几何状态系数Kg为：

…………………………（10）

出口宽度mm

Zp抛物线平均状态比

……………..………………（11）

抛物线轧件平均厚度

………………………………（12）

b0～b4有如下值：

b0=0.53，b1=-1.66，b2=0.24，b3=0.28，b4=0.39

带入数据计算的各道次的变形抗力为：

表12变形抗力

道次

1

2

3

4

5

6

7

粗轧

（Mpa）

精轧

（Mpa）

78

93.5

79

105

81

113

96

125

102

147

112

167

194

计算各道的平均单位压力：

根据经验数据可取应力状态影响系数η＝0.785+0.25l/h，其中h为变形区轧件平均厚度，l为变形区长度，单位压力大时（20×107Pa）应考虑轧辊弹性压扁的影响，因为粗轧时变形抗力不会超过这一值，故可不计算压扁影响，此时变形区长度

。

则平均单位压力为：

…………………………..（13）

1.粗轧段轧制力计算

粗轧段轧制力根据公式：

计算

将数据代入公式可得各道次轧制力。

表13粗轧轧制力

道次

1

2

3

4

5

6

轧制力（KN）

39440

45220

47120

47060

43950

35210

此过程由VB程序计算。

2.精轧段轧制力计算

用SIMIS公式计算热轧带钢轧制力：

…………………………….（14）

式中：

——轧制力N；

B——轧件宽度mm；

Qp——考虑接触弧上摩擦力造成应力状态的影响系数；

Lc——考虑压扁后的轧辊与轧件接触弧的水平投影长度mm；

K——决定金属材料化学成分以及变形的物理条件－变形温度、变形速度及变形程度的金属变形阻力K=1.15

；

KT——前后张力对轧制力的影响系数；

由以上公式可知平均单位压力：

①计算

时用西姆斯公式的简化公式克林特里公式

…………………………………..（15）

式中：

②K可以按照粗轧时的计算方法计算，数据如前表

③KT按下式计算

…………………………………（16）

因为前张力对轧制力的影响较后张力小，所以a>0.5，本设计中取a=0.7，前后张力均取3Mp。

④接触弧投影长度计算：

一般以为接触弧长度水平投影长度为

………………………………………（17）

当考虑到轧辊受到很大的轧制力时轧辊将压扁则接触弧水平投影长度将为

…………….（18）

式中：

——接触弧上的平均单压力

——泊松系数

E——弹性模量

对钢轧辊，弹性模量E＝2.1×105Mp；泊松系数

＝0.3；

因此m＝1.1×10-5Mp-1

将各道次参数输入可得精轧各道次轧制力。

表14精轧轧制力

道次

1

2

3

4

5

6

7

轧制力（KN）

15680

17200

17600

18060

18000

15460

12550

整个计算过程由VB程序进行算。

2.6计算各道的传动力矩

由下式计算：

……………..……………………（19）

其中：

1.轧制力矩由下式计算：

…………………………………………（20）

为合力作用点系数。

一般对热轧板带轧制约为0.42～0.50，对于粗轧

=0.46，精轧

＝0.4

，为变形区长度，mm；

计算结果如下：

表15轧制力矩

道次

1

2

3

4

5

6

7

粗轧（KNm）

精轧（KNm）

6990

815

7057

839

7557

845

7694

879

7302

864

6924

837

796

2.附加摩擦力矩由两部分组成：

…………………..………………….（21）

式中：

—轧辊的轴承中的摩擦力矩；

—传动机构中的摩擦力矩。

表16轧辊的轴承中的附加摩擦力矩

道