热轧带钢轧制规程设计.doc

热轧带钢轧制规程设计摘 要 钢铁行业是国民经济的支柱产业，而热轧带钢生产是钢铁生产中的主要环节。热轧带钢工艺的成熟，为冷轧生产提供了优质的原料，大大地满足了国民生产和生活的需要。本车间参考鞍钢1700ASP生产线，本设计中主要包括六部分，第一部分从热轧带钢机的发展、国外带钢生产先进技术以及我国带钢发展等几个方面阐述了热轧带钢发展情况；第二部分参考了鞍钢ASP1700生产线以及实际设计情况确定了车间的轧钢机械设备及参数；第三部分以典型产品Q235，3.8×1200mm为例从压下规程、轧制速度、轧制温度等方面确定了生产工艺制度；第四部分以典型产品为例进行了轧制力和力矩计算；第五部分根据设备参数和实际制定的生产工艺进行了咬入、轧辊强度的校核；第六部分本次设计总结。 关键词：热轧带钢，轧制工艺制度，轧辊强度目 录1 综 述11.1 引 言11.2 热轧带钢机的发展现状11.3 热轧板带钢生产的工艺流程21.4 热轧板带钢生产的生产设备31.5 ASP1700热轧板带钢生产的新技术32 主要设备参数43 典型产品轧制工艺确定63.1 生产工艺流程图63.2 坏料规格尺寸的选定73.3 轧制工艺制定73.3.1 加热制度73.3.2 初轧和精轧各自压下制度73.3.3 精轧轧制速度93.3.4 精轧温度制度104 力能参数计算104.1 精轧各机架轧制力计算104.2 精轧各机架轧制力矩的计算135 设备强度及能力校核135.1 精轧机咬入角校核135.2 轧辊强度校核145.2.1 辊身弯曲强度校核175.2.2 辊颈弯曲和扭转强度校核195.2.3 辊头扭转强度校核205.2.4 接触应力的校核206 结 语22参考文献231 综 述1.1 引 言按照厚度可将板带分为厚板、薄板和极薄带钢三大类，我国将厚度60mm以上的钢板称为特厚板，20mm60mm的钢板称为厚板，4.0mm20mm的钢板称为中板， 0.2mm4mm的钢板称为薄板，其中0.2mm1.2mm又称为超薄板带，小于0.2mm的极薄板带称为箔材。按照板带的宽度分，宽度小于600mm的板带钢称为窄带钢，宽度600mm1000mm的板带（含热、冷轧板卷，涂镀层商用板卷）称为宽带钢，宽度1000mm以上的板带成为宽板带。按照板带的轧制工艺方式又可以将其分为热轧板带和冷轧板带。板带在热轧方面有深冲热轧钢板、耐腐蚀高强度热轧钢板、成型性优异的高强及超高强钢板、超宽幅汽车钢板、热镀锌钢板、超细晶高强度钢板，而在冷轧方面有冷轧薄板、涂镀层板、冷轧硅钢片、冷轧不锈钢等高附加值、高技术含量板材产品。热轧宽带钢是重要的钢材品种，对整个钢铁工业的技术进步和经济效益有着重要影响。发达国家热轧宽带钢产量约占热轧钢材的50%以上，并在国际市场竞争中居于领先地位。我国钢铁工业近年来产量增长较快，但高附加值产品的数量和质量较低。我国一般热轧带钢产品厚度下限是1.8mm，但实际上只生产很少厚度小于2.0mm的热轧带钢，即使窄带钢，产品厚度一般也大于2.5mm。因此，相当一部分希望使用厚度小于2mm带钢作原料的用户，只得使用冷轧带钢。如果能开发薄规格的热轧带钢，则可代替相当一部分的冷轧带钢使用，使生产成本大为降低。1.2 热轧带钢机的发展现状自从1926年第一台带钢热连轧机投产以来，热轧带钢生产取得了令人瞩目的进展，其面貌发生了很大的变化。1973年石油危机之前，热轧带钢生产过程以大型、高速、高产为主要目标，相继建设了一批大型热轧带钢厂。在这指导原则的指导下，一般的配置方案如图1.1（a）所示，这种配置具有较高的生产能力，产品范围广。设备能力大，在生产难变形的产品时，其强大的设备能力得以充分体现，而在轧制低碳钢时其轧制力和轧制力矩远远小于轧机许用值，从市场情况来看，较难变形产品份额只占整个板带产品份额的20 %左右。1973年以后，热轧带钢轧机的发展转向节省能源和劳动力，注重产品质量。在冶金、机械、电气、控制、计算机等领域技术发展的支撑下，在国民经济各部门对高级、多样化产品需求的推动下，热轧带钢生产采取了一系列的连续化、自动化技术，成为了一个装备水平极高、连续化的薄板生产制造系统。1图1.1 热轧带钢轧机设备的方案（a）常规热轧带钢轧机方案（高生产能力型）；（b）紧凑式热轧带钢轧机方案；（c）炉卷轧机（斯特克尔轧机）方案；（d）CSP方案（紧凑式带钢生产）；（e）带粗轧机的CSP方案1.3 热轧板带钢生产的工艺流程连铸板坯 进步式加热炉 高压水除鳞（初） 定宽压力机定宽 粗轧机 飞剪 高压水除磷（精） 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1.4 热轧板带钢生产的生产设备1、加热炉：3座步进梁式加热炉。 2、粗轧区：由高压水除鳞箱、定宽压力机、带立辊的初轧机、保温罩、废品推出机、辊道、侧导板及其他辅助设备组成。 3、精轧区：精轧区主要由切头飞剪、粗轧除鳞箱、精轧机前立辊轧机、6-7机架四辊精轧机及其他辅助设备组成。 4、卷取机区：卷取机区主要由精轧机后热输出辊道、带钢层流冷却系统、地下卷取机及其前后设备、钢卷打捆机、卸卷小车、钢卷运输系统及其他辅助设备组成。1.5 ASP1700热轧板带钢生产的新技术 1、国内第一套中薄板坯连铸机，采用当代最先进的奥钢联中薄板坯连铸工艺，板坯厚度范围100mm-135mm；2、采用短流程直接热装工艺；3、采用计算机控制的步进梁式加热炉；4、采用先进的热卷箱技术，极大提高了带钢表面质量，均衡了带坯头尾温差，改善了带钢机械性能同卷差；5、采用先进的滚筒飞剪，以实现带坯的头、尾自动剪切；6、采用先进的液压AGC控制，辅之以电动AGC控制以实现对带钢的自动厚度控制，并使用液压调辊缝偏差；7、采用先进的正弯控制及窜辊控制，以实现对带钢的板形控制；8、采用可实现卷取温度自动控制带钢层流式冷却装置；9、采用全液压具有自动跳步控制技术的地下卷取机；10、采用基础自动化(DDC)、过程控制级(SCC)、生产控制级(PCC)、生产管理级（ERP）四级计算机控制系统。22 主要设备参数粗轧机组选择主要参考鞍钢1700线，采用两架相同的轧机作为粗轧机组，其主要参数如表2.1所示。表2.1 初轧机的主要参数项目1700ASP 粗轧机支持辊尺寸 mm1400/1300×1700粗轧机工作辊尺寸 mm800/750×1700最大轧制压力 t2000道次最大压下量 mm30主电机功率kW 转速 r/min2-AC 1000040/90轧制速度 m/s0-2.8立柱断面 cm25000附着式立辊数目 架1立辊最大侧压量 mm20ASP1700精轧机是国内第一套完全设计和制造的第四代精轧机。主要体现在：牌坊断面6000cm2，大刚度，支持辊全部采用油膜轴承，压下采用电动压下和液压AGC，采用弯辊、窜辊控制板形，配有工作辊的快速换辊装置、调轧制水平线高度的导尺装置，设有机架间除鳞和流量可调的机架间冷却水控制终轧温度，采用液压活套。表2.2 精轧机的主要参数项目1700ASP 立柱断面面积 cm26020最大轧制力 kN F1-F2: 35000F3-F6: 25000 工作辊直径 mmF1-F2: 700/640 F3-F6: 665/615 工作辊辊身长度 mmF1-F2: 1730 F3-F6: 2000 支承辊尺寸 mm1550/1400×1700窜辊工作辊行程 mmF1-F2: F3-F6: ±150主传动电机功率和转速F1-F4：AC4500 kW 300550 r/minF5-F6：AC3500 kW 150300 r/min表2.3 切头飞剪的主要参数型式转鼓式圆弧飞剪剪切尺寸普碳钢，mm401550低合金钢,mm341430剪切力，kNMax.6500剪切速度，m/s0.5-2电动机DC580kW900r/min转鼓驱动2级减速机减速机速比1:22剪刃回转半径，mm1000剪刃长度,mm1650/1700表2.4 卷取机的主要参数项目1700ASP 型式三助卷辊卷取式卷取带钢厚度 mm1.5-13.0卷取带钢宽度 mm770-1550最大钢卷重量 t24最大单位宽度重量 kg/mm18钢卷内径 mm762钢卷外径 mm1150-2000卷筒直径 mm762/745727主电机转速 r/min340/1000主电机功率 kW7003 典型产品轧制工艺确定3.1 生产工艺流程图3.2 坏料规格尺寸的选定表3.1 鞍钢1700生产线板坯规格 项目板坯厚度 mm板坯长度m成品宽度mm成品厚度mm最大单重ton年设计产量wantonASP1700110-1507-15.6900-15501.5-1021290表3.2 坏料及成品尺寸项目厚度 mm宽度mm钢种坯料尺寸1501600 Q235成品尺寸3.81200Q2353.3 轧制工艺制定3.3.1 加热制度加热：加热制度取决于热轧所要求的开轧温度。一般加热温度为12501280，开轧温度为11801220。带坯在轧制过程中，边部由于散热较快，其温降大于中部温降，温差大约为100。边部温差大，在带钢横截面上晶粒组织不均匀，性能差异大，同时，还将造成轧制中边部裂纹和对轧辊严重的不均匀磨损。因此，在精轧机组前对带坯边部进行加热，将温度补偿到与中部温度一致。一般采用电磁感应加热器，可使带坯边部温度提高50到100，使带钢横向温度更加均匀，从而减少带钢边部裂纹，以适应轧制薄规格产品和硅钢、不锈钢、高碳钢等特殊品种的钢。3.3.2 初轧和精轧各自压下制度粗轧阶段压下量分配原则为：粗轧机组变形量一般要占总变形量的7080；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；一般粗轧机轧出的带坯厚度为 2040mm；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 24 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 1015左右。表3.3 不同成品厚度所对应的中间坯选定的厚度成品厚度3.893.9-5.295.3-6.997.0-9.499.5-12.7HRC3234363838-40(注：HRC为中间坯（粗轧轧完）厚度)据上表可选定中间坯厚度为：32mm，则表3.4 初轧压下制度制定道次12345H(mm)1501208456.2839.40h（mm）1208456.2839.4032h（mm）303627.7216.887.40%2030333018.77表3.5 精轧压下制度制定道次123456H(mm)3221.7613.498.365.184.14h（mm）21.7613.498.365.184.143.8h（mm）10.248.275.133.181.040.34%32383838208.23.3.3 精轧轧制速度1、确定最末架F6的穿带速度及出口速度。表3.6 速度设定项目指标序号12345厚度，mm1.451.701.902.102.40穿带速度，m/s10.6510.6510.8010.8510.65最大速度，m/s15.7515.7516.5016.5017.20抛钢速度，m/s13.6513.6513.6514.3514.35序号 678910厚度，mm2.702.903.103.403.80穿带速度，m/s10.5010.159.859.358.75最大速度，m/s17.2017.2017.2016.2015.05抛钢速度，m/s14.3514.3513.4013.0011.60序号1112131415厚度，mm4.204.605.506.507.50穿带速度，m/s8.307.807.106.155.60最大速度，m/s13.9012.9012.2010.759.05抛钢速度，m/s10.2510.008.207.206.55由于本车间的典型产品厚度h=3.8mm，所以末架轧机穿带速度为8.75m/s，出口速度15.05m/s。 2、精轧机组其它各架轧机速度制度的确定末架轧机轧制速度确定以后，可由秒流量相等原则，即由下列公式 ： v1b1h1=v2b2h2.=vnbnhn计算出各机架的轧制速度和穿带速度。由于b1=b2.=bn，则v1h1=v2h2.=vnhn表3.7 精轧机组各架轧制速度道次123456穿带速度（m/s）1.532.463.986.428.038.75轧制速度(m/s)2.634.246.8411.0413.8115.053.3.4 精轧温度制度由于带坯出粗轧后在中间辊道上和进精轧前的除鳞都会有温降，根据现场经验，取带坯在精轧除鳞后的头部温度t为1050；因为在轧机上完成金相组织转变对厚度控制和机械性能都有不良影响，所以轧制结束温度应该控制在奥氏体区，奥氏体向铁素体转变的起始温度- C钢约为875 ，设精轧末架的出口温度为880，以使晶相转变发生在层流冷却阶段，得到奥氏体向铁素体转变的细化晶粒，提高带钢显微组织性能。精轧采用温降公式：ti=t0-C(h0/hi-1） C=(t0-tn)hn/(h0-hn) （其中：t0开轧温度；tn轧后温度；h0轧前厚度；hn轧后厚度；）表3.8 精轧各架温度变化机架F1F2F3F4F5F6轧制温度（）1039.221018.56985.22931.38895.838804 力能参数计算4.1 精轧各机架轧制力计算S.Ekelund公式3是用于热轧时计算平均压力的半经验公式，其公式为： 其中m 外摩擦对单位压力影响的系数； 粘性系数； 平均应变速率；第一项（1+m）是考虑外摩擦的影响，m可以用以下公式确定：第二项中的乘积是考虑变形速度对变形抗力的影响。其中平均变形速度值用下式计算： 把m和值带入中，并乘以接触面积的水平投影，则轧制力为： 其中K=(14-0.01t)(1.4+C+Mn+0.3Cr) 10MPa 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%表示锰含量； ：决定于轧制速度的系数；轧制速度m/s66 101015152010.80.650.6表4.1 Q235钢化学成分标准牌号化学成分（%）APISPEC5LGB/T 700-2006Q235CMnSiSPCr0.221.40.350.0500.0450.10第一、二架精轧机 其余精轧机 对于第一架轧机： =0.8×（1.05-0.0005×1039.22）=0.424K=10(14-0.01t)(1.4+C+Mn+0.3Cr)=10(14-0.011039.22)（1.4+0.22+1.4+0.30.10）=110.038MPa=0.01×（14-0.01×1039.22）×1×10=0.361MPa.s同理可依次得出各机架轧制力及其他各道次计算参数，见表4.2：表4.2 各机架轧制力及其各道次计算参数表机架摩擦系数温度（）平均变形速度（s-1）平均单位压力（MPa）轧制力（t）10.424 1039.2217.503173.8311194.121 20.433 1018.56 38.674226.7591399.824 30.446 985.22 80.867309.0121472.780 40.467 931.38 165.833472.9341774.671 50.482 895.83 172.346493.3671058.743 60.488 880.00 126.056386.754474.5464.2 精轧各机架轧制力矩的计算轧制力矩可用以下公式计算：式中：P 轧制力； 道次压下量； 为力臂系数；热轧板带时：=0.420.50，取0.46对于第一架轧机轧制力矩：同理可依次得出各机架轧制力矩，见下表：表4.3 各机架轧制力矩表机架123456力矩（t·m）62.88766.25053.81551.05517.4194.4645 设备强度及能力校核5.1 精轧机咬入角校核轧机要能够顺利进行轧制，必须保证咬入符合轧制规律，所以要对咬入条件进行校核式中：工作辊直径；轧件的压下量； 咬入角； 摩擦角。原料在第一架轧机咬入时，压下量比较大，比较困难，所以对第一架进行咬入能力的校核，校核如下：由上面公式得到：已知， 所以：而，得到：由于，因此，第一架轧机可以实现带钢顺利咬入。表5.1 精轧各道次咬入角轧机F1F2F3F4F5F6咬入角/°10.269.227.415.833.331.91热轧过程中最大咬入角一般在15°20°之间，故精轧各道次咬入符合条件。5.2 轧辊强度校核轧辊直接承受轧制压力和转动轧辊的传动力矩，它属于消耗性零件，就轧机整体而言，轧辊安全系数最小，因此，轧辊强度往往决定整个轧机负荷能力，这也正是我们要校核轧辊强度的原因。 轧辊材料各不相同，粗轧机为合金锻钢，精轧机组为合金铸铁。所以他们的许用应力也不同，具体见下表所示： 表5.2 许用应力表 单位：Mpa项目许用弯曲应力 许用接触应力 许用剪切应力合金锻钢2402400730铸铁1402000610校核轧辊时，需校核轧制力最大、辊径最小的道次，所以本设计需校核精轧校核第二道次和第四道次。表5.3 F1、F2 轧辊各部分尺寸分别为4辊身直径D/mm辊身长度压下螺丝中心距辊颈直径/mm辊颈长度工作辊700/640 17302050320320支承辊1550/140017002400700700B图5.1 四辊轧机轧辊受力图1、第二架轧辊参数：（1）支撑辊辊身直径：Dz=1400mm；辊身长：Lz=1700mm；辊颈直径：dz=(0.50.55)Dz=0.5×1400=700mm；辊颈长度：z=(0.831.0)dz=1×700=700mm；压下螺丝之间的距离：az=Lz+z=1700+700=2400mm；（2）工作辊 辊身直径：Dg=640mm；辊身长度：Lg=1730mm；辊颈直径：dg=(0.50.55)Dg=0.5×640=320mm；辊颈长度：g=(0.831.0)dg=1×320=320mm；压下螺丝之间的距离：ag=Lg+g=1730+320=2050mm；辊头直径：b=Dg-（515）=640-10=630mm；取 a/b=1，a=630mm；根据下面表格得到抗扭断面系数值：表5.4 抗扭断面系数5B/x11.523460.2080.3460.4930.8011.451.789取：=0.208。表5.5 F3-F6 轧辊各部分尺寸分别为辊身直径D/mm辊身长度压下螺丝中心距辊颈直径/mm辊颈长度工作辊665/615 20002308308308支承辊1550/1400170024007007002、第四架轧辊参数：（1）支撑辊辊身直径：Dz=1400mm；辊身长：Lz=1700mm；辊颈直径：dz=(0.50.55)Dz=0.5×1400=700mm；辊颈长度：z=(0.831.0)dz=1×700=700mm；压下螺丝之间的距离：az=Lz+z=1700+700=2400mm；（2）工作辊辊身直径：Dg=615mm；辊身长度：Lg=2000mm；辊颈直径：dg=(0.50.55)Dg=0.5×615=307.5mm；取dg=308辊颈长度：g=(0.831.0)dg=1×308=308mm；压下螺丝之间的距离：ag=Lg+g=2000+308=2308mm；辊头宽度：b=Dg-（515）=615-10=605mm；取 a/b=1，a=615mm；根据下面表格得到抗扭断面系数值：表5.6 抗扭断面系数B/x11.523460.2080.3460.4930.8011.451.789取：=0.208。四辊轧机由于采用了支承辊，所以工作辊的弯矩很小，支承辊几乎承担了所有弯矩，只需对支承辊弯矩进行校核。5.2.1 辊身弯曲强度校核1、对于第二架轧机： 图5.2 支撑辊弯矩图（1）支承辊a 压下螺丝间距，b板宽。所以第二架轧机支撑辊身满足弯曲强度的要求。（2）工作辊图5.3 工作辊弯矩图a 压下螺丝间距，b板宽。所以第二架轧机工作辊身满足弯曲强度的要求。2、对于第四架轧机（1）支承辊所以第四架轧辊辊身满足弯曲强度的要求。（2）工作辊所以第四架轧机工作辊辊身满足弯曲强度的要求。5.2.2 辊颈弯曲和扭转强度校核1、对于第二架轧辊：（1）支承辊由于采用铸铁轧辊，合成应力应按第二强度理论计算：（2）工作辊只需要计算扭转应力：所以第二架轧辊辊颈满足弯曲+扭转强度的要求。2、对于第四架轧辊：（1）支承辊由于采用铸铁轧辊，合成应力应按第二强度理论计算：（2）工作辊只需要计算扭转应力：所以第四架轧辊辊颈满足弯曲和扭转强度的要求。5.2.3 辊头扭转强度校核1、对于第二架轧辊：所以第二架轧辊辊头满足扭转强度的要求。2、对于第四架轧辊：所以第四架轧辊辊头满足扭转强度的要求5.2.4 接触应力的校核因为两个轧辊的材质相同，接触应力的计算公式可简化为：1、对于第二架轧辊：式中： 加在接触表面单位长度上的负荷，N/m； 1399.824×9800/1.7=8.07×106（N/m）； 、 两接触辊的半径（工作辊和支承辊）， =0.32m，=0.7m； 弹性模量，； 铸铁 ，取=代入接触应力计算式可得：据表可知：第二架轧辊辊身挤压强度满足要求。2、对于第四架轧辊：式中： 加在接触表面单位长度上的负荷，N/m； 1774.671×9800/1.7=10.23×106（N/m）、 两接触辊的半径（工作辊和支承辊）， =0.3075m，=0.7m； 弹性模量，； 铸铁 ，取=代入接触应力计算式可得：据表可知：第四架轧机辊身挤压强度满足要求。6 结 语本设计说明书是以鞍钢新轧钢股份有限公司ASP1700生产线为蓝本而进行热轧带钢课程设计，其典型产品是Q235，3.8×1200mm。本设计通过查阅大量文献资料，编写了热轧板带钢生产的历史，发展现状以及前景，其中涉及目前热轧板带钢一些新技术、新工艺；详述了热轧板带钢生产工艺和特点。设计的主要内容包括：制定产品方案和典型产品的轧制制度，包括速度制度、温度制度、典型产品压下规程的制定等；选择设备，并对轧机强度进行校核。在制定产品方案时，以市场供求为导向，各产品的产量随市场需求的变化而变化，进而追求最大的经济效益。在制定轧制制度时，以典型产品为例，把产品质量和生产速度放在首位，使所有产品不但能够快速生产而且满足尺寸精度和组织性能的要求。生产设备的选择是在满足产品方案和保证生产出高质量产品的前提下，充分考虑设备的先进性和经济性及设备之间的合理搭配，使各设备得到了充分的利用。最后通过设备和生产能力的校核，验证了所做设计的合理性和可行性。整个设计以获得最大的经济效益为前提，同时考虑到了环保的要求，最终的目的是达到了高产低耗。在专题方面，通过查阅有关资料对热轧带钢的生产工艺流程进行了深刻的学习和研究，并认真总结了鞍钢APS1700生产线各项技术及其原理。参考文献1 朱长华. 我国板带钢生产状况及发展趋势J. 湖南冶金，2001，7(4).2 唐崇明.任启. 现代热轧板带生产技术M. 沈阳：东北大学出版社，1993.3 赵志业. 金属塑性变形原理M. 北京：冶金工业出版社，1994.4 刘宝珩. 轧钢机械设备M. 北京：冶金工业出版社，1986.5 康永林. 轧制工程学M. 北京：冶金工业出版社，2004