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1、攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 61700mm热轧带钢粗轧压下规程制定学生姓名： 学 号： 201111102034所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 2011级压力加工班 指 导 教 师： 肖玄 职称： 助教 2014年 10 月 13 日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目61700mm热轧带钢粗轧压下规程制定1、课程设计的目的通过本课程设计教学所要达到的目的是：1、训练学生综合运用机械原理、金属塑性成型原理、金属凝固原理、成型工艺设备及设计等课程的理论知识独立思考、分析、初步解决材料成型工艺问题的技能，提高运算、设计绘图能力及查
2、阅资料的技能；2、使学生熟练掌握工艺设计的步骤和方法；3、培养学生以理论为基础并结合生产实际进行工艺设计的设计思想。4、为毕业设计（论文）及毕业后从事工程工作打下良好的基础。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容：1、根据所选的题目查阅相关的资料，认真理解题目的意图。2、按要求设计计算出相应的轧制规程（孔型图）。3、对照生产实际，对自己的设计进行综合评定、总结。要求：1、设计过程中要做到严谨、科学、切合实际。2、要有一定的突破及创新。3、设计说明书要严格按要求书写。3、主要参考文献1轧钢车间设计基础，袁康，北京钢铁学院压力加工系2板带钢轧制工艺指导书，李登超3挤压工
3、艺及模具，贾俐俐等，机械工业出版社4冲模设计应用实例，模具实用技术丛书编委会，机械工业出版社5塑性成形工艺与模具设计，高锦张等，机械工业出版社4、课程设计工作进度计划第一周：1、认真领会指导书中所给题目的内容，查阅相关的资料。2、根据自己的理解形成初步的设计方案。第二周：1、对自己的设计方案进行修改。2、书写设计说明书。指导教师（签字）肖玄日期2014年 10月9 日教研室意见：同意。 孙青竹 2014年 10 月11日学生（签字）： 廖章程接受任务时间： 年 月 日课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称61700mm热轧带钢粗轧压下规程制定评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态
4、度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整
5、。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日摘 要板带钢是钢铁产品的主要产品之一，广泛应用于工业、农
6、业、建筑业以及交通运输业。热轧板带钢在国名经济发展中起到巨大的推动作用。热轧板带生产一直是轧制行业中高新技术应用最为集中、人为最为关注的领域。本次设计的是中板坯连铸连轧生产线的粗轧压下规程。本次设计介绍了热轧板带钢的粗轧压下规程，主要设备参数，以中板坯连铸连轧生产线来设计选择坏料，制定粗轧压下规程，制定速度制度、温度制度，最后对轧机的咬入角和轧辊的强度进行校核。关键词：热轧带钢，中板坯连铸连轧，温度制度，速度制度，轧辊强度ABSTRACTPlate band steel is one of the main products of steel products, which is widely
7、 used in industry, agriculture, construction and transportation industry. Hot-rolled strip steel plays a huge role in national economic development. Hot-rolled strip production has been being the field of the application of high technology which is the most concentrated and of most concern in the ro
8、lling industry. The design of the rolling schedule of rough rolling of slab continuous casting and rolling production line has been made. This design introduces the roughing press rules of hot-rolled strip steel, main equipment parameters, the choices of bad material of slab continuous casting and r
9、olling production line, develops speed system and temperature system, and checks the bite angle of rolling mill and the strength of the roller.Key words hot-rolled strip steel, slab continuous casting and rolling production line,speed system, temperature system, the strength of the roller目 录摘 要IABST
10、RACTII1 热轧板带钢概述11.1热轧板带钢概述11.2热轧板带钢生产的工艺流程11.3热轧板带钢生产的生产设备12 典型产品轧制工艺制定32.1压下规程设计32.1.1坏料尺寸32.1.2粗轧机组压下量的分配32.1.3校核咬入能力32.1.4确定速度制度42.1.5确定轧制温度62.1.6轧制压力的计算72.1.7传动力距的计算83 轧辊强度校核与电机能力验算103.1轧辊的强度校核103.1.1 支承辊弯曲强度校核103.1.2工作辊的扭转强度校核123.1.3工作辊与支承辊之间的接触应力133.2电机的校核143.2.1 静负荷图143.2.2主电动机的功率计算154 结束语17参
11、 考 文 献18空2格宋体五号宋体五号加粗黑体三号宋体小四号加粗1 三号黑居中热轧板带钢概述1.1热轧板带钢概述国名经济建设与发展中的大量使用的金属材料中钢铁材料占很大比例，例如2005年世界钢产量约为11亿吨。98的钢铁材料都是采用轧制方法生产的，轧材中3060以上都是板带材。板带钢产品薄而宽的断面决定了板带钢产品在生产商和使用上有其特有的优越条件。从生产上讲，板带钢生产方法简单，便于调正、便于改换规格；从产品应用上讲，钢板的表面积大，是一些包覆件不可缺少的原材料，钢铁可冲、可弯、可切割、可焊接，使用灵活。因此板带钢在建筑、桥梁、机车车辆、汽车、压力容器、锅炉、电器方面得到广泛的应用。热连轧
12、钢板、带产品，是以板坯（主要为连铸坯）为原料，经加热后由粗轧机组及精轧机组制成带钢。从精轧最后一架轧机出来的热带钢通过层流冷却至设定温度，由卷取机卷成带钢卷，冷却后的带钢卷，根据用户的不同需求，经过不同的精整作业线（平整、矫直、横切或纵切、检验、称重、包装及标志）加工而成为钢板、平整卷及纵切带钢产品。由于热连轧钢板产品具有强度高，韧性好，易于加工成型及良好的可焊接性等优良性能，因而被广泛应用于船舶、汽车、桥梁、建筑、机械、压力容器等制造行业。1.2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 粗扎机 飞剪 高压水除鳞（精） FE连轧前立棍 精轧机层流冷却 卷
13、取机 检查 卷取分卷横切 成品1.3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、带立棍的初轧机、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、精轧机前立棍轧机、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空2格宋体五号宋体五号加粗黑体三号宋体小四号加粗2 三号黑居中典型产品轧制工艺制定2.1压下规程设计2.1.1坏料尺寸本设计为中板坯连铸连轧生产线，板坯厚度为1
14、80mm；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度的限制。本次设计采用180mm板厚；1500mm板宽；12m长的板坯。2.1.2粗轧机组压下量的分配根据板坯尺寸，轧机架数，以及产品厚度等合理确定粗轧机组总变形量及各道次压下量。其基本原则是：本设计粗轧机组由两架四辊可逆式轧机连续轧制，粗轧六道次，各道次的压下量分配如下： 表2-1 粗轧各道次压下量分配参数入口厚度（mm）压下量（mm）压下率（）R11804022.2R21403525R31053533.3R4703042.9R5401333.3R627725.92.1.3校核咬入能力热轧钢板时咬入角一般为1522，低速咬入
15、可取20，由公式： (2-1)得 (2-2)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2-2 各轧制道次咬入角道次R咬入R140110015.5R235110014.5R335110014.5R430110013.4R51311008.8R6711006.5R158006.4R24.58006.1R348005.7R42.58004.5R51.26003.6R60.86003.0根据计算结果可见咬入不成问题。2.1.4确定速度制度（1）粗扎速度制度由于板坯较长，为操作方便，可采用梯形速度图。根据经验资料，取平均加速度a=40rpm/s。由于咬入能力很富裕故可采用稳定高速咬入，考虑到
16、粗轧机生产能力与精轧机生产能力得匹配问题，确定粗轧速度如下：咬入速度为=a=40rpm/s，抛出速度为=a=20rpm/s。（2）粗轧轧制延续时间每道次延续时间， （2-3）其中为间隙时间，为纯轧制时间， （2-4）设为时间内的轧制速度，为时间内的平均速度，则 （2-5） （2-6）减速时间 （2-7） 减速段长 （2-8）稳定轧制段长 （2-9） （D取平均值） （2-10）轧制第一二道次时，以第一架为计算标准，=40rpm/s，=40rpm/s，轧件长度： ， 减速时间： ， 减速时平均速度：， ， 则轧制延续时间为6.79s，由以上的公式可求得粗轧各道次轧制时间：表2-3 粗制各道次轧制
17、时间道次轧制时间R16.79R26.79R313.5R413.5R534.8R634.8由于两架粗轧机间距7m，所以轧件尾部从前一架轧机出口到后一架入口所需时间。由于轧件较长，取间隙时间，所以粗轧总时间：t=6.79+1305+34.8+62+4.43=71.19s。2.1.5确定轧制温度粗扎温度确定：为了确定各道次轧制温度，必须求出遂道次的温度降。高温轧制时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可大致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按下式计算： （2-11）式中 Z 辐射时间即该道次轧制延续时间 前一道的绝对温度 前一道的轧出厚度 由于
18、轧件头部和尾部温度降不同，为设备安全着想，确定各道次温度降时以尾部为准。根据现场生产经验数据，确定开轧温度为1200，带入公式依次得各道次轧制温度：表2-4 各道次轧制温度道次T()R11198R21192R31185R41168R51149R610932.1.6轧制压力的计算粗扎段轧制压力计算：粗轧段轧制力根据公式：P=Bl-计算（1）求各道次的变形抗力：变形抗力由各道次的变形速度，变形程度，变形温度共同决定。变形速度按下式计算 (2-12)式中R、v轧辊半径及线速度把参数带入得：表2-5 各道次的变形抗力道次V（m/s）T()(%)H(mm)h(mm)s(Mpa)R12.311984180
19、14083R22.321192514010593R33.21185910570103R43.31168147040105R53.21149154027118R63.21093162720139R11.2499482015149R21.86985161510.5179R33.169653710.56.5208R45.4933816.54249R58.1689715142.8286R6128502582.82.0319（2）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,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（300Mpa）应考虑轧辊弹性压扁的影响，因为粗轧时变形抗力不
20、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： (2-13)将数据代入公式可得各道次轧制力。表2-6 各道次轧制力道次R1R2R3R4R5R6轧制力（MN）2105620.8126.2231.9524.4121.502.1.7传动力距的计算（1）轧制力矩按下式计算： （2-14）式中合力作用点位置系数（或力臂系数），中厚板一般取为0.40.5，粗轧道次取大值，随轧件的变薄则取小值。各道次轧制力矩值如下图：表2-7 各道次轧制力矩参数第一道第二道第三道第四道第五道第六道粗轧2.882.572.963.281.791.47（2）传动工作辊所需要的静力矩除轧制力距外，还有附加摩
21、擦力距Mm，他有以下两部组成，即Mm=Mm1+Mm2，其中Mm1在四辊轧机可近似地得出下式计算： （2-15）式中 支撑辊轴承的摩擦系数，f=0.005 dz 支撑辊辊颈直径，对于粗轧机，dz =1100m； 、工作辊及支撑辊直径，对于粗轧机代入后可求得：粗轧机Mm1=0.00303P （2-16）式中 传动效率系数，本轧机无齿轮机及齿轮座，但接轴倾角3，故可取 =0.94，故得=0.064（）表2-8 各道次的摩擦力矩道次一二三四五六粗轧0.190.230.270.300.1930.1633 轧辊强度校核与电机能力验算总的说来，轧辊的破坏决定于各种应力（其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力，
22、由于温度分布不均或交替变化引起的温度应力以及轧辊制造过程中形成的残余应力等）的综合影响。为防止四辊板带轧机轧辊辊面剥落，对工作辊和支撑辊之间的接触应力应该做疲劳校验。3.1轧辊的强度校核四辊轧机的支撑辊直径D2与工作辊径D1之比一般在1.52.9 范围之内。显然，支撑辊的抗弯端面系数较工作辊大的多，即支撑辊有很的刚性。因此，轧制时的弯曲力矩绝大部分有支撑辊承担。在计算支撑辊时，通常按承受全部轧制力的情况考虑。由于四辊轧机一般是工作辊传动，因此，对支撑辊只需计算辊身中部和辊径端面的弯曲应力。3.1.1 支承辊弯曲强度校核支撑辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见下图3-1。图3-1 四辊轧机支承辊计算图宋
23、体五号图2-1 四辊轧机支承辊计算图 在轧辊的1-1断面和2-2断面上的弯曲应力均满足强度条件，即 （3-1） （3-2）式中 P 总轧制压力 d1-1、d2-2 1-1和2-2断面的直径； C1 、C2 1-1和2-2断面至支反力处的距离； Rb许用弯曲应力。支撑辊棍身中部3-3断面处弯矩是最大的。若认为轴承反力距离L等于两个压下螺丝的中心距LO，而且把工作辊对支撑辊的压力简化成均布载荷（这时计算误差不超过913），可得3-3断面的弯矩表达式： （3-3）辊身中部3-3断面的弯曲应力为 （3-4）式中的D2应以重车后的最小直径代入。粗轧机是可逆轧制，因在粗轧机上轧制时第四道的轧制力最大，所以
24、我们计算轧机支撑辊时只计算粗轧第二架的弯曲应力。又因辊颈直径d和长度一般近似地选： d = (0.50.55)D 计算时以粗轧机为例：本设计取，所以辊颈直径d=1100，c1、c2、r的取值查轧钢机械（修订版）北京科技大学邹家祥主编P94取r=0.12d=72mm，c1=460mm，c2=550mm，d1-1=1100，d2-2=2000mm上面的D2重车后的最小直径为：D2=1300mm，P=16414KN。把前面的数据代入上式计算：本设计支撑辊为合金锻钢Rb = 140150MPa，可见支撑辊的弯曲应力远远小于该许用应力，故满足要求。3.1.2工作辊的扭转强度校核由于有支撑辊承受弯曲力矩，
25、故工作辊可只考虑扭转力矩，即仅计算传动端的扭转应力。扭转应力为： （3-5） 作用在一个工作辊上的最大传动力矩； 工作辊传动端的扭转断面系数。驱动一个工作辊的传动力距有轧制力矩、工作辊带动支撑辊的力矩 和工作辊轴承的摩擦力距 组成，即 （3-6）工作辊传动断面的扭转断面系数为： （3-7）则扭转应力： （3-8）表3-1 工作辊扭转强度校核参数R43.040.2611.69F30.810.100488.061F50.480.04211.43本设计工作辊为合金铸铁，而许可扭应力约为：=0.36b即,可见工作辊的弯曲应力远远小于该使用应力，故能满足生产要求。3.1.3工作辊与支承辊之间的接触应力四
26、辊轧机支撑辊和工作辊之间承载时有很大的接触应力，在轧辊设计及使用适用时应进行校核计算。如假设辊间作用力沿轴向均匀分布，有弹性力学知，棍间接触平面应变问题。H赫茨（Hertz）理论认为：两个圆柱体在接触区内产生局部的弹性压扁，存在呈半椭圆形分布的压应力： 图3-2 工作辊与支承辊相接触情况图3-3 接触区主要应力分布 半径方向产生的法向正应力在接触面的中部最大。最大压应力及接触区宽度2b可由下公式计算：式中q加在接触表面单位长度的负荷；，及r1 ，r2 相互接触的两个轧辊的直径及半径；，与轧辊材料有关的系数，。其中，v1 v2及 E1 E2 为两轧辊材料的波松比和弹性模数本设计取E1=210GP
27、a；E2=190GPa。 （3-9）若两辊波松比相同并取v1=v2=v=0.3则上式可简化为 （3-10）加在接触表面单位长度上的负荷q可有下面公式求得q=P/B式中P为轧制力，KN；B为轧件宽度，本设计不考虑宽展取B=1500mm。对于粗轧机：q=31.95MN/1.5m=21.3MN/m，r1=0.55m，r2=1m则查（轧钢机械（修订版）北京科技大学，邹家祥主编P96）得其对应得许用接触应力分别为：支撑辊表面硬度HS=4550,需用应力=2100MPa，=630MPa可见正应力均小于许用正应力，故能满足生产要求。此应力虽很大，但对轧辊不致产生很大的危险。因为在接触区，材料的变形处于三向压
28、缩状态，能承受较高的应力。3.2电机的校核3.2.1 静负荷图为了校核和选择主电动机，除知其负荷之外，尚须知轧机负荷随时间变化的关系图，力矩随时间变化的关系图称为静负荷图。绘制静负荷图之前，首先要决定出轧件在整个轧制过程中在主电机轴上的静负荷值，其次决定这个道次的纯轧和间歇时间。静力矩按下式计算： （3-11）将前面的数据代入上式得：表3-2 静力矩道次iR12.884.20.190.131.00R22.574.20.230.130.97R32.964.20.270.131.10R43.284.20.300.131.21R51.974.20.190.130.75R61.474.20.160.1
29、30.64静负荷图的静力矩可以用上式加以确定。每一道次的轧制时间可由下式确定：表3-3 各道次轧制时间道次T(s)R16.79R26.79R313.5R413.5R534.8R634.8间隙时间按间隙动作所需时间确定或按现场数据选用，本设计选取tn=6s。已知上述各值后，根据轧制图表绘制出一个轧制周期内的各个电简图。3.2.2主电动机的功率计算当主电机的传动负荷图确定后，就可以对电机机的功率进行计算。这相工作包括两部分。一是由负荷图计算出等效力距不能超过电动机的额定力矩；二是负荷图中的最大力矩不能超过电动机的允许过载负荷和持续时间。三号黑居中4 结束语这次61700mm热轧带钢粗轧压下规程制定
30、课程设计的完成，让我不仅通过自己的努力大致了解了61700mm热轧带钢粗轧压下规程制定的流程，还学会了把自己书本上学到的知识运用到实际物体上去。前段时间在没有认真学习轧钢机械时，我觉得这个课程设计很难很难，但现在经过我对轧钢机械的充分认识，我重新把这套热轧带钢粗轧压下规程制定的课程设计完成了一遍，也从中发现了很多原作者的问题，使我从中吸取了精华部分。轧钢机械都是实际上的轧制工艺，在实际生产中肯定还有许多细节问题需要我们去解决和改进。在这次的课程设计中，发挥出了自己单独设计61700mm热轧带钢粗轧压下规程制定课程设计的能力和综合运用书本知识，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，尤其是轧
31、钢机械方面，使自己很有成就感。同时各科相关的课程都有了全面的复习与运用，独立思考的能力也有所提高，更为重要的是：在这次61700mm热轧带钢粗轧压下规程制定的课程设计中，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，进而加以弥补。参 考 文 献1 王廷溥，齐克敏主编.金属塑性加工学 轧制理论与工艺. 冶金工业出版社, 2001. 280页2 吕立华主编. 金属塑性变形与轧制原理. 化学工业出版社, 2007.207页3 邹家祥主编. 轧钢机械. 冶金工业出版社, 2000. 86页4 黄华清主编. 轧钢机械. 冶金工业出版社, 19805 曹鸿德主编. 塑性变形力学基础与轧制原理. 机械工业出版社,
32、1981.252页 6 赵家骏，柳谋渊编著. 热轧带钢生产知识问答. 冶金工业出版社, 2006.128页7 王廷溥. 冶金工业出版社, 高等学校教学用书 金属塑性加工学-轧制理论与工艺. 冶金工业出版社, 1988. 225页8 冯光纯冯光纯编. 板带钢生产工艺学. 重庆大学出版社, 1990.64页9 吕立华编著. 轧制理论基础. 重庆大学出版社, 1991. 141页10 宋佩莼,韦光著. 板带钢生产工艺学. 西安交通大学出版社, 1989.160页11 北京钢铁学院研究生硕士学位论文摘要汇编（1982年度）. 论文题目：四辊轧机辊间压力的有限元计算与轧辊接触应力的分析（冶金机械专业). 研究生 周培混. 指导教师 陈先霖. 通过日期 19815. 6 .221页
