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1、湖南工业大学课程设计资料袋冶金工程学院(系、部)2012 2013 学年第 1 学期课程名称金属材料专业课程设计2指导教师王生朝职称 学生姓名xx 专业班级金属材料工程学号 xxxxx题 目30X2000X6000 (Q235) 中厚板生产规程设计成 绩 止日期2013年1月二日2013年1月_!艮日目录清单序号材料名称资料数量备注1课程设计任务书1份2课程设计说明书1本3课程设计图纸0张456金属材料专业课程设计2设计说明书30 X 2000 X 6000 (Q235 )中厚板生产规程设计起止日期： 2013 年1月 7 日 至 2013 年1 月 18日学 生 姓 名xxxx班级金属材料0
2、93班学号xxxxx成绩指导教师(签字)冶金工程学院2013年1月17日湖南工业大学课程设计任务书2012-2013学年第1学期冶金工程学院学院金属材料工程专业金属材料093班级课程名称：金属材料专业课程设计2设计题目： 30X2000X6000 (Q235) 中厚板生产规程设计完成期限：自2013 年 1月 7 日至2013 年1月 17 日共两 周内容及任务一、设计的主要技术参数(1) 3800或2800中厚板轧机等(2) 原料规格：厚度：180、220、260、300mm宽度：12002300mm长度：双排 22003600mm单排 42007500mm标准板坯尺寸：220 X 2100
3、 X 3300mm最大坯料尺寸：单排料：260 X 2300 X 7500mm双排料：260 X 2300 X 3600mm(3) 成品尺寸:20100 X15003600 X长度二、设计任务(1) 收集设计所需的资料(2) 确定生产设计产品的典型工艺流程(3) 确定生产方式及生产主设备的布直形式，并确定其主要参数(4) 选择生产产品的原料，确定轧制规程(5) 力能参数计算(6) 书写或打印说明书(7) 设计答辩三、设计工作量按要求写出设计任务书进 度 安排起止日期工作内容2013.1.7 至 2013.1.8查阅相关书籍资料2013.1.9 至 2013.14计算相关参数2013.1.15
4、至 2013.1.17输入计算机并整理成设计说明书2013.1.18答辩1 中厚板生产应用技术王生朝冶金工业出版社2 板带钢生产工艺学冯光纯重庆大学出版社3 中厚板生产孙本荣冶金工业出版社4 金属塑性变形与轧制理论赵志业冶金工业出版社5 武钢湘钢等中厚板生产资料6 轧钢工艺学曲克冶金工业出版社指导教师（签字）：王生朝2013年 1月 7日系主任（签字）：王生朝2013年1月7日冶金工程学院课程设计指导教师评阅表学生姓名xxxx学号xxxxx班级金属材料093专业金属材料工程指导教师 姓名王生朝设计题目30X2000X6000 (Q235 ) 中厚板生产规程设计评 语：(包括以下方面，学习态度及
5、过程表现、工作量完成情况；检索和利用文献 能力、计算机应用能力；学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力)指导教师评定成绩分值:指导教师签字:冶金工程学院课程设计答辩及最终成绩评定表专业金属材料工程班级金属材料093答辩日期2013.1.18学号xxxxx姓名xxxx指导教师王生朝设计题目30X2000X6000 （Q235 ） 中厚板生产规程设计答辩表现答辩评分分值：最终评定成绩分值：等级：指导教师签名：年 月 日说明：采用百分制计分，最终评定成绩=答辩评分（20%） +指导教师评分（80%）,根据综合分值给出相应等级。1制定生产工艺11. 1制定生产工艺11. 2制定工艺制度12制定
6、压下规程12.1原料设计12.1.1原料的质量12.1.2原料的尺寸22.2轧制规程的设计22.2.1坯料的选择22.2.2道次压下量分配的影响因素22.2.3道次压下量的分配规律32.3轧制速度制度52.3.1轧辊的咬入和抛出转速及轧辊加速度的确定 52.3.2最大轧制转速及最大轧制速度的确定 52.3.3纯轧时间及间隙时间的确定 62.4温度制度的确定82.5变形制度的确定92.5.1变形程度的计算92.5.2平均变形速度102.5.3变形抗力的计算102.6轧制力能参数计算132.6.1轧制压力的计算132.6.2计算各道传动力矩14典型产品生产规程设计1制定生产工艺1. 1制定生产工艺
7、选择坯料一原料清理f加热f除磷f横轧两道次(使宽度接近成品宽度)f转 90纵轧到底一矫直一冷却一表面检查一切边一定尺一表面尺寸形状检查一力 学性能检测f标记1入库1发货。1. 2制定工艺制度在保证压缩比的情况下，坯料尺寸尽量小，加热时出炉温度应在1120-1300C, 温度不要过高，以免发生过热或过烧现象；用高压水去除表面的氧化铁皮；矫直 时采用辊式矫直机矫直，开使冷却温度一般要接近纵轧温度，轧后快冷到相变温 度以下，冷却速度大都选用5-10或稍高一些，切边时用圆盘式剪切机进行纵 剪，然后用飞剪定尺。2制定压下规程2.1原料设计2.1.1原料的质量按成品钢板的质量和计划成材率计算出原料的质量。
8、计划成材率指的是在设 计原料尺寸时的成材率，计算成材率可以按下面的公式计算。计划成材率=(t + t)(w + A w)(l + lrp)( l + s)式中t一成品板厚度W一成品板宽度L一成品板长度t + At一轧制平均厚度w + Aw 一轧制平均宽度rP 一试样长度S一烧损t一宽度余量w厚度余量2.1.2原料的尺寸由计算出的原料质量和连铸坯或初轧坯，钢锭的规格范围，考虑到压缩比， 横轧时轧机送钢的最小长度，轧机允许最大轧制长度，加热炉允许装入长度等因 素，决定原料的厚度、宽度和长度。在选择原料尺寸时应注意尽可能采用倍尺轧制，即当计算出原料质量小于最 大允许原料质量的一半时，应按倍尺轧制考虑
9、选用厚度尺寸。由于厚板特别是较 厚板的订货坯料一般不大，甚至几家用户订货的钢板需要编组在一起进行轧制， 因此在选择厚板原料的计算中需要考虑的因素很复杂，而且这些因素互相影响， 互相制约。选择成品尺寸为 hXbX l=30mmX2000mmX6000mm坯料尺寸：H=220mm B=1500mm取切边为 = 30 mm，切头、尾为5 = 50 mm，每块板坯轧成n块成品，n=3根据体积不变原理有：(b + 2 )X(lXn+25 ) Xh=HXBXL代入数据求得：L=3390mm2.2轧制规程的设计2.2.1坯料的选择中厚板的原料的主体是连铸坯，为了确保成品钢板的综合性能，连铸坯与成 品钢板间的
10、最小压缩比保持在6:1以上。2.2.2道次压下量分配的影响因素道次压下量分配轧制总道次数应根据从坯料到成品钢板厚度上的压下量和 平均压下量，参照类似的轧制规程来确定，对于单机架、总道次数应为奇数，对 于双机架应为偶数，并且要考虑两架轧机的轧制节奏要大致平衡。道次压下量的分配要考虑以下因素：2.2.2.1咬入条件成形轧制阶段由于板坯的厚度大、温度高、轧制速度低、道次压下量大，所 以咬入条件可能成为限制压下量因素。每道次的压下量应该小于由最大咬入角所 确定的最大压下量。1A h = D (1 - cos a ) = D (1 )幌vi + f2式中D轧辊直径，mmF摩擦系数。二辊和四辊可逆式中厚板
11、轧机的轧制厚度可调，因此可以采用低速咬入，所 以实际的最大咬入角可以达到22。到25。在这类轧机中厚板，咬入条件将不是限制压下量的主要因素，在实际生产中，热轧钢板时，咬入角一般为15到 22，低速咬入可取为20。2.2.2.2主电机的能力限制新建中厚板轧机的主电机不应成为一个限制最大压下量的因素，主电机能力 限制是指电机语序温升和过载能力的直接关系，因此，必须通过设定的道次压下 量来计算出轧制力和力矩，然后再来校核电机温升条件过载能力。2.2.2.3轧辊及辊颈的强度条件中厚板轧制过程中，轧辊辊身的轻度经常是限制压下量的重要因素，尤其是 二辊轧机轧制宽厚板时更为突出。因此道次压下量的分配除考虑咬
12、入条件之外， 还要考虑轧辊本身的强度条件。2.2.3道次压下量的分配规律轧机采用连铸坯作为原料时，除鳞道次之后可以采用大压下量轧制，中间道 次为了充分利用钢坯温度高，变形抗力低的优势，采用较大压下量。然后随着钢 坯温度降低，压下量逐渐减少，最后12道次为了保持板形和温度精度也要采 用较小压下量。总压下量：e = H h x 100 / = 84.6 8米时，=4.0 s在这次设计中，间隙时间确定如下:t=35 st =16 st =:4 st =:3 sJ1J 2J 3J 4t=14 st=4 st 二-4 st =-5 st = 4 sJ 5J 6J 7J 8J 9t=165 st=5 st
13、=6 st=5 st = 6 sJ10J11J12J13J142.4温度制度的确定要计算各道轧制温度，首先必须计算各道次的温度降，Z ( T. 4A t = 1 2.9 x x 1h 1 0 0 0 )式中T1前一道次的绝对温度，KZ辐射时间，即上一道次的纯轧时间与轧后间隙时间之和，sH改道轧后厚度，mm* 1考虑散热条件的系数另外，由于轧件头部和尾部温度降不同，为设备安全着想，确定各道温度降时应以尾部(因为尾部轧件温度比头部低)为准，则每道次的轧制温度为：T1 -A(1)粗轧部分：起始温度为T1 =1150C，第1道次:=12.9 x Zrx- = 12.9匕1000 )35.82x250(
14、1150+ 273 A4x )=3.11 0 Ct = T1 - A t = 1150 - 3.11 = 1146.89 0C第 2 道：a t = 1.66 0 C第3道：A t = 0.52 0Ct = 1 1 4 4 . 7C1第4道：A14 = 0.45 0Ct = 1 1 4 4 . 2C6第5道:A t = 2.09 0 Ct = 114 2.1 C第6道：A t = 0.91 0 C第7道：A t = 1.17 0 Ct = 1 1 4 0 . 0C9第8道：A18 = 1.75 0 C18 = 113 8.3 C4第9道：A t = 1.76 0 C(2)精轧部分：由于进入精轧
15、之前，进行控制轧制控制冷却，所以进入精轧机的开轧温度为900 0C第10道次:(900+ 273 A10h101000 J65t = T A t=900 - 1.69 =898.31 0 C101 -10第11道：A t=1.16 0 Ct = 897.15 0C1111第12道：A t=1.54 0Ct = 895.61 0 C1212第13道：A t=1.56 0Ct = 894.05 0C1313第14道：A t=1.90 0 Ct = 892.15 0 C1414ZAt = 12.9 x r x(T A4167.55=12.9 xxI 1000 J4=1.69 0C2.5变形制度的确定
16、2.5.1变形程度的计算由塑性变形原理可知:用绝对变形量表示，绝对变形量为轧制前后，轧件绝对尺寸之差表示的变形量就称为绝对变形量，A h = H h用相对变形量表示，即用轧制前、后轧件尺寸的相对变化表示的变形量称为相对变形量。压下率eHh x 100%，真应变n = ln H。Hh第1道次压下率为:CH 1260 - 250& =1 X 100%1Hx 100% 3.8%260第 2 道： = 10.0%第3道： 3 8.9%第4道： 4 6.3%第 5 道： = 15.6%第6道： 6 18.5%第7道： 7 18.9%第 8 道： = 18.7%第9道： 13.0%第10道： 14.1%第
17、 11 道： = 15.4%第12道: 12.7%第13道: 10.4%第 14 道： = 7.0%2.5.2平均变形速度兀nD轧辊线速度：V =60式中n-轧辊的转速，r/min;D轧辊直径，mm。平均变形速度 = Vx1/ hH式中l变形区长度，=VR h , R为工作辊半径; h压下量；V轧件出口速度。l = VR h =7600 X 10 = 109.54ml = 173.21m m，16 = 189.74m m，l = 154.92m m，l = 173.21m m，l = 124.90m m，l = 154.92m m，l = 189.74m ml = 116.65m ml = k
18、R h =1500 x 10.66 = 103.25m m 1010l = 100.00m m，l = 83.67 mm，l = 70.71m m，l = 54.77 mm2.5.3变形抗力的计算变形抗力的确定可先根据相应道次的变形速度、轧制温度由该钢种的变形 抗力曲线查出变形程度为30%时的变形抗力，再经过修正计算即可得到该道次实际变形程度时的变形抗力。 5 = K 530%。本次设计中计算变形抗力采用周纪华数学模型:b = b 0exp( a T + a 2)r u aa 3 T + a 4r r Aa 5xa,110 JL 60.4 J-(a &1)二0.4t + 273 式中T = E
19、b 0：基本变形阻力，MPat:变形温度，0C u:变形速度，s -1Y :变形程度对应应变采用周纪华Q215钢回归系数，则:a 1 = -2.793, a 2 = 3.556, a 3 = 0.2784, a 4 = -0.2460,0.4232, a 6=1.468另夕卜b 0 = 150.0 MPae 取 2.72b 0 exp( a 1T+ a 2)0.4其中：(1)绝对温度：Tt + 2731000则：115 +10002 7 3=1.4 2 3,T141.4191.413=1.167T 3 = 1.418T 4 = 1.417T 5 = 1.417T 6 = 1.415=1.414
20、T = 1.411T = 1.17310T111.171T = 1.170T13=1.168(2)变形程度对数应变：yH Iny = In = In= 0.041250y = 0.11，y=0.09，y=0.07，y=0.17，y = 0.203456y = 0.21， y=0.21，y=0.14，y=0.15，y = 0.177891011y = 0.14，y=0.11，y=0.07121314(3)变形速度:1v=xylv3000u=r X y =X0.04 = 1.051l 1109.541u=1.73, u=1.72, u=1.52, u =2.65, u = 3.7423456u=4
21、.22, u=5.12, u=5.06, u=6.30, u = 7.637891011u=8.02, u=8.15, u=7.29121314确定各道的变形抗力:第1道次：=b 0exp( a 1T + a 2)110 J0.4r0.4)1 05 A (0.2784 x 1.423 - 0.2460X1.468 xr 0.04 a0.4232-(1.468-1)0.04k10 Jk 0.4)0-4 J7b s 1= 150 exp (-2.793 x 1.423+3.556=134.11 MPa第 2 道：。=125.78 MPa第4道： b = 132.74 MPa第6道： b 6 = 1
22、19.52 MPa第8道： b = 118.21 MPa第 10 道：b = 180.68 MPa第 12 道：b = 181.68 MPa第 14 道：b = 174.12 MPa综上总结如表格所示：第 3 道：b = 128.32 MPa第 5 道：b = 122.30 MPa第 7 道：b = 118.92 MPa第9道： b = 120.84 MPa第 11 道：b = 182.69 MPa第 13 道：b = 178.53 MPa道次变形速s -1变形温。C变形程 %变形程度对数应y变形抗力b s MPa11.051146.893.80.04134.1121.731145.2310.
23、00.11125.7831.721144.718.90.09128.3241.521144.266.30.07132.7452.651142.1715.60.17122.3063.741141.2618.50.20119.5274.221140.0918.90.21118.9285.121138.3418.70.21118.2195.061136.5813.00.14120.84106.30898.3114.10.15180.68117.63897.1515.40.17182.69128.02895.6112.70.14181.68138.15894.0510.40.11178.53147.2
24、9892.157.00.07174.122.6轧制力能参数计算2.6.1轧制压力的计算2.6.1.1计算各道平均单位压力热轧中厚板生产时，平均单位压力可用西姆斯公式计算:一 . 、 .一 .、 . -、 式中 应力影响系数，粗轧可用美坂佳助公式计算:兀lln 1 二=一+ 0.25 .,N 1b4万万兀_h_n = + 0.25, 1e4ll丸-+ 0.2h5 =丸+ 0.252 5 5x=1.374l41 0 9.5 4C同理可得粗轧的其他道次：n。=1.13，2n =1.11， 6n =1.13，e 3n =1.15， 7n =1.18， 4n =1.18， 8n =1.11, 5n =1
25、.14 9精轧部分用志田茂的简化公式：n = 0.8 + (0.45n ,八=0.8 + (0.45 x 0.14 + 0.04) e10=1.03+ 0.04)同理可得:n = 1.07， n = 1.06,n = 1.05=1.022.6.1.2计算总轧制力 各道次轧制总压力为：P = PBl，又P = kn = 1.15 e sn则：P2000 x 109.54 x 1.15 x 1.37 x 114.11 =46.29MN同理可得：P =69.62 MN, P = 63.62 MN, P = 55.32 MN, P = 72.85 MN,P = 75.27 MN,P = 70.83 M
26、N, P = 64.61 MN, P =69.62 MN,P = 63.62 MN, P = 55.32 MN, P = 72.85 MN, P = 75.27 MN,P = 70.83 MN由计算结果看出，粗轧道次最大轧制压力为第六道次P6 = 75.27 MN ,且 P6 p(P = 80000 KN ),故轧机强度足够。2.6.2计算各道传动力矩2.6.2.1计算各道轧制力矩轧制力矩M= 2 p中JR h = 2 p中l式中中-力臂系数，中=0 .4 0.5。则：M = 2 p 4 l = 2 x 46.29 x 0.5 x 109.54= 5.07 M JZ 1同理：MZ 2 = 12
27、.05 MJ, MZ 3 = 9.89 MJ, MZ4 = 8.22 MJMZ5 = 13.82 MJ, MZ6 = 14.28 MJ, MZ7 = 12.27 MJMZ8 = 9.94 MJ, MZ9 = 5.60 MJ, MZ10 = 4.75 MJMZ11 = 4.68 MJ, MZ12 = 3.21 MJ, MZ13 = 2.24 MJMZ14 = 1.27 MJ2.6.2.2计算各道附加摩擦力矩附加摩擦力矩由轧辊轴承中的摩擦力矩Mf 1和轧件传动机构中的摩擦力矩M f 2两部分组成。在二辊轧机上，轧辊轴承的摩擦力矩由下式计算：M = + Mf i f2式中：M f 1指的是轧辊轴承中
28、的附加摩擦力矩，M f 1 = P X d 1 X f1其中：p指的是轧制压力；d 1指的是轧辊辊径直径；f指的是轧辊轴承摩擦系数，它取决于轴承构造和工作 条件，一般用液体摩擦轴承取0.003Mf 2指的是轧件传动机构中的摩擦力矩，由连接轴、齿轮基座、减速机和主 电机连轴器等四个方面的附加摩擦力矩组成，可按下式计算：式中门一由电机到轧辊的总传动效率，为各传动部分传动效率的乘积。此处由 于轧机无减速机和齿轮座（由两台电机分别传动上、下轧辊），故其等于万向接轴的传动效率。又因其万向接轴的倾角万向接轴的Z 3 ，故可取门=.97-由电机到轧辊的总传动比，由于采用直流电机，故i =在四辊轧机上，轧辊轴
29、承的摩擦力矩由下式计算:M f D 工inD支r 1)-13 )1Mzi其中:D工指的是工作辊的直径;D支指的是支承辊的直径;20 5 kJ计算如下: 粗轧第一道: 同理可得:M2 = f3 1 kJMf=2kJM=4 fk2 4 7M5 = f3 1 kJMf=3k2M=7fkJ 0 6M8 = f2 8 kJMf=2kJ 3(1 -1 M3 )=172.49 kJ z 10精轧第一道:M 10 =心/门同理可得：M 1 1= 1 7 k JM 1 2 = 1 4 k JM 1 3 = 1 1 k JM l 4 = 8 kJ2.6.2.3计算空转力矩轧机空转力矩M k根据实际资料可为电机额定
30、力矩的（3-6） %，系数取 0.04。M = 9549H即:粗轧:Mk = 0.04 X 9549 X1000080x =47.74 KJ精轧:M = 0.04 x 9549 x 顽 乂 =47.74 KJ120粗扎空转力矩为47.74KJ，精轧的空转力矩为47.74KJ。2.6.2.4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电机输出力矩减小。故在计算最大电机力矩时都 可以忽略不计。粗轧道次：M = 惯x、= 0.065 M Jd加轧375dt精轧道次：S G D 2 dM =惯x 一 = 0.37 M Jd减轧375dt2
31、.6.2.5确定各道总力矩 由以上分析和计算可知，各道总传动力矩M = M + M + M + MM = M + M + M + M = 14720K JM = M + M + M + M = 5275 K J其余道次类同。压下规程表详见下表。2.6.2.6绘制电机负荷图表示电机传动力矩（负荷）随时间而变化的图示即为电机负荷图。当轧机转速n大于电机额定转速nH时，电机将在弱磁状态下工作，此时在相应阶段的传动 nMt = M -力矩值应当按nH修正。在本次设计中由于轧机转速n均不大于 H，所以无需修正。轧制规程见下表。道次变形区长度Z轧制压力P MN轧制力矩M z，KJ附加摩 擦力矩Mf, KJ空转力矩M kKJ动力矩M , dKJ总力M矩KJ1109.5446.295070205506553902173.2169.62120503135065124783154.9263.6298902855065102904124.9055.328220247506585825189.7472.85138203155065
