2022年板带轧机课程设计 2.pdf
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1、河北理工大学冶金与能源学院课程设计题目: 1250 热轧板带轧制规程设计与辊型设计专业:材料成型与控制工程班级:学生姓名:指导老师:日期:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 38 页I 目录1 概述 12 1250 中宽带生产工艺 12.1 原料及产品介绍 12.2 主要设备的选择 22.2.1 立辊选择 22.2.2 轧机布置 32.2.3 粗轧机的选择: 42.2.4 精轧机的选择: 42.2.5 绝热保温罩与炉巻箱的选择63 压下规程设计与辊型设计73.1 压下规程设计 73.2 道次选择确定 73.3 粗轧机组压下量
2、分配73.4 精轧机组的压下量分配83.5 校核咬入能力 93.6 确定速度制度 93.7 轧制温度的确定 123.8 轧制压力的计算 133.9 辊缝计算: 163.10 精轧轧辊转速计算163.11 传动力矩 164 轧辊强度校核与电机能力验算184.1 轧辊的强度校核 194.1.1 支撑辊弯曲强度校核194.1.2 工作辊的扭转强度校核: 214.2 电机的校核 224.2.1 静负荷图 224.2.2 主电动机的功率计算234.2.3 等效力矩计算及电动机的校核234.2.4 电动机功率的计算245. 板凸度和弯辊 255.1 板型控制理论 255.2 板型控制策略 265.3 板凸
3、度计算模型 275.4 影响辊缝形状的因素28精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 38 页II 5.4.1 轧辊热膨胀对辊缝的影响295.4.2 轧辊的磨损对辊缝的影响305.4.3 原始辊型对辊缝的影响305.4.4 入口板凸度对辊缝的影响305.4.5 轧辊挠度计算 315.5 弯辊装置 325.5.1 弯曲工作辊 325.5.2 弯曲支撑辊 325.6 CVC 轧机的抽动量计算33结论 34参考文献 35精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 38 页1
4、 1 概述连轧时间短,温降少,占地少,产量高。1924 年,自从美国第一台带钢热连轧机投产以来,连轧带钢得到很大的发展。从手动调节到PID设定,从简单计算机控制到计算机系统多层分布式控制,加上液压压下,液压弯辊,CVC辊型控制等新技术的使用,热连轧机的产量、精度、板型质量得到很大提高。热轧带钢生产线主要包括粗轧和精轧。粗轧轧件短,一般为可逆轧制,精轧为 67架连轧,成为 1/2 连轧或 3/4 连轧。目前,粗轧轧机能力越来越大,控制凸度能力显著增强,从粗轧就检测凸度和厚度,为精轧提供优质中间坯料,保证精轧稳定轧出符合技术要求的带卷。粗轧采用大压下,可以减少道次,提高中间坯温度。近来坯料厚度也恢
5、复原来 220mm 以上,为多品种、高档次产品生产奠定基础。21250 中宽带生产工艺任何企业没有优质的产品质量就无法长期生存,没有众多的品种和高档次拳头产品,就不能在激烈竞争中占领市场。板带轧制生产线先进合理的工艺技术是保证板材厚度尺寸精度和良好的板形的物质基础。简陋省略的工艺已经无法在市场低迷的环境下获得利润。不同宽度的热带有不同的用途,也需采用不同工艺技术。热带300mm 以下是窄带,多用来生产焊管。 300600mm为中窄带,常用来生产五金或焊接结构梁。6001000mm为中宽带,薄带卷可以冷轧用于家电。这些产品的轧机一般不安装昂贵的液压压下、弯辊、板型控制设备,只能依靠坯料加热温度控
6、制轧制力,调节板型。11001500mm 为宽带,最宽为 2000mm,它们的轧机都安装液压压下、在线弯辊、板型控制。 2000mm 超宽热卷多是用于冷轧镀锌汽车板,由于宽带质量优良,国外主张取消中窄带,用超宽带进行纵剪分切,得到不同宽度卷材,提高成材率。轧辊越窄,板型凸度控制越容易,且市场对于1m 以下冷轧板材,如家电板、家具板或汽车辅助板有较大需求,故按照设计任务书要求,设计典型产品为1m 板材,生产厚度精度高、板型优良、表面光洁度高的高档次多品种、宽范围多规格热轧带卷。1250 热带轧机适合轧制带宽为6001000mm左右的板材。本设计要求既可以生产冷轧需要的 2.2mm 薄卷,也可生产
7、 25mm 结构用厚带。2.1 原料及产品介绍依据任务要求典型产品所用原料:规格:板坯厚度: 250mm 钢种: Q195最大宽度: 1050mm 长度:8.5m 产品规格:厚度:2.6mm 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 38 页2 板凸度: 6坯料单重: 18 吨因为所给坯料宽度较小,并且在粗轧机前部安装有大立辊,所以侧压有效,可以少量控制成品宽度。坯料选用 250mm 厚需要较多道次,但对保证压缩比,生产优质板材具有重要意义,生产普板时可以降低原料厚度,以减少道次增加产量。坯料宽度限定 8.5m,加热炉内宽度 9.
8、2m,有利于设计高温( 1350)步进炉,以便为今后生产高牌号硅钢、低合金管线钢储留设备能力。2.2 主要设备的选择轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备,因此,轧钢机能力选取的是否合理对车间生产产量、品种和规格具有非常重要的影响。选择轧钢设备原则:(1)有良好的综合技术经济指标;(2)轧机结构型式先进合理,制造容易,操作简单,维修方便;(3)有利于实现机械化,自动化,有利于工人劳动条件的改善;(4)备品备件要换容易,并有利于实现备品备件的标准化;(5)在满足产品方案的前提下,使轧机组成合理,布置紧凑;(6)保证获得质量良好的产品,并考虑到生产新品种的可能;热带轧机选择的主要依据是:车间生产的钢材
9、品种和规格。轧钢机选择的主要内容是:选取轧机的架数、能力、结构以及布置方式。最终确定轧钢机的结构形式及其主要技术参数。目前强力粗轧机已经达到单位宽度轧制力2.6t,本设计 1250 轧机,取轧制力最大3200 吨。2.2.1 立辊选择立压可以齐边(生产无切边带材)、调节板坯宽度并提高除磷效果。立压轧机包括:大立辊、小立辊及摆式压力机三种,各自特点如下:大立辊:占地较多,设备安装在地下,造价高,维护不方便。而其能力较强,用来调节坯料宽度。小立辊:能力较小,多用于边部齐边。摆式侧压:操作过程接近于锻造,用于控制头尾形状,局部变形,提高成材率效果较好。缺点是设备地面设备占用场地较多,造价较高。本设计
10、采用连铸坯调宽,生产不同宽度带卷,选择小立辊齐边。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 38 页3 2.2.2 轧机布置现代热带车间分粗轧和精轧两部分,精轧机组大都是67 架连轧,但其粗轧机数量和布置却不相同。热带连轧机主要区分为全连续式,3/4 连续式和 1/2 连续式,以及双可逆粗轧等。(1)全连续式:全连续式轧机的粗轧机由56个机架组成,每架轧制一道,全部为不可逆式。这种轧制机产量可达 500600万吨/年,产品种类多,表面质量好。粗轧全连轧布置见图1a。但设备多,投资大,轧制流程线或厂房长度增大。而且由于粗轧时坯料短,
11、轧机效率低,连轧操作难度大,效果并不很好,所以一般不采用粗轧连轧设计。(2)3/4 连续式图 1 各种热连轧及布置图3/4 连续式布置形式是先用二辊轧机轧一道,然后设置1 架可逆式轧机轧制3 或 5 道,再由后面两架轧机连续轧制一道(见图1(b)。后面这两道看上去作业率不高,但它是保证中间坯尺寸和凸度的关键,使精轧产品质量和轧制过程稳定。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 38 页4 另外,这种布置采用250 mm 厚坯,轧制压缩比大,产品种类全面,曾经是国外流行的布置。(3)半连续式 : 半连续式轧机有两种形式:图1(C)
12、 中粗轧机组由一架不可逆式二辊破鳞机架和一架可逆式四辊轧机架组成,一般使用坯料在150mm 以下,轧制 5 道次,对凸度厚度控制难度大。主要生产普通钢种带卷。高档品种开发难度大,较厚产品也较少生产。而且为保单卷重,常常设计坯料很长(最高14M),使加热炉过宽,大大限制了加热温度。这类轧机如果使用230mm 厚坯,则轧制道次过多,温降过大。但这种布置如果粗轧机能力特别大,如太钢1549热连轧线,辅助必要的检测设备,也可达到道次少温降小,中间坯温度稳定的要求。图 2-1(d)中粗轧机是由两架强力四辊可逆式轧机组成,这种布置即提高轧机利用率,又能使轧机数量较少,稳定中间坯凸度,减少温降,故为当前流行
13、方案。根据任务书要求,本设计采用2 架强力四辊可逆轧机组成粗轧机组,第一粗轧机前安装小立辊轧机,对侧边进行有效修正。2.2.3 粗轧机的选择:过去粗轧,为了增大工作辊辊径,提高咬入能力,多选择二辊轧机,但是二辊轧机产生的挠度较大,不能满足凸度控制要求。现代四辊轧机,其工作辊直径已大大提高,并且安装液压平衡弯辊,使轧辊挠度可控。本设计两架粗轧机详细资料如下:参考太钢 1549 及港陆 1250 生产实际,初步确定轧机各部件相关尺寸如下:轧机类型:四辊可逆式轧机工作辊 : 轧辊直径: 1000mm 辊身长度: 1250mm轧辊材料:铸钢支承辊 : 轧辊直径: 1450mm 辊身长度: 1250mm
14、 辊身材料:合金锻钢其中,第一架采用电动压下,行程大。第二架采用长行程液压缸,且装配弯辊装置,用于控制板凸度,且要求粗轧都达到单位宽度2.5t,两架轧机能力为3200t。第二架粗轧还 CVC窜辊,提高中间坯板形控制能力。2.2.4 精轧机的选择:热轧带钢精轧机普遍采用长行程液压压下、板型控制。板型控制手段除弯辊外还有:CVC轧机、 HC轧机、 PC轧机。现将各型轧机简要介绍如下:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 38 页5 CVC轧机: 轧辊凸度连续可变的轧机CVC (continuously variable crown
15、)轧机属于一种新型的四辊轧机。这种方式大压下,大张力时,辊系稳定好,国内外热连轧市场占70% 。图 2 为 CVC轧机的轧辊原理图,轧辊整个外廓磨成S型(瓶型)曲线。上下轧辊互相错位 180 度布置,形成一个对称的曲线辊缝轮廓。这两根S型轧辊可以轴向移动,其移动方向一般是相反的。由于轧辊具有对称S型曲线。在轧辊未产生轴向移动时,轧辊构成具有相同高度的辊缝,其有效凸度等于零(a)图。在上辊向左移动、下辊向右移动时,板材中心处两个轧辊轮廓线之间的辊缝变大,此时的有效凸度小于零 (b)图。如果上辊向右移动下辊向左移动的板材中心处两个轧辊轮廓线之间的辊缝变小,这时的有效凸度大于零(c)图。CVC轧辊的
16、作用与一般带凸度的轧辊相同,但其主要优点是凸度可以在最小和最大凸度之间进行无级调整,这是通过具有S型曲线的轧辊做轴向移动来实现的。CVC轧辊辊缝调整范围也较大,与裹辊装置配合使用时如 1700 板轧机的辊缝调整量可达600um左右。由于工作辊具有S型曲线,工作辊与支撑辊之间是非均匀接触的。实践表明,这种非均匀接触对轧辊磨损和接触盈余不会产生太大的影响。精轧基本遵守比例凸度,各道凸度相对图 2 CVC轧机的轧辊原理图于延伸率是确定值。各道最佳凸度是由轧辊原始凸度,膨胀凸度,弯辊凸度,CVC 挠曲凸度,目标凸度根据来料凸度确定。HC轧机: HC轧机为高性能板型控制轧机的简称。当前用于日本生产的HC
17、轧机是在支持辊和工作辊之间加入中间辊并使之横向移动的六辊轧机,其特点有:(a)HC轧机具有很好的板形控制性,多用于小辊径冷轧;(b)HC轧机可显著提高热带钢的平直度;(c)压下量由于不受板型限制而可适当提高。PC轧机: 对辊交叉轧制技术( Pair Cross Roll )。PC轧机的工作原理是通过交叉上下成对的工作辊和支撑辊的轴线形成上下工作辊间辊缝的抛物线,并与工作辊的辊凸度等效。虽然可以安装在线 ORG ,但使用效果欠佳,鞍钢1780、唐钢 1810 采用后证明稳定性稍差。所以,本设计 F1F5采用当今主流轧制设备CVC轧机。全部七架四辊精轧机纵向排列,间距为6M;F1F7均有正弯辊系统
18、, F1F7实行了长行程液压厚度自动控制 (AGC) 技术,使带钢误差控制得到全面保证。轧线上装设水雾冷却和除尘精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 38 页6 系统,小车换辊技术,强力可调层流冷却设备,卷取厚度达到25mm。所有支撑辊采用油膜轴承静动压系统,增大支撑辊辊颈。2.2.5 绝热保温罩与炉巻箱的选择为了减少输送辊道上的温度降以节约能耗,近年来很多热带车间还在采用在输送辊道上安置绝热保温罩或补偿加热炉,或在轧件出粗轧机组之后采用热卷取箱进行热卷取等新技术。辊道保温罩绝热块的结构如图3 所示;它利用逆辐射原理,以耐火陶
19、瓷纤维做成绝热边,受热的一面覆以金属屏膜。受热的金属膜(0.050.5mm 厚)迅速升温至高温,然后作为发热体将热量逆辐射返回钢坯。这种保温罩结构简单,成本低,效率高,采用它以后可降低加热炉出坯温度达75,从而提高成材率0.15%,节约燃耗 14%,还可以提高板带末端温度约 100使板带温度更加均匀,可以轧出更宽更薄重量更大及精度性能质量更高的板卷,并且,可使带坯在中间辊道停留达8 分钟,而仍保持可轧温度,便于处理事故,减少废品,提高成材率。图 3 辊道保温罩逆辐射绝热块结构示意图1绝热毡;2金属屛; 3金属屛的折叠部分;4安装件热卷取箱结构如图4 所示。其主要优点为: 1).粗轧后在入精轧机
20、之前进行热卷取。以保存热量,减少温度下降,保温可达90%以上; 2)首尾倒置开卷,以尾为头喂入轧机,均化板带的头尾温度,可以不用升速轧制而大大提高厚度精度;3)起储料作用,这样可增大卷重提高产量; 4)可延长事故处理时间约为89 分钟,从而减少废品及铁皮损失,提高成材率;5)可使中间辊道缩短约为30%40%,节省厂房和基础设施投资。因此在热轧带钢生产中采用热卷取箱式发展的方向;6)减少氧化铁皮,热卷取箱卷取的大量二次氧化铁皮剥落,进而提高表面质量。炉卷箱参数: 1060mm 允许带坯厚度: 1530mm 带坯宽度: 6001100mm 带卷重量: 17T 单位宽度卷重: 15.5kg 入口带坯
21、温度: 9001160带卷内径: 160mm 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 38 页7 卷曲速度: 1.56.0m/s 图 4 热卷取箱结构示意图反开卷速度: 05.5m/s 1 支撑辊; 2托辊; 3弯曲辊; 4推杆3 压下规程设计与辊型设计3.1 压下规程设计压下规程设计的主要任务就是要确定由一定的板坯轧成所要求的板、带产品的变形制度,亦即要确定所需采用的轧制方法、轧制道次及每道次压下量的大小,在操作上就是要确定各道次辊缝的位置(即辊缝的开度)和转速。因而,还要涉及到各道次的轧制速度、轧制温度及前后张力制度及道次压
22、下量的合理选择,因而广义地来说,压下规程的制定也应当包括这些内容。通常在板、带生产中制定压下规程的方法和步骤为:(a)在咬入条件允许的条件下,按经验配合道次压下量,这包括直接分配各道次绝对压下量或压下率、确定各道次压下量分配率(h/h)及确定各道次能耗负荷分配比等各种方法;(b)制定速度制度,计算轧制时间并确定逐道次轧制温度;(c)计算轧制压力、轧制力矩;(d)校验轧辊等部件的强度和电机功率;( e)按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进。3.2 道次选择确定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
23、厂条件等因素。但在其他条件即定的情况下,主要考虑与轧机布置的形式有关。本设计采用连续式布置,因此机架数目应不少于轧制道次即可确定机架数目了。本设计根据板坯厚度为250mm;成品厚度为 2.6mm,选择平均压下系数=1.36,则轧制总道次 N 为:(1)式中 N机架数目;由坯料到成品的总延伸系数;各道次的平均延伸系数。故: 选总 15 道次,其中粗轧 8 道次( 5+3),精轧 7 道次。3.3 粗轧机组压下量分配根据板坯尺寸、轧机架数、轧制速度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:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -
24、- -第 10 页,共 38 页8 (1)由于在粗轧机组上轧制时,轧件温度高、塑性好,厚度大,故应尽量应用此有利条件采用大压下量轧制。考虑到粗轧机组与精扎机组之间的轧制节奏和负荷上的平衡,粗轧机组变形量一般要占总变形量的7080%。(2)提高粗轧机组轧出的带坯温度。一方面可以提高开轧温度,另一方面增大压下可能减少粗轧道次,同时提高粗轧速度,以缩短延续时间,减少轧件的温降。(3)考虑板型尽量按照比例分配凸度,在粗轧阶段,轧制力逐渐较小使凸度绝对值渐少。但是,第一道考虑厚度波动,压下量略小,第二道绝对值压下最大,但压下率不会太高。本设计粗轧机组由两架四辊可逆式轧机组成,各轧制5 道和 3 道次,各
25、道次的压下量分配如下:表 1 粗轧压下量分配道次R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 延伸系数分配1.34 1.35 1.36 1.38 1.40 1.39 1.36 1.33 出口厚度( mm)250 194 153 98 71 52 38 28 压下量( mm)56 58 38 27 19 14 10 7 压下率( %)22.4 29.9 28.0 27.6 26.8 26.9 26.3 25.0 轧件长度( m )11.0 13.9 21.7 29.9 40.9 55.9 75.9 101.2 3.4 精轧机组的压下量分配精轧机组的主要任务是在57架连轧机上将粗轧带坯轧制成板形
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