1.李 璐—热轧板带钢1780

太原科技大学

1780热连轧机组工艺设计

The design of 1780 hot continuous rolling process

学 院（系）： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化（冶金方向） 学 生 姓 名： 李 璐 学 号： 201312030910 指 导 教 师： 马立峰 评 阅 教 师： 王荣军 完 成 日 期： 2016.10.20

太原科技大学

Taiyuan University of Science and Technology

1780热连轧机组工艺设计

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。本设计是年产400万吨1780热轧带钢生产线的工艺设计，产品规格厚度为10.00mm。选择230mmx1100mmx10000mm板坯。设计以年产量为基础，结合各产品的市场前景合理地分配各产品的产量，制定产品方案和金属平衡。论文以典型产品为例，制定了工艺流程图和压下制度、速度制度、温度制度、辊型制度等一系列轧制制度，并校核了轧机生产能力，计算了各项经济技术指标，绘制了一张车间平面图。最后附有用于计算设计参数的Excel程序。产品规格：带钢厚度1.2～19mm;带钢宽度800～1630mm;钢卷内径：φ762mm;钢卷外径φ2150mm（max）;钢卷重量：19.8Kg/mm(max)。

关键词：热轧带钢；轧机；轧制力；辊型制度

I

1780热连轧机组工艺设计

The design of 1780 hot continuous rolling process

ABSTRACT

Iron and steel industry is the pillar industry of national economy, and hot-rolled strip steel production is the main link. Hot-rolled strip process maturity, cold-rolled production to provide a high-quality raw materials, greatly to meet the national production and living needs. The design is an annual output of 4 million tons of 1780 hot strip production line process design, product specifications thickness of 10.00mm. A slab of 230 mm x 1100 mm x 10000 mm was selected. Design based on annual production, combined with the market prospects of the products of a reasonable distribution of the production of products, product development programs and metal balance. In this paper, a series of rolling systems such as process flow chart, pressure system, speed system, temperature system and roll system were worked out. The production capacity of rolling mills was checked and the economic and technical indexes were calculated. A workshop floor plan. Finally, an Excel program for calculating the design parameters is attached. Steel coil diameter: φ762mm; coil diameter φ2150mm (max); coil weight: 19.8Kg / mm (max). Specifications: Strip thickness of 1.2 ~ 19mm; Strip width of 800 ~ 1630mm;

Key words: Hot rolling strip； rolling mill ；rolling force ；rolling system

II

1780热连轧机组工艺设计

目录

摘要 ....................................................... I ABSTRACT .................................................. II 引言 ...................................................... １ 1. 概述 .................................................. ２

1.1 热轧板带钢发展 .................................... ２

1.2 热连轧技术的发展现状 ........................... ３ 1.2.1 带钢生产技术的进步 ........................... ３ 1.2.2 热带钢装备技术进步 ........................... ４ 1.3 我国热轧板带钢发展趋势 ............................ ４

1.3.1 近代热轧板带钢生产技术发展的主要趋向 ......... ４ 1.3.2 我国热带轧机的发展趋势 ....................... ５

2. 坯料和金属平衡 ........................................ ５

2.1 坯料来源 ......................................... ５ 2.2 坯料参数的选择 ................................... ６ 2.3 相关设备 ...................................... ６ 2.4 产品品种 ........................................ ６ 2.5 制定生产方案 .................................... ６ 3. 轧制工艺及轧制制度的确定 .............................. ７

3.1 生产工艺流程 ..................................... ７ 3.2 压下制度设计 ..................................... ７

3.2.1 根据产品选择原料 ............................ ７ 3.2.2 粗轧机组压下制度的制定 ...................... ７ 3.2.3 精轧机组压下制度的确定 ...................... ９ 3.2.4 咬入能力校核 .............................. １０ 3.3 轧制时间和速度的确定 ........................... １０

3.3.1 粗轧机组轧制速度和轧制时间 ................ １０ 3.3.2 精轧机组轧制速度和轧制时间 ................ １１

III

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3.4 轧制温度 ....................................... １３

3.4.1 粗轧温度制度 .............................. １３ 3.4.2 精轧温度制度 .............................. １３

4 力和力矩计算 ......................................... １５

4.1. 粗轧轧制力的计算 ............................... １５ 4.2 粗轧轧制力矩的计算 .............................. １７ 4.3 精轧轧制力的计算 ............................... 4.4 确定精轧各道次的轧制力矩 ....................... 参考文献 ................................................ 致 谢 .................................................. IV

８ ０ ２ ３

１２２２1780热连轧机组工艺设计

引言

板带钢简介

自1924年第一台带钢热连轧轧机投产以来，连扎带钢生产技术得到很大的发展。

特别是进入 21 世纪以来，中国钢铁工业飞跃发展 ，为中国社会进步和经济腾飞做出了巨大贡献。最近几年来 ,板带热轧技术获得很大进步 ,除了传统的热连轧外,还有紧凑式热带轧机生产线、主要用于不锈钢生产的炉卷轧机、无头轧制以及薄带直接铸轧生产线等。于可控硅供电电气传动及计算机自动控制等新技术的发展，液压转动、升速轧制、层流冷却等新设备新工艺的利用，热连轧机的发展更为迅速。热轧带钢是通用性钢材，目前是我国急需的短线产品，被广泛用于国民经济各部门。热轧带钢按宽度尺寸分为宽带钢及窄带钢两类，宽度在700-2300mm者为宽带钢，由于宽度及卷重较大，所以在大型带钢厂连轧机上生产，其用途主要用于汽车、拖拉机、机械制造、船舶制造、桥梁、锅炉制造等。一般宽度在50-250mm为窄带钢，多作为焊管、冷弯型钢、冷轧带钢的原料和用于建筑、轻工、机电等部门。生产热轧带钢在我国目前有横列式、纵列式、连续式和行星式轧机等多种型式。目前世界约有140套宽带热连轧机，其中60%为1960年所建在发展的国家中，由连轧机生产的板带钢已达板带钢总产量80%以上，占总钢材产量的50%以上，产品已达到优，高产和低成本的要求，因此热连轧带钢生产已成为轧钢生产的主流。

设计目的及方法

本设计是大学第一个与专业课程---冶金机械有关的课程设计，是在掌握一定的冶金机械专业知识，以及进行认识实习的前提下，在老师指导下，主要由个人独立自主完成的系统的设计。认真细致进行该设计，既是对之前专业课程学习以及认识实习的检验和实践应用，又为随之而来的毕业设计乃至之后的设计打好的坚实的基础，做足一定的知识和经验准备，所以说本次设计既是检验之前学习成果的“试金石”，又是拓展提升自己的各项能力，以便更好完成之后设计工作的“引玉砖”。

由于是第一次尝试设计及进行工艺参数计算，先前没有任何实践经验，所以设计的方法主要借鉴于课本上的典型案例，并参考多部与板带钢轧机设计有关的论文与著作，在认真听取采纳老师给出建设性的建议后所做的所设计。

对工艺参数的计算，首先根据总的压下量分配各个道次的压下量。之后根据经验数据确定轧制速度，并计算每道次轧制延续时间，温降；之后按照经验公式以及所求的数据计算轧制力，根据单辊驱动力学特点计算轧制力矩，综合其他附加力矩，选择电机功率并进行校核，完成力能参数的设计计算。

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1. 概述

1.1 热轧板带钢发展

我国热连轧带钢的发展,大体经历了三个阶段:

第一阶段,以大企业为主,以解决企业有无为主要目的的初期发展阶段。这个时期热轧板带钢轧机建设只能靠国家投入,由于资金、技术等限制,轧机水平参差不齐。1989投产的宝钢2050mm轧机代表了当时国际先进水平,采用了一系列最先进的热连轧生产技术。但是,这个时期投产的二手设备则是国外五六十年代的装备 ( 1994年投产的太钢1549mm轧机、梅钢1422mm轧机) ,整体技术水平相对落后,在安装过程中进行了局部改造 ,但整体技术水平提高有限。还有两套国产轧机投产: 1980年投产的本钢1700mm轧机和1992年投产的攀钢1450mm轧机，这两套轧机的整体水平不高，产品与国际水平差距较大。但在当时条件下,这几套轧机满足了国民经济建设的需要，同时培养了一大批技术人才。

第二阶段,全面提高技术水平,瞄准世界最高、最新技术，全面引进阶段。20世纪90年代以后,各大企业均以引进国外最先进技术为主。如1999年投产的鞍钢 1780mm轧机、1996年投产的宝钢1580mm轧机 ,是世界传统热连轧带钢轧机最先进水平的代表,除通常现代化轧机采用的先进技术以外,还采用了轧线与连铸机直接连接的布置形式,板坯定宽压力机, PC板形控制系统,强力弯辊系统，轧辊在线研磨,中间辊道保温技术和带坯边部感应加热技术，轧机全部采用交流同步电机和GTO电源变换器及4级计算机控制，精轧机采用了全液压压下及AGC技术。国内还引进了三套薄板坯连铸连轧生产线,即1999年投产的珠钢1500mm薄板坯生产线、邯钢1900mm薄板坯生产线和2001年投产的包钢1750mm薄板坯生产线，这些生产线是当时世界最先进的薄板坯生产线。这些生产线的引进使我国拥有了新一代热连轧带钢生产技术。

第三阶段,这个阶段是近几年开始的,是以提高效益、调整品种结构、满足市场需要和提高企业竞争能力为目的的发展阶段。由于近年国家经济快速发展,对钢材需求不断增加,因此除国营大中型企业外,中小型企业,甚至民营企业都把生产宽带钢作为今后发展的重点,或引进或采用国产技术,或建设传统热连轧宽带钢轧机或建设薄板坯连铸连轧生产线。同时,这个阶段对引进的二手轧机和原技术较落后的国产轧机进行了全面技术改造,使其达到了现代化水平。国外刚出现的半无头轧制技术、铁素体加工技术、高强度冷却技术、新型卷取机等,在一些轧机上也已应用。目前我国热连轧技术装备已完全摆脱落后状态,并已处于世界先进水平之列。

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1.2 热连轧技术的发展现状

1.2.1 带钢生产技术的进步

最近十几年,热连轧技术有了很大的进步,在热轧带钢轧机布置形式的发展方面,总结起来,主要有六种形式：

1.典型的传统热带钢连轧机组,这种机组通常是2架粗轧机,7架精轧机,2台地下卷取机,年总产量350～550万t ,生产线的总长度400～500m,有一些新建的机组装备了定宽压力机( SP)。这类轧机采用的铸坯厚度通常为200～250mm,特点是产量高,自动化程度高,轧制速度高(20 m/ s 以上),产品性能好。

2.紧凑型的热连轧机,通常机组的组成为1架粗轧机,1台中间热卷箱,5～6架精轧机,1～2台地下卷取机,生产线长度约300m ,年产量200～300万t。采用的铸坯厚度200mm 左右,投资比较少,生产比较灵活,由于使用热卷箱温度条件较好,可以不用升速轧制(轧制速度14 m/ s左右) 。

3.新型的炉卷轧机机组,通常采用1台粗轧机,1台炉卷轧机,1～2台地下卷取机,产量约100万t ,其中有的生产线可以生产中板也可以生产热轧板卷,主要用于不锈钢生产,投资较小,生产灵活,适合多品种。

4.热轧带钢的另一生产形式是薄板坯连铸连轧,按结晶器的形式不同,分别有多种形式,如SMS开发的CSP、DANIELY开发的H2FRL等,由薄板坯铸机、加热炉和轧机组成,刚性连接,铸坯厚50～90mm,产量120～200万t ,轧机的布置形式有粗轧加精轧为2 + 5布置,1+ 6布置,也有7架精轧机组成的生产线。薄板坯连铸连轧的特点是生产周期短、产品强度高、温度与性能均匀性好,但是表面质量、洁净度控制方面比传统厚板坯的难度大。

5.国外发展的无头(半无头)轧制技术,日本是在传统的粗轧机后设立热卷箱,飞焊机,把中间坯前一坯的尾部和下一坯的头部焊接在一起,进入精轧机组时形成无头的带钢进行轧制,在卷取机前再由飞剪剪断,该生产线可以20 m/ s的速度轧制生产。0. 8～1. 3 mm厚的带钢。德国发展的是半无头轧制技术,他们利用薄板坯连铸连轧的生产线,铸造较长的铸坯,如200m,进人精轧,并且轧后进行剪切,在精轧机组中形成有限的无头连轧。这种生产线的特点是适合于稳定生产薄规格的带钢,减少了薄规格带钢生产中的轧废和工具损失。欧洲还在开发基于薄板坯连铸连轧技术的无头轧制技术,通过进一步提高铸坯的拉速,使连轧机和连铸机的速度得到匹配,实现真正的连铸连轧。

6.正在开发的生产热带钢的技术是薄带直接连铸并轧制的技术,钢水在2 个辊中铸成5～6mm的带钢,经过1架或2架轧机进行小变形的轧制和平整,生产出热带钢卷。欧洲、日本和澳大利亚都进行过类似的试验,2004年美国NUCOR建立了工业试验厂,德国的

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THYSSEN-KRUPP也建立了相同的试验工厂,据介绍年产50万t的带钢厂已经试验成功,但是关于生产的稳定性、成本、产品质量、产品范围和应用领域的进一步报道尚未见到。 1.2.2 热带钢装备技术进步

现在热连轧机很多的技术发展依然集中在板形、厚度精度、温度与性能的精准控制、表面的质量控制等方面,比如广泛使用的强力弯辊(WRB)系统、工作辊窜辊( HCW、CVC)和对辊交叉( PC)技术,工作辊的精细冷却、高精度的数学模型的不断改进等,都使热轧产品的质量不断提高。值得提出的新型轧机技术是日本2000年发明的在热连轧机组的最后3个机架上采用单辊驱动和不同辊径工作辊轧制技术(SRDD),该技术是轧制中驱动大直径的下工作辊(直径620mm),而较小直径的上工作辊从动,其优点是轧制中有剪应力产生,降低轧制力、减少边降和增大压下量。在国内称为异步轧制技术,国内的实验室实验也表明,该生产方法对降低轧制力有明显的效果。在目前的情况下用低温大变形生产超细晶粒钢和超高强度钢,这种设备是很有效的,但是关于质量、稳定性等方面尚无进一步的报道。所有新建的轧机都有完善的检测技术和手段,如厚度、宽度、速度、凸度、平直度、表面等,使带钢的精度更高,质量更好。

1.3 我国热轧板带钢发展趋势

1.3.1 近代热轧板带钢生产技术发展的主要趋向

1.热轧板带材短流程、高效率化。这方面的技术发展主要可分两个层次：(1)常规生产工艺的革新。为了大幅度简化工艺过程，缩短生产流程，充分利用冶金热能，节约能源与金属等各项消耗，提高经济效益，不仅充分利用连铸板坯为原料，而且不断开发和推广应用连铸板坯直接热装与直接轧制技术。(2)薄板坯和薄带坯的连铸连轧和连续铸轧技术是近十年来兴起的冶金技术的大革命，随着这一技术的逐步完善，必将成为今后建设热轧板带材生产线的主要方式。

2.生产过程连续化。近代热轧生产过程实现了连续铸造板坯、连续轧制和连铸与轧制直接衔接连续化生产，使生产的连续化水平大大提高。

3.采用自动控制不断提高产品精度和板形质量。在板带材生产中，产品的厚度精度和平直度是反映产品质量的两项重要指标。由于液压压下厚度自动控制和计算机控制技术的采用，板带纵向厚度精度已得到了显著提高。但板带横向厚度(截面)和平直度(板形)的控制技术往往尚感不足，还急待开发研究。为此而出现了各种高效控制板形的轧机、装备和方法。这是近代板带轧制技术研究开发最活跃的一个领域。

4.发展合金钢种及控制轧制、控制冷却与热处理技术，以提高优质钢及特殊钢带的

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组织性能和质量。利用锰、硅、钒、钦、银等微合金元素生产低合金钢种，配合连铸连轧、控轧控冷或形变热处理工艺，可以显著提高钢材性能。近年来，由于工业发展的需要，对不锈钢板、电工钢板(硅钢片)、造船钢板、深冲钢板等生产技术的提高特别注意。各种控制钢板组织性能的技术，包括对组织性能预报控制技术得到了开发研究和重视。 1.3.2 我国热带轧机的发展趋势

1.热轧带钢轧机建设进一步发展。近年我国热连轧带钢生产发展极其迅速，邯钢、南钢、安钢、武钢、宣钢、承钢等也正在规划建设热带轧机。如果所有轧机全部建成,产能得到发挥,则带钢产量将很可观,我国钢材板带比低、薄板长期供不应求的状况将根本改变。

2.轧机的国产化率逐步提高。进入21世纪以后,除热连轧带钢产量大幅度提高、轧机建设快速发展以外,轧机国产化问题也有了长足进步。设计产能在300万吨以上的1780热轧生产线有,如安钢1780机组380万吨,天铁1780机组380万吨，北台1780机组400万吨等,由国内总承包,装备全部国内设计制造,少量关键件在国外自主采购。国内装备虽然在整体技术水平上与外国先进水平有一定差距,但已达到较高水平,以鞍钢1700mm轧机为例,其质量水平与其1780mm轧机相差不大。国产装备的另一优势是价格优势。如引进国外的薄板坯连铸连轧生产线一般需投资20～23亿人民币,但采用国产中等厚度薄板坯仅需15～17亿人民币,其产量与国外生产线基本相同。

3.世界最新技术不断被采用。目前国内已建和在建热轧生产线中采用了许多最新技术,如半无头轧制技术,其在国外刚开发不久,国内已有多条生产线采用或预留 (唐钢、马钢、涟钢、本钢、通钢等)；如高性能控制器,西门子刚推出新一代闭环工艺与传动控制器 TDC,国内已有太钢 1549mm轧机、武钢2250mm轧机采用,北京科技大学国家轧制中心承担的莱钢 1500mm轧机自动化控制系统也采用了该控制器,使我国紧跟国外最先进的技术发展。事实表明,在采用最新技术方面热连轧领域已处于国际前沿水平。

2. 坯料和金属平衡

2.1 坯料来源

由连铸车间生产的合格连铸板坯，经过板坯输送辊道，直接从紧接布置的连铸车间进入本厂的板坯库，装炉制度采用冷装、保温热装和直接热装三种制度。坯料的热装比为30~70%，通过在加热炉内加热，板坯的出炉温度为1150~1250℃。少量不能直接热装的板坯先由车间吊车卸料到板坯库，在需要时排入生产计划，再由车间吊车按照一定顺序吊到辊道上，然后送入加热炉加热。

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2.2 坯料参数的选择

厚度 230、250、300mm 宽度 900~1450mm 长度 4,200~11,000mm

2.3 相关设备

三座步进梁式加热炉、一台板坯高压水除鳞箱、一台定宽压力机、一架立辊轧机、一架四辊可逆粗轧机、十二组保温罩、一台转鼓式切头飞剪、一台精轧高压水除鳞箱、七架四辊连轧机组、一套层流冷却装置、三台地下卧式卷取机及相应辅助配套设施等。

2.4 产品品种

产品品种为碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢、管线钢、低碳钢、超低碳钢等。

2.5 制定生产方案

该车间为年产300万吨的板带车间，生产形式为热轧，主要钢种为普碳钢，合金结构钢，采用粗轧和精轧两个阶段来完成不同的任务和要求。

热轧车间以板坯为原料，生产薄钢板。热轧薄板带钢生产方法主要有热连轧法、炉卷轧制法、连铸连轧法和双辊连铸法。其中前三种工艺已经大规模地应用于工业化生产中，技术成熟可靠，本车间选择热连轧法。热连轧法的优点是高产、优质和低成本，在当前热带钢生产方法中占据了主导地位。缺点是投资大。

带钢热连轧机主要有全连续式、半连续式、3/4连续式三种布置形式，各种热带钢连轧的精轧机组一搬都是由6～7架轧机组成。全连续式带钢热连轧机的主要特点是轧机均为不可逆轧机，带钢在粗轧区轧制时，每架轧机只按板坯的前进方向轧制一道，并且不形成连轧。半连续式带钢热连轧机的主要特点是至少有一架可逆式轧制，带钢在粗轧区内采用可逆式轧制，进行多道次压下，在粗轧机组不形成连轧。3/4连续式带钢热连轧机的主要特点是带钢在粗轧区部分轧机可采用可逆式轧制，而在最后的两架粗轧机内形成连轧。

从热轧带钢的粗轧发展来看，最先出现的是全连续式轧机。全连续式轧机轧制速度较快，但设备昂贵，压下量较小。为了克服缺点，出现了3/4连续式轧机，既可以增加轧制量，又可以保证轧制速度。随着轧辊技术的发展，轧辊的压下量大幅度增加，轧制能力增强，目前较多选择单机架的半连续式轧机，既可以减少成本，又可以保证压下。因此本车间粗轧区定为半连续式轧制，选择一架可逆式粗轧机；精轧机组选择7架轧机形成连轧。

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3. 轧制工艺及轧制制度的确定

3.1 生产工艺流程

所谓生产工艺流程就是把产品的生产工序按次序排列起来。正确制定工艺过程是轧钢车间工艺设计的重要内容。制定轧钢生产工艺过程的首要目的是为了获得质量符合要求的产品，其次要在保证质量的基础上追求轧机的高产量，并能做到降低各种原料、材料消耗，降低产品成本。因此，正确制定产品工艺过程，对于工艺过程合理化，对于充分发挥轧机作用具有重要意义。

根据已制定的生产方案，在充分完成产品产量质量要求的前提条件下，用最大可能的低消耗、最少的设备、最小的车间面积、最低的劳动成本，并有利于产品的质量的提高和发展，有较好的劳动条件，最好的经济效益，具体的原则包括：产品的技术条件，生产规模大小，产品成本和工人的劳动条件。.

3.2 压下制度设计

压下规程是板带轧制制度最基本的内容，直接关系着轧机产量和产品的质量，它 的中心内容就是要确定板坯轧成所要求的板带所须采用的轧制方法、轧制道次及每道次 压下量的大小。本次设计压下规程包括确定粗轧与计算精轧两部分。本次要设计的钢种为HSLA，厚度为19mm，宽度为1630mm。 3.2.1 根据产品选择原料

轧制钢种：HSLA

板坯规格：230×1450×10000mm连铸热装板坯。

表3.1 坯料的化学成分（WT%）

C ≤0.06 Mn 0.75~1.15 Si 0.40 S 0.004 P 0.020

3.2.2 粗轧机组压下制度的制定

1.坯料尺寸

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1780热连轧机组工艺设计

现代热轧带钢连轧机为了提高产品质量，一般采用大坯重，板坯厚度多为200～250mm；板坯宽度取决于产品规格，一般为500～2000mm；板坯长度受加热炉膛宽度及轧件温度降的限制，为9～12m；板坯重量为20～45t；

板坯厚度：H=（100～150）h mm （3.1） 式中h—成品带钢的厚度。

若粗轧机组机架数多，速度高，可选较厚板坯，反之，选薄板坯。

由于本车间生产产品厚度为1.2～19mm，且粗轧机组为一架粗轧机，选择坯料厚度为230mm。

板坯宽度：B=b+(50～100)mm （3.2） 式中b—成品带钢宽度。 由于选择的典型产品

本设计为热轧带钢生产线，坯料规格如下： 板坯厚度：230mm 板坯宽度：1150mm 板坯长度：10000mm

2.粗轧机组压下量分配原则及其道次变形量的分配

粗轧机组的作用是将不同尺寸的板坯轧成30~70mm的连轧坯，同时供精轧机组的连轧坯的温度必须保持在规定的范围内。其粗轧变形规律：

（1） 板坯在粗轧机组上轧制时，轧件温度高、塑形好，故应尽量利用该条件而采用大压下量轧制。可考虑到粗轧机组与精轧机组之间，在轧制节奏和负荷上的平衡，粗轧机组一般占总变形量（板坯至成品）的70%～80%。

（2）为保证精轧机组的轧件终轧温度，应尽可能提高粗轧机组轧出的带坯温度。一方面应尽可能提高开轧温度；另一方面尽量可能减少粗轧道次和提高粗轧速度。

（3）粗轧机组各道次压下量分配规律为：第一道次考虑咬入及坯料厚度偏差而不应给以最大压下量；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和带钢的板形，应适当减小压下量。

表3.2 粗轧压下率分配表

道次 五道1 20 15～23 2 30 22～30 3 35～40 26～35 4 40～50 27～40 5 30～50 30～50 6 33～35 % 六道% 本次设计选择五道次粗轧。出R轧机后就进入精轧连轧机组的目标厚度一般可以根

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1780热连轧机组工艺设计

据成品厚度有规定表格查出。

表3.3 带坯规格表

成品厚度（mm） 带坯厚度（mm） 0~3.59 32 3.60~5.99 34 6.00~9.99 36 10.00~12.7 38

由上表及经验可以得出带坯厚度选择40.00mm，即中间坯厚度为40.00mm。 根据上表3.2.，表3.3得出下表：

表3.4 粗轧各道次压下量分配

轧制道次 1 20 46.00 230 184 2 30 55.20 184 128.8 3 30 38.64 128.8 90.16 4 406 36.06 90.16 54.10 5 29.7 16.07 54.10 38.03 ％ h 轧前H 轧后h 3.2.3 精轧机组压下制度的确定

精轧机组的压下量分配原则一般是充分利用高温这一有利条件，把压下量集中在前几架。对于薄规格产品，在后几架轧机上为保证板形、厚度及表面质量，压下量逐渐减小；但对于厚规格产品，后几架压下量也不宜过小，否则对板形不利。具体分配时，应注意以下几个方面：

1. 第一架可以留有适当的余量，即是考虑到带坯厚度的波动和可能产生的咬入困难等，

而使压下量略小于设备允许的最大压下量；

2. 第二、三架要充分利用设备能力，给予尽可能大的压下量；

3. 以后各机架逐渐减少压下量，到最后一架一般在7~12%左右，以保证板形、厚度、精度和性能。

表3.5 精轧压下率分配表

F1～F7 1 2 3 ９

4 5 6 7

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25～35 20～28 10～16

压下率 40～48 40～46 35～41 32～39 根据上表可制定本次设计的精轧各道次的压下分配为下表：

表3.6 精轧各道次压下量分配

道次 1 15 5.70 38.00 32.30 2 22 7.11 32.30 25.20 3 23 5.80 25.20 19.40 4 21 4.07 19.40 15.32 5 21 3.21 15.32 12.11 6 11 1.33 12.11 10.78 7 7 0.75 10.78 10.00 % h 轧前H 轧后h

3.2.4 咬入能力校核

热轧带钢时候咬入角一般为15度到22度，低速咬入时候可以取20度.按

hmaxD(1cos)公式，仅校验粗轧第二架为α咬入角18.2度。咬入没有问题。

3.3 轧制时间和速度的确定

3.3.1 粗轧机组轧制速度和轧制时间

对于可逆式粗轧机，其速度制定常用梯形速度图和三角形速度图，粗轧机的出口速度一般为2～4.5m/s，最大可达5.5m/s。取其第一道速度为2m/s，利用轧制前后体积不变原则得粗轧轧制时间表如下图所示：

表3.7 粗轧机组轧制速度和轧制时间

粗轧道次 1 2 轧后厚度mm 184 128.80 压下量Δh mm 46 55.20 １０

轧制速度 m/s 2.0 2.0 轧制时间 s 6.53 9.33 1780热连轧机组工艺设计

2.0 3.0 3.0 13.33 14.82 21.08

3 4 5 90.16 54.10 38.00 38.64 36.06 16.07

时间间隔取3s，粗轧总轧制时间为6.53+9.33+13.33+14.82+21.08+12=77.10 3.3.2 精轧机组轧制速度和轧制时间

1.制定精轧速度制度：确定精轧末架轧制速度和穿带速度，根据体积不变条件确定精轧各个道次的轧制速度和穿带速度。

①精轧末架轧制速度的确定

由于重钢1780在精轧机组前配置了热卷箱，因此不需要升速轧制。采用稳速轧制，根据电机的最大转速，可得精轧的最大轧制速度为20.2m/s。由于所选的典型产品厚度大于4mm,取精轧最后一机架的轧辊速度为vg=12m/s。

②前滑值的计算

前滑值 h1h2Shi(1)4h2fR （3.3） 式中 h——该架的压下量； H——该架的带钢出口厚度；

F——该架的摩擦系数，此处去f=0.5； R——该架的工作辊直径。 则

1.1692 S1.169(11)0.01h741920.5350

末机架的轧制速度为

（3.4）

v7vg(1Sh7)151.0115.15m/s （3.5） ③其他各机架轧制速度的确定。当精轧末机架轧制速度确定后，根据连轧条件—秒流量相等的原则计算得出，即

h1v1h2v2hnvnC

（3.6）

已知末架出口速度为12.12m/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为后一架入口速度的95%）依据秒流量相等得：Vhn0.95VH(n1) (3.7)

④末架穿带速度和各道次穿带速度的确定。

穿带速度是指轧件头部从第一架入口到最后一架入口的速度，末架穿带速度以成品

１１

1780热连轧机组工艺设计

厚度为依据，可以查下表得出：

表3.8 末架穿带速度以成品厚度

成品 厚度， mm 穿带 速度，m/s 10 9.5 9 7.5 7 6.5 6 5.75 5.5 5 ≤ 4.01~ 4.60~ 5.00~ 5.50~ 6.00~ 6.50~ 7.00~ 8.00~ 4.99 5.49 5.99 6.49 6.99 7.99 9.99 10.00~ 12.50 4.00 4.59

由于本次设计的产品厚度h=19mm，所以由经验可得末架轧机的穿带速度为5m/s。再根据秒流量相等的原则计算得出各机架穿带速度。

则通过计算可得下表：

表3.9 精轧机组轧制速度和轧制时间

机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 轧后Vh m/s 4.65 5.97 7.74 9.81 12.42 13.95 15 轧后h mm 32.30 25.20 19.40 15.33 12.11 10.78 10.02 轧前vH m/s 3.96 4.90 6.28 8.16 10.32 13.07 14.68 穿带速度 m/s 1.55 1.99 2.58 3.27 4.14 4.65 5.00 2. 确定精轧时间

精轧机组间机架间距为6米，各道次纯轧时间为Tzh=(230mm×10m)/(10mm×15.15m/s)=15.18s

6t342.32663.87 t233.02 间隙时间分别为 t12 2.581.551.99 t45 t78则精轧总延续时间为：

6661.84 t561.45 t671.29 3.274.144.6561.2 5１２

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TTzht12t23t34t45t56t67t7815.183.873.022.321.841.451.291.230.32

3.4 轧制温度

3.4.1 粗轧温度制度

为了确定各道次轧制温度，必须求出逐道温度降。采用公式：

ztt12.9(1)4 (3.8)

h1000式中

Z——辐射时间即该道次轧制延续时间 Zh——前一道的轧出厚度

t1——前一道的绝对温度 (3.9) 由于典型产品为HSLA，设定坯料加热温度为1150oC,粗轧前高压水除磷温降为50oC，则第一道次开轧温度为1100oC。计算各道次轧件脱离轧辊的尾部温度如下：

表3.10 粗轧各道次温度

道次 R1 R2 R3 R4 R5 Z s 6.53 9.33 13.33 14.82 21.08 轧后h mm 184 128.80 90.16 54.10 38.00 t1 oV体积v粗bh△t o取△t oC C C 5 5 5 1160 1155 1145 1135 1025 0.83 1.66 3.34 6.07 11.86 10 10 因此可粗轧最后一道的温度为1025oC 3.4.2 精轧温度制度

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，才进入精轧取中间辊道和热卷箱温降为50℃，高压水除鳞温降50℃，所以进精轧的温度为：T1=1065-100=965℃。

对于热轧板带连轧，计算道次温降可采用一下温度降公式： ZTt17.2(1)4h1000

１３

(3.10)

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式中 T1——前一道轧件的绝对温度，K;

Z——前一道轧制至该道轧制的延续时间，s; H——该道次轧机轧后的厚度。

取开轧温度为965oC，由于一个轧制周期为30.09s,则轧件整个过程的温降为：

ZT30.09965273ot17.2(1)417.2 23.63Ch100061000o所以终轧温度Tn=1020-23.63=941.37C

 h0由 tit0C1hi4(3.11)

 其中：t0 —开轧温度，965℃；

h0—轧前厚度，40mm；

tn—轧后温度，941.37℃；

hn—轧后厚度19mm； 又由 Ct0tnhnh0hn (3.12)

则C=(965-941.37) ×19/(40-19)=21.38

表3.11 精轧各机架轧件尾部温度变化表

机架 温度(℃) F1 1021.35 F2 1014.53 F3 1005.26 F4 994.56 F5 981.00 F6 973.02 F7 967.56 １４

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4 力和力矩计算

4.1. 粗轧轧制力的计算

1.确定轧件在各道次的平均变形速度 平均变形速度公式为：

2Vh式中 R——轧辊直径，mm；

HhR V ——轧辊在该道次的最高线速度，mm/s; H ——轧制前的轧件厚度，mm;

h ——轧制后的轧件厚度，mm。

Dn其中： (4.2) V60

式中 D—轧辊直径，mm; n—轧辊最大转速，r/min。 则粗轧各道次平均变形速度计算如下表所示：

表4.1 粗轧各道次平均变形速度

(4.1)

轧辊直径D mm

2.确定粗轧各道次的轧制力

S.Ekelund公式是用于热轧时计算平均单位压力的半经验公式，它适合于热轧时的 计算公式为：

轧制力公式为 PPF (4.3) 式中 P — 平均单位压力； F——变形区面积。

１５

轧辊最大转速n r/min 100 100 100 100 100 V mm/s 6280 6280 6280 6280 6280 △h mm 46 55.20 38.64 36.06 16.07 平均变形速度ε s-1 8.40 12.18 14.56 21.35 22.31 1200 1200 1200 1200 1200 1780热连轧机组工艺设计

FblbRh (4.4) 平均单位压力采用S爱克伦得公式

P(1m)(k) (4.5) 式中 m ——外摩擦对单位压力影响的系数； ——粘性系数； ——平均变形速度。 其中

1.6fRh1.2hm HhS.Ekelund还给出计算K和的经验公式

(4.6)

k9.8(140.01t)(1.4CMn)MPa (4.7) 0.1(140.01t)MPas (4.8) 式中 t——轧制温度； C——以%表示的碳含量； Mn——以%表示的锰含量 C′—决定于轧制速度的系数

f用下列式子计算。

fa1.050.0005t (4.9) 对于钢轧辊a1；对于铸铁轧辊a0.8

表4.2 C′的选择表

轧制速度（m/s) C′ <6 6~10 10~15 15~20 1 0.8 0.65 0.6 则粗轧各道次轧制力计算如下表所示：

表4.3 粗轧各道次轧制力

道次 b mm R1 1100 600 46 166.13 0.8 1160 0.376 33.18 0.24 0.11 39.00 7127.74 R mm △h L mm a o t f k  m P KN P N/mm2 C １６

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0.245 0.14 42.02 8412.43

R2 1100 600 55.2 181.99 0.8 1155 0.378 33.87 R3 1100 600 38.64 152.26 0.8 1150 0.38 34.57 0.25 0.21 46.27 7749.32 R4 1100 600 36.06 147.10 0.8 1145 0.382 35.26 0.255 0.32 53.86 8714.56 R5 1100 600 16.07 98.18 0.8 1135 0.386 36.64 0.265 0.45 61.65 6658.80 1）其中C的含量为：0.045％；Mn的含量为1.04％

4.2 粗轧轧制力矩的计算

由下式计算： MMzMfMkMd (4.10) i①轧制力矩的计算： Mz2PRh (4.11)

为合力作用点系数。一般对热轧板带轧制约为0.42～0.50，取=0.48 ②附加摩擦力矩由两部分组成：MfMf1Mf2 式中 Mf1(4.12)

——轧辊的轴承中的摩擦力矩；

Mf2——传动机构中的摩擦力矩。

在四辊轧机中 辊颈直径dz=1120mm。

式中： f—支承辊轴承的摩擦系数，此处取0.005;

Dg、Dz—工作辊及支承辊的直径。 传动机构中摩擦力矩Mf2可由下式计算：

1Mf2(1)(MzMf1)

Mf1Pfdz(DgDz)(4.13)

式中 ——传动效率系数。可取=0.94，减速比i=1， ③轧机的空转力矩

空转力矩是指空载转动时轧机主机列所需的力矩。通常是根据转动部分轴承引起的摩擦力矩计算之。一般可按经验公式确定：

１７

1780热连轧机组工艺设计

(4.14)

Mk(0.03~0.06)MH

式中 MH——电动机的额定转矩即：

MH9550Ne(Nm) ne(4.15)

式中 Ne——电机的额定功率，kw；

ne——电机的额定转速，r/min。 四辊轧机： MH955080001697.8 KNm 45Mk0.051697.884.9KNm ④作用在电机轴上的动力矩Md=0 则粗轧各道次轧制力矩计算如下表所示：

表4.4 粗轧各道次轧制力矩

道次 R1 R2 R3 R4 R5 P KN 9978.84 14948.98 13749.45 14437.95 12202.01 166.13 181.99 152.26 147.10 L Dz mm 1600 1600 1600 1600 Dg mm Mf1 MPa Mf2 MPa Mz MPa 1136.78 1469.73 1132.73 1230.64 627.63 Mf MPa 88.27 110.59 90.81 99.96 60.75 Mk MPa 115 115 115 115 115 Md MPa 0 0 0 0 0 M MPa 1340.06 1695.32 1338.55 1445.60 803.38 (4.16)

1200 29.94 58.34 1200 35.33 75.25 1200 32.55 58.26 1200 36.60 63.36 1200 27.97 32.78 98.18 1600 1）其中Φ=0.48；f=0.005; i=1

4.3 精轧轧制力的计算

1.确定轧件在各道次的平均变形速度

2VhHhR 平均变形速度公式为：

(4.17)

式中 R——轧辊直径，mm；

１８

1780热连轧机组工艺设计

V ——轧辊在该道次的最高线速度，mm/s; H ——轧制前的轧件厚度，mm;

h ——轧制后的轧件厚度，mm。

Dn其中： V60

则精轧各道次平均变形速度计算如下表所示：

表4.5 精轧各道次平均变形速度

(4.18)

式中 D—轧辊直径，mm; n—轧辊最大转速，r/min。计算方法同粗轧相同

机架 轧辊直径D mm 850 850 850 850 700 700 700 轧辊最大转速n r/min 240 240 240 240 520 520 520 V mm/s 10676 10676 10676 10676 19049.33 19049.33 19049.33 △h mm 5.70 7.11 5.80 4.07 3.22 1.33 0.75 平均变形速度ε s-1 0.89 1.08 1.39 1.76 3.93 4.64 5.02 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 2.确定粗轧各道次的轧制力

计算方法同粗轧，则精轧各道次轧制力计算如下表所示：

表4.6 精轧各道次轧制力

机架 b mm F1 1100 425 5.7 49.22 0.8 1025 0.45 51.85 0.38 0.8 0.38 72.24 3911.29 R mm △h L mm a o t f k  C' m P KN P N/mm2 C １９

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0.38 0.8 0.51 79.75 4821.65

F2 1100 425 7.11 54.95 0.8 1021.35 0.46 52.35 F3 1100 425 5.79 49.63 0.8 1014.53 0.46 54.58 0.31 0.8 0.62 86.90 4742.68 F4 1100 425 4.07 41.61 0.8 1005.26 0.46 54.06 0.32 0.8 0.69 93.66 4286.17 F5 1100 350 3.22 33.56 0.8 994.56 0.46 56.06 0.26 0.65 0.72 98.47 3635.60 F6 1100 350 1.33 21.58 0.8 981.00 0.46 57.93 0.27 0.65 0.60 95.06 2257.59 F7 1100 350 0.75 16.25 0.8 967.56 0.46 59.80 0.28 0.65 0.52 93.19 1665.64 1）其中C的含量为：0.045％；Mn的含量为1.04％

4.4 确定精轧各道次的轧制力矩

计算方法同粗轧相同， 由下式计算： MkMzMfMkMd i(4.19)

其中，由于精轧是稳速轧制，Md0KN.m。 ①轧制力矩的计算： Mz2PRh

Mf1if2(4.20)

为合力作用点系数。一般对热轧板带轧制约为0.42～0.50，取=0.48 ②附加摩擦力矩由两部分组成：Mf式中：Mf1Mf2 (4.21)

—轧辊的轴承中的摩擦力矩；M—传动机构中的摩擦力矩。

(4.22)

在四辊轧机中 Mf1Pfdz(DgDz)

辊颈直径dz=70%Dz=1120mm；式中：f—支承辊轴承的摩擦系数，此处取0.005。

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Dg、Dz—工作辊及支承辊的直径。 传动机构中摩擦力矩Mf2可由下式计算：

(4.23)

(MzMf1)1 Mf2(1)

i式中：—传动效率系数。可取=0.94，减速比i=1， 所以 Mf20.05(MzMf1)i (4.24)

其中，第一机架 i=2.94,第二机架 i=1.84,第三机架 i=1.25,其余机架i=1。 ③轧机的空转力矩

空转力矩是指空载转动时轧机主机列所需的力矩。通常是根据转动部分轴承引起的摩擦力矩计算之。一般可按经验公式确定：

Mk(0.03~0.06)MH

式中：MH—电动机的额定转矩，MH9550(4.25)

Ne(Nm) ； ne(4.26)

Ne—电机的额定功率，kw； ne—电机的额定转速，r/min。 则精轧各道次轧制力矩计算如下表所示：

表4.7 精轧各道次轧制力矩

道次 P KN 3911F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 .31 .29 4742.78 .98 3635 2257.59 .65 1665 4286 482149.22 54.95 49.63 41.61 33.521.59 16.25 L Dz mm i Dg mm 850 850 850 850 700 700 700 Mf1 MPa 11.64 14.34 14.10 12.75 Mf2 MPa 9.82 13.43 12.00 9.20 Mz MPa 184.81 254.35 225.94 171.24 117.14 46.79 25.98 Mf MPa 21.46 27.78 26.11 21.95 15.21 Mk MPa 115 115 115 115 115 Md MPa 0 0 0 0 0 0 0 M MPa 199.32 281.02 321.88 308.20 247.35 169.94 146.56 1600 2.94 1600 1.84 1600 1.25 1600 1600 1600 1600 1 1 1 1 .60 6 8.90 6.30 5.53 2.62 4.08 1.50 8.14 115 5.58 115 其中Φ=0.48；f=0.005;

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1780热连轧机组工艺设计

参考文献

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[7] 赵志业. 金属塑性变形与轧制理论 .北京：冶金工业出版社. 2008. [8] 王平，崔建忠. 金属塑性成形力学 .北京：冶金工业出版社. 2010.

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1780热连轧机组工艺设计

致 谢

本次工艺参数的设计与计算是在马立峰老师悉心的指导下完成的。马立峰老师在轧制道次的确定，轧制力的确定，轧制力矩的确定等方面给出许多启迪性建议和教导，并且推荐给我重要的参考书籍。这些对于我第一次进行系统地课程设计是很重要的，是我在设计过程中受益颇多。在此，我诚挚地向马老师表示最衷心的感谢,并致以深深的敬意！

在课下的设计过程中，同组的成员也给予我很大的帮助，他们给我许多参考性的方法，设计技巧以及参考数据。指出本人设计中的疏漏与错误。向本人提出许多建设性的意见。在此，向同组设计成员表示由衷的谢意，并希望能够在以后的设计中相互学习，共同进步。

由于本人知识有限，而且是首次完成设计，所设计内容难免有不足之处，希望大家能及时批评指正。

最后，再次向所有给予我支持和帮助的老师、同学们表示深深的感谢！

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