【课程设计】板带轧制设计
【课程设计】板带轧制设计
辽宁科技大学
课程设计说明书
设计名称：板带轧制课程设计
指导教师：王振敏
学院：装备制造学院
班级：材控10.1
姓名：李天夫
日期：2013.12.19
目录1.综述
1.1热轧板带钢的生产状况
1.2热轧板带钢的新技术发展趋势
2.工艺流程及设备
2.1生产工艺流程简介
2.2主要设备及产品参数
3.整个流程的设计和计算
3.1 确定轧制方法
3.2 加热制度的确定
3.3各道次压下量的分配
3.4 粗轧各道次宽展计算
3.5根据成品板的宽度确定精轧宽度
3.6宽向所需的总的侧压量
3.7各道次宽度的计算
3.8粗轧所用时间及其温降
3.9精轧各道次速度的计算
3.10精轧各机架的温度
3.11精轧各机架的变形速度
3.12精轧单位压力及其轧制力轧制力矩的计算
4.强度校核
4.1咬入角校核
4.2轧辊强度校核
5.结束语
1.综述
1.1热轧板带钢的生产状况
热轧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。
a热轧宽带钢的生产状况
国外热轧宽带钢生产的技术进步表现在以下几方面:①热带钢无头轧制技术。无头轧制技术能稳定生产宽薄带钢及超薄热轧带钢，其宽厚比可由传统热连轧的800∶1提高到1 000∶1，并能应用润滑轧制及强制冷却技术生产具有新材料性能的高新技术产品。②薄板坯连铸连轧技术。它主要有紧凑式热带钢生产工艺CSP (Compact Strip Process)、在线热带钢生产工艺
ISP (In-Line Strip Production)、灵活式薄板坯轧制工艺
FTSR (Flexible Thin Slab Rolling)和连铸直接轧制工艺CONROLL等10余种类型。德国SMS公司开发的CSP工艺已成功地轧制出厚度为0.8mm的薄带钢产品，并已经广泛应用在家用电器、建筑工业等领域；奥钢联(V AI)开发的CONROLL工艺也成功地生产出厚度0.9mm~1.0mm、表面质量极好的热轧薄带钢，可用作汽车的外露部件；美国至今已经投产的薄板坯连铸连轧生产线达百余条，生产能力53107t/年。③铁素体区轧制生产工艺。它又称相变控制轧制，是由比利时冶金研究中心于1994年开发的一项轧制新技术，当初主要目的就是用薄规格的热轧带钢取代1.0mm~2.0mm厚度范围的冷轧产品。铁素体区轧制生产工艺的发展目标是生产薄(超薄)规格优质深冲板。LTV公司的印地安那哈伯厂40%的超低碳钢产品采用铁素体区轧制生产， Arvedi公司采用铁素体区轧制生产的超薄热轧带钢已占其产量的25%。④铸轧薄带钢的CASTRIP工艺。这种工艺由美国纽柯钢铁公司、澳大利亚BHP公司和日本IHI公司联合开发， 2003为纽柯公司成功建设了世界上第一套全商业化的双辊铸轧薄带钢生产线，用来生产碳钢和不锈钢。与常规连铸和轧钢技术相比，这种工艺具有投资省、运行费用低、节能环保、废气排放少等优点。目前，这套全商业化的薄带钢双辊铸轧机可年产2.0mm以下薄规格带钢50万t。该铸轧机采用的钢包容量为110t，铸轧机双辊直径为Φ500mm，最高连铸速度为150m/min，常用连铸速度为
80m/min，出口带钢厚度为0.7mm~2.0mm，宽度为1 000mm~2 000mm。
国内热轧宽带钢生产概况如下:①传统的热带轧机。以宝钢2050mm热轧带钢轧机为例，宝钢2050mm热轧厂于1989年8月3日投产，热轧机组设计年产量为400万t。到2000年底已累计生产4446万t热轧带钢。1999年产量达到510
万t，超过设计产量25%， 2000年达到520万t。主要产品有普碳钢、优质碳素钢、低合金钢、深冲用钢、造船用钢、螺旋焊管用钢等钢卷和钢板。2050mm热轧机组为3/4连续式轧机。全厂的主要设备有: 4架粗轧机、7架精轧机， 3台全液压卷取机，及5条精整作业线。设备总重60915t。设备由德国西马克德马格财团总承包，12年来，设备运行稳定。在产量大幅度上升的同时，机组的生产综合指标与产品精度也在不断提高，高强度、高难度极限规格产品不断增加，薄规格产品比例成倍提高。尤其最近，2.00mm以下薄规格产品占产量的17%，比1992年5月达产时的4.98%和设计规定的6%高3倍。把薄规格产品作为主要生产目标，采用最佳卷取温度，对加热温度、轧制负荷分配、轧制速度进行优化，对各精轧机架目标凸度进行合理分配，轧出符合标准的厚度为1.6mm的集装箱用耐大气腐蚀板，解决了集装箱钢板长期依赖进口的局面，2002年又试轧成功厚1.2mm的热轧薄带钢。②薄板坯连铸连轧。自1992年兰州钢厂与钢铁研究总院合作建立了我国第一套CSP薄板坯连铸机以来，国内各大钢铁公司纷纷花费巨资新建或改造热连轧厂，不断扩大品种范围，提高产品质量。宝钢的2050和1580热轧线是国内工艺装备及自动化控制水平较高的两条生产线，能稳定生产厚度≥1.5mm的热轧板卷，也能生产少量厚1.0mm～1.2mm的超薄热轧带钢。1999年珠钢引进第一条CSP薄板坯连铸连轧线(1 450mm)，之后相继建成投产邯钢1450mm、包钢1700mm、攀钢、唐钢1800mmFTSR机组马钢1800mmCSP机组、华菱1800mmCSP一期工程和上钢一厂的1780热连轧机组，本钢1880mmCSP连铸连轧热轧生产线设计产能280万吨，莱钢1450热连轧机组设计产能200万吨，沙钢1700mm热连轧生产线设计产能450万吨。鞍钢2150mmCSP机组设计产能450万吨。据统计，2007年国内预计将有12条热轧生产线投产，设计总产能为3700万吨，其中设计产能在300万吨以上的大型热轧生产线有5条，分别是安钢1780机组380万吨，马钢2250机组500万吨，宝钢1880机组370万吨，天铁1780机组380万吨，北台1780机组400万吨；其余7条热轧产线设计产能均在200万以上，它们是日照钢厂1580机组200万吨，唐山国丰1480机组200万吨，迁安轧一厂1250机组200万吨，武钢1580机组280万吨，山西海鑫1500机组220万吨，宁波建龙1780机组250万吨。预计到2007年底我国热轧总产能将达到1.4亿吨。③铁素体区轧制生产工艺。珠钢CSP薄板坯连铸连轧生产线投产后，计划采用该工艺生产2.0mm以下超薄热轧带钢，目前国内唐钢、本钢等多条CSP薄板坯生产线均已具备铁素体区轧制能力。
b热轧窄带钢的生产状况
目前，国外窄带钢的发展呈停滞状态，产量和质量均不高，对窄带钢的需求多采用将宽带纵切的办法，成本偏高。国内共有50多套热轧窄带钢轧机，其中全连续式轧机2套， 3/4连轧机14套，半连轧15套，其余为跟踪式、横列式、行星式等，年总生产能力93106t。但生产工艺和设备水平普遍较落后，其中15家国有企业的大部分仍采用老式布局的3/4连轧生产线。按产品的宽度可分为两类，一类为145mm~240mm，多采用连铸坯一火成材，如宣钢带钢厂等；另一类为210mm~305mm，使用初轧坯两火成材，如包钢、莱芜带钢厂等。优化改造后唐钢窄带钢生产线采用自产165mm3165mm、165mm3225mm、165mm3280mm三种规格的连铸坯，能够生产最宽达355mm、最薄为1.8mm的窄带产品。1996年无锡市新大薄带钢有限公司在国内率先建成了年产63104t的350mm
热轧薄窄带钢生产线，采用了合理的工艺、设备，选用了先进的控制系统，从而解决了板形、板厚控制与活套角度控制等一系列难题，成功地生产出厚度为1.0mm~1.5mm、宽度为130mm~200mm的薄规格窄带钢，并用于薄壁焊管生产。鞍钢公司轧钢总厂一条中型型钢生产线经改造，形成了年产13105t的350mm半连轧窄带钢生产线，目前已能生产厚度为1.2mm~2.0mm的高强度合金钢和不锈钢等难轧窄带钢产品。
1.2热轧板带钢的新技术发展趋势
a热轧宽带钢的发展方向
热轧板宽带钢以深冲钢板、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、超细晶高强度钢板为发展目标。由于将采用无头轧制技术、薄板坯连铸连轧工艺、控制冷却技术等轧制工艺生产热轧薄带钢，因此可以较好地控制热轧带钢的组织和性能。在冷却技术方面，以温度预测模型为基础，采用细分的冷却箱和缓慢冷却装置，开发高精度的冷却系统，对钢材的组织和性能进行控制。
从超薄热轧带钢的市场需求和生产现状可看出“以热代冷”的钢铁市场走向决定了超薄热轧带钢生产总体趋势是供不应求，同时也表明了超薄热轧带钢将成为热轧宽带钢的另一个发展方向。可以预见，采用无头轧制和低温轧制工艺将是薄板坯连铸直接轧制生产超薄带钢的主要发展方向。
b热轧窄带钢的发展方向
增大带钢产品的优质比，调整产品结构，开拓热轧窄带钢产品应用新领域。目前热轧窄带钢生产厂在提高质量、降低消耗、降低成本、扩大品种的前提下，将小家电、小五金、家具、自行车零件等深加工企业所需多层次优质碳素结构钢、优质低合金钢、高锰钢、不锈钢等高质量带钢作为主导产品，彻底改变只以焊管为主要供货方向的局面，建设新热轧窄带钢生产线，所轧产品规格处于宽带轧机产品的下限之外，从而可以代替部分冷轧产品。如用厚度小于 1.5mm 的热轧窄带钢替代冷轧带钢，可以减少冷轧轧程，大幅度降低生产成本，提高轧机的效率。
向薄、宽、厚方向发展。生产薄规格带钢，可满足薄壁焊管厂提高成材率、降低生产成本的需要；生产宽规格带钢，占领热轧中宽带钢(宽度一般大于500mm的产品空间；生产厚规格带钢，开发轻钢结构。轻钢结构用来制作工业厂房、办公大楼、体育场馆、商业超市、仓库等，目前广泛使用宽200mm~350mm、厚6mm~30mm、长3m~12m中板及板卷，热窄带钢比中板便宜600元/t~700元/t，如能用窄带钢代替中板，将使整个钢结构工程成本有较大幅度下降。
2.工艺流程及其设备
2.1生产工艺流程简介
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→精轧机层流冷却→卷取机→检查→卷取分卷横切→成品
2.1.12150生产线简介
以鞍钢2150mm热轧带钢轧机为例，鞍钢2150mm热轧厂鞍钢集团公司结合其三炼厂异地改造，在鞍钢西部地区新建的一条年产500万吨的ASP连铸连轧生产线。该生产线采用直轧工艺，配备了步进式加热炉且带有长行程装钢机、四辊可逆式粗轧机、液压活套、精轧液压AGC、AWC、窜辊和弯辊装置、带自动跳步功能的全液压卷取机、全线三级计算机控制等先进技术装备。热轧带钢厂目前生产品种有：低碳钢、中碳钢、高碳钢、船用结构钢、管线钢、锅炉用钢、焊瓶钢、IF深冲钢、无取向硅钢、包晶钢、高强双相钢等，产品覆盖面广。热轧钢卷除供冷轧、硅钢继续深加工外，广泛应用于建筑、机械加工制造、汽车制造、造船、卷管、集装箱制造业等行业。2150生产线主要设备包括三座步进梁式加热炉、一台板坯高压水除鳞箱、三架立辊轧机、一架四辊可逆粗轧机、十二组保温罩、一台切头飞剪、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。
自1992年兰州钢厂与钢铁研究总院合作建立了我国第一套CSP薄板坯连铸机以来，国内各大钢铁公司纷纷新建或改造热连轧厂，不断扩大品种范围，
提高产品质量。宝钢的2050和1580热轧线是国内工艺装备及自动化控制水平较高的两条生产线，能稳定生产厚度≥1.5mm的热轧板卷，也能生产少量厚1.0mm～1.2mm的超薄热轧带钢。1999年珠钢引进第一条CSP薄板坯连铸连轧线(1 450mm)，之后相继建成投产邯钢1450mm、包钢1700mm、攀钢、唐钢1800mmFTSR机组马钢1800mmCSP机组、华菱1800mmCSP一期工程和上钢一厂的1780热连轧机组，本钢1880mmCSP连铸连轧热轧生产线设计产能280万吨，莱钢1450热连轧机组设计产能200万吨，沙钢1700mm热连轧生产线设计产能450万吨。鞍钢2150mmCSP机组设计产能450万吨。珠钢CSP薄板坯连铸连轧生产线投产后，计划采用该工艺生产2.0mm以下超薄热轧带钢，目前国内唐钢、本钢等多条CSP薄板坯生产线均已具备铁素体区轧制能力。
2.2主要设备及产品参数
2.2.1坯料的选择
根据所设计的产品的厚度为2.5mm 宽度为1150mm
则选取如下坯料
种类板坯
厚度板坯
宽度
板坯
长度
钢种
连铸板坯200m
m
1450
mm
15000 mm Q345
2.2.22150生产线主要设备三座步进梁式加热炉
一台板坯高压水除磷箱
三架立棍轧机
一架四棍可逆式粗轧机
十二组保温罩
一台鼓式切头飞剪
一台精轧高压水除磷箱
六架四棍连轧机组
一套层流冷却装置
三台地下卧式卷取机
2.2.3轧机的主要参数
a．粗轧机
水平辊粗轧机主要性能参数
项目参数
粗轧机支持辊尺寸mm φ1650/φ1500×2150粗轧机工作辊尺寸mm Φ1300/φ1200×2150 材质合金锻钢最大轧制压力t 5000
道次最大压下量mm 50
主电机功率kW 2-AC 10000 转速r/min 40/90
轧制速度m/s 0~5.89
立柱断面cm2 8925
附着式立辊数目架 2
立辊最大侧压量mm 50(板坯200mm)
b．精轧机
机架F1 F2 F3 F4 F5 F6
Dg(m m) 850/7
65
850/7
65
850/76
5
850/76
5
700/63
700/63
Dz(m m)1600/
1450
1600/
1450
1600/1
450
1600/1
450
1600/1
450
1600/1
450
Lg(m
m)
2450 2450 2450 2450 2450 2450
Lz(m
m)
2150 2150 2150 2150 2150 2150
P(t)m
ax
45000 45000 45000 45000 40000 40000
主电机AC10
000
AC10
000
AC10
000
AC10
000
AC10
000
AC10
000
转速(rpm) 150~4
50
150~4
50
150~4
50
150~4
50
250~7
00
300~8
00
工作辊材质实心
锻钢
实心
锻钢
实心
锻钢
高镍
铬
高镍
铬
高镍
铬
支撑辊材质高速
钢
高速
钢
高速
钢
高速
钢
高速
钢
高速
钢
主减
速比
4.16 3.3 2.54 1 1 1
3.整个工艺流程的设计和计算
3.1 确定轧制方法
采用粗轧和精轧两个阶段的轧制，即采用综合轧制法，先在粗轧机组可逆轧制五道次，达到产品所需的展宽后，精轧制机组轧制六道次。
3.2 加热制度的确定
a 加热温度
加热制度取决于热轧所需的开轧温度。一般加热温度为1250~1280℃，开轧温度为1180~1220℃，取1200℃。
c．加热时间
根据经验公式
τ=C·B
式中: τ——加热时间，小时；
B——钢坯厚度，厘米；
C——系数；见表
钢种 C
碳素钢0.1~0.15 合金结构钢0.15~0.20
高合金结构钢0.20~0.30
高合金工具钢0.30~0.40
则τ=20*0.1=0.2h
3.3各道次压下量的分配
a.粗轧压下量的分配
粗轧各道次压下率分配范围表（ε%表示压下率）
道次123456
五道ε%203035～
40
40～
50
30～
50
-
六道ε%15～
23
22～
30
26～
35
27～
40
30～
50
33～
35
本次设计选择五道次粗轧。根据以上两个表可制定本次设计的粗轧各道次的压下分配为：
粗轧各道次压下量
道次 1 2 3 4 5 H(m
m)
200 160 112 68 37
△h (mm ) 40 112 44 37 25
H (m m) 160 48 68 31 12 压下率(%) 20 30 39.29 45.59 32.43
b.精轧压下量的分配
精轧压下率分配表（ε%
表示压下率）
本设计是六道次精轧 故设计道次如下
道次 1
2 3 4 5 6 7 6架ε%
40～50 35～45 30～40 25～35 15～25 10～
15
7架ε%
40～50
35～45
30～40
25～40
25～35
20～28
10～
15
表 4.9 精轧机组的压下规
程 机架号 F1 F2 F3 F4 F5 F6 轧前厚H (mm) 25 15 9.3 5.6 3.7 2.8 轧后厚h (mm) 15 9.3 5.6 3.7 2.8 2.5 压下量Δh(mm) 10
5.7 3.7 1.9 0.9 0.3 压下率(%)
40
38
40
34
25
11
轧后的成品厚度h =2.5mm
3.4 粗轧各道次宽展计算
由齐贝尔公式： hi R H h C B i ??=?/i 在温度高于1000℃时C =0.35
式中： i B ? —第 i 道次的宽展量，mm ； i h ?—第i 道次的压下量，mm ；
=??=?i i h R H h C B /111.07mm =??=?i i h R H h C B /214.55mm =??=?i i h R H h C B /312.77mm =??=?i i h R H h C B /47.55mm =??=?i i h R H h C B /5 1.82mm
表4.6 粗轧各道次宽展
量
道次i
1 2 3 4 5 △Bi (mm)
11.07
14.55
12.77
7.55
1.82
所以 ∑△B i =47.76mm
3.5根据成品板的宽度确定精轧宽度
16(1)F C F B B C T β=?+?+
其中：B C －成品板宽1150mm 边余量(6~8mm)；C 1－热膨胀率(1.45×10-5)； T F6－精轧机末架出口温度850℃。 所以16(1)F C F B B C T β=?+?+ =1176.73mm
3.6宽向所需的总的侧压量
由公式：
()∑∑?+-?='?i E F B B B C
B 102
，
式中：∑'?B —宽向的总侧压量，mm ； C 2—热膨胀系数，取1.015； 0B —常温下坯料的宽度，mm ；
所以 ；()∑∑?+-?='?i E F B B B C B 102=88.03mm
因为可逆轧辊的设前后立辊，在精轧轧制前侧压一次，在粗轧各道次轧制后各侧压一次，共侧压六道次。总的侧压量分配在各个道次
3.7各道次宽度的计算
由于坯料加热发生膨胀，热膨胀系数为C 2=1.015，B=B 0×C 2 所以加热后坯料宽为： B =1450×1.015=1471.75mm
具体数据如下表
立辊压下量及各道次宽度
道次i 1 2 3 4 5 精轧
前
宽
展
量
(m
m)
11.7 14.55 12.77 7.55 1.85 0
侧
压
下
量
(m
m)
26.65 23.08 21.16 18.76 16.32 7.52
轧前宽度(m m) 1229.
07
1217.
01
1206.
70
1193.
09
1176.
17
1159.
85
轧后宽度(m m)
1202.46
1193.93
1185.54
1174.33
1159.85
1152.31
3.8粗轧所用时间及其温降 a.时间
正确选择粗轧机的速度制度是实现快速轧制的重要环节。粗轧机轧辊的
加速度a =40转/分/秒，减速度b =60转/分/秒，在板带轧制时，由于轧件较长，故选用梯形速度制度。 各道次的纯轧时间采用公式
2222
160()22h p
h y
h p h y Zh h n n n n n n n n L t a
b
n D a b
π----=
+
+-- 其中：L －该道轧后轧件长度 ，L i ＝b 0h 0 L 0/ b i h i ； n h －梯形速度图的恒定转速，转/分； n p －轧件的抛出速度，转/分； n y －轧件的咬入速度，转/分； D －工作辊的平均直径，D =1.575m 。
粗轧机的速度制度见下表：L i =200×1450×15000/( b i × h i )
道次 1 2 3 4 5
轧后宽度 1202.46 1193.93 1185.54 1174.33 1159.85
H
160.00 112.00
68.00
37.00
25.00
L 18711.64 26921.89 44655.75 82853.45 124153.98 n p (转/分) 20 20 20 40 40 n h (转/分) 40 40 40 60 60 n y (转/分) 20 20 20 40 40 t zh （s ） 8.24 12.48 16.36 17.28 28.73 t j (s)
5
5
5
5
5
b.温降
板坯在加热炉中加热至1200℃，考虑到钢坯从加热炉到粗轧机组有温降，加上粗轧的高压水除磷温降大概45℃
由公式： 412.9(/)[(273)/1000]t t Z h t =-+
其中：Z －该道次间隙时间t j 和纯轧时间t
zh ； t 0－前一道次温度,℃； h －前一道次轧后厚度, mm 。
代入计算得 总的时间 t=72.31℃
则 粗轧的出轧温度为 t=1150-72.31=1076.69℃
3.9精轧各道次速度的计算
a.确定最末架F6的穿带速度，及出口速度 最大速度 已知产品所需的厚度为2.5mm 则由下表
速度设定
项目指标
序序号 1 2 3 4 5
厚度，mm ≤1.45≤1.70≤1.90≤2.1
0 ≤2.4 0
穿带速度，m/s 10.65 10.65 10.80 10.8
5 10.
6 5
最大速度，m/s 15.75 15.75 16.50 16.5
0 17.2 0
抛钢速度，m/s 13.65 13.65 13.65 14.3
5 14.3 5
序号 6 7 8 9 10
厚度，mm ≤2.70≤2.90≤3.10≤3.4
0 ≤3.8 0
穿带速度，m/s 10.50 10.15 9.85 9.35 8.75
最大速度，m/s 17.20 17.20 17.20 16.2
0 15.0 5
抛钢速度，m/s 14.35 14.35 13.40 13.0
0 11.6 0
序号11 12 13 14 15
厚度，mm ≤4.20≤4.60≤5.50≤6.5
0 ≤7.5 0
穿带速度，m/s 8.30 7.80 7.10 6.15 5.60
最大速度，m/s 13.90 12.90 12.20 10.7
5
9.05 抛钢速度，m/s 10.25 10.00 8.20 7.20 6.55 序号16 17 18 19 20
厚度，mm ≤8.50≤9.50≤11.0≤12.
7 >12. 7
穿带速度，m/s 5.15 4.85 4.35 3.85 3.35 最大速度，m/s 7.55 6.80 6.45 6.45 6.45 抛钢速度，m/s 6.00 5.45 4.90 4.80 4.65 可知第六道次最大速度为17.2 m/s，抛出速度13.4 m/s，穿带速度9.85 m/s 由公式可计算各道次的穿带速度，最大速度，抛出速度如下表
轧机速度
道次 1 2 3 4 5 穿带速
度,m/s
1.75
2.82 4.69 7.09 9.37
最大速
度,m/s
2.86 4.62 7.68 11.62 15.25 抛钢速
度，m/s
2.39
3.86 6.41 9.70 1
4.35
b．精轧机速度图及其各点的解释