中厚板压下设计

《中厚板压下规程》设计指导书

一、设计目的

本次毕业设计是在高职期间所有理论课学习结束后进行的一次综合训练，是毕业前的一个重要的教学环节。通过这个教学环节要求达到下列几个目的：

1、通过本次设计，把在专业理论课程中所学得的知识在实际的设计工作中综合地加以运用，

使这些知识得到巩固、加深和发展。

2、通过本次设计，进一步培养学生对工程设计的独立工作能力，树立正确的设计思想，掌

握轧钢工艺设计的基本方法和步骤，为以后进行设计工作打下良好的基础。

3、理论联系实际，将学过的理论知识加以分析，比较和研究，结合设计课题运用到实践中

去解决各种问题。

二、设计题目

设计题目由指导教师根据具体情况在设计任务书中给出，一生一题。

三、设计任务：

1、确定生产工艺流程。

2、制定压下规程。

3、确定速度制度。

4、校核轧机和电机。

5、绘制轧机速度制度图一份。

6、绘制电机负荷图一份。

四、设计要求

1、设计中应灵活运用基础理论知识、刻苦钻研、认真思考、独立完成设计。禁止盲目抄袭。

2、要求设计方法正确，方案选择合理，各种参数选择恰当，计算结果无误，图纸整洁无误，

整个设计能保证产品产量质最。

3、设计过程中应细致认真，有条不紊，按事先拟定的设计进度计划完成要求内容，从设计开始即应注意底稿整洁、保存好原始数据，以方便指导教师检查，并避免造成不必要的返工

和整理说明书时发生困难。

4、设计说明书用文字处理软件进行编辑和排版，用B5纸或相当大小的设计说明书专用纸张打印，并装订成册。要求句子简明扼要、标点正确、层次分明、图文并茂，除设计内容外，还要求前面有日录、后面附有参考资料，图表要有编号说明。也可以手工书写，但要求字体端正清楚、纸面清洁、不得有错写、漏写及涂改等现象。

5、速度图和电机负荷图采用CAD或Windows系统附件中的“画图”软件或其它绘图软件绘

制，并打印、装订；若用铅笔手工绘制，图面必须符合制图标准，并清洁美观。

五、设计方法及步骤

1、制定生产工艺

根据车间设备条件及原料和成品的尺寸，生产工艺过程一般如下：原料的加热→除鳞→轧制（粗轧、精轧）→矫直→冷却→划线→剪切→检查→清理→打印→包装。

加热的目的是为了提高塑性，降低变形抗力；板坯加热时宜采用步进底式连续加热炉；加热温度应控制在1250℃左右，以保证开轧温度达到1200℃的要求。另外，为了消除氧化铁皮和麻点以提高加热质量，可采用“快速、高温、小风量、小炉压”的加热方法。该法除能减少氧化铁皮的生成外，还提高了氧化铁皮的易除性。

除鳞是将坯料表面的炉生和次生氧化铁皮清除干净以免轧制时压入钢板表面产生缺陷，它是保证钢板表面质量的关键工序。炉生氧化铁皮采用大立辊侧压并配合高压水的方法清除，没有大立辊时采用高压水除鳞箱除鳞也能满足除鳞要求。次生氧化铁皮则采用轧机前后的高压

水喷头喷高压水的方法来清除。

板坯的轧制有粗轧和精轧之分，但粗轧与精轧之间无明显的划分界限。在单机架轧机上一般前期道次为粗轧，后期道次为精轧；对双机架轧机通常将第一架称为粗轧机，第二架称为精轧机。粗轧阶段主要是控制宽度和延伸轧件。精轧阶段主要使轧件继续延伸同时进行板形、厚度、性能、表面质量等控制。精轧时温度低、轧制压力大，因此压下量不宜过大。

中厚板轧后精整主要包括矫直、冷却、划线、剪切、检查及清理缺陷，必要时还要进行热处理及酸洗等，这些工序多布置在精整作业线上，由辊道及移送机纵横运送钢板进行作业，且

机械化自动化水平较高。

2、制定压下规程

1）确定板坯长度：

板坯长度依据毛板尺寸和板坯断面尺寸按体积不变定律求出。

确定毛板尺寸时一般取轧件轧后两边剪切余量为△b=100 mm×2，头尾剪切余量为△l=500

mm×2。

2）确定轧制方法：

主要是确定粗轧操作方法。粗轧操作方法主要有：

全纵轧法――当板坯宽度达到毛板宽度要求时采用。它的优点是产量高，但钢板组织和性能存在严重的各向异性，横向性能特别是冲击韧性太低。

横轧-纵轧法――当板坯宽度小于毛板宽度而长度又大于毛板宽度时采用。其优点是板坯宽度与钢板宽度可灵活配合，钢板的横向性能有所提高（因横向延伸不大），各向异性有所改

善；缺点是轧机产量低。

纵轧-横轧法――当板坯长度小于毛板宽度时采用。由于两个方向都得到变形且横向延伸大，

钢板的性能较高。

角轧-纵轧法――当轧机强度及咬入能力较弱（如三辊劳特轧机）时或板坯较窄时采用。

全横轧法――当板坯长度达到毛板宽度要求时采用。

3）分配各道压下量，排出压下规程表：

采用按经验分配压下量再校核、修正的设计方法。

4）校核咬入条件：

按计算最大压下量，并使?。热轧钢板时最大咬入角为

15°～22°，并按最小工作直径计算。

3、确定速度制度

1）选择各道咬入、抛出转速、限定转速：

结合现场经验确定。当轧制速度较高时，为了减少空转时间，抛出转速可适当取低些。最后一道由于与下一板坯第一道轧辊转向相同，轧辊不需反转而只需调整辊缝即可，故可取np

＝nd。

2）确定各道间隙时间：

根据经验资料，在四辊轧机上往返轧制过程中，不用推床定心（l<3.5米）时，取tj＝2．5秒；若用推床定心，则当l≤8米时，取tj＝6秒，当l>8米时，取tj＝4秒。当轧件需回转时，间

隙时间要取大些。

3）确定速度图形式：

中厚板生产中，由于轧件较长，为方便操作，采用梯形速度图。

4）计算各道纯轧时间，确定轧制延续时间：

纯轧时间tzh=加速轧制时间＋稳定轧制时间＋减速轧制时间。

加速轧制时间＝；

减速轧制时间＝；

稳定轧制时间＝。

若轧件是在稳定转速下咬入、轧制、抛出的，即整个轧制过程中转速不变，则。

5）绘制速度图。

4、校核轧机

1）计算各道轧制温度：

要计算各道次轧制温度，首先必须计算各道次的温度降：

式中? Δt――相邻两道次间的温度降，℃；

h――前一道轧出厚度，mm；

T1――前一道轧制温度，K；

Z――前后两道间的时间间隔，s。

则每道次的轧制温度为：T1－Δt℃。

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

尾部轧制温度比头部低）为准。

2）计算各道变形程度：

变形程度。

3）计算各道平均变形速度：

轧制板带钢时平均变形速度，式中为轧制速度，对于变速轧制的可逆轧机可

取最大轧制速度。

4）确定各道变形抗力：

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出该道次实际变形程度时的变形抗力。

5）计算各道平均单位压力：

热轧中厚板生产时，平均单位压力用西姆斯公式计算：。

式中――应力状态影响系数，可由美坂佳助公式计算：

6）计算各道总压力，校核轧机能力：

各道次轧制总压力为。若Pmax<[P]，则轧机强度足够。

5、校核电机：

1）计算各道轧制力矩：

轧制力矩。

式中? ψ――力臂系数，ψ＝0．4～0．5。

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Mm1和轧机传动机构中的摩擦力矩Mm2两部分组成。

在四辊轧机上，轧辊轴承中的摩擦力矩由下式计算：

式中? f――支承辊轴承的摩擦系数。

dz――支承辊辊颈直径。

Dg、Dz――工作辊和支承辊辊身直径。

轧机传动机构中的摩擦力矩Mm2由联接轴、齿轮机座、减速机和主电机联轴器等四个方面的

附加摩擦力矩组成，可按下式计算：

式中? η――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。

? i――由电机到轧辊的总传动比。

3）计算空转力矩：

轧机空转力矩MK根据实际资料可为电机额定力矩的（3～6）％。

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。

5）确定各道总传动力矩：

总传动力矩M＝Mz/i＋Mm＋MK＋Md。

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力矩值应当修正。修正后

的传动力矩为：

六、设计实例

设计题目：用钢种为Q215-F、断面尺寸为120×1600毫米的板坯轧制8×2900×17500毫米

钢板的压下规程设计。

已知条件：开轧温度1200℃，横轧时开轧温度1120℃；轧机为单机架四辊可逆式，设有大立辊及高压水除鳞装置，机前还设有回转板坯的锥形辊道；工作辊辊身直径930～980毫米，支持辊辊身直径1660～1800毫米、辊颈直径1300毫米，辊身长度4200毫米；工作辊轴承为滚动轴承，支承辊轴承为油膜轴承；轧机最大允许轧制压力42000KN；主电机功率

2×4600KW，转速0～30～60rpm，a=40rpm/s, b=60rpm/s，最大允许扭转力矩2×2240KJ。

§1．制定生产工艺

（略）

§2．制定压下规程

1、确定板坯长度

取轧件轧后两边剪切余量为△b=100×2mm，头尾剪切余量为△l=500×2mm。则：

轧件轧后的毛板宽度b=2900+100×2=3100mm；

轧件轧后的毛板长度l=17500+500×2=18500mm。

若忽略烧损和热胀冷缩，则根据体积不变定律可得板坯长度应为：

根据板坯定尺，取L=2400mm。即坯料尺寸为120×1600×2400mm。

2、确定轧制方法

根据设备条件及板坯与毛板尺寸关系，确定轧制方法为：先经立辊侧压一道及纵轧一道，使板坯长度等于毛板宽度后，回转90°，纵轧到底。

3、分配各道压下量，排出压下规程表

根据经验，取最大压下量25mm，轧制道次n=11道。各道具体压下量见压下规程表（附

表）。

4、校核咬入条件

热轧钢板时最大咬入角为15°～22°，低速咬入有利于改善咬入条件，故可取α=20°，则最大压下量为：

均大于压下规程表中各道压下量，故咬入不成问题。

§3．确定速度制度

1、确定速度图形式

中厚板生产中，由于轧件较长，为方便操作，采用梯形速度图。

2、选择各道咬入、抛出转速、限定转速

由于咬入能力很富余，加之速度高有利于轴承油膜的形成，故采用稳定速度咬入。结合现场经验，对1、3、4道（2道空过），取ny=nd=20rpm；5、6、7、8道，取ny=nd=30rpm；9、10、11道，取ny=nd=60rpm。为了减少空转时间，取1～10道np=20rpm；第11道由于与下一板坯第一道轧辊转向相同，轧辊不需反转而只需调整辊缝即可，故取np11=nd=60rpm。

3、计算各道纯轧时间

第1道：由于轧件是在稳定转速下咬入、轧制、抛出的，即整个轧制过程中转速不变，故

=3．1s

第2道空过。第3、4道次计算方法同第1道，计算结果列于压下规程表中。

第5道：其纯轧时间包括稳定轧制时间和减速轧制时间。

=2．4s

第6～11道，计算方法与第5道类同。计算结果列于压下规程表中。

4、确定各道间隙时间

根据经验资料，在四辊轧机上往返轧制过程中，不用推床定心（l<3.5米）时，取tj=2．5秒；若用推床定心，则当l≤8米时，取tj=6秒，当l>8米时，取tj=4秒。各道间隙时间

取值如压下规程表所示。

由于要保证横轧开始温度为1120℃，即第一道纵轧开始到第三道横轧开始时的温降为1200－1120=80℃，所需时间可根据温降公式计算如下：

125．1s

则第一道轧完到第三道横轧开始（第二空过）的间隔时间为：

125．1－3．1=122s

5、绘制速度图

见附图。

§4．校核轧机

1、计算各道轧制温度

要计算各道次轧制温度，首先必须计算各道次的温度降：

式中? Δt――相邻两道次间的温度降，℃；

h――前一道轧出厚度，mm；

T1――前一道轧制温度，K；

Z――前后两道间的时间间隔，s；

则每道次的轧制温度为：T1－Δt℃

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（因尾部轧制温度比头部低）为准。具体计算如下：

第一道头部轧制温度为1200℃，尾部轧制温度为1200－Δt，即为：

1198℃

第三道（即横轧第一道）头部（A端）轧制温度为1120℃，尾部（B端）轧制温度为：

1119℃

由于是可逆轧制，故第四道尾部即为第三道的头部，因此第四道尾部（A端）轧制温度为：

1115℃

同理，可计算第五道次尾部（B端，第四道头部）的温度：

第四道头部的轧制温度=

℃

则，第五道尾部的轧制温度

≈1111℃

余类同。计算结果如表1所示，并将各道尾部轧制温度列入压下规程表中。

2、计算各道变形程度

变形程度。

第一道：

第三道：

余类同。计算结果列于压下规程表中。

表1??? 各道次温度值

道次纯轧时间（s）间隙时间（s）轧件厚度（mm）

轧制温度（℃）

备注

B端A端

0 120

1 3.1 12

2 95 1198 1200

3 1.9 2.5 75 1119 1120 A头B尾

4 2.6 2.

5 55 1117 1115 B头A尾

5 2.4 6.0 40 1111 1113 A头B尾

6 3.2 6.0 30 1104 1099 B头A尾

7 4.4 6.0 22 1083 1090 A头B尾

8 6.0 4.0 16 1071 1057 B头A尾

9 4.2 4.0 12 1034 1047 A头B尾

10 5.5 4.0 9 1021 1002 B头A尾

11 6.0 8 959 987 A头B尾3、计算各道平均变形速度

轧制板带钢时平均变形速度=，式中为轧制速度，对于变速轧制的可逆轧机可取最大轧制速度。由此计算得：

其余类同。计算结果列于压下规程表中。

4、确定各道变形抗力

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出该道次实际变形程度时的变形抗力。

第一道：、t=1198℃，查资料得=61Mpa；再由查得修正系数

K=0．9816。所以该道次实际变形抗力为：

同理可得其余各道次变形抗力，如压下规程表和表2所示。

表2??? 各道次变形抗力

道次变形速度

s-1

变形温

度℃

σs30%

MPa

变形程度

ε，%

修正系

数 K

变形抗力

σs，MPa

1 2.

2 1198 61 20.8 0.9816 59.9

3 2.

4 1119 81 21.1 0.9822 79.6

4 3.2 111

5 82 26.7 0.9934 81.5

5 5.7 1111 92 27.3 0.994

6 91.5

6 6.3 1099 96 25.0 0.9900 95.0

7 7.6 1083 99 26.7 0.9934 98.3

8 9.0 1057 110 27.3 0.9946 109.4

9 19.9 1034 130 25.0 0.9900 128.7

10 22.9 1002 138 25.0 0.9900 136.6

11 16.4 959 151 11.1 0.8500 128.4

5、计算各道变形区长度

变形区长度。

第一道：

余类同。计算结果列于压下规程表中。

6、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：

式中――应力状态影响系数，可由美坂佳助公式计算：

则，71．8Mpa

同理可得其余道次平均单位压力，如压下规程表所示。

7、计算各道总压力

各道次轧制总压力为。

第一道：

第二道：

余类同。计算结果列于压下规程表中。

由计算结果看出，最大轧制压力在第四道P4=38009KN，且P4<[P]（[P]=42000KN），故轧机强度足够。

§5．校核电机

1、计算各道轧制力矩

轧制力矩。

式中? ψ――力臂系数，ψ=0．4～0．5。则：

同理可得其它道次轧制力矩如表3所示。

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Mm1和轧机传动机构中的摩擦力矩Mm2两部分组成。1）Mm1的计算

在四辊轧机上，轧辊轴承中的摩擦力矩由下式计算：

式中? f――支承辊轴承的摩擦系数，取f=0.005（油膜轴承）；

dz――支承辊辊颈直径，dz=1300mm（已知）；

Dg、Dz――工作辊和支承辊辊身直径，分别为980和1800mm。

则：???????????????

余类同。计算结果列于表3中。

2）Mm2的计算

轧机传动机构中的摩擦力矩Mm2由联接轴、齿轮机座、减速机和主电机联轴器等四个方面的附加摩擦力矩组成，可按下式计算：

式中? η――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≥3°，故可取η=0．94。

i――由电机到轧辊的总传动比，由于采用直流电机，故I=1。

计算如下：

余类同。计算结果列于表3中。

3)计算附加摩擦力矩Mm

Mm1=43．7＋84．9=128．6KJ

Mm2=110．6＋192．3=302．9KJ

同理可确定其它道次的附加摩擦力矩，如表3所示。

3、计算空转力矩

轧机空转力矩MK根据实际资料可为电机额定力矩的（3～6）％，即：

MK=（3～6）％

=（0．03～0．06）90～179KJ

取MK=100KJ。

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。

5、确定各道总传动力矩

由以上分析和计算知，各道总传动力矩M=Mz＋Mm＋MK。则：

M1=1371＋128．6＋100=1599．6KJ

M2=3094＋302．9＋100=3496．9KJ

余类同。列于压下规程表和表3中。

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力

矩值应当按修正。修正后的传动力矩如表3所示。

表3 电机力矩

道次变形区

长度l，

mm

轧制

压力?

P，KN

轧制

力矩

MZKJ

附加摩擦力矩，KJ

空转

力矩

MK，KJ

总

力矩M，

KJ

修正后的总

力

矩???????

M′，KJ

Mm1 Mm2 Mm

1 111 12353 1371 43.7 84.9 128.6 100 1599.6

3 99 31256 309

4 110.6 192.3 302.9 100 3496.9

4 99 38009 3763 134.

5 233.8 368.4 100 4231.2

5 8

6 36355 312

7 128.7 195.3 324.0 100 3550.5

6 70 31825 2228 112.6 140.4 253.0 100 2580.8

7 63 34399 2167 121.7 137.3 259.1 100 2526.2

8 54 37477 2024 132.6 129.4 262.0 100 2385.8

9 44 34075 1499 120.6 97.2 217.8 100 1817.1 3634.2

10 38 29809 1133 105.5 74.3 179.8 100 1412.5 2825.1

11 22 14594 321 51.6 22.4 74.0 100 495.1 990.2

根据以上分析和计算绘制的电机负荷图如附图所示。

由表3及电机负荷图可以看出，电机最大输出力矩为4231．2KJ，小于电机最大允许力矩2×2240KJ，所以电机能力足够。

附表压下规程表

参考资料：

1．王廷溥?轧钢工艺学?冶金工业出版社? 1981。

2．曲克?轧钢工艺学?冶金工业出版社? 1991。

3．黄守汉?塑性变形与轧制原理?冶金工业出版社? 1991。4．赵志业?金属塑性变形与轧制理论?冶金工业出版社? 1980。