1580热轧板带轧制规程设计

河北理工大学冶金与能源学院

课程设计

题目：1580热轧板带轧制规程设计

专业：材料成型与控制工程

班级：07成型（2）

学生姓名：李壮志

学号：200706040213

指导老师：冯运莉

日期：2011年3月10日

目录

1.1700热轧带生产工艺.......................................... 错误！未定义书签。

1.1 原料及产品介绍 (1)

1.2 主要设备的选择 (1)

1.2.1 立辊选择 (1)

1.2.2 轧机布置 (2)

1.2.3 粗轧机的选择： (3)

1.2.4 精轧机的选择： (4)

2 压下规程设计与辊型设计 (5)

2.1 压下规程设计 (5)

2.2 道次选择确定 (5)

2.3 粗轧机组压下量分配 (5)

2.4 精轧机组的压下量分配 (6)

2.5 校核咬入能力 (7)

2.6 确定速度制度 (7)

2.7 轧制温度的确定 (10)

2.8 轧制压力的计算 (11)

2.9 传动力矩 (14)

3 轧辊强度校核 (15)

3.1 轧辊的强度校核 (15)

3.1.1 支撑辊弯曲强度校核 (16)

3.1.2 工作辊的扭转强度校核： (18)

参考文献 (19)

2

1.1 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：Q235

最大宽度：1050mm

长度：8.5m

产品规格：

厚度： 6mm

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9.2m，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。

1.2 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。

1.2.1 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。

1

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。

本设计采用连铸坯调宽，生产不同宽度带卷，选择小立辊齐边。

1.2.2 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6~7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5~6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500~600万吨/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，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

2

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。

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)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14米），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。

1.2.3 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： 1580mm

轧辊材料：铸钢

支承辊:

轧辊直径： 1450mm

辊身长度： 1580mm

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。

3

1.2.4 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：

CVC轧机: 轧辊凸度连续可变的轧机——CVC（continuously variable crown）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Array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600u m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。

4

所以，本设计F1~F5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6米；F1~F7均有正弯辊系统，F1~F7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 压下规程设计与辊型设计

2.1 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。

2.2 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6mm，选择平均延伸系数ū=1.36，则轧制总道次N为：

N=log(250/6)/log1.36=12.13.

故: 选总13道次，其中粗轧6道次，精轧7道次。

2.3 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：

(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70~80%。

(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。

5

(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3道次，各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

延伸系数分配 1.34 1.35 1.36 1.38 1.40 1.39

入口厚度（mm）250 194 153 98 71 52

压下量（mm）56 58 38 27 19 14

压下率（%）22.4 29.9 28.0 27.6 26.8 26.9 2.4 精轧机组的压下量分配

精轧机组的主要任务是在5~7架连轧机上将粗轧带坯轧制成板形、尺寸符合要求的成品带钢，并需保证带钢的表面质量和终轧速度。

1）精轧各架压下量分配

精轧连轧机组分配各架压下量的原则；一般也是利用高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几架，在后几架轧机上为了保证板型、厚度精度及表面质量，压下量逐渐减小。为保证带钢机械性能防止晶粒过度长大，终轧即最后一架压下率不低于10%，此外，压下量分配应尽可能简化精轧机组的调整和使轧制力及轧制功率不超过允许值。

依据以上原则精轧逐架压下量的分配规律是：第一架可以留有余量，即考虑到带坯厚度的可能波动和可能产生咬入困难等，使压下量略小于设备允许的最大压下量，中间几架为了充分利用设备能力，尽可能给以大的压下量轧制；以后各架，随着轧件温度降低、变形抗力增大，应逐渐减小压下量；为控制带钢的板形，厚度精度及性能质量，最后一架的压下量一般在

10~15%左右。精轧机组的总压下量一般占板坯全部压下量的10~25%。

本次设计采用7架连轧，结合设备、操作条件直接分配各架压下量如下：

精轧机组压下量分配及各项参数如表(2)所示:

表2 精轧机组压下量分配及参数

道次F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7

延伸率分配 1.27 1.35 1.34 1.34 1.25 1.26 1.27

入口厚度（mm）38 30 22 16 12 9.6 7.6

出口厚度（mm）30 22 16 12 9.6 7.6 6.0

压下量（mm）8 8 6 4 2.4 2 1.6

6

7

2.5 校核咬入能力

热轧钢板时咬入角一般为15～22°，低速咬入可取20°，由公式 )1arccos(D

h

?-

=α （1） 将各道次压下量及轧辊直径代入可得各轧制道次咬入角为：

表3 粗轧各道次咬入角的校核

精轧机各架所轧轧件的厚度较小，精轧咬入角校核省略。

2.6 确定速度制度

(1)粗轧速度制度

粗轧为保证咬入，采用升速轧制。根据经验资料，取平均加速度a=40rpm/s ，平均减速度b=60rpm/s 。由于咬入能力很富裕故可采用稳定高速咬入，考虑到粗轧生产能力与精轧生产能力得匹配问题，确定粗轧速度如下：咬入速度为n 1=40rpm/s ，抛出速度为n 2=20rpm/s

(2)粗轧轧制延续时间：每道次延续时间 0t t t zh j +=，

其中0t 为间隙时间，zh t 为纯轧制时间， 21t t t zh +=

设v 1为t 1时间内的轧制速度，v 2为t 2时间内的平均速度，则

60/11Dn v π=，

120/)(212n n D v +=π (D 取平均值)

减速时间

b n n t 2

12-=

压 下 率（%） 21.1 26.7 27.3 25.0 20.0 20.8 21.1

道 次: R1 R2 R3 R4 R5 R6 轧辊直径（mm ） 1000

1000

1000

1000

1000

1000

压下量（mm ） 56 58 38 27 19 14 咬入角(°)

19.30

19.61 16.4

--

--

--

8

减速段长 222v t l =，

稳定轧制段长 111v t l =，

122121/)(/)(v v t l v l l t -=-=。

轧制第一二道次时，以第一架为计算标准，n 1=30rpm/s ，n 2=30rpm/s ，轧件长度

m l 95.018.5194

250=?=

，减速时间0600

303212=-=-=b n n t s ，减速时平均速度

s m n n D v /57.1120/60000114.3120/)(212=??=+=π, 2l ＝0,V1=1.57m/s,

s v v t l v l l t 98.61.57/10.95/)(/)(122121==-=-=。

则轧制延续时间为6.98s 。按照以上公式可求得粗轧各道次轧制时间：

表4 各道次轧制时间

速度梯形图如下：

图5 可逆轧制速度图

由于两架粗轧机间距7m ，所以轧件尾部从前一架轧机出口到后一架入口所需时间t 12=7/1.7=4.1s 由于轧件较长，取间隙时间t 0＝3s 所以粗轧总延续时间

t=6.98+9.95+13.81+12.75+17.39+19.85+3*6=98.73s (3)精轧速度制度确定

确定精轧速度制度包括：确定末架的穿带速度和最大轧制速度；计算各架速度及调速范围；选择加减速度等。

道 次 R1 R2 R3 R4 R5 R6 轧制时间(S) 7.0

10.0

13.8

12.8

17.4

19.9

9

精轧末架的轧制速度决定着轧机的产量和技术水平。确定末架轧制速度时，应考虑轧件头尾温差及钢种等，一般薄带钢为保证终轧温度而用高的轧制速度；轧制宽度大及钢质硬的带钢时，应采用低的轧制速度。本设计典型产品6mm ，故终轧速度设定为12m/s 左右。

末架穿带速度在10m/s 左右，带钢厚度小，其穿带速度可高些。穿带速度的设定可有以下三种方式：

(1)当选用表格时，按标准表格进行设定；

(2)采用数字开关方式时，操作者用设定穿带速度的数字开关进行设定，此时按键值即为穿带速度；

（3）其它各架轧制速度的确定：当精轧机末架轧制速度确定后，根据秒流量相等的原则，各架由出口速度确定轧件入口速度。根据各架轧机出口速度和前滑值求出各架轧辊线速度和转速。

各道轧件速度的计算：

已预设末架出口速度为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是后一架入口速度的95％）依据秒流量相等得：

s m H h V V h H /47.96.7612/6666=÷?=?= 9.00m/s 9.4795.095.065=?==H h V V

根据以上公式可依次计算得：

表5 各道次精轧速度的确定

道次

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 入口速度（m/s ） 1.40 1.86 2.67 3.86 5.42 7.13 9.47 出口速度(m/s)

1.77

2.54

3.67

5.15

6.77

9.00

12.00

(4)精轧机组轧制延续时间

精轧机组间机架间距为6

米，各道次纯轧时间为

=250×8.5/6/12=29.5s

间隙时间分别为t j1=6/1.77=3.39s ；t j2=6/2.54=2.36s ；t j3=6/3.67=1.63s ；tj4=6/5.15=1.17s ；t j5=6/6.77=0.89s ； t j6=6/9.00=0.67s 则精轧总延续时间为

s t T j zh 61.9310.1129.5=+=+∑。轧制节奏图表见图6。

10

2.7 轧制温度的确定

（1）粗轧温度确定

为了确定各道次轧制温度，必须求出逐道次的温度降。高温轧制时轧件温度降可以按辐射散热计算，而认为对流和传导所散失的热量可大致与变形功所转化的热量相抵消。由于辐射散热所引起的温度降在热轧板带时可按下式计算：

41)1000

(9

.12T h Z t =? （2） 有时为简化计算,也可采用以下经验公式

（3）

其中

、——分别为前一道轧制温度（℃）与轧出厚度，mm ；

Z ——辐射时间即该道次轧制延续时间t j Z=t j ；

T 1——前一道的绝对温度 ，K ； h ——前一道的轧出厚度。

表6 粗轧各道次的温降

道次 R1 R2 R3 R4 R5 R6 温降(℃)

2.6

4.2

8.5

10.9

19.0

28.4

由于轧件头部和尾部温度降不同，为设备安全着想，确定各道次温度降时以尾部为准。根据现场生产经验数据，确定开轧温度为1200℃，带入公式依次得各道次轧制温度：

11

表7 粗轧各道次的温度

道次 R1 R2 R3 R4 R5 R6 T(℃)

1197

1193

1184

1173

1154

1126

（2）精轧机组温度确定

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，再进入精轧第一架时温度降为960℃。由于精轧机组温度降可按下式计算：

)(

100--=i i h h C t t n

n n h h h

t t C --=00)( (5) 式中 0t 、0h ——精轧前轧件的温度与厚度

n t 、n h ——精轧后轧件的温度与厚度

［3］

代入数据可得精轧机组轧制温度：

根据生产现场经验可以预定终轧温度为860

℃，即=860℃，计算得： C=18.75, t 1=960-18.75*38/38＝941.3；t 2=936.3s ； t 3=927.6s ；t 4=915.5s

表8 精轧各道次轧制温度(℃)

道次 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 温度℃

941

936

928

916

901

886

866

上述计算应当在现场同类车间进行实测验证，本设计为课程设计，没有现场数据验证，待毕业实习到现场实测温度。

2.8 轧制压力的计算

(1)粗轧段轧制力计算 粗轧段轧制力公式：

p Bl P = (4)

①求各道次的变形抗力：变形抗力由各道次的变形速度、变形程度，变形温度共同决定。

变形速度按下式计算：

)/(/2h H R h v +?=ε

(5) 式中 R 、v ——轧辊半径及线速度。

根据变形程度、温度、变形速率数据，查Q195高温抗力曲线图，得到Q195变形抗力列入表9。

12

表9 粗轧各道次轧件的变形抗力

道 次 R1 R2 R3 R4 R5 R6 线速度V (m ／S) 1.56 1.56 1.56 2.62 2.62 2.82 温 度(℃) 1197 1193 1184 1173 1154 1126 压下率ε

(％)

22.4 29.9 28.0 27.6 26.8 26.9 入口厚度(mm) 250 194 153 98 71 52 出口厚度(mm) 194 153 98 71 52 38 屈服强度σ

s(MPa)

28

32 37

42

48

54

表10 精轧各道次轧件的变形抗力

道 次 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 轧件出口速度V (m ／S) 1.77

2.54

3.67 5.15 6.77 9.00 12.00 温 度(℃) 941 936 928 916 901 886 866 压下率ε

(％)

21.1 26.7 27.3 25.0 20.0 20.8 21.1 入口厚度(mm) 38 30 22 16 12 9.6 7.6 出口厚度(mm) 30 22 16 12 9.6 7.6 6 屈服强度σ

s(MPa)

80

91

102

114

118

132

144

②计算各道的平均单位压力：根据克林特里公式计算应力状态影响系数

η＝0.785+0.25l /h

其中h 为变形区轧件平均厚度，l 为变形区长度，单位压力大时（300MPa ）应考虑轧辊弹性压扁的影响，因为粗轧时变形抗力不会超过这一值，故可不计算压扁影响，此时变形区长度h R l ?=。则平均单位压力为：

)25.0785.0(15.1h

l

p s +=σ， (6)

各道计算p 列入表11。再将轧件宽度、变形区长和平均单位压力数据代入公式(4)，可得各道次轧制力(见表11)。

13

表11 粗轧各道的轧制力

道 次 R1 R2 R3 R4 R5 R6 变形区长度(mm)

167 170 137 116 97 83 出口厚度(mm) 194 153 98 71 52 38 屈服强度σ(MPa)s 28 32 37 42 48 54 平均压力(p) 32.2 39.1 48.3 57.6 69.1 82.7 带 宽(mm) 1050 1050 1050 1050 1050 1050 轧制力(P/kN) 5647

6979

6944

7020

7035

7203

（2）精轧段轧制力计算

目前普遍公认的最适合于热轧带钢轧制力模型的SIMIS 理论公式：

T p LcKK BQ P = (7）

式中：P ——轧制力N ； B ——轧件宽度mm ；

Qp ——考虑接触弧上摩擦力造成应力状态的影响系数；

L c ——考虑压扁后的轧辊与轧件接触弧的水平投影长度mm ； K ——决定金属材料化学成分以及变形的物理条件－变形温度、变形速度及变

形程度的金属变形阻力K=1.15s σ；

K T ——前后张力对轧制力的影响系数； 由以上公式可知平均单位压力：T p KK Q p =

① 计算p Q 时用西姆斯公式的简化公式克林特里公式m

c

p H L Q 27

.075.0+=

其中 2

h

H Hm +=

② K 可以按照粗轧时的计算方法计算，数据如前表 ③K T 按下式计算K

a a K f

b T ττ)1(1-+-

=

因为前张力对轧制力的影响较后张力小，所以a>0.5，本设计中取a=0.7，前后张力均取3MPa 。

④接触弧投影长度计算：

14

一般以为接触弧长度水平投影长度为

h R Lc ?=

表12 精轧各道的轧制力

道 次: F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 轧制力(KN)

7408

9506

10011

9713

7836

8594

9011

2.9传动力矩

1）传动力矩

轧制力矩按下式计算h R P M z ?=12ψ式中 ψ — 合力作用点位置系数（或力臂系数），中厚板一般ψ取为0.4～0.5，粗轧道次ψ取大值，随轧件的变薄则ψ取小

值。各道次的轧制力矩值如下表：

表15 各道的轧制力矩的计算 (M Z /MNM)

传动工作辊所需要的静力矩，除轧制力矩外，还有附加摩擦力矩m M ，它由以下两部分组成，即

21m m m M M M +=，

其中1m M 在四辊轧机可近似地由下式计算：

???

? ??=z g

z m D

D Pfd M 1 （8） 式中 f ——支撑辊轴承的摩擦系数，取f ＝ 0.005；

z d ——支撑辊辊颈直径，对于粗轧机：z d ＝986mm ； 对于精轧机：z d ＝680mm 。 g D 、z D —— 工作辊及支撑辊直径，对于粗轧机：g D ＝1000mm ， z D =1450mm ；对

于精轧机：g D ＝500mm ，z D = 800mm

道 次 R1 R2 R3 R4 R5 R6 粗 轧 0.85

1.07

0.86

0.73

0.61

0.54

道 次 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 精 轧

0.42

0.54

0.49

0.39

0.24

0.24

0.23

15

代入后（8）可求的：粗轧机：1m M ＝3.4P,精轧机：1m M ＝1.7P ,2m M 可由下

式计算： ))(11

(12m z m M M M +-=η

式中 η—— 传动效率系数，本轧机无减速机及齿轮座，但接轴倾角 3≥α，故可

取η＝0.94，故得

()12064.0m z m M M M +=

表16 各道摩擦力矩计算(M m /MNM)

2）轧机的空转力矩

轧机的空转力矩（k M ）根据实际资料可取为电机额定力矩的3％～6％，即粗轧机:

()Nm M k 4104.217.1060

5500

975.0)

06.003.0(??=～＝～

取k M ＝0.15MNm ； 精轧机:()Nm M k 4103.162.960

10000

975.0)

06.003.0(??=～＝～ 取k M ＝0.1 MNm

因此电机轴上的总传动力矩为： k m z M M M M ++=

表17 各道的总的传动力矩计算(M Z /MNM)

道 次 R1 R2 R3 R4 R5 R6 粗 轧 0.08 0.09 0.08 0.07 0.06 0.06 道 次 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 精 轧

0.04

0.05

0.05

0.04

0.03

0.03

0.03

道 次 R1 R2 R3 R4 R5 R6 粗 轧 1.08 1.31 1.09 0.95 0.82 0.75 道 次 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 精 轧

0.56

0.69

0.64

0.53

0.37

0.37

0.36

3 轧辊强度校核

轧辊的破坏决定于各种应力（其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力，由于温度分布不均或交替变化引起的温度应力以及轧辊制造过程中形成的残余应力等）的综合影响。具体来说，轧辊的破坏可能由以下三方面的原因造成：

（1）轧辊的形状设计不合理或设计强度不够.例如,在额定负荷下轧辊因强度不够而撕裂后因接触疲劳超过许用值,是辊面疲劳剥落等;

（2）轧辊的材质、热处理或加工工艺不合要求。例如，轧辊的耐热裂性、耐粘附性及耐磨性差，材料中夹杂物或残余应力过大等：

（3）轧辊在生产过程中使用不合理。热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时，会因热疲劳造成辊面热裂；在冬季新换上的冷辊突然进行高负荷热轧，热轧的轧辊骤然冷却，往往会因温度应力过大，导致轧辊表层剥落甚至断辊；压下量过大或因工艺过程安排不合理造成过负荷轧制也会造成轧辊破坏等；

设计轧辊时，通常是按工艺给定的轧制负荷和轧辊参数进行强度校核。由于对影响轧辊强度的各种因素（如温度应力、参与应力、冲击载荷值等）很难准确计算，为此，设计时对轧辊的弯曲和扭转一般不进行疲劳校核，而是将这些因素的影响纳入轧辊的安全系数中（为了保护轧机其他重要部件，轧辊的安全系数是轧件各部件中最小的）。

为防止四辊板带轧机轧辊辊面剥落，对工作辊和支撑辊之间的接触应力应该做疲劳校验。

四辊轧机的支撑辊直径D

2与工作辊径D

1

之比一般在1.5～2.9范围之内。显然，支

撑辊的抗弯端面系数较工作辊大的多，即支撑辊有很大的刚性。因此，轧制时的弯曲力矩绝大部分有支撑辊承担。在计算支撑辊时，通常按承受全部轧制力的情况考虑。由于四辊轧机一般是工作辊传动，因此，对支撑辊只需计算辊身中部和辊径端面的弯曲应力。

3.1 支撑辊弯曲强度校核

支撑辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见下图7。

16

17

图7四辊轧机支撑辊计算图

在轧辊的1-1断面和2-2断面上的弯曲应力均应满足强度条件，即

b R d P

c ≤=--)2.0/(311111σ (9)

b R d P

c ≤=--)2.0/(3

22222σ (10)

式中

P ——总轧制压力；

d 1-1、d 2-2——1-1和2-2断面的直径；

c 1、c 2——1-1和2-2断面至支反力P/2处的距离；

R b ——许用弯曲应力。

支撑辊辊身中部3-3断面处弯矩是最大的。若认为轴承反力距离L 等于两个压下螺丝的中心距L 0，而且把工作辊对支撑辊的压力简化成均布载荷（这时计算误差不超过9～13%），可得3-3断面的弯矩表达式

)8

4(

0L

L P M W -= (11) 辊身中部3-3断面的弯曲应力为

b R D L L P ≤-=

-3

2

0334.0)

2/(σ (12) 式中的D 2应以重车后的最小直径代入。

18

因粗轧机是可逆轧制，精轧机组性能相同故只需校核其中受力最大的一道即可，因在粗轧机上轧制时第四道的轧制力最大，精轧机上第三架轧制力最大，故其支撑辊受力最大，所以我们计算轧机支撑辊时只计算粗轧第二架和精轧第一架的弯曲应力。

又因辊颈直径d 和长度一般近似地选： d = (0.5～0.55) D 、L/d = 0.83～1.0， 计算时以粗轧机为例：

本设计取d = 0.68D 、L/d = 1.0所以辊颈直径d =986mm ，L ＝986mm ， c 1、c 2，r 的取值[查〈〈轧钢机械〉〉（修订版）北京科技大学邹家祥主编P94]。

取r/D = 0.12,d ＝54mm ，c 1 =180mm

，=266mm,mm d 98611=-,mm d 145022=-上面D 2重车后的最小直径为：D 2=800mm,P =14860KN

把前面的数据代入上式计算：

MPa d Pc 21.8)9862.0/(180100014860)2.0/(3311111=???==--σ

MPa d Pc 10.1)14502.0/(266100014806)2.0/(332

2222=???==--σ MPa D L L P 2.181450

4.0)

4931432(100014864.0)2/(3

32033=?-?=-=

-σ 本设计支撑辊为合金锻钢R b =140～150 MP a ，可见支撑辊的弯曲应力远远小于该许用应力，故满足要求。

精轧第一架用以上的方法计算得11-σ、22-σ、33-σ数值都满足弯曲应力要求。

3.2 工作辊的扭转强度校核：

由于有支撑辊承受弯曲力矩，故工作辊可只考虑扭转力矩，即仅计算传动端的扭转应力。扭转应力为 k

k

W M =

τ 式中 k M ——作用在一个工作辊上的最大传动力矩；

k W ——工作辊传动端的扭转断面系数。

驱动一个工作辊的传动力矩1K M 有轧制力矩1M 、工作辊带动支撑辊的力矩s M 和

工作辊轴承的摩擦力矩1f M 组成，即

111f s K M M M M ++=

或1ρ?+?+?=f s P s P a P M