燕山大学2160四辊热带钢精轧机组设计项目报告讲解

2160四辊热带钢精轧机组设计项目报告学院：机械工程学院班级：组员：指导教师：谢红飙张立刚燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：机械工程学院基层教学单位：冶金系目录一、原料及设计技术参数 (1)二、轧辊尺寸的预设定 (1)三、压下规程制定 (2)3.1、压下规程制定的原则及要求 (2)3.2、压下规程预设定 (2)四、轧制力能参数计算 (4)4.1、平均变形速度的计算 (4)4.2、各轧制道次温度计算 (5)4.3、变形抗力计算 (6)4.4、轧制力计算 (7)4.5、轧制力矩计算 (8)4.6、轧制功率计算 (9)五、压下规程修订 (11)六、辊系确定 (15)6.1、轧辊的类型与结构 (15)6.2、轧辊的材料的选择 (15)6.3、轧辊的尺寸的确定 (15)6.4、轧辊强度校核 (17)七、轴承选用 (21)八、参考文献 (23)一、 原料及设计技术参数1.1、原料：不锈钢（1Cr18Ni9Ti ） 来料尺寸50mm ×1900mm 成品尺寸4mm ×1900mm Q235 来料尺寸60mm ×1900mm 成品尺寸4.5mm ×1900mm 16Mn 来料尺寸40mm ×1900mm 成品尺寸3.5mm ×1900mm 1.2、工作辊采用四列圆锥滚子轴承，支承辊采用四列圆柱滚子轴承。

1.3、精轧机组为7机架连轧，成品出口速度v=20m/s,精轧机组开轧温度980℃——1080℃，终轧温度850℃，连轧机组长（F1~ F7中心距离）6×6=36m 。

二、 轧辊尺寸的预设定设计课题为“2160四辊热带钢精轧机组设计”，则工作辊的辊身长度 L=2160mm ，辊身长度确定后即可根据经验比例值法确定轧辊直径，精轧机座设计时1L / 2.1~4.0,D = 2L /1.0~1.8,D = 12/1.8~2.2,D D =其中L 为辊身长度，1D 为工作辊直径，2D 为支承辊直径。

取1~5机架1D =1000mm , 2D =2000mm 6~7机架1D =800mm 2D =1600mm三、 压下规程制定3.1、压下规程制定的原则及要求压下规程设计的主要任务是确定由一定来料厚度的板坯经过几个道次后轧制成为用户所需求的，满足用户要求的板带产品。

在此过程中确定所需采用的轧制方法，轧制道次及每个道次压下量的大小，在操作上就是要确定各道次辊缝的位置和转速。

因此，还要涉及到各道次的轧制速度，轧制温度，前后张力及道次压下量的合理分配。

在此过程中，主要考虑设备能力和产品质量，设备能力主要包括咬入条件，轧辊强度和电机功率三个要素，而产品质量主要包括几何精度和力学性能。

压下规程制定的原则：在保证产品质量的前提下，充分发挥轧机的设备生产能力，达到优质高产。

压下规程制定的方法及步骤如下： 1）为提高热轧带钢的几何尺寸精度和表面质量，最后一架机座的相对压下量要取得比较小，一般取10%——15%。

2）为保证金相组织和力学性能，要保证终轧温度。

3）负荷的合理分配是制定精轧机组压下规程的关键，它直接影响到生产的稳定性和产品的产量和质量。

分配方法有：对数伸长率法，能耗曲线法，按最大生产率或最佳质量的目标函数优化法，动态规划法，专家系统分配法。

制定精轧机组压下规程除合理的分配各工作机座的压下量外，还需要给出各机座的速度分配和计算各机座的温度变化。

3.2、压下规程预设定ε=010h h h -=0hh ∆ ε：压下率0h ：轧前厚度 mm 1h ：轧后厚度 mmh ∆: 绝对压下量 mm热带钢精轧机组的道次压下率分配范围根据上表初步制定压下规程：四、 轧制力能参数计算4.1、 平均变形速度的计算变形速度即为单位时间内完成的相对压缩量。

为了计算变形阻力，一般采用变形速度的平均值，称之为轧制时的平均变形速度μ。

h lRh μ=υ h υ：轧件出口速度l :变形区长度（l =计算得各轧件各道次的平均变形速度如下表所示（单位1s -）4.2、 各轧制道次温度计算轧件的温度变化不仅与热辐射，热对流和热传导的热量有关，还与轧制时的变形功与摩擦功转换的热量有关。

在高温轧制时，热辐射引起的温度变化起主导作用。

高温轧件热辐射散热温降T (单位为K)可计算如下1T T =-式中 1T ——前一道次的绝对温度，Kt ——计算温降的热辐射时间，s h ——轧件厚度，mm1K ——考虑散热条件系数，粗轧与中间辊道次选用1K =1.5，精轧时选用1K =2.0。

各道次温降为辐射温降a T ，a 为温降系数，热连轧时取a=1.8。

对于精轧机组th为一常值。

各轧件的初始温度如下不锈钢（1Cr18Ni9Ti ） 1000℃ Q235 1050℃ 16Mn 1000℃4.3、 变形抗力计算物体有保持其原有形状而抵抗变形的能力，度量物体的这种抵抗变形能力的力学指标，我们定义为塑形变形抗力。

物体的实际变形抗力取决于该物体的本性屈服极限，轧制温度，轧制速度与变形程度的影响。

变形抗力计算公式如下：34501266exp()()()(1)100.40.4a T a a a T a a a σσ+⎡⎤=+--⎢⎥⎣⎦μγγ 式中 2731000t T +=t 变形温度，℃μ 变形速度，1s -γ 对数应变，lnh nH=γ H 原料厚度，mmh n 该道次轧后厚度,mm 1a ~6a 回归系数，与材料有关0σ 该种材料在T=1273K ，μ=101s -，γ=0.4时的变形抗力查表的各种原料的相关系数如下4.4、 轧制力计算西姆斯方法在热轧中用的较多，它是在奥罗万理论基础上建立的。

在解奥罗万微分方程式时，西姆斯采用了以下假设与简化：1）变形区全部为粘着，单位摩擦力为常数，其值为变形阻力的一半，t x =τ=k/22）采用奥罗万理论，把轧制过程看作为在粗糙斜面间的压缩，认为变形区内金属相邻部分间的总水平力Q 与压缩的单位压力p θ关系为(k)4Q h p θθ=-π3）认为接触弧方程为抛物线，则变形区任意断面上的轧件高度h θ 为21h h R θθ=+，而2dh R d θθθ=，R 为轧辊半径。

中性角1ln(182⎡-⎢⎣πγε轧制总压力011ln ln )42h h aP bR k h h =-+γπ1式中 b ——轧件宽度，mma ——咬入角，弧度 k ——k=1.15σ h γ——中性面高度，mm211=1+h h R h γγ γ——中性角，弧度4.5、轧制力矩计算简单轧制时，除了轧辊给轧件的力外，没有其他的外力。

两个轧辊对轧件的法向力N 1、N 2和摩擦力T 1、T 2的合力P 1、P 2必然是大小相等而且方向相反，且作用在一条直线上，该直线垂直于轧制中心线，轧件才能平衡，如图为各力系轧件对轧辊的反作用力。

轧制时作用在轧辊上的力 驱动一个轧辊的力矩M k 为轧制力矩M z 与轧辊轴承处摩擦力矩M f 1之和。

()11k z f M M M P a ρ=+=+ 式中：P — 轧制力； a — 轧制力力臂；ρ1 — 轧辊轴承处摩擦圆半径。

βsin 2Da =μρ21d= 式中：D — 轧辊直径； d — 轧辊轴颈直径；β — 合力作用点的角度；μ — 轧辊轴承摩擦系数，对于滚动轴承μ=0.004。

采用采利柯夫公式αβψ=得： αψβ⋅= 式中：ψ — 力臂系数，对于热轧，取ψ=0.5；α — 咬入角， ⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=R h 21arccos α 对于力臂系数ψ的值的确定，E.C 洛克强在初轧制和板轧机上进行了实验研究，结果表明，力臂系数决定于比值/l h 。

随着比值/l h 的增大力臂系数减小，在轧制初轧坯时由0.55~0.5减小到0.35~0.3，在热轧铝板时由0.55减小到0.45。

在简单计算时常取=0.5ψ4.6、轧制功率计算本次设计的轧机为工作辊传动，轧制过程中轧制功率等于工作辊角速度w 与作用于工作辊的轧制力矩k M 的乘积。

1）轧件前滑系数计算如下21211(1)1242T T h h s R h P ⎡⎤-∆=--⎢⎥⎣⎦（）μ式中 h ：轧件厚度，mm 1R ：工作辊半径，mm h ∆：绝对压下量，mmμ：轧辊与轧件间的摩擦系数 12T T ，：前后张力，KNP ：轧制力，KN对于精轧机组，T1≈T2，2R ＞＞h ，μ=0.3故有2(14h s h ∆=2）工作辊圆周速度连轧机组中根据秒流量相等有112288......h v h v h v ===,,,111222888(1)(1)......(1)h v s h v s h v s +=+==+式中n h ：第n 架机座出口速度 n v ：第n 架机座出口速度,n v ：第n 架机组轧辊圆周速度n S ：第n 架机座轧件前滑系数,888(1)(1)h v s v h s +=+各道次轧辊圆周线速度（m/s ）3）轧制功率,22k k v N M w M R==代入数据得五、 压下规程修订分析轧制力和轧制力矩的计算结果可知初始分配轧制力不合理，不能充分利用每一架轧机。

连轧机组轧制力分布然后通过Excel 表格进行轧制力调整，得到以下优化结果：1)不锈钢（1Cr18Ni9Ti）来料尺寸50×1900mm成品尺寸4×1900mm2）Q235 来料尺寸60×1900mm 成品尺寸4.5×1900mm3)16Mn 来料尺40×1900mm 成品尺寸3.5×1900mm六、辊系确定6.1、轧辊的类型与结构轧辊是轧钢机的主要部件。

按照轧机类型可以分为板轧机轧辊与型钢轧机轧辊两大类。

板轧机轧辊的辊身呈圆柱形，有时，热轧板机的辊身微凹，当受热膨胀时可以保持良好板型，冷轧板轧机的辊身微凸，当受力弯曲时，可以保持良好的板型。

型钢轧机的辊身上有轧槽，根据型钢轧制工艺的要求，安排孔型和尺寸。

轧辊由辊身、辊颈和轴头三部分组成。

辊颈安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。

轴头和连接轴相连，传递轧制扭矩。

轴头有三种主要的形式，分别是梅花轴头、万向轴头（在轧辊端是扁头）和带键槽的或圆柱形轴头（与装配式万向轴头或齿形接手连接）实践证明带双键槽的轴头在使用过程中，键槽壁容易崩裂。

目前常使用带平台的轴头代替带双键槽的轴头。

6.2、轧辊的材料的选择常用的轧辊材料有合金锻钢、合金铸钢和铸铁等。

带钢热轧机的工作辊选择轧辊材料时以轧辊辊面硬度为主要要求，多采用铸铁轧辊或在精轧机组前几架采用半钢轧辊以减缓辊面粗糙化过程。

而支承辊在工作过程中主要受弯曲，且直径较大，要着重考虑强度和轧辊淬透性，因此多选含Cr的合金锻钢。

工作辊材料选用冷硬铸铁支撑辊材料选用合金锻钢6.3、轧辊的尺寸的确定轧辊的基本尺寸参数是：轧辊的名义直径D，辊身长度L，辊颈直径d 和辊颈长度l。