冷轧带钢优秀课程设计.doc

辽 宁 科 技 大 学
课程设计说明书

设计题目：冷轧1.05*1300 mm轧制规程设计
学 院：材 冶 学 院
专业班级：材 控 08-4 班
学生姓名：
指导老师：
成 绩：

目录
1冷轧综述 3
1.1冷轧产品及用途 3
1.2冷轧产品技术要求 3
1.3冷轧钢板现实状况及新技术 3
1.3.1 多个冷轧带钢新技术介绍 4
2工艺及规格 6
2.1冷轧薄板生产工艺步骤 6
2.2规格 7
3轧制规程制订 8
3.1压下规程制订 8
3.2张力制度 8
3.3轧制速度制度 10
4计算轧制力 12
5设备校核 16
5.1轧辊各部分尺寸确定 16
5.2咬入能力校核 17
5.3支承辊强度校核 18
5.5支撑辊和工作辊接触应力校核 21
5.6电机能力校核 21
6结语 23
7参考文件 23

1冷轧综述
1.1冷轧产品及用途
经过几十年发展，中国冷轧事业不停地成长壮大，从只能生产建筑用材产品发展成为能够生产高级汽车外板、高级家电板、高级包装材料和电工钢产品，不管产量，还是产品规格品种多样化和质量，全部有大幅提升。
冷轧产品种类分为金属镀层薄板（镀Sn、Zn等）；深冲钢板（汽车板）；电工用硅钢板；不锈钢板，广泛应用于汽车制造、装饰材料、精密仪表、工业厂房、食品罐头及部分耐久制品。
1.2冷轧产品技术要求
1) 表面状态和表面光洁度。冷轧带钢含有良好加工性和美观表面，多用作外用板材和深冲板材，所以必需避免表面缺点。
2) 尺寸和形状精度。冷轧板带尺寸精度包含厚度、宽度和长度精度，其偏差在相关标准中全部有要求。形状精度通常见平坦度、横向弯曲、直角度来表示，其许可值在标准中一样作了要求。
3) 加工性。冷轧产品用途广泛，加工方法很多，从简单弯曲加工直到深冲压加工。按加工性来分，有成形性和形状性两种。
4) 时效性能。所谓时效现象就是金属和合金性能伴随时间推移而发生改变现象。冷轧钢板有淬火时效和应变时效。通常发生时效时硬度和抗拉强度增大，延性降低。
5) 特殊性能。如搪瓷性能、耐蚀性、电磁性能和冲裁性等。
1.3冷轧钢板现实状况及新技术
现代中国投入生产带钢有武钢、鞍钢、宝钢、本钢、首钢等。经过长久生产实践和引进国外优异工艺技术，板带钢生产技术得到了快速发展，冷轧带钢采取 mm左右甚至 mm以上轧机，单卷最大单重达60 t日趋大型化。部署方法由酸洗，单卷轧制分开逐步过渡到无头轧制，酸轧联合等全连续轧制。轧制速度不停提升，冷轧已达41 m/s ，轧机自动化，连续化，高速化。
1.3.1 多个冷轧带钢新技术介绍
加紧冷轧板带生产技术发展是中国以后若干年品种结构调整关键。要坚持技术高起点，支持有冷轧原料、资金条件好、管理水平高企业发展冷轧板带生产，产品要重视国际竞争能力。要激励合资,合作引进资金、技术和管理，缩小和国外优异产品差距。要坚持专业化生产，培养和发明自己独特产品。要重视发展速度和产品结构、质量、效益统一。不能犹豫徘徊,也不能盲目冒进，一定要重视资源、环境、市场、技术、人才有机统一。现在冷轧生产技术正向大型化、集成化、高速化方向发展,而且在深入地提升自动化和连续化水平。产量和生产率全部有显著提升,产品质量更趋完美。
有效冷轧技术能够生产出高质量冷轧产品，同时含有很好经济效益。其最近开发部分冷轧生产新技术包含：
1）冷轧带钢边部减薄控制技术（EDC)
用于冷轧带钢边部减薄控制设备，以取得沿带钢宽度方向均匀恒定厚度。边部减薄就是冷轧带钢边部区域所不需要厚度减薄。引发冷轧带钢边部减薄原因是轧辊在轧制段从加载到卸载过程中轧辊弹性压扁位移所致。依据带钢使用，这一部分减薄区域必需裁去。所以，当需要对带钢边部进行修整时，钢材成材率将会下降。为了避免造成这么损失，开发出用于可逆冷轧机和串列式冷轧机用冷轧带钢边部减薄控制系统。为了赔偿带钢边部减薄，在带钢边部区域工作辊直径必需降低。为此，要对工作辊辊身一端进行特定研磨形成一定锥度。控制基础标准就是基于使锥度偏移，直到确定特定边部减薄值。此新型带钢边部减薄控制系统能够控制在带钢整个长度上带钢边部减薄值较低一个衡值，其结果就是降低了修整损失。
2） T-辊工艺技术
为使冷轧工艺最好化和提升冷轧带钢质量，愈加好地了解冷轧过程中物理过程是必不可少。所以，开发了T-辊技术，这是一个技术包，它包含模拟冷轧过程新和改善物理模型。除了完整力学和热动力学描述外，对润滑轧制具体和模拟描述使操作人员能够选择一个最好化工艺。模型正确性使实际测量结果和模拟结果含有很高一致性。比如，对轧制力和轧辊表面光洁度向带钢表面转换有很正确模拟。
3） 最少许润滑和利用液氮清洁方法
改善带钢表面质量润滑和清洁方法。作为一个新润滑和清洁概念，开发出了综合采取最少许润滑和利用液氮方法。在冷轧带钢平整过程中，这一方法显著地改善了带钢表面质量，同时降低了设备运转成本。当在平整机入口使用最少润滑剂时，正确控制降低摩擦润滑剂使用量。利用最少许润滑剂能够同时降低轧制力和改善带钢平直度。在出口处液氮覆盖在带钢和轧辊表面上。这种方法含有下列优点：清洁和干燥带钢表面显著地能够降低生锈可能性；大幅度减轻了下道工序清洁带钢表面工作强度；延长了工作辊使用寿命。
4）在线检测系统
用于统计产品质量和满足较小公差在线检测系统。今天，高效生产高质量冷轧带钢需要完整地统计产品关键质量参数。它既能够向用户提供产品质量信息，同时也能够有效地跟踪工艺过程中引发质量问题原因，并给修正。带钢表面光洁度控制系统可在带钢整个长度上将光洁度控制在一个恒定值和当需要时更换轧辊。平直度测量辊可对带钢表面平直度进行正确和安全可靠测量。轧辊密实表面能够避免在带钢表面留下印迹，也能够对含有光滑表面冷轧带钢进行涂镀处理。
2工艺及规格
2.1冷轧薄板生产工艺步骤
原料（热轧板卷）
酸洗
冷轧
电解清洗
退火
平整
退火
平整
脱碳退火
成品退火
横剪
纵剪
检验重卷
横剪
镀锡板
一般深冲板
拉伸热平整
电工硅钢板
连续镀锌
瓦垄机组
横剪
涂层机
镀锌板
涂层板
酸洗热带钢
淬火、碱、酸洗
检验、清洗
淬火、碱、酸洗
平整
剪切
矫直
抛光
不锈钢板
连续镀锡

图2-1 冷轧板带钢工艺步骤
2.2规格
注：参考鞍钢冷轧一号线1700连轧机组进行设计
1、成品规格1.05*1300 mm
2、原料规格：
（1）选择钢种：；
（2）依据经验资料，选择原料尺寸为3.05*1350 mm 热轧板卷。
3、四辊轧机五机架连轧关键单体性能
（1）工作辊直径：（520～600）mm ，选600 mm ；
（2）支承辊直径：（1400～1525）mm ,选1500 mm 。

3轧制规程制订
3.1压下规程制订
依据经验采取分配压下系数表3-1，令轧制中总压下量为∑Δh，则各道压下量为：
式中：bi－压下分配系数。
表3-1 多种冷连轧机压下分配系数
机架数
道次（机架）号
1
2
3
4
5
2
0.70
0.30
——
——
——
3
0.50
0.30
0.20
——
——
4
0.40
0.30
0.20
0.10
——
5
0.30
0.25
0.25
0.15
0.05
依据表中计算出各道次压下量为：
△h1=0.6 △h2=0.5 △h3=0.5 △h4=0.3 △h5=0.1
3.2张力制度
张力—作用在轧件轧制方向上力。
前张力—作用方向和轧制方向相同张力。
后张力—作用方向和轧制方向相反张力。
张应力—单位张力 。
张力作用：
①预防带钢在轧制过程中跑偏（确保正确对中轧制）；
②使所轧带钢保持平直（包含在轧制过程中保持板形平直和轧后板形好）；
③降低轧件变形抗力，便于轧制更薄产品；
④起合适调整冷轧机主电机负荷作用。
张力制度：
张力制度就是合理选择轧制中各道次张力数值。实际生产中若张力过大会把带钢拉断或产生拉伸变形，若张力过小则起不到应有作用。所以作用在带钢上最大张应力应满足：

其中：
—作用在带钢单位截面积上最大张应力；
—带钢屈服极限。
冷连轧特点之一是采取大张力轧制，所以通常单位张力q为（0.3~0.5），轧机不一样、轧制道次不一样、钢种不一样、规格不相同影响，张力改变范围较宽。后张力和前张力相比对降低单位轧制压力效果显著，足够大后张力能使单位轧制压力降低35%，而前张力只能降低20%左右。且单位张力后机架要比前机架大部分。
冷轧带钢分配标准见表3-2。
表3-2 冷轧带钢分配标准
带钢厚度，mm
0.3~1
1~2
2~4
单位张应力,kg/mm2
0.5~0.8
0.2~0.5
0.1~0.2

式中：——带材上a、b两点间原始距离；
——带材原始张应力；
——b点速度和a点速度之差，；
——带材弹性模量。
在确定各架压下分配系数，亦确定各架压下量或轧后厚度同时，还需依据经验分析选定各机架之间单位张力。
参考经验数据，初步制订压下量及前、后张力如表3-3所表示：

表3-3 产品压下量及前、后张力
道次

前张力
后张力
1
3.05
2.45
0.60
90
40
2
2.45
1.95
0.50
100
90
3
1.95
1.45
0.50
104
100
4
1.45
1.15
0.30
108
104
5
1.15
1.05
0.10
50
108
3.3轧制速度制度
冷连轧机最大特点是速度高，生产能力大，轧制板卷重。
轧制时先采取低速度穿带（1~3 m/s），待经过各机架并由张力卷取机卷上以后，同时加速到轧制速度，进入稳定轧制阶段。在焊缝进入轧机之前，为避免损伤辊面和断带，通常要降速至稳定轧制速度40%~70%。焊缝过后又自动升至稳定轧速。在一卷带钢轧制立即完成之前，应立即减速至甩尾速度，以经过尾部。
冷连轧最高速度限制，关键是由轧制工艺润滑和冷却能否确保带钢表面质量和板型。
轧辊转速确实定：
依据经验值，轧件由末架轧机轧制完成后出口速度通常为18～22 ,选择末架轧机轧件出口速度为20 ，依据秒流量体积条件：

求出轧件在各架轧机出口速度。
利用前滑值计算轧辊转速：
计算步骤以下：
（1）先计算出咬入角：
（2）利用咬入角计算出中性角：
（3）经过中性角求出前滑值：
（4）计算轧辊线速度：
（5）计算轧辊转速：
对各道次依次按上述步骤进行计算，计算结果如表3-4所表示：
表3-4 各机架计算结果
机架号

1
2.563
0.016
0.031
8.571
8.313
264.6
2
2.339
0.013
0.026
10.769
10.496
334.1
3
2.339
0.013
0.035
14.483
13.993
445.4
4
1.812
0.012
0.038
18.261
17.592
560.0
5
1.046
0.008
0.018
20
19.646
625.4

4计算轧制力
各机架摩擦系数选择：因第一道次要确保顺利咬入，不喷油，故取0.08，以后喷乳化液，取值0.06。
本设计采取M.D.Stone公式计算平均单位压力：

上式中：；；
——考虑轧辊弹性压扁变形区长度；
——平面变形抗力，；
——前后张力平均值，()
计算步骤以下：
(1)确定变形抗力
因为在变形区内各断面处变形程度不等，所以，通常依据加工硬化曲线取本道次平均总压下率所对应变形抗力值。平均总压下率按下式计算： =
式中：——本道次轧前预变形量；
——本道次轧后总变形量；
——冷轧前轧件厚度；
——本道次轧前轧件厚度；
——本道次轧后轧件厚度。

图4-1 Q215钢种加工硬化曲线1-纵向；2-横向
依据Q215经典产品含碳量，由加工硬化曲线查出对应于值，然后计算平面变形抗力：。
由求出平均单位张力，则可得到值。
(2)求值
值依据轧辊压扁时平均单位压力图解（斯通图解法）得到。先依据具体轧制条件计算出参数和值：

式中：——摩擦系数；
——接触弧长，，—工作辊半径。

式中：
——泊松比，取0.25；E——弹性模量，取E=210 GPa，代入计算得：

图4-2 确定f/之图表
然后在斯通图解中尺和尺上分别找出对应其值两点，连成一条直线，此直线和S形曲线交点即为值。依据值查表便可得值。
(3)求平均单位压力及总压力
将值和值代入即可算出平均单位压力。
总压力为：

式中：——由 计算得到；
——轧件宽度，B=1300 mm
对各道次依次按上述步骤进行计算，计算结果如表4-1所表示。
表4-1 各道次计算结果
道次

/%

/%

/%

/MPa

/MPa

/MPa

/mm

/mm
1
0
19.7
11.8
350
65
337.5
13.4
2.75
2
19.7
36.1
29.5
510
95
491.5
12.2
2.2
3
36.1
52.5
45.9
620
102
611
12.2
1.7
4
52.5
62.3
58.4
680
106
676
9.5
1.3
5
62.3
65.6
64.3
710
79
737.5
5.5
1.1
道次

/mm

/MPa

/KN
1
0.39
0.15
0.07
0.43
1.250
14.8
421.9
8106.6
2
0.33
0.11
0.09
0.39
1.222
14.3
600.6
11165.4
3
0.43
0.19
0.14
0.53
1.318
15.0
805.3
15720.8
4
0.44
0.19
0.21
0.6
1.370
13．0
926.1
15651.4
5
0.30
0.09
0.27
0.53
1.318
9.7
972.0
12278.3
表4-2 压下规程
道次

轧速
前张力
后张力

1
3.05
2.45
0.60
19.7
8.313
90
40
421.9
8106.6
2
2.45
1.95
0.50
20.4
10.496
100
90
600.6
11165.4
3
1.95
1.45
0.50
25.6
13.993
104
100
805.3
15720.8
4
1.45
1.15
0.30
20.7
17.592
108
104
926.1
15651.4
5
1.15
1.05
0.10
8.7
19.646
50
108
972.0
12278.3

5设备校核
5.1轧辊各部分尺寸确定
轧辊直接承受轧制力和转动轧辊传动力矩，属于消耗性零件，就轧机整体而言，轧辊安全系数最小，轧辊强度往往决定整个轧机负荷能力，所以，要对轧辊进行校核。
表5-1 轧辊材质及许用应力值
材质
许用应力/MPa
许用接触应力/MPa
许用剪切应力/MPa
许用接触剪应力/MPa
合金锻钢
240
2400
73
730
轧辊各部分尺寸分别为：
工作辊：辊身直径：=600mm，辊身长度=1700mm；
工作辊辊颈直径： ；
工作辊辊颈长度：；
工作辊压下螺丝间中心距：；
支撑辊：辊身直径：=1500mm，辊身长度=1700mm ；
支撑辊辊颈直径:；
支撑辊辊颈长度：；
支撑辊压下螺丝间中心距：。
辊头均采取扁头万向接轴辊头。电机功率N=5500KW。

表5-2 五机架连轧机各机架数据
机架号
轧制压力P/KN
转速n/
电机功率/KW
张力差/MPa
1
8106.6
264.6
15500
50
2
11165.4
334.1
15500
10
3
15720.8
445.4
15500
4
4
15651.4
560.0
15500
4
5
12278.3
625.4
15500
-58
由上表可看出，第三架轧机总压力最大，所以以第三架轧机为例进行校核：
四辊轧机支撑辊和工作辊承受弯矩之比等于直径比四次方，其弯曲力分配也和弯矩一样，即

5.2咬入能力校核
轧机要能够顺利进行轧制，必需确保咬入符合轧制规律，所以要对咬入条件进行校核。
(5.1)
(5.2)
式中： ——工作辊直径；
——轧件压下量；
——咬入角；
——摩擦角。
原料在第一架轧机咬入比较困难，所以对第一架进行咬入能力校核。校核以下：
由公式(5.1)，得到：

已知，，，所以：

而，得到：

因为，所以，第一架轧机能够实现带钢顺利咬入。

5.3支承辊强度校核

6104.376KN

mm
图 5-1支撑辊弯矩图
(1)辊身中央处承受最大弯矩：

辊身中央处产生最大弯曲应力
支承辊重车后直径D=1500(1-5%)=1425mm
＜=240MPa
所以，支承辊辊身满足要求
(2)支撑辊辊颈强度校核
辊颈危险断面在辊颈和辊身接触处，该处弯矩为:

所以支承辊辊颈符合要求。
5.4工作辊强度校核
（1）工作辊辊身强度校核

Mg1
132.3KN

mm

9.9KN
Mg2

mm

133KN
Mg

mm
5-2 工作辊弯矩图

工作辊辊身中心处承受垂直弯矩为

（2）工作辊辊头强度校核
利用前滑值计算轧辊转速

5-3 工作辊辊头图

所以，辊头强度满足要求。
(2)工作辊辊颈强度校核

所以，工作辊辊颈强度满足要求。
5.5支撑辊和工作辊接触应力校核
工作辊和支撑辊表面接触产生接触应力，它将影响轧辊轧制寿命，应加以校核。计算接触应力使用赫兹公式：

式中： ——接触表面单位长度上负荷；
——相互接触两个轧辊半径；
——和轧辊材料相关系数；

已知mm，mm ，E =200GPa，
轧辊材料相同，=0.3，得到：

所以，轧辊满足强度要求。
依据以上结果，轧辊各部分均满足强度要求。
5.6电机能力校核
以第三架为例进行校核：
传动力矩计算：

(1)轧制力矩

式中：——轧辊和金属轧件接触弧长，即；
——力臂系数，冷轧时取：0.2～0.4；
——工作辊轧制力；
(2) 摩擦力矩
轧辊轴承中附加摩擦力矩：

式中：——轧辊辊颈直径；
——轧辊轴承摩擦系数，，取0.05；
传动机构中摩擦力矩：

式中：——轧辊和电机间传动比，取1.7856；
——传动机构粘性系数0.97；
换算到主电机轴上附加摩擦力矩为：

(1) 空转力矩

式中：
——电机额定转矩，
所以传动力矩为：

所以第三架电机功率满足要求。同理可算得其它各机架电机功率均满足要求。
6结语
经过此次冷轧带钢课程设计学习，让我更深入了解到冷轧带钢生产工艺、生产步骤，轧制参数及冷轧带钢发展等等。使我知道科学生产马虎不得，一个小小错误会对国家及工厂造成巨大损失，所以我们在设计工艺及以后工作中也要严于律己，细心仔细，。此次设计不光让我们掌握到如此丰富知识，也为我们以后走上工作岗位打上了良好基础，能够愈加快更熟适应自己工作岗位，所以这次课程设计使我受益匪浅。
7参考文件
[1] 王延溥.金属塑性加工学—轧制理论和工艺[M].北京：冶金工业出版社.，236-240.
[2] 赵志业主编.金属塑性变形和轧制理论[M]. 北京：冶金工业出版社.1994.6
[3] 傅作宝主编.冷轧薄钢板生产（第二版）[M]. 北京：冶金工业出版社. ，38-514.
[4] 张树全主编.冷轧带钢生产[M].北京：冶金工业出版社.，67-132.
[5] 刘谋渊主编.金属压力加工工艺学[M].北京：冶金工业出版社.9