冷轧课程设计模板

1 辽 宁 科 技 大 学 课程设计说明书





设计题目冷轧0.55×1400 mm轧制规程设计
学院、系材 冶 学 院
专业班级
学生姓名
指导教师
成 绩

年月日


2 目 录


1冷轧综述 ............................................................... 3
1.1冷轧产品及用途 .................................................... 3
1.2冷轧产品的技术要求 ................................................ 3
1.3冷轧钢板现状及新技术 .............................................. 3
1.3.1 我国冷轧板带生产现状及前景 .................................. 4
1.3.2 冷轧新技术 .................................................. 4
2工艺及规格 ............................................................. 4
2.1冷轧薄板生产工艺流程 .............................................. 4
2.2规格 .............................................................. 5
3轧制规程制定 ........................................................... 6
4计算轧制力 ............................................................. 7
5设备校核 .............................................................. 11
5.1轧辊各部分尺寸确定 ............................................... 11
5.2咬入能力校核 ..................................................... 12
5.3支撑辊强度校核 ................................................... 13
5.4工作辊强度校核 ................................................... 14
5.5支撑辊与工作辊接触应力校核 ....................................... 15
5.6电机功率校核 ..................................................... 16
6结束语 ................................................................ 17



3 冷轧0.55′1400 mm轧制规程设计
1冷轧综述 1.1冷轧产品及用途 冷轧产品主要有冷轧板、金属镀层薄板、电工用硅钢板、不锈钢板、超低碳、超深
冲IF钢系列、链条用钢系列、低碳低硅冷板系列、搪瓷钢系列、自行车用钢系列、烘
烤硬化钢系列、含磷钢系列、客车车厢用钢板系列、家用电器钢板系列、低合金钢系列
等。
鞍钢冷轧厂针对汽车行业、家电行业、门业、搪瓷业、建筑业、制造业等行业
的特点已经成功地开发了德国标准 St 系列、日本标准 SP 系列、超低碳、超
深冲 IF 钢系列、链条用钢系列、低碳低硅冷板系列、搪瓷钢系列、自行车用钢
板系列、烘烤硬化钢系列、含磷钢系列、客车车厢用钢板系列、家用电器钢板系
列、低合金系列等具有高附加值的冷轧钢板产品。
适用于制造各种冲压件、钢管及其他金属制品。产品主要用于建筑

、桥梁、机车车
辆、汽车、压力容器、锅炉、电器等。 1.2冷轧产品的技术要求 板带钢的用途非常广泛用途不同队板带钢的技术要求也就不同。对板带钢产品的
基本要求包括化学成分、几何尺寸、板型、表面、性能等几个方面
1钢板的化学成分
2钢板的外形尺寸
3钢板板型要求平坦
4力学性能、工艺性能、物理性能、化学性能。 1.3冷轧钢板现状及新技术

4 1.3.1 我国冷轧板带生产现状及前景 我国冷轧板带生产需求一直旺盛产能也极快扩张至2010年初步统计已建和在
建的冷轧板带产能约为8400万t9000万t共建有冷连宽带钢轧机42台套单机可逆
式宽带钢轧机100余套冷轧宽带钢生产产能的75%以上为冷连机生产。冷轧板带生产要
实现可持续发展必须使冷轧生产过程符合生态要求做到节能降耗要从以下方面努
力创新。 1.3.2 冷轧新技术 1. 冷轧带坯原料的无酸洗除鳞工艺
新的无酸除鳞技术由三步工序组成首先为加热工序。 第二为反应工序。 第三工
序为冷却工序。
2. 液氮冷却机用于带钢冷轧
冷轧的工艺润滑是冷轧工艺中的污染源冷轧工艺润滑的乳液随着带钢的移动带到
冷轧车间地面并存在废乳液的回收处理及防火等安全问题因此替代水乳液或油润滑
液的开发应用具有重要的环保意义。
3. 进一步开发多种小辊径轧制薄带的高精度轧机以适应市场轧制生产薄带钢的要求
达到专业化生产和产品灵活性
4. 扩大冷轧产品的深加工扩展产业链达到减量化应用


2工艺及规格 2.1冷轧薄板生产工艺流程

5
图2.1 薄板坯工艺图 2.2规格 根据鞍钢冷轧一号线1700连轧机组进行设计。
1、采用四辊五机架连轧
1工作辊直径d =520600mm 选d=600 mm 
2支承辊直径D=14001526mm ,选D=1250 mm 。
2、成品尺寸0.55×1400 mm 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
查
重
卷 横
剪 镀锡板
普通深冲板 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
轧
带
钢 淬火、碱、酸洗
检查、清洗
淬火、碱、酸洗

平整
剪切
矫直
抛光
不锈钢板 连
续
镀
锡

6 3、原料规格
1选取钢种Q215
2根据经验资料选取原料尺寸为2.2×1500 mm 的热轧板卷。 3轧制规程制定 压下规程的制定
根据经验采用分配压下系数表3.1令轧制

中的总压下量为∑Δh则各道的压下
量ih
D为
i ih b h
D =碨D
式中b
i压下分配系数。 表3.1 各种冷连轧机压下分配系数
机架数 ib
道次机架号
1 2 3 4 5
2 0.7 0.3 —— —— ——
3 0.5 0.3 0.2 —— ——
4 0.4 0.3 0.2 0.1 ——
5 0.3 0.25 0.25 0.15 0.05
根据表中的ib计算出各道次压下量为 1 2 3 4 50.495, 0.4125, 0.4125, 0.2475, 0.0825
h h h h hD = D = D = D = D =
在确定各架压下分配系数亦确定各架压下量或轧后厚度的同时还需根据经验分
析选定各机架之间的单位张力。
参考经验数据初步制定压下量及前、后张力如表3.2所示
表3.2 产品压下量及前、后张力 道次
/iH mm /ih mm
/ih mm
前张力/MPa
后张力/MPa
1 2.2 1.705 0.495 90 30

7 2
1.705 1.2925 0.4125 100 90
3 1.2925 0.88 0.4125 104 100
4 0.88 0.6325 0.2475 108 104
5 0.6325 0.55 0.0825 50 108 4计算轧制力 各机架摩擦系数的选取因第一道次要保证顺利咬入不喷油故取f=0.08以后
喷乳化液取值f=0.05。
本设计采用M.D.Stone公式计算平均单位压力
)
(
1
QK
x
e
px


上式中h
fl
x'2
hH
h

 'l——考虑轧辊弹性压扁的变形区长度 K——平面变形抗力sK
15
.1 Q——前后张力平均值201qq
Q

(后张力
前张力、01qq)
计算步骤如下
(1)确定变形抗力
由于在变形区内各断面处变形程度不等因此通常根据加工硬化曲线取本道次平
均总压下率所对应的变形抗力值s。平均总压下率
按下式计算

=106.04.0 
式中0
00)(HHH——本道次轧前的预变形量
0
01)(HhH——本道次轧后的总变形量 0H——冷轧前轧件的厚度 H——本道次轧前轧件的厚度 h——本道次轧后轧件的厚度。

8 根据Q215典型产品的含碳量由加工硬化曲线查出对应于的s
值然后计算
平面变形抗力sK
15
.1。
图4.1 钢 种 加 工 硬 化 曲 线
图4.2 斯通图 由20
1qq
Q

求出平均单位张力Q则可得到Q
KK'的值。
(2)求x的值 x的值根据轧辊压扁时平均单位压力图解斯通图解法得到。先根据具体轧制条
件计算出参数2z和y的值 2
2)/hflz
式中f——摩擦系数
l——接触弧长h
RlR—工作辊半径。
h
QKafy)(2
式中E
Ru

a
)1(82
 u——泊松比取0.3E——弹性模量取E=200GPa代入计算得 2
58 (1 0.25 ) 300
0.0035
3.14 2.1 10
a
  
 
 

9 然后在斯通图解中2z尺和y尺上分别找出对应其值的两点连成一条直线此直
线与S形曲线的交点即为x的值。根据x值查表便可得x
ex1
的值。
(3)求平均单位压力p及总压力P 将Q
K的值和x
ex1
的值代入)(
1
QK
x
e
px

即可算出平均单位压力p。
总压力为 p
BlP'
式中'l——由f
hx
l' 计算得到
B——轧件宽度1500
B mm=
对各道次依次按上述步骤进行计算计算结果如表4.1所示。 表4.1 各道次计算结果 道次
0
/% 1
/% 
/% s

/MPa Q /MPa 'K
/MPa l
/mm h
/mm
1 0 22.5 13.5 380 60 377 12.2 1.9525
2 22.5 41.25 33.75 520 95 503 11.12 1.4988
3 41.25 60 52.5 650 102 645.5 11.12 1.0863
4 60 71.25 66.75 730 106 733.5 8.62 0.7563
5 71.25 75 73.5 765 79 800.75 4.97 0.5913
道次 z 2z y x x
ex1
 'l
/mm p
/MPa
P
/t
1 0.5 0.25 0.11 0.58 1.36 14.16 510.9 1085
2 0.37 0.14 0.12 0.45 1.26 13.49 633.78 1282
3 0.51 0.26 0.21 0.68 1.43 14.77 924.47 2048
4 0.57 0.32 0.34 0.9 1.62 13.61 1188.27 2426
5 0.42 0.18 0.47 0.98 1.70 11.59 1360 2364.4
3、轧辊转速的确定
根据经验值轧件由末架轧机轧制完成后的出口速度一般为1925/
m s,选取末架

10 轧机轧件的出口速度为20/
m s根据金属秒流量相等 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5hV hV hV hV hV= = = =
求出轧件在各架轧机的出口速度V。
利用前滑值计算轧辊的转速
计算步骤如下
1先计算出咬入角aarccos(1 )
h
D
 
2利用咬入角计算出中性角g(1 )
2 2f
a a
g= -
3通过中性角求出前滑值hS2
h
iS R
h
4计算轧辊线速度v1hV
v
S
=
+
5计算轧辊转速nv
n
D
对各道次依次按上述步骤进行计算计算结果如表4.2所示 表4 .2 各机架计算结果 机架号
a  hS 1/V m s-× 1/v m s-× 1/ minn r-×
1 0.04 0.015 0.04 6.45 6.20 197
2 0.037 0.012 0.03 8.51 8.26 263
3 0.037 0.012 0.05 12.50 11.9 379
4 0.029 0.010 0.05 17.39 16.56 527
5 0.017 0.007 0.03 20 19.42 618 表4.3 压下规程 道
次 /iH mm /ih mm
/ih mm %

轧速1/m s
前张
力/MPa
后张
力/MPa p
/MPa
P
/t
1 2.2 1.705 0.495 22.5 6.45 90 30 510.9 1085
2 1.705 1.2925 0.4125 24.2 8.51 100 90 633.78 1282
3 1.2925 0.88 0.4125 31.9 12.50 104 100 924.47 2048
4 0.88 0.6325 0.2475 28.1 17.39 108 104 1188.27 2426
5 0.6325 0.55 0.0825 13.0 20.00 50 108 1360 2364.4

11 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的传动力矩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因此要对轧辊进行校核。
轧辊材质为合金锻钢许用应力
 =240MPa许用接触应力 =2400MPa许用剪切
应力[ ]t=730MPa许用接触剪应力 '=730MPa。
轧辊各部分尺寸分别为
工作辊辊身直径d=600mm辊身长度Ls=1700mm支撑辊辊身直径D=1250mm
辊身长度lz=1700mm 。据此确定轧辊其它参数已备校核。
工作辊辊颈直径(0.5 0.55) 0.5 600 300g gd D mm
= = ?
工作辊辊颈长度(0.83 1.0) 1 300 300g gl d mm
= = ?
工作辊压下螺丝间的中心距300 300
1700 2000
2 2 2 2g g
l l
Lz Ls mm= + + = + + =
支撑辊辊颈直径(0.5 0.55) 0.5 1250 625z zd D mm
= = ?
支撑辊辊颈长度900zl mm
=
支撑辊压下螺丝间的中心距900 900
1700 2600
2 2 2 2z z
zh sl lL L mm= + + = + + =。
辊头均采用梅花接轴辊头其主要尺寸如下 d1 (0.9 0.94)
g d= - =0.94*300=282mm d1为辊头外径d为辊颈直径
轧件宽度1500
B mm=。
表5.1.1 五机架连轧机各机架校核所需数据 机架号
轧制压力P/t 转速r/min 电机功率/KW 张力差/MPa
1
1085
197 15500
60
2
1282
263 15500
10
3
2048
379 15500
4

12 4

2426
527 15500 4
5
2464.4
618 14000
58
由上表可看出第四架轧机的总压力最大所以以第四架轧机为例进行校核
四辊轧机支撑辊与工作辊承受的弯矩之比等于直径比的四次方其弯曲力的分配也
和弯矩一样即 4
41250
19
600z zg gP DP D
骣
骣
÷
?
÷
?
÷
?
= = =
÷
÷
?
?
÷
÷
?
÷
桫
÷
?
?
桫 而2426z gP P P
+ = =t得到 2426 20 121.3
20gP
P= = ?t 2426 121.3 2304.7z gP P P
= - = - =t 5.2咬入能力校核 轧机要能够顺利进行轧制必须保证咬入符合轧制规律所以要对咬入条件进行校核。
( )1 cos
h Da
a b
D = -
￡
式中 d——工作辊直径
Δh——轧件的压下量
а——咬入角
β——摩擦角。
原料在第一架轧机咬入比较困难第二架轧机由于润滑摩擦系数变小所以对第一架
和第二架轧机进行咬入能力的校核。校核如下
由公式得到arccos(1 )
h
D
a
D
= -

已知 mm
D600 f=0.080.495h mmD = 所以
10.04 0.08
fa= < =
20.037 0.05
fa= < =
因此第一架和第二架轧机均可以实现带钢顺利咬入。

13 5.3

支撑辊强度校核 2zP 2zP



(t mm)zM×
61.0 10
′


图5.3.1 支撑辊弯矩图
(1)辊身中央处承受最大弯矩 62600 1700
2304.7 1.0 10 t mm
4 8 4 8zh s
z zL L
M P
骣
骣
÷
÷
?
?
= - = ? =
÷
÷
?
?
÷
÷
÷
÷
?
?
桫
桫

辊身中央处产生的最大弯曲应力为 10
max
3 31.0 10
61 6 [ ] 240
0.1 0.1 1.175z
zM
MPa MPa
D
s s
′
= = = ? =
′
考虑重车率/
D Dmh= D 对于板带钢重车率为3%-6%
取h=6%D车后=1175mm 故支撑辊辊身满足强度要求。
(2)辊颈的危险断面在辊颈与辊身接触处该处弯矩为
52 3 0 4 . 7 9 0 0
5 . 2 1 0 t m m
4 4z z
dPl
M
′
= = =醋
则该危险断面出的弯曲应力为
9
3 35.2 10
212.7
0.1 0.1 625d
d
zM
MPa
d
s
′
= = =
′ 辊颈处扭矩:41 5500 1000
9549 9549 9 97 10 N
526.4nN
M m
n
创
= = ?状

14 则该危险断面出的扭转应力为 6
3 3
199.7 10
=2.04MPa
0.2 0.2 625
Mn
d
t
′
= =
′ 2 22 2
3 212.7 3 2.04 212.7MPap
d ds
s t
= + = + ?<[ ]
s=240MPa
所以支撑辊辊颈强度满足要求。 5.4工作辊强度校核 2gP 2gP
1gM
43 . 4 9 1 0 t m m
醋


2gM
65.44 10 mm
N醋

gM
43 . 4 9 1 0 t m m
醋


图5.4.1 工作辊弯矩图 (1)工作辊辊身中央处承受的垂直弯矩为
142 0 0 0 1 7 0 0
1 2 1 . 3 3 . 4 9 1 0 t m m
8 8 4 8s
g gL
B
M P
骣
骣
÷
÷
?
?
= - = ? =醋
÷
÷
?
?
÷
÷
÷
÷
?
?
桫
桫 水平带张力差作用在辊身中央产生的水平弯矩为


15 262000 1700
34815 5.44 10 mm
8 16 8 16g
gL
B
M T N
骣
骣
÷
?
÷
?
÷
= - = ? =醋
?
÷
?
÷
÷
÷
?
?
÷
?
桫
桫
辊身中央处的合成弯矩为
8
1 22 2 8 2 6 2(3.49 10 ) (5.44 10 ) 3.49 10 mmg g gM M M N
= + = ? ?醋
则工作辊辊身中央处的最大弯曲应力为
8
3 33.49 10
19.5 [ ] 240
0.1 0.1 0.564g
g
gM
MPa MPa
D
s s
′
= = = < =
′
考虑重车率/
D Dmh= D 对于板带钢重车率为3%-6%
取h=6%D车后=564mm
所以工作辊辊身强度满足要求。
(2)工作辊辊头强度校核



d1 41 5500 1000
9549 9549 9 97 10
526.4nN
M N m
n
创
= = ?状 辊头采用梅花接轴辊头工作辊端部用键和梅花接头连接则
6
3 3
199.7 10
=63.51MPa<
0.07 0.07 282
Mn
d
t
′
= =
′=[ ]t=730MPa 所以,辊头强

度满足要求。 5.5支撑辊与工作辊接触应力校核 工作辊与支撑辊材料相同所以

16 ' '0.3, 200 , 2400 , 730
E GPa MPa MPam s t
轾 轾
= = = =
犏 犏
臌 臌
接触表面单位长度上的负荷
2304.7
1 36t/mm
1700sP
q
L
= = =
接触应力
( )1 2
max
1 2
4
'( )
0.418
1.36 10 300 625 200 1000
0.418
300 625
1531.2 2400
qE r r
rr
MPa MPa
s
s
+
=
创+创
=
′
轾
= < =
犏
臌 '
max max0.304 0.304 1531.2 465.5 730
MPa MPat s t
轾
= = ? < =
犏
臌
所以轧辊满足强度要求。
根据以上结果轧辊各部分均满足强度要求。 5.6电机功率校核 以第四架为例进行校核
欲确定主电机的功率,必须首先确定传动轧辊的力矩.在轧制过程中,在主电机轴上,
传动轧辊所需力矩最多由下面四部分组成: z
m f k kM
M M M M
i
= + + +
式中:zM-----轧制力矩,用于使轧件塑性变形所需的力矩; fM-----克服轧制时发生在轧辊轴承.传动机构等的附加摩擦力矩;
kM-----空转力矩,即克服空转时的摩擦力矩;
dM-----动力矩.为克服轧辊不匀速运动时产生的惯性力所必须的力矩;
i------轧辊与主电机间的传动比.
其中, 空转力矩和动力矩相对较小,计算时可忽略.

17 (1)轧制力矩
8(0.5 0.6) 2426 0.6 300 0.2475 1.25 10 mmzM P l N
= ? =创?醋
其中: P——轧制压力
l——接触弧长度l R h
=譊。
(2)摩擦力矩
7
g 12426 300 0.003 2.18 10 mmfM Pd f N
= =创=醋
其中gd——工作辊辊颈直径
1f——轧辊轴承中摩擦系数1f=0.003
i——传动比其值为1.7856. 8
7 71.25 10
2.18 10 9.18 10 mm
1.7856mM N
′
= + ?醋 m hM M<=9.97710′mmN×
所以第四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结束语 这次课程设计的经历使我终身受益本次课程设计涉及材料力学、轧钢原理、轧
钢设备、轧钢工程学等专业基础课和专业课不仅使我对以前学过的知识进行了系统
的复习而且加强了对专业课认识我感受到做设计是要真真正正用心去做的一件事
情是真正的自己学习的过程和研究的过程没有学习就不可能有研究的能力没有
自己的研究就不会有所突破那也就不叫设计了。希望这次的经历能让我在以后学
习或工作中激励我继续进步。最后衷心感谢侯老师这半个月的悉心指导和帮助