板带轧制规程设计

板带轧制规程设计(design of pass-schedule for plate and strip rolling)

根据产品技术要求、原料条件和生产设备能力，运用数学公式对板带轧制时的压下、规程、速度规程、温度规程、张力制度和辊型制度的制定。

制定板带轧制规程应考虑的主要因素

板带轧制规程设计的原则要求是，充分发挥设备能力，提高产量和质量，并使操作方便，设备安全。

限制压下量和提高产量的设备因素要提高产量就需要采取相应的措施，如增大压下量、缩减道次、确定合理速度规程、缩短轧制周期、合理选择原料坯重及提高轧机作业率等。对于可逆式轧机，主要是提高压下量以缩减道次；对于连轧机则主要是合理分配压下量并提高轧制速度。增大压下量和提高速度都涉及轧制力、轧制力矩和电机功率。从设备能力着眼，限制压下量和提高速度的因素主要有咬入条件、轧辊及接轴等强度和电机功率等。

咬入条件轧制时轧件咬入能力随轧制速度、轧制温度、轧件及轧辊材质、辊面及其冷却润滑状况的不同而不同。通常，增加轧制速度则使轧机的咬入能力降低。因可逆式轧机速度可调，故可用低速咬入，使允许咬入角增大。由允许最大咬入角αmax即可求出最大压下量Δh max：

冷轧时也可用简化公式Δh max=Rf2 (2)

式中D、R分别为轧辊的直径和半径；f为摩擦系数。根据实验资料，通常平辊热轧时αmax与轧制速度的关系为：

轧辊及接轴等设备的强度最大许用轧制力及力矩一般取决于轧辊等设备的强度。通常在二辊及三辊轧机上许用轧制力P yx 取决于轧辊辊身强度，一般可由下式确定：

式中D、L、l分别为轧辊直径、辊身及辊颈长度，mm；B为板带宽度，mm；R b为许用弯曲应力，MPa，取为：

在现代四辊轧机上，P yx还取决于支承辊辊颈弯曲强度，此时P yx可取为

式中d、l为轧辊辊颈直径与长度。

最大允许轧制力矩M yx除了取决于电机额定力矩之外，通常还取决于传动辊的辊颈强度及万向接轴的板头和叉头强度。按传动辊辊颈许用扭转应力计算的最大允许轧制力P yx为：

式中d为传动辊(一般即工作辊)辊颈直径；[η]为许用扭转应力，取[η]=0．5～0．6R b。

现代四辊轧机附加摩擦力矩很小，可略而不计，故由辊颈强度近似计算允许轧制力矩M yx为：

可见Δh愈大，则轧制力矩愈大，故在压下量大的粗轧道次一般应考虑M yx的限制问题。

电机功率即电机过载和发热能力的限制。一般常以过载电流来限制最大压下量和加速度等动态电流，令过载时的最大功率N max小于过载系数与额定功率N od的乘积。通常用均方根电流校验电机的发热情况，要使均方根功率N z小于电机额定功率N od即

式中N zh N k为轧制功率及空转功率；t zh t j岛为轧制时间和间隙时间；K为过载系数，取K=2．5。

轧制(压下)规程对板带产品质量的影响制订板带轧制(压下)规程时除了设备因素外还要考虑获得良好的板形质量和尺寸精度以及金属的塑性和组织性能。

保证板形质量和尺寸精度必须遵守均匀延伸或板凸度一定的原则去分配各道压下量，尤其在精轧阶段由于板带变薄，对不均匀变形的敏感性显著增加，为了保持良好板形，必须使板带沿宽度方向上各点的延伸率或压缩率基本相等，亦即必须使板带轧制前中部和边部的厚度差(△)与轧制后的厚度差(δ)之比等于延伸率(λ)，或者△=λδ。因此在均匀变形的原则下，后一道次的板厚差δ要比前一道次的板厚差△小(λ-1)δ值。此差值主要取决于轧辊因承受轧制力而产生的挠度差值。这也就是后一道次轧辊的挠度必须小于前道次的挠度，因而即是后道的轧制力P2必须小于前道的轧制力P1，其所需减小的差值可由挠度计算式反推求出，即

式中K1为轧辊刚度系数(见轧机刚度系数)，t／mm。

由此可见，为保证良好板形，满足均匀变形条件，在设备强度一定的情况下，使轧制压力逐道减少是合理的。这就是通常按逐道减小轧制力原则设计压下规程的理论基础。

保证金属塑性和组织性能对普碳钢、低合金钢而言，轧制时金属的塑性是足够的，只是对一些低塑性钢种的钢锭，开始轧制时应选择一定的温度和压下量。考虑到轧制规程对板带产品组织性能的影响，应根据合金或钢种之不同，按规定的温度和压下规程进行控制轧制和控制冷却，以保证所需的组织性能。

制定板带轧制规程的一般方法

制定压下规程的方法很多，一般可概括为理论方法和经验方法两大类。理论方法就是从充分满足前述制定轧制规程的原则要求出发，按预设的条件通过理论计算或图表方法以求确定出最佳轧制规程。这是理想的和科学的方法。但是在生产中由于变化的因素太多，特别是温度条件的变化很难预测和控制，故虽事先按理论计算确定了压下规程，而实际上往往并不可能实现。因而在人工操作时就只能按照实际变化的具体情况，由操作人员凭经验随机应变地处理。只有在全面计算机控制的现代化轧机上，才有可能根据具体变化的情况，对轧制规程进行在线计算控制。

由于在人工操作的条件下，理论计算方法比较复杂而用处又不很大：故生产中往往参照现有类似轧机行之有效的实际压下规程，亦即根据经验资料进行压下分配及校核计算，这就是经验的方法。此法虽不很科学，但较为稳妥可靠，且可通过不断校核和修正而达到合理化。因此经验方法不仅在人工操作的轧机上用得广泛，而且在现代计算机控制的轧机上也经常采用。例如常用的压下量或压下率分配法、能耗负荷分配法等基本上都是经验方法。即使是按经验方法制定出来的压下规程，也和理论法的规程一样，由于生产条件的变化，在实际操作中很难按原规程实现。

生产中通常采用原则性与灵活性相结合的方法来处理压下规程问题，这就是：(1)根据原料、产品和设备条件，按制定轧制规程的原则和要求，采用理论的或经验的方法制定出一个原则指导性的初步压下规程，或者只是从保证设备安全出发，通过计算规定出最大压下率的限制范围。有了这个初步规程和限制范围，就基本上保持了原则性和合理性{(2)在实际操作中以此规程或范围为基础，根据当时的实际情况具体灵活掌握，这样就有了适应具体情况的灵活性。没有一个原则性规程或范