現(xiàn)場管理_熱軋船體鋼板車間設計論文

江蘇科技大學本科畢業(yè)論文4800mm熱軋船體鋼板車間設計The design of the hot rolling procedures of 4800mm ship plate 畢業(yè)設計（論文）題目：4800mm熱軋船體鋼板車間設計1、 畢業(yè)設計（論文）內容及要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、達到的指標等）1) 根據(jù)企業(yè)實際生產現(xiàn)狀，結合金屬壓力加工車間設計授課內容，完成4800mm熱軋船體鋼板車間設計，需要詳細設計車間產品大綱、生產方案、工藝流程、設備選擇、核心工藝計算等具體內容并提出優(yōu)化方案，并根據(jù)設計結果繪制車間平面布置圖。2) 原料及產品原料：320 mm 2700 mm 5500 mm；鋼種：A40；產品：厚度4060 mm，最大寬度4800 mm，年產量不低于80萬噸。A40產品技術要求成分要求（0.09C-0.20Mn-1.2Mn-0.02Nb-0.01Ti）性能要求（s= 400MPa，b= 610MPa，20%）參考性能參數(shù)標準GB/T 712-2000，尺寸參數(shù)標準GB/T 709-2006二、完成后應交的作業(yè)編制車間工藝設計說明書（A4紙不低于40頁），繪制車間總平面布置圖（A1圖紙）三、完成日期及進度1文獻檢索與閱讀2015.3.10-2015.3.202開題報告撰寫、提交2015.3.12-2015.3.273外文文獻翻譯、車間設計的工藝計算2015.3.27-2015.5.224中期檢查表（完成文獻翻譯）2015.4.225論文初稿撰寫、提交；2015.5.23-2015.6.16論文終稿審核、評分2015.6.57答辯及成績評定2015.6.8-2015.6.10四、主要參考資料1. 溫景林主編金屬壓力加工車間設計（第二版）M北京：冶金工業(yè)出版社，20122. 王廷溥，齊克敏主編金屬塑性加工學軋制理論與工藝（第三版）M北京：冶金工業(yè)出版社，20143. 康永林主編. 軋制工程學M. 北京：冶金工業(yè)出版社，2006.4. 中國金屬學會軋鋼分會中厚板學術委員會編著. 中國中厚板軋制技術與裝備M. 北京：冶金工業(yè)出版社，2009.5. 王景進編著. 中厚板生產M. 北京：冶金工業(yè)出版社，2005.6. 陳瑛編著. 寬厚鋼板軋機概論M. 北京：冶金工業(yè)出版社，2011.7. 鄒家祥主編. 軋鋼機械第三版北京M. 北京：冶金工業(yè)出版社，2006.系(教研室)主任： （簽章） 年 月 日 學院主管領導： （簽章） 年 月 日摘 要本設計是年產量為80萬噸的熱軋船板車間，其典型產品牌號為A40，規(guī)格為40 mm4800 mm。在本篇車間設計中，主要介紹了國內外中厚板生產技術的發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的主要問題。該車間的主要設備包括：兩座步進梁式加熱爐、一座高壓水除磷裝置、一臺四輥可逆式軋機、一臺熱矯直機等，還有各種附屬設備。在設計時，以設定的年產量為基礎，按規(guī)格合理地設計了產品方案；并以典型產品為例，制定工藝流程和軋制制度，其中軋制制度包括：壓下制度、速度制度和溫度制度；并進行了軋制力計算、電動機載荷和軋輥強度的校核；設計中對年產量進行了計算和核對；根據(jù)生產實際情況確定車間廠房的平面布置，同時繪制了一張車間設備平面分布圖；結尾處提出對環(huán)境保護的措施。最終得出了工藝合理的4800mm船板生產車間設計方案。關鍵詞：熱軋；船板；工藝流程；軋制制度AbstractA ship plate plant which produces 800 thousand tons per year by hot rolling technique was designed in this thesis. The type of typical product is A40 and its specification is 40mm4800mm. The design is mainly introduced the development status of production technology of the heavy plate and main problems in production. The main equipment in this workshop include: two step-beam furnace, a reversal device high-pressure-water descaling unit, a four-roll reversible rough mill, a hot plate leveler, as well as various appurtenances. This design is based on the designed annual capacity. According to product standard, the scheme of products scheme were designed reasonably. Taking the typical product as an example, the technological process and rolling pattern were drawn up. The rolling pattern includes: reduction schedule, speed schedule and temperature schedule. Then, the roll force was calculated; the electromotor load and the roll strength were checked. The annual output of plate was calculated and checked in the design as well. According to the actual production condition, a plant layout drawing was also provided in the design. At the end, the environmental protections were presented. At the end of paper, the design of plant which produces 4800mm ship plate which conforms to parameters is come out.Keywords: hot rolling; ship plate; technological process; rolling pattern 目 錄第一章 緒論11.1國內外中厚板軋機的發(fā)展11.1.1國外中厚板軋機發(fā)展現(xiàn)狀11.1.2國內中厚板軋機發(fā)展現(xiàn)狀11.2中厚板軋制技術的發(fā)展21.2.1現(xiàn)代新型中厚板車間特點21.2.2寬厚板軋制技術發(fā)展現(xiàn)狀31.3國內中厚板及船板鋼發(fā)展現(xiàn)狀41.3.1國外中厚板發(fā)展現(xiàn)狀41.3.2國內中厚板發(fā)展現(xiàn)狀41.3.3國內船板鋼生產現(xiàn)狀41.4車間設計的目的和意義5第二章 車間產品大綱及生產方案的確定62.1確定產品大綱62.2工藝流程的確定6第三章 軋制設備的選擇83.1軋機的選擇83.2軋機軋輥尺寸的確定83.3軋輥材質的確定93.4四輥軋機主要參數(shù)的確定10第四章 工藝計算與金屬平衡114.1制定軋制制度的原則和要求114.2壓下規(guī)程的制定114.2.1軋機最大咬入能力的計算114.2.2分配壓下量114.2.3各道次寬展計算124.3軋制速度制度的確定124.3.1各道次咬入、穩(wěn)定軋制和拋出轉速確定134.3.2計算各道次軋制延續(xù)時間134.3.3確定各道次間隙時間134.4溫度制度的確定144.5 軋制壓力的計算154.5.1各道次變形程度的計算154.5.2各道次變形速度的計算154.5.3求各道次的變形抗力164.5.4各道次變形區(qū)長度的計算174.5.5各道次平均單位壓力的計算174.5.6各道次總壓力的計算184.6軋機主電機能力校核184.6.1各道次軋制力矩的計算194.6.2附加摩擦力矩的計算194.6.3空轉力矩的計算204.7等效力矩的計算及電動機的校核224.7.1等效力矩的計算224.7.2軋機主電機的過載校核234.7.3軋機主電機發(fā)熱校核244.8軋輥強度校核244.8.1工作輥強度校核264.8.2支撐輥強度校核274.8.3工作輥與支撐輥的輥身之間的接觸應力274.9金屬平衡28第五章 車間工作制度及年產量計算305.1車間工作制度和工作時間的確定305.2軋鋼車間年產量315.2.1典型產品小時產量315.2.2軋鋼機的平均小時產量315.2.3軋鋼車間年產量的計算32第六章 輔助設備的選擇336.1加熱爐的選擇336.2高壓水除磷裝置346.3剪切設備的選擇356.3.1切頭剪356.3.2雙邊剪356.3.3定尺剪366.4矯直設備的選擇366.5冷卻設備的選擇376.5.1層流冷卻376.5.2冷床設備376.6在線設備檢測386.7運輸及起重設備的選擇396.7.1輥道的選擇396.7.2起重機的選擇39第七章 車間平面布置407.1車間平面布置407.1.1車間平面布置內容407.1.2爐軋區(qū)主要設備間距407.1.3精整剪切區(qū)主要設備間距407.2倉庫面積的確定417.2.1原料倉庫面積計算417.2.2成品倉庫面積確定417.3車間平面尺寸確定41第八章 環(huán)境保護43結 論44致 謝45參 考 文 獻46我們總羨慕別人的幸福，卻常常忽略自己生活中的美好。其實，幸福很平凡也很簡單，它就藏在看似瑣碎的生活中。幸福的人，并非拿到了世界上最好的東西，而是珍惜了生命中的點點滴滴，用感恩的心態(tài)看待生活，用樂觀的態(tài)度闖過磨難。第一章 緒論1.1國內外中厚板軋機的發(fā)展在鋼材當中，板材作為一個中流砥柱產品，在發(fā)達國家的鋼材生產總量中，占到50%以上。在機械生產、建筑施工、造船等行業(yè)中得到廣泛的應用。隨著需求和應用范圍的日益增加，對產品質量方面的標準也在不斷地變化。1.1.1國外中厚板軋機發(fā)展現(xiàn)狀從現(xiàn)在來看，國外的板材生產線的建設和生產已進入了相對平穩(wěn)的階段，他們已經很少在去開辟新的車間。造成這一現(xiàn)象的原因主要是由于產品質量方面的關注。國外的生產廠家為了提高產品的產量和質量，在設備改造和生產工藝的改善方面著重研發(fā)。為了提高產品質量和產量，連鑄坯是現(xiàn)在主要用的坯料；在加熱方面，采用計算機控制溫度，使得在節(jié)能的同時提高了加熱效率；采用強度較高的機架，利用板形控制技術，使產品的板形精度越來越高；采用先進的除鱗設備，改善產品的表面質量；通過不斷地對車間生產的輔助設備功能的完善和改進，使得產品的產量得到大幅提高；在線超聲波無損探傷的應用，使鋼板內部缺陷能夠被及時發(fā)現(xiàn)并準確定位，提高了板材的質量。1.1.2國內中厚板軋機發(fā)展現(xiàn)狀以前的軋鋼廠是以軋機為主體，對于后續(xù)的精整設備等則大多是不怎么重視。由于市場需求、產品品種的多樣化和質量的提升等多方面原因，使得國內的中厚板市場競爭愈加激烈，同時也促使著國內中厚板生產技術的快速發(fā)展。然而，由于中國近現(xiàn)代發(fā)展的曲折等原因，國外的中厚板生產技術和設備一直領先于我國一段距離。主要體現(xiàn)在6：(1) 生產設備較落后，產量??；(2) 國內的生產制造廠的設備大多能力有限，軋制尺寸范圍較窄；(3) 沒有自己的一套領先于世界的核心技術，主要核心設備依靠進口；(4) 對鋼板的后續(xù)精整處理工作不夠細致，精整線的設備配備不夠完善。自跨入21世紀后，我國迎來了中厚板生產線建設的飛速發(fā)展。截止2008年前，3000mm以上級別的中厚板軋機生產線先后落成二十幾條，從國外引進更多適應我國生產國情的先進技術，大大提高了軋機剛度，部分軋機還配備了液壓AGC并實現(xiàn)區(qū)域計算機控制，軋制壓力、板厚、板寬、板長、板形的測定，檢查表面質量和測鋼板平直度的等儀表都在逐步完善中。由于這種生產水平的快速發(fā)展，使得國內和國外的技術和設備水平之間的差距在一點點地縮小。1.2中厚板軋制技術的發(fā)展1.2.1現(xiàn)代新型中厚板車間特點從現(xiàn)在的鋼材市場行情來看，中厚板占很大一部分的份額，因此中厚板軋機也是軋鋼車間的主流設備。對于生產設備、工藝等方面，不同國家都有屬于自己的一套獨特的體系?，F(xiàn)代新型中厚板生產車間注重提高機械強度，加大生產效率，同時注重能源的二次利用，減少成本，并不斷提高生產生產線的自動化水平。(1) 除非是比較特殊的產品，中厚板生產過程中的坯料一般都是使用連鑄坯。(2) 通過計算機控制對坯料的裝爐和出爐，現(xiàn)代車間的加熱爐一般采用步進梁式。(3) 改善生產線上的除鱗設備，增加除鱗水壓，使得除鱗效果得到明顯提高。(4) 為滿足控軋的設備需求，采用高強度機架。這樣可以增強剛度、強化和固化軋機，加大支撐輥直徑和牌坊質量。(5) 提高軋機轉速，可以有效縮短產品的生產周期，提高產量。(6) 改善換輥方式，實現(xiàn)自動化，可以有效地減少換輥時間，從而增加生產時間。(7) 交流化的主傳動系統(tǒng)。(8) 通過將控軋與快速冷卻相結合的生產方式，來生產符合調制熱處理的板材。(9) 采用步進式冷床，防止鋼板與冷床之間的滑動摩擦，減少劃傷。(10) 切邊剪和切頭剪均采用滾切式，這樣可以有效提高精整效率。(11) 通過在線超聲波無損自動探傷，可以更高效率地探測出鋼板內部的損傷，增加產品合格率。(12) 車間生產線上的自動化水平已大大提高，這樣極大地減少了線上的生產人員，降低了成本1。1.2.2寬厚板軋制技術發(fā)展現(xiàn)狀從最近的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，國外的生產廠商已開始轉變生產方案，從原先的抓產量到現(xiàn)在的注重產品的精度和質量，通過不斷增加對產品的要求來提升市場競爭力。主要有以下技術方面的提升。(1) 控制軋制技術1依據(jù)軋制時的軋制溫度來確定不同的壓下量的軋制技術稱之為控軋技術。采用這種技術，可以使鋼板具有較高的韌性和強度，焊接性能方面也會有所改善。通過控軋技術，可以利用細化金屬晶粒來改善產品強度和韌性。因此，控軋技術對中厚板的軋機的性能要求較高。(2) 控制冷卻技術控制冷卻技術是改善鋼板質量、性能要求的重要技術，其主要依靠控制產品軋制完成后的冷卻速度來實現(xiàn)目的。目前，控冷技術在厚板軋機中得到廣泛應用。將控冷和控軋綜合起來的軋制工藝，稱之為熱機械控制工藝（Thermo Mechanical Control Process，即TMCP）。應用TMCP技術生產出來的鋼板，具有良好的力學性能，且焊接性能良好。該技術是目前生產中厚板的主要工藝。主要應用于船板鋼和管線鋼的軋制工藝，最近已廣泛應用于各類中厚板的軋制。(3) 板形控制技術此技術的目的是為了減少后期精整工序的工作量，控制鋼板的剪 切量，提高成材率。由于目前市場競爭的激烈性，采用板形控制技術已必不可少?，F(xiàn)在主要采用工作輥的彎輥裝置來控制板形。在此基礎上又應用了Continuously Variable Crown技術（CVC技術）、Pair Cross軋機（CVC軋機）和Work Roll Shifting軋機（WRS軋機）。采用WRS可以有效地減少軋制板寬的約束，使軋輥的磨損均勻。(4) 平面板形控制技術采用平面板形控制技術，可以有效地減少鋼板軋制過程中的斜角和鐮刀彎，從而提高板材的成材率。1.3國內中厚板及船板鋼發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1國外中厚板發(fā)展現(xiàn)狀對于寬厚板的使用情況，大多數(shù)情況下需要焊接，這也造成賣家不斷地提高對產品的質量和性能的定位。在這種市場前提下，推出新的生產技術和研發(fā)性能和質量更高的鋼種是必須和必要的，以此來滿足市場需要。目前世界上的許多國家的厚板軋機也在不斷地進行升級換代，微合金、高強度的鋼板已經逐漸地走進市場，許多生產廠商競相開發(fā)新品種，通過提高產品質量來進一步提高市場占有率，在國際市場中爭奪大的份額。在世界范圍內，日本、韓國、德國的生產技術和設備一直走在領先行列。目前國際市場中，對寬厚板的低合金、高強度的性能要求仍然占主導地位。1.3.2國內中厚板發(fā)展現(xiàn)狀近代隨著船舶制造業(yè)、橋梁建筑業(yè)、石油化工業(yè)等行業(yè)的迅速發(fā)展，使得鋼板焊接構件、焊接鋼管及型材廣泛應用，中厚板的市場需求迅速增加。從市場行情來看，中厚板的應用范圍越來越廣，因此質量要求也在不斷地完善。為此，中厚板生產企業(yè)已開始更多地關注市場需求，來保證產品的輸出。我國中厚板產量為世界之最，2008年的年產量達5971萬噸。面對日新月異的社會發(fā)展現(xiàn)狀，老式的生產方式已經不能滿足市場對產品的需求和要求。因此，生產設備正在逐漸地走向自動化、大型化、規(guī)?；?。1.3.3國內船板鋼生產現(xiàn)狀隨著我國海洋事業(yè)的不斷發(fā)展，我國對于船板鋼的使用需求量不斷增加，同時對船板鋼的要求也有更嚴格與規(guī)范的要求。與此同時，我國船舶不斷向著高速化、大型化等方向發(fā)展，這就產生了對于高強度船體結構用鋼的更高要求。我國船板鋼的需求量不斷增加，據(jù)有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國的船板鋼需求量超過了1200萬噸，其同比增長了27.7%，而在2009年，船板鋼的需求量達到了1600萬噸。在是船板鋼使用量不斷加大的同時，對船板鋼的質量有更高的要求，因此我國的一些鋼鐵生產企業(yè)也在逐漸加大相關的研究與開發(fā)的力度。就拿首鋼與武鋼來說，其油船貨油艙所采用的耐腐蝕高強度的船板已經初步研究成功。與此同時，為了迎合高效焊接技術，我國還研制開發(fā)出了能夠適應大線能量焊接，即熱輸入大于100kJ/cm的一種高強度船板11。我國的船板鋼進口量從2003年開始就已經大幅度減少，其出口量不斷增加。不包括一些對船用鋼要求極高的鋼材在內，如超薄、超厚等船用鋼，其他的大部分船用鋼基本都出自我國，從而減少了我國船用鋼對國外進口的依賴性。比如在2011年，我國沙鋼研究院便研制出了F460690系列的高強度船板，這種船板鋼主要用在船的主甲板、舷頂列板等重要位置。近年來，我國的船板鋼出口量呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢。從另一方面看，環(huán)保低碳和高性能是以后船板鋼發(fā)展的重點。伴隨著我國的造船量呈現(xiàn)高速增長的態(tài)勢，其船型也在不斷增加。據(jù)有關部門預測，在未來幾年，我國的造船用鋼情況大致發(fā)展是：低合金高強度鋼這種船板鋼的需求量會大幅度增長；造船所用鋼對尺寸精度的要求也會更高；其品種也將逐漸增多。和我國在努力建設資源節(jié)約型社會相呼應，出于對資源與環(huán)境保護方面考慮，將減輕船體自身重量并增加船體的載重量等 ,因此國內船板鋼要充分有高強度、高精度、良好的焊接性能等多方面特點。我國在船板鋼的生產與研究方面取得了重大的突破，我國已經成為世界上的第一鋼鐵大國，在這個大背景與基礎上，只要把握好船板鋼的發(fā)展大趨勢，我國也會成為世界級的船板鋼生產強國。1.4車間設計的目的和意義中厚板是重要的鋼材品種，其廣泛應用于基建、造船、建筑施工等各個行業(yè)，在國民經濟建設中占有重要地位。作為一個經濟快速發(fā)展的國家，對中厚板的需求是很大的。目前，4000mm-5000mm的生產線已經成為主要的生產模式，4800mm熱軋船體鋼板車間設計作為自己的畢業(yè)設計，符合國內中厚板的發(fā)展趨勢。同時作為一名材料成型機控制工程（壓力加工）專業(yè)的一名學生，選擇這個題目可以將自己所學的專業(yè)課知識能夠直接有效地運用起來，對自己的專業(yè)和背景有了更加立體的認識。第二章 車間產品大綱及生產方案的確定2.1確定產品大綱產品大綱是指所涉及的工廠或車間擬生產的產品名稱、品牌、規(guī)格、狀態(tài)及年計劃產量2。確定產品大綱的原則：（1） 國民經濟對產品的要求；（2） 保證市場需求的平衡性；（3） 具備建設生產線的自然條件、市場條件和資源條件等。本次車間設計的產品為4800mm熱軋船體鋼板。根據(jù)車間設計要求，本車間的產品均為船板鋼。原料：320 mm 2700 mm 5500 mm；鋼種：A40；鋼種化學成分為：0.09C-0.20Mn-1.2Mn-0.02Nb-0.01Ti；產品：厚度4060 mm，最大寬度4800 mm，年產量不低于80萬噸。查資料得，A40密度約為7.85g/cm3，所以每塊坯料的重量為：t=322705507.85106=37.3 t確定車間的生產方案如表2-1所示。表2-1 產品方案表編號類型鋼種產品規(guī)格/mm所占比例/%1船體鋼板A4040480050%2船體鋼板A4045460020%3船體鋼板A4045440010%4船體鋼板A4050460010%5船體鋼板A4060440010%2.2工藝流程的確定制定生產工藝流程主要依據(jù)有以下幾點：(1) 以及生產方案的要求；(2) 依據(jù)產品的質量要求；(3) 依據(jù)車間生產率的要求。中厚板軋制工藝流程比較固定，大致可以分為以下幾個階段。主要有準備坯料、送入加熱爐加熱、軋制、冷床冷卻、精整。熱處理等。具體表述如下：準備板坯，板坯去毛刺，標志，送加熱爐加熱，出爐，粗除鱗，細除鱗，軋制，加速冷卻裝置冷卻，熱矯直，若鋼板厚度大于50mm，送厚板冷床冷卻，火焰切割，打印標識，檢查入庫；厚度小于50mm，則進行切頭，切邊，剖分，定尺等剪切，打印標識，檢查入庫。對于質量要求高的船板鋼，在剪切前還應進行探傷處理。生產工藝特點：(1) 在坯料庫內設置二次切割裝置，便于完成對坯料的去毛刺、定尺和標志。為了實現(xiàn)板坯熱裝和冷裝的連接，將二次切割線和傳送輥道相連接。(2) 在本車間中設計了兩個步進式冷床。一座用于厚度大于50mm的船板冷卻，同時此座冷床和火焰切割線相連接，便于厚板后面的精整工序的開展；另一座用于厚度小于50mm的船板冷卻，此座冷床和機械切割相連接，實現(xiàn)了精整工序的自然銜接。在冷床入口設置有自動熱板噴印機。利用兩座冷床，將成品合理地分流，便于后面的處理。(3) 合理地分布各設備之間位置關系，實現(xiàn)了產量最大化、空間合理化。第三章 軋制設備的選擇設備選擇的原則有以下幾項：（1） 確保產品的質量和產量；（2） 設備應當符合車間所設計的產品工藝流程；（3） 在保證投資成本的前提下，提高設備的生產水平；（4） 以車間的空間布局為前提，保證各個設備布局的合理性。3.1軋機的選擇軋機有以下幾種類型：二輥軋機、三輥軋機、四輥可逆式軋機和萬能式軋機等。采用單機架四輥可逆軋機，既具備了二輥軋機生產靈活的特點，又由于采用支撐輥的原因，提高了軋機剛度，產品精度得到提高。四輥可逆軋機機械化程度高，便于實現(xiàn)自動化、連續(xù)化生產。鑒于以上優(yōu)點，目前的中厚板車間基本已采用四輥可逆式軋機。因此，在本次設計的4800 mm船板鋼軋制車間中使用四輥可逆式軋機。3.2軋機軋輥尺寸的確定（1）確定工作輥尺寸工作輥的輥身長度LgLg=bmax+a（3-1）軋制方法采用綜合軋制法。由于板坯長度為5500mm，取軋輥長度余量a=200mm，所以Lg=5700 mm。工作輥直徑Dg工作輥輥身長度和直徑存在以下關系：L/D=2.54.0所以 Dg=14252280 mm，取Dg=1500 mm。工作輥輥頸尺寸d和輥頸長度l的確定1）輥頸尺寸d輥頸尺寸d與工作輥直徑D有以下關系：d/D=0.670.75所以d=10051125，取d1100mm。2）軋輥輥頸長度l軋輥輥頸長度l與軋輥輥頸直徑有如下關系：l/d0.831.0所以l=9131100，取l=1000mm。 （2）確定支撐輥尺寸工作輥的輥身長度Lz=5600mm。工作輥直徑Dz 四輥軋機的工作輥輥身長度與直徑有如下關系：L/D=1.82.7所以 Dz=20743111mm，取Dz=2200mm。支撐輥輥頸尺寸d和輥頸長度l 1）輥頸尺寸d輥頸尺寸d與工作輥直徑D有以下關系：d/D=0.670.75所以d=14741650，取d1600mm。2）軋輥輥頸長度l軋輥輥頸長度l與軋輥輥頸直徑有以下關系：l/d0.831.0所以l=13281600，取l=1400mm。 3.3軋輥材質的確定（1）工作輥材質選擇四輥軋機中最主要的工件便是工作輥。根據(jù)工作輥的實際工作狀況，選擇工作輥材料應該主要參考其輥面硬度要求。工作輥材料的選取主要有以下幾種：合金鍛鋼、鑄鐵、合金鍛鋼等。鑄鐵軋輥硬度高、耐磨、抗熱裂性好，成本較低。因此，對于本車間的工作輥材料使用球墨鑄鐵。（2）支撐輥材質選擇軋機的支撐輥主要受彎曲力，由于直徑比工作輥大，因此應具有良好的淬透性、較高的強度、良好的耐疲勞性能和耐磨性。支撐輥的材料大多為合金鍛鋼和復合鑄鋼。因此，對于軋機的支撐輥材料使用合金鍛鋼。（3）立輥材質的選擇：5700mm寬厚板立輥軋機的主要性能參數(shù)：最大軋制力為5000KN；軋制速度最大7.3m/s；軋輥尺寸 1000/900600mm；主電機為2AC1200KW305/720r/min，輸出力矩最大450KNm；立輥軋機的作用主要是通過立棍給鋼板側面一個輥力，從而調整鋼板寬度。由于軋輥接觸鋼坯的溫度較高，對于軋輥材料應具有較好的抗熱裂性能，同時也要有較高的硬度和耐磨性。工藝要求其表面硬度達到HS4550。本車間的立輥材料采用合金鍛鋼。3.4四輥軋機主要參數(shù)的確定參考國內外規(guī)模相近的車間，確定四輥可逆軋機的主要參數(shù)，如表3-1所示。表3-1 5700mm寬厚板軋機主要參數(shù)項目參數(shù)值最大軋制力/KN軋制扭矩/KN/m23820軋制速度/m/s-17.3工作輥彎輥力/KN/側4000工作輥直徑/mm1500支撐輥直徑/mm2200主傳動電機功率/KW210000轉速/rmin-150/120第四章 工藝計算與金屬平衡4.1制定軋制制度的原則和要求(1) 在保證設備正常運轉的前提下增加設備作業(yè)率，提高產品產量；(2) 以設備操作方便為前提，提高產品質量；(3) 制定軋制制度，應該保證產品的力學性能要求。4.2壓下規(guī)程的制定廠家進行車間生產計劃編排主要依靠壓下規(guī)程，因此，壓下規(guī)程的制定影響著車間的產品質量和產量。編制壓下規(guī)程的主要原則有：(1) 符合軋機的軋制要求，不超載，使設備在一個額定狀態(tài)下運行；(2) 合理安排各道次的壓下量和負荷，確保產品具有良好的板形。對于制定中厚板壓下規(guī)程，在前幾個道次時，依據(jù)板材厚、溫度高等特點，制定較大的壓下量；為了保證軋件軋制過后的板形質量，在最后幾個道次的軋制過程中應當采用比較小的壓下量。4.2.1軋機最大咬入能力的計算熱軋鋼板時咬入角一般為1522，低速咬入時最大咬入角可取為204，故粗軋機最大壓下量可根據(jù)以下公式計算得出：hmax=Dg1-cos（4-1）式中Dg：工作輥直徑，mm；咬入角，。hmax=13001-cos20=78.4故咬入不成問題。4.2.2分配壓下量依據(jù)車間產品方案和軋機的選擇情況，選用橫軋縱軋法。即先采用橫向軋制，使板坯寬度等于鋼板寬度，橫軋結合后，將板坯再旋轉90，進行縱軋，一直軋到目標厚度。對于道次壓下量分配和軋制總道次數(shù)，板坯和成品之間的厚度差和軋機的最大壓下量來合理分配。對于單機架，總道次數(shù)應為奇數(shù)。本設計采用單機架的四輥可逆式軋機。根據(jù)電機和軋機的能力并參考同類工廠的生產實際數(shù)據(jù)以及加工合金的組織性能，確定hmax=40 mm，軋制道次n=11。設計軋制總道次為11道，14道次為橫軋，511道次為縱軋，道次壓下量分配、每道次寬展、壓下率以及各道次軋制力計算在后面給出。其中盡量考慮到最后12道次應采用比較小的壓下率。對于四輥軋機，不受咬入條件的限制，開始時可采用大壓下量軋制，隨鋼坯溫度降低逐漸變小，最后幾道次為保證板型和厚度精度，用較小的壓下量。本次設計的壓下量分配見表4-1。4.2.3各道次寬展計算（1）計算公式：B采用Esibel公式來計算，即 B=Ch/HRh（4-2）軋制時溫度高于1000 ，故取C=0.35；(2)寬展如表4-1所示。表4-1壓下規(guī)程道次壓下量/mm寬展/mm軋后板長/mm壓下率/%1407.58308612.52357.09352712.53358.11411414.34307.51480014.35308.77576016.763010.5072002073013.1396002582513.321329227.89158.581728023.11073.5520093141131.162160074.3軋制速度制度的確定軋輥的轉速隨著時間的改變而發(fā)生變化的制度稱之為軋制速度制度。對于四輥可逆式軋機而言，軋輥的轉速和轉向會不停地發(fā)生變化。在本次車間設計中，所榨汁的鋼板的長度大多比較長，為了減少軋制時間，增加軋機的工作效率，采用比較常見的梯形速度圖。4.3.1各道次咬入、穩(wěn)定軋制和拋出轉速確定可逆式中厚板軋機中，對橫軋的14道次，由于咬入能力有限以及板坯較短，咬入速度取n1=20 rpm，采用恒速軋制；對511道次，采用低速咬入，高速軋制，低速拋出。取咬入速度ny=20 rpm，恒速軋制速度nd=40 rpm，取拋出速度np=20rpm，平均加速度a=40 rpm/s，平均減速度b=40 rpm/s。4.3.2計算各道次軋制延續(xù)時間（1）各道次純軋時間對于每一道次的純軋時間，其包括加速軋制時間、穩(wěn)定軋制時間和減速軋制時間。根據(jù)軋制前后體積不變定理，計算出各道次軋制之后的長度如表4-2所示。對于14道次，采用恒速軋制，軋制速度計算公式 ：v1=Dn1/1000（4-3）所以V1=V2=V3=V4=150020100060=1.57m/s純軋時間tz1=1.97s，tz2=2.25s，tz3=2.63s，tz4=3.06s；對于511道次，采用低速咬入、高速軋制、低速拋出的軋制方法。可采用以下計算公式計算：tzn=nd-nya+1nd60lnd+ny2a+np2b-(a+b)nd2ab+nd-npb（4-4）純軋時間tz5=2.82s，tz6=3.28s，tz7=4.04s，tz8=5.22s，tz9=6.50s，tz10=7.39s，tz11=7.87s。4.3.3確定各道次間隙時間根據(jù)實際生產經驗來確定間隙時間。在四輥軋機上往返軋制中，不用推床定心時（m），取s；若需定心時，當m時，?。粍t當m時，取。轉鋼時間取3s 4。根據(jù)以上計算結果，得出表4-2所示。表4-2 軋制時間表名稱轉速r/min純軋時間tz /s間隙時間t0 /s延續(xù)時間/s道次nyndnp橫 軋 階 段P102001.972.54.47P202002.552.55.05P302002.6368.63P402003.0669.06寬展軋制完成后，轉90進行縱軋縱 軋 階 段F12040202.8268.82F22040202.2868.28F32040204.0448.04粗軋結束后軋件在輥道上冷卻待溫到970，用時120sF42040205.2248.22F52040206.50410.50F62040207.39411.39F72040207.877.874.4溫度制度的確定溫度是影響鋼板組織和性能的最主要的因素，為了確保在軋制過程中軋件的組織性能不會發(fā)生變化，根據(jù)生產的實際情況，確定坯料的出爐溫度為1200，開軋溫度不超過1170，終軋溫度為920900。典型鋼種A40在加熱爐中加熱到1220，經高壓水除鱗設備和傳送過程的空氣冷卻，溫度可降低50。板坯開軋溫度為1170，為了確定各道的軋制溫度，必須求出逐道次的溫度降。高溫時的軋制溫度降可按輻射熱計算。計算各道次溫降的公式為：t=12.9ZhT(4-5)式中：輻射時間，即該道次軋制延續(xù)時間；由于軋件頭部和尾部道次間的輻射時間不同，為設備安全計，確定各道的溫降以尾部為準4；h：前一道次軋出時的厚度；：前一道次軋制時絕對溫度。第1道次，頭部溫度為1170，軋到尾部軋件溫降為，即為：t=12.9ZhT代入數(shù)據(jù)得，=1.97s，h=280mm，=1170+273=1443則有：t=12.91.97320=0.34 所以第1道尾部溫度t1為：1170=11700.34=1169.66第2道次尾部溫度t2為：1169.66t=12.95.052801442.=1168.65同理代入數(shù)據(jù)可求出其他各道頭尾溫度。t3=1167.48；t4=1165.08 ；第4道次后進行轉鋼，t5=1161.45 ；t6=1158.44 ；t7=1153.91 ；粗軋結束后軋件在輥道上冷卻到970進入精軋。即第8道次頭部溫度為970 ，尾部溫度為：968.21 ；t9=963.26 ；t10=956.40 ；t11=948.27 。4.5 軋制壓力的計算4.5.1各道次變形程度的計算（1）計算公式：=h/H100%（4-6）（2）壓下率如表4-1所示。4.5.2各道次變形速度的計算軋制中厚板時平均變形速度：=2vh/RH+h（4-7）式中R：軋輥半徑；v：軋輥表面線速度；H：軋件入口厚度；h：軋件出口厚度。對14道次，n=20，v=Dn60=1.57m/s；對511道次，n=40,v=3.14m/s；第1道次變形速度 =21.5740/+280=1.21。其余計算類似，計算結果如表4-3所示。4.5.3求各道次的變形抗力 依據(jù)每一道次相應的軋制溫度和變形速度，通過圖4-1可以查出鋼材在每一道次的變形抗力，經過公式（4-8）進行修正，可以得出該道次的實際變形抗力。st=Ks(4-8)式中st：各道次實際變形抗力；K：變形程度修正系數(shù)；s：理論變形抗力。第一道次，t=1169.66，=1.21s-1，查圖得，30%壓下率時，s=59MPa；1=12.5%，由圖左上角輔助曲線查得，變形程度修正系數(shù)K0.875，所以st=0.8755.9107=51.6MPa。同理計算211道次的變形抗力，如表4-3所示。圖4-1 變形抗力圖表4-3 變形抗力道次s/MPaKst/MPa1590.87551.62610.87553.43630.90657.14670.90660.75730.93568.36770.98075.57820.99281.381280.995127.491310.987129.3101300.904117.5111320.786103.84.5.4各道次變形區(qū)長度的計算彈性壓扁的影響在單位壓力大于（200MPa）時應當考慮進去。對于中厚板的軋制過程，單位壓力在這一臨界值以下，所以不需要考慮彈性壓扁。這種情況下的變形區(qū)長度計算公式為：l=Rh（4-9）第一道次，h=40mm，R=750mm。l1=75040=173.2mm；對于其他道次，代入相對應的數(shù)據(jù)即可求得結果，如表4-4所示。4.5.5各道次平均單位壓力的計算對于中厚板的軋制，平均單位壓力可用西姆斯公式計算：P=1.15s（4-10）根據(jù)中厚板的實際軋制情況，應力狀態(tài)影響系數(shù)（外端和外摩擦影響已經考慮在內），其中為變形區(qū)軋件平均厚度，為變形區(qū)長度。對第一道次而言：=0.785+0.25173.2300=0.929，p1=1.1551.60.929=55.13MPa；同理，其他道次代入數(shù)據(jù)得出結果如表4-4所示。4.5.6各道次總壓力的計算各道次的軋制總壓力計算公式如下： P=PF=Pbl(4-11)式中b：軋件寬度，mm；l：變形區(qū)長度，mm；對14道次，b=5500mm，對511道次，b=4800mm。第一道次P1=55.135.50.1732=52.52MN；同理，其他道次代入數(shù)據(jù)得出結果，如表4-4所示。表4-4 變形及軋制壓力道次變形速度/s-1變形區(qū)/mm平均單位壓力/MPa軋制總壓力/MPa11.21173.255.1352.5221.29162.057.6851.3931.49162.063.2356.3441.6115068.2256.2853.8115079.5157.2564.6515092.2866.4475.98150106.7876.8887.40136.9179.71118.0997.72106.1185.3294.38106.5272.5158.7455.24114.7947.4127.7929.074.6軋機主電機能力校核一般說來，為了傳動軋輥電動機軸上所需的力矩，由以下四部分組成：M=Mz+Mm+Mk+Md（4-12）Mj=Mz+Mm+Mk（4-13）式中：軋制力矩，此即為使軋件塑性變形所需的力矩；：傳至電動機軸上的附加摩擦力矩，此摩擦力矩是當軋件通過軋輥時，在軋輥軸承、傳動機構及軋機其它部分所發(fā)生的；：空轉力矩，即在空轉時傳動軋鋼機所需的力矩；：動力矩，此力矩是為了克服速度變化時的慣性力所必需的。4.6.1各道次軋制力矩的計算轉動軋輥所需的軋制力矩為：Mz=Pl(4-14)式中：合力作用點系數(shù)（或力臂系數(shù)），中厚板一般取0.40.5，其中粗軋道次取大值，隨軋件變薄則取小值。：接觸弧長為。則第一道次的軋制力矩計算如下：Mz1=52.520.5173.2=4548 KNm同理，可以算出其他道次的力矩，結果如表4-5所示。4.6.2附加摩擦力矩的計算附加摩擦力矩基本有兩項，一項是軋輥軸承中的摩擦力矩，另一項是傳動機構中的摩擦力矩。其中在有支撐輥的四輥軋機可近似由下式計算：Mm=PfdzDgDz(4-15) 式中f：支撐輥軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承，f0.005；：支撐輥輥頸直徑，1600 mm；：工作輥直徑，1500 mm； ：支撐輥直徑，2200 mm。代入后，可求得0.00545P。代入數(shù)據(jù)求得各道次的軋輥軸承中的摩擦力矩，如表4-5所示?？捎上率接嬎悖海?-16）式中：傳動效率系數(shù)，板帶軋機的傾角在小于2比較合適，故取0.96。代入上式可得Mm=0.042Mz+Mm所以+=0.042+1.042代入第一道次數(shù)據(jù)得MM1=0.0424548+1.042286=489KNm同理，其他各道次摩擦力矩計算結果如表4-5所示。表4-5 軋制力矩及摩擦力矩道次Mz/KNmMm/KNmMM/KNm14548286489241622804673456430751244221307497