1、 7 中厚板生产的设计计算 7.1 原料设计 7.1.1 原料的尺寸 中厚板轧机所用原料的尺寸，即原料的厚度，宽度，长度，直接影响着轧机的生产率，坯料的成材率以及钢板的机械性能。 中厚板坯料选用 考虑以下三个方面： （ 1） 保证成品钢板的尺寸和性能满足使用要求。 （ 2） 能够充分发挥炼钢车间和厚板车间的工艺条件和设备能力。 （ 3） 所生产的钢板成本最低。 中厚板轧机原料尺寸选择的原则： （ 1）原料的厚度尽可能小。原料厚度小，有利于轧机和加热炉生产率的提高。但是为了保证钢板的性能，原料的厚度应满足钢板压缩比的要求。连铸坯的压缩比应大于 6 8。 （ 2）原料的宽度尺寸尽可能大。宽度大的原
2、料有利于轧机操作。为了满足坯料在横轧时送钢操作的要求，每台轧机都有最小量原料宽度的限制，小于这个宽度的原料无法在横轧时将其送入轧机。因此原料的宽度应大于此数值。原料的宽度越大，横轧时操作越容易。 （ 3）原料的长度尺寸应尽可能接近原料的最大允许尺寸。当原料长度等于加热炉允许装入料长的下限时，钢压炉底面积最小，因而生产能力最小，此时加热炉的单位燃烧消耗较大。当原料长度等于加热炉允许装入料长的上限时，钢压炉底面积最大，其生产能力最大，此时单位燃料消耗较小。当轧件长 度增大时，切头切尾所占比例减小，使得成材率高，因此重量大的原料的成材率高。 7.1.2 原料的设计 （ 1） 原料重量 按成品钢板的重
3、量和计划成材率计算出原料的重量。 计划成材率指的是在设计原料尺寸时的成材率， 成品与毛板的情况如图 7-1，它可以采用公式 7-1 进行计算。 ww+Dll+lrp+ D llrptt+D图2-4 计算计划成材率示意图图 7-1 产品成材率示意图 计划成材率 =)1)()()( sllwwtt tw l rp (7-1) 式中 t 成品板厚度； w 成品板宽度； l 成品板长度； tt 轧制平均厚度； ww 轧制平均宽度； rpl 试样长度； l 长度余量； s 烧损； t 厚度余量； w 宽度余量 。 式中各量的确定方法如下： S 烧损，即氧化铁皮损失，包括加热炉内生成的氧化铁皮。烧损约为
4、1%2%。 t 为成品名义厚度与轧制实际厚度之差。实际厚度通过对比标准中规定的负偏差和轧制余量来确定，通常用下面的方法确定厚度，批量内的平均厚度用名义厚度表示；当轧制余量大于负偏差允许误差时，把标准偏差的下限值加轧制余量作为实际厚度。 w 是宽度余量。它等于成品名义宽度和轧制宽度之差。 也是切边量。决定轧制宽度的因素有：压缩比，宽度比，轧制方法，轧制横弯量等。各厂的切边量由于上述因素不同而有一定的差别。 l 是长度余量。它包括均匀部分和原料重量偏差引起的须切除部分。 计划成材率各中厚板厂之间有较大的区别。各厂应按照本厂情况合理地确定等数量。 原料重量按下式计算： 原料重量 =成品重量 计划成材
5、率 。 例已知产品规格 28mm 2000mm 8000mm，计算所用的原料重量。 1）计算计划成材率。 已知：厚度余量可采用负公差轧制 t = 0.2mm（其值不能超过标准规定）；宽度余量 w=80mm；长度余量： l=100 m +2 100mm=0.3m，其中试样长度rpl =100mm；烧损 s=1.4%；厚度 t=28mm；宽度 w=2000mm 的钢板 , 其厚度用名义厚度表示 。 计划成材率 = )1)()()( slrplwwtt tw l = 0 . 0 2 8 2 . 0 8 . 00 . 0 2 8 ( 2 . 0 0 . 0 8 ) ( 8 . 0 0 . 1 0 .
6、3 ) ( 1 0 . 0 1 4 ) 100% =90.31% 2）计算原料的重量。 成品钢板的重量为 7.852.08.00.028 3.5168 吨。 则原料重量为 3.5168 0.9031 3.89414 吨。 （ 2）原料尺寸 由计算出的原料重量和自己厂连铸坯或初轧坯，钢锭的规格范围，考虑到 压缩比，横轧时轧机送钢的最小长度，轧机允许最大轧件长度，加热炉允许装入长度等因素，决定原料的厚度、宽度和长度。 在选择原料尺寸时应注意尽可能采用倍尺轧制，即当计算出原料重量小于最大允许原料重量的一半时，应按倍尺轧制考虑选用厚的尺寸。由于厚板特别是较厚板的定货坯料一般不大，甚至几家用户定货的钢板
7、需要编组在一起进行轧制，因此在选择厚板原料的计算中需要考虑的因素很复杂，而且这些因素互相影响，互相制约。 7.2 轧制规程的设计 中厚板的轧制规程主要包括压下制度、速度制度、温度制度和辊型制度。轧制规程设计就是根据钢 板的技术要求、原料条件、温度条件和生产设备的实际情况，运用数学公式或图表进行人工计算或计算机计算，来确定各道次的实际压下量、空载辊缝、轧制速度等参数，并在轧制的过程中加以修正和应变处理，达到充分发挥设备能力、提高产量、保证质量、操作方便、设备安全的目的。 通常中厚板轧制规程设计的方法和步骤如下： （ 1） 在咬入能力允许的条件下按经验分配各道次压下量，确定各道次压下量分配率及各道
8、次能耗负荷分配比； （ 2） 制定速度制度，计算轧制时间并确定逐道次轧制温度； （ 3） 计算轧制力、轧制力矩及总传动力矩； （ 4） 检验轧辊等部件的强度和电机力矩； （ 5） 进行必要的修正和应变处理。 7.2.1 坯料的选择 中厚板的原料的主体是连铸坯，其厚度虽然不受粗轧机轧辊最大开口度的限制，但为了确保成品钢板的综合性能，连铸坯与成品钢板间的最小压缩比也要保持在 6： 1以上。连铸坯的宽度受到连铸机结晶器宽度的限制。 7.2.2 道次压下量分配的影响因素 道次压下量分配轧制总道次数应根据从坯料到成品钢板厚度上的压下量和平均压下量，参照类似的轧制规程来确定。对于单机架，总道次数应为奇数，
9、对于双机架应为偶数，并且要考虑两架轧机的轧制节奏要大致平衡。 道次压下量的分配要考虑以下因素： 咬入条件： 成形轧制阶段由于板坯的厚度在、温度高、轧制速度低、道次压下量大，所以咬入条件可能成为限制压下量的因素。每道次的压下量应该小于由最大咬入角所确定的最大压下量。 maxh D(1-cos max )=D(1- )112f式中 D 轧辊直径， mm; f 摩擦系数 ; 平辊热轧碳钢中厚板时，当轧制温度在 700以上时，轧制速度在 5m/s 以下时的摩擦系数 f 值可由下式 计算： 钢质轧辊： f=1.05-0.0005T-0.056v 冷硬铸铁轧辊： f=0.94-0.0005T-0.056v
10、 式中 T 轧制温度 ; v 轧制线速度 ; 根据实验资料，平辊热轧时最大咬入角 与轧制速度 v 之间有如下近似的关系： 轧制速度 v， m/s 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.5 最大咬入角： 25 23 22.5 22 21 17 11 二辊和四辊可逆式中厚板 轧机的轧制速度可调，因此可以采用低速咬入，所以实际的最大咬入角可以达到 22 25。在这类轧机中厚板，咬入条件将不是限制压下量的主要因素。 实际生产中，热轧钢板时，咬入角一般为 15 22，低速咬入可取为 20。 轧辊及辊颈的强度条件： 中厚板轧制过程中，轧辊辊身的强度经常是限制压下量的主要原因，尤其是二辊轧机轧制宽
11、钢板时更为突出。因此道次压下量的分配除了考虑咬入条件之外，还要考虑轧辊身的强度条件。 主电机的能力限制： 新建中厚板轧机的主电机不应成为一个限制最大 压下量的因素，主电机能力限制是指电机允许温升和过载能力的直接关系，因此，必须通过设定的道次压下量来计算出轧制力和力矩，然后再来校核电机的温升条件和过载能力。 钢板性能质量的制约： 轧制开始几个道次采用较大的道次压下量，可能会影响除鳞的效果，对钢板表面带来不良的影响，但可以强化轧制过程中奥氏体再结晶及晶粒细化，对提高钢板的综合性能有好处。升长轧制的终轧道次压下量偏大，可能会影响成品钢板的板型精度，但对促进奥氏体相变细化，提高钢板强韧性有好处。因此分
12、配道次压下量时，不但要考虑咬入条件和轧辊强度等条件的限制， 还要考虑压下量对产品尺寸精度和性能的影响。 7.2.3 道次压下量的分配规律 二辊和四辊可逆式中厚板轧机的轧制速度可调，因此可以采用低速咬入，所以实际的最大咬入角可以增大到 22 25，在这类轧机上轧制中厚钢板，咬入条件将不是限制压下量的主要因素。因此，这类轧机在采用连铸坯或初轧坯作为原料时，除鳞道次之后可以采用大压下量轧制，中间道次为了充分利用钢坯温度高，变形抗力低的优势，采用较大的压下量。然后随着钢坯温度降低，压下量逐渐变小，最后 1 2 道次为了保证板形和温度精度也要采用较小的压下量，甚至最后一道采用平轧 道次。 在双机架上轧制
13、中厚板时，压下量的分配还要考虑一到两个机架间的轧制节奏匹配和轧机负荷的平衡，通常情况下粗轧机要承担总变形量的 75以上。 总压下量： %100 H hH(3-2) 二辊压下量：一般在总压下量的 75%以上；取 85%。 则： %85二辊 所以 二辊二辊出口 %1 0 0HH h可得： 二辊h 数值。 总之，中厚板的原料的主体是连铸坯，其厚度虽然不受粗轧机轧辊最大开口度的限制，但为了确保成品钢板的综合性能，连铸坯与成品钢板间的最小压缩比也要保持在 6： 1 以上。连铸坯的宽度受到连铸机结晶器宽度的限制。 道次压下量分配轧制总道次数应根据从坯料到成品钢板厚度上的压下量和 平均压下量，参照类似的轧制
14、规程来确定。对于单机架，总道次数应为奇数，对于双机架应为偶数，并且要考虑两架轧机的轧制节奏要大致平衡。 7.3 轧制速度制度 轧制速度制度是指轧辊转速随时间的变化规律。由于二辊或四辊可逆式中厚板轧机可以随时间改变轧辊的转向和转速，所以从尽量缩短轧制周期、提高轧机产量的角度出发，有必要可以采取调速，可以逆转的轧制速度制度。 7.3.1 轧制速度图 轧制速度图描述了可逆式轧机一个轧制道次中轧辊转速的变化规律。它分为两种类型，图 7-2 分别示出了梯形轧制速度图和三角形轧制速度图。轧辊在咬 入轧件之前，其转速从零空载加速到咬钢转速 yn 并咬入轧件，然后轧辊带钢加速达到最大转速 dn 并等速轧制一段
15、时间，随后带钢减速到抛钢转速 pn 抛出轧件，轧辊继续制动空载减速到零。然后轧辊反向启动进行下一道次轧制，重复上述过程。从咬入到抛出轧件的总时间（ GH）为本道次的纯轧时间 zht ，从轧抛出到下一道咬入的总时间（ HI）为两道次间的间隙时间 njt 。三角速度图没有等速轧制阶段。从图中可以看出：三角形速度的轧制的轧制节奏时间比梯形速度短，因此，设计过程中，粗轧可使用三角形速度轧制的、精轧阶段用梯形速度轧制的设计思想。 p p图4-15 两种速度轧制图a-梯形速度图；b-三角形速度图图 7-2 两种速度轧制图 左图 梯形速度图 右图 三角形速度图 由图 7-3 分析可知，转速曲线与横坐标围成的
16、面积 Fg可表示如下： 21ttg ndtF 从 t1 到 t2 时间间隔内转过的辊面长度 gL 为： 2211 6 0 6 0ttggn D DL v d t d t F 同理，从咬入到抛出轧件转速曲线下的面积 F 就可以代表纯轧时间内所转过的轧辊工作面长度 L，即： 6 0 6 0t p t pt y t y n D DL v d t d t F 如果忽略前滑的影响，那么 L 就等于轧件被轧过的长度，则： (1 % )GaL R hhB 式中 G 钢坯重量； % 烧损百分率； 该道轧件比重； h， h， B， R 分别为该道压下量，轧后板厚，板宽和轧辊工作半径。 由上两式整理可得： DLF
17、 / 式中说明了当轧制条件一定时，且忽略前滑时，道次转速曲线与该道次纯轧时间所围成的面积 F 为一定值。它在数值上等于该道辊面转过轧件长度 L 对应的总转数。这一结论为我们讨论速度制度打下 了基础。 2 y pg图4-55 转速曲线下面积与辊面长度的关系图 7-3 转速曲线下面积与辊面长度的关系 7.3.2 轧制速度制度的确定 : 在选好速度图的基础上，确定轧制速度制度的内容包括有各道轧辊咬入和抛出速度，计算轧辊最大转速和纯轧时间以及确定间隙时间三项内容。 1） 轧钢的咬入和抛出转速的确定 轧辊咬入和抛出转速确定的原则：获得较短的道次轧制节奏时间，保证轧件顺利咬入，便于操作和适合与电机的合理调
18、速范围。 由图 7-4 可以看出， 咬入和抛出不 仅 会影响到本道次的纯轧时间，而且还会影响到两道次间的间隙 时间。在保持转速曲线下面积相等的原则下，采用高速咬入 、 抛出会使本道次纯轧时间缩短，而使其间隙时间增加，因此，咬入和抛出转速的选择应兼顾上述两个因素。 t tzht tnj图 4-56 咬入、抛出速度对轧制时间的影响图 7-4 咬入、抛出速度对轧制时间的影响 由于压下动作时间随各道次压下量而定，轧辊逆转、回送轧件时间可以根据所确定的咬入 、 抛出转速改变，所以考虑这三个时间的原则应当是：压下时间大于或等于轧辊逆转时间，要大于或等于回送轧件时间。这样轧辊咬入和抛出转速的选择就等于本着在
19、调整压下时间之内完成轧辊逆转动作 和在保证可靠咬入的前提下获得最短轧制时间这个原则。目前，可逆式中厚板轧机粗轧机的轧辊咬入和抛出速度一般在 10 20r/min 和 15 25r/min 范围内选择。精轧机的轧辊咬入和抛出转速一般在 20 40 60r/min 和 20 30r/min 范围内选择。 2） 最大轧制转速和纯轧时间的计算 n,r/minp21tdja tdtja tjt图 4-57 速度图的组成图 7-5 速度图的组成 从图 7-5 可以看到：速度图上剖面线的面积 F=F1+F2+F3，且有： annt yddja (3-3) djayd tnnF 6021 602 yd nn
20、a nn yd ann yd120 22 (3-4) dd tnF 602(3-5) bnnt pddj (3-6) bnntnnF pddjPd 1 2 0*602223 (3-7) 则： bnntnannF pddyd 12060120 2222 (3-8) dpddyddd bnnnan nnn Ft 2260 2222 (3-9) 一道次时间 t 为： bnbn nnan nnn Fantttt dd pdd ydddjdja )2260(2222 (3-10) 令 0)( dnddt，求极值，并将上式带入，得到的最大转速计算公式为： dn =)()()( 1 2 022baanbab
21、nDba abL py (3-11) 式中 a， b 分别为轧辊加速与减速时的加速度。 对于三角形速度图，从上式 3-11 可以计算出 dn 值为最大转速 ，对于梯形速度图 dn 值 为等速转速 。 对于三角速度图的纯轧时间 t： d y d pd j a d j n n n nt t t ab (3-12) 对于梯形速度图的纯轧时间 t： 22 2()1 6 02 2 2yp dd nn a b nLt n D a b a b (3-13) 3） 间隙时间的确定 可逆式中厚 板轧机道次间的间隙时间是指轧件从上一道轧辊抛出到下一道轧辊咬入的间隔时间。这一时间通常取轧辊从上一道抛出转速到下一道咬
22、入转速之间的时间间隔 、 轧辊压下时间和 回送轧件 (包括转 90和对正 )时间中的最长时间。根据经验数据，可逆式中厚板轧机的粗轧机一般间隙时间取 3 6 秒，精轧机取 4 8 秒。轧件需要转向或推床定心时取上限，否则取下限。 4） 轧辊咬入和抛出转速的确定 确定的原则是：获得较短的道次轧制节奏时间，保证轧件顺利咬入，便于操作和适合于主电机的合理调速范围。目前，可逆式中的中厚板轧机粗轧机的轧辊咬入和抛出转速一 般在 10 20r/min 和 15 25r/min 范围内选择。精轧机的轧辊咬入和抛出转速一般在 20 40 60r/min 和 20 30r/min 范围内选择。 由于 咬入能力很富余，且咬入时速度高更有利于轴承油膜的形成，故可采用稳定速度咬入。所以在二辊阶段，咬钢速度选为 20r/min，四辊阶段，咬钢速度选为 40r/min，抛钢速度都选为 20r/min。加速度为 40rpm/s，减速度为 60rpm/s。 5） 轧制速度表及轧制周期的计算
