2 板带钢轧制工艺课程设计
2.1板带钢轧制工艺课程设计教学大纲
2.1.1课程设计目的及基本要求
本课程设计是学生学习完有关板带材轧制工艺理论课程后进行的一个重要的独立性实践教学环节。其目的是培养培养学生尝试在给定条件下结合工程实际进行中厚板、热带或冷带轧制工艺制度的制订，通过训练使学生较好地理论联系实际，并培养获得综合应用所学的理论知识去分析和解决工程实际问题的能力，帮助学生巩固、深化和拓展知识面，使之得到一次较全面的设计训练。为毕业设计和实际工程设计奠定基础。
本课程设计基本要求是学生在指导老师下达的设计任务书的基础上，理论联系实际，确定板带钢轧制方式，初步拟定轧制道次及道次变形量，通过运用所学相关理论知识对拟定的压下制度进行计算与校验，其间涉及板带钢轧制温度制度、速度制度、张力制度与辊型制度等的制订，并最终完善板带钢压下制度的修正与制订。
2.1.2课程设计内容及任务
板带钢轧制工艺制度制订的内容主要包括压下制度、速度制度、温度制度、张力制度及辊型制度等。压下制度即压下规程或轧制规程，是板带钢轧制工艺制度的制订的核心内容。其中压下制度必然影响到速度制度、温度制度和张力制度，而压下制度与辊型制度决定着板带轧制时的辊缝大小和形状。
压下制度的内容包括轧制方式（中厚板生产）、轧制道次数、道次压下量（率）等。
速度制度的内容包括主电机传动方式、各道次轧制时的咬入（穿带）速度、抛出（甩尾）速度、稳定轧制速度（或最大转速）等。
温度制度针对热轧板带钢生产，其内容包括开轧温度、道次轧制温度、终轧温度、卷取温度等，也包括轧制延续时间、间隙时间及冷却速度等的确定。
张力制度针对冷轧带钢生产，其内容包括连轧机机架间张力、开卷（卷取）机与轧机间的张力的确定。 辊型制度的内容包括板带轧机机整个辊系总的辊型值大小的确定、辊型值的分配，轧辊辊型曲线的选择、换辊制度及新型板形轧机（如CVC轧机）辊型曲线的确定等。
板带钢轧制工艺课程设计任务书是由指导老师下达。任务书包括具体课程设计题目、课程设计内容及要求、设计参数、进度要求与参考文献等（见表2-1）
表2-1 板带钢轧制工艺课程设计任务书格式 学生姓名 设计题目 课程名称 地 点 设计内容及要求 专业班级 起止时间 设计参数 进度要求 参考资料 其它 244
2.1.3板带钢轧制工艺课程设计安排
板带钢轧制工艺课程设计安排如下：
1.准备。分析设计任务书、明确设计任务及要求，查阅标准及相关资料。 2.明确板带钢轧制工艺课程设计与计算步骤。
3.绘制图纸说明。在中厚板轧机压下规程设计时，绘制速度制度图及电机负荷图要求使用A3坐标纸精确绘制，图中具体标明各部分时间、转速及电机负荷大小数据。
4.编写设计说明书。设计说明书包括前言、目录、正文、参考文献等内容，正文采用四级标题如： 1 1.1 1.1.1 1.1.1.1??，前言、目录、参考文献的撰写参考最近出版的教材。
5.时间安排（见表2-2）。
表2-2 课程设计时间安排 序 号 1 2 3 项 目 内 容 合 计 时间(天) 备 注 包括讲课 2.2板带钢轧制工艺制度制订的原则和要求
板带钢轧制工艺制度的确定要求板带钢生产达到优质、高产、低消耗的目的，充分发挥设备潜能、提高产量、保证质量，并且操作方便、设备安全。因此，合理地轧制规程设计应该满足下列原则和要求：
（1）在设备能力允许的条件下尽量提高产量
充分发挥设备潜能以提高产量的途径不外是提高压下量、缩减轧制道次、确定合理速度制度、缩短轧制周期、减少换辊时间、提高作业率及合理选择原料坯重等。对于可逆轧机而言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并提高轧制速度。无论是提高压下量或提高速度，都涉及轧制压力、轧制力矩和电机功率。一方面要充分发挥设备潜能，另一方面又要保证设备安全和操作方便，这就是只能在设备能力允许的前提下去努力提高产量。从设备能力着眼，限制压下量和速度提高的主要因素有：
1）咬入条件；
2）轧辊及接轴叉头等强度条件； 3）电机能力的限制。
（2）在保证操作稳定方便的条件下提高质量 1）保证操作稳便的钢板轧制的定心条件
为了能够使轧制时轧件稳定于轧制中心线而不产生偏移，必须使轧制时承载辊缝形状具有凸透镜形状。以便当轧件轧制时离轧辊中线发生偏移时具有自动调整功能。为此在辊型设计与制定压下规程时，必须保证满足定心要求产生轧辊挠度所需的最小轧制力或最小压下量。
2）提高板形及尺寸精度质量
为了保证板形质量及厚度精度，轧制时必须遵循均匀延伸或所谓“板凸度一定”的原则，特别是成品及成品前2～３道次的压下量的选择。板凸度一定的原则是按均匀变形理论推导出道次间轧件横断面厚差变化规律。
（3）应保证板带钢组织性能和表面质量
对于板带钢组织控制可通过热轧条件下控制轧制与控制冷却来实现，具体通过合理制定轧制温度、终轧温度及卷取温度，制定道次压下率或阶段累积压下率，控制冷却速度等措施来实施。对于板带钢表面的控制，
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热轧取决于除鳞系统，冷轧取决于酸洗质量及平整工序的控制等。
2.3中厚板轧机压下规程设计
中厚板轧机布置多为单机架可逆轧机或双机架可逆轧机串列布置。轧制产品宽度尺寸远大于原料宽度，因此轧制方式是中厚板压下规程设计中必须考虑的内容之一。中厚板生产中，轧机操作多为手工作业，压下规程中道次分配多为经验法，如何在保证设备安全的前提下，充分发挥设备潜能，并且保证产品质量进行生产是一直追求的目标。
2.3.1 中厚板压下规程设计的步骤
（1）根据原料及产品尺寸选择轧制方式。双机架轧制时注意两机架的轧制能力平衡，粗轧机架上的累积压下量占总体的70～85℅左右。
（2）根据原料、产品和设备条件，在咬入能力允许的条件下，按经验分配各道次压下量，这包括直接分配各道次压下量或压下率、确定各道次压下量分配率及确定各道次能耗负荷分配比等各种方法。
（3）制定速度制度，计算轧制时间并确定逐道次轧制温度。 （4）计算轧制压力、轧制力矩及总传动力矩。 （5）校核轧辊等部件的强度和电机过载过热能力。
（6）按前述制订轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进。
2.3.2 道次压下量的影响与分配
（1）限制道次压下量的因素
限制道次压下量的因素有金属塑性、咬入条件、轧辊强度及接轴叉头等的强度条件、轧制质量。 1） 咬入条件的限制
轧制时轧件所允许的最大压下量受最大咬入角与轧辊直径的限制。
?hmax?D(1?cos?max)?D(1?式中 ?hmax——最大压下量；
11?f2) （2-1）
D——轧辊直径； f——摩擦系数；
?max——最大咬入角。
最大咬入角取决于轧件咬入时的摩擦系数，摩擦系数又与轧制速度有关。因此最大咬入角与轧制速度的关系见表2-3。
表2-3 最大咬入角与轧制速度的关系
轧制速度 m/s 最大咬入角/ 00 25 0.5 23 1.0 22.5 1.5 22 2.0 21 2.5 17 3.5 11
对于给定设备条件下，可通过降低轧辊转速度来改善咬入条件。 2）轧辊强度条件
轧制钢板时，由于轧制压力大，轧辊强度往往是限制道次压下量的主要因素。
计算二辊板带轧机所用平辊的弯曲应力时，轧制力按均布载荷考虑，即只须计算辊身中间断面处的弯曲正应力，一般采用的计算式为：
b8P(a?)2 （2-2） ??3?D式中
?——弯曲正应力；
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P——轧制力； D——辊身直径；
a——为压下螺丝中心距； b——为轧件宽度。
当为四辊轧机时，支承辊按承担轧制时的全部弯曲力矩来考虑，只需考虑辊颈处弯曲应力，其计算式为：
??8P(a?L)?d3 （2-3） z式中 L——辊身长度；
dz——支撑辊辊颈直径。
在四辊轧机上，当工作辊为主传动时，工作辊辊颈处通常应计算弯曲和扭转的合成应力。其弯曲应力计算式为：
??8P(a?L)?d3 （2-4） g式中 dg-——工作辊辊颈直径。
辊颈受扭时，其扭转应力为
??16Mn?d3 （2-5） g式中
?——辊颈扭转时的剪应力；
Mn——辊颈断面扭矩，取决于传动轧辊的总力矩。
钢轧辊弯扭合成应力按韧性材料考虑，用第四强度理论计算：
????2?3?2 （2-6）
式中
??——合成应力。
铸铁轧辊弯扭合成应力按脆性材料考虑，用莫尔理论计算：
???0.375??0.625?2?4?2 （2-7）
传动辊辊头一般只计算扭转应力，计算式为：
?MnK?W （2-8） K式中 WK——传动辊辊头扭转断面系数。
轧辊辊身与辊颈满足强度条件为：
?或???[?] （2-9）
式中 [?]——许用应力，由轧辊材质决定。 [?]?Rmn 式中 Rm——轧辊抗拉强度；
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n——安全系数，一般取5。
许用应力取值见表2-4。
表2-4轧辊许用应力取值
轧辊材质 [?]/Mpa 一般铸铁 70～80 合金铸铁 80～90 铸钢 100～120 锻钢 120～140 合金锻钢 140～160
轧辊辊头满足强度条件为：
?K?[?] （2-10）
?[?]?0.577[?]，钢轧辊?式中 [?]——许用切应力，[?]??3
?0.8[?]，铸铁轧辊?3）电机能力的限制 A、发热校核
保证主电机正常运转的条件之一是稳定运转时不过热，即主电机的温升不超过允许温升。这就要控制住电机在一个轧制周期内，反应主电机发热状态的等效力矩（或称均方根力矩）M均不超过额定力矩。主电机不过热的条件可表示为：
M均?MH （2-11）
?Mi2ti??M'i2t'i M均=
?ti??t'i式中 M均—— 等效力矩；
MH—— 主电机的额定力矩；
?ti—— 一个轧制周期内各段纯轧时间的总和；
?t'i—— 一个轧制周期内各段间歇时间的总和；
Mi—— 各段轧制时间所对应的力矩； M'i—— 各段间歇时间对应的力矩。
B、过载校核
主电机允许在短暂时间内，在一定限度内超过额定负荷进行工作。即主电机负荷力矩中的最大力矩不超过电机额定力矩与过载系数的乘积，电机即能正常工作。校核主电机的过载条件为： Mmax?KGMH （2-12）
式中 MH —— 主电机的额定力矩；
KG —— 主电机的允许过载系数，直流电机KG=2.0~2.5；交流同步主电机KG=2.5~3.0； Mmax—— 轧制周期内的最大力矩。
另外，主电机达到允许最大力矩时，其允许持续时间在15S以内，否则主电机温升将超过允许范围。
4）金属塑性的限制
轧制时受轧件塑性的影响，对不同的材质，其变形量是不同的，且在不同的轧制工艺条件下，即使材质相同，此时的变形量也是不同的。为保证轧制的稳定、正常，需对轧件的塑性能力进行正确估量。
5）产品质量要求的限制
精轧阶段的压下量对成品钢板的板形及尺寸精度有很大的影响。为了获得良好的产品质量，一般要求精轧阶段的最终几道次压下量（率）稍小，但道次压下量（率）必须大于临界值，以阻止异常再结晶致使晶粒粗大且不均匀，导致产品性能下降。 （2）道次压下量的分配规律
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