【文档说明】普碳板的轧制工艺设计及平面形状控制课件.ppt，共(77)页，2.545 MB，由飞向未来上传

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题目：普碳板工艺设计及平面形状控制班级：材控10-3班学生姓名：孙璐指导老师：彭兴东一、设计：普碳板的工艺设计二、专题：平面形状控制普碳板的车间设计第一章:综述第二章:Q235B轧制工艺流程的制定第三章:压下规程设计第四章:设备校核第五

章:轧制变形规程的优化第一章综述1.1普碳板的特点1.2普碳板的分类1.3Q235B的化学成分和力学性能1.1普碳板的特点普通碳素结构钢板，其中碳在0.25％以下，锰在1.65％以下。普碳板是钢材中应用最广泛，产量最大的产品。它的用途，一是直

接用于加工各类产品，另是用来加工其他钢材制品，如钢管、涂层钢板等。按轧制方式分为热轧和冷轧两大类。按用途所需要的质量条件分为般用、拉伸用、深冲用及结构用等四类。1.2普碳板的分类1.3Q235-B的化学成分和力学性能Q235B有一定的伸长率、强度，良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接，广泛用

于一般机械零件的制造。主要用于建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接结构件。第二章Q235B轧制工艺流程的制定2.1原料的选择2.2原料的加热2.3除鳞2.4轧制2.5矫直2.6轧后冷却2.7精整2.8质量检测Q235B工艺流

程如下：坯料选择→加热→除鳞→粗轧→精轧→矫直→冷却→精整→质检。2.1原料的选择中厚板轧机的坯料一般为连铸坯，如果连铸坯的压缩比或单重不能满足要求时，也可用锻坯或铸坯为原料。坯料尺寸主要取决于轧机辊身长度及成品要求。10/2/

20222.2原料的加热板坯加热时宜采用步进式连续加热炉，加热温度应控制在1250℃左右；以保证开轧温度达到1200℃的要求。另外，为了消除氧化铁皮和麻点以提高加热质量，可采用“快速、高温、小风量、小炉压”的加热方法，该法除能减少氧化铁皮的生成外，还提高了氧化铁皮的易除性。2.3除鳞除鳞是将坯料

表面的炉生和次生氧化铁皮消除干净以免轧制时压入钢板表面产生缺陷，它是保证钢板表面质量的关键工序。炉生氧化铁皮采用大立辊侧压并配合高压水的方法清除，没有大立辊时采用高压水除鳞箱除鳞也能满足除鳞要求。次生氧化铁皮则采用轧机前后的高压水

喷头喷高压水的方法来消除。2.4轧制粗轧任务：将板坯或扁锭展宽到所需要的宽度并进行大压缩延伸。展宽的方法有角轧—纵轧法、综合轧制法、全纵轧法、全横轧制法。精轧主要任务：控制钢板厚度、板形控制、表面质量和性能。2.5矫直热矫直机一般从700℃左右开

始热矫直，150~200℃开始表面检查。冷矫直机除用作热矫后的补矫外，主要用于矫直合金钢板，因为合金钢板往往轧后须立即进行缓冷等处理，冷矫一般是离线进行。2.6轧后冷却分类：自然冷却：矫直后钢板的冷却，介质：空气，设备：冷床。控制冷却：高压喷水冷却、层流冷却、风冷、缓冷或堆冷等。金属流动过程在线

冷却：边运送、边冷却。离线冷却：固定在一个地方，冷后＜150℃、特厚板。2.7精整剪切钢板经检查、划线后进行剪切，由于生产规模的扩大，人们特别重视剪切线设备性能与布置方式。圆盘剪的最大剪切厚度已由20mm扩大到26mm，剪切速度由50~80m/min提高100~120m/min，横切

剪型式由侧刀剪和摇摆剪改进为滚切剪，以及双边剪和横切剪的联合剪切机组。50mm厚度以上的钢板可采用在线的连续气割方法和刨床切断的方法。2.7精整(2)热处理热轧钢板的主要热处理方式有常化、常化加回火、调质、退火、缓冷等。调质（淬火加回火）是厚板常

用的热处理方式之一，常用于厚度大于15~20mm以上的有特殊要求的碳素及合金结构钢板。2.8质量检测进厂坯料的质量检验（熔炼检查）主要应检查配料、冶炼、脱氧、出钢及铸坯的情况，以便按熔炼情况及实际化学成

分确定钢的用途。第三章压下规程设计3.1坯料的选择3.2压下制度3.3速度制度3.4温度制度3.5计算各道次平均单位压力、总压力3.6计算传动力矩3.7辊型设计3.1坯料的选择所轧成品规格为35mm×3000mm×9000mm，由于中厚板压缩比可取的范围比较大，为了满足性能要求，尽

量取得较大压缩比。取坯料厚度为130mm。而宽展量为1.4倍为最佳，故取坯料宽度为1950mm。综合成材率取90%。原料长度可以按照成材率和体积不变原则来计算：原料质量=成品质量/计划成材率综上可得：坯料尺寸=210mm×1950mm×2570mm3.2压下制度压下量

的分配：由经验，热轧中厚板中咬入角取15°～22°，低速咬入时取α=20°，则最大压下量为△Hmax=D(1-cosα)=1020×(1-cos20°)=61.51mm。展宽道次中，为了满足控制轧制的要求，同时利

用高温塑性实现大压下，其压下量的主要限制条件是设备的负荷和产品的质量要求。再在轧制过程中，前几道次采用大一些压下，最后几道为了保证质量和板形，逐渐减小压下量。本产品采用11道次轧制，平均每个道次压下量(H-h)/n=(210-35)/14

=14.58mmddpydnabnbabnanDLt/]2/)(2/2//60[2223.2压下制度3.3速度制度在轧制中，由于在横轧道次轧件较短可适当采用匀速稳定轧制，而对于纵轧道次视情况采用梯形

速度制度。但当其最高转速超过所规定的电机转速时，都应采用梯形速度制度。平均加速度a=40rpm/s，平均减速度b=60rpm/s，采用稳定高速咬入。对3、4、5道次，咬入速度ny=20rpm；对于6、7、8道次取ny=40rpm；

对于9、10、11道次取ny=60rpm。为减少反转时间，一般采用较低的抛出速度n2，n2=20rpm。3.3速度制度3.4温度制度第7道次进行待温轧制3.5计算各道次平均单位压力、总压力总轧制力计算公式为：3.6计算传动力矩3.6.1轧制力矩的计

算3.6.2附加摩擦力矩的计算3.6.3空转力矩的计算3.6.1轧制力矩的计算3.6.2附加摩擦力矩的计算3.6.3空转力矩的计算轧制压力和轧制力矩10/2/20223.7辊型设计3.7辊型设计上工作辊的挠度：下

工作辊的挠度：)1(2)1(sDsdsBAqf)1(2)1(xDxdxBAqf3.7辊型设计沿板宽方向的最大厚度差：辊缝凸度：)%15~10()(b2)()()15.0~1.0(bLL

3.7辊型设计总磨削凸度的分配：mmDtDxDs500.0)(mmdxds107.1mmdy307.024.0107.1第四章设备校核4.1轧辊强度校核4.2电机发

热过载校核4.1轧辊强度校核对轧辊强度验算以判断工艺规程设计的合理性，轧辊的强度通常只按静载荷验算。同时，在四辊轧机中，一般均为工作辊驱动，校核轧辊时，校核工作辊辊头的扭转应力、支撑辊辊身中央和辊颈的弯曲应力。另外，工

作辊和支撑辊之间还存在较大的接触盈利，也需要校核。在校核过程中，考虑到轧辊材质不均，轧制力计算不准确以及轧制时的冲击载荷、应力集中等影响，在轧辊的静强度计算中，选轧辊的安全系数n=5进行计算，许用应力[δ]=δb/54.1.1支承辊强度校核支承辊材质选球墨铸铁[δ]=100~120MPa

支承辊辊身受单向的均布载荷。σMPa支承辊弯矩图L/mm24.3MPa均布力qP/2P/24.1.2工作辊强度计算工作辊选球墨铸铁[δ]=100~120MPa=0.6[δ]=60~72MPa工作辊只需要校核辊头的扭转应

力。在总共11道次中，第三道次的力矩最大M2=624(t.m)，一个工作辊所受的扭矩为Mn=M3/2=312(t.m)。工作辊的辊头形式为平台式。68.57MPaL/mm工作辊扭矩图轧件所施加均布力支承辊所施加均布力4.1.3接触应力的计算公式MPa1.20551.00.110

)99.254.1()51.00.1(104.21127maxMPa35.621.205304.0304.0maxmax4.2电机发热过载校核过载校核发热校核mtnNMeee

5.286406000295509550eMM5.2maxmttttMtMMnnnnnndx74.4222HdxMM第五章轧制变形规程的优化第五章轧制变形规程的优化(1)咬入条件公式10/2/2022

2maxmax111cos1fDDhhvtf056.00005.005.1mmhh27.74max(2)速度条件式中—两道次轧制间的间隙时间；—后一道次的咬入速度；—前一道次的抛出速度；、—主电机的

加、减速度。dpdydnnnnnnnnminminmaxjt'ynpnab专题1平面形状控制概况2平面形状控制技术3厚板平面形状自动控制的实现4厚板平面形状控制在生产实践的应用1平面形状控制概况(1)成材率(2)平面形状控制技术发展史(3)中厚板轧制的一般过

程及特点(1)成材率所谓成材率，其含义是指投入一定数量的原料所产生出合格钢材的多少。就统计概念来讲，它是所获合格品量与所耗原料量的百分比。spSllllWWttlWtYTP板坯重

量成品钢板重量(2)平面形状控制技术发展史1979年日本水岛厂最早开发成功了平面形状控制技术，简称MAS；80年代日本就开始对旧机组进行改造，增加立辊机架，研究立辊轧边法，利用立辊的功能设置了宽度自动控制；水岛厂在MAS的基础上，于1985年还丁F发了TFP术，中文直译为

不切边钢板。(3)中厚板轧制的一般过程及特点中厚板轧制一般分为三个阶段:(1)成形轧制(2)展宽轧制(3)精轧轧制2平面形状控制技术(1)MAS轧制法(2)立辊轧边法(3)狗骨轧制法(4)薄边展宽轧制法(5)咬边返回轧制法(

6)留尾轧制法(7)无切边轧制法(1)MAS轧制法MAS轧制法也称作厚边展宽轧制法，利用不均匀压下来控制平面板形的方法，即在成形阶段减小头部和尾部的压下量，然后将钢板转90°进行横轧．再转钢90°进行纵轧。第一次纵轧时，头部和尾部减小压下量．从而形成头尾厚边。横轧阶段，钢板的厚边部分压下率

较大，从而延伸率较大，而中央部分压下率小、延伸量小，使钢板在板宽方向发生了不均匀变形。(2)立辊轧边法钢板完成成形轧制，旋转90°进入展宽轧制之前，先经立辊侧压，以改善钢板头尾形状，钢板完成展宽轧制后再旋转90°进入延伸轧制之前，先经立辊侧压，以改善钢板的横向形状。立辊轧边法与MA

S轧制法组合(1)用平面形状预报模型计算出成品钢板边部不良形状的量，并将其转换为成形轧制最后一道次的钢板纵向厚差。(2)在成形轧制最后一道次中，通过动态变压下，按模型要求．沿板坯纵向进行变厚度轧制。(3)成形轧制结束后，将板坯旋转90°进行展宽轧制，此时

．钢板成形轧制中的纵向厚差，就会引起展宽轧制宽度方向上压下率的不同，产生延伸差，从而控制了展宽轧制结束时钢板的。(3)狗骨轧制法狗骨轧制法是在粗轧成形阶段将钢坯轧制成厚度断面两边厚，中间薄的“狗骨”形状。然后沿钢坯的宽度方向进行伸长轧制，最终轧

制得到需要的成品钢板。狗骨轧制法可以得到矩形化良好的成品钢板，采用DBR法可提高钢板成材率约2％狗骨法与MAS法区别MAS法与狗骨轧制法的目标和矩形化形状控制原理相同，而MAS轧制法则是在板坯成形轧制时沿长度方向变断而进行

轧制，使其头尾部轧制成楔形。狗骨轧制法在展宽轧制阶段的最后道次将板坯原宽度的两侧轧制成楔形，本体中间段薄点的狗骨形状，即在板坯的长度和宽度曲个方向上均进行变断面轧制。MAS轧制法板坯成形轧制时，改变板坯长度方向的两端厚度为楔形，其目的是为改善钢板轧制后钢板宽度的均

匀而减少切边量，而狗骨轧制法是在展宽轧制时改变板坯厚宽度上两侧为厚边楔形，是为了改善钢板轧制后的头尾形状以减少忉头、切尾量。(4)薄边展宽轧制法该法也称差厚展宽轧制法，将展宽轧制后的不均匀变形量折算成轧辊水平倾斜的角度，在展宽轧制后，紧接着倾斜轧辊，追加两道次变形，对板坯的两边进行轧制，使薄

边展宽轧制后的板坯形状接近矩形．以消除成形轧制与展宽轧制阶段不均匀变形而形成的头尾凸形。然后将轧件转动90°，延伸轧制为平面形状较好的成品钢板。(5)咬边返回轧制法采用钢锭作为坯料时，在展宽轧制完成后，根据设

定的咬边压下量确定辊缝值，将坯料两侧分别沿宽度方向咬入一定长度，形成两边薄、中间厚的横断面形状，旋转90°，然后在同一辊缝下纵轧至成品。其实质是利用不等高压下产生不均匀延伸，消除端部鱼尾以提高钢板的矩形度。咬边返回轧制法可提高成材率4％。(6)留尾轧制法由于板坯

为钢锭，锭身有锥度，尾部有圆角，所以成品钢板尾部较窄，增大了切边量。留尾轧制法如图所示。钢锭纵轧到一定厚度以后，留一段尾巴不轧，停机轧辊反转退出轧件，轧件转过90°。后进行展宽轧制，增大了尾部宽展量，使切边损失减小。舞阳钢铁公司厚板厂采

用留边轧制法使厚板成才率提高4％。(7)无切边轧制法利用该技术生产的无切边钢板有整齐和呈直角的边部形状及精确的轧件宽度，减少了切损。TFP轧制技术的实现依赖于功率强大的铣削设备、立辊轧机的高精度板宽控制及与MAS轧制法的优化组合。轧制过程包括：在成形、展宽阶段分别

应用MAS轧制来控制板坯头、尾及边部形状；在成形、展宽阶段应用立辊轧机控制侧边折叠，在精轧阶段利用立辊轧机的AWC功能与水平辊配台，控制成品宽度；在轧后进行在线铣削，消除成品宽度变化．使板坯侧面及平面

形状矩形化。3厚板平面形状自动控制的实现(1)MAS轧制法计算机自动控制系统(2)立辊轧边法和无切边轧制法计算机自动控制系统(3)狗骨轧制法的计算机控制系统(4)差厚展宽轧制的过程和控制原理(1)MAS轧制法计算机自动控制系统平面形状控制利用计算机控制系统和高性能的液压系统，

在轧制过程中动态条节辊缝来改变中间道次的轧件厚度，最终改变成品的平面形状。要实现平面形状控制．必须对正常工艺条件下终轧产品的平形状进行预测。根据预测结果利用体积不变原理得到准确的控制模型，然后在轧制过程中根据实际反馈速度和前滑值对轧件

进行准确微跟踪，确定辊缝变化点，由AGC运算，通过HACC动态调节辊缝。MAS轧制过程的系统框图(1)MAS轧制法计算机自动控制系统如图所示的是采用成形MAS轧制在宽度形状改善方面的效果。传统轧制法中展宽比的

极限为1.5，当此值小于1.5时就得出现凹鼓形，大于此值时则出现凸鼓形，而形成MAS轧制则可以获得宽度形状的矩形化，且与展宽比的大小无关，使宽度形状的损失减少到接近零的程度。经形成MAS轧制后凸面形状的改进(1)MAS轧制法计算机自动控制系统如图所示

的是经过展宽MAS轧制对凸度形状改善的效果，以为参数之一对平均凸度的长度进行比较，采用展宽MAS轧制可以有效地控制凸度形状，平均凸度大约可以减少300～500mm。从实行这种MAS轧制法以后的钢板平面形状可以清楚出MAS轧制法有效地控制了钢板的平面形状，几乎达到了理想

化的矩形断面。右图为展宽MAS轧制后切头长度的改进。BRRR(2)立辊轧边法和无切边轧制法计算机自动控制系统立辊轧边法与无切边轧制法都主要是用AWC技术和ACC技术进行自动控制。AWC技术ACC技术前馈AWC技术

厚板轧制中的宽度自动控制（AWC）系统如图所示，它包括有：头尾端形状控制、以轧辊绝对开口度为基准的绝对值宽度自动控制（AG-AWC）、基于宽度计实测值得前馈宽度自动控制（FF-AWC）系统组合控制。FF—AWC技术FF-AWC系统是由板宽数据收集系统、过程计算机（P

/C）、AWC用的控制装置及液压压下装置组成。按照P/C所决定的长度方向上的各位置的AWC控制量，由AWC用控制器进行液压压下控制。ACC技术所谓弯曲控制，实际上就是自动弯曲控制ACC（AutomaticCamberControl）,其目的是控制轧制钢板的弯曲。在轧制过程中当钢板产生弯曲

时，处于入口侧的钢板尾部在被拽入轧机之际会出现摆动，因此，钢板的中心线会偏离轧机中心线，因而造成轧机左、右两侧轧制压力有压力差。ACC的反馈控制就是使轧制压力增高侧的辊缝变小，这样就使钢板凹侧的延伸增加，引起钢板的尾部向相反的方向摆动，因此钢板中心线就重新与轧制中心线对正，从而限制了弯曲。(

3)狗骨轧制法的计算机控制系统图为狗骨轧制的计算机控制系统方框图。控制用计算机是提供给整个轧制生产过程用的，如钢板的目标跟踪、轧制程序的制定、轧机和液压压下装置等的设定，并且向操作人员进行指导等。(4)差厚展宽轧制

的过程和控制原理注：1—板坯；2—工作辊；3—支撑辊；4—压头；5—压下位置传感器；6—压下电动机；7—测速发动机；8—联轴机；9—速度控制装置；10—位置自动控制；11—过程计算机4厚板平面形状控制在生产实践

的应用MAS法的应用立辊新技术在生产实践中的应用MAS法的应用（一）邯郸钢铁有限公司3500mm中厚板车轧机的计算机控制系统由2级控制系统组成．1级为基础自动化系统．主要包括辊道控制、轧机ACC和HCC等2级为过程控制系统，包括轧制负荷分配、MAS轧制计

算、轧件过程跟踪和轧制过程中的自学习等。基础自动化采用西门于SIMATICTDC高性能控制器和S7—40OPLC，过程控制计算机为HP公司的ProLiantML570C2，基础自动化、过程机和HMI之间通过工业以太网通信．交换数据。邯钢中厚板计算机2级控制系统为M

AS轧制的实现提供了保证。MAS法的应用（二）首钢股份有限公司中厚板轧机于2003年改造完成，该轧机在液压系统、液压缸及计算机控制系统的设计方面都为平面形状控制的实现准备了条件。通过机械、液压及计算机控

制系统的协调配合，首次依靠国内技术力量，在线实现了平面形状的控制功能。MAS法的应用（二）首钢3500mm中厚板轧机轧制方式采用纵—横一纵方式，平面形状控制方法采用成形阶段MAS轧制法。在线平面形状控制试验除选用正常生产工艺方案外，另选用了4

种方案，其楔形段高度分别为O、2、4、2、4mm，楔形段长度分别为0、300、300、600、600mm。立辊轧边法在生产实践中的应用秦皇岛首钢板材有限公司根据自身设备和工艺特点研制开发了一种崭新的钢板平面形状控制技术——立辊挤头尾轧制技术。秦皇岛首钢板材有限公司的立辊轧机为引进

设备，主要技术参数如下：立辊外口度406.4～3556.0mm;主电机功率：44742KW，转速：175/437；轧辊线速度：1.69/3.54；侧压电机功率：56KW；侧压电机转速：550；立辊尺寸：914.4～1016×710mm。立辊轧边法在生产实践中的应用中厚板

常规轧制过程通常分为成形轧制、展宽轧制(即横轧)和精轧。从右图可以看出，展宽比为1.4～1.6时，轧制钢板边部基本平直，没有明显的鼓形或凹形；而当展宽比>1.6时，展宽后钢板边部将出现鼓形，且随着展宽

比的增人钢板边部鼓形度显著增大；当展宽比<1.4，轧制后钢板边部将出现凹形。立辊轧制新工艺根据板坯尺寸和轧制钢板尺寸，通过试验确定了展宽比(即钢板宽度与板坯宽度之比)与立辊压下量的对应关系。立辊轧边法在生产实践中的应用立辊轧制新工艺是

在横轧宽展倒数第2道轧完后，启动立辊，将板坯停在立辊轧机处，使用立辊动态测量板坯长度尺寸，然后向立辊前部送钢，根据实测板坯长度及展宽比等设定立辊压下量，并启动立辊轧机进行挤头尾轧制，挤头尾完成后继续使用四辊轧机进

行最后1道横轧，横轧后再转铡进行纵轧，纵轧1～3道后使用立辊轧制钢板侧边，最后纵轧至工艺尺寸。致谢本次课程设计为普碳板工艺设计及平面形状控制，在编写过程中，承蒙彭兴东老师的评阅、指正，在老师的耐心指导下，经过几个月的努力，使本人又重新回顾了材料科学基础、轧

钢机械设备、轧钢工艺学等方面的知识，对厚板车间设计及平面形状控制等相关方面知识进一步得到了了解和深化，并参考了大量的书籍，达到了理论与实践的合理完美结合。本设计引用了一些工厂、科研单位、学校的资料，

在此谨向有关作者、编者、译者表示深切的谢意。由于本人水平所限,难免存在不少缺点和错误,希望老师和同学批评指正。最后对参与评阅和答辩的老师表示由衷的感谢！