普碳板的轧制工艺设计及平面形状控制课件.ppt

1、题目：题目：普普碳板工艺设计及碳板工艺设计及平面形状控制平面形状控制班班 级：材控级：材控10-3班班学生姓名：孙学生姓名：孙 璐璐指导老师：彭兴东指导老师：彭兴东 n一、设计：普碳板的工艺设计n二、专题：平面形状控制普碳板的车间设计普碳板的车间设计n第一章:综述n第二章:Q235B轧制工艺流程的制定n第三章:压下规程设计n第四章:设备校核n第五章:轧制变形规程的优化第一章第一章 综述综述n1.1 普碳板的特点n1.2 普碳板的分类n1.3 Q235B的化学成分和力学性能1.1 普碳板的特点普碳板的特点n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

2、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 普碳板的分类普碳板的分类1.3 Q235-B的化学成分和力学性能的化学成分和力学性能nQ235B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。第二章第二章 Q235B轧制工艺流程的制定轧制工艺流程的制定n2.1 原料的选择原料的选择n2.2 原料的加热原料的加热n2.3 除鳞除鳞n2.4 轧制轧制n2.5 矫直矫直

3、n2.6 轧后冷却轧后冷却n2.7 精整精整n2.8 质量检测质量检测 n 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 原料的选择原料的选择n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。2022-11-142.2 原料的加热原料的加热 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

4、性。2.3 除鳞除鳞n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 轧制轧制n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。n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 矫直矫直n热矫直机一般从700左右开始热矫直，150200开始表面检查。n冷矫直机除用作热矫后的补矫外，主要用于

5、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 精整精整n剪切剪切 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5080m/min提高100120m/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

6、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 精整精整(2)n热处理热处理 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1520mm以上的有特殊要求的碳素及合金结构钢板。2.8 质量检测质量检测 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。第三章第三章 压下规程设计压下规程设计n3.1 坯料的选择坯料的选择n3.2 压下制度压下制度n3.3 速度制度速度制度n3.4 温度制度温度制度n3.5 计算各道次平均单位压力、总压力计算各

7、道次平均单位压力、总压力n3.6 计算传动力矩计算传动力矩n3.7 辊型设计辊型设计3.1 坯料的选择坯料的选择 所轧成品规格为35mm3000mm9000mm，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=210mm1950mm2570mm3.2 压下制度压下制度 压下量的分配：由经验，热轧中厚板中咬入角取1522，低速咬入时取=20，则最大压下量为Hmax=D(1-cos)

8、=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/)(2/2/602223.2 压下制度压下制度3.3 速度制度速度制度 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

9、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 速度制度速度制度3.4 温度制度温度制度n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 计算传动力矩计算传动力矩 n3.6.1 轧制力矩的计算轧制力矩的计算n3.6.2附加摩擦力矩的计算附加摩擦力矩的计算n3.6.3空转力矩的计算空转力矩的计算

10、3.6.1 轧制力矩的计算轧制力矩的计算3.6.2 附加摩擦力矩的计算附加摩擦力矩的计算3.6.3 空转力矩的计算空转力矩的计算轧制压力和轧制力矩轧制压力和轧制力矩2022-11-143.7 辊型设计辊型设计3.7 辊型设计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 辊型设计辊型设计n沿板宽方向的最大厚度差：n辊缝凸度：)%1510()(b2)()()15.01.0(bLL3.7 辊型设计辊型设计n总磨削凸度的分配：mmDtDxDs500.0)(mmdxds107.1mmdy307.024.0107.1第四章第四章 设备校核设

11、备校核n4.1 轧辊强度校核轧辊强度校核n4.2 电机发热过载校核电机发热过载校核4.1 轧辊强度校核轧辊强度校核n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。n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=b/54.1.1 支承辊强度校核支承辊强度校核n支承辊材质选球墨铸铁=100120MPan

12、支承辊辊身受单向的均布载荷。MP a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强度计算n工作辊选球墨铸铁n=100120MPan =0.6=6072MPan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 接触应力的计算接触应力的计算n公式MPa1.20551.00.110)99.254.1()51.00.1(104.21127maxMPa35.6

13、21.205304.0304.0maxmax4.2 电机发热过载校核电机发热过载校核n过载校核n发热校核mtnNMeee5.286406000295509550eMM5.2maxmttttMtMMnnnnnndx74.4222HdxMM第五章第五章 轧轧制变形规程的优化制变形规程的优化第五章第五章 轧轧制变形规程的优化制变形规程的优化(1)咬入条件咬入条件n公式2022-11-142maxmax111cos1fDDhhvtf056.00005.005.1mmhh27.74max(2)速度条件速度条件n式中 两道次轧制间的间隙时间；n 后一道次的咬入速度；n 前一道次的抛出速度；n 、主电机的加

14、、减速度。dpdydnnnnnnnnminminmaxjtynpnab专题专题n1 平面形状控制概况n2 平面形状控制技术n3 厚板平面形状自动控制的实现n4 厚板平面形状控制在生产实践的应用1 平面形状控制概况平面形状控制概况n(1)成材率成材率n(2)平面形状控制技术发展史平面形状控制技术发展史n(3)中厚板轧制的一般过程及特点中厚板轧制的一般过程及特点(1)成材率成材率n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平面形状控制技术发展

15、史n 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的一般过程及特点n中厚板轧制一般分为三个阶段:n (1)成形轧制n (2)展宽轧制n (3)精轧轧制2 平面形状控制技术平面形状控制技术n(1)MAS轧制法n(2)立辊轧边法n(3)狗骨轧制法n(4)薄边展宽轧制法n(5)咬边返回轧制法n(6)留尾轧制法n(7)无切边轧制法(1)MAS轧制法轧制法nMAS轧制

16、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)立辊轧边法立辊轧边法n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。立辊轧边法与立辊轧边法与MAS轧制法组合轧制法组合n(1)用平面形状预报模型计算出成品钢板边部不良形状的

17、量，并将其转换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。为成形轧制最后一道次的钢板纵向厚差。n(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。向进行变厚度轧制。n(3)成形轧制结束后，将板坯旋转成形轧制结束后，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。差，从而控

18、制了展宽轧制结束时钢板的。(3)狗骨轧制法狗骨轧制法n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狗骨法与狗骨法与MAS法区别法区别nMAS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，

19、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)薄边展宽轧制法薄边展宽轧制法n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)咬边返回轧制法咬边返回轧制法n采用钢锭作为坯料时，在展宽轧制完成后，根据设定

20、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)留尾轧制法留尾轧制法n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)无切边轧制法无切边轧制法n利用该技术生产的无切边钢板有整齐和

21、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厚板平面形状自动控制的实现n(1)MAS轧制法计算机自动控制系统n(2)立辊轧边法和无切边轧制法计算机自动控制系统n(3)狗骨轧制法的计算机控制系统n(4)差厚展宽轧制的过程和控制原

22、理(1)MAS轧制法计算机自动控制系统轧制法计算机自动控制系统n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。n MAS轧制过程的系统框图(1)MAS轧制法计算机自动控制系统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

23、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。n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轧制法计算机自动控制系统n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300500mm。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

24、边法和无切边轧制法计算机自动控制系统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技术前馈前馈AWC技术技术n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。FFAWC技术技术nFF-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。AC

25、C技术技术n所谓弯曲控制，实际上就是自动弯曲控制ACC（Automatic Camber Control）,其目的是控制轧制钢板的弯曲。n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狗骨轧制法的计算机控制系统 n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

26、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差厚展宽轧制的过程和控制原理n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厚板平面形状控制在生产实践的应用nMAS法的应用n立辊新技术在生产实践中的应用 MAS法的应用（一）法的应用（一）n邯郸钢铁有限公司3 500mm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

27、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S740OPLC，过程控制计算机为HP公司的ProLiant ML570 C2，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MAS轧制的实现提供了保证。MAS法的应用（二）法的应用（二）n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）法

28、的应用（二）n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立辊轧边法在生产实践中的应用n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。n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：n立辊外口度406.43556.0mm;主电机功率：447 42KW，转速：175/437；轧辊线速度：

29、1.69/3.54；侧压电机功率：56KW；侧压电机转速：550；立辊尺寸：914.41016710mm。立辊轧边法在生产实践中的应用立辊轧边法在生产实践中的应用n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1.41.6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边法在生产实

30、践中的应用n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13道后使用立辊轧制钢板侧边，最后纵轧至工艺尺寸。致谢致谢n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。n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。n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。n最后对参与评阅和答辩的老师表示由衷的感谢！