板带

摘要

板带材生产技术水平不仅是冶金工业生产发展水平的重要标志,也反映了一个国家

工业与科学技术发展的水平。建设现代化的热轧宽带钢轧机要满足现代工业对热轧板品

种质量的要求。最终产品的质量取决于连铸坯的质量，传统厚度的板坯连铸工艺明显优

于薄板坯连铸工艺。薄板坯连铸连轧更适于生产中低档板材品种，在薄规格产品生产方

面具有明显优势。为了满足高质量和高性能板材要求，采用厚板坯常规连轧生产方式更

合理。

基于这些考虑，本次设计结合安钢1780机组380万吨,天铁1780机组380万吨,北

台1780机组400万吨常规热连轧生产线。在此设计中详细地介绍了加热、粗轧、热卷

取、精轧、冷却、卷取等一系列过程。

其中精轧机选用六架大断面牌坊和高吨位轧制力轧机,采用HC轧机、CVC轧机、

工作辊正弯辊(WRB）技术和厚度自动控制（AGC）等技术来控制板型和厚度。另外，

为提高轧件温度，减少头尾温差,在精轧前采用无芯轴隔热屏热卷箱。设计中涉及的技

术参数大部分取自现场的经验数值，用到的部分公式也是来自于实际的经验公式。

板带产品的技术要求具体体现为产品的标准,包括四个方面：(1）尺寸精度高。板

带钢一般厚度小、宽度大,厚度的微小波动将引起使用性能和金属消耗的巨大变化，板

带必须具备高精度尺寸。（2）无板形缺陷.板带越薄,对板形不均的敏感性越大。（3）保

证表面质量.板带表面不得有气泡、结疤、拉裂、刮伤、折叠、裂缝、夹杂和氧化铁皮

压入。（4）具备优良性能。板带钢的性能要求主要包括机械性能、工艺性能和某些钢板

的特殊物理或化学性能。

目前传统热轧宽带钢轧机采用的特色技术有:

（1)连铸坯热装和直接热装。该技术要求炼钢和连铸机稳定生产无缺陷板坯；热轧

车间最好和连铸机直接连接，以缩短传送时间;在输送辊道上加设保温罩及在板坯库中

设保温坑;板坯库中要具有相应的热防护措施。

(2）板坯定宽压力机.可连续进行板坯侧压,运行时间短，效率高,板坯温降小，侧压

后板坯头尾形状好,狗骨断面小，板坯减宽侧压有效率达90%以上。

（3）粗轧机短行程控制和宽度自动控制.经立辊宽度压下及水平辊厚度压下后,板

坯头尾部将发生失宽现象。根据其失宽曲线采用与该曲线对称的反函数曲线，使立辊

轧机的辊缝在轧制过程中不断变化。这样轧出的板坯再经水平辊轧制后，头尾部失宽

量减少.

（4)中间坯保温技术和边部感应加热技术。中间坯长度可达80～90m，进精轧机轧

制过程中为减少带坯头尾温差，设置保温罩是简单有效的技术.精轧机组前的带坯边部

电感应加热器是针对轧制薄规格产品和硅钢、不锈钢、高碳钢特殊品种设置的。

从我国目前板带市场需求情况和生产能力来看，热轧板的生产能力大大高于冷轧能

力。采用常规板坯连铸、热送热装和直接轧制工艺,可稳定生产以汽车面板为代表的高

档板材品种，除生产工艺成熟、效率高、产品质量高外，还可缩短工艺流程，降低生产

成本。选择这种工艺方案,热轧板品种质量定位很高，品种齐全,尤其是生产超深冲钢、

高强度钢、奥氏体不锈钢、高钢级管线钢等时适宜采用厚板坯常规热连轧工艺。

但由于连铸和热连轧生产线的投资比例一般约为连铸20％,轧机80％，热连轧机是

决定规模和投资的主要因素。从生产规模看,要充分发挥热连轧机的生产能力,必须配

备足够生产能力的辅助设备和确保连铸坯的质量和供应量。采用连铸、炼钢、轧钢生产

计划的计算机一体化管理系统，以保证物流匹配,使投资效益最大化。

关键词：常规热连轧；热卷箱；层流冷却；厚度自动控制；产品标准；传统热轧宽带

钢轧机采用的特色技术

1文献综述

1.1热轧板带钢发展历史

1。1。1热轧板带钢生产的发展史

热轧板带钢轧机的发展已有70多年历史,汽车工业、建筑工业、交通运输业等的发展，

使得热轧及冷轧薄钢板的需求量不断增加,从而促使热轧板带钢轧机的建设获得了迅速和稳

定的发展。从提高生产率和产品尺寸精度、节能技术、提高成材率和板形质量、节约建设投

资、减少轧制线长度实现紧凑化轧机布置到热连轧机和连铸机的直接连接布置，热轧板带钢

生产技术经历了不同的发展时期。

1960年以前建设的热带钢轧机称第一代热带钢轧机。这一时期热带钢轧机技术发展比

较缓慢，其中最重要的技术进步是将厚度自动控制（AGC）技术应用于精轧机,从根本上改

善了供给冷轧机的原料板带钢的厚度差。

20世纪六、七十年代是热轧板带钢轧机发展的重要时期。同时连铸技术发展成熟，促

使热连轧机从最初使用钢锭到使用连铸坯，从而大幅度提高产量并能够为冷轧机提供更大的

钢卷。热轧板带钢轧机的生产工艺过程是钢铁工业生产中自动化控制技术最发达的工序。60

年代后新建的热带钢轧机很快采用了轧制过程计算机控制,将热轧板带钢轧机的发展推向一

个新的发展阶段，这一时期新建的轧机称为第二代热带钢轧机.1969年至1974年在日本和欧

洲新建的轧机称为第三代热带钢轧机。

20世纪80年代，板带钢生产更加注重产品质量，同时对于低凸度带材需求量不断增长，

这使板带钢板形控制技术成为热轧板带钢轧制技术重要课题之一。90年代,热轧板带钢在工

艺方面有重大突破，1996年日本川崎钢铁公司成功开发无头连续轧制板带钢技术，解决了

在常规热连轧机上生产厚度0.8～1.2mm超薄带钢一系列技术难题.热连轧生产线的产品规

格最薄达0.8mm,但实际生产中并不追求轧制最薄规格，因为薄规格生产的故障率高,辊耗大,

吨钢酸洗成本高等。待技术发展到故障率等降低后,才能经济地批量生产。

1.1.2我国热轧板带钢生产的发展史

我国热连轧带钢的发展，大体经历了三个阶段:

第一阶段，以大企业为主,以解决企业有无为主要目的的初期发展阶段。这个时期热轧

板带钢轧机建设只能靠国家投入,由于资金、技术等限制，轧机水平参差不齐。1989投产的

宝钢2050mm轧机代表了当时国际先进水平，采用了一系列最先进的热连轧生产技术。但

是，这个时期投产的二手设备则是国外五六十年代的装备(1994年投产的太钢1549mm轧

机、梅钢1422mm轧机），整体技术水平相对落后，在安装过程中进行了局部改造,但整

体技术水平提高有限。还有两套国产轧机投产：1980年投产的本钢1700mm轧机和1992

年投产的攀钢1450mm轧机，这两套轧机的整体水平不高，产品与国际水平差距较大。但

在当时条件下,这几套轧机满足了国民经济建设的需要，同时培养了一大批技术人才。

第二阶段，全面提高技术水平,瞄准世界最高、最新技术，全面引进阶段。20世纪90

年代以后，各大企业均以引进国外最先进技术为主。如1999年投产的鞍钢1780mm轧机、

1996年投产的宝钢1580mm轧机,是世界传统热连轧带钢轧机最先进水平的代表，除通常

现代化轧机采用的先进技术以外,还采用了轧线与连铸机直接连接的布置形式，板坯定宽压

力机,PC板形控制系统,强力弯辊系统，轧辊在线研磨，中间辊道保温技术和带坯边部感应

加热技术，轧机全部采用交流同步电机和GTO电源变换器及4级计算机控制，精轧机采用

了全液压压下及AGC技术。国内还引进了三套薄板坯连铸连轧生产线，即1999年投产的

珠钢1500mm薄板坯生产线、邯钢1900mm薄板坯生产线和2001年投产的包钢1750mm薄

板坯生产线,这些生产线是当时世界最先进的薄板坯生产线.这些生产线的引进使我国拥有了

新一代热连轧带钢生产技术。

第三阶段，这个阶段是近几年开始的，是以提高效益、调整品种结构、满足市场需要和

提高企业竞争能力为目的的发展阶段。由于近年国家经济快速发展，对钢材需求不断增加,

因此除国营大中型企业外,中小型企业，甚至民营企业都把生产宽带钢作为今后发展的重点，

或引进或采用国产技术,或建设传统热连轧宽带钢轧机或建设薄板坯连铸连轧生产线。同时,

这个阶段对引进的二手轧机和原技术较落后的国产轧机进行了全面技术改造，使其达到了现

代化水平.国外刚出现的半无头轧制技术、铁素体加工技术、高强度冷却技术、新型卷取机

等,在一些轧机上也已应用。目前我国热连轧技术装备已完全摆脱落后状态，并已处于世界

先进水平之列。

1.2热连轧技术的发展现状

1.2。1带钢生产技术的进步

最近十几年，热连轧技术有了很大的进步，在热轧带钢轧机布置形式的发展方面，总结

起来,主要有六种形式：

1。典型的传统热带钢连轧机组，这种机组通常是2架粗轧机，7架精轧机，2台地下卷

取机，年总产量350～550万t,生产线的总长度400～500m，有一些新建的机组装备了定宽

压力机（SP)。这类轧机采用的铸坯厚度通常为200~250mm,特点是产量高,自动化程度高，

轧制速度高（20m/s以上),产品性能好。

2。紧凑型的热连轧机，通常机组的组成为1架粗轧机,1台中间热卷箱,5～6架精轧机，

1～2台地下卷取机,生产线长度约300m，年产量200～300万t。采用的铸坯厚度200mm左

右,投资比较少，生产比较灵活，由于使用热卷箱温度条件较好，可以不用升速轧制(轧制速

度14m/s左右）。

3。新型的炉卷轧机机组，通常采用1台粗轧机,1台炉卷轧机,1～2台地下卷取机,产量

约100万t，其中有的生产线可以生产中板也可以生产热轧板卷，主要用于不锈钢生产,投

资较小,生产灵活,适合多品种。

4。热轧带钢的另一生产形式是薄板坯连铸连轧，按结晶器的形式不同,分别有多种形式,

如SMS开发的CSP、DANIELY开发的H2FRL等，由薄板坯铸机、加热炉和轧机组成，刚

性连接,铸坯厚50~90mm，产量120～200万t,轧机的布置形式有粗轧加精轧为2+5布置，

1+6布置，也有7架精轧机组成的生产线.薄板坯连铸连轧的特点是生产周期短、产品强度

高、温度与性能均匀性好，但是表面质量、洁净度控制方面比传统厚板坯的难度大。

5.国外发展的无头（半无头）轧制技术,日本是在传统的粗轧机后设立热卷箱,飞焊机,把

中间坯前一坯的尾部和下一坯的头部焊接在一起，进入精轧机组时形成无头的带钢进行轧

制，在卷取机前再由飞剪剪断，该生产线可以20m/s的速度轧制生产.0。8～1。3mm厚

的带钢。德国发展的是半无头轧制技术,他们利用薄板坯连铸连轧的生产线,铸造较长的铸坯,

如200m，进人精轧，并且轧后进行剪切,在精轧机组中形成有限的无头连轧.这种生产线的特

点是适合于稳定生产薄规格的带钢,减少了薄规格带钢生产中的轧废和工具损失。欧洲还在

开发基于薄板坯连铸连轧技术的无头轧制技术,通过进一步提高铸坯的拉速，使连轧机和连

铸机的速度得到匹配,实现真正的连铸连轧.

6。正在开发的生产热带钢的技术是薄带直接连铸并轧制的技术，钢水在2个辊中铸成

5～6mm的带钢，经过1架或2架轧机进行小变形的轧制和平整，生产出热带钢卷。欧洲、

日本和澳大利亚都进行过类似的试验,2004年美国NUCOR建立了工业试验厂,德国的

THYSSEN—KRUPP也建立了相同的试验工厂,据介绍年产50万t的带钢厂已经试验成功，

但是关于生产的稳定性、成本、产品质量、产品范围和应用领域的进一步报道尚未见到。

1.2。2热带钢装备技术进步

现在热连轧机很多的技术发展依然集中在板形、厚度精度、温度与性能的精准控制、

表面的质量控制等方面,比如广泛使用的强力弯辊(WRB）系统、工作辊窜辊（HCW、CVC)

和对辊交叉（PC）技术，工作辊的精细冷却、高精度的数学模型的不断改进等，都使热轧

产品的质量不断提高。值得提出的新型轧机技术是日本2000年发明的在热连轧机组的最后

3个机架上采用单辊驱动和不同辊径工作辊轧制技术(SRDD）,该技术是轧制中驱动大直径的

下工作辊(直径620mm）,而较小直径的上工作辊从动，其优点是轧制中有剪应力产生,降低

轧制力、减少边降和增大压下量。在国内称为异步轧制技术,国内的实验室实验也表明，该

生产方法对降低轧制力有明显的效果.在目前的情况下用低温大变形生产超细晶粒钢和超高

强度钢,这种设备是很有效的，但是关于质量、稳定性等方面尚无进一步的报道.所有新建的

轧机都有完善的检测技术和手段,如厚度、宽度、速度、凸度、平直度、表面等,使带钢的精

度更高,质量更好。

1.3我国热轧板带钢发展趋势

1。3.1近代热轧板带钢生产技术发展的主要趋向

1。热轧板带材短流程、高效率化。这方面的技术发展主要可分两个层次：(1)常规生产

工艺的革新。为了大幅度简化工艺过程，缩短生产流程，充分利用冶金热能，节约能源与金

属等各项消耗，提高经济效益，不仅充分利用连铸板坯为原料,而且不断开发和推广应用连

铸板坯直接热装与直接轧制技术。（2）薄板坯和薄带坯的连铸连轧和连续铸轧技术是近十年

来兴起的冶金技术的大革命，随着这一技术的逐步完善,必将成为今后建设热轧板带材生产

线的主要方式.

2。生产过程连续化。近代热轧生产过程实现了连续铸造板坯、连续轧制和连铸与轧制

直接衔接连续化生产，使生产的连续化水平大大提高.

3。采用自动控制不断提高产品精度和板形质量。在板带材生产中，产品的厚度精度和

平直度是反映产品质量的两项重要指标。由于液压压下厚度自动控制和计算机控制技术的采

用，板带纵向厚度精度已得到了显著提高。但板带横向厚度(截面)和平直度（板形）的控制

技术往往尚感不足，还急待开发研究。为此而出现了各种高效控制板形的轧机、装备和方法。

这是近代板带轧制技术研究开发最活跃的一个领域。

4。发展合金钢种及控制轧制、控制冷却与热处理技术,以提高优质钢及特殊钢带的组织

性能和质量.利用锰、硅、钒、钦、银等微合金元素生产低合金钢种，配合连铸连轧、控轧

控冷或形变热处理工艺，可以显著提高钢材性能。近年来，由于工业发展的需要，对不锈钢

板、电工钢板（硅钢片)、造船钢板、深冲钢板等生产技术的提高特别注意。各种控制钢板

组织性能的技术,包括对组织性能预报控制技术得到了开发研究和重视.

1.3。2我国热带轧机的发展趋势

1。热轧带钢轧机建设进一步发展。近年我国热连轧带钢生产发展极其迅速，邯钢、南

钢、安钢、武钢、宣钢、承钢等也正在规划建设热带轧机。如果所有轧机全部建成,产能得

到发挥，则带钢产量将很可观，我国钢材板带比低、薄板长期供不应求的状况将根本改变.

2.轧机的国产化率逐步提高。进入21世纪以后,除热连轧带钢产量大幅度提高、轧机建

设快速发展以外,轧机国产化问题也有了长足进步。设计产能在300万吨以上的1780热轧生

产线有,如安钢1780机组380万吨，天铁1780机组380万吨，北台1780机组400万吨等，

由国内总承包，装备全部国内设计制造，少量关键件在国外自主采购。国内装备虽然在整体

技术水平上与外国先进水平有一定差距，但已达到较高水平,以鞍钢1700mm轧机为例,其质

量水平与其1780mm轧机相差不大。国产装备的另一优势是价格优势.如引进国外的薄板坯

连铸连轧生产线一般需投资20~23亿人民币,但采用国产中等厚度薄板坯仅需15～17亿人民

币，其产量与国外生产线基本相同。

3.世界最新技术不断被采用。目前国内已建和在建热轧生产线中采用了许多最新技术,

如半无头轧制技术,其在国外刚开发不久，国内已有多条生产线采用或预留（唐钢、马钢、

涟钢、本钢、通钢等)；如高性能控制器,西门子刚推出新一代闭环工艺与传动控制器TDC，

国内已有太钢1549mm轧机、武钢2250mm轧机采用，北京科技大学国家轧制中心承担的

莱钢1500mm轧机自动化控制系统也采用了该控制器，使我国紧跟国外最先进的技术发展。

事实表明,在采用最新技术方面热连轧领域已处于国际前沿水平。

1。4热轧板带钢的生产工艺及其特点

1.4。1常规热连轧工艺

常规厚板坯热连轧生产工艺具有诸多特点：(1）生产能力大；（2)产品品种规格范围

宽、产品精度高、质量稳定,规格可覆盖全部板材产品，产品最宽可达2000mm以上,可生产

包括汽车板、家电板、硅钢、管线板、造船板、容器板等高纯净度、高精度和高强度的全部

热轧产品；（3)生产效率高、成材率高、自动化程度高；（4)压缩比大于其他各种工艺；（5）

近年来常规板坯连铸和热连轧工艺取得突破性进展，包括连铸坯热送热装和直接轧制技术、

无头轧制技术、连铸板坯结晶器在线调宽技术、定宽压力机调宽技术等.因此目前这种生产

工艺仍是大型或特大型钢铁联合企业建设热轧宽带钢轧机的首选。由于连铸连轧工艺生产环

节多、工艺流程长、占地面积大、能耗较高,因此生产成本相对较高；生产优质高档产品时，

需配备技术含量高的炼钢、精炼和连铸设施，投资相应增大;此外，生产超薄带钢的难度大，

生产成本高.

1.4。2薄（中，厚)板坯连铸连轧工艺

由于薄板坯(厚度为50mm)连铸连轧时铸坯薄、拉速高，易产生纵向裂纹，因而造成板

坯表面质量差,组织不均匀，限制了很多品种的生产。在对于表面光洁度要求不高的场合下，

其产品能够部分取代冷轧产品，省去冷轧各个环节。尤其坯料连续铸造后，在轧制前仅有一

次补热，生产过程得到简化，降低了成本。为了扩大生产品种,将出结晶器的铸坯厚度增加

到90mm,经软压下后减薄到70mm，形成中薄板坯连铸连轧的生产方式,可实现铁素体轧制，

能生产包晶钢等。中厚板坯连铸连轧也是在薄板坯连铸的基础上,将铸坯厚度增至90~150mm,

轧制工艺和设备配置接近常规工艺,使带坯温度和性能更均匀，生产品种不断扩大,逐步接近

常规工艺生产的品种范围。薄板坯连铸连轧生产工艺具有的特点是:（1)生产能力适中,适合

中型钢铁企业生产板材,2流连铸机经济规模可达250万t左右；(2)布置紧凑、设备重量轻、

厂房面积小、流程短、能源和动力消耗较少、生产运行成本较低；（3）采用半无头轧制工艺,

适合批量生产1。5mm以下薄规格热轧板,实现“以热代冷”；(4)生产一般用途板材和超薄

带钢的市场竞争力较强。由于薄板坯连铸拉坯速度较高，因而铸坯易产生横向角裂和表面

纵裂等缺陷，使带钢表面质量不及常规工艺产品水平;此外，也不利于生产要求压缩比较大

的品种。目前，薄板坯连铸连轧生产的产品只能覆盖板材品种的70％～80％，还有相当

一部分产品,如汽车面板、超深冲板和表面质量要求高的板材、高钢级管线板、奥氏体不锈

钢板、部分高碳钢板等尚处于开发试验阶段.鉴于此,世界上已投产的40多条薄板坯连铸连轧

生产线，中低档产品约占80%。中等厚度板坯连铸连轧工艺的拉坯速度处于薄板坯与传统

厚板坯之间,连铸坯内在质量有很大提高，板材质量优于薄板坯工艺。因此学术界认为,该工

艺在理论上生产的产品质量有可能与常规工艺接近,可达到传统厚板坯的水平。文档为个人收集

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1.5热轧板带新生产工艺对轧机装备的要求

热带钢连轧机在现代轧钢工艺中可以认为是比较成熟的技术和设备,装备的发展也是围

绕着上述的一些新工艺进一步优化的过程，传统的热轧工艺与上述的一些新工艺相比,除在

设备布置上带来变化之外，在温度制度、速度制度、变形制度上也有所变化，这些变化对轧

机装备的设计提出了新的要求。

薄板坯连铸连轧工艺的温度制度,较传统热轧带钢生产工艺有较大不同,板坯温度均匀,

温差不大于10℃，且在轧制过程中板坯头部进入轧机，板坯的其他部分仍在炉内保温,不存

在温降问题。传统热轧带钢生产,由于在轧制过程中存在温度降，为避免因温度降造成的头

尾温差，产生的厚度精度差，板形不好和性能不均匀一致等质量问题，在轧制过程中必须要

升速轧制。而薄板坯连铸连轧工艺，不存在上述问题,轧机生产能力远大于连铸机的生产能

力,即使两台连铸机供坯，轧机的生产能力也是有富裕的。因此没有必要进行升速轧制。薄

板坯连铸连轧工艺中每架轧机压下率较传统热轧机的压下率高，轧机负荷较传统轧机要高,

这是由薄板坯连铸连轧采用大压下和高刚度轧制工艺决定的.但不采用升速轧制对轧机减少

负荷有所帮助。在设计中要对机架、轧辊进行优化设计，特别是为降低轧制力在后几架轧机

上尽量采用小直径工作辊。在生产中由于轧制压力增加，板形控制与厚度控制比传统轧制有

更高的要求。

1.5。1板形、板厚控制技术在新生产工艺中的应用

板形控制是带钢轧机的关键技术,各轧机制造商在此方面都下大力气开发,呈现出多种板

形控制技术。这些技术可大致分为工艺方法和设备方法。从设备方法来讲，主要有原始凸度

法、液压弯辊法，调整轧辊凸度法，轧辊变形自补偿法，阶梯形支承辊法,抽动轧辊法,在线

磨辊法，轧辊交叉法等。其中抽动轧辊法中的CVC、HC结合弯辊技术得到广泛应用,交叉

辊法的PC轧机,其板形控制能力较强,综合性能优良，是目前发展较快的板形控制法,但交叉

轧辊带来的较大的轴向力给设备设计带来不便，且交叉机构较为复杂,是其得到广泛应用的

巨大障碍。板厚自动控制技术方面，液压AGC已得到普遍的认可，采用短行程压下缸，以

减少油柱高度提高响应速度，已成为业界的共识.

1.5。2除鳞技术的发展

热轧带钢在轧制过程中除鳞效果的好坏,直接影响到带卷产品的质量。传统热轧带钢生

产，均采用高压水除鳞系统，水压达15~18MPa，采用多次除鳞,即粗轧前、精轧前及机架间

进行除鳞。随着薄板坯连铸连轧工艺的出现，给除鳞技术带来了一个新课题，薄板坯的氧化

铁皮在板坯表面很薄且很粘,氧化铁皮很难去除，因此高压水鳞系统水压高达到35MPa,在奥

钢联的实验机组上水压曾高达55MPa.提高水压对除鳞有一定作用，但带来一些问题,如高

压系统的维修保养工作量增加，事故率增加。进一步优化除鳞机喷嘴到板坯表面的距离和角

度，以达到更高的除鳞效果；开发新型高压水流量喷嘴,使水流压力高,且冲击到板坯表面的

水量小,从而减少板坯表面温降,这是高压水除鳞设备的发展方向.

1.6今后热轧板带钢的发展趋势

1.6.1热轧宽带钢发展方向

热轧板宽带钢以深冲钢板、耐腐蚀高强度热轧钢板、成型性优异的高强及超高强钢板、

超宽幅汽车钢板、热镀锌钢板、超细晶高强度钢板为发展目标。由于将采用无头轧制技术、

薄板坯连铸连轧工艺、控制冷却技术等轧制工艺生产热轧薄带钢，因此可以较好地控制热轧

带钢的组织和性能。在冷却技术方面,以温度预测模型为基础，采用细分的冷却箱和缓慢冷

却装置，开发高精度的冷却系统，对钢材的组织和性能进行控制。

从超薄热轧带钢的市场需求和生产现状可看出“以热代冷”的钢铁市场走向决定了超薄

热轧带钢生产总体趋势是供不应求，同时也表明了超薄热轧带钢将成为热轧宽带钢的另一个

发展方向。可以预见，采用无头轧制和低温轧制工艺将是薄板坯连铸直接轧制生产超薄带钢

的主要发展方向。

1。6.2热轧窄带钢发展方向

增大带钢产品的优质比,调整产品结构,开拓热轧窄带钢产品应用新领域。目前热轧窄带

钢生产厂在提高质量、降低消耗、降低成本、扩大品种的前提下,将小家电、小五金、家具、

自行车零件等深加工企业所需多层次优质碳素结构钢、优质低合金钢、高锰钢、不锈钢等高

质量带钢作为主导产品，彻底改变只以焊管为主要供货方向的局面，建设新热轧窄带钢生产

线，所轧产品规格处于宽带轧机产品的下限之外,从而可以代替部分冷轧产品。如用厚度小

于1。5mm的热轧窄带钢替代冷轧带钢，可以减少冷轧轧程，大幅度降低生产成本，提高

轧机的效率。

向薄、宽、厚方向发展。生产薄规格带钢，可满足薄壁焊管厂提高成材率、降低生产成

本的需要；生产宽规格带钢，占领热轧中宽带钢(宽度一般大于500mm的产品空间；生产厚

规格带钢,开发轻钢结构。轻钢结构用来制作工业厂房、办公大楼、体育场馆、商业超市、

仓库等，目前广泛使用宽200mm~350mm、厚6mm～30mm、长3m~12m中板及板卷，热窄

带钢比中板便宜600元/t~700元/t，如能用窄带钢代替中板，将使整个钢结构工程成本有较

大幅度下降[9］.

1。7本设计的目的和意义

本设计是年产300万吨的1780热轧板带钢车间工艺设计。产品规格为：（2。0~10.0）

×（700～1600）mm。所用钢种为：普碳钢、合金结构钢、不锈钢（约含25％）。

带钢是有一个比较特殊的钢铁产品，其直供比例非常高，40%以上直接进入厂家，目前

带钢有时也作为冷弯型钢的坯料，广泛用于制造小五金、自行车车架、轮圈、弹簧片、锯条

等。通过对近五年的统计，可看出带钢消费正以一个较快的速度发展。在国内外带钢生产逐

渐减少的情况下，我国作为一个发展中国家,对带钢的需求不断增加，虽然受汽车等产业规

模的限制,但五金产品国内外需求量都较大.同时我国现在基础建设规模很大，对焊管、型材

的需求也相应增加，带钢的需求仍保持较高水平。

本设计课题是年产300万吨的1780热轧板带钢生产车间。这是一个大型的轧钢车间，

其投资大，消耗大，生产量大。板带钢是我国钢铁生产的主打产品，需求量很大。目前我国

带钢产能在5500万吨左右，但今后几年市场需求仍然会有较大增长。另外带钢的延伸产品

还有一定市场空间，如装潢用的五金材料，发展十分快，不少五金产品出口到东南亚、欧美

等国际市场，拉动了国内的带钢生产。由于市场对板带钢的需求仍然很大，而且在近几年不

会下降,因此该大型生产车间的建立是可行的。

带钢生产技术发展至今已有80多年的历史，现在已经是第四代轧机，板形控制技术目

前也已经发展得较为成熟。在相关技术比较完善的情况下,建立大型轧钢厂可以节约很多在

技术改进上的投资,可以在建成时就采用目前最先进的技术，还可以借鉴其他车间的生产经

验,少走一些弯路，一步到位。

西部地大物博，矿产资源很丰富，很多还处于待开发状态。我国现在进行西部大开发，

对西部地区在财力，物力上大力扶持,大力进行基础项目的建设，如能源,交通等.因此，在西

部建立一个大型轧钢厂不仅可以满足西部地区对板带钢的大量需求，而且由于西部人口密度

较东部小,不会占用太多人口居住地，这在地理上是一个很大的优势。西部目前的交通状况

比以前改进了很多，而且作为国家重点建设这一状况仍在完善，因此原材料的运输不再是一

个主要的问题.

综上所述，本设计的选题是有意义且可以实现的。

1.8本设计的重点问题及解决办法

本设计重点研究的问题是热轧厂热装热送问题。

连铸坯热送热装指的是把无缺陷的铸坯在热状态下送到轧钢加热炉加热,然后再送到轧

机进行轧制。连铸与热轧之间的连接方式有四种：(1）冷装工艺(CHR)。（2）连铸坯热装工

艺（HCR)。（3）连铸坯直接热装工艺(DHCR）。(4）连铸坯直接轧制工艺（DR)。

该技术是一项集冶炼、连铸、判定、入库、转运、组批装炉、轧制成材等诸多技术和

管理于一身的系统工程，连铸坯热送热装技术的实施，必须解决好如下几个主要问题：

（1）炼钢、轧钢工序厂址地理位置要邻近,工艺设备要适合热送热装要求。

(2)炼钢、连铸及轧钢工序的综合生产状况正常稳定，工序能力大致匹配。

(3）为保证冶炼、连铸和轧机的连续性生产，必须提高生产过程的可靠性。

（4）由于连铸坯缺陷难以在线清理，炼钢、连铸工序必须具备无缺陷连铸坯的生产技

术。

(5）为保证连铸坯的热装温度，提高热装效果,连铸工序必须具有高温出坯能力和铸坯

输送过程中的保温技术以及连铸坯的热装炉技术。

根据连铸坯热送热装的特点,设计中拟采用以下解决思路：

（1）连铸坯流转方式，连铸坯热送均采用辊道输送到热轧车间加热炉，辊道上采取了

一定的隔热保温措施。热装温度一般达600~700℃，有的高达800℃以上。

(2)连铸坯装炉及加热控制，当连铸坯热送到热轧生产线时，经验收及组批后，用长行

程装钢机或辊道将热坯送入加热炉，由计算机在线控制加热炉的加热温度。

(3）组织无缺陷连铸坯生产,加强各类事故的管理.例如:铸坯表面纵裂是在结晶器内产

生，并在二冷段进一步扩展形成的。为了减少表面纵裂的发生率，在生产中应改进结晶器冷

却和二次冷却工艺。

（4)在板坯库和加热炉之间设有保温坑，以满足热装热送工艺需要。

2建厂依据及产品大纲

2。1建厂依据

我国已建立的热连轧生产线已超过70条，设计产品的规格最薄达到0.8mm，欲以热轧产

品取代冷轧.但目前经济可生产的规格远在1.5mm以上。如一些薄板坯车间,在薄规格生产时

故障率高，辊耗大，过渡轧材多，均匀加热难,板型控制难度大,废品率高。这样按综合成本

计算，热轧超薄板与用热轧2。0mm作原料，冷轧生产1.0mm的带钢成本相当，甚至更高,质

量还远不如冷轧。

本溪传统热轧厂曾经介绍，采用传统轧机,降低精轧入口中间坯的厚度,成功轧出1。5mm

薄带。宝钢2050轧机采用升速轧制也能稳定生产1。5mm薄板,甚至试轧过1.2mm。其成功关

键在于带钢软，中间坯厚度小和中间坯凸度稳定。

本设计热轧带卷下限定为1.2mm，上限为25。4mm，工艺设备应当选择成熟技术，确保

投产后能够顺利方便生产薄规格产品。

2.2产品大纲

产品大纲是进行车间设计的主要依据，不同规格、不同品种、不同质量决定不同的生

产工艺和设备选择水平,即确定轧机形式和组成以及其他各项设备与水平。因而产品大纲是

车间今后组织生产的依据，产品方案一旦确定，不但规定了车间的类型,同时也规定了车间

生产品种的方向，产品大纲的主要内容包括：

A、车间生产的钢种和生产的规模；

B、各类产品的品种和规格;

C、各类产品的数量和其在总产量中所占的比例等。

所以编制产品方案时应注意以下问题：

1.满足国民经济发展对产品的需要，根据市场信息解决某些短缺产品的供应和优先保

证国民经济重要部门对钢材的需要。

2.考虑各类产品的平衡，尤其是地区之间产品的平衡,要正确处理长远与当前，局部与

整体的关系，做到供求适应,品种平衡，产销对路，布局合理。

3.考虑轧机的生产能力的充分利用和建厂地区产品的合理分工。

4。考虑建厂地区资源的供应条件,物资和材料运输的情况。

5。要适应当前对外开放，对内搞活的经济形式需要，要使设计车间工艺与设备达到产

品结构和产品标准的现代化，与国际标准接轨，为走向国际市场做好准备。

本设计考虑以上几点，以唐山为基地,面向全世界，制定产品大纲如下：

按照设计任务书，本车间设计年产300万吨/年

其中汽车板用钢20％,优质钢60%,管线钢占20%.

2。2。1原料规格选择

本设计选定使用占地少加热能力大的步进加热炉，最终确定原料规格为：

板坯厚度：240mm

板坯宽度：900—1500mm

板坯长度:12m

2.2。2产品规格

带钢厚度：1。2—18mm

带钢宽度：900—1500mm

钢卷内径：760mm

钢卷外径:1000-1950mm

钢卷重量:30t

单位宽度卷重:17kg/mm

2.2.3钢种分类及比例

表1

钢种C含量比例

IF钢C≤0。005%20％

管线钢(X70,X80)C≤0.08％20％

优质钢60％

2。2.4规格详细分类表

表2

宽度

厚度

900~

1000mm

1001~

1100mm

1101～

1200mm

1201~

1300mm

1301~

1400mm

1401～

1500mm

合计

占比

例

产量

1。2～1。5mm2。84。47.21.564。7%14.1

1.51～2.0mm9.527.729。240.268032％96。0

2。1～3。0mm15.0824。4425。4420。285。7226.7%80。1

3.1~4。0mm5.219。7611。9619。15。23.7819.1％57.3

4.1～6.0mm11。96137.85.21.0411.4％34。2

6.1~18.05.466.763.93.121。566。1％18。3

合计占比

例

9。5%20%21.2％18。2%5。7％25.4％

产量28.560。063。654.617。176.2300

2。2.5汽车板用钢介绍

本车间的主要产品是汽车板用钢IF钢，其有自己的特性.介绍如下。

IF钢的特点是含碳量很低，加入T

i

和Nb之后，形成T

i

和Nb的C，N化合物，由于钢

中无间隙原子,而使其具有优越的深冲性能。自1949年由Comstcok等人提出来之后，由于

受当时冶炼水平的限制，钢中C,N含量较高，须加入的较多T

i

，而且价格昂贵，因此,在生

产中受到了限制。20世纪60年代，由于真空脱气技术在冶金生产中的应用,钢中T

i

含量可

以降低到0。01%以下，于是商用T

i

—IF钢面世，同时Nb在改善深冲性能方面的作用也被

发现和应用.IF钢广泛应用于汽车制造业，尤其是汽车外板,内板，需要很好的深冲性能,以使

其容易成型.

深冲钢按冲压级别可分为：商用级(CQ），普通冲压级（DQ)，深冲压级（DDQ），特深

冲压级（EDDQ）和超深冲压级(SUPER-EDDQ）,它们分别同深冲钢发展的几个阶段相对应。

深冲钢的第一代产品的开发和应用，是20世纪50，60年代的普通沸腾钢，只能用于普通深

冲件；低碳铝镇静钢为第二代产品,产生于20世纪60，80年代，具有较好的深冲性能；20

世纪80年代以后出现了以IF钢为代表的第三代超低碳超深冲钢。近年来在对IF钢的研究

中发现，略微增加Mn，P，Si等元素的含量可以提高IF钢的机械性能，同时保持IF钢的

良好的成型性能。Ti,Nb和B也具有提高IF钢强度的作用，而钢板强度的提高对降低汽车

自重，降低材料消耗有重要作用.因此，开发和应用高强度钢IF成为深冲钢发展的新热点。

深冲钢的技术特征主要反映在优良的成型性上，即高塑性应变比（r值)，高均匀延伸率!低

屈服强度，低时效指数AI,较高应变强化指数n值（n值越高，板材成型加工过程中变形区

材料强度越高，因此，变形越容易传播到邻近区从而使得变形趋于均匀化）.只有具备这些

性能的钢材才能用于深冲复杂的汽车外壳及支撑筋板等零部件。

IF钢的特点是含碳量很低，加入T

i

和Nb之后，形成T

i

和Nb的C，N化合物，由于钢

中无间隙原子,而使其具有优越的深冲性能。自1949年由Comstcok等人提出来之后，由于

受当时冶炼水平的限制，钢中C，N含量较高,须加入的较多T

i

，而且价格昂贵，因T

i

此，

在生产中受到了限制。20世纪60年代，由于真空脱气技术在冶金生产中的应用，钢中含量

可以降低到0.01%以下，于是商用T

i

—IF钢面世，同时Nb在改善深冲性能方面的作用也被

发现和应用IF钢广泛应用于汽车制造业,尤其是汽车外板，内板，需要很好的深冲性能，以

使其容易成型.

表3铝镇静钢为基的固溶强化钢板和高强度IF钢板的性能比较

70年代石油危机以来，为了节约能源,国外汽车厂采取了一系列措施。其中之一就是大

量开发高强度钢板用作车体达到“减重节能"，如冷轧含磷板、双相钢板等等。有资料表明：

使用高强度钢板,厚度为1.0～1。2mm,车身板可减薄至0。7～0.8mm，车身重量减轻15％

~20％，节油8%~15%。众所周知，由于强度和成型性是一对矛盾，随着强度的提高其成型

性能下降给加工带来困难，特别是对要求兼有高强度和高r值的零件，如汽车外覆盖件等，

传统的以铝镇静钢为基的固溶强化钢系列很难满足要求.进入80年代后，由于冶金技术的不

断发展，钢中的C,N含量可控制在很低的水平（C≤40×10—4％，N≤30×10—4％)，使高

强度IF(interstitialfree）钢的大批量生产成为可能，从而很好地解决了强度和成型性之间的

矛盾。下表是以铝镇静钢为基的固溶强化钢与高强度IF钢板的性能比较,从表3中可明显看

出，在同样强度级别下，高强度IF钢具有高的r值、高的延伸率和低的屈强比。

随着高强度钢板的采用，汽车用钢板减薄，对钢板的防腐蚀性提出了更高的要求，这就

促进了高强度表面处理钢板的发展，特别是热镀锌钢板.目前，国外在高强度IF冷轧钢板的

基础上又开发了一系列热镀锌高强度IF钢板(多为合金化热镀锌钢板),它把IF钢的超深冲

性、合金元素(P、Mn、Si等）的固溶强化性和热镀锌的高耐蚀性三者融于一体，是一种理

想的汽车用钢板，使强度—深冲性—耐蚀性达到较好匹配.但是由于热镀锌合金化工艺的特

殊性，将造成成型性能的下降。因此和冷轧及热镀锌产品相比，为了获得高n值和高r值的

合金化热镀锌钢板，必须对钢板的成分和工艺进一步优化.可以认为，能否生产这种钢板代

表了一个钢铁企业的汽车用钢板的生产水平。

合金元素对钢板性能及热镀锌镀层的影响:

同深冲IF钢一样，按微合金化元素种类的不同，高强度IF钢也分为三类，以Ti-IF、

Nb—IF和(Ti+Nb）—IF为基的高强度钢。Ti-IF钢虽然对生产工艺参数的变化不敏感，但力

学性能的平面各向异性（△r值）大；Nb—IF钢的平面各向异性小，但力学性能对生产工艺

参数比较敏感，一般要采用高温卷取。近年来（Ti+Nb)—IF钢引起了人们的重视，其优点

是：（1）力学性能对生产工艺不敏感,整卷性能均匀；（2）晶粒细化,降低钢的各向异性；（3）

抗二次加工脆性好；（4)热镀锌合金化时，界面反应均匀，抗粉化性能较好,特别适合热镀锌

用基板。以下的讨论中所指的IF主要是(Ti+Nb)—IF钢。

与深冲IF钢不同的是,高强度IF钢是在IF钢基础上又特意地加入一些固溶强化元素,而

这些合金元素的加入势必对钢板性能和热镀锌镀层等带来一些影响，下面主要总结340—

440MPa

常用的合金元素(P，Si，Mn）。

1）P的影响

由于P是一种价格便宜而且强化能大的元素，每添加0.1％的P，强度可提高77MPa(Si

提高10MPa,Mn提高5MPa）;抗拉强度为340～400MPa级的超深冲高强度钢板都离不开P，

其含量通常在0。04％~0。09%之间。然而在IF钢中由于C，N被固定，晶界清洁，P向晶

界偏析容易引起二次加工脆化，晶界处的P含量可比基体中的P含量高10倍.为了防止P的

晶界偏析，常采取的措施是加B，它迁移到晶界,强化晶界并防止P的偏析，从而使脆性转

变温度降低，如图1所示.但B有降低r值，提高再结晶温度的倾向，因此B的含量不宜过

高,一般在10×10％～20×10—4％之间。但P在提高强度的同时却使钢的r值降低，这主要

是由于P含量的增加使｛111}∥ND取向织构减弱，{100｝∥ND取向织构加强造成的。

在热镀锌时，P对镀层的相结构也有很大影响，特别是在合金化时，研究表明：P虽然

对钢板的浸润性没有多大影响，但它使合金化速度降低，抑制了合金化,如图2所示。进一

步的研究表明，P富集在表面和晶界上,加速了第一相的形核从而抑制了第二相的形成.

2）Si的影响

Si的强化能力仅次于P，但在浸镀性方面存在很多问题，故很少用于镀层钢.这主要是

由于S比Fe活泼，在热镀锌退火炉的直接燃烧加热段中,很容易在钢板表面形成一层Si的

氧化物，在还原段中又不能彻底还原,从而形成了随机分布的岛状Si的氧化物，成为柱状组

织的形核地,影响了镀层的附着力。当钢中的Si含量大于0.3%时，镀层的附着力就会明显下

降。Si与P一样，使合金化反应显著推迟.

3）Mn的影响

Mn是比较贵重的元素，和P,Si相比强化效果低,提高同样的强度所需的量较大，其加入

量通常在0。2％～1。6%之间，不能再高，否则会产生针状铁素体，使延伸率和r值急剧下

降,但是用Mn强化的IF钢对深冲脆性较不敏感。因此，强度级别在390MPa以上的多用P,Mn

复合添加的方式，在添加P的钢中，Mn会使再结晶开始温度降低。相对于P，Si来说，Mn

对镀层附着力的影响较小。但是，与Si一样，在退火时钢板表面也易形成一层富Mn的氧

化物,由于这种不良影响不如Si那样明显,因而Mn常作为热镀锌高强度IF钢板的合金强化

添加元素.

图1加B与不加B时脆性转变温度和P含量的关系

图2P含量与合金化时间的关系(700℃）

3轧机设备比较与选择

3.1轧钢机数量的选择

轧钢机是生产的设备，是完成金属轧制变形的主要设备，并且代表着生产技术的水平,

造价极为昂贵.而且，轧钢机架的选择对车间生产和投资有着非常大的影响，轧机多投资大,

轧机过少，压下大，轧制稳定性差，难于控制。带钢轧机为平辊轧制，轧制力大，为了能控

制良好板型，机架必须有较大的刚度,轧辊应有较大的抗弯挠度。以往粗轧为二辊轧机，尽

管直径较大，但挠度还是较大,不能满足凸度控制要求。四辊轧机作为粗轧，又有工作辊辊

径偏小，带来新的咬入问题。当选用中薄板坯或薄板坯后，绝对压下量大大减少,这一问题

自然消失，所以现代板带轧机得粗轧与精轧都是四辊轧机。

轧钢机选择的主要依据是：车间生产的钢材的钢种，产品品种和规格，生产规模的大小

以及由此确定的产品生产工艺过程，对轧钢车间设计而言，轧钢机选择的主要内容是:确定

轧钢机的结构形式，主要技术参数,选用轧钢机的架数以及布置形式。

在选择轧钢机时一般要注意考虑以下各项原则：

在满足产品方案的前提下,使当前轧钢机组成合理，布置紧凑或为控制轧制及增加轧机

留有余地；

粗精轧轧制节奏时间接近相等，有较高的生产效率和设备利用系数；

选择轧机能力和电机能力较大,保证大纲内产品生产顺利，易于控制操作，并获得质量

良好的产品，也为更难品种生产留有余地;

备品备件更换容易，并利于实现备品备件的标准化(如精轧前四架一样）；

禁绝使用不成熟技术.

下面比较几种轧制工艺：

（1）常规连轧工艺

常规连轧工艺通常是采用200~250mm厚板坯为原料,经过多机架连轧出1。25～25mm

厚成品板带。常规连轧工艺又可分为全连轧工艺、3/4连轧工艺、半连轧工艺和炉卷工艺几

种，目前以3/4连轧和半连轧工艺居多.常规板带轧制工艺已成熟,基本上实现了计算机在线

控制下的高速化、连续化、大型化和高精度，在控制产品质量上，实现了在线板形、板厚和

板宽的自动控制.这种常规连轧工艺经济规模多在200～400万t/a。其优势是生产规格灵活、

适应面广、高质量、高产量、多品种，但设备投资大。

（2)薄板坯连铸+连轧工艺

这种工艺在生产周期短、轧线占地少、减少投资，普钢带卷生产成本比常规工艺更有优

势,一直得到世界钢铁界普遍关注,特别是美国的纽柯公司的薄板坯连铸连轧生产线1989年

投产以来，在世界上掀起了采用新工艺热潮，标志板带生产工艺进入又一崭新阶段，但该工

艺吨钢投资比并不少，而且对钢水要求很高，浇铸钢种有限,本质细晶粒，适合超细晶钢类

的产品生产，不适合用作冷轧的原料。压缩比小，许多钢种、规格受到限制。

（3）直接铸轧成成品宽带钢工艺

本工艺是由日本金属与德国克虏伯公司联合开发成功的，1993年在日本新日铁光厂正

式投产。其采用电炉钢水直接铸轧成1.6～5mm（厚）×800～1220mm(宽）带钢，代替常规

连轧工艺。该工艺已铸轧出SUS-304不锈钢带及低碳钢带，用这种工艺生产的带钢既可作

为成品销售,据报道可作为冷轧原料。

（4)采用常规连铸坯的紧凑式热轧带钢工艺(SCHSM)

本设计按照任务书要求，采用240mm厚连铸坯为原料，生产1.2mm以上厚度、卷重

30t钢带,它可以生产全部钢种。

3.1。1道次选择

为简化连铸生产,前面已经选择单一坯料（厚度240mm），由产品大纲已确定的典型厚

度（1.5mm),本设计中间坯取20mm,可得粗轧延伸系数



如下：

粗轧

49.1

p

，

n0

F/F



=240/20=12

粗轧道次，确定粗轧道次为6道次。

精轧

45.1

p

，

n0

F/F



=20/1。5=13。33

精轧道次，确定精轧道次为7道。

3。1。2立辊选择

由于连铸坯宽度不易改动，但产品宽度要求有些不同.为能少量控制坯料宽度，在粗轧

之前一般配置立辊轧机E1进行侧边压下。E1安装在R1粗轧机身前面，配有液压缸,主要用

与控制宽度和边部质量加工,主要参数如下

宽度压下量：最大50mm(25mm/边)

轧制力:最大300吨

7

log

log



p

n





2.6

log

log



p

n





轧制速度：最大22r/min

主传动电机：2—AC88Kw*0—150r/min成对的水平电机

轧辊开口度：最大1600mm，最小800mm

轧辊调整速度:通过液压缸调整，30mm/s

轧辊调整装置：四个液压缸驱动

轧辊：最大φ764mm，最小φ680mm，辊身长φ500mm：立辊压下小，延伸极少，主

图3粗轧机组轧制六道次的典型布置形式

要是边端双鼓形.故延伸计算时不予考虑。

3。1。3粗轧轧机

（1)全连续式

全连续式轧机粗轧机由5～6个机架组成，每架轧制一道，全部为不可逆式，大都采用

交流电机传动。这种轧机产量可高达400～600万t／年，适合于大批量单一品种生产，操作

简单,维护方便，但设备多，投资大，轧制流程线或厂房长度增大。粗轧机组的利用率不是

很高，或者说粗轧机生产能力与精轧机组不相平衡。

（2）半连续式

半连续式轧机有两种形式：图3（c）粗轧机组由一架不可逆式二辊破鳞机架和一架可

逆式四辊机架组成，主要用于单一生产成卷带钢。由于二辊轧机破鳞效果差，故现在已经很

少采用。图3（d）粗轧机组是由两架可逆式轧机组成，主要用于复合半连续轧机,设有中厚

板加工线设备，既生产板卷，又生产中厚板。这样半连续式轧板粗轧阶段道次可灵活调整，

设备和投资都较少,故使用于产量要求不高，品种范围又广的情况。但是经实践证明，这种

形式轧出的中间坯有一定的缺点，不能很好的保证中间坯的厚度和凸度。

（3)3／4连续式

为了充分利用粗轧机，同时也为了减少设备和厂房面积，节约投资,而广泛发展了一种

3／4连续式新布置形式,它是在粗轧机组内设置l～2架可逆式轧机,把粗轧机由六架缩减为

四架。对绝大多数产品，轧机的薄弱环节不是在粗轧机组，3／4连轧机已能够满足精轧能

力的要求。3／4连轧机的可逆式轧机可以放在第二架，也可以放在第一架，前者优点是大

部分铁皮已在前面除去，使辊面和板面质量好些,但第二架四辊可逆轧机的换辊次数比第一

架二辊可逆式要多二倍。这种形式最大的优点就是后边的两架四辊轧机,这两架轧机很好的

控制了中间坯的参数.使中间坯的厚度，凸度等重要的指标得到了很大的改观.轧机所需设备

少，厂房短，总的建设投资要少5％一6％,生产灵活性也稍大些，但可逆式机架的操作维修

要复杂些，耗电量也大些。对于年产300万t左右规模的带钢厂，采用3／4连轧机一般较

为适宜。

（4)两架独立可逆四辊轧机

本次设计的形式属于半连续式,与上图不同的是都是四辊可逆轧机，随着制造轧机技术

的提高,本设计的第一轧机的作用相当与3/4连轧中的二辊轧机和四辊轧机,先对板坯进行大

压下.后边的轧机则是控制中间坯的厚度，凸度等。为后边精轧减轻了负担.有足够的能力轧

出板形，凸度要求很高的汽车板用钢。本设计的粗轧机，驱动主要由调速电机，减速机齿轮

机座及轧钢机接轴构成。

两架粗轧机参数一样,粗轧机详细资料

R1四辊轧机

用途：按工艺要求将板坯轧制成规定厚度的中间坯。

技术参数

型式：四辊可逆式轧机,轧机压下采用电动压下+液压AGC

最大轧制压力：55000kN

轧机最大开口度:270mm

工作辊直径：Ф1200

工作辊辊身长度：1700mm

肖氏硬度：HS69-75

支撑辊直径：Ф1550

支撑辊辊身长度：1700mm

肖氏硬度：HS65-71

最大轧制力矩：2×3715.7kN*m(2。5倍过载)

主电机：N＝9500kW，AC，二台

轧制速度:1/5.34m/s

3。1。4精轧机机组的选择

当今新型热带轧机主要有：HC轧机、CVC轧机、PC轧机等.现在介绍如下:

1。HC轧机（HighCrownControlMill）

HC轧机为高性能板形控制轧机的简称，是日立公司研制的一种新型六辊轧机,它是在普

通四辊轧机的基础上增加两个可轴向移动的中间辊其出发点是为了改善或消除四辊轧机中

工作辊和支撑辊之间有害的接触部分.HC轧机利用轧辊轴向串动装置，就能适应带钢宽度变

化的要求，使辊身接触长度作相应的改变。

HC轧机的主要特点:

1）具有大的刚度稳定性。

2)HC轧机具有很好的控制性。

3)HC轧机由于上述特点因而可以显著提高带钢的平直度，可以减少板、带钢边部变薄

及裂边部分的宽度，减少切边损失。

4)压下量由于不受板形限制而可适当提高.

2。CVC（ContinuouslyVariableCrown)轧机

CVC轧机是SMS公司在HCW轧机的基础上于1982年研制成功的。近年来广为采用

的CVC轧机是德国技术和其他国家专利的结合物，它被世界各国认为是一个能对辊型进行

连续调整的理想设备.CVC辊和弯辊装置配合使用可调辊缝达600微米。CVC精轧机组的配

置一般是,前几个机架采用CVC辊主要控制凸度，后几个机架采用CVC辊主要控制平直度.

CVC的基本原理是：将工作辊辊身沿轴线方向一半削成凸辊型，另一半削成凹辊型,整

个辊身成S型或花瓶式轧辊，并将上下工作辊对称布置，通过轴向对称分别移动上下工作

辊，以改变所组成的孔型，从而控制带钢的横断面形状而达到所要求的板形.(调节带钢凸度

的原理图如下）

图4CVC轧制原理图

CVC轧机有很多优点：板凸度控制能力强，轧机结构简单,易改造，能实现自由轧制，

操作方便，投资较少.

CVC轧机的缺点是:轧辊形状复杂、特殊、磨削要求精度高，而且困难，必须配备专

门的磨床；无边部减薄功能，带钢易出现蛇形现象。此外随着轧辊窜动，热辊型及磨损辊型

亦将窜动。

（PairedCrosdMill）轧机

PC轧机为轧辊成对交叉轧机，其工作原理是相互平行的上工作辊,上支承轴中心线与相

互平行的下工作辊，下支承辊轴中心线的交叉成一定角度，这一角度等同于工作辊凸度。

PC轧机的缺点：轧机牌坊加工复杂，开出四个螺母孔，减少轧机立柱刚度。轴承座由

牌坊窗口平面约束变成螺丝端头点接触，在高压高速时稳定性下降.轧制结构复杂，轴向力

大(达到轧制力的8％～10％）将使轴承寿命缩短，使维护工作量加大。而且轧制结构复杂,

轴向力大（达到轧制力的8％～10％）将使轴承寿命缩短,使维护工作量加大，

鉴于以上比较，本设计为：六架四辊精轧机纵向排列，间距为6m；F1~F3为CVC轧机，

F1～F7均有正弯辊系统。所有机架均设有AGC系统；工作辊轴承为四列圆锥滚动；平衡快

中安装工作辊平衡缸。支撑辊采用油膜轴承并有静压系统；轧机工作侧工作辊轴承座配有加

紧装置，用于保证轧制过程中辊系的稳定，为了保证轧制线水平，上下支撑辊轴承座上（下

部)装有调整垫进行补偿。F6～F7装有ORG系统用于工作辊表面的磨削;轧机进出口安装有

上下导板及卫板；为保证带钢平稳输送F7轧机出口安装有机架辊。轧机出口侧均安装冷却

水管，工艺润滑装在进口上下刮水板架上，除尘喷水安装在每个机架的出口侧。

精轧机组：

型式:七架，四辊不可逆式带钢连轧机组

板形控制方式:CVC轧机＋工作辊弯辊＋工作辊窜辊

轧辊尺寸：

工作辊：（F1～F3)850/765mm（直径）×1700mm（辊身长度)

（F4～F6）760/685mm（直径)×1700mm（辊身长度）

材质：高铬合金铸铁

肖氏硬度：HS70—75

支撑辊:1600/1440mm（直径）×1700mm（辊身长度）

材质：锻钢

肖氏硬度：HS65～71

轧制力：F1~F340000kN

F4～F640000kN

开口度：50mm(最大辊径时)

工作辊窜辊行程：±150mm

工作辊弯辊：1500kN（F1～F7)

主电机:

F1AC9500kW×150/340r/min

F2AC9500kW×150/340r/min

F3AC9500kW×150/340r/min

F4AC8500kW×250/520r/min

F5AC8500kW×300/650r/min

F6AC8500kW×300/650r/min

F7AC8500kW×300/650r/min

AGC液压缸：

机架F1-F7

AGC液压缸：2套/机架

AGC力：19.6MN(2000t/液压缸)

液压缸内径×有效行程及压力：1000mm×265mm最大30。9MPa（315kg/cm2）

液压缸速度：约3mm/s

传感器:磁尺(2套/液压缸)

2。1.5热卷箱的选择

热连轧带钢生产线过长导致投资增加、坯料头尾温差过大致使带钢产生增厚飘移等问题

一直困扰着粗轧可逆的热连轧带钢生产。热卷箱技术在上世纪70年代在国外兴起。

热卷箱技术可以解决热连轧带钢生产线上中间坯头尾温差过大导致成品带钢全长机械

性能不均和厚度不一致的问题，并且可以缩短辊道而节约大量的投资。在热连轧带钢生产线

上采用热卷箱技术是目前世界范围内实现短流程轧制工艺的一种投资少、起点高、见效快的

最佳方案。

钢卷无芯移送式热卷箱是热卷箱的最新技术，由于其技术含量高，世界上只有德国、日

本等少数几个国家能设计生产,中国只能依赖进口，阻碍这一技术在国内的推广。2001年，

中第二重型机械厂成功研制出钢卷无芯移送式热卷箱技术。该技术产品综合性能已达到当代

国际先进水平，比相同性能的进口设备价格低30％～40%,具有较大的价格优势和市场竞争

力。

本次设计的热卷箱和鞍钢1700生产线的一样，其主要工艺参数如下表:

表4热卷箱基本工艺参数

带坯厚

度

带坯宽度带卷重量单位宽度

卷重

入口带坯

温度

带卷

内径

带卷外径卷取速

度

反开卷

取速度

/mm/mm/t/kg

1mm/℃/mm/mm/m

1s/m

1s

20-30900—

1500

4.86-33.005.5—17。

4

900—

1100

1601250-19502.5-5.50-2。5

热卷箱设备组成如下：

（1）入口和出口侧导板。用于对中进出热卷箱带坯的头部和尾部，防止带坯跑偏。

(2)进口导槽。由1个顶部入口导板，1个顶槽导板和2个入口导辊组成.当进口导槽枢轴上

升时，其接受R轧机运来的带坯头部并将其引入热卷箱内进行卷取。当枢轴下降时，带坯

以直通方式进入精轧机组。

（3)弯曲辊。由2个上弯曲辊和1个下弯曲辊构成。通过对其辊缝调节，形成不同厚度

带坯的曲率和钢卷内径。

（4）卷取站。由成型辊、1＃托卷辊和2个侧导板构成。1＃托卷辊经翻转臂翻转得到提

升，与成型辊一起为带坯提供一个套状空间,使带坯形成卷形。经过弯曲辊作用后的弯曲板

坯，进入套状空间且自身缠绕形成带卷。

（5）开卷站.由起落臂(位置调整)、插入臂（压力调整）、2#托卷辊、移送臂及侧导板构

成。

（6）夹送辊。位于开卷站之后切头飞剪之前.热卷箱反开卷后带坯经其平整后，通过切

头飞剪送入精轧机组轧制。

热卷箱的主要优点详细如下:

（1）减小中间坯温降,均匀带坯头尾温差热卷箱对中间坯有明显保温作用，中间坯温

降速度由原来的1。7℃／s减少到0.06℃／s.若热卷箱不投入运行,成品厚度越薄,中间坯的头

尾温差越大。

（2）改善除鳞效果，提高产品质量热卷箱在卷取和反开卷过程中，可使粗轧阶段产生

的二次氧化铁皮得以疏松，大块氧化铁皮从带坯表面脱落，实际上，采用热卷箱可以起到机

械除鳞作用，显著增强了精轧机组前除鳞箱的使用效果.

采用热卷箱后，精轧机组开轧温度和终轧温度得到有效控制，仅用前馈方式即可得到较

高的卷取温度控制精度，带钢全长可获得均匀珠光体组织，性能废品率由原来的0.8％下降

到0。3％。

此外，热卷箱的投入，使精轧温度变化小，轧制状态稳定，带钢外形尺寸得到良好控制，

在轧制2。0mm厚带钢时，除了带钢头部5m，由于穿带建立张力引起的偏厚0.15mm，以及

带钢尾部8m，由于抛钢降速和失去张力引起的偏厚0.10～0.20mm外，其余部分通板差均控

制在0。05mm以内，大大提高了产品质量。

（3）节约能源，降低生产成本采用热卷箱后，减少了中间坯热量的散失，且使带坯头

尾温度均匀，出炉温度由通常的1250℃可降至1150～1200℃，降低煤气消耗3％～5％。

采用热卷箱后，精轧机组的轧制能耗显著降低，可实现等温恒速轧制.

（4）节约工程投资。缩短工艺流程采用热卷箱后,可缩短粗轧机组与精轧机组间距40～

70m,节约工程投资0.5％～3.0％，尤其适合于旧有热轧生产线的改造。

(5）延长事故处理时间，提高成材率热卷箱可起到缓冲作用，延长精轧及卷板后部工

序事故处理时间,降低了中间废品率。实践证明,中间坯在热卷箱中放置3～5min即可进行正

常轧制;放置5~8min，切去外层几圈后仍可进行轧制.

采用热卷箱，中间坯头尾温差减小，切头切尾量减少，综合成材率可提高0.2％～0.5%。

图5热卷箱结构示意图

1—支撑辊；2-托辊；3—弯曲辊；4-推杆

4典型产品的压下规程设计和辊型设计

4。1压下规程设计

板、带轧制压下规程是轧制速度的基本核心内容，直接关系着轧钢机的产量和产品的

质量。压下规程的中心内容就是确定出由一定的板坯轧成所要求的成品的变形制度，也就是

确定轧制方法、轧制道次和每道压下量的大小，在实际操作中就是要确定各道次压下螺丝的

升降位置,也就是辊缝的开度。与此相关联的，还要涉及到各道次的轧制速度、轧制温度及

前后张力制度的确定及原料尺寸的合理选择，因而广义的来说，压下规程的制定也应当包括

这些内容。

制定压下规程的方法很多，一般可以包括为理论方法和经验方法两大类。理论方法就

是从充分满足前述制定轧制规程的原则要求出发，按预设的条件通过理论计算或图表方法，

以求最佳的轧制规程。这当然是理想的和科学的方法.但是,在实际生产中由于变化的因素太

多，特别是温度条件的变化很难预测和控制，因此虽事先按理想条件经理论计算确定了压下

规程，但在实际中往往并不可能实现。因而在人工操作时就只能按照实际变化的具体情况,

凭操作人员的经验随机应变地处理。这就是说，在人工操作条件下,即使花费很大力气把合

理压下规程制定出来了,却也不可能按理想的条件得到实现.只有在全面计算机控制的现代化

轧钢机上，才有可能根据具体变化的情况，从上述原则和要求出发，对压下规程进行在线理

论计算和控制。

通常在板带生产中指定压下规程的方法和步骤:

(1）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绝对

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；

（2）制定速度制度,计算轧制时间并确定各道次轧制温度；

（3）计算轧制力、轧制力矩及总传动力矩;

（4）校验轧辊等部件的强度和电机功率；

（5）按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进。

4.1。1坯料尺寸

本设计为热轧带钢生产线，坯料规格如下：

板坯厚度:240mm

板坯宽度:900～1500mm

板坯长度：12m

4。1。2粗精轧机组压下量分配

（1）粗轧机的压下量分配的基本原则

根据板坯尺寸、轧机架数、轧制速度以及产品厚度等合理确定粗轧机组总变形量及各道

次压下量，其基本原则是：

1）由于在粗轧机组上轧制时，轧件温度高、塑性好、厚度较大，故应尽量利用此有利

条件采用大压下量轧制。考虑到粗轧机组与精轧机组之间的轧制节奏和负荷上的平衡，粗轧

机组变形量一般要占总变形量的70～80％。粗轧机组道次最大压下量主要受轧辊强度的限

制。

2)为保证精轧机组的终轧温度应尽可能提高粗轧机组轧出的带坯温度。因此一方面应尽

可能提高开轧温度，另一方面尽可能减少粗轧道次和提高粗轧速度,以缩短延续时间，减少

轧件的温降。

3）为简化精轧机组的调整,粗轧机组轧出的板厚的范围应尽可能小，并且不同厚度的数

目也应尽可能减少.

（2）精轧机的压下量分配的基本原则

精轧机组的主要变形是在5、6、7架连轧机上将粗轧带坯轧制成板形、尺寸符合要求的

成品带钢，并且需要保证带钢的表面质量和终轧温度。精轧机连轧机组的压下量基本分配原

则：一般也是利用高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几架,在后几架轧机上为了保证

板形、厚度精度及表面质量，压下量逐渐减小。为保证带钢机械性能防止晶粒过度长大，终

轧即最后一架压下率不低于10%，此外，压下量分配应尽可能简化精轧机组的调整和使轧制

力及轧制功率不超过允许值。

依据以上原则精轧机逐架压下量的分配规律为：F1可以留有余量，即考虑到带坯厚度

的可能波动和可能产生咬入困难等，使压下量略小于设备允许的最大压下量,中间几架为了

充分利用设备能力，尽可能给以大的压下量轧制；以后各架，随着轧件温度降低、变形抗力

增大，应逐渐减小压下量;为控制带钢的板形，厚度精度及性能质量，最后一架的压下量一

般在10～15％左右。精轧机的总压下量一般占全部的10～30％。此外，也要参考现场生产的

资料数据。

(3）压下量的计算

粗轧机组各道次压下量如下

表5

轧制道次R1R2R3R4R5R6

相对压下率（％）22.932.440403728.6

压下量(h/mm)55605030178

出口厚度（H/mm）820

精轧机组各道次压下量如下

表6

轧制道次F1F2F3F4F5F6F7

相对压下率(％）3542.34033。326。722.711。8

压下量（h/mm)75。531。50.80。50。2

出口厚度(H/mm）137.54.532。21。71。5

4。1.3咬入能力校核

热轧带钢时候咬入角一般为15度到22度，低速咬入时候可以取20度。按

)cos1(

max

Dh

公式，仅校验粗轧第二架为α咬入角18.2度。咬入没有问题

4。1。4确定速度制度

由于板坯较长，为操作方便,根据经验资料，第一道速度可取1.5m/s，由于粗轧6个道

次，轧制以后道次时轧件的延长很大,这样温降很大，所以适当加大轧制速度。

2）粗轧延续时间

表7粗轧轧制时间

道次

（粗轧)

轧后厚度

240mm

压下量Δh

mm

轧制速度

m/s

轧制时间

s

1185551.58

2125602.07.75

375502。59。2

445303.012。8

528173。518.6

62084.025。5

时间间隔取3s，两架粗轧机的距离为105m，第三四道次之间的时间为（105-38.4)/5=13,

轧制时间为3*4+8+7.75+9。2+12.8+18.6+25。5+13.3=107.15s

（3）精轧速度制度的确定

确定精轧速度制度包括：末架的穿带速度和最大轧制速度;计算各架速度及调速范围；

选择加减速度等.

精轧末架的轧制速度决定着轧机的产量和技术水平。确定末架轧制速度时,应考虑保证

各主要设备和辅助设备生产能力的平衡;轧制带钢的厚度及钢种等，一般薄带钢为保证终轧

温度而用高的轧制速度；轧制宽度大及钢质硬的带钢时，应采用低的轧制速度。本设计把终

轧速度设定为25m/s。

其他各架轧制速度的确定：

当精轧机末架轧制速度确定后，根据连轧条件—秒流量相等的原则,根据各架轧机出口

速度和前滑值求出各架轧制速度.即由

Cvhvhvh

nn



2211

…………………………………（1）

速度的计算：

已预设末架出口速度为25m/s由经验向前依次减小以保持微张力轧制（依据经验设前一

架出口速度为后一架入口速度的95%）依据秒流量相等得:

smHhVV

hH

/1.227.1/5.125/

7777

………………………(2）

smVV

Hh

/0.211.2295.095.0

76

.……………………………(3）

根据以上公式可依次计算得:

表8

道次F1F2F3F4F5F6F7

VH（m/s）1。42.247。111。316.222。1

Vh（m/s)2.13.86。710。715。421.025

（4)精轧机组轧制延续时间

精轧机组间机架间距为6米，各道次纯轧时间为T

zh

=(240mm×12m）/（1。5mm×25m/s）

=76.8s

间隙时间分别为t

12

=6/2.1=2。86s；t

23

=6/3。8=1.58s;t

34

=6/6。7=0.90s；t

45

=6/10。7=0。

56s；t

56

=6/15.4=0.39s;t

67

=6/21。0=0。29s。

则精轧总延续时间为：

stT

jzh

38.83………………………………………（4）

各架轧机的速度的确定除应满足连轧关系外，还应具有较大的调速范围，以满足不同

品种的要求.（由末架轧制速度的两个极限值按秒流量相等推算出各架转速再乘以一系数即

可得出各架的调速范围。）由经验数据可知末架极限速度为7。6m/s～30m/s，系数为1。2.计

算得精轧机组调速范围为:

表9

道次F1F2F3F4F5F6F7

速度范围

（m/s）

1。2～22~5.343。0～8.04。5～

14.0

6。0～

19.0

7.56～

27.0

7。6～36

4。1.5轧制温度的确定

（1）粗轧温度的确定

为了确定各道次轧制温度，必须求出逐道次的温度降。高温轧制时轧件温度降可以按

辐射散热计算，而认为对流和传导所散失的热量可大致与变形功所转化的热量相抵消.由于

辐射散热所引起的温度降在热轧板带时可按下式计算：

…………………………………………（5）

式中

Z——辐射时间即该道次轧制延续时间

1

T

——前一道的绝对温度

h——前一道的轧出厚度

由于轧件头部和尾部温度降不同，为设备安全考虑，确定各道次温度降时以尾部为准。

根据板坯加热温度定为1200℃,出炉温度降取为1180℃，粗轧前高压水除磷温度降为20℃，

故确定开轧温度为1160℃，带入公式依次得各道次轧制温度：

表10

道次R1R2R3R4R5R6

T（℃）31

（2)精轧机组温度确定

4

1)

1000

(9.12

T

h

Z

t

粗轧完得中间板坯经过一段中间辊道进入热卷取箱，再经过飞剪、除鳞机后,才进入精

轧取中间辊道和热卷箱温降为30℃,高压水除鳞温降30℃，所以进精轧的温度为：T1=1061

—60=1001℃，大约1000℃。

)1(0

0



i

ih

h

Ctt，

n

nn

hh

htt

C







0

0

)(

………………………………………（6）

式中：t

0

h

0

——精轧前轧件的温度与厚度

t

n

h

n

-—精轧后轧件的温度与厚度

本设计取终轧温度为850℃,带入数据可得精轧机组轧制温度：

表11

道次F1F2F3F4F5F6F7

T/℃993981852

4.1。6轧制压力的计算

（1)粗轧段轧制力计算

粗轧段轧制力根据公式：pBlP计算

A、求各道次的变形抗力：变形抗力由各道次的变形速度、变形程度、变形温度共同决

定。

变形速度按下式计算：

)/(/2hHRhv………………………………………………………（7)

式中:R、v——轧辊半径及线速度。

把参数带入得：

表12

参

数

R1R2R3R4R5R6F1F2F3F4F5F6F7

V

m/s

1.52.02.53.03。54。02。13.86.710。

7

15.421.025

T/

℃

115

8

115

4

114

3

113

4

110

9

106

1

993981852

ε

/％

22。

9

32。

4

40403728。

6

3542.34033.326.722.711。

8

H/

mm

25820137。54.532.21。7

H/

mm

82

0

137.54.532.21.71.5

s



/Mp

a

6772167185

B、计算各道的平均单位压力：根据经验数据可取应力状态影响系数η=0.75+0.25l/h,

其中h为变形区轧件平均厚度，l为变形区长度，单位压力大时(20×107）应考虑轧辊弹性压

扁的影响,因为粗轧时变形抗力不会超过这一值,故可不计算压扁影响，此时变形区长度

hRl。则平均单位压力为：

)25.075.0(15.1

h

l

p

s

……………………………………………（8）

将数据带入公式可得到各道次轧制力。

表13

道次R1R2R3R4R5R6

轧制力

（KN）

2321819

（2)精轧段轧制力的计算

目前普遍公认的最适合于热轧带钢轧制力模型的理论公式:SIMIS公式：

TP

LcKKBQP………………………………………………(9）

式中:P—-轧制力N；

B——轧件宽度mm

Q

p

——考虑接触弧上摩擦力造成应力状态的影响系数；

Lc——考虑压扁后的轧辊与轧件接触弧的水平投影长度mm;

K—-决定金属材料化学成分以及变形的物理条件——变形温度、变形速度及变形程

度的金属变形阻力K=1.15

s

,Mp；

KT——前后张力对轧制力的影响系数；

由以上公式可知平均单位压力：

Tp

KKQp

1、计算

p

Q

时用西姆斯公式的简化公式克林特里公式

志田茂公式

m

c

pH

L

Q27.075.0………………………………（10）

式中：

2

hH

H

m





2、K可以按照粗轧时的计算方法计算,数据如前表

3、K

T

按下式计算

K

Kfb

T

)1(

1



…………………………………（11)

因为前张力对轧制力的影响后张力小，所以a＞0.5，本设计中取a=0。7，前后张力均取

3Mp.

1）接触弧投影长度计算

一般以为接触弧长度水平投影长度为：

R

h

Lc



…………………………………………………(12)

当考虑到轧辊受到很大的轧制力时轧辊将压扁则接触弧水平投影长度将为

2

2

2)(

)1(8

)(Rpmh

E

p

RpmhpmRLc









………………(13）

式中:

p-—接触弧上的平均单位压力

——泊松系数，E—-弹性模量

对钢轧辊，弹性模量E=2。1×105Mp;泊松系数



=0。3；因此m=1.1×105Mp，将各道

次参数输入可得精轧各道次轧制力。

表14

道次F1F2F3F4F5F6F7

轧制力

（KN）

2312034805

4.1.7计算传动力矩

（1）轧制力矩按下式计算

hRPM

z



1

2……………。…………………………（14）

式中

——合力作用点位置系数(或力臂系数），中薄板一般取0。3~0.5，粗轧道次取

大值，随轧件的变薄则取小值。各道次的轧制力矩值在下表:

表15（

mMN

）

道次1234567

粗轧3。764。724。903。562.501。50

精轧1.141。220.850。430。210.140。036

（2）传动工作辊所需要的精力矩,除轧制力矩外，还有附加摩擦力矩

m

M，它由以下两

部分组成,即

21mmm

MMM，其中

1m

M在四辊轧机可近似的由下式计算:



















z

g

zmD

D

PfdM

1

……………………。...。。.。..。.。.....。.(15）

式中

f——支撑辊轴承的摩擦系数，取f=0。005；

z

d

-—支撑辊辊颈直径，对于粗轧机：

z

d=1100mm；对于精轧机：

z

d=1000mm.

g

D

、

z

D——工作辊及支撑辊直径，对于粗轧机：

g

D

=1200mm,

z

D=1550mm

对于精轧机：

g

D

=850mm，760mm，

z

D=1600mm。

带入后求得：粗轧机：

1m

M=0。00426P,精轧机

1m

M=0。00265P，0。00238P

2m

M可由下式计算：

))(1

1

(

12mzm

MMM



……………………………。.。..。....。。。.。(16）

式中：

η——传动效率系数,本轧机无减速机及齿轮座，但接触倾角α≥3。，故可取η=0。94，

故得)(06.0

12mzm

MMM

表16

m

M(mMN)

道次1234567

粗轧0。3210。3900。4210。3300.2560.196

精轧0。1330。1520。1250.0780.0510。0380.014

（3）轧机的空转力矩（

k

M)，根据实际资料可取为电机额定力矩的3％~6％，即粗轧

机：取

k

M=0。15MNm。

精轧机：，取

k

M=0.1MNm.

因此电机轴上的总传动力矩为：

kmz

MMMM…………………………………………………（17）

表17M（

mMN

）

道次1234567

粗轧4.235.265。474。042.911。85

精轧1。371。471.080.610.360。280。15

4.1。8轧辊辊缝和转速的设定

轧钢机在轧制时产生巨大的轧制力，通过轧辊，轴承和压下螺丝最后传递到机架，有

机架来承受。轧钢机上所有的零件都是受力部分，他们在轧制力作用下都要产生弹性变形。

因为这个缘故，轧机受力时轧辊之间的实际间隙要比空载时大。通常我们把轧钢时轧机的辊

缝弹性增大量称为弹跳值.弹跳值是从总的方面来反映轧钢机受力后轧机变形的大小，他是

于轧制力的大小成正比.在相同的轧制力作用下,轧机的弹跳值越小说明轧机的刚性愈好。

有轧机刚性的定义:

f

P

K知，轧机刚性与轧制力和轧机的弹跳值有关，所以如果测

得轧制力及与其对应的弹跳值就可以求得该轧机的刚性系数.弹跳值可以用轧辊压靠法和轧

制法测得。

所以轧出钢板的厚度可以用下式表示：

K

PP

SfSh0

00



……………………………….(18）

轧辊辊缝为：

K

PP

hfhSO





0

………………。………….(19）

本次设计轧机刚度系数取K=8OOt/mm，

O

P＝100t带入数据计算如表(7－14）：

实践证明，在轧制过程中轧件在高度方向上受到压缩的金属，一部分纵向流动，使轧件

延伸，而另一部分金属横向流动使轧件宽展。轧件的延伸是由于被压金属向轧辊入口和出口

两个方向流动的结果。在轧制过程中,轧件的出口速度Vh大于轧辊在该处的线速度V,而轧

件进入速度VH小于轧辊在该处的转速.

中性角γ是决定变形区内金属相对轧辊运动的一个参量.在此轧件运动速度同轧辊线速

度相等。根据关系中性角的简化公式：



















f2

1

2



……………………………。（20）

则轧辊的前滑值为：













1

2

2

h

D

S

h



………………………….（21）

轧辊的转速根据公式：

%100





v

vv

Sh

h

……………………………（22）

带入数据计算得如下表：

表18轧辊转速和辊缝设定

粗轧R1R2R3R4R5R6

辊缝mm182.54122.0271.5841。8025。0317.40

转速r/min23。631。138.245。151.659.6

精轧F1F2F3F4F5F6F7

辊缝mm10.244.111。340.600.350。361。02

转速r/min43.676.7134。4246。9358.5488。8616.2

4。2轧辊辊型设计

板形是热轧带钢质量的一项重要质量指标，直接关系到产品的实物质量.中浪、边浪及

复合浪等板形不良缺陷是热轧带钢，尤其是薄规格产品的主要缺陷之一.热轧板厂近50％的

产品直接供往冷轧厂作为冷轧原料，其规格均较薄,而3。0mm及以下其它薄规格产品也将

近10%，这些产品均需要良好的板形。

在板带钢生产过程中，要求在保证操作稳定的条件下提高产品质量，而带钢板形和尺寸

精度是主要的质量指标，用户在这方面的要求往往超过了国标。在粗轧，因轧件较厚，温度

较高,轧件对不均匀变形的自我补偿能力较强，不必过多考虑板形等问题，但在精轧，尤其

是轧制较薄的带钢时，对不均匀变形的自我补偿能力差，即使是绝对压下量的微小差异也可

能导致相对延伸的显著不均，从而出现浪形和瓢曲。为了保证良好的板形，必须遵循板凸度

一定的原则。为了使轧制稳定，就要求轧制过程中有一定的辊缝凸度，过小的辊缝凸度难以

控制轧件的稳定性,而过大的辊缝凸度,又会造成沿带钢宽度方向上厚度偏差的增大。为了使

轧制过程中保证合适的辊缝凸度，必须合理考虑轧辊的热膨胀、轧辊的磨损、轧辊的弹性压

扁及轧辊的原始凸度。该钢厂精轧机组工作辊为普通四辊轧机，其自身板形调控能力差，为

了保证操作的稳定，提高产品质量,尤其是板形和尺寸精度，就需要进行合理的辊形设计，

合理配置辊型。

从以上分析可知,由于轧制是轧辊的不均匀热膨胀，轧辊的不均匀磨损以及轧辊的弹性

压扁和弹性弯曲，致使空载时原本平直的辊缝在轧制时变的不平直了,致使板带的横向厚度

不均和板形不良。为了补偿因素造成的辊缝形状的变化,需要预先将轧辊车磨成一定的原始

凸度或凹度,赋予辊面以一定的原始形状，使轧辊在受热轧制时，仍能保持平直的辊缝。

在设计新轧辊的辊型曲线(凸度)时,主要是考虑轧辊的不均匀热膨胀和轧辊弹性

弯曲(挠度）的影响。由于轧辊热膨胀所产生的热凸度，在一般情况下与轧辊弹性弯

曲产生的挠度相反,故在辊型设计时，应参照实际凸度，热凸度与挠度共同作用来定

出新辊的凸度（或凹度）曲线。

（1）各架出口凸度的确定

设计中产品板带的成品凸度设为16μm，即δ

12

=16μm。根据比例凸度的概念

可得δ

11

=18。1μm；δ

10

=23。4μm；δ

9

=31.9μm;δ

8

=47.9μm；δ

7

=79。8μm；

δ

6

=138。3μm；δ

5

=212。8μm;

(2）热膨胀热凸度根据实践资料统计，轧辊不均匀热膨胀产生的热凸度曲线,

可近似地按抛物线计算































































22

11

L

x

R

L

x

Ry

tttx……………………………（23)

式中

tx

y——距辊中部为

x

的任意断面上的热凸度；

t

R——辊身中部的热凸度，

L——辊身长度之半；

x

——从辊身中部起到任意断面的距离,在辊身中部

x

=0；在辊身边缘

x

＝L。

轧辊辊身中部的热凸度轧制过程中轧辊的受热和冷却条件沿辐身分布是不均

匀的。在多数场合下，辊身中部的温度高于边部（但有时也会出现相反的情况)，并

且一般在传动侧的辊温稍低于操作例的辊温.在直径方向上辊面与辊心的温度也不

——样，在稳定轧制阶段，辊面的温度较高，但在停轧时由于辊面冷却较快，也会

出现相反的情况。轧辊断面上的这种温度不均使辊径热膨胀值的精确计算很困难。

为了计算方便，一般采用如下的简化公式

TRKRTTKyR

TBZTtt

)(…………（24)

式中

BZ

TT、——辐身中部和边部温度；本设计中取T=50℃

R——轧辊半径；

α--钢辊α可取为13×10-6/℃,铸铁辊α为11．9×10—6/℃；

K

T

-—轧辊材料的线膨胀系数，一般取0。9

将各参数代人公式中得各道次轧辊中间热凸度值为：

表19

架数

R

F1F2F3F4F5F6F7

t

R(mm）

0.32

0。230。230.230。200。200.200。20

粗轧的热凸度太大，修正为0.27。

（3)轧辊挠度曲线由轧制力产生的轧辊挠度曲线,一般可以按抛物线的规律计

算































2

1

L

x

yy

x

……………………………（25）

式中

x

y--距辊身中部为

x

的任意断面的挠度;

y-—辊身中部与边部的挠度差，四辊轧机按以下方法计算

对四辊轧机而言，支撑辊的辊身挠度差可以用上式进行近似计算(在保证D1/D2

与B/L值正确配合的情况下)。长期以来，根据对轧辊挠度的分析，认为当支撑辊直

径与工作辊直径之比值较大时，弯曲力主要由支撑辊承担,故工作辊的挠度也可以近

似地认为与支撑辊的挠度相等.因而就认为辊型设计时可以用支撑辊的辊身挠度差

来代替工作辊的辊身挠度差.但是实际上这样做是不正确的。理论和实验都表明，轧

制时工作辊的实际挠度比支撑辊大得多.这主要是因为工作辊与支撑辊之间存在有

弹性压扁变形，结果使位于板宽范围之外的那一部分工作辊受到支撑辊的悬臂弯曲

作用,从而大大地增加了工作根本身的挠度。轧件的挠度愈小，工作辊的挠度便愈大。

因此,在进行辊型设计时，若不考虑工作辊这一弹性变形特点,而仅凭支撑辊辊身挠度

差的计算来处理问题，其结果必然与实际不符。亦即四辊轧机工作辊的弯曲挠度不

仅取决于支撑辊的弯曲挠度，而且也取决于支撑辊和工作辊之间的不均匀弹性原扁

所引起的挠度.如果支撑辊和工作辊辊型的凸度均为零，则工作辊的挠度为：

y

fff

21

…………………………………………（26)

式中

1

f—-工作辊的弯曲挠度;

2

f一一支拌辊的弯曲挠度;

y

f—一支撑辊和工作辊间不均匀弹性压扁所引起的挠度差

根据有关资料介绍，工作辊挠度计算公式为

1

f=K

w1

P………………………………………………（27)

K

w1

=(A

0

+φ

1

B

0

)/［Lβ（1+φ

1

)………………………（28)

支撑辊的挠度计算公式为：

2

f=K

w2

P……………………………………………（29）

K

w2

=（A

0

φ

2

+B

0

）/［Lβ（Hφ

2

）]………………………(30)

式中

P—-轧制力；

K

w1

——工作辊柔度;

K

w2

——

-

支撑辊柔度；

φ

1

φ

2

系数，可按下式计算：

φ

1

=(1。1n

1

+3n

2

ζ+18β)/(1.1+3ζ)

φ

2

=(1.1n

1

+3ζ+18βK)/(1.1n

1

+3n

2

ζ）

A

0

=n

1

(a/L—7/12）+n

2

ζ………………………(31)

B

0

=(3—4u2+u3)/12+ζ(1-u）(u=b/L）……………………（32）

这里

a——两压下螺丝中心距；

L——辊身长度；

b——轧件宽度。B=1500mm

n

1

=E

1

/E

2

(D

1

/D

2

）4=0.773（D

1

/D

2

）4

n

2

=G

1

/G

2

（D

1

/D

2

）4=0.864(D

1

/D

2

)4

ζ=kE

1

/(4G

1

）（D

1

/L)2=0.674(D

1

/L)2

β=πE/2(D

1

/L）4=26700(D

1

/L)4

将各参数代入公式可计算得：

精轧可表示为

表20

参数F1F2F3F4F5F6F7

1

f

mm

0。5560。6790.6340.5780。4520.3360。138

（4）凸度分配

本设计所用弯辊为正弯辊,弯辊力为0－200吨，调整范围为0—0.08mm将其初

始力定位100吨，即凸度为0。04mm。CVC的原始凸度为0.25mm,横移范围为-100

—+100mm，可变范围为0-0.5mm，计算横移量可按简单的线性关系。磨损凸度假定

为0。03mm.

根据以下公式对精轧凸度进行分配：

实际凸度=挠度-弯辊—热凸度—磨损凸度—原始凸度—（CVC凸度）+轧前凸

度

表21

参数F1F2F3F4F5F6F7

挠度0。5560.6790.6340.5780。4520。3360.138

弯辊0.040.040。040.040.040.040.04

弯辊0-0。080-0。080—0。080—0。0—0-0.080-0。

热0。230.230.230.20.20.20.2

磨损0。030.030.030。030。030。030.03

原始0。250。430。390。3240。1910.071—0。

CVC0。0810。1870.116

CVC

横移

上右32。4上右74.8上右46。4

下左32。4下左74.8下左46.4

轧前0.2130.1380.080.0480.0320。0230.018

实际0。1380.080。0480.0320.0230。0180.016

粗轧的凸度不能严格地依据比例凸度计算，将经过第一道粗轧后板坯的凸度设

0.3mm，本设计的粗轧机均为平辊，两架均有液压弯辊系统。R2到R6的工作辊挠

度值如下表。

表22

参数R2R3R4R5R6

1

f

mm

0.3260.3730.3500。3260.286

对粗轧凸度进行分配

表23

参数R2R3R4R5R6

挠度0.3260。3730。3500。3260。286

弯辊初0。040。070.060。030。026

弯辊0－0。080－0.080－0。080－0。080－0。08

热0.270。270.270.270。27

磨损0。030。030。030.030.03

轧前0。30。2860。2890.2790。253

实际0.2860。2890。2790.2530.213

5轧制图表与年产量计算

5。1轧制图表

5.1.1研究轧制图表的意义

轧机的工作图表，或称轧制图表是研究和分析轧制过程的工具.在轧制图表中表示了轧

制过程中道次与时间的关系。通过对这些关系的研究与分析可以清楚地看到:轧件在轧制过

程中所用的轧制时间、各道次之间的间隙时间、轧制一根钢机组所需要的总的延续时间和轧

制过程小轧件交叉轧制的情况、轧件在任一时间所处的位置等等.

轧制是整个轧钢生产过程的核心，坯料通过轧制工序完成变形过程。因此，轧制过程的

安排是否合理,不仅对产品产量,质量由决定性影响，而且对整个车间的各个方面均起很重要

的作用。为此，研究和分析轧制过程的合理性历来是轧钢工作者所关心的课题。

轧制图表在轧钢生产过程中的作用归结起来主要是以下几点:

1)分析与研究轧钢机工作情况，找出工序间的薄弱环节，以利于改进，使轧制过程趋于

合理；

2）准确计算轧制时间，同时轧钢时的交叉时间，各工序之间配合的时间以及轧制节奏

时间等，用以计算轧钢机的产量;

3）计算轧制过程中轧辊、机架等所承受的轧制压力和核算电动机传动轧机所承受的负

荷情况.

5。1.2轧制图表的基本形式及其特征

轧制图表表示和反映了轧制道次和时间之间的关系。而在轧制图表中所标明的纯轧时

间、间隙时间、轧制节奏时间和轧制总延续时间被称之为四个特征时间.轧机布置方式不同,

轧制产品品种不同,轧制图表形式也不一样，则反映轧制过程的这四个特征时间的变化规律

也不同.从一定意义上讲,研究轧制图表就是研究这四个特征时间的内在联系和它们之间在不

同轧机布置时的变化规律。典型轧机的轧制图表形式如下。

1、连续式轧机的工作图表

连续式布置的轧机轧制图表形式如图6所示。从连续式轧机轧制图表中可以看出这类轧

机的工作图表的特点是:

1)因维持连轧关系的轧机每架只轧一道从保持单位时间内通过各机架的金属流量相等

的原则,各道次纯轧时间相等。即

KTTT

zhnzhzh



21

…………………。…（1）

2)各道次间的间隙时间随各架轧机轧制速度的提高而递减。亦即有如下关系：

jnjj

TTT

21

……………………。。…………(2）

图6连续式布置的轧机工作图表

3)轧制节奏时间则为

ttT

zh

………………………………………(3）

4）轧制总延续时间



jzhz

ttT……………………………………（4）

分析连续式轧机的轧制图表很容易看到,连续式轧机具有短的总延续时间和轧制节奏时

间,这就是为什么连续式轧机具有较高的小时产量和能在一定的加工温度的范围内完成金属

轧制变形的重要原因。

2、本次设计轧制图表

选用半连轧工艺,粗轧为两架六道轧制，精轧由七架连轧，轧制图表如下：

图7轧制图表

5.2轧钢机的产量计算

轧机产量是衡量轧机技术经济效果的一个主要指标，是车间设计中重要的工艺参数。设

计的任务就是发挥轧机的生产能力，使车间建成后在预定的时间内达到和超过设计水平.因

此，轧机生产水平的高低和它实际能达到的能力是衡量设计质量的重要指标。

5.2。1轧钢机小时产量

轧机单位时间内的产量称为轧机的生产率。分别一小时、班、日、月、和年为时间单位

计算。其中，小时产量为常用的生产指标。轧机技术上可能达到的小时产量可用下式计算：

…………………………………………（5)

式中：

A—-轧机小时产量;（吨/小时）

Q—-原料重量(吨）;

T—-节奏时间（秒)。

实际上,再生产过程中，轧机实际能达到的小时产量用下式表示：

………………………………………（6）

式中：K1—-称为轧机利用系数

理论上的轧制节奏时间与轧机实际达到的轧制节奏时间的比值称为轧机利用系数。它反

映了轧机轧制节奏失调的程度，反应了轧机理论小时产量和实际小时产量的差异.

1

K

值的大小很难进行理论上的计算,实际进行轧钢车间设计时对于不同的轧机推荐使

用如下数值：

开坯机：

1

K＝0.85～0。90

成品轧机：

1

K＝0.80～0.85

在计算小时产量时，初轧机、厚板轧机是按原料重量计算的。而型钢、线材、管、钢板

等成品轧机则是按生产合格成品的数量计算的.因此,轧机实际小时产量用下式计算：

………………………………………(7)

Q

T

A

3600



1

3600

QK

T

A

bQK

T

A

1

3600



bQK

T

A

1

3600

式中：b—-成品率（％）。

在一般情况下、轧钢车间各个生产工序的能力应大于轧机的生产能力，故通常即以轧机

的产量代表整个车间的产量。但在个别情况下由于设计考虑不周或生产条件发生变化，车间

其他生产环节的能力不一定大于轧机的生产能，那么此时应以薄弱环节的生产能力代表整个

车间的生产水平,这才符合车间的实际情况。

综上所述:本设计Q=33。7，K

1

=0.85，b=0。85，T=150,

。

550t/h

5。2。2轧机平均小时产量

轧机平均小时产量也称产品综合小时产量，其含义为:在一定时间内，轧制产品的总数

量与生产这些产品所消耗的总时间的比值。计算轧机平均小时产量有两种方法:

1、按轧制品种百分数计算；

2、按劳动量换算系数计算。

本设计采用第一种按轧制品种百分数计算。采用这种方法计算平均小时产量,没考

虑在生产过程中各种产品生产的难易程度。但在与产品方案相近的情况下,其计算数值

还是接近实际的。

平均小时产量公式为：

A

p

=1/（a

1

/A

1

+a

2

/A

2

+a

3

/A

3

+……a

n

/A

n

)………………………（8）

式中

a

1

、a

2

……a

n

-各品种在总产量中的百分数(%）；

A

1

、A

2

……A

n

—各品种小时产量，（t/h）。

代入上式计算得

A

p

=569t/h

5。2.3轧钢车间年产量计算

车间年产量是指一年内轧钢车间各种产品的综合产量，以综合小时产量为基础进行计

算。其计算公式如下：

A=A

p

T

jw

K

2

………………………。.………(9）

式中：

A—车间年产量（t/y）

A

p

—平均小时产量（t/h）

T

jw

—轧机一年内计划工作时数（d），本设计实行连续工作制度的轧机年工作时数：

T

jw

=（365—T

1

—T

2

-T

3

）（24—T

4

）………………………………………（10）

式中：

T

1

—一年中计划大修时间（d），取=30；

T

2

-一年中定期中小修时间（d），取=50;

T

3

—一年计划换辊时间(d）,取=7；

T

4

-每天规定的交接班时间（h），取=0。5。

计算得T

jw

=6533h

K

2

-时间利用系数，时间利用系数K

2

根据统计结果在0.796~0.945范围内根据轧机不

同情况进行选取。本设计取K

2

=0.81。

将前面的数据代入上式计算得：

A=A

p

T

jw

K

2

=569*6533*0.81=301。1万吨

6轧辊强度的校核与电机能力验算

6.1轧辊的强度校核

总的说来，轧辊的破坏决定于各种应力（其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力，由

于温度分布不均或交替变化引起的温度应力以及轧辊制造过程中形成的残余应力等）的综合

影响。具体来说，轧辊的破坏可能由以下三方面的原因造成：

1)轧辊的形状设计不合理或设计强度不够。例如，在额定负荷下轧辊因强度不够而断裂

后因接触疲劳超过许用值，是辊面疲劳剥落等；

2）轧辊的材质、热处理或加工工艺不合要求.例如，轧辊的耐热裂性、耐粘附性及耐磨

性差，材料中有夹杂物或残余应力过大等;

3）轧辊在生产过程中使用不合理。热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时，会因热疲劳

造成辊面热裂；在冬季新换上的冷辊突然进行高负荷热轧，热轧的轧辊骤然冷却,往往会因

温度应力过大，导致轧辊表层剥落甚至断辊;压下量过大或因工艺过程安排不合理造成过负

荷轧制也会造成轧辊破坏等。

由此可见，为防止轧辊破坏，应从设计制造和使用等诸方面去考虑。

设计轧辊时，通常是按工艺给定的轧制负荷和轧辊参数进行强度校核.由于对影响轧辊

强度的各种因素(如温度应力、参与应力、冲击载荷值等）很难准确计算，为此，设计时对

轧辊的弯曲和扭转一般不进行疲劳校核，而是将这些因素的影响纳入轧辊的安全系数中（为

了保护轧机其他重要部件，轧辊的安全系数是轧件各部件中最小的）。为防止四辊板带轧机

轧辊辊面剥落，对工作辊和支撑辊之间的接触应力应该做疲劳校验.

6。1.1支撑辊弯曲强度

四辊轧机的支撑辊直径D

2

与工作辊径D

1

之比一般在1。5～2。9范围之内.显然，支撑

辊的抗弯端面系数较工作辊大的多，即支撑辊有很大的刚性。因此，轧制时的弯曲力矩绝大

部分有支撑辊承担。在计算支撑辊时,通常按承受全部轧制力的情况考虑。由于四辊轧机一

般是工作辊传动,因此，对支撑辊只需计算辊身中部和辊径端面的弯曲应力.

支撑辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见图8；.在轧辊的1—1断面和2-2断面上的弯曲应

力均应满足强度条件，即

11



=Pc1/(0.2d3

1—1

)≤R

b

………………………………………………（1）

2

2



=Pc2/（0。2d3

2-2

）≤R

b

………………………………………………（2）

式中：P—总轧制压力

d

1-1

、d

2-2

—1—1和2—2断面的直径；

c1、c2—1和2—2断面至支反力/2处的距离；

R

b

—许用弯曲应力.

图8轧辊受力图

支撑辊辊身中部3—3断面处弯矩是最大的。若认为轴承反力距离L等于两个压下螺丝

的中心距L

0

，而且把工作辊对支撑辊的压力简化成均布载荷（这时计算误差不超过9～13%），

可得3-3断面的弯矩表达式

M

w

=P(L

0

/4-L/8）…………………………………………………………。..（3）

辊身中部3—3断面的弯曲应力为

33



=P（L

0

-L/2）/(0.4D3

2

）≤R

b

………………………………………（4）

式中的D

2

应以重车后的最小直径代入。

因两架轧机是可逆式轧机，故只需校核每架轧机受力最大的那一道次即可，因粗轧机第

四道次受力最大、精轧机第一道次受力最大,所以我们只校核这两道次的弯曲应力。

本设计取辊颈直径d=1100mm,L=1700mm，c1、c2、r的取值［查<<轧钢机械〉>（修订

版）北京科技大学邹家祥主编P94］，r=0。12d=132，c1=339.5，c2=423.5,d

1—1

=1100，d

2—2

=1550，

上面D

2

重车后的最小直径为：D

2

=1750mm,P=28331KN，把前面的数据代入上式计算：

11



=Pc1/(0。2d3

1-1

）=36.1MPa

2

2



=Pc2/（0。2d3

2-2

）=16.1MPa

33



=P（L

0

-L/2)/(0.4D3

2

）=22。4MPa

本设计支撑辊为合金锻钢Rb=140～150MPa,可见支撑辊的弯曲应力远远小于该许用应

力，故满足要求。

精轧第一架用以上的方法计算得出结论都满足要求.

6.1.2工作辊的扭转强度校核

由于有支撑辊承受弯曲力矩,故工作辊可以只考虑扭转力矩,即仅仅计算传动端的扭转应

力，公式为：

τ=Mk/Wk………………………………………………（5）

式中:

k

M——作用在一个工作辊上的最大传动力矩。

k

W——工作辊传动端的扭转断面系数。

驱动一个工作辊的传动力矩有轧制力矩,工作辊带动支撑辊的力矩和工作辊轴承处的摩

擦力矩组成.

fsP

MMMM

…………………………………（6）

…………………………………（7）

式中：

S——反力对工作辊的力臂。

1



--工作辊轴承处摩擦圆半径。

支撑辊对工作辊的反力为:

)cos(/cosPP

S

…………………………………(8）

式中：

张力轧制的时候轧制压力偏离垂直方向的角度

]2/)arcsin[(PTT

BF



工作辊与支撑辊连心线与垂直线的夹角

)]/(arcsin[

21

RRe

支撑辊与工作辊的反力s

P

作用线与辊工作和支撑辊连心线的夹角

]2/)arcsin[(

2

m

………………………………………（9）

其中：

P——轧制力。

a-—轧制力力臂其大小与轧制力作用点及前后张力大小有关.

F

T

—-前张力。

B

T

——后张力。

e-—工作辊相对于支撑辊的偏心距，一般取值为5毫米～10毫米,这里取5毫米.

1

R

——工作辊半径。

2

R

-—支撑辊半径.

m—-滚动摩擦力臂.取值一般为0。1～0。3，本设计取值0.2。

1



fS

PsPPaM

2



——支撑辊轴承的摩擦圆半径，

其值计算为：

2

=fd/2，

其中：

f——摩擦系数。滚动轴承取值0.004。

d—-轧辊半径。

工作辊轴承处的反力（摩擦力)：

)sin(sin

sf

PPP………………………………（10）

反力S

P

对工作辊的力臂：

sincos

1

RmS

此校核也按轧制力矩最大的一架计算,精轧粗轧各一架。将各参数带入公式得:粗轧第二

道1k

M

=6203912Nm，精轧第一道次1k

M

=2079238Nm。

工作辊传动端的扭转断面系数为：

16/3DW

K

……………………………………………………（11）

扭转应力：

kk

WM/………………………………………………(12）

数据代入得到结果如下：

粗轧

K

W＝0。20m3，

k

M＝6203912Nm,



＝31.0Mpa，

精轧

K

W＝0。068m3,

k

M＝2079238Nm,



＝30.6Mpa，

工作辊为合金铸铁，

MPa

b

400~350，然而许可扭转应力为

bb

36.0][，即

MPa

b

144~126][，可见，合格。

6.1.3工作辊与支撑辊的接触应力校核

四辊轧机支撑辊和工作辊之间承载时有很大的接触应力，在轧辊计及使用适用时应进行

校核计算.

如假设辊间作用力沿轴向均匀分布，由弹性力学知,辊间接触问题平面应变问题.

H。赫茨（Hertz)理论认为：两个圆柱体在接触区内产生局部的弹性压扁，存在呈半椭

圆形分布的压应力。半径方向产生的法向正应力在接触的中部最大.最大压应力及接触区宽

度2b可由下公式计算：

])(/[)(])(/[)(2)/(2

2121

2

212121

2

21max

rrKKrrqDDKKDDqbq＝

。.。..（13）

式中：

q－加在解除表面单位长度上的负荷；

D

1

，D

2

及r

1

,r

2

－相互接触的两个轧辊的直径及半径；

K

1

，K

2

－与轧辊材料有关的系数；

,/)1(

1

2

11

EvK

2

2

22

/)1(EvK

。

其中,v1v2及E1E2为两轧辊材料的泊松比和弹性模数，本设计取E1=210GPa；

E2=190GPa。

)/()(2

212121

DDDDKKqb

若两辊泊松比相同并取v1＝v2＝v＝0.3则上式可简化为

bqrrrrqE/637.0)/()(418.0

2121max



)(52.1

2121

rrrqrb

加在接触表面单位长度上的负荷q可有下面公式求得

q=P/B

式中:

q－为轧制力，KN；

B－为轧件宽度，本设计不考虑宽展取B＝1500mm.

（1）对于粗轧机:

mr6.0

1

，mr775.0

2

；则

MP

b

q

1432637.0

max



查（《轧钢机械》）（修订版）北京科技大学,邹家祥主编P96）得其对应的许用接触应力

分别为：支撑辊表面硬度HS=65~71，比较得正应力均小于许用正应力，故能满足生产要

求。

此应力虽很大，但对轧辊不致产生很大的危险。因为在接触区，材料的变形处于三向压

缩状态，能承受较高的应力。

在辊间接触区中，除了须校核最大正应力

max



外,对于轧辊体内的最大切应力也应进行校

核.图5－3表示了辊内切应力分布的状况。主切应力在接触点处其值为零，从O点到A点

逐步增大，A点距接触表面深度Z=0。78b,该点τ45。（max）=0。304

max



。为保证轧辊不

产生疲劳破坏，τ45。(max)值应小于许用值

45

（max）=0.304

max



≤[τ]

45



（max)=0。304

max



＝0.304*1432MP＝435MP〈

由此可见，切应力小于许用切应力，故能满足生产要求。

辊身内部平面内的切应力的存在,也造成轧辊剥落的原因，沿轴是反复交变存在的.由图

5－3可见,τzy在z=0.5b，y=0。85b处（c点）达到最大值。一般称τzy(max)为最大反复切

应力。

τ

zy

（max）=0.256

max



由于最大反复切应力小于τ

45

。(max），故当τ

45

。（max)满足要求时，τ

zy

(max）也满足

要求。

（2）对于精轧机:

mr425.0

1

，mr8.0

2

；

则MPa

b

q

1575637.0

max



查（《轧钢机械》）（修订版）北京科技大学，邹家祥主编P96）得其对应的许用接触应

力分别为:支撑辊表面硬度HS=65～71，比较得正应力均小于许用正应力，故能满足生产

要求。

此应力虽很大，但对轧辊不致产生很大的危险。因为在接触区，材料的变形处于三向压

缩状态，能承受较高的应力。

在辊间接触区中，除了须校核最大正应力

max



外，对于轧辊体内的最大切应力也应进

行校核.主切应力在接触点处其值为零，从O点到A点逐步增大，A点距接触表面深度Z=0。

78b,该点τ

45

。（max）=0。304

max



。为保证轧辊不产生疲劳破坏，τ

45

。(max)值应小于许

用值

τ

45

。(max）=0.304

max



≤［τ]

τ

45

.（max）=0。304

max



＝535。5MPa〈

由此可见，切应力小于许用切应力，故能满足生产要求。

辊身内部平面内的切应力的存在，也造成轧辊剥落的原因，沿轴是反复交变存在的。由

图5—3可见,τ

zy

在z=0。5b，y=0。85b处（c点）达到最大值。一般称τ

zy

（max）为最大

反复切应力.

τ

45

。（max)=0。256

max



由于最大反复切应力小于τ

45

。（max）,故当τ

45

。（max）满足要求时,τ

zy

(max)也满足

要求。

6。2电机的校核

6。2。1电机负荷图

为了校核和选择主电机，除知其负荷之外，尚须知轧机负荷随时间变化的关系图，力矩

随时间变化的关系图称为静负荷图。绘制静负荷图之前，首先要决定出轧件在整个轧制过程

中在主电机轴上的静负荷值，其次决定每个道次的纯轧时间和间隙时间。

如上所述，静力矩按下式计算:

kmpj

MMiMM/

………………………………（14）

将前面的数据代入可以求出静力矩：

表24

道次R1R2R3R4R5R6

P

M

（MNm）3.764.724.903.562.501。50

i4.24。24.24。24。24。2

m

M（MNm)0。3210.3900。4210。3300.2560。196

K

M(MNm)0.150。150.150.150.150.15

j

M

（MNm）1。371.661.741。331。000。70

间隙时间按照间隙动作所需要的时间或者按照现场数据选用，本设计取3秒.按照上述

各值绘制出一个轧制周期内的各个电机负荷简图。

M

j

(兆

牛米)

时间（秒）

图9第一架粗轧机负荷简图

M

j

（兆牛米）

时间(秒）

图10第二架粗轧机负荷简图

表25

道次F1F2F3F4F5F6F7

P

M

（MNm）1.141.220.850.430.210.140.036

i4。163.302.541。751。001。001.00

m

M（MNm)0。1330。1520.1250.0780。0510。0380.014

K

M(MNm）0.10。10。10.10。10。10。1

j

M

（MNm）0。5070.6220。5600。4240。3610。2780.15

上述各值绘制出一个轧制周期内的各个电机负荷简图。

图11精轧机电机负荷简图

6.2.2主电机的功率计算

当主电动机的传动负荷图确定后，就可以对电动机的功率进行计算。这项工作包括两部

分。一是由负荷图计算出等效力矩不能超过电动机的额定力矩;二是负荷图中的最大力矩不

能超过电动机的允许过载负荷和持续时间。

等效力矩计算及电动机的校核

轧机工作的时候电动机的负荷是间断式的不均匀负荷,而电动机的额定力矩是指电动机

在此负荷下长期工作，其温升在允许的范围内的力矩。为此，必须计算出负荷图中的等效力

矩，其值按照下式计算：

)/()(,2,2,

2

2

nnnnnjum

tttMtMM…………………(15)

式中：

jum

M

——等效力矩。

n

t

——轧制时间内各段纯轧时间的总和。

,

n

t

-—轧制周期内各段间隙时间的总和。

n

M

—-各段轧制时间所对应的力矩。

,

n

M

——各段间隙时间对应的空转力矩。

将前面数据代入上式得：

对于第一架粗轧机的主电机：

则：

校核电动机温升条件为：

Hjum

MM

校核电机过载条件：

HG

MKM

max

H

M

——电动机的额定力矩；

K

G

——电动机的允许过载系数，直流电动机K

G

=2。0～2。5;交流电动机，K

G

=2.5~3。

0；该设计为直流电动机取K

G

=2.5；

max

M—-轧制周期内最大的力矩。

校核电动机温升条件为:

jum

M

=1440mkN＜2268mkN（两台电机）

校核电机过载条件：

max

M=5470mkN＜2.5

H

M=5670mkN

通过等效力矩在计算电动机的功率，

即：

/105.0nMN

jum



式中：

N

—-电机的功率，（千瓦）.

jum

M

——等效力矩，（千牛米）。

n

-—电机的转速，(转每分）。



——由电动机到轧机的转速，一般一级齿轮传动的效率为0。96～0.98，这



里

取0.97。

6235N千瓦,所以电机可以满足需求.

同理,再校核其他电机，都达到要求。



)(44.1

22

mMN

tt

tMtM

M

nn

nnnn

jum

•











