年产413万吨热轧板带钢车间工艺设计毕业论文.doc

年产413万吨热轧板带钢车间工艺设计毕业论文目录摘 要IAbstractII目录III1 概 述11.1 热轧板带钢发展史11.1.1 热连轧板带钢的种类和用途11.2 板带钢生产技术发展趋势21.3 轧钢的发展状况21.3.1轧钢装备的发展状况31.3.2 轧钢工艺技术的发展状况31.3.3 轧钢生产中节能技术的研究31.3.4 轧钢技术发展前景41.4 热轧带钢发展趋势及市场41.5 本设计的目的和意义51.6 本设计的相关问题62 车间产品大纲和金属平衡72.1 车间产品大纲72.1.1 金属平衡图72.2 板坯及产品规格82.2.1 板坯82.3 产品特点82.3.1 产品质量标准82.3.2 产品性能102.4 金属平衡表103 设计方案123.1 工艺方案的选择123.2 主机型式的选择143.3 轧机数量及相关设备的选择153.3.1 粗轧机组设备选择153.3.2 侧压设备的选择163.3.3 保温装置的选择163.3.4 精轧机组设备选择173.4 加热炉的选择224 生产工艺流程244.1 生产工艺流程框图244.2 生产工艺流程244.3 工艺制度264.3.1 坯料管理制度264.3.2 加热制度274.3.3 轧制制度284.3.4 冷却制度304.3.5 卷取制度304.4 车间自动化325 车间工作制度及年工作小时345.1 车间工作制度345.2 年工作小时346 轧机组成和型式及其生产能力356.1 粗轧机组356.1.1 粗轧机组的组成356.1.2 精轧机组的组成356.2 粗轧机主要参数确定356.2.1 粗轧机R1参数确定356.2.2 粗轧机R2参数确定386.3 精轧机组主要参数确定406.3.1 精轧机F1F3的参数确定406.3.2 精轧机F4F7的参数确定426.3.3 轧辊材质的选择457 轧制工艺参数设计467.1 制定轧制制度的原则和要求467.2 粗轧压下规程477.2.1 粗轧温度制度477.2.2 粗轧速度制度497.2.3 粗轧压下制度517.3 精轧压下规程527.3.1 精轧压下量的分配527.3.2 精轧速度制度537.3.3 精轧轧制时间和周期的确定547.3.4 轧制图表567.3.5 精轧温度制度577.4 力能参数计算587.4.1 轧制压力计算587.4.2 轧制力矩的计算597.5 电机及轧辊强度校核607.5.1 粗轧机组电机校核607.5.2 精轧机组电机校核617.5.3 粗轧R1、R2轧辊强度校核627.5.4 精轧机组轧辊强度校核637.6 轧机生产能力计算647.7 各计算产品的轧制程序表657.8 压下规程程序框图708 主要辅助设备及其生产能力718.1 加热炉的生产能力718.2 切头飞剪748.3 卷取机758.4 板坯边部加热器768.5 定宽压力机768.6 除鳞设备778.7 热卷箱778.8 层流冷却系统779 车间平面布置、仓库面积及起重运输799.1 车间平面布置原则799.2 金属流线型式799.3 仓库面积的确定799.3.1 确定仓库面积的原则799.3.2原料仓库面积的确定799.3.3 成品仓库面积的确定809.4 车间平面设计及起重运输设备8010 车间主要经济技术指标8211 环境保护8311.1 环境保护概述8311.2 环境保护的内容与对策8311.2.1 绿化8311.2.2 水质处理8311.2.3 噪音防治8311.2.4 大气污染的防治8411.2.5 有害废弃物的处理8411.2.6 车间的综合利用84主要参考文献86程序881 概 述1.1 热轧板带钢发展史在工业现代化进程中国，钢铁行业一直处于基础产业的地位，在国民经济中所起的作用很重要，是衡量一个国家的工业、农业、国防和科学技术的四个现代化水平的标志。热轧带钢是重要的钢材品种，对整个钢铁工业的技术进步和经济效益有着重要影响。热轧板带钢轧机的发展已有80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。热轧带钢产品主要以钢卷状态供给冷轧机作原料，同时也直接向用户和市场销售热轧钢卷和精整加工产品，即平整钢卷、分卷钢卷、纵切窄带钢卷、横切钢板，最近几年又有经过酸洗的热轧钢卷作为成品进入销售市场。1.1.1 热连轧板带钢的种类和用途供给本企业和其他企业冷轧机作原料用热轧钢卷主要的钢种为低碳钢（包括超低碳钢）、一般碳素结构钢，供冷轧机生产取向硅钢、无取向硅钢、不锈钢薄板带用原料钢卷，也由热轧宽带钢轧机生产。冷轧机原料钢卷的规格范围为：厚度1.56.0mm、宽度6001900mm。直接供用户和向市场销售的热连轧板带钢的种类和用途如下：(1) 普通碳素结构钢板带。用于制造建筑结构，起重运输机械，工程、农用和建筑机械，铁路车辆及其他各种结构件。(2) 优质碳素结构钢板带，包括按国外标准供货的焊接结构钢板带。大量的用途同上，并用于制造汽车、拖拉机、收割机以及要求冲压性能和焊接性能优良的机械构件、石油储罐、压力容器、船舶、桥梁和各种工程的结构件。(3) 低合金高强度结构钢板带。用于制造要求强度更高、成形性更好和性能稳定的机械制造、车辆、化工设备等各种设备的结构，大型厂房钢结构，重要工程及桥梁结构等。(4) 耐大气腐蚀和高耐候钢板带。用于制造铁路客车、冷藏车、铁路货车、矿石车以及各种交通车辆的结构件，也用于船舶及铁路集装箱制造，石油井架、各种工程机械和交通运输机械的制造。(5) 耐海水腐蚀结构钢板带。用于石油井架、海港建筑、采油平台、船舶制造，也用于化工、石油行业含硫化氢腐蚀性液体容器和铁路运输车辆的制造。(6) 汽车制造用板带钢系列。(7) 集装箱用钢。专用于制造集装箱侧板、门板、顶板、底板、边框、立柱等构件。(8) 管线用钢。石油天然气输送用管线，用于制造埋弧焊钢管以及直缝电焊钢管。(9) 焊接气瓶及压力容器用钢。用于制造液化气钢瓶及乙炔气钢瓶、较高工作温度的压力容器及锅炉等。(10) 造船用钢板。用于制造内河船体及上层建筑结构，远洋轮船的上层建筑及隔舱板。(11) 矿用钢板。用于制造采矿用液压支架、矿用工程机械、矿用车斗、采矿刮板运输机，以及其他矿用机械耐磨结构件。1.2 板带钢生产技术发展趋势(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： 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。 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、钛、铌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 轧钢的发展状况1.3.1轧钢装备的发展状况轧钢装备的好坏直接影响轧钢产品的好坏。近年来，随着我国经济以及技术综合实力的不断提升，在轧钢装备方面也有了显著的进步，相关技术达到了国际先进水平，主要体现在以下几个方面29。(1) 开发的现代化热轧宽带轧钢生产线。该生产线主要是由我国鞍钢等自主集成开发的，通过不懈努力，逐步开发，不断完善了中薄板坯连铸连轧技术。该热轧带钢生产线流程的主要特点是完整、高效、节能、工业化、规模化等，而流程紧凑则是其最为凸显的优势，从而实现了连铸与轧钢工序完美的连接。(2) 集成宽厚板轧制生产线技术。宽厚板轧制生产线主要是采取国内设计或者联合设计的方式，引进关键装备，针对国内的技术进行总和集成。主要产品有管线钢板、结构钢板、石油储备用钢等。(3) 开发大型冷连轧生产线。第一次由我国技术总负责设计的鞍钢1780大型宽带钢冷轧生产线于2005 年成功投入运行，混合配置六辊四辊轧机，采用先进关键技术，酸洗冷轧联合生产技术、紊流盐酸酸洗技术等。主要产品有高品质轿车板、高档次镀锌原板等。此外，还发展了薄板坯连铸连轧生产线、三辊连轧管机组生产线等。1.3.2 轧钢工艺技术的发展状况近年来，我国轧钢工艺技术主要是研发、改造轧制与控冷新装备以及发展高质量高性能新产品。主要有以下较为突出的轧制技术30：(1) 半无头轧制技术。集成创新了半无头轧制配套技术。(2) 超薄规格轧制技术。部分以热代冷的目标实现。(3) 长尺钢轨轧制及在线热处理生产线技术。实现了喷风强制冷却轧后高温钢轨。(4) 控制冷却技术。基于传统集管层流冷却系统，混合配置喷嘴倾斜布置的压力喷射式超快速冷却系统，实现了热轧带钢的超快速冷却。(6) 轧制数学模型优化技术。研发了调优宽带钢冷连轧数学模型系统, 连续轧制过程中，钢冷连轧机柔性轧制得到最大程度的实现。(7) 板形控制技术。拓展了极限规格，研发了高等级带钢表面质量控制技术。1.3.3 轧钢生产中节能技术的研究目前，整个世界都在提倡节能环保，自从哥本哈根会议以后，全球各国都开始重视环保问题，人民的环保意识也越来越强。在我国，钢铁行业能耗占我国总能耗高达12%31，而轧钢能耗又是我国钢铁行业能耗的“大头”，因此，开发研制轧钢生产的新工艺新技术的同时要着重加强轧钢生产中的节能技术。而目前主要的节能措施都是以技术进步为基础，如结构调整(改变各工序钢比系数)或直接节能(降低各工序能耗)等，生产节能的关键还是推进轧钢技术进步。轧钢生产实现节能目的，可采取以下几种节能技术32。(1) 蓄热式燃烧技术。该技术能最大限度地回收利用炉烟气的热量。热量的回收利用能大幅度节约燃料，从而能够有效降低成本、提高产量,同时还能够减少有害气体（如二氧化碳、氮氧化合物等的排放），实现环境保护。(2) 加热炉绝热技术。采用高温节能涂料，实现加热炉的绝热技术，这也是目前高性耐火材料的发展趋势。(3) 高温低氧燃烧技术。无氧化加热和热轧的低成本手段一直都是热轧追求的目标。高温低氧燃烧技术就是利用高温最大程度的实现低成本加热和热轧，并能回收利用大量的烟气余热，因此，该项节能环保燃烧技术在发达国家在不断推广应用。(4) 低温轧制技术。该项节能技术措施主要是降低轧钢系统工序能耗，并且加热炉出钢温度的降低能够有效减少燃料消耗，而且轧制功率和变形抗力在一定程度上都会有所增加。 (5) 轧制工艺润滑技术。热轧工艺润滑技术的使用能够有效降低轧制力，从而降低轧制动力的消耗。1.3.4 轧钢技术发展前景随着技术的不断完善，社会的不断进步，轧钢技术的主要发展方向35：(1) 前沿性轧钢工艺的研发，引领性新产品的开发。自主创新，建立产学研相结合的技术体系，研发新工艺、新技术，采用低成本、高性能、节能环保的新材料，借鉴国外先进技术。(2) 智能化技术在轧钢领域的应用。随着智能化技术的不断发展与完善以及日趋激烈全球竞争的，钢铁产品的产量和质量也需要更完美、更理想的设计方法，智能化技术已成为了发展的必然方向。(3) 着眼可持续发展，实现节能减排技术。我国“十二五”规划已经明确提出建立环境友好型社会，实现绿色动力，在不久我国将会是一个绿色的国家，全球也要实现全球绿色化，因此，节能产品的研制已经非常明了，要不断推进节能减排，实现可持续发展。1.4 热轧带钢发展趋势及市场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。板带钢是我国钢铁生产的主打产品，需求量大。而且今后几年市场需求仍然会有较大增长。另外板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，这拉动了国内的带钢生产2。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，因此大型生产车间的建立是可行的。 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。国内外热轧窄带钢市场需求大体相同，厚度大于25mm的产品基本饱和，厚度小于20mm的热带却供不应求。我国宽带轧机虽然已经具有一定规模，但是我国的轻工、建筑行业等需要大量的薄规格窄带钢，主要用于生产薄壁焊接钢管、轻钢龙骨等，此外热轧窄带钢还要给冷轧窄带钢轧机及特殊用途的钢带轧机等提供原料，因而目前我国热轧窄带钢仍然不会为宽带钢所替代。据资料统计，我国煤气管年产量已经超过3106t，这也是窄带钢的一个大市场。1.5 本设计的目的和意义本设计是年产413万t的热轧板带钢车间工艺设计。产品规格为：(1.525.4)mm(10001900)mm。所用钢种为：普碳钢、低合金钢、优质钢。本设计课题是年产413万t的板带钢生产车间。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。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。综上所述，本设计的选题是有意义且可以实现的。1.6 本设计的相关问题本设计的相关问题有热轧板坯热装热送问题。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：(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600700，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。2 车间产品大纲和金属平衡2.1 车间产品大纲本设计车间年产量热轧钢卷413万t，车间生产计划如表2-1所示。表2-1 车间生产计划表厚度（）宽度（mm）10001100（1050）11001300（1250）13001500（1400）15001700（1600）170019000（1800）产量（104）占比例（）1.52.0（1.8）205050101014033.92.04.5（3.0）204040101012029.14.56.0（5）102030557016.96.012.7（10.0）151520556014.512.725.4（20.0)36347235.6合计产量（104t)681311433437413占比例()16.531.734.68.29.01002.1.1 金属平衡图连铸坯423万吨成材率97.6%热轧钢卷413万吨供冷轧钢卷290万吨共热轧钢卷123万吨所占比例70%所占比例30%2.2 板坯及产品规格2.2.1 板坯板坯产品品种和规格见下表2-2。板坯全部为连铸坯，使用连铸坯的优点3：(1) 简化生产及设备使成材率高金属节约6%12%以上大幅降低能耗和成本。(2) 比初轧坯形状好，短尺少，成分均匀，节约投资和劳动力，易于自动化。(3) 可节约能耗，吨钢大致可节约热能14万大卡，降低成本可达10。(4) 与铸锭相比，组织致密，成分偏析较小。表2-2 板坯和产品品种及规格项目参数板坯连铸坯厚度230宽度10002000长度10000最大重量t35产品品种低碳钢、优质钢、低合金钢带钢厚度1.525.4带钢宽度10001900钢卷内径762钢卷最大外径1180单位宽度最大卷重-1182.3 产品特点2.3.1 产品质量标准本车间产品生产执行GB-709-2006标准，尺寸偏差见表2-3和表2-4。通常产品按产品标准供货，也可以根据用户要求供货。产品标准24一般包括有品种(规格)标准、技术条件、试验标准及交货标准等方面的内容。产品标准有川家标准、国际标准、部颁标准或企业标准。轧钢工作者的任务是按产品标准组织生产，并不断提高生产技术水平以满足用户对产品质量的更高要求。对不同用途的板带钢，产品的技术要求各不相同，但依其相似的外形特点及其使用条件，产品的技术要求可归纳为：尺寸精确板形好，表面光洁性能高。具体表现在如下四个方面： (1) 尺寸精度。板带钢的尺寸精度主要是厚度精度，它不仅影响使用性能.而且厚度偏差对节约金属影响很大，是生产中控制难度最大的方面。板带钢由于B/H很大，厚度的微小变化势必引起其使用性能和金属消耗的极大波动，故在板带钢生产中一般应力争高精度轧制和按负公差轧制。 (2) 板型。板型是板带钢的重要质最指标之一22。无论是直接使用还是为了便于后道工序的生产，都要求有良好的板型，即要求板带平直，每米长度上的浪形、瓢曲、侧弯均不得超过产品标准中所允许的数值。 板型不良25是由于沿宽度上不均匀变形引起的，当轧制薄带钢时，其不均匀变形的敏感性更大，故要求在生产技术上保证其板形良好。生产中要采取措施以减小轧制压力及其波动的影响，在轧制中要特别注意板型和辊型的控制。板带越薄，则对不均匀变形的敏感性越大，要保持板带良好的板型的困难也就越大。因此，板型的好坏与厚度精确度(尤其是横向厚度精确度)也有着直接的关系。 (3) 表面质量。板带钢的表面质量直接影响到钢材的使用性能、寿命及其美观，并且板带材又是单位体积的表面积最大的一种钢材，故必须保证板带材的表面质量。无论是厚板或薄板，其表面都不得有气泡、结疤、拉裂、刮伤、折叠、裂缝、夹杂和压入氧化铁皮等表面缺陷，因为这些缺陷不仅损害板制件的外观，而且往往破坏性能或成为产生破裂和锈蚀的主要原因，成为应力集中的薄弱环节。例如.硅钢片表面的氧化铁皮和表面光洁度就直接破坏磁性;深冲钢板的表面氧化铁皮会使冲压件表面祖糙甚至开裂，并使冲压工模具迅速磨拟；至于不锈钢板等特殊用途的板带材，还需对它们提出特殊的表面技术要求。表2-3 钢板长度允许偏差(mm)公差厚度钢板长度长度允许偏差41500+101500+152000+1041620006000+256000+302000+15166020006000+306000+40表2-4 纵切带钢的宽度允许偏差(mm)公称宽度厚 度4.04.06.06.08.08.01600.50.81.01.2160-2500.51.01.21.4250-6001.01.01.21.42.3.2 产品性能板带钢的性能要求主要包括力学性能、工艺性能和某些钢板的特殊物理或化学性能。一般结构钢板只要求具备较好的工艺性能，如冷弯和焊接性能等，而对力学性能的要求不很严格。对甲类钢钢板，则要求保证一定的强度和塑性。重要的结构钢板，要求有较好的综合性能，既要有良好的工艺性能又要保证有一定的强度和塑性，同时还要保证一定的化学成分及良好的焊接性能和常温或低温冲击韧性或一定的冲压性能、一定的品粒组织及各方向组织均匀性等。诸如造船板、桥梁板、锅炉板、高压容器板、汽车板、低合金结构钢板以及优质碳素钢板等都属于这一类，它们的综合性能要求较严格。各种特殊用途的钢板(如高温合金板、不锈钢板、硅钢片、复合板等)，则要求特殊的高温性能、低温性能、耐酸耐碱耐腐蚀性能，或要求一定的物理性能(如电磁性能等)及其他特殊性能。 2.4 金属平衡表金属平衡表如表2-5所示。表2-5 金属平衡表序号厚度范围（）成品切头及废品烧损、再氧化坯料量（104t）产量104t成材率（）104t损耗率（）104t损耗率（）11.52.014097.52.1541.51.4361.0143.59022.04.512097.61.4751.21.2301.0122.95134.56.07097.70.7161.00.7161.071.64846.012.76097.80.3070.50.6141.061.350512.725.42397.90.0700.30.2351.023.4936合计41397.634.7221.124.2311.0423.0323 设计方案3.1 工艺方案的选择本设计是设计一年产量为413万t的热轧带钢车间，成品规格1.525.410001900，结合国外国内热轧宽带钢生产线的情况，选择常规热连轧工艺 20。薄板坯连铸连轧与常规热连轧带钢比较：(1) 常规热轧其流程一般为：板坯先进步进式加热炉，然后经过定宽机，开始粗轧，粗轧一般为两个轧机可以其中一个可逆，也可以两个都可逆。然后通过飞剪，除鳞后进行精轧，精轧一般为七机架，其后安装三台卷取机。(2) 薄板坯连铸连轧工艺下面以CSP为例：先进行连铸，然后进入辊底式加热炉，除鳞之后可以进入精轧机，精轧机一般为六架，层流冷却之后就可以卷曲了。短流程和常规热轧最大的不同就是热历史的不同，前者从钢水冶炼到板卷成品仅为2.5h左右，而后者时间要长得多。在传统工艺中，钢坯经历冷却加热两次相变（到和到），原始的奥氏体组织有柱状晶转化为等轴的、细的、均匀的晶粒。但短流程没有这一过程，而是采用结晶器快冷而后经过二冷区缓冷，从而获得比较细小的晶粒。在加热方式上也有不同，常规热轧一般采用步进梁式加热炉，而短流程由于铸坯温度很高，头尾温度相差太大（轧制要求头尾相差正负十度）所以采用均热炉，主要是为了保持温度均匀，而不是为了加热。其次常规热轧通过再结晶来细化奥氏体晶粒，但再加热前的冷却使部分合金元素随碳化物氮化物析出，再次加热只有有限的部分能溶解，损失了一部分可强化细晶的奥氏体晶粒。短流程由于采用快冷是的合金元素固溶在其中进行强化。(1) 薄板坯连铸连轧的优点 工艺简化、设备减少、生产线短，从而大幅度降低了基本建设投资，使得吨钢投资下降19%34%。 生产周期短。从冶炼钢水至钢卷送到运输链，仅需约2h，从而减少了大量流动资金。 成材率提高约2%3%，能耗降低约20%，从而降低了生产成本，使吨钢成本降低。(2) 薄板坯连铸连轧的不足2 短流程(薄板坯连铸连轧)的产品范围比常规的窄。CSP原料的厚度不超过100mm, 通常产品厚度最好在10mm以下。而常规轧制厚度可由1.2mm至25.4mm，远远超过了短流程。 CSP生产的大部分是低附加值产品。常规轧制的连铸速度比CSP低，提高了钢水的质量，可以生产出高附加值、高尖端的产品来。 短流程的产量低于常规轧制。由于连铸速度的影响，短流程的产量一般远低于常规轧制。 短流程成本低。工艺流程紧凑、简化、投资成本低、能源消耗低。 常规热连轧带钢生产工艺，通常采用200280mm厚的厚板坯，由冷坯或热坯装入板坯加热炉中加热，由粗轧和精轧轧制后出成品。 板坯厚度200mm以上，长度一般为4.59m（亦有达到12.5m），具有一定容量的板坯库，有加热炉区（一台或多台步进式加热炉），具有粗轧区，后接精轧机组及地下卷取机（一台到多台）的生产线。 连铸能力与连轧能力匹配上还不可能与常规工艺生产规模相比；在所生产的钢种上和产品质量上，还是常规略胜一筹；薄板坯连铸连轧可以覆盖大多数热轧带钢的品种范围，但是一些高性能要求和高附加值的品种还不能生产，目前的薄板坯技术可以生产约70%的传统热带可生产的钢种。生产方案的选择与设备的选择密切相关。确定生产方案时应考虑以下几点：(1) 年产量的大小。产量不仅决定工艺过程的特点，同时也对设备选择、铸锭尺寸、产品规格有着直接的影响。(2) 投资、建设速度、机械化和自动化程度、劳动条件、工人与管理售货员的数量以及将来的发展。根据以上分析，再结合实际，本设计采用常规热轧工艺。主要原因如下：(1) 生产规模：本设计钢板带材年产量为413万t，目前薄板坯连铸连轧生产量还难达到。(2) 产品定位：考虑到本设计车间的将来发展，以后需要生产的产品可能为轿车用板、高韧性管线钢、造船和桥梁用高强度钢等。产品品种较多，像轿车用板等表面质量要求较高。目前薄板坯连铸连轧工艺在表面质量和品种上难以满足，高质量产品生产尚处于开发实验阶段，如汽车面板、超深冲钢板和高表面要求的钢板、镀锡板的基板、高级别的高强韧管线钢、奥氏体不锈钢等。(3) 产品性能：常规热连轧所用板坯常为200300mm,而薄板坯连铸连轧一般为50100mm。轧制同样规格产品时，常规热连轧生产具有较高的压缩比，这对产品性能的提高有利。鉴于以上原因，本设计采用常规热连轧工艺。3.2 主机型式的选择常规热连轧工艺根据粗轧机的布置形式，又可以分为全连轧工艺、3/4连轧工艺、半连轧工艺几种。本设计采用半连续式、双机架粗轧机布置方案1。(1) 全连续式轧机：指轧件自始至终没有逆向轧制道次。其粗轧机由56个机架组成，轧件沿一个方向连续轧制，每架轧制一道，采用交流电机传动。虽然全连续式布置操作简单，生产能力大，但是粗轧机架多，各机架间距离长，因而轧制线很长，厂房长度增加。同时轧制时间往往要比精轧机组的轧制时间少得多，亦即粗轧机的利用率不高。(2) 半连续式轧机：指粗轧机组各机架主要或全部为可逆式。粗轧机组由两架轧机组成，既生产板卷，又生产中厚板。(3) 3/4连续式：粗轧机组12架可逆式轧机，数量由六架缩减为四架。可逆式轧机可放在第二架，也可放在第一架。优点：兼有全连续式粗轧机的优点，克服了其缺点，与其相比有生产线短、占地少、设备少、投资省、对板坯厚度范围的适应性好等优点，且生产能力也不低，适应于多品种的热轧带钢的生产。缺点：可逆式机架的操作维修要复杂些，耗电量大。半连续式和3/4连续式一样，不仅可以充分利用粗轧机、减少设备和厂房面积，降低投资，而且可以满足年产量413万吨的生产要求。图3-1全连续式粗轧机的布置形式图3-2 3/4连续式粗轧机的布置形式半连续式粗轧机常见的几种布置形式如下：a）由一架四辊可逆式轧机组成；b) 由一架二辊可逆式和一架四辊可逆式轧机组成；c) 由二架四辊可逆式轧机组成。图3-3 半连续式粗轧机的布置形式3.3 轧机数量及相关设备的选择3.3.1 粗轧机组设备选择轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备26，是代表车间生产技术水平、区别于其它车间类型的关键。因此，轧钢车间选择的是否合理对车间生产具有非常重要的作用。轧钢机选择的主要依据是：车间生产的钢材的钢种，成品品种和规格，生产规模的大小以及由此而确定的产品生产工艺过程。对轧钢车间工艺设计而言，轧钢机选择的内容是：确定轧机的结构型式，确定其主要参数，选用轧机机架数即布置形式。在选择轧钢机时，一般要注意，考虑下列原则：(1) 在满足产品方案的前提下，使轧机组成合理，布置紧凑；(2) 有较高的生产率和设备利用系数；(3) 保证获得良好的产品，并考虑到生产新产品的可能；(4) 有利于轧机的机械化，自动化的实现，有助于工人的劳动条件改善；(5) 轧机结构型式先进合理，制造容易，操作简单，维修方便；(6) 备品备件更换容易，并利于实现备品备件的标准化；(7) 有良好的综合经济技术指标。目前，由于机械制造业的发展，轧钢生产的日益进步，现在的主要轧机除去一些特殊用途外，基本上都已经趋于系列化，标准化了。为我们选用轧机进行生产提供了方便的条件。本设计采用半连续式工艺。粗轧机组的水平轧机为双机架，由两架四辊可逆式粗轧机组成。根据本车间生产情况及现场实际状况，粗轧阶段选用两台带立辊的四辊可逆式轧机。立辊轧机的作用是轧边，限制宽展，同时破碎轧件表面的氧化铁皮。四辊可逆式粗轧机既可满足板坯精度高的要求，又可保证足够的压下量及较好的板形。刚出加热炉的板坯在粗轧机组前几个道次的轧制，因温度较高，有利于实现大的压下量，这就需要轧辊具有较大的咬入角；后几个道次的轧制，需要为精轧机输送厚度均匀的中间坯。采用双四辊可逆式粗轧机组的原因：采用二辊式的工作辊直径大，具有大的咬入角，可实现大的压下量。其配置上由于多一个机架，故要求板坯出炉温度相对较高，装备占地面积大；四辊式的工作辊直径小，有利于带坯的厚度控制，又因该配置中有支撑辊，减少了工作辊挠度,可轧制较薄的、厚度均匀的中间坯传给精轧工序。两架四辊可逆式粗轧机组(半连续式粗轧机组)的优点：具有设备少,生产线短、占地面积小、投资省等特点与精轧机组的能力匹配较灵活，对多品种的生产也有利。3.3.2 侧压设备的选择立辊轧机与定宽压力机比较：边部凸出量大(俗称狗骨形)，水平轧制时易产生较大的鱼尾；而侧压机边部凸出量较小，水平轧制后产生的鱼尾较小，甚至无，因此可减少切损，提高成材率。与立辊调宽相比，压力机调宽具有明显的优越性，即： 提高了热轧带钢轧机的成材率。调宽压力机有控制板坯头尾形状的功能，即使在很大的侧压下，板坯头尾变形仍然比较均匀，故头尾形状得以优化，减轻了头尾部舌头和鱼尾，降低切损。与立辊轧制调宽相比，在相同的压下量条件下，调宽压力机的切头损失大幅度减小，从而提高了成材率。 调宽能力大。现代化的调宽压力机最大侧压量可达350mm，所以只需要几种连铸板坯规格即可满足用户需求，大大减轻了连铸变宽的负担，提高了连铸机的生产率和连铸坯质量，同时也提高了板坯的热装率和热装温度。 提高了调宽效率。压缩调宽时，板坯变形可深入到板坯中部，局部变形得到缓解，狗骨形因此得到减弱，所以板坯变形均匀性得到提高，从而减少了板坯在随后平轧时的回展，可以获得很好的调宽效率。 提高了宽度精度。由于调宽时板坯宽度由压力机锤头能够得到精确控制，所以可得到比立辊轧机更高的目标宽度精度。综合以上原因，此车间选用定宽压力机。3.3.3 保温装置的选择保温装置位于精轧和粗轧之间，用于改善中间坯温度均匀性和减少带坯头尾温差改善中间坯温度均匀性和减少头尾温差，使带坯全长温度较为均匀。粗轧机出口设置热板卷箱是减少带坯温降的一个有效方法，并且还具有以下优点：使带坯全长温度较为均匀，进一步消除水印；有利于二次氧化铁皮的消除，提高产品表面质量。原由： 粗轧机出口中间坯长度可达100m，为减少头尾温差，设保温罩。 为了轧制薄规格的产品和特殊钢种而设置加热器。热卷箱布置在粗轧机之后，飞剪机之前。采用热卷箱的作用有： 保温：当坯厚为25mm时一般温降速率可达100/min，而采用热卷箱时则只有3.6/min。 均温：带坯头尾交换，使尾部处于板卷中心，可保持几乎恒定的温度分布。精轧机不用升温轧制，电力消耗降低约10。 提高成材率：可使处理事故时间增长到89min，热卷箱起到了中间坯料的贮存于缓冲作用，并可增大卷重。 改善产品质量，扩大可轧品种范围。 可缩短车间长度，节省输送辊道，减少投资等。 热卷箱与中间坯切头剪断机、焊接机联合使用，可实现热带钢全连续无头轧制或半无头轧制，提高成材率约0.51.5，生产率提高20。采用热卷箱的效果：降低开轧温度，精轧机组不用升速轧制，降低电能约10%，降低精轧机组功率约15%，大大减少了设备投资。3.3.4 精轧机组设备选择精轧机组布置在粗轧机组中间辊道或热卷箱的后面。它的设备主要包括切头飞剪前辊道、切头飞剪导板、切头飞剪测速装置、边部加热器、切头飞剪及切头收集装置、精轧除磷箱、精轧前立辊轧机、精轧机、活套装置、精轧机进出口导板、精轧机除尘装置、精轧机换辊装置等。(1) 精轧机选型目前世界上高精度轧机以PC轧机、HC轧机和CVC轧机应用最多。 PC轧机PC轧机目前已成为当前发展最快的板形控制技术，其工作原理是通过改变交叉角的大小改变轧辊的等效凸度来控制板形和凸度，它的主要优点是5：(a) 凸度控制范围大，精度高；(b) 辊形曲线简单，轧辊管理简化；(c) 辊颈强度不受限制，轧制能力得到提高(减少轧制道次)；(d) PC轧机和在线磨辊装置配合使用，具有控制板凸度能力和局部高点，延长辊子使用周期。其缺点是：(a) 结构复杂，维修量大；(b) 存在轴向力和无法避免轧辊磨损造成的局部高点。 HC轧机HC是英文High Control Mill的简称。该轧机辊系由上下对称的三对辊组成，即工作辊、中间辊和支撑辊，其中中间辊可轴向移动，并配置液压弯辊装置，因此具有很强的板形控制能力。目前这种新型轧机已广泛用于冷轧、热轧及平整机生产中。 CVC轧机CVC轧机是由西马克公司在日本HC轧机基础上于1983年研制成功的一种新型轧机，是一种连续可变的凸度轧机。其工作辊(WR)磨成S 型，上下两根轧辊180对称摆放，以便形成对称的辊缝，轧辊的相对窜动形成连续变化凸度(CVC)，它的优点是5：(a) 操作简便；(b) 机器结构简单，易改造；(c) 换辊方便，完成一次换辊操作只需几分钟；(d) 板凸度控制能力强，工作辊轴向移动100mm，可调辊缝100500m，与弯辊装置配合则有600m；(e) 应用范围广，CVC 技术无论对于热轧还是冷轧，也不论是轧制黑色或者有色极薄带都非常实用。实际上CVC轧机的轧辊调整机构可以称为辊缝万能调整机构。CVC轧机的缺点是：(a) 易蛇形；(b) 轧辊形状特殊，磨削困难。CVC轧机与PC轧机的比较 调节范围：PC轧机轧辊交叉角为1时，轧辊凸度可达1000m；CVC轧机工作辊轴向移动100mm，可调辊凸度100500m，与弯辊装置配合则有600m 。 调节机构：PC轧机需要安装角度调整和侧推力支承两套机构，结构复杂；CVC轧机的轧辊机构相对简单许多14。 轴向力：PC轧机轴向力很大，这亦是限制交叉角进一步加大的主要因素。PC轧机的轴向力最大可达轧制力的10%，为2000KN，而CVC轧机一般仅为200KN左右14。 弯辊力：PC轧机轧辊交叉，限制了弯辊力的加大，一般最大为8001000KN，而CVC轧机弯辊力可以加大到1500KN甚至2000KN。另外，PC轧机轧辊交叉点与轧制宽度中心线重合难，轧件亦跑偏。当然，CVC轧机亦有其缺点：譬如CVC轧辊曲线易被磨损破坏，辊间接触应力分布呈S形使支撑辊和工作辊磨损严重不均，降低了轧辊的寿命15。近几年用西马克德马克公司技术建设的热连轧机都采用了CVCplus机型。CVCplus是在CVC技术上的改进，该技术与WRB技术相结合，可完成大范围的纠偏，有效地扩展了CVC系统对板形的调整能力，特别是半无头轧制中需动态改变辊型凸度时，该系统可提高板带凸度和实现最佳的轧件平直度。另外，CVCplus轧机可以实现带负荷窜辊，并通过轧辊横移策略提高轧辊寿命。根据以上对比分析并参照马钢2250热轧生产线，本设计中的精轧机组方案选用CVC轧机。 图3-4 CVC轧机 图3-5 HC轧机图3-6 PC轧机(2) 精轧机布置为提高轧机生产能力，提高卷重，增大精轧机速度，满足最大卷重的需要，精轧机组采用7机架布置。7个机架均配有弯辊装置，均为全液压压下AGC。(3) 精轧机前立辊轧机F1E精轧机前立辊轧机附着在F1精轧机前面，他的主要功能是进一步控制带钢宽度。该轧机具有一定的控宽能力。该轧机上配有AWC的反馈功能，前馈功能。(4) 边部加热器边部加热器的功能是将中间带坯的边部温度补偿到与中部温度一致。带坯在轧制过程中。边部温降大于中部温降，温差约100，边部温差大，在带钢横断面上晶粒组织不均匀，性能差异大，同时还将造成轧制中边部裂纹和对轧辊严重的不均匀磨损。其功能是：将边部温度加热补偿到与中部温度一致。边部25mm处可提高温升50。边部加热器主要由中频感应头和感应头位置设定装置组成。边部加热器从其发展史上看,有U形和C形两种结构。C形加热器以其在大间隙时仍具有高的热效率和对中间坯板形的良好适应性而得到广泛应用，此处选用电磁感应加热型边部加热器。这种加热器的加热温度可以调节，适用于各种钢种。(5) 切头飞剪切头飞剪位于粗轧机组出口侧，精轧除磷箱前。它的功能是将进入精轧机的中间带坯的低温尾端和形状不良的头尾端切掉，以便带坯顺利通过精轧机组和输出辊道，送到卷取机，防止穿带过程中卡钢和低温头尾在轧辊表面产生辊印。设置切头飞剪的原因： 头尾温度比中间低，在精轧机组轧制时常使工作辊产生压痕，使带钢卷表面产生辊印缺陷，影响质量。 轧件易产生跑偏，造成卡钢事故。 打捆困难，易造成散卷。定尺飞剪应该保证良好的剪切质量定尺精确、切面整齐和较宽的定尺调节范围，同时还要有一定的剪切速度。为了满足上述要求，飞剪的结构和性能，在剪切过程中必须满足下列要求： 剪刃的水平速度应该等于或稍大于轧件的