武钢1700年产400万吨热连轧带钢车间工艺设计

本科毕业设计题目年产400万吨热连轧带钢车间工艺设计摘要本说明书描述的是年产量400万吨的高精度热连轧轧板带车间设计。指定产品为深冲用热轧板带钢，规格是501250L。本设计首先介绍了热连轧带钢生产技术的现状和深冲用热轧卷的工艺标准、用途等。设计以提高生产效率、降低生产成本、减轻劳动强度、提高产品质量及综合经济效益为设计原则。利用现有技术资料，确定了车间工艺设计的产品方案、工艺流程和计算机控制系统，并对主要设备进行选型。利用相关数学模型对指定产品进行工艺设计，设计内容包括原料选择、变形制度、速度制度、温度制度及辊型制度的确定。根据设计结果，编制轧制图表，计算生产能力，并对轧辊强度进行验算以及电机能力校核。计算结果表明，整个车间生产流畅、指定产品工艺计算结果及所有设备强度性能符合要求，实际产量的核算满足设计产量的要求。关键词热连轧带钢；车间工艺设计；工艺计算；强度校核ABSTRACTTHISISAGRADUATIONDESIGNSPECIFICATIONABOUTHOTCONTINUALROLLINGOFTHESHEETANDSTRIPSTEELSWHOSEPRODUCTIONIS4MILLIONTONSPERYEARTHEDESIGNATEDPRODUCTSISDEEPDRAWINGHOTROLLINGPLATEANDSTRIPSTEEL，ITSSPECIFICATIONIS501250LTHISDESIGNFIRSTINTRODUCEDTHEHOTSTRIPPRODUCTIONTECHNOLOGYSTATUSANDTHEHOTROLLEDDEEPDRAWINGPROCESSSTANDARDS,DESIGNEDTOIMPROVEPRODUCTIVITYANDREDUCEPRODUCTIONCOSTS,REDUCELABORINTENSITYANDIMPROVEPRODUCTQUALITYANDOVERALLECONOMICEFFICIENCYOFTHEDESIGNPRINCIPLESUSEOFEXISTINGTECHNICALINFORMATION,THEWORKSHOPPROCESSTODETERMINETHEPRODUCTDESIGNPROGRAM,PROCESSANDCOMPUTERCONTROLSYSTEMS,ANDMAJOREQUIPMENTSELECTIONUSEOFMATHEMATICALMODELSRELATEDTOTHESPECIFIEDPRODUCTPROCESSDESIGN,DESIGNELEMENTSINCLUDINGMATERIALSELECTION,DEFORMATIONSYSTEM,SPEEDSYSTEM,TEMPERATURESYSTEMANDROLLERTYPESYSTEMTODETERMINEACCORDINGTOTHEDESIGNRESULTS,THEPREPARATIONOFROLLINGCHARTS,COMPUTINGCAPACITY,ANDROLLINTENSITYOFMOTORABILITYOFCHECKINGANDCHECKINGTHERESULTSSHOWTHATTHEWORKSHOPPRODUCTIONOFSMOOTH,CALCULATEDANDSPECIFIEDPRODUCTTECHNOLOGYSTRENGTHPROPERTIESOFALLEQUIPMENTTOMEETTHEREQUIREMENTS,THEACTUALOUTPUTOFTHEACCOUNTINGOUTPUTTOMEETTHEDESIGNREQUIREMENTS。KEYWORDSHOTCONTINUALROLLINGSTRIP，WORKSHOPPROCESSDESIGN，PROCESSCALCULATION，STRENGTHCHECK目录1前言111热轧板带钢的主要生产方式1111行星轧机1112叠轧1113炉卷轧机2114热连轧2115薄板坯连铸连轧212指定产品3121同类产品3122产品标准3123用途42产品方案的确定521原料来源522主要成品规格523板坯尺寸和技术条件5231板坯尺寸5232板坯技术条件524钢种、钢号以及相应标准625产量及金属平衡6251金属平衡表6252板坯需求量63轧机的组成和布置731确定轧机组成的原则732车间布置形式733加热炉的选择734粗轧机布置8341半连续式9342全连续式93433/4连续式1035精轧机布置1036整个车间轧制线简图104工艺过程的描述1241板坯管理及准备12411板坯储存12412轧制计划和初始数据的输入1242板坯上料与加热1243粗轧机轧制过程1344精轧机轧制工艺过程1445带钢冷却及卷取15451前段冷却15452后段冷却15453卷取过程1546计算机控制概况16461加热炉16462粗轧机16463精轧机16464输出辊道及卷取机175设备的选择1851加热炉18511加热炉输入设备18512加热炉参数1852粗轧设备19521辊道19522轧机19523轧机装置2053精轧设备20531辊道20532测量辊20533切头飞剪20534破鳞机21535精轧机21536轧机换辊装置22537轧辊挠度控制（弯辊）装置22538活套支持器2254冷却除鳞系统22541粗轧除鳞喷水系统22542精轧除鳞喷水系统22543轧辊冷却系统2355精轧机输出辊道冷却系统23551上部冷却喷嘴23552下部冷却喷嘴23553侧喷嘴2356轧制线上主要设备技术规格2357地下卷取机24571地下卷取机夹送辊24572地下卷取机24573卸卷小车25574翻卷机25575带卷移送车25576带卷升降机25577带卷打捆机256指定产品的工艺计算2661指定产品的技术条件2662温度制度的确定26621卷取温度终轧温度的确定26622精轧入口温度的确定26623粗轧出口温度的确定26624出炉标准温度的确定2663粗轧压下制度的设定26631平辊压下制度27632立辊侧压量的设定28633压下规程的设定3064粗轧机组速度制度的确定31641R2各道次速度的制定31642绘制速度图和轧制图表34643功率校核3665精轧机组轧制工艺的设定36651轧制功耗的确定36652各机架速度的确定37653绘制精轧速度图41654绘制精轧速度锥4266校核功率43661精轧机各机架单位能耗的计算43662各机架所需功率的计算43663功率检查447车间产量的计算4571加热炉小时产量45711在炉时间45712出钢节奏时间45713单座炉生产理论小时产量45714单座炉生产实际小时产量4572轧机小时产量45721粗轧机R2的小时产量45722精轧机小时产量4673平均小时产量46731产品品种及各自的小时产量46732平均小时产量的计算4774年产量的计算478主要设备强度及功率校核4881轧制压力48811平均变形抗力的计算48812用迭代法求R，5082轧辊强度的计算51821强度校核原则51822工作辊强度的校核51823支撑辊强度校核5483机架强度校核55831机架尺寸55832计算断面静矩，形心，惯性矩及抗弯系数5684电机能力校核59841精轧节奏时间59842按能耗曲线确定轧制功率599车间主要经济技术指标及平面布置6091车间主要经济技术指6092车间工艺平面布置609211加热炉与VSB大立辊之间的距离60922粗轧机组各架间距60923中间辊道的长度61924CSF1的距离61925精轧机组各机架的间距61926F7到卷取机的距离6193厂房建筑面积61致谢62参考文献631前言热轧板带钢产量在工业发达国家约占轧钢钢材总产量的60。热轧板带钢广泛用于船舶、锅炉、容器、汽车、航空、铁路车辆、桥梁、机械制造、建筑材料、军事等方面，还用作冷轧板带、焊接钢管、冷弯型钢的原料。热轧板带钢的生产，从板坯装炉加热、粗轧、精轧、带钢冷却、卷取成卷直至钢卷从轧制线输出，全部在连续生产线上进行。钢卷收集在中间仓库堆存冷却。供冷轧用钢卷，一般是采用地下钢卷运输链直接由轧制线输送到冷轧车间。一部分钢卷可在热轧车间剪成钢板、或纵切成窄钢卷或分卷或平整分卷为重量较轻的钢卷。11热轧板带钢的主要生产方式111行星轧机由一个或两个支持辊和围绕支持辊四周的许多行星辊（工作轧辊）组成的轧机。支持辊为传动辊，按轧机方向旋转，行星辊除按反轧制方向“自转”外，还围绕支持辊的转动方向“公转”。行星辊在轧制时无咬入能力，坯料须藉送料机推力送入，所以行星轧机机组包括送料机。行星辊相继通过坯料变形区，似轧似锻周期性地压缩坯料。虽然每个行星辊压下量很小，但每秒内通过变形区的行星辊多达100对,所以轧制一道的压下率可达到90以上。由于工作轧辊辊径很小，所以轧制压力低于同样压下率的其他轧机。由于轧辊多次压下累积的结果，带材上出现波纹，需在平整机上平整消除，所以行星轧机机组包括平整机。112叠轧将几层钢板叠在一起,用二辊轧机热轧成薄于2MM的薄板的工艺。18世纪初，西欧就开始用热叠轧法轧制小块薄钢板。直到20世纪初，大部热轧薄钢板都用此法轧制。有粗轧和精轧两工序,最初在单架二辊机上进行,以后分别在两架轧机上进行。也有用一架三辊劳特式轧机进行粗轧，产品供给两架二辊轧机精轧。叠轧法可生产厚02820MM，宽7501000MM，长三辊式行星轧机和专门生产小钢坯的万能式行星轧机，并同焊管机组和连铸机配合成联15002000MM的热轧薄钢板，也可生产厚24MM热轧钢板。产品主要有屋面板、酸洗板、镀锌板、搪瓷用钢板、油桶用薄板和硅钢片；此法也可生产不锈耐酸钢板和耐热钢板等。叠轧薄板生产规模小，投资少，建设快；轧机的结构简单，为下辊单辊传动，不用齿轮机座。但缺点很多，高温叠轧容易产生叠层间粘结，废品量大；轧速低，热轧件薄而冷却快，又不能对轧辊进行冷却；采用温度在400500的热辊轧制，使生产难于准确控制，轧辊消耗量也很大；轧辊轴承需用沥青润滑，油烟很大，污染环境。此外，劳动生产率低，劳动强度高，操作条件恶劣；金属切损和烧损高，产品质量和尺寸精度低。一些工业发达国家已不再采用此法。113炉卷轧机炉卷轧机技术，代表了当前炉卷轧机的最高新水平。其在轧机产品中具有多重优点为一方面可以满足中厚板轧制到带钢钢卷轧制的厚度变化，另一方面又能满足不同材料的轧制需求，如低碳钢、高强度钢、不锈钢板等。是一种产品规格变化灵活、适应性广的产品。通过多年实践经验的积累，北京蒂本斯可为客户提供成熟可靠的炉卷轧机，该产品在生产工艺、机械设计、液压系统、电气和自动化系统设计和制造方面，都达到了世界一流的水平。114热连轧用连铸板坯作原料，经步进式加热炉加热，高压水除鳞后进入粗轧机，粗轧料经切头、尾、再进入精轧机，实施计算机控制轧制，终轧后即经过层流冷却（计算机控制冷却速率）和卷取机卷取、成为直发卷。20世纪60年代以来由于可控硅供电电气传动及计算机自动控制等新技术的发展，液压传动、升速轧制、层流冷却等新技术的发展，热连轧发展更为迅速。现代热连轧发展趋势和特点是为1为了提高产量而不断提高速度，加大卷重和主电机容量、增加轧机架数和轧辊尺寸、采用快速换辊机换剪刃装置等，使轧制速度普遍超过1520M/S，甚至高达30M/S以上，卷重达45T以上，产品厚度扩大到0825MM，年产可达300600万吨。但到最近，大厂追求产量的势头已见停滞，而转向节约能耗和提高质量方向发展。（2）当前降低成本，提经济效益，节约能耗，提高成材率成为关键问题，为此而迅速发展开发了一系列新工艺新技术。突出的是普遍采用连铸坯及热装和直接轧制工艺、无头轧制工艺、低温加热轧制、热卷取箱和热轧工艺润滑及车间布置革新等。（3）为了提高质量而采用高度自动化和全面计算机控制，采用各种AGC系统和液压控制技术，开发各种控制板形的新技术和信轧机，利用升速轧制和层流冷却以控制钢板温度与性能。使厚度精度由过去人工控制的02MM提高到005MM，终轧和卷取温度控制在15以内。在工业发达国家中，热连轧带钢已占板带钢总量的80左右，占钢材总产量的50以上，因而在现代轧钢生产中占着统治。115薄板坯连铸连轧SMS公司的薄板坯连铸连轧工艺中，出连铸机的薄板坯厚度一般在50MM以上，这样厚的板坯不仅要增加精轧的压缩率和精轧机设备，而且由于难以热卷取而只能放长条输送保温，大大增加了输送保温的设备和操作困难，并且使板坯氧化皮损失和散热损失成倍增长。因此，从连铸连轧工艺要求出连铸机的薄板坯厚度还应继续减小，最好小到1020MM，则一出连铸机便可进行热卷取见带卷箱保温，然后成卷保温输送至精轧机组轧制成材，这样其经济效益将更为显著。为此，MDH公司开发的薄板坯连续铸轧技术可以铸轧出厚度在15MM以下的适于热卷取的板卷。该项技术的主要特点不仅在于采用直弧式结晶器，还在于连铸的同时可进行连续铸轧减薄。该公司于1987年9月在杜伊斯堡胡金根的曼内斯曼钢厂经改造后的超低压头板坯连铸机上试验该项技术成功后，连续铸轧出了各类钢种、不同规格的薄板坯。试验生产结果表明，此项薄板坯连铸技术与最佳轧制工艺相配合，不但降低了投资与生产成本，而且使产品质量性能也大为改善，并可由连铸机直接生产合格的成品厚板。12指定产品121同类产品本次毕业设计的指定产品是深冲用热轧板带钢，产品尺寸是501250L，牌号是WY08ALA,这是属于低碳铝镇静钢冷轧薄板，是汽车制造业的主要材料，同类的产品有武钢的WY08AL、鞍钢的08AL和K08AL等薄板，在国内应用非常广泛。122产品标准该产品的标准使武标（热）178和GB521385，其中武钢的具体标准见表11。表11指定产品的执行标准牌号WY08A1A产品标准GB521385、武技规（热）178规格（MM同坯温差水管黑印加热加热温度120030加热质量5035R2入口侧R2出口侧VSBR1奇道次偶道次奇道次偶道次R3R4123粗轧除鳞ONONONOFFOFFONONON精轧除鳞ONONON温度FT786030CT57030（08A1）5503008A1A冷却方式后段冷却轧制及卷取厚度控制在轧制时，两台X测厚仪同时在线工作，如果两台测厚仪之间的误差大于006MM时应及时处理宽度MM凸度MMP1K3PR319750014250KWP3K4PR418650011700KWP4所以，R1，R3，R4的功率全部通过。65精轧机组轧制工艺的设定仍然采用能耗法来设定精轧阶段的工艺参数。651轧制功耗的确定6511能耗的计算第I架累计能耗模型为LNLN130201KHHKTKEIIEBTPGI（634）其中KPG为钢种修正系数，其值为11；KT为温度系数，其值为00024；TB为精轧入口基准温度，取值为1049；TE为精轧入口预测温度，取值为1049；K1，K2，K3为常数，其值见表613；H0为第1架的入口厚度，单位为毫米；HI为第I架的出口厚度。表613能耗系数名称卷厚（MM）K1K2K3K436H1所以应该继续迭代。2令R2R1LD241009434212591/272284MMQP20804903393047024880039304700732047272284/27631387PB272284138717159011720325KG/MMR2400121051041720325/341983410198MM因为|R2R1|/R1|410198410094|/41019800251所以符合要求。3计算轧制压力P令R3R2410198则LD341019834212591/272293MMQP308049033930417024880039304700732047272293/27631387PB372394138720109012019154KG/MM所以，轧制压力PPBB201915412714621032567278T通过以上方法计算同样可以得到其余各架的轧制力，七个机架轧制力见表81。表81精轧各机架轧制压力机架F1F2F3F4F5F6F7轧制力P/T256728185746180146134193107905936257262282轧辊强度的计算821强度校核原则1轧制时板带位于轧辊正中间，轧制力按均布载荷对待，轴承两侧的支反力相同；2轧辊直径沿辊身长度方向保持不变，故辊身危险截面必在辊身中央；3辊颈及辊头的危险截面均在传动侧。822工作辊强度的校核8221工作辊下辊受力图图82工作辊受力分析图8222强度校核1辊身弯曲应力及扭转应力由弯矩图知为辊身中央受最大弯曲应力，辊身中央所受弯矩为公式为MMAX1/2PL/4B/4（86）式中P为轧制压力，单位为吨；L为辊身长度，单位为毫米；B为板带宽度，单位为毫米。MMAX1/22567281031700/41271249/4138108KGMM辊身中央的弯曲应力为为1MMAX/01DW3（87）式中DW为工作辊直径，其值为800毫米；故1138108/018003270KG/MM2辊头扭转应力如图72，辊身扭矩为。公式为MNI9550PI/NI88式中PI为各轧机的最大所需功率，单位为KW；NI为各轧辊的最大实际转速100176KNM。MN270765KNM；MN377141KNM；MN449920KNMMN533690KNM；MN627068KNM；MN718065KNM其中最大扭矩MNMAXMN1100176KNM辊身最大扭转应力为为1MNMAX/02D3100176105/028003116KG/MM2对于钢轧辊，应用第四强度理论计算为合123121/2242311621/2313KG/MM2（89）当轧辊直径有磨损时,D1MIN740MM,此时必然轧制压力也相应减小，这里假设轧制压力P不变，即P329259T此时为123108/017403304KG/MM1MNMAX/02D3100176105/027403146KG/MM2123121/23042314621/2395KG/MM2合显然当D1740MM，1合合2辊颈扭转应力为辊颈扭转应力为NMN/02D3（810）开槽后为NKN（811）式中D为工作辊辊颈直径（485MM）；K为应力集中系数（K21）。N100176105/024853519KG/MM2；N2151910899KG/MM23许用应力的选择本设计采用合金锻钢工作辊，其许用应力为1424KG/MM2。而许用扭转应力06，即84144KG/MM2。因为D,N,1合。故工作辊强度符合要求。图83辊头截面图823支撑辊强度校核8231支撑辊下辊受力图支撑辊下辊受力图如图83所示。由图可知，危险截面位于辊身中央截面及图上II截面（辊颈与辊身接触截面）。1辊身弯曲应力辊身中央承受最大弯矩为MMAX1/2PA/2L/4PA/4L/8（812）式中P为轧制压力，单位为吨；A为压下螺丝间距，单位为毫米；L为辊身长度，单位为毫米。MMAX1/425672827401700/2103156109KGMM辊身中央的弯曲应力为DMMAX/01DW3（813）式中DW为支撑辊直径，其值为1570毫米，故D156109/0115703402KG/MM22辊颈弯曲应力辊颈承受的弯矩为M颈1/4PAL（814）故M颈1/42567281031040086109KGMM辊颈得弯曲应力为颈M颈/01DW3（815）故颈086109/（019553）987KG/MM23许用应力的选择本设计支撑辊采用碳素锻钢材质，其许用应力15KG/MM2。因为D,颈，故支撑辊强度符合要求。图84支撑辊受力分析图83机架强度校核831机架尺寸（见图85）机架尺寸见图85。图85机架尺寸图剖面图剖面图图86机架横梁及立柱剖面图P/2P/2L1L2HBAB图87简化机架的力学模型图832计算断面静矩，形心，惯性矩及抗弯系数1上横梁断面面积FI2FIII07250640464M2FIIII0485137064035405M2故FIFIIFIIIFIIII200020464035405118215M2上横梁断面的静矩为SII20002137/2137014M3SIII0464064/2014848M3SIIII035405064137064/2035582M3故ABCSISIISIIISIIII137014014848035582086584M3上横梁断面的形心位置为Z1SI/FI035582/1182150732M上横梁断面的惯性矩为I11031735M46380722DZI12009476M4930I13004203M468922Z故I1I11I12I13031735009476004203018056M4横梁断面的抗弯系数为W1I1/Z1018056/0732024652M32立柱断面面积F209307607068M2立柱形心位置为Z2093/20465M立柱断面惯性矩为I21/120760933005094M4立柱断面抗弯系数为W2I2/Z2005094/0465010955M33下横梁断面面积F307613710412M2下横梁形心位置为Z3137/20685M下横梁断面惯性矩为I31/120761373016285M4下横梁断面抗弯系数为W3I3/Z3016285/0685023774M3833简化机架的力学模型由图中可知，L26400YC3YC164001370/2731778167MML1L318609302790MM故M2P1L12/161/I11/I3/L1/2I1L2/I2L3/2I3329259/22792/161/0180561/01629/279/201805678617/05094279/2016295510TM上下横梁的最大弯矩为M上下P1/4L1M2（816）故M上下1/4329259/22795510109319TM834机架强度的校核1简化机架的力学模型见图88，图89图88牌坊分离体受力图图89牌坊分离体弯矩图3应力的计算及校核静不定力矩M2的计算公式为M2（817）216132JLJLP式中为L1为牌坊横梁的中性线长度，L1186093279ML2为立柱中性线长度，L264137777MJ1、J3为上下横梁断面的惯性矩J2为立柱断面的惯性矩P为总轧制力的一半307054/2153527T故M2329259/22792/161/0180561/01629/279/201805678617/05094279/2016295510TM551KNM上、下横梁应力的计算为公式为上PL1/4M2/W1（818）109319/024652/10004434MPA下PL1/4M2/W3（819）109319/023774/10004598MPA立柱应力的计算为公式为立M2/W2P/2/F2（820）510/010955/1000329259/210/07068/10002795MPA因为牌坊通常用含碳量025042的ZG35铸钢制成，其强度极限为B500600MPA。为防止断辊时损坏牌坊，在选择牌坊的许用应力时，应保证牌坊不产生塑性变形，因而往往选用较大的安全系数N10125。故B/N4060MPA因为上、下、立故机架的强度符合要求。84电机能力校核841精轧节奏时间T节70062STFP50062S842按能耗曲线确定轧制功率1N3600EI/TG（821）式中N为轧制功率，单位为千瓦；EI为该机架的能耗，单位为千瓦时/吨；T为轧制时间，其值为50062秒；G为轧件重量，单位为吨。故N36003438/500620211309578500128KW2平均功率为N平NQ实/Q理1/2（822）式中Q实为实际小时产量，单位为吨/时；Q理为理论小时产量，单位为吨/时。故N平500128085209851/2458162KW3电机能力校核由前面的工艺设备的选择中知，电机额定功率NE7600KW。因为N平NE；所以电机不发热。又因为NKNE，式中K为电机的过载系数，取其值为2；故N2760015200KW。所以N平N，电机不过载，故电机满足设计要求。9车间主要经济技术指标及平面布置91车间主要经济技术指表91车间主要经济技术指标1700热带轧机参数数值生产力万吨/年400机械设备重量吨32000电机总容量千瓦167500车间总面积米2178600定员人2000车间投资万元40000金属消耗吨/吨1058燃料混合煤气24标米2/吨，重油005吨/吨电力消千瓦小时/吨104蒸汽公斤/吨56水吨/吨233轧辊公斤/吨089润滑油公斤/吨01292车间工艺平面布置9211加热炉与VSB大立辊之间的距离一号加热炉与VSB之间的距离必须大于10米，因为连铸坯最长为10米，还要为金1属检测器的安装留有一定的余地，因此取为10625M。HMD10HMD11间距取10625M。2HMD11VSB立辊间距取267M，因为VSB前面有侧导板。HMD10VSB立辊间距取31062526713295M。922粗轧机组各架间距VSB到R1的距离HMD20到R1的距离必须大于10米，因为坯料的最大长度是10米，还应该考虑VSB使坯料产生的延伸，所以取为1269米。VSB到HMD20之间的距离取为3425米，所以VSB到R1的间距为1269342516115M。R1R2的间距根据R3、R4的工作情况而定。因为，只要R3、R4其中一机发生故障，则会把发生故障轧机的压下任务交给R2完成。而且R2为可逆式轧机，前后的间距都要长一些。另外还要为5个热金属探测器留有余地。因此，这个间距取值为43065米。R2R3的间距用同样的方法可以确定这个间距为729米。R3、R4连轧机的间距主要考虑维修和安装方便，取98米。923中间辊道的长度这个间距由粗轧出来的轧件长度决定，但是还要考虑检测仪表的安装。所以这个长度取为127320毫米。924CSF1的距离主要考虑热金属检测器和破鳞箱的安装，取9355米。925精轧机组各机架的间距主要考虑连轧活套的安装和水管的安装，取55米。926F7到卷取机的距离因为带钢速度快，要在几秒内把温度降低到所要求的卷取温度，而且还要考虑到测厚仪、测宽仪、测温仪和热金属检测器的安装，所以这一段长度取为138785毫米。93厂房建筑面积表92厂房建筑面积跨间间距M跨间名称宽度长度轨面标高厂房面积M2板坯仓库（AB）3032909720板坯仓库（BC）423249013608板坯仓库（CD）42324901