刘畅的毕业设计

1、河北联合大学轻工学院QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY毕业设计说明书设计（论文）题目：年产200万吨薄板坯连铸连轧带钢生产线工艺设计学生姓名：刘 畅 学 号：200815190202专业班级：08轧钢2班 学 部：材料化工部指导教师：冯运莉 教授 2010年05月30日摘要摘 要薄板坯连铸连轧与传统生产工艺流程相比，具有可节约投资、提高成材率、降低生产成本、大幅度缩短生产周期等优点。目前市场上对薄带钢如镀锌板的需求很大，而用传统的冷轧花费较高，生产周期长。有些一般用途薄板如果能用热轧直接生产，这将大大降低成本。这也进一步促进了对薄板坯连铸连轧技术

2、作更深层次的研究。 基于上述前提，结合目前国内外薄板坯连铸连轧的生产状况，本文设计了年产200万吨薄板坯连铸连轧带钢的生产工艺。在本次设计中，重点是对工艺进行设计，通过采用两架粗轧和六架精轧轧机，缓和以往薄板车间生产超薄规格时板形、跑偏等问题，而且适应今后板坯向中薄方向发展的趋势具有开发新产品的巨大潜力。另外合理地选取了结晶器，减少拉漏事故和优化了铸坯质量，为新产品的开发奠定了基础。最后还对本次设计的可行性进行了分析，使得本次的设计能符合实际的要求。设计中涉及的系数部分取的也是现场的经验数值，用到的部分公式也是来自于实际的经验公式，最终完成了本次的设计。关键词： 薄板坯连铸连轧；层流冷却；轧制

3、新工艺AbstractComparing with the traditional production technical process, thin slab continuous castin and rolling technical process has the advantage of saving the investment, improving useful adult rate, reducing the production cost, reducing the production cycle and so on. At present in market the d

4、emand of thin slab like galvanized sheet is very big, but with traditional cold rolling expenditure too high, production cycle long, also is not easy to control the production, if hot rolling can use to produce this kind of thin belt even the ultra thin belt product, it will have the significant sig

5、nificance. It also further promotes to roll over the technology to thin slab continuous casting and rolling to make a deeper level the research. Basing on the above premise, combining the production condition which the unions at present domestic and foreign thin slab continuous casting and rolling,

6、I have designed the production rolling over which can produces 1.5 million ton per year. In this design, focused on the design process, through the use of two rough and rolled 6 finishing mill, easing past workshop production of thin sheet specifications shape, deviation and other issues, but also a

7、dapt to the slab in the future thin direction of the development trend of the development of new products with great potential. In addition to select a reasonable mold, reduce accidents and leakage optimization pull the slab quality, for the development of new products laid the foundation. Finally,

8、on the feasibility of this design were analyzed, making this the design to meet the actual demand. Involved in the design of the coefficient is also part of the scene from the experience of value to use part of the formula is from the actual experience of the formula, this completed the final design

9、.Keywords: thin slab continuous casting and rolling, the laminar cooling, new rolling technologyI河北联合大学轻工学院毕业设计说明书3目 录目 录摘 要IAbstractII引 言1第1章 文献综述21.1 国内外发展现状21.2 国内新产品的开发31.3 薄板坯连铸连轧的研究意义4第2章 建厂的依据及车间的概述52.1 建厂的依据52.1.1 地理与资源52.1.2 可行性研究52.2 车间的概述62.2.1 产品大纲的拟定原则62.2.2 产品大纲的制定62.3 工艺流程7第3章 车间的布置及所

10、用设备的选择93.1 车间布置及设备选用的原则93.2 结晶器的选择93.3 车间布置及轧机型式及数目等参数的确定123.3.1 立辊轧机的选用133.3.2 轧机数的确定143.3.3 粗轧机的确定143.3.4 中间辊道布置的确定163.3.5 精轧机的确定173.3.6 精轧机与层流冷却设备之间辊道的布置20第4章 压下规程设计214.1 坯料尺寸214.2 轧制工艺中各参数的确定224.2.1 各道次出口厚度及压下量的确定224.2.2 轧机咬入能力的校核234.2.3 各道次带钢出口速度的确定244.2.4 各道次处轧机的转速254.2.5 各道次带钢温度的确定26第5章 轧制力的计

11、算及辊缝的确定285.1 轧制力的计算285.2 各机架的空载辊缝设定29第6章 带钢生产过程中各种力矩的计算316.1 轧制力矩的计算316.2 附加摩擦力矩的计算326.3 空转力矩的计算346.4 动力矩的计算34第7章 电机功率及轧辊强度的校核367.1 轧制过程中静负荷图的制定367.2 电机的校核377.2.1 等效力矩的计算和校核377.2.2校核电机的过载387.3 轧辊强度校核397.3.1 支撑辊的校核407.3.2 工作辊的校核417.3.3 工作辊和支撑辊接触应力校核43第8章 辅助设备458.1 加热炉的选择458.2 剪切机的选择478.3 除鳞机的选择488.4

12、活套支撑器498.5 冷却设备518.6 卷曲设备538.7 高速通板装置558.8 辊道568.9 矫直机57第9章 轧钢机产量的计算599.1 轧机各类产量计算599.1.1 轧机小时产量计算599.1.2 轧机平均小时产量609.1.3 轧钢车间年产量计算619.1.4提高轧机产量的途径619.2 轧钢机工作图表的制定629.2.1 轧机工作图表的意义629.2.2 轧机工作图表的制定62第10章 轧钢车间平面布置及经济技术指标6410.1 轧钢车间平面布置6410.1.1 轧钢车间的平面布置原则6410.1.2 金属流程线的确定6410.2 各类材料消耗指标6610.3 综合技术经济指

13、标68参考文献71致 谢73引言引 言薄板坯连铸技术TSCR（ThinSlab Casting and Rolling）自1989年开发成功并在Nucor投入商业化生产以来取得了很大的进步，是当代冶金领域前沿性、变革性技术，是氧气转炉和连续铸钢技术发明和应用之后，炼钢生产的第三次革命，连铸技术自之所以被广泛地应用于钢铁工业生产中，主要是由于它的低生产成本、高产品质量、高生产能力以及对环境更为友好。但在对该项技术实施过程中，也遇到了不少问题，这给我们提出了亟待解决研究的课题。首先由于是薄板坯的生产，想要得到性能良好、表面质量高的产品，就得要求铸出无缺陷、内部组织均匀的坯子；铸坯的厚度较薄，一些工

14、厂对结晶器的开发与使用还不够成熟，常出现拉漏等问题。其次在生产薄规格产品时，带钢容易跑偏和发飘易造成甩尾，而且板形和轧后的冷却制度不容易控制，严重影响产品质量。最后由于现阶段生产的板坯厚度较薄在压缩比方面受到限制，产品的种类不能覆盖传统工艺的全部产品。根据任务书要求本设计为年200万吨的薄板坯连铸连轧生产线。结合目前薄板坯连铸连轧的生产问题，本次的设计参考唐钢FTSR现场实际，对工艺设备进行部分改造，运用先进的控制技术，使之能尽量顺利实现薄规格产品生产并提高产品质量，增加薄规格产品在产品大纲中的比例；适应其今后向中等板坯发展的趋势，增大产品开发的潜力。第1章 文献综述第1章 文献综述1.1 国

15、内外发展现状 在钢铁工业快速发展的进程中，薄板坯连铸连轧技术的发展和应用发挥了重要的作用，自1998年8月我国第一条薄板坯连铸连轧生产线在广州珠江钢厂建成投产以来，国内相继建设投产了13条、28流铸机的生产线，形成薄板坯连铸连轧生产能力为3280万吨，2006年中国薄板坯连铸连轧热轧板卷总产量为2435.8万吨，比2005年产量增加539.8万吨，2007年1-8月份总产量达到2064.6万吨，总产量位居世界第一。 薄板坯连铸连轧工艺起初生产的是普通中等强度的低碳热带钢，在过去的十几年里，其产品范围不断扩展，现在已经能够生产或在试生产的主要产品有：低碳钢，结构钢和HSLA 钢(改进成形性的HS

16、LA ，适用于焊接的细晶粒结构钢，耐候钢，特种含磷低合金钢)；管线钢(St E48017 ，X70)；可热处理钢(碳钢，碳铬钢，碳锰钢，碳锰硼钢，碳铬钼钢，碳铬钼钒钢)；弹簧钢(非合金弹簧钢，合金弹簧钢)；工具钢(碳素工具钢，合金工具钢)；耐磨钢(90Mn4)；电工钢(无取向硅钢、取向硅钢)；不锈钢(铁素体类，奥氏体类)等1。例如，德国蒂森钢铁公司的CSP主要产品有，低碳钢(0102%01075%C，SAE1006)，结构钢(S235、S275、S355) ，含微量合金元素铌、钒的细晶结构钢( S420MC S340MC)，高强度低合金( HSLA)钢，可热处理钢(28Mn6、27MnB5、S

17、AE1050)，双相钢，无取向硅钢，IF 钢等。美国纽柯公司的CSP 线最近在开发生产含Nb系列的高强度低合金钢产品(HSHA-Nb、HSHA-Nb-Mo、HSHA-Nb-Mo-Ni)，板材的屈服强度从430MPa到530MPa，抗拉强度从510MPa到650MPa。此外，纽柯公司还开发了一种卡车车架用钢，此钢的屈服强度达到550MPa，冲击韧性值187J(室温)和66J(-20)，墨西哥的希尔沙CSP 厂生产的热轧产品可满足结构型材、汽车板材、镀锌板、电工钢和制管等的市场需求。意大利AST 厂为第一家生产不锈钢的CSP厂，其每年大约生产100万t 铁素体和奥氏体类不锈钢以及硅钢2。08年我国

18、钢材生产总量超过三亿吨，钢材产品的结构调整取得成效，板带产品由于市场需求得到极大的扩充，产品比例超过45，但数量和质量的需求仍在不断的增加，高精尖产品年进口量4000万吨，尤其各种用途的宽面冷轧深冲板。这一差距表明我国仍需继续增加宽面板带材生产量，提高冷轧钢材生产的比例。目前，我国已经建立了近十条薄板坯连铸连轧生产线，设计产品的规格最薄达到0.8mm，意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，因为薄规格生产的故障率高，辊耗大，过渡轧材多，加热难度大，板型控制难度大等，这样按综合成本计算，与用热轧2.0mm作原料，冷轧1.0mm的带钢成本相当，甚至更高。因此薄板坯连铸连轧

19、生产线并不追求轧制最薄规格，待技术发展到故障率等降低后，才能经济的批量生产。另外，薄板坯连铸连轧工艺仍有许多不足之处：首先，薄板坯连铸连轧的生产品种受限，产品档次不高，在实际生产中面临着扩大品种、改善质量的任务，其产品与传统热带钢轧机产品尚有一定差距。由于薄板坯连铸连轧一般采用5090的板坯，在轧制生产时，板坯压缩比明显不够，生产如深冲钢、管线钢等生产工艺要求严格、高质量、高附加值的产品很困难，主要是偏析数量多，夹杂多，扩散相对不足，不利于生产高质量的带钢。其次，薄板坯连铸机漏钢率相对较高，轧机生产能力得不到充分发挥。1.2 国内新产品的开发从近年来我国薄板坯连铸连轧生产技术发展现状分析可见，

20、薄板坯连铸连轧生产的热轧板卷在我国目前和将来的热连轧板带产品中，均占有较大的比例(约30%左右)，其生产线装备均达到或接近国际一流水平，代表着我国钢铁生产先进流程的重要方面。近几年，一些薄板坯连铸连轧企业在高效化生产及新线达产、新产品研究开发、轧制过程控制工艺技术开发、钢的组织性能特征研究及控制等方面取得了一批新成果，其中部分成果达到国际领先水平。我国钢铁企业也应看到，同传统流程比较，薄板坯连铸连轧工艺在冶金工艺过程机理方面有其明显的特征；在工艺过程控制方法和技术上，需要根据流程特点充分挖掘和发挥流程的潜力，进行较为系统的、创新性的研究开发，才能创造更高的水平和效益。在冷轧料方面成功地解决了薄

21、板坯连铸连轧生产线生产的热轧卷屈服强度过高，影响冷轧生产的问题，并使屈服强度稳定在280300MPa之后，低碳钢冷轧基料的生产已趋正常。马钢CSP生产线进行开发研究后，已成功地将冷轧基料在热轧卷产量中的比例由2004年的30%提高到2005年的7%，2006年01-09月继续保持平均69.7%的比例(如包括外供的专用于冷轧坯料的热轧商品板卷，冷基料实际比例已超过80% ，这在世界薄板坯连铸连轧生产线中也是居于前列的)。2006年以来，唐钢、包钢、邯钢等企业的冷轧基料比例都超过41%，而全国12条生产线生产的冷轧基料比例平均达3%。这说明全国薄板坯连铸作业线的产品中约有1/3左右可以供冷轧深加工

22、用。1.3 薄板坯连铸连轧的研究意义薄板坯连铸连轧( Thin Slab Casting and Rolling 简称TSCR) 是近20年来开发成功的生产热轧板卷的一项短流程工艺， 是继氧气转炉炼钢、连续铸钢之后钢铁工业最重要的革命性技术之一， 是热轧板带近终形产品轧制的现代技术。自1989年美国纽柯钢公司的Crawfordsville厂建成世界首条薄板坯连铸连轧生产线以来，该项技术获得了迅猛发展3。薄板坯连铸连轧工艺在技术和经济等方面与传统的热轧带钢相比，具有非常大的优越性。传统的热轧带钢生产一般是炼钢车间冶炼、铸坯，冷却后送往轧钢车间进行二次加热轧制成材，炼钢和轧钢相对较独立，生产不连续

23、。而薄板坯连铸连轧是几个工序之间紧密连续，铸坯和轧制之间在线进行少量补热，形成一条连续的生产作业线，其特点是：(1) 工艺流程简化，设备减少，生产线短。薄板坯厚度较薄， 可以省去传统热轧带材粗轧，节省设备约30%，从而降低了单位基建造价，吨钢投资下降19%34%。(2) 生产周期短。连铸连轧省去了大量的中间倒运及停滞时间，从钢水冶炼至热轧成品输出，仅需1.5h，而传统热轧带钢生产需要5h左右，从而减少了流动资金的用。(3) 节约能源，提高成材率。薄板坯连铸连轧能耗降低约20%，成材率提高约2%3%，降低了生产成本。(4) 产品的尺寸精度高， 性能稳定、均匀。(5) 适合生产薄及超薄规格的热轧板

24、卷，产品的附加值高，从而实现高的经济效益。虽然现阶段的薄板坯连铸连轧还存在一些问题，例如：生产品种受限， 产品档次不高；漏钢率相对较高， 轧机生产能力得不到充分发挥；缓冲能力弱等等，但随着研究的不断深入这些问题正在或终将被解决。在能源危机日益严重，市场竞争日趋激烈的今天，薄板坯连铸连轧以其自身的众多优点，技术的成熟和不断改进终将代替传统的生产方式。第2章 建厂的依据及车间的概述第2章 建厂的依据及车间的概述2.1 建厂的依据2.1.1 地理与资源1. 丰富的能源1）遵化和迁安有丰富的铁矿，并且唐山曹妃甸港的建设，便于购买澳矿运输。2）开滦集团可以提供充足的煤燃料。3）陡河电厂、唐山电厂可以提供

25、充足的电力。4）东北部有陡河水库可以提供充足的水资源。2. 便利的交通唐山地处京津之侧拥有便利的铁路，曹妃甸和京唐港提供了便利、廉价的水运，唐津高速公路、唐港高速公路以及107国道、205国道、102国道提供了便捷的公路运输。3. 丰富的人力资源省内的高校拥有燕山大学、河北理工大学等冶金工科院校，北京和天津的各高校在中国更是排名靠前。2.1.2 可行性研究中国正处于经济发展时期，钢铁消费良好，该车间年产200万吨，销售不是问题。还可通过曹妃甸港，经过便利的海上运输，实现出口。虽然我国的钢铁业有了很大的发展，但是我国的产品结构类型还很不合理，板带在钢材中的比例仅为25%左右，而在发达国家多达50

26、%60%，甚至更多。板带不但可以作为成品使用，有时也作为半成品使用，常用于弯曲型钢、焊接型钢、焊管的原料，可以大大减轻设备量，降低成本。板带与型钢相比，具有形状简单，不用换辊就可以调整产品，适合高速度自动化的控制，连续大规模的生产，同时具有高精度、高性能质量等优点。目前薄板坯连铸连轧带卷已达到0.8mm，这一厚度已接近我国冷轧厂生产厚度0.70.8mm的冷轧板。部分冷轧板市场正逐步被价格相对便宜同等规格的薄板坯连铸连轧产品所代替。如作为建筑涂层板原料，冷轧板不如热轧板附着性好，而冷轧板有相当部分的产品用来涂层。尤其是表面质量没有特殊要求的产品中可不经过冷轧，直接使用热轧板。随着热轧超薄带钢品种

27、规格增多，冷轧品种供应的范围越来越小。薄板坯连铸连轧生产线的产品将大量挤占0.82.0mm之间的冷轧产品市场。而传统热轧带钢产品将分别被挤到主要生产3mm以上规格带卷和0.8mm以下的冷轧带钢供料。因此薄板坯连铸连轧生产的超薄热带具有广阔的前景和生命力。薄板坯连铸连轧工艺在技术和经济等方面与传统的热轧带钢相比，具有工艺流程简化，设备减少，生产线短；生产周期短，节约能源，提高成材率；产品的尺寸精度高，性能稳定、均匀；适合生产薄及超薄规格的热轧板卷，产品的附加值高，从而实现高的经济效益4。综合以上几点，建设一条现代化的板带生产线是可行，甚至是必要的。2.2 车间的概述2.2.1 产品大纲的拟定原则

28、1.产品大纲是进行车间设计时制定产品生产工艺过程确定轧机组成和选择各项设备的主要依据。产品大纲一经确定，车间的类型及其性质即已确定。 产品大纲的编著原则：1)满足国民经济特别需要，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。作到供求适应、品种平衡、产销对路、布局合理、要防止不顾轧机特点和条件一哄而上、一哄而下的倾向。3)考虑轧机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、对内搞活的经济形势，力争做到

29、产品结构和产品标准的现代化5。2.2.2 产品大纲的制定本设计考虑以上各点，立足唐山，面向全国和世界各国而定，产品大纲如下：1. 生产规模年产各种规格的热带钢200万吨。2. 产品规格带钢厚度：0.812.7mm带钢宽度：9001600mm钢卷重量：约20t单位宽度卷重：16.4 kg/mm3. 产品分类按钢种分配的热轧板带产品方案见表2-1。表2-1 按钢种分配的热轧板带的产品序号钢种代表钢号年产量/wt比例%1普通碳素结构钢Q235 Q27540202优质碳素结构钢08 08Al90453低合金钢16Mn70354合计200100按产品规格分配热轧板带方案见表2-2。表2-2 按产品分配的

30、热轧板带产 量 /wt宽 度 /mm合 计/wt比 例%8001000100012001200140014001600厚度/mm0.81.55781030151.5481828660304661262650256125203056030合 计/t24577247200比 例%1228.53623.51004. 原料选择根据现场的实际经验，采用厚度70-90mm连铸板坯为原料，由连铸车间供给。本次设计的典型产品采用的是没有经过连铸机软压下的90mm厚的板坯，而在生产超薄规格时采用的是经过软压下的厚度减为70mm厚的板坯。2.3 工艺流程从两流连铸机来的合格定尺板坯经过横移车移送到装钢辊道，称重后

31、，直接热装入蓄热式步进梁式加热炉；供合格冷坯从板坯跨，经过上料台架送到装钢辊道，称重后，装入加热炉。当板坯温度加热到1150-1250时，板坯出炉，首先经过18Mpa高压水除鳞，除去其炉生氧化铁皮，进入带立辊E1 的两架可逆粗轧机R1和R2 轧制3 至7 道次，中间坯厚度15-25mm。正常轧制时，一般R1 轧制3道次。在生产管线钢等变形抗力较大规格时，考虑R1 和R2轧制6 道次。中间坯经过保温段（如果生产管线钢就要经过冷却段）进入飞剪切头、切尾，经18Mpa 高压水除鳞，除去其表面的再生氧化铁皮，进入六架精轧机轧制成厚度为216mm 的成品。通过设定合适的终轧速度和机架间冷却水保证终轧温度

32、。出精轧机后，带钢在输出辊道上经层流冷却装置冷却到规定的卷取温度，然后进入两台地下卷取机，卷取完毕后，经钢卷运输系统传送，进行打捆、称重、喷号，天车吊运到钢卷库，冷却后发货。流程如下：连铸机液芯压下飞剪机辊底式加热炉高压水除鳞立辊轧机四辊粗轧机（2架）中间冷却（或保温罩）转鼓式飞剪四辊精轧机组（6架）带钢层流冷却高速飞剪卷取检查打捆称重打印入库6。7第3章 车间的布置及所用设备的选择第3章 车间的布置及所用设备的选择3.1 车间布置及设备选用的原则首先，在连铸机、液芯压下、粗轧机与精轧机之间设计保温罩或冷却区等方面，主要是考虑产品的规格，实际现场的生产以及带钢内部组织性能的影响，而做出选择；其

33、次，为了使得本次的设计更贴近实际，在选定轧机型号及确定轧辊、各架轧机之间的距离等方面，主要是依据唐钢薄板坯连铸连轧的车间设计，并针对本次设计要求做一些改动；在确定轧机数目及布置上，考虑的是目前连铸机铸出的坯料质量、大压下导致跑偏、轧制薄规格时的发飘及整个轧制稳定配合等方面，而作出了本次的设计。在设计中，选用的设备、技术、轧机数目、布置及选用的原因将在下面做具体的介绍。 3.2 结晶器的选择 我们知道，连铸技术自1937年德国人S.Junghans发明振动结晶器以来，之所以被广泛地应用于钢铁工业生产中，主要是由于它的低生产成本、高产品质量、高生产能力以及对环境更为友好。连铸技术在大量的重要技术诸

34、如钢包回转台、滑动喷嘴、密封浇铸、弯月面控制、引锭杆、电磁搅拌、连续弯曲与松弛、小辊、动态二次冷却、中间包加热、中间包热交换、自动浇铸、液压振动、电磁制动、漏钢（BO）预报、轻压下、板坯热装轧制（HCR）和直接热轧（HDR）等等技术被发明以后，取得了快速的进展。这些技术大大改善了产品质量，提高了连铸效率。薄板坯连铸技术TSCR（ThinSlab Casting and Rolling）自1989年开发成功并在Nucor投入商业化生产以来取得了很大的进步。TSCR工艺使得小型工厂进入扁平材生产领域成为可能。首先，TSCR为扁平材的生产提供了经济节约的方法。其次，TSCR非常适合被广泛应用在钢结构

35、领域的HSLA和多相钢产品的生产。与传统工艺所生产的同等级的钢种相比较，采用TSCR工艺生产的HSLA和多相钢在市场上更具竞争力。值得一提的是，TSCR工艺由于薄板温度的均匀性还非常适合硅钢的生产。众所周知，在扁平材市场TSCR工艺是传统工艺的强大竞争对手，据统计目前有超过4000万吨的薄板都是通过薄板坯连铸连轧工艺生产的。但对于薄板坯连铸工艺来讲，漏斗型结晶器是其一个最薄弱环节，它特别容易在浇铸包晶钢的时候形成表面纵向裂纹。平行板结晶器的最小经济断面为90mm。当铸坯厚度为90120mm时，平行板结晶器铸坯坯壳所受的机械应力小，但是液面波动大，且在水口区结晶器壁与水口壁间隙小，钢水不能提供足

36、够的热量，保护渣熔化条件不好，浇铸钢种范围小。 因为本次设计目标在于让薄规格的产品能够顺利生产，适应薄板坯连铸连轧向中厚板坯的发展趋势以便开发更多的品种，因此，必须加强结晶器内熔融钢水的流动和凝固应力控制。其次，薄板坯连铸的开发趋势是提高生产效率，改善高附加值产品的质量。尽管采用了一些像电磁搅拌、强烈二次冷却等方法，但在铸坯内部仍然存在一些宏观偏析，这些缺陷大大影响高碳钢、管线钢、低合金高强钢的质量。基于以上理由，本次采用宝钢投入巨资开发的一套改进的薄板坯连铸工艺（下称BSP），它具有一些特殊的特征，诸如低应力结晶器和轻压下技术等等7。 下面介绍低应力漏斗形结晶器，图3.1为典型漏斗形结晶器唇

37、形倒圆角区域，上述漏斗形横截面的内部曲线由三条突出的弧线组成：AB是直线部分，BC是凹形弧线，CD是凸形弧线。在三条弧线之间是光滑过度，漏斗形垂直的中心部分形状见图3.2，EF是直线部分，FG是弧线部分，GH是直线部分。当新形成的板坯壳沿着漏斗形区域向下移动的时候，板坯的水平曲率不断地减小，但是当板坯壳向下移动到漏斗形和平面区域的交界处时，坯壳的曲率和移动方向由于漏斗形曲线的非光滑变化而发生动态变化。图3.1 漏斗形结晶器唇形倒圆角区域示意图坯壳的蠕变需要一定的时间，因为当坯壳曲率和移动方向在这一位置变化时，坯壳具有一定的刚性。在坯壳曲率变化不能紧随结晶器内部空腔曲率变化时，坯壳和结晶器之间就

38、出现一定的间隙，这将导致一个矫直或者校正应力产生。这就是为什么漏斗形结晶器会在结晶器的拐点出现热斑，进而在结晶器里产生非均匀磨损和龟裂的原因。这也造成了板坯纵向裂纹的出现。图3.2 漏斗形结晶器垂直截面形状(a)(b)图3.3 低应力结晶器横截面（a）和纵截面（b）坐标系因此，有更多理由必须对漏斗形的形状曲线进行设计，使得在所有区域曲率连续变化而无拐点，从而满足液态钢水在漏斗形区域向下形成的凝固坯壳，在向下进入平行区域时承受最小的弯曲或矫直应力，这样就阻止了坯壳和漏斗形结晶器之间间隙的形成。宝钢所设计的低应力漏斗形结晶器，凝固坯壳的变形能够通过设计特殊的结晶器横截面曲线和纵向曲线得到控制（图3

39、.3）。 根据铸坯的宽度不同，宝钢开发了两种低应力结晶器，分别命名为型和型，它们基本上按照上述原理设计和制造，并在商业薄板坯连铸机上进行生产试验，试验结果表明板坯质量缺陷得到有效控制。在平行试验中，一流采用低应力结晶器，另一流采用典型商业漏斗形结晶器，浇铸钢种为：+Q235B、L245、Q345C、X60、QstE380TM等等，结晶器和二次冷却都一样，试验结果表明钢卷的表面质量比目前商业漏斗形结晶器的产品更为优越，纵向裂纹的发生率也比目前商业漏斗形结晶器的产品少80。它使用一套结晶器铜板就能够浇铸15万吨的钢水，只在结晶器漏斗形区域的末端出现轻微的局部磨损，每次铜板内表面的机械加工厚度仅为1

40、1.3mm，使用寿命比典型漏斗形结晶器长3050。3.3 车间布置及轧机型式及数目等参数的确定轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备，代表着车间的技术水平，为了实现压下量极大的控制轧制，现代带钢车间都选择轧制力大的轧钢机架和轧辊设备。板带轧机主要是四辊轧机。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，轧钢机选择的主要内容是：确定轧钢机的结构形式，确定其主要技术参数，选择轧机的架数以及布置方式。在选择轧钢机是一般要考虑下列各项原则8：1在满足产品方案的前提下，使轧机布置合理，既要满足当前生产又要考虑未来的生产发展。2

41、有较高的生产效率和设备利用系数。3能获得质量良好产品的同时还要尽可能多得轧制多品种。4有利于轧机机械化，自动化的实现，有助于改善劳动条件。5轧机结构型式先进合理，操作简单，维修方便。6有良好的综合技术经济指标。薄板坯连铸连轧车间轧机为连续布置，分粗轧和精轧。主要轧机为四辊高负荷平辊轧机。由于薄板坯的扁平形状，决定边部不可能有大的压下，但设置立辊少量对边部加工，还是可以少量改变宽度。故一般连轧现场，在粗轧机前，都设置小压下立辊轧机。3.3.1 立辊轧机的选用1. 立辊轧机立辊轧机安装在R1粗轧机前面，配有液压缸，主要用于宽度控制和边部加工。液压缸装配在轧机轴承座架后面框架上，液压缸用于辊缝调整。

42、立辊轧机的驱动为高架型，由安装在驱动架上部的两台水平电机驱动。轧辊是电控同步，轧辊安装在铸钢轴承箱里，且装在刚性的框架底座里。这里对立辊轧机的选择主要是依据唐钢的数据。其主要的技术参数见表3-1：表3-1 立辊轧机的各种性能参数轧辊640/580380mm锻钢辊 镍铬耐磨铸铁 HS453调宽范围8001700mm调整速度30mm/秒压下形式液压轧制力最大100吨压下量板坯厚度为90mm时最大7mm(13.5mm/边)板坯厚度为70mm时为最大3035mm(1517.5mm/边)轧制速度最大22转/分(用新辊)主传动电机2AC88KW0150rpm成对的水平电机轧辊开口度最大1770mm（换辊时

43、1840mm）最小800mm调整装置四个液压缸转换位置200565mm行程工作压力240公斤/平方厘米最大载荷75吨/缸2. 设立辊起的作用1）通过宽度的压缩，部分解决了在连铸和连轧中变宽度的问题，与连铸的条款相配合，使宽度系列可以满足用户的要求。2）提高带卷全长的宽度精度。3）调宽时，板坯变形均匀，也可起到破鳞的目的，为下一步除鳞带来好处。热轧带钢时不可避免的产生大量氧化铁皮，如果不清除，轧入板表面不但影响板的表面质量 ，而且增大轧辊的磨损，缩短轧辊寿命。用立辊能疏松板表面的氧化铁皮，再用高压水冲击，可以取得很好的除鳞效果。4）解决在大压下量的情况下，便不容易开裂的问题，通过一定的压缩，可以

44、改善边部的铸态组织，使带钢的边部达到用户要求。5）可以改善连铸机在线调宽时的过渡问题，因为连铸机在线调宽时，是一个过程，在板坯上会有从上一个宽度到下一个宽度的过渡区，这个区内的板坯宽度是不同的，在生产中必须切掉，从而增加了金属消耗，通过在线的调宽控制可以部分解决这个问题，把消耗降低。根据本次设计的要求，参考现场经验，初定轧辊的直径为600mm380mm，其他参数如表3所示。3.3.2 轧机数的确定本次设计为薄板坯连铸连轧，只要知道轧制道次就可以确定机架的数目。轧制道次和机架数目的确定采用下式： (3.1) 式中：机架数目 由坯料到成品的总延伸系数； 各道次的平均延伸系数由于设计的本车间应能够生

45、产超薄热带，最薄的规格为0.8mm故应该按照其最薄规格产品计算轧机的机架数目。据唐钢实际生产经验，生产超薄带钢时运用软压下技术使铸坯减薄到70mm左右，而中间坯的厚度可在20mm左右（最薄可到12mm）。粗轧机的平均延伸系数取2，根据上面的公式可算出N= 1.8 由于采用的是连轧故选取了两架粗轧机。精轧机的平均延伸系数可取为1.8，根据上面的公式可以算出N=5.3。由于本次设计的车间将生产超薄带钢，对产品的质量要求较高尤其在板形方面，而且为了缓解粗轧机的压力和板带精轧时的跑偏现象故选择了6架精轧机。 本次设计的典型产品的厚度为6mm，属于较薄的板带。根据上面公式和经验可知，为了保持良好的板形粗

46、精轧机的平均延伸系数可取为1.5，故N=6.05（板坯厚度为70mm）。生产该产品时只需要轧制七个道次就可以了，但为了保证产品的质量轧制道次改为八道，故精轧机最后的一架放空，不进行轧制。3.3.3 粗轧机的确定 热带轧制和中、厚板轧制一样，也分为除鳞、粗轧和精轧几个阶段，只是在粗轧阶段的宽度控制不但不用展宽，反而要采用立辊对宽度进行压缩，以调节板坯宽度和提高除鳞效果。板坯除鳞以后，接着进入二辊轧机轧制(此时板坯厚度大，温度高，塑性好，抗力小，选用二辊轧机即可满足工艺要求)。1. 粗轧机数目的确定及原因9本设计考虑实际生产情况，以缩短轧制节奏，提高产量，减少中间坯的热量损失为出发点，根据目前轧辊

47、强度等方面的因素，参考现场的经验，以及为了配合该车间能生产更薄规格产品的发展要求，设计了一种新型的粗轧布置形式：即粗轧由两机架连续可逆轧制，这样可减少间隙时间和灵活的分配轧制道次。另一方面还可以缩短车间长度，减少占地面积，还有利于适应板坯向中等厚度发展的趋势，增大了压缩比提高了产品的质量，为新品种的开发打下了基础。其不足之处是粗轧机轧辊表面磨损严重，中间坯表面质量欠佳。故须采用强大的四棍轧机进行压下，才能保证足够的压下量和较好的板形。为了使钢板的侧边平整和控制宽度精确，在以后的每架四辊粗轧机前面，一般设置有小立辊进行轧边。2. 两架轧机的各种参数1）材料的选择由于热轧的时候工作辊表面温度高，又

48、受到水的激冷，表面冷热反复循环产生工作应力，热疲劳应力使得轧辊表面产生网状裂纹，工作辊选择以辊面硬度为主。四辊机座除了少数机座受辊强度和咬入条件限制采用铸钢轧辊以外，其他主要受到扭矩和压力，弯曲应力较小，轧制速度高，辊面要求光滑以保证板带的表面的质量而多采用铸铁轧辊。支撑辊受压力大主要受的是弯曲应力，而且直径较大并要着重考虑强度和轧辊的淬透性，因此多采用含有铬的合金锻钢。2）轧辊尺寸的选择轧辊是轧钢机的主要部分，在选取工作辊和支撑辊辊颈的时候要考虑以下几个方面：(1)工作辊的辊颈可能减小的程度取决于工作辊径和万向接轴所传递的传动力矩。(2)为创造良好的变形条件，强度高的带钢要求采用较小的工作辊

49、径。(3)所能传递的变形力矩受工作辊断面积的限制，要求工作辊有较大的传动大的变形力矩。(4)辊身长度与辊颈的比值不能超过允许值，否则工作辊会弯曲，所以要求辊颈采用较大的值。辊颈直径和长度与轧辊轴承型式及其工作载荷有关。由于受到轧辊轴承径向尺寸的限制辊颈直径比辊身直径小的多，因此辊身与辊颈过渡处的圆角应该选择大些。使用滚动轴承由于轴承外径较大，辊颈尺寸不能过大，一般近似取d=（0.50.55）D。粗轧机为完全相同的两架均为四辊可逆式轧机，且安装在立辊轧机之后，驱动主要由调速电机，减速机齿轮机座及轧机接轴构成。类型：四辊可逆式轧机最大轧制力：2500t轧制速度：4377 m/s轧制开口度：200m

50、m主驱动电机： DC5515KW；108/190 r/min轧制力测量：每架装有两个负荷传感器，能力1500t/个工作辊：800/7501700 中铬合金铸铁辊，肖氏硬度7076支撑辊：1500/14001700 锻钢，肖氏硬度65713.3.4 中间辊道布置的确定 粗轧到精轧如果考虑不连轧，这个距离是很远的。投资大、温降多。现代轧制速度控制精度很高，可以实现对宽度没多少影响的微张力轧制。考虑中间辊道要安装水冷装置，以便中间坯降温实现铁素体等工艺轧制，必须留有一段距离。根据现场的实际经验，中间辊道的长度设立为约24m。 中间辊道位于R2粗轧机后，辊道的安装适应中间冷却喷头，热保温罩和调整侧导板

51、，辊道由两部分组成，一部分用于冷却喷头和热保温罩，另一部分用于调整侧导板。冷却喷头，热保温罩区域辊子辊颈比其它辊长，用于保护辊颈轴承，避免被水和热辐射损坏。这些辊子用内部通水代替辊颈喷水，防止辊身温度的升高，并保护保温罩的绝热材料，防止水浸入。每个辊由电机单独驱动，由位于辊两侧耐磨轴承支撑，安装在辊道架或辊道梁上的轴承座上1。其主要技术参数见表3-2。表3-2 中间辊道的各种主要技术参数数 量2组辊道长度头尾两辊中心线距离9m辊 距720mm，900mm辊 速约120米/分电 机齿轮电机13-AC，2.2KW，0-130rpm 热保温罩保温罩安装在粗轧和精轧之间的冷却区域，目的是用于奥氏体轧制

52、时，减少温降。奥氏体轧制时精轧机进口需较高温度，用保温罩，保温罩安装在辊道上并可旋转。罩内部装有100mm厚绝热材料，绝热材料表面装有不锈钢保护板。其技术特性见表3-3。表3-3热保温罩的技术特性参数数 量1个类 型液压缸翻转机构（一个液压缸125/901360mm）总长度约8500mm内侧宽度约2000mm内侧高度约460mm（在辊道上）绝热材料石棉或则等同的绝热材料（罩内安装三层）材料罩焊接钢结构3.3.5 精轧机的确定1. 选择精轧机的数目及原因 本次设计选用6架精轧机。对比现场增加一道次，这对降低单架压下量起到很大作用，也对减少跑偏稳定生产有好处，而且可以应对板坯厚度变厚加大压缩比，增

53、强产品的性能，增加产品的品种。精轧机将采用6架直径稍小的轧辊，降低轧制力可以更好的保持板形。由于机架数目较多，在轧制薄规格产品时，为了保证头尾温差和卷取温度的控制，在精轧机布置方面，采用较快的轧制速度和稍小的间距。2. 六架精轧机的确定及选择当今新型热带轧机主要有以下几种形式：HC轧机、PC轧机、CVC轧机等，现对各轧机做简单如下：1) HC轧机 HC轧机为高性能板形控制轧机的简称，当前日本用于生产的HC轧机是在支撑辊和工作辊之间加入中间辊并使之作横向移动的六辊轧机。在支撑辊背后再撑以强大支撑梁，使支撑辊能作横向移动的新四辊轧机正在研究。HC轧机的主要特点有：(1) 具有大的刚度稳定性；(2)

54、 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宜度，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。由于HC轧机的这些特点，使它能高效率地控制板形，因此HC轧机自1972年以后得到了较快的发展。2)PC轧机 对辊交叉(PC)轧制技术(Pair CrossRoll)。在日本新日铁公司广烟厂于1984年投产的1840mm热带连轧机的精轧机组上首次采用了工作辊交叉的轧制技术。PC轧机的工作原理是，通过交叉上下成对的工作辊和支撑辊的轴线形成上下工作辊间辊缝的抛物线，并与工作辊的辊凸度等效。等效轧辊凸度Cr由下式表示；

55、(3.2) 式中： b带材宽度 工作辊交叉角度 DW工作辊直径因此带材凸度变化量为：，影响系数图3.4 PC轧辊交叉角与等效辊凸度因此，如图3.4所示，调整轧辊交叉角度即可对凸度进行控制PC轧机具有很好的技术性能：(1)可获得很宽的板形和凸度的控制范围，因其调整辊缝时不仅不会产生工作辊的强制挠度，而且也不会在工作辊和支撑辊间由于边部挠度而产生过量的接触应力。与HC轧机、CVC、SSM及VC辊等轧机相比，PC轧机具有最大的凸度控制范围和控制能力。(2)不需要工作辊磨出原始辊型曲线。(3)配合液压弯辊可进行大压下量轧制，不受板形限制。3)CVC轧机 轧辊凸度连续可变的轧机CVC(Continuously Variable Crown)轧机这种轧机也是一种新型的四辊轧机。轧辊整个外廓磨成S形(瓶形)曲线，上下轧辊互相错位180布置，形成一个对称的曲线辊缝轮廓。由于轧辊具有S形曲线，在轴向移动时使轧辊整个表面的间距发生了不同的变化，从而部分地改变了板材断面的凸度，改善了板形。根据唐钢实践经验，PC轧机在控制板型方面动作简便快捷，工作辊原始辊型可以为平辊，综合考虑本次设计采用的是动态PC轧机，比普通的四辊轧机多了2套轧辊交叉传动系统，比四辊WR