年产206万吨短流程带钢车间工艺设计预案

276/298年产206万吨短流程带钢车间工艺设计薄板坯连铸连轧是20世纪80年代末、90年代初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。薄板坯连铸连轧集科学、技术和工程于一体，将热轧板卷的生产在一条短流程的生产线上完成，充分显示出其先进性和科学性。世界各国都对此给予了极大关注，使得薄板坯连铸连轧技术近年来又有了突飞猛进的进展。与传统生产工艺流程相比，短流程可节约投资、提高成材率、降低生产成本、大幅度缩减生产周期等。本设计为年产206万吨薄板坯连铸连轧热轧带钢生产车间设计，论文叙述了薄板坯连铸连轧技术的类型、市场分析及工艺技术特点，并把各种典型工艺进行了比较。参照国内外企业的技术特点和生产实践，提出了本车间的总体配置方案，设计了主辅设备及其生产能力计算、车间平面布置和起重运输、要紧经济技术指标、环境爱护以及使用AutoCAD绘制车间平面布置图。并运用VB程序进行了压下规程程序设计和相应的校核等。本设计选用的是CSP工艺，车间要紧布置为：2流50/70CSP连铸→辊底式均热炉→高压水除鳞→7架CVCplus连轧机→层流冷却→卷取。采纳了铁素体轧制技术、半无头轧制技术等新技术。关键字:薄板坯连铸连轧；CSP；热轧带钢车间设计;七机架精轧机组；压下规程程序设计TheDesignofaShortStripProcessPlantwithanAnnualOutputof2.06MilliontonsAbstractCSPisthesuccessfuldevelopmentoftheproductionofhotrolledcoilinashortenedprocess,theoxygenconvertersteelmaking,continuouscastingsteelindustryafterthemostimportantrevolutionarytechnologyinthelate1980sandearly1990s.Oneoftheforeignsteelmajorpowershaveinvestedagreatdealofmanpowerandresourcestothespecialstudy.CSP--science,technologyandengineeringinone,hotrolledcoilproductioninashortlinetocompletetheprocess,fullydemonstrateditsadvancedscientific.Allcountriesintheworldhavegivenagreatdealofconcern,makingCSPtechnologyarapidprogressinrecentyears.Comparedwiththetraditionalproductionprocess,theCSPprocesscanbeshort-savinginvestment,tobecomeusefulraiseratesandreduceproductioncostsandsignificantlyreducetheproductioncycle,andsoon.Thedesignforanannualoutputof2.06milliontonsofCSPhot-rolledstripsteelproductionworkshopdesignedpaperdescribestheCSPinthetypeoftechnology,marketanalysisandtechnologyfeatures,andtypicalofavarietyofmusiccomparison.ReferencetoMagangCSP,thetechnicalcharacteristicsandproductionpractice,raisedtheoverallconfigurationoftheworkshopprograme,themaindesignofauxiliaryequipmentanditsproductioncapacity,theplantlayoutandliftingthetransport,mainlyeconomicandtechnicalindicators,environmentalprotectionandtheuseofAutoCADDrawingWorkshopLayoutplans.VBproceduresandtheuseoftheorderreductionprogramdesignandthecorrespondingcheck,andsoon.TheCSPisthechoiceofdesignprocess,layoutforthemainworkshop:2-50/70CSPCasting→Roller-bothhigh-pressurehotwaterheaters→Descaling→7-CVCplusrollingmill→laminarcooling→coiling.Useferriterollingtechnology,semi-rollingtechnology,andothernewtechnologies.Keywords:thinslabcontinuouscastingandcontinuousrolling；CSP;hotstripplantdesign;sevenframeworkfinishingmillgroup;depressdetectiverulesprogramdesigning目录自1989年世界上第一台工业化的薄板坯连铸连轧生产线投产以来，在以后的11年中已有36条生产线相继运作，2000年已形成年产5000多万吨的生产能力。截至2001年底，全球已有36条（54流）生产线投产，产能达5500万吨/年。其中26条为CSP（包括ISP五条）生产线共42流（ISP7流），生产能力达4200万吨/年（ISP765万吨/年），4条（5流）FTSRQ（FTSC）生产线，生产能力约为500万吨/年，QSP生产线3条，生产能力约为500万吨/年，CONROLL生产线3条，生产能力约为315万吨/年[1]。世界各国薄板坯连铸连轧生产线和产能统计见表1-1。表1-1世界各国薄板坯连铸连轧生产线和产能统计（截止2006年）我国第一条薄板坯连铸连轧生产线(CSP)于1999年在珠钢投产以来，许多工厂相继建设了各种类型的薄板坯连铸连轧生产线。1999年底至2007年上半年，我国已有珠钢、邯钢、包钢等12家企业的13家企业的13条薄板坯（包括中薄板坯）连铸连轧生产线相继投产，产能约3500万吨/年[2]。以后五年内，我国薄板坯连铸连轧生产线将达到15条，产能占世界的三分之一。我国薄板坯连铸连轧生产线和产能统计见表1-2。表1-2我国薄板坯连铸连轧产量进展情况单位：104t/a薄板坯连铸连轧技术进展到现在，在技术上虽各有千秋，但效果差不多相同，这是该项技术走向成熟的标志之一。在此基础上，依照市场和用户的要求，薄板坯连铸连轧技术的进展有三个差不多趋势[3]：（1）增加板坯厚度：薄板坯的厚度是阻碍板坯表面质量和内部夹杂的要紧因素。（2）产品厚度减薄：由于薄板坯连铸机板坯凝固时刻短，晶粒较细，再加上液芯铸轧使晶粒再细化，提高了产品的拉伸强度和屈服强度。良好的力学性能和小的尺寸偏差具备了直接被用于制造成各种制成品的条件。（3）适当提高生产能力：自从薄板坯连铸机面向市场以来，电炉冶炼有了较大的进展，电炉吨位的提高、强化冶炼、缩短冶炼周期和双炉壳的应用都使电炉的生产能力提高。同时薄板坯连铸连轧与转炉的匹配，都要求适当提高薄板坯连铸连轧机的生产能力，争取一部铸机与一部连轧机配合生产，以达到整个生产流程的经济规模，降低生产成本，提高竞争能力和经济效益。国内热轧市场一直处于高销售和好的利润状态。因此，热轧薄板卷市场尤其是薄板坯连铸连轧市场依旧不错的选择！热轧薄板卷是制造其它类钢铁产品的重要原材料，要紧作为冷轧钢板、焊管、冷弯或焊接型钢的原料，或用于制作各种结构件、容器、汽车、集装箱等。随着我国经济的飞速进展，国内对热轧薄板卷的需求增长专门快，要紧表现在：（1）建筑业是钢材消费的最大用户，约占钢材消费总量的40%左右，其中结构用板材消费在以后10年内将呈现快速增长趋势，总量将达到600-700万吨。（2）从热轧板卷的品种上看，热轧超薄板、热轧酸洗板、热轧镀锌板等品种目前国内产量专门少或全然没有生产，而这些品种的潜在市场专门大，进展前景看好。集装箱板、铁路车辆制造用板、汽车板、气瓶用钢板等品种尽管宝钢、武钢等企业均有生产，但产量仍是供不应求，且质量有待进一步提高。（3）从供下游冷轧看，2005年我国进口钢材中冷轧涂镀及不锈钢板材占68%，这要紧是由于国内冷轧产能严峻不足造成的，随着国内冷轧的进展，供冷轧用料的热轧板卷需求量将增大。（4）从市场进展来看，热轧薄板和热轧超薄板的需求越来越强劲，特不是超薄板能够替代部分冷轧板带钢，实现“以热带冷”。目前国内现有的热连轧机生产的商品卷绝大多数是2mm以上的，薄板坯连铸连轧技术的进展，使得热轧薄板最小厚度可达1mm以下，部分冷轧带钢的市场被价格相对廉价同等规格的热轧薄带钢取代已是必定的趋势。此外，热轧超薄板还能够取代叠轧薄板。目前国内市场供应的1mm和1mm以下的热轧薄板是由五六十年代建设的可逆式三辊叠轧薄板机生产的，其成材率低、产品质量差、档次较低，假如薄板坯连铸连轧机能生产同规格的高质量的热轧薄板，以其良好的表面质量和较低的价格取而代之，因此会得到用户欢迎。又基于今年铁矿石价格上涨65%，迫于成本压力，各钢厂相继提高钢材的出厂价，利润空间被压缩为一个不利方面。综上，为了瞄准生产薄和超薄热轧带钢那个方向，淘汰落后的叠轧工艺，建设一条薄板连铸连轧生产线是十分必要的。本车间中采纳的要紧新技术如下：（1）辊缝润滑技术；（2）结晶器电磁制动技术；（3）铁素体轧制技术； （4）半无头轧制技术；（5）CVCplus技术；（6）动态变规格技术。热轧带钢年产206万吨，其中20-30%作为冷轧原料。带钢厚度：0.8～12.7mm带钢宽度：750～1550mm带卷内径：762mm带卷外径：1000～1950mm钢卷重量：28.8吨(max)单位卷重：18Kg/mm(max)产品按宽度、厚度分配的产量见表2-1。表2-1产品按厚度宽度分配表厚度mm750-900mm900-1050mm1050-1200mm1200-1300mm1350-1500mm1500-1650mm合计（万吨）所占比例%＞0.8-13.396.18————29.8714.5＞1.2-1.52.274.310.715.362.5——25.1312.2＞1.5-2.52.272.74.533.713.72.4719.369.4＞2.5-4.02.4731.933.5821.8124.53105.7851.4＞4.0-12.70.821.78.6575.22.4725.7512.5合计144570.8644.1239.47206100本车间生产钢种为一般碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金高强度结构钢，产品目录见表2-2。表2-2产品按钢种分配表钢种代表钢号产品标准产量(万吨)比例(%)GBJIS一般碳素结构钢Q235GB912-89JISG310110651.5优质碳素结构钢08AlGB710-91JISG34316029.1低合金高强钢Q345GB/T1591JISG31354019.4合计206100产品按国家标准和国际标准组织生产、检验和交货。要紧执行的标准有国家标准GB、日本标准JIS、德国标准DIN、美国标准ASTM等。金属平衡图铸坯209.9万吨0.94%98.14%1.08%切头及轧废成品氧化烧损1.97万吨206万吨2.22万吨表2-3金属平衡表序号厚度范围（mm）成品切头及废品烧损及氧化坯料量104t产量104t成材率%104t损耗率%104t损耗率%1＞0.8-1.229.8797.60.341.40.400.8530.412＞1.2-1.525.1397.70.281.30.310.7525.723＞1.5-2.519.360.200.7519.734＞2.5-4.0105.8898.50.971.01.070.65107.495＞4.0-12.725.750.230.6026.06合计20698.141.92209.9常规的热带钢生产工艺，通常采纳200~250mm厚度的厚板坯，轧机架数多，轧线长，产量高（300~500万t），投资大，同时通常采纳冷装工艺，能耗高。薄板坯连铸连轧工艺采纳厚度50~90mm板坯，轧机架数少，轧线短，产量为100~300万t/a，每吨钢卷投资仅为常规热带轧机的1/2，采纳直接热装工艺，能耗低，成本低。和常规热连轧相比，薄板坯连铸连轧工艺具有如下一些特点[4]：（1）连铸机与轧机在线连接，高温板坯直接通过连接段送往轧机轧制，工艺简化，设备减少，生产线短，从而降低了差不多建设投资；（2）生产周期短，从冶炼钢水至钢卷送到运输链，仅需2.5h；（3）成材率提高约1～2%，能耗降低约20%，从而降低了生产成本；（4）占地面积少：薄板坯连铸连轧工艺流程短，布置紧凑，比常规生产工艺占地面积少；（5）降低了对环境的污染。除此，薄板坯连铸连轧技术还具有以下工艺优势[5,6]：（1）带坯温度均匀热轧带钢的机械性能专门大程度都取决于温度操纵，而薄板坯连铸连轧生产线最大工艺优势确实是能够给轧机提供全长温度均匀的带坯。由于流程紧凑的特点，为得到高的温度精度提供了保证，从而为轧制得到一个带钢全长均匀的机械性能以及热轧过程中的板形及厚度精度操纵提供了专门好的前提保障，特不是(超)薄带钢的轧制。（2）(超)薄带钢轧制与常规热轧相比，由于薄板坯连铸连轧生产线流程短，带坯加热后全长温度均匀，同时能够通过半无头轧制等工艺来专门好地实现超薄带钢的轧制。从而提高了产品的附加值，甚至替代部分冷轧产品，获得更好的经济效益。（3）超低碳钢的轧制由于超低碳钢的相变温度高，在常规热轧生产线上存在精轧出口温度不易操纵、机械性能不均匀以及板形不易操纵等问题；而薄板坯连铸连轧生产线上能够通过铁素体轧制工艺来解决这些问题。（4）产品质量优势由于薄板坯在结晶器内的冷却强度远远大于传统的板坯，其二次和三次枝晶更短，板坯微观偏析可得到较大的改善，分布也更均匀。因此，产品的性能更加均匀、稳定。由薄板坯连铸连轧生产线轧出的热轧带卷，经检测看出，其组织含有大量细小而弥散的尺寸约在100μm以下的析出物。析出物多为分布在晶内和晶界区的Al2O3、AlN、MnS、NbCN等。这种析出物能够细化晶粒，提高成品材的强度。应特不指出的是薄板坯连铸连轧工艺适合生产薄、超薄规格产品。常规热带轧机由于其工艺特点，通常仅能生产最小厚度1.5mm的板带。生产薄规格时产量显著降低，同时板形尺寸恶化，而薄板坯连铸连轧工艺生产节奏取决于铸机，生产薄、超薄规格差不多不降低产量，特不是在铁素体轧制技术形成后，能生产宽薄带钢更是如此。纵然常规轧机可通过无头轧制工艺生产薄、超薄产品，但必须配备专用快速步进炉，快速粗轧机，卷取箱，焊接机，高速飞剪等设备及相关操纵技术，投资昂贵。而薄板坯连铸连轧半无头工艺仅需增加辊底式炉长度，高速飞剪即可生产1mm超薄规格，如采纳升速轧制可生产更薄产品[7]。综上，本车间设计采纳薄板坯连铸连轧工艺，并要紧生产市场急需的超薄产品。（1）CSP工艺（CompactStripProduction）CSP工艺是由施罗曼—西马克公司(SMS)开发的，第1套工业化CSP生产线在美国纽柯公司投产后取得了中意的生产效果和良好的经济效益，因而得到广泛应用，是目前世界上处于主流地位的薄板坯连铸连轧工艺。其工艺流程一般均为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼→连铸机→切断剪→辊底式加热炉→粗轧机（或没有）→均热炉（或没有）→事故剪→高压水除鳞机→小立辊轧机（或没有）→6～7架精轧机→层流冷却→卷取机。典型工艺布置见图3-1。CSP技术的要紧工艺特点如下：a.首创漏斗形结晶器。图3-1CSP工艺布置图b.典型铸坯厚度为70/50mm，最高铸速可达8m/min，从钢水的冶炼到成品的离线仅需1.5h，能生产1～1.25mm厚的热轧带卷。c.铸机与轧机之间采纳辊底式均热炉连接，炉子长度200～300m；薄板坯入炉温度约1080℃，出炉温度1150℃，升温较少，均热炉能耗少。e.铸坯保温后直接进精轧机轧制成卷，单流年产能力80～150万t；双流最高年产能力可达250～300万t，双流配置时，结晶器-卷取机的生产线总长为310～340m，单流配置时可缩短50m。（2）ISP工艺(InlineStripProduction)ISP工艺由德国曼内斯曼—德马克公司开发，是最先采纳液芯压下技术的薄板坯连铸连轧工艺。其典型工艺流程为：冶炼炉→钢包精炼炉→钢包回转台→中间包→薄片状浸入式水口→平行板形结晶器→铸轧区段→大压下量初轧机→剪切机→感应加热炉→卷取箱→精轧机→层流冷却→地下卷取。ISP技术的要紧工艺特点如下：a.生产线更短，设备布置更为紧凑。该工艺采纳了中间卷取箱，不使用长的均热炉，因此生产线总长度仅180m，从钢水变成热轧带卷仅需20～30min。b.为了使铸坯厚度能够减薄到能够卷取的程度，在卷取箱和铸机之间增加了2～3架大压下粗轧机，可将铸坯从40mm轧15mm。c.为了保证中间卷取时铸坯的温度，在大压下轧机与卷取箱之间采纳了大功率感应加热炉，因此ISP的电耗相对较高。d.铸坯在长18m的感应加热炉中加热和均匀温度，操作较为灵活且升温有效。（3）FTSR工艺(FlexibleThinSlabRolling)FTSR由达涅利公司开发，该技术的最大特色是采纳了H2结晶器。该工艺按不同工艺要求有两套可供选择方案：第1种方案是浇铸0～75mm厚的铸坯，其后接6～7架精轧机，用于生产碳素钢和低合金钢；第2种方案是浇铸80～90mm厚的铸坯，其后接二机架粗轧机和四、五机架精轧机，可生产各种不同钢种的带钢。其典型工艺流程为：炼钢炉→炉外精炼炉→薄板坯连铸机→旋转式除鳞机→隧道式加热炉→二次除鳞机→立辊轧机→粗轧机→保温辊道→三次除鳞装置→精轧机→输出辊道和带钢冷却段→地下卷取机。（4）CONROLL工艺(ContinuousThinSlabCastingandRollingTechnology)CONROLL工艺实际上是由常规板坯连铸和热轧进展而来的，因此其工艺布置与传统工艺也十分类似，只只是更为紧凑和连续。其典型工艺流程为：常规连铸机→板坯热装（或直接）进步进式加热炉→带立辊可逆粗轧机→6～7架精轧机→输出辊道和层流冷却→卷取机。CSP工艺和FTSR工艺CSP工艺是目前技术最为成熟、应用最为广泛的薄板坯连铸连轧工艺，其生产应用经验丰富、操作可靠、维护方便，可生产超低碳钢、低、中、高碳钢和高强度合金钢等大部分钢种。同时又有生产包括取向硅钢、铁素体不锈钢等高附加值钢种的生产实践。FTSR工艺的开发在CSP工艺之后，它充分借鉴了其它薄板坯连铸连轧技术的优点，但其应用实例专门少，工艺的先时性和成熟性还需要进一步的证实，可借鉴的经验少；设备及操纵系统相对复杂，对维护水平和操作技能的要求更高。CSP、ISP、FTSR和CONROLL差不多上较为成熟的薄板坯连铸连轧工艺，也各有优缺点。综合上面的比较分析，结合市场分析和本车间产量特点最终采纳西马克公司的CSP工艺。（1）有限的产品品种和规格从生产的现有钢种看，薄板坯连铸连轧能够覆盖大多数热轧带钢的品种，但还不能生产出一些性能要求高和附加值高的品种。其要紧缘故如下：a.薄板坯铸坯太薄(一般为50～100mm)。带钢轧制的压缩比小，晶粒细化受到一定限制，产品的最大规格和强度有限，不同厚度薄板坯生产的成品最大厚度见表3-1。表3-1不同厚度薄板坯生产成品的厚度值薄板坯厚度/mm中间坯厚度/mm成品带钢最大厚度/mm40206～850257.5～1060309～12b.与常规连铸坯相比，尽管薄板坯氧化铁皮薄，但由于没有通过一个降升温过程，氧化铁皮与带坯基体之间具有专门高的粘附力，需要达40MPa的高压除鳞水进行除鳞，但效果并不十分理想，因此表面质量要求高的钢种还需进一步研制开发。c.由于薄板坯连铸连轧工艺生产的产品有弥散细小析出物的特点，使得同级不的带钢成品具有较高的屈服强度和屈强比，因此产品成形性较差。就目前薄板坯连铸连轧工艺的进展状况来看，所能生产的产品品种有限，尚需进一步研究开发的钢种有[1]：a.汽车面板、超深冲钢板和表面质量要求高的钢板；b.搪瓷钢板；c.镀锡钢板的基板；d.高级不的高强韧性管线钢；e.奥氏体不锈钢板；f.碳的质量分数大于0.5%的高碳钢板；g.部分电工钢等。（2）隧道式加热炉热效率低，缓冲能力弱[10]隧道式加热炉尾气排放温度平均在1000℃左右，热能未得到充分利用，通常的热效率早20%左右；隧道式加热炉缓冲能力有限，据有关资料介绍，缓冲时刻一般在10～15min。隧道式加热炉内部辊道受到耐高温性能的限制，差不多上1～2年就要全部更换，生产维护费用增加许多。本车间年设计年产量为206万吨，故采纳双流连铸机与精轧机组的薄板坯连铸连轧生产线。由于铸坯厚度为50/70mm，产品最薄为0.8mm，考虑各机架所能分配的最大压下量，确定热连轧机架数为7架。确定热连轧机架数后，接下来确定轧机的布置形式。薄板坯连铸连轧生产线采纳7架轧机的布置形式有三种：分不为7机架精轧方式、1架粗轧+6架精轧方式和2架粗轧+5架精轧方式。这三种布置方式的优缺点如下[11]：（1）7机架精轧优点：a.轧机布置紧凑，轧制过程中温度及速度容易操纵和保证，对奥氏体轧制不管是单块依旧半无头都十分有利；b.蒂森.克虏伯钢铁公司CSP线的成功经验证明，采纳7架精轧机的布置方式，具有高轧制力、高轧制力矩和高生产率的特点，轧机机架刚度高。（2）1架粗轧+6架精轧优点：a.生产组织灵活；b.板坯相对较厚，产量高。缺点：a.粗轧和精轧不形成连轧关系，需在粗轧和精轧之间设加热炉对中间坯进行补温；b.铁素体轧制时，精轧机架间冷却水对中间坯的冷却能力较差，容易造成混晶轧制；c.不能采纳半无头轧制。（3）2架粗轧+5架精轧优点：a.对轧机事故处理相当有利，可减少轧机事故处理时刻；b.此布置采取两次除鳞，对提高带钢表面质量有利。缺点：a.粗轧和精轧之间设有保温（冷却）段，切头飞剪和高压水除鳞，增加了设备的复杂性；b.金属收得率相对较低。本设计从产品定位和半无头轧制等新技术应用动身，认为R+6F方式和2R+5F方式都不如7F方式，最终该生产线轧机布置采纳7架精轧机的方式，以利于半无头工艺生产薄带钢。热轧精轧机组的机型选择与配置，是决定板形操纵性能的第一因素和基础，将对轧机板形操纵的优劣长期起作用，选型配置不当，将成为生产中难以解脱的制约因素[12]。当前，热精轧机组选用的四辊轧机要紧有两种机型：CVC轧机和PC轧机。这是一种通过改变轧辊间在水平方向的相对位置来操纵板形和轧辊凸度的新型轧机，是日本新日钢铁公司等单位联合研制的一种板带材平直度操纵机能专门高的四辊轧机。PC轧机（PairCross）仅调整轧辊间横向轴线的夹角，就能够改变辊缝的大小，即改变轧辊的有效凸度，起到调节辊型的作用，实现板带材平直度的操纵[13]。CVC轧机（ContinuouslyVariableCrown）是一种轧辊有效凸度连续可调的高精度辊型操纵轧机，是西德施罗曼—西马克公司1982年研制开发的较为理想的板形自动操纵新技术。CVC轧机的工作辊采纳一种瓶状的辊型凸度，即工作辊辊身整体磨成S形（瓶形），上、下辊形状相同，但反向配置，使上、下辊的形状互相补充，形成一个对称的辊缝断面。通过轴向的反向移动，使二轧辊表面间距发生不同变化，改变了带钢横断面的凸度，即改变了轧辊的有效凸度，改善了板形质量。CVC轧机是一种柔性辊缝操纵轧机，它不仅能够通过一组S形曲线轧辊代替多组原始辊型不同的轧辊，而且能通过无级辊缝调整，来适应不同产品规格的变化，辊缝调节范围大，板形操纵能力强[11]。（1）调节范围：PC轧机轧辊交叉角为1°时，轧辊凸度可达1000μm；CVC轧机工作辊轴向移动±100mm，可调辊凸度100～500μm，与弯辊装置配合则有600μm。（2）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]。（3）轴向力：PC轧机轴向力专门大，这亦是限制交叉角进一步加大的要紧因素。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]。（4）弯辊力：PC轧机轧辊交叉，限制了弯辊力的加大，一般最大为800～1000KN，而CVC轧机弯辊力能够加大到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。因此，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峻不均，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纳了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，特不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轧机能够实现带负荷窜辊，并通过轧辊横移策略提高轧辊寿命[13,16,17]。依照以上分析比较，本设计精轧机组确定选用CVCplus轧机。薄板坯连铸连轧的拉坯速度和热连轧机组的轧制速度是截然不同的两种工艺，为使该生产线有效、稳定的连接起来，需设置加（均）热炉。在薄板坯连铸连轧生产线上，加热炉除了均热（加热）铸坯的功能外，还对铸机—轧机间的物流进行衔接、缓冲，最终实现在对铸坯温度场进行合理调整能专门好适应轧制薄带钢边部质量操纵的同时，还可生产中铸坯有序的供应给轧机。薄板坯连铸连轧线上的加热炉要紧有：步进式、辊底式和感应加热三种[18]：（1）步进式加热炉步进式加热炉炉容量大，能够容纳1炉钢水的铸坯，缓冲时刻1h，加宽的炉体可使厂房利用合理，炉体热损失较少。但由于坯长受到加热炉宽度的限制，一般不能超过20m。铸坯厚度取70mm，平均宽度取1250mm，则卷重最高仅为13.13吨，因此该种加热炉不适合加热薄规格铸坯，且这类步进式加热炉专门难有效操纵铸坯边部与中间部位温度场。（2）感应加热炉感应加热一般采纳感应加热炉+卷取保温箱的方式，优点为生产线总长度较短，薄板坯头尾温度均匀，缺点是结构复杂、维修较难，缓冲时刻短(12min)，这类感应加热炉也专门难获得调整铸坯边部温度场的效果。（3）辊底式加热炉辊底式加热炉可保持铸坯温度、没有水印，出坯温度均匀，同时具有较大的缓冲时刻，并能有效操纵铸坯边部与中部温度场，已被各种薄板坯连铸连轧工艺普遍采纳。当铸机为两流时，辊底式加热炉有摆动式和平移式两种。摆动式的优点在于摆动距离短；炉子等长时，摆动式较平移式缓冲时刻长；占地面积小；在摆动过程中加热不中断，该炉段仍然照常使用预热空气和煤气，烟气仍从原烟道与烟囱排出。平移式则可在平移段处设置输出轨道，炉内的铸坯可输出，使生产线更加灵活。但采纳平移式时，能量供应较苦恼，此外，废气的排放也只能通过车间的排气系统放散。通过以上比较，本设计决定采纳辊底式两流摆动均热炉。操纵冷却系统要紧包括机架间冷却操纵和轧后冷却操纵。机架间冷却要紧用于铁素体轧制。在F1和F2、F2和F3、F3和F4轧机间设置快速冷却系统，使通过F1、F2和F3轧机轧制的中间坯在此快速冷却，由奥氏体组织转变为铁素体组织，F3以后的机架进行铁素体轧制。轧后操纵冷却是对出精轧机的带钢在输出辊道上的冷却过程进行操纵，其作用是获得合适的带钢卷取温度，操纵带钢的机械性能。带钢轧后冷却装置要紧有高压水冷却、层流冷却和水幕冷却三种。（1）高压水冷却：由于喷射时高压水成为特不细小的水滴，因此具有的动能甚小，不能击破钢板表面的蒸汽膜。因此，钢板表面仍保持膜沸腾状态，达不到核沸腾状态，故其冷却能力较低。（2）层流冷却：层流冷却采纳恒定压力的低压水形成柱状水流，每套冷却集管一般有2排低压U形管。借助于重力的作用，喷出水的能量能够局部破坏蒸汽薄膜，形成核沸腾，产生小的“强化冷却区”。这些区域的综合效果是增大了平均热通量，因此层流冷却比高压水冷却能力大许多[19]。（3）水幕冷却：水幕冷却装置将柱状水流改为幕状水流，即在冷却集管上沿带钢宽度方向开一条缝，水自然地从集管中落下，形成水幕，落于带钢的表面上，由于水幕冷却水量大，其冷却能力最强。尽管水幕冷却具有最强的冷却能力，但据克虏伯公司对三种冷却方式实验结果表明，水幕冷却的均匀性不及层流冷却。加之层流冷却具有处理产品范围大、流量范围调节宽、无流态破裂、冷却水回收率高、设备维护小等优点，现代热轧带钢轧后冷却装置大多采纳层流冷却方式。近年来，随着热轧多相钢、超细晶粒钢等产品需求的增多，又产生了以层流冷却为基础的新型架构的带钢冷却装置，快速冷却装置(UFC)＋一般层流冷却(LC)确实是其中之一。其优点如下[20]：（1）精轧后高的带钢冷却速率配合操纵轧制技术，有利于实现超细晶粒钢的生产，减少合金元素用量。（2）关于微合金化高强度钢能够适当减少其碳当量，有利于带钢焊接性能和成形性能的提高。（3）由于工艺过程操纵稳定，有利于大生产的可再现性和材料性能的稳定性（4）对铁素体生产低碳薄规格产品有较强的适应能力。通过以上比较分析，本设计带钢轧后操纵冷却确定采纳快速冷却装置(UFC)＋一般层流冷却(LC)方式。高速飞剪位于精轧机输出辊道上，地下卷取机前，用于在半无头轧制时将钢带剪切成定尺长度。半无头轧制时，铸坯长度为160～262m，是单坯轧制的6倍左右，因而要剪切分卷且在高速下进行，为此，本设计选用滚筒式飞剪。滚筒式飞剪滚筒旋转体质量均匀、对称，动平衡性能好，适于高速飞剪。本设计的两台地下卷取机采纳中距离布置方式。1号卷取机与末架精轧机之间的距离约为82m。卷取机选用带跳步操纵的全液压三辊卷取机。该卷取机采纳了液压操纵的侧导板、夹送辊、助卷辊、无级涨缩式卷筒以及高响应速度的助卷辊自动跳步操纵技术，能实现带钢精确对中、微张力卷取、减少塔形，同时幸免带钢头部对助卷辊的冲击，消除助卷辊对带钢的压痕，可提高带钢表面质量和产品合格率。从铸机来的铸坯，依照钢种不同以不同拉速直接进入1号辊底式均热炉。均热炉将依照铸坯的入炉温度、速度及出炉温度等要求，对板坯进行升温、均热，当铸坯长度达到工艺给定的长度后，由连铸机后部的摆动剪进行分切。板坯在辊底式炉内均热升温到开轧温度后（1000～1150℃），当轧机发出要钢信号时，1号辊底式炉炉门打开，板坯以第一架咬入速度离开均热炉。现在第二流的的单尺坯加热完全后，加速通过传送段，直至本炉末端的旋转摆动段，1号、2号炉的摆动段开始旋转对接，该铸坯进入1号加热炉。待两炉的摆动段回复后，铸坯前进至1号炉的保温存储段，等待下一块钢的轧制。出炉后板坯首先通过精轧前的高压水除鳞装置，以清除在连铸及加热过程中产生的氧化铁皮，然后进入精轧机进行轧制。关于奥氏体轧制的产品，F1～F2精轧出来的中间坯经精除磷后进入F3～F7精轧机组进行轧制。带钢出精轧机后，通过输出辊道送往层流冷却系统，层流冷却系统按钢种、规格的不同依照相应的终轧温度将带钢冷却到卷取温度。然后带钢进入地下卷取机，被卷成一定直径的钢卷。关于铁素体轧制的产品，则在F1～F4机架间通过快速冷却装置将带钢操纵冷却到相变点Ar3以下的温度，使奥氏体向铁素体转变（90%铁素体），在随后的机架内以铁素体组织状态进行轧制。带钢出精轧机后，通过快速冷却装置将带钢冷却到卷取温度，然后进入地下卷取机，被卷成一定直径的钢卷。若采纳长尺坯进行半无头轧制，当卷重达到设定要求的重量时，需启动高速飞剪，对轧制过程中的带钢进行剪切分卷。卷取完毕后的钢卷经打捆后由卸卷小车放到运输机上。钢卷在运输机上完成称重、喷印以及检查取样后，由钢卷库吊车将其从运输机下料端卸下并以卧卷方式在钢卷库堆放冷却。连铸板坯连铸板坯38Mpa高压水除鳞磷鳞摆动剪切分长尺坯摆动剪切分短尺坯辊底式隧道炉升温加热、均热液压剪切装置立辊轧机精轧F1机架10Mpa二次除鳞装置精轧F2机架10Mpa二次除鳞装置F3-F7机架强冷装置层流冷却（6段）高速飞剪装置地下卷取机（2台）打捆、打印、称重、入库在线取样、检验查图4-1本车间生产工艺流程图连铸坯的质量将会直接阻碍到热轧带钢的质量，为得到高质量的连铸坯，要求在浇铸过程中钢水质量应纯洁，成分周密化；连铸过程中要确保钢水温度要求和均匀、无氧化、无污染，为此要完善中间包冶金技术、完善结晶器和浸入式水口结构，优化材质；结晶器采纳电磁制动技术，计算机动态液芯浇铸变形技术和开发依照钢种高速浇铸最合宜的爱护渣。在铸坯无缺陷的目标下，最大限度提高拉速，提高铸机单流产量。（1）提高钢的塑性；（2）降低钢的变形抗力；（3）使连铸坯的温度均匀，减少因温差所造成的应力，有利于加工的进行；（4）改善材质的内部结晶组织，消除轧制中所造成的应力，以达到生产需要的机械和物理性能。（1）防止产生加热缺陷；（2）防止产生加热缺陷；（3）制定合理的加热工艺；（4）加热终了铸坯温度必须均匀；（5）尽量减少连铸坯加热的氧化损失；（6）对连铸坯的加热温度严格操纵在规定范围内；（7）必须依照不同的钢种制定出合理的加热制度，并应满足节能的要求；（8）加热温度应达到加热工艺规定的温度，而且不产生过热、过烧的缺陷；（9）连铸坯加热温度沿长度和断面方向上应均匀一致，温差必须在同意范围内。（1）在均热炉内可长时刻保温；（2）连铸坯入炉温度为850℃以上；（3）连铸坯均热温度为1100~1150℃±10℃。由于板坯在850～900℃以上氧化专门快，并随着温度的进一步上升而急剧增加。因此，尽量缩短板坯在加热段高温区的停留时刻是减缓板坯氧化烧损的一个有效途径。对此，能够采取提高加热速度的方法来间接实现。加热速度的调整应针对不同的入炉温度区不对待，原则上是入炉温度低，加热速度高。对辊底式隧道炉可定位在100～150℃/h的速度范围内。加热速度的提高，另一方面的作用是在同意的板坯热应力和热负荷供给条件下，迅速把炉膛和板坯的温度提高，然后通过缓冲段和保温段，保证板坯在这过程中有充足的时刻促使其温度的整体均匀[22]。热轧温度制度要紧包括开轧温度、终轧温度以及轧制中的温度操纵。在薄板坯连铸连轧中，对一般低碳钢，一般的均热温度为1100～1150℃，开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为750～920℃。终轧温度操纵是轧制工艺中需要操纵的要紧因素之一。不同钢种，钢的终轧温度操纵不同。一般来讲，一般低碳钢的终轧温度差不多上操纵在Ar3线以上。对以08Al为代表的低碳铝冷静钢，要求在Ar3点以上尽可能终轧，如此能够保证AlN保持固溶状态。另外，当终轧温度较高时，冷却下来的热轧组织变成无取向分布，能够满足随后冷轧质量操纵要求。对奥氏体轧制的IF钢，一般也将终轧温度选在Ar3点以上。对采纳铁素体轧制的钢种，一般来讲，温度操纵尤为重要，这要紧包括钢在轧制过程中的温度操纵和终轧温度操纵。铁素体轧制与常规轧制的一大区不确实是钢在轧制中通过机架间冷却水进行冷却，将中间坯温度急剧降到Ar1线以下，并在随后的机架中进行铁素体轧制，因而机架间的冷却速度特不重要。这要紧取决于中间坯的厚度、温度以及机架间的冷却水速度，因而轧制时合理选择原始板坯的厚度以及前几道次机架的累积压下量是专门重要的。另一重要的温度操纵则是钢的终轧温度操纵，一般约为760℃。（1）工作辊冷却在轧机主传动开始工作之前，相应的工作辊冷却系统必须被切换到无载荷状态。当带钢进入相应轧机时，冷却系统必须被调到最大流量值；当带尾离开时，流量减到它无负荷时的值。在轧制间隙水量应减少，换辊时水被关闭。（2）机架间冷却当带钢头部出前一机架后到达下一机架时，机架间冷却水打开，当带钢尾部离开前一机架时水被关闭。依照轧制的钢种，通过轧机的设定计算机决定哪些轧机机架后面的冷却系统被打开。（3）F1～F7之前和在F7之后的带钢喷淋在带钢头部进入下一机架之前这些喷淋系统打开。当带钢尾部离开前一个机架，它关闭。只要板坯在轧制侧喷就开着。（4）F1～F7前的辊缝喷淋和F5～F7的烟雾抑制当带钢进入相应的机架时辊缝喷淋水打开。当带尾离开前一机架时辊缝喷淋水关闭。操作工决定在哪一个机架使用消烟装置。依照该机架的相对变形量，设定计算机决定在哪一机架使用辊缝喷淋。不管什么时候消烟值比辊缝喷淋值高40%。（5）活套和中间横梁冷却在轧制和标定期间，活套和中间横梁冷却系统打开。当换辊和停轧时关闭。所有轧机入口处都安装有上喷淋集管和下喷淋集管，用于辊缝润滑，从而降低轧辊磨损和轧辊弯曲程度以及提高带钢表面质量。辊缝润滑系统的要紧好处是延长了工作辊的使用寿命；生产薄带时减少了轧制力和轧制力矩（特不是最初几个机架）；减少了剪应力，从而改善了带钢表面质量和深冲性能。本条CSP生产线使用了新近开发的辊缝润滑系统，它在轧制过程中将起到积极作用，其要紧表现在：（1）延长了工作辊的在机时刻；（2）降低了工作辊的剥落；（3）减少了维护；（4）降低了生产成本；（5）减少了能量消耗。在轧制薄规格钢板时，一般采纳辊缝润滑。辊缝润滑设计成散状喷射系统（水油混合），安装在精轧机架F1～F7后。每个机架配备了独立的辊缝润滑系统。通过静态油管混合器产生对上、下工作辊单独进行喷射的离散物，在轧机机架入口侧，离散物通过喷嘴喷射到工作辊上。因为离散物不稳定，故没有残存的离散物，因此在润滑前应立即进行混合。依照带钢宽度的不同，水流量对应一个不同的恒定的值。假如实际值偏离超过10%将产生一个警告信号。宽度方向水流量的理论值是40~50升/秒。假如偏差超过20%，在带钢轧制完成后供油系统完全关断，相应油阀也关闭。当水在喷头激活时油才能激活。当选择轧制辊缝润滑时，入口侧工作辊冷却（辊缝喷淋）必须被关断。在轧机所有机架间都安装了一个活套，目的是保证在任何两个机架间对带钢产生一个特定的带钢张力。张力过大会产生带钢的紧缩现象，太大的张力会最终导致带钢的断带。当下一机架的速度太快时，下一机架的秒流量大于上一机架会导致这种现象的发生。当通过下一个机架的秒流量相对较小时就会产生活套。活套量的持续增长会形成带钢折叠。假如带钢折叠产生，进入下一个机架的带钢可能是三倍带钢的厚度。这种情况会导致轧辊或接轴的断裂。活套操纵给所有的前一个主传动操纵发出速度修正信号。当两个机架的秒流量不同时，他们之间的带钢长度也相应地变化，如此会导致活套高度和角度的变化。（1）轧机中没有带钢时的参考值换辊操作时活套必须抬起，位置参考值可达到最大值。一旦到达位置同时在一个可调的延时后伺服阀必须通过关闭节止阀关断并使操纵器无效，而且在那个位置活套能够通过锁栓锁住。（2）进入轧机时的参考值当带钢进入轧机位置时压力操纵的级联激活。带钢进入两相邻机架时，活套通过位置操纵以一个恒定的速度向上运动以便接触到带钢。位置操纵器的参考值是最大角度以保证压力操纵器能提供足够的力来高速加速活套。同时相邻机架的主传动的旋转速度必须同样进行预设定，在带钢进入下一机架时套量增长。在带钢抛尾前，通过轧机物料跟踪产生一个信号，开始连续减少活套的角度参考值，活套立即降低到轧线下面，缘故是大的活套量可能会引起带钢进入下一机架时产生折叠。现在前一机架慢慢减速，但带钢张力保持恒定。一旦机架无负载活套操纵就被关断。同时对位置操纵器实际活套位置值必须设定为新的参考值。如此防止活套产生进一步的运动。CSP工艺生产的连铸坯表面的氧化铁皮细小、致密且不易清除洁净。因此，除鳞系统采纳两次除鳞。（1）F1前高压水除鳞机的压力：入口集管最大压力240bar出口集管最大压力380bar（2）机架间高压水除鳞机流量及压力数量：2位置：F1机架后；F2机架后。压力：约100bar剪刃在它们的初始/穿带位置。剪刃假如不在初始位置，通过一个独立按钮使剪刃移到初始位置。剪缝调整到需剪切的带钢的厚度。带钢进入侧导卫及剪前夹送辊。剪前夹送辊接收最后一个轧制机架和芯轴之间的带钢张力，如此飞剪夹送辊和卷取机夹送辊之间是无张力的。偏转装置向下移动（仅在剪切前）。剪切的预设定来自物料跟踪/过程计算机或通过按钮手动启动（假如物料跟踪发生故障）。剪刃从实际摆动位置返回到加速位置。传动装置在加速位置从零速度加速到剪刃旋转速度，剪刃旋转速度=带钢速度+前滞速度。剪切速度精度必须调整到0.5%。另外所有的剪切力必须产生。剪切后，偏转装置再一次向上移动。在换剪刃前，剪刃必须移动到换剪刃位置，以及剪缝调整到最小位置。（1）换剪刃后，新的剪刃通过合适的调整工具调节到相互平行。标准的剪缝设定到最小位置；（2）剪刃不同意互相重叠（负剪缝）；（3）剪刃必须被调整到初始位置，在那个位置，位置传感器必须是标定过的；（4）换剪刃后必须检查初始位置的标定。飞剪剪刃更换周期：150000吨/次。时期一：卷取机预备卷取下一个带钢速度操纵激活，速度参考值设定为最后一个机架的带钢速度加上一个超前值。时期二：开始卷取带钢头部开始进入1号助卷辊。时期三：卷筒张力的建立在卷取1～1.5圈后卷筒膨胀，在卷筒和带钢的表面将产生静态摩擦力。现在卷筒上建立张力，速度处于超前值。随着卷径的增长，电机的转矩将平稳地增加使带钢的张力达到一个恒定的值。时期四：卷取在卷取过程中为了保证带钢的张力恒定需要在线计算电机的转矩。当带钢尾部离开最后一个机架，夹送辊必需承担全部的张力。时期五：带钢尾部位于层流冷却区并达到减速位为了使带钢尾部停下来，卷取机与夹送辊减速。那个降低过程必须是一个缓慢的斜坡。时期六：带钢尾部位于夹送辊时卷筒的速度操纵参考值以恒定的减速度下降，同时必须考虑助卷辊仍然压在钢卷上并产生一定的制动力矩。时期七：卷筒停车时当带尾定位与预定位时，卷筒停车。时期八：卸卷当卸卷车运送钢卷到传送线时，卷筒以低速反转。当小车到达终点时停止。卷筒由空心轴体和四个扇形块组成。扇形块呈放射状安置在轴体的周围。由轴体的柱塞推动扇形块使卷筒膨胀或收缩。为了保证卷取完毕的钢卷能够顺利的从卷筒上卸卷，卷筒在卷取前先预膨胀，在卷取1圈到1圈半时卷筒完全膨胀。现在张力将达到完全张力的90%，在接下来的卷取过程中那个张力仍将保持。当卷取完毕并停止，卸卷小车的提升辊道以合适的压力接触到钢卷下表面，卷筒收缩确保卸卷顺利。三个助卷辊安装在卷筒的周围，助卷辊具有以下功能：（1）引导带钢的头部缠上卷筒并在卷筒完全膨胀建立起预期的张力之前使带钢紧紧缠绕在卷筒上；（2）当带钢尾部离开夹送辊时，通过助卷辊确保带卷的最后几卷不松散；（3）在带钢进入之前，助卷辊切换到速度操纵，以卷筒的速度加一个超前值转动，卷筒建立张力后，助卷辊打开，降速到卷筒的速度；（4）当带钢的尾部进入卷取机前的侧导位，助卷辊降速到带钢速度减去一个滞后值并压靠在钢卷上；（5）能够防止在卷取过程中带钢被损坏和划伤。助卷辊的自动操作模式如下：（1）当卷取机预备卷取下一卷带钢时，助卷辊将以带钢的速度加上一个超前值旋转；（2）当卷取第一圈时（助卷辊接触带坯），助卷辊保持先前的速度；（3）当助卷辊打开（不与带钢接触），助卷辊将减速到带钢的速度；（4）当卷取机减速（和带钢接触或不接触），助卷辊也减速到带钢速度减去一个滞后值。（1）工作辊换辊方式为液压驱动推拉式，带侧移小车，抽出速度为250mm/s(Max)支撑辊换辊方式为液压驱动式，抽出速度为70mm/s。（2）依照轧机轧制条件、轧材规格、轧材厚度合理确定轧辊换辊周期，尽量幸免过量轧制，以免辊面裂纹扩展过深造成较大损失，同时应紧密关注轧辊边部加工硬化现象，肩部与支撑辊接触面出现滚压产生的亮带表明一方面支撑辊已到后期，或在线时刻过长，应及时换辊磨削，幸免出现肩部剥落。在选择设备、计算设备负荷时，首先要确定车间工作制度和设备年工作小时。车间工作制度要紧取决于车间的要紧设备（轧机）的工作制度。一般有两种形式：连续工作制和非连续工作制[24]。任何一架轧机，实际上都不可能做到全年连续不断的工作，而要有一定时刻进行各种设备的大修、定期的中小修、换辊以及交接班等工作。有的轧机还要进行节假日休息，实行的不是连续工作制度。因此任何轧机全年最大可能工作时数都要低于全年日历工作时数。对实行连续工作制度的轧机年工作时数为[25]：Tjw=(365-T1-T2-T3)(24-T4)（5-1）式中：T1——年打算大修时刻（天）；T2——年打算中小修时刻（天）；T3——年打算换辊时刻（天）；T4——每天规定的交接班时刻（小时）。关于实行非连续工作制度的轧机，Tjw用下式计算：Tjw=(365-T1-T2-T3–T5)(24-T4)（5-2）式中：T5——国家规定的节假日天数（天）；上两式中Tjw为轧机一年内最大可能工作时刻，也即打算工作天数。但由于生产治理上的缘故，会造成轧机停产。如设备发生事故、短辊造成非打算更换，外来缘故待热、待料、待电等。如此轧机全年实际工作时刻就会低于全年打算工作时刻。然而，由于上述缘故造成的轧机时刻损失，专门难准确计算，在工程设计中通常用时刻利用系数来表示。因此全年打算工作时刻与实际工作时刻的关系如下：TSj=Tjw×K2(5-3)式中：TSj——全年轧机实际工作时刻；K2——设备操作利用系数，取0.9。车间工作制实行连续工作制，节假日和星期天不休息。转炉、铸机、辊底式炉、轧机检修同步进行。车间年工作时刻表见表5-1。表5-1年工作时刻表日历(小时)非工作小时(h)年规定工作小时(h)工作制度其他停工时刻年工作小时(h)有效作业率(%)大修小修支撑辊换辊合计三班连续工作制各种事故工作辊换辊合计650085.938760336300560119675644206441064其中主轧线大修时刻：24h/d*14d/次*1次/a=336h/a主轧线小修时刻：68h/周*50周/a=300h/a支撑辊换辊时刻：16h/次*35次/a=560h/a设备操作系数：0.9故：净工作时刻：6500*0.9=5850h/a年规定工作小时：8760-T大-T小-T换=7564h板带轧机轧辊的辊身长度应大于所轧带钢的最大宽度bmax[26]，即L=bmax+a(6-1)当bmax=400～1200mm时，a≈100mm；bmax=1200～2500时，a=150～200mm；当带钢更宽时，a=200～400mm。本车间所轧带钢的最大宽度bmax=1600mm，a=200mm，关于CVC轧机的工作辊，其辊身长度应加上两倍横移量（δ=100mm）。故：支撑辊辊身长度L支=bmax+a=1550+200=1750mm工作辊辊身长度L工=bmax+a+2δ=1550+200+200=1950mm四辊轧机辊身长度L确定后，可依照表6-1确定工作辊直径D1和D2。表6-1四辊轧机的L/D1、L/D2、D2/D1轧机名称L/D1L/D2D2/D1比值常用比值比值常用比值比值常用比值宽带钢轧机粗轧机组1.5～3.51.7～2.81.0～1.81.3～1.51.2～2.01.3～1.5精轧机组2.1～4.02.4～2.81.0～1.81.3～1.51.8～2.21.9～2.1精轧机F1机架，按照咬入，轧辊工作辊直径D1应满足：D1≥（6-2）式中：Δhmax——最大压下量，取Δhmax=40mm；α——最大咬入角，α=β=arctanf；f——轧辊与轧件的摩擦系数，取f=0.33；α=β=arctanf=arctan0.33=18.26°D1≥=794.35mm，考虑12%左右的重车率，则D1max=902.7mm。参考马钢CSP同类型轧机的轧辊，最终确定D1max=950mm，D1min=820mm。随着接近成品机架，一般采纳越来越小的辊径值，但考虑到轧机制造和备品备件的治理使用方便，往往又采纳分组方法，即同一组轧机中轧辊辊径值相同[25]。故：精轧F2机架和F1机架采纳相同的辊径，即D1max=950mm，D1min=820mm。F3～F4机架工作辊辊径：D1=L/(2.1～4.0)=1950/（2.1～4.0）=487.5～928.6mm，参考马钢CSP同类型轧机的轧辊，最终确定D1max=750mm，D1min=660mm，重车率12%。F5～F7机架工作辊辊径：D1=L/(2.4～2.8)=1950/（2.4～2.8）=696～812.5mm，参考马钢CSP同类型轧机的轧辊，最终确定D1max=620mm，D1min=540mm，重车率12.9%。F1～F7机架支撑辊辊径：D2=L/(1.3～1.5)=1750/（1.3～1.5）=1166.7～1346.15mm，参考马钢CSP同类型轧机的轧辊，最终确定D2max=1500mm，D1min=1350mm，重车率10%。工作辊辊颈安装在滚动轴承内时，因滚动轴承的外形径向尺寸较大，一般近似地取：d=(0.5～0.55)D，l/d=0.83～1.0F1～F2：辊径直径d1=(0.5～0.55)D=(0.5～0.55)×950=475～523mm，取520mm辊颈长度l1=(0.83～1.0)d=432～520mm，取470mmF3～F4：辊径直径d1=(0.5～0.55)D=(0.5～0.55)×750=375～412.5mm，取410mm辊颈长度l1=(0.83～1.0)d=340.3～410mm，取390mmF5～F7：辊径直径d1=(0.5～0.55)D=(0.5～0.55)×620=310～341mm，取340mm辊颈长度l1=(0.83～1.0)d=282.2～340mm，取300mm支撑辊的辊颈安装在滑动轴承（油膜轴承）内，一般近似取：d=(0.75～0.80)D，l/d=0.8～1.0F1～F7：辊颈直径d1=(0.75～0.80)×1500=1125～1200mm，取1100mm辊颈长度l1=(0.8～1.0)×1100=880～1100mm，取900mm精轧前段工作辊的要紧失效形式是磨损[27]，磨损的要紧机理是热疲劳，轧辊与钢坯接触的部分受热膨胀，而在轧辊内部维持着正常温度，由此产生的压应力常常超过外层材料的弹性极限，在辊缝出口处水冷却的阻碍下拉应力导致了塑性变形，这就要求轧辊具有较高的热弹性极限，以延缓热疲劳裂纹的产生。精轧后段轧制速度较高，轧辊承受着较高的单位面积载荷和高的轧制相对速度，轧辊对板材质量具有决定性作用，所需要的性能要紧是高硬度、耐磨损、耐压痕，抗剥落和抗热裂[28]。支撑辊对工作辊起到支承作用，要求支撑辊刚度好；同时支撑辊始终与工作辊滚动接触，产生加工硬化现象，在过载时局部屈服使硬化层底部产生皮下微裂纹，微裂纹扩展最终造成辊身剥落，这就要求支撑辊具有较高的疲劳屈服强度；良好的应力状态和抗裂纹扩展能力；支撑辊中部磨损形成凹陷辊型，辊身两端接触应力剧增，导致掉肩剥落，要求轧辊耐磨性优良，延缓和减轻凹陷辊型的形成。支撑辊使用周期长，辊颈也长期承受交变弯曲应力，要求辊颈具有良好的屈服强度、韧性和抗断裂性能[28]。CSP精轧F1～F2机架开轧温度高，压下量大，与常规轧制粗轧工作条件相似。轧辊承受着较高的轧制力和扭矩要求轧辊具有较高的机械强度同时轧材对其传热率高要求其具有良好的耐热疲劳性。故本设计采纳高铬铸钢复合轧辊。高Cr铸钢复合轧辊工作层是含Cr、Mo、Ni、V等合金元素的铸钢材质，芯部则为高强度的球墨铸铁。由于大量Cr合金元素的作用，外层组织中的碳化物形态已不是M3C型，而成为显微硬度高、耐磨性好、呈孤立块状分布的M7C3型，通过专门的热处理，具有良好的高温综合性能。与半钢轧辊相比，耐磨性、抗热裂性、抗压痕能力提高；轧辊辊面硬度比半钢轧辊高出几十度；轧制过程中辊面形成稳定氧化膜，特不致密。与高Cr铸铁轧辊相比，组织更加均匀稳定，碳化物含量虽减少，但辊面硬度提高，使用过程中辊面氧化膜更加致密稳定，因此在使用性能方面，具有更好的耐磨性、抗热裂性，同时降低了对轧辊冷却水的要求，同时轧辊辊面摩擦系数提高，咬入性能好，解决了高铬铁的打滑问题[27]。F3～F4机架选用高铬铸铁轧辊。外层Cr含量达14%～20%，显微组织为20%左右共晶碳化物+回火索氏体+马氏体、少量残余奥氏体，辊面硬度70HSD以上。外层材质由于大量Cr元素存在，碳化物为M7C3型，呈菊花状，显微硬度值高达1500-1700HV，另外轧辊在使用过程中，辊面将形成致密、稳定的氧化膜，具有较好的耐磨性、抗冷热疲劳性和综合机械性能。高Cr铸铁的热裂纹较细较浅，因其导热性低，因此需要充足的水冷减小从轧辊面到内层的热梯度[28]。精轧的末端机架，耐磨性是轧辊最重要的特性[29]。故F5～F7机架选用高NiCr无限冷硬复合铸铁轧辊。无限冷硬铸铁轧辊辊身基体中含有35％的碳化物和莱氏体，因而具有专门高的耐磨性。同时还分布着均匀细小的团球蠕虫状石墨，其良好的导热性起到了松弛和缓冲应力的作用，有利于防止裂纹的产生和扩展，具有专门好的耐磨、耐热裂、抗剥落性能[30]。F1～F7机架工作辊采纳含铬合金锻钢。其具有良好的淬透性、疲劳屈服强度、韧性和抗裂纹扩展能力。表6-2支撑辊材质名称材质辊身硬度(HSC)辊颈硬度(HSC)许用应力[σ]支撑辊合金锻钢55～6242～48150MPa表6-3工作辊材质设备名称轧辊材质硬度（HSC）F1～F2F3～F4F5～F7高铬铸钢高铬铸铁无限冷硬铸铁72～82°72～82°75～82°轧辊轴承是轧机的要紧部件之一。板带轧机轧辊轴承特点是[31]：（1）单位压力大，单位压力超过一般用途轴承的2～5倍；（2）工作速度的变化范围大；（3）轴承的工作环境比较恶劣。轧辊轴承的要紧类型是滑动轴承和滚动轴承。轧辊上的滚动轴承有双列球面辊子轴承、四列圆锥辊子轴承和多列圆柱辊子轴承。滑动轴承分半干摩擦和液体摩擦两种。液体摩擦轴承有动压、静压、静动压三种结构形式。开式滑动轴承尽管具有结构简单，能承受较大的冲击负荷，易于制造成本低等优点，然而它的精度低、摩擦系数大，寿命低。在现代板带轧机上已不再使用。滚动轴承具有摩擦系数小、精度高、运转安全、维护简单、产品易于系列化等优点，现代四辊轧机工作辊轴承大都使用滚动轴承。液体摩擦轴承（油膜轴承）具有摩擦系数小、承载能力高、使用寿命长和适于高速工作等优点，这类轴承常用作四辊轧机的支撑辊轴承。本设计中轧机工作辊轴承选用滚动轴承，考虑以下几点缘故，支撑辊轴承采纳动-静压油膜轴承，而不采纳传统的动压轴承。（1）短流程工艺中，当成品厚度小于1mm时，精轧机组前几架处于低速轧制状态，F1和F2的速度为0.2～0.8m/s，支撑辊的转速仅为2.5～10.2r/min。在速度专门低的情况下，动压油膜轴承的油膜专门难形成，摩擦系数大且不稳定。（2）动压油膜轴承在启动前不同意承受专门大载荷，而在轧制薄带钢时，由于工作辊间采纳负辊缝与支撑辊之间有专门大的压紧力，造成有载启动，使动压油膜轴承寿命大为降低。（3）半无头轧制时，轧辊要形成带钢压下。轧制负荷发生变化后，如采纳一般动压油膜轴承将造成油膜厚度波动，对正常轧制产生阻碍。（4）短流程的产品最薄可达0.8mm，产品越薄，越不同意轧辊中心距发生变化，而轧辊中心距的变化则为油膜厚度变化的两倍，油膜厚度的变化对轧制精度阻碍较大。故本设计中轧机的支撑辊轴承采纳动-静压油膜轴承，以适应短流程工艺中低速轧制、带载启动、变断面轧制、产品质量精度高等要求。轧辊的强度条件按轧辊部位分为辊身强度、辊颈强度和轴头强度。满足轧辊的强度条件则应为：P≤Pyx(6-3)M≤Mmax(6-4)式中：p、M——分不为各轧制道次的轧制压力和轧制力矩。在现在四辊轧机上，由于支撑辊辊身强度专门大，Pyx往往取决于支撑辊辊颈的弯曲强度和轴承寿命。按支撑辊辊颈强度计算Pyx可取为：Pyx1=(6-5)式中：d、l——轧辊辊颈直径与长度；Rb——轧辊许用弯曲应力，可按表6-4选择。表6-4轧辊许用弯曲应力轧辊材质合金锻钢高铬铸铁高铬铸钢无限冷硬合金铸铁Rb/107Pa14～1612～1814～168～12支撑辊材质为合金锻钢，选Rb=（14～16）×107Pa，则Pyx1==82817.78～94648.89KN。最大同意轧制力从设备角度还取决于传动辊辊颈强度，按传动辊辊颈许用扭转应力计算的最大同意轧制力为：Pyx2=(6-6)式中：d——传动辊辊颈直径；R——轧辊半径；[τ]——许用扭转应力，可取[τ]=0.5～0.6Rb；Δh——该道次的压下量；F1～F2：Pyx2=42161.8KNF3～F4：Pyx2=27704.1KNF5～F7：Pyx2=12577.3KN依照马钢CSP现场资料，各机架最大同意轧制力如下：F1～F2：Pyx2=42000KN；F3～F4：Pyx2=40000KN；F5～F7：Pyx2=32000KN。由于现代四辊轧机的附加摩擦力矩专门小，能够忽略，从辊颈强度动身可近似得到最大同意轧制力矩：Mmax=Pmax=0.4d3[τ](6-7)F1～F2：[τ]=0.6Rb=9.6×107paMmax=0.4d13[τ]=0.4×5203×10-9×9.6×107=5399.35KN.mF3～F4：[τ]=0.6Rb=10.8×107paMmax=0.4d13[τ]=0.4×4103×10-9×10.8×107=2977.4KN.mF5～F7：[τ]=0.6Rb=7.2×107paMmax=0.4d13[τ]=0.4×3203×10-9×7.2×107=1131.95KN.m长期以来带钢热连轧机组的大功率主传动系统广泛采纳直流电机调速系统，但直流电机存在着电刷直径大以及低转速时转动惯量过大的缺点，为此往往采纳多台电机串联方式。随着交流调速技术进展，新建带钢热连轧采纳了交流电机，由于其转动惯量低，响应速度约比直流提高了50%。故选择交流电机传动。减速机对传动系统的响应速度有阻碍，应减少有减速机的机架。然而，采纳减速机能够减少主电机的规格数量，可减少备件，扩大主电机共用性，还可降低主电机造价。因此，带减速机的机架数量，应依照具体条件而定。参考马钢CSP现场资料，轧制速度范围与速比见表6-5。表6-5电机轧制速度范围与速比机架数轧制速度范围(m/s)速比i机架数轧制速度范围(m/s)速比i立辊轧机0.78/1.030精轧机F43.00/8.811.96精轧机F11.19/3.575.43精轧机F55.71/16.231.42精轧机F21.19/3.575.43精轧机F68.11/23.051精轧机F32.15/6.312.74精轧机F78.11/23.051DS：nmin=60vmini/πD=60×0.78×30/（π×0.75）=596r/minnmax=60vmaxi/πD=60×3.57×5.43/（π×0.75）=802r/min结果见表6-6。表6-6电机转速（单位：rpm）机架DSF1F2F3F4F5F6F7电机转速596/802130/390130/390144/423144/423258/734258/734258/734主电机额定转矩为：(6-8)式中：——最大轧制力矩，KN.m；——电机过载系数，可逆运转电机=2.5～3.0；不可逆运转电机=1.5～2.0，此设计取2.5。F1～F2：=5399.35/2.5=2159.74KN.mF3～F4：=2977.4/2.5=1190.96KN.mF5～F7：=1131.95/2.5=452.78KN.m主电机额定功率[32]为：(6-9)式中：——额定力矩，N.m；——额定转速，r/min；i——速比；粗略计算如下：F1～F2：=2159.74×130×103/（9550×5.43）=5414.3KWF3～F4：=1190.96×144×103/（9550×2.5）=7183.2KWF5～F7：=452.78×258×103/（9550×1.0）=12232.2KW参考马钢CSP现场资料，最终取F1～F2：5500KW；F3～F4：8500KW；F5～F7：10000KW。轧钢机机架是工作机座的重要部件，轧辊轴承及轧辊调整装置等都安装在机架上，机架要承受轧制力必须有足够的强度和刚度。机架一般可分为闭式和开式两种。开式机架有机架本体与上盖两部分组成，用螺栓加以固接，其刚度较差，要紧用于横列式的各种型钢轧机上。闭式机架一般是整体的铸钢件，其具有如下特点：（1）每片机架（牌坊）为整体框架；（2）机架刚度大，强度较大；（3）采纳从机架窗口沿轴向抽出或装入的辊系换辊方式；（4）辊系换辊时刻短；（5）要紧用于轧制压力大，刚度要求高的场合。关于板带轧机来讲，为提高轧制精度，需要有较高的机架刚度，故本设计选用闭式机架。机架通常采纳含碳量为0.25%～0.35%的ZG35铸钢，其强度极限为500～600Mpa，延伸率为12%～16%。关于四辊轧机，可用经验公式选取：H=(2.6～3.5)(D1+D2)(6-10)式中：D1——工作辊辊身直径，mmD2——支撑辊辊身直径，mmF1～F2：H=(2.6～3.5)(D1+D2)=3×（950+1500）=7350mmF3～F4：H=(2.6～3.5)(D1+D2)=3×（750+1500）=6750mmF5～F7：H=(2.6～3.5)(D1+D2)=3×（620+1500）=6360mm关于一般四辊轧机，机架窗口高度大致操纵在以下范围内：B=（1.15～1.30）D2(6-11)F1～F7机架窗口宽度：B=（1.15～1.30）D2=1.2×1500=1800mm为了换辊方便，工作侧的