中厚板轧制工艺概述综述综述

1中厚板轧制工艺概述1．1流程概述中厚板生产的主要特点可以概括为：(1)轧钢车间主作业线长；(2)品种繁多，性能各异，质量要求高，交货要求严格；(3)需要展宽轧制、往返轧制；(4)工厂内临时库区多，物流瓶颈变化频繁，难以预测；(5)精整区域工序及工艺路径多，往复物流、交叉物流多；(6)铸坯及钢板都是逐块、逐张堆垛的，库位及库区管理与行车作业复杂；(7)潜在的瓶颈多，且瓶颈常随品种、规格的变化而“漂移”。中厚板的生产工艺流程根据每个厂的生产线布置情况、车间内物流的走向以及其主要产品品种和交货状态的不同而具有其各自的特点，但加热、轧制、冷却和精整剪切仍是中厚板生产工艺流程的核心部分，而具体的工艺流程一般可根据成品的交货状态，分为直接轧制交货、热处理交货和抛丸或涂漆交货。下面以国内某5000mm厚板厂典型的生产工艺流程为例予以说明：所有产品的生产工艺流程详见图1-1。直接轧制交货产品工艺流程详见图1-2。热处理交货产品工艺流程详见图1-3。对于生产不锈钢产品的中厚板厂，其生产工艺具有特殊性，下面以国内某4200mm厚板厂的不锈钢生产工艺流程为例予以说明，详见图1-4。1．2工厂平面布置1．2．1中厚板工厂平面布置概略优良的工厂布置可以获得长期的经济运行效果。摩尔(JamesJ．Moore)评价工厂布置的标准主要有：(1)最简化的生产物流；(2)最少的物料搬运费用；(3)最陕捷地改变工艺流程；(4)最有效地利用空间；(5)最安全、舒适和称心的工作环境；(6)避免不必要的投资；(7)激发员工的劳动热情。纵观国内外有代表性的中厚板工厂，其平面布置丰富多彩，各具特色，鲜有雷同。国内外中厚板工厂的建设和生产经验表明，在建厂伊始，平面布置的确定当居于核心地位，与选择轧机规格具有同等的重要性。平面布置的优劣，将直接影响到工厂的生产效率、产品质量、生产成本甚至未来发展。中厚板工厂的平面布置首先受制于其所处区域的总图条件，如地形地貌、原料及成品运输方式、公辅设施条件等。中厚板工厂生产规模、原料条件、产品品种和产品规格的差异较大，不同工厂对热处理、特厚板乃至某些特殊产品(如不锈钢、复合板以及少量有色产品等)的生产还会提出不同程度的要求，又会进一步扩大这些差异，这些差异或特殊要求在平面布置中必须予以考虑。在中厚板工厂的平面布置中，我们把摩尔的评判标准归纳成“物流顺畅、过程均衡、生产高效”这一通用原则，而其中的“过程均衡”原则在具体设计时需给予足够重视。中厚板生产及流程的多样性，导致了生产线上及线外各加工设备和处理场地在能力匹配上容易出现一处甚至多处“瓶颈”。这就要求平面布置中要充分考虑，如何能使生产线以及相关生产区域的加工或处理能力具有一定的“弹性”，从而使整个工厂保持最大限度的均衡生产。根据具体情况，往往还要提供必要的手段来均衡各设备之间的能力。当然，对每一个中厚板生产厂，合理安排生产计划是保证均衡生产的基础。一个产量较高、品种和规格覆盖面较广的中厚板工厂，其精整工序多，工艺流程复杂，物流在多处互有交叉和往复，精整区内各设备和中间库的生产能力是随生产品种和规格等因素而变化的。当变化达到一定程度或积累到一定时间时，必然会打破上下游之间的均衡生产关系。因此，对这类中厚板工厂，其精整区域内的工艺流程安排、工序间的衔接位置和衔接方式以及工序设备的布置，特别是中间库的安排和布置，是平面布置的重点和难点。中厚板生产工序多、轧线长，各工序之间由辊道和台架相连接，这就为生产线的灵活布置提供了方便条件。例如，总图条件允许时，生产线多采用“直线型”(贯穿型)布置；而受总图长度限制时，生产线也可以采用“折返型”布置；在“折返型”布置中，有时也会出现多次折返的情况。根据市场需求的变化，中厚板工厂应最大限度地满足小批量、多品种和短交货期的生产要求，这一要求在平面布置中也需予以重视。此外，中厚板工厂的平面布置与其生产及发货的组织方式之间也有着比较密切的关系。新技术、新工艺和新装备的出现和应用，给中厚板工厂的平面布置带来了新的要求和变化，较为典型的有：(1)热送热装技术要求板坯库尽可能靠近连铸车间，连铸坯采用辊道输送、在线二次切割；(2)平面形状控制技术要求立辊轧机采用近接式布置；(3)控制轧制要求轧机区设备布置能够满足多块钢轧制；’(4)控制冷却技术要求轧机到冷却设备(入口)的距离，一般应超过一块最大轧制钢板长度；控制冷却设备(出口)到热矫直机的距离，一般应大于一块最长冷却钢板长度；(5)出于对钢板均匀冷却的更高要求，在控冷设备前增设l台预矫直机；(6)冶炼和连铸技术的提高，一定程度上弱化了钢板检查和修磨工艺的安排；(7)随着全自动超声波探伤技术的成熟和稳定可靠，应尽可能采用在线方式进行自动探伤；(8)试样加工处理和检验中心应尽可能靠近中厚板车间。具体而言，一个中厚板工厂的平面布置，是在限定的产品大纲和总图条件的基础上，全面分析和研究上述因素之后，确定出以下主要内容：(1)原料库布置形式和面积，加热炉(包括烟囱)的布置，原料吊运方式和上料方式；(2)加热炉上料侧的确定；(3)主轧线的布置形式，主要工艺设备间距；(4)冷床的数量、尺寸及布置形式；(5)钢板检查修磨台架的安排和布置；(6)钢板下料或收集方式，成品库的设置、布置形式和面积，钢板吊运方式；(7)中间库安排、布置和面积，钢板吊运长度及吊运方式；(8)特厚板区域的布置，包括下料、缓冷、切割、表面检查及修磨、热处理、无损探伤、压平处理、表面精整、中间库和成品库等；(9)热处理区域的布置，包括热处理线的物流方向、装出炉区设备布置、风机房及热处理炉烟囱位置，抛丸线布置、抛丸线与热处理线的衔接方式，热处理线与主生产线和特厚板区域的衔接方式；(10)轧机主传动电机(主电室)布置；(11)磨辊间的布置及轧辊的存放，轧机工作辊和支撑辊换辊方案的确定；(12)高压水除鳞泵站布置；(13)生产线操作室和电气室布置，电缆隧道的走向安排；(14)全厂地下介质站位置，管线隧道的走向和安排；(15)工厂各类管理室和辅助小房间的安排和布置；(16)工厂内主要能介管线的走向安排和与厂外公辅设施管线的接口位置；(17)剪切废料和火切废料的输出方式、收集方式，废料收集间的布置；(18)试样剪切和收集方式，检验中心的布置；(19)剪刃修磨间的安排和布置；(20)主厂房建筑参数、高低跨衔接，吊车选型、数量及司机室位置；(21)厂内外运输道路和安全通道的安排；(22)工厂运输大门，包括原料运输、成品运输、设备运输、介质运输、超大件运输等；(23)各区设备固定检修区位置，各类检修工具和专用工具的存放区位置，各类油脂、耗材、备品备件的存放；(24)工厂总降(变电站)位置；(25)浊环水系统冲渣沟、漩流沉淀池及泵站布置，控制冷却(包括直接淬火)系统给排水管廊、沟道、水池、高位水箱及水处理布置，热处理区淬火系统给排水管廊、沟道、水池、高位水箱及水处理布置；(26)其他特殊用途设备、设施和建筑物的布置(如安全水塔，除尘风机房、风道和烟囱，集中加油站，涂料间等)。1．2．2平面布置与区域总图的关系这是一个既复杂而又因具体对象不同几乎难以统一的问题，大到工厂的物流安排，小到生产线上具体设备或设施的布置。在确定的区域内布置一个中厚板工厂，首先要满足总图条件，这是毋庸置疑的。下面将平面布置与总图的关系分解成若干专题，并适当加以展开和分析，以便读者在具体的对象条件下，把握二者的关系。1．2．2．1中厚板工厂的主立面在民用建筑领域，绝大多数建筑物都有一个“主立面”。在工业尤其是冶金工业建筑领域，这个概念被弱化了。我们认为，在布置一个中厚板工厂时，有必要引入“主立面”的概念，使其更符合总图条件的要求。借用建筑专业的定义，我们定义中厚板工厂的“主立面”，就是厂房靠近工厂人流、物流和主要道路一侧的立面；而与此相反的，就是“背立面”。根据这一定义，平面布置应尽可能遵循以下原则：(1)主立面一侧应尽可能处于主导风向的上风向。(2)主立面一侧的建筑力求简洁、完整，道路通畅：1)磨辊间尽可能布置在主立面一侧；2)总降和主电室尽可能布置在背立面一侧；3)加热炉烟囱、水塔或高位水箱等尽可能布置在背立面一侧；4)各区水处理尽可能布置在背立面一侧；5)剪切线废料收集区尽可能安排在背立面一侧。(3)工厂的预留发展尽可能安排在背立面一侧。(4)体量较大的建筑物如检验中心、高压水泵站等，可视具体情况进行布置。(5)各个电气室位置和大小应根据生产线布置情况确定。1．2．2．2关于中厚板工厂的“拆分”处理在中厚板工厂的建设实践中，常常遇到总图场地紧张或场地面积不足的案例。在这种情况下，我们可根据总图条件，尝试将工厂“拆分”成可独立分割的若干单元，通过合理的运输手段和衔接库(相当于中间仓储)，再将分割后的各个单元有机地“连接”在一起，完成整个中厚板生产过程。显然，将一个中厚板车间进行“拆分”，往往会增加建设投资和搬运及仓储等物流成本，同时还要考虑新的场地上是否具备相应的公辅配套能力。要对“拆分”可能带来的各种有利因素和不利因素进行综合比较和全面分析，再决定是否实施。一条完整的生产线，从加热、轧制、热矫直、冷却、表面检查修磨、剪切到成品标记和收集，是不能“拆分”的。一般来说，下列单元可部分或全部从中厚板车间里“拆分”出去：(1)板坯库：受场地限制，板坯库可以进行“拆分”处理，但生产线上还必须留有一定的板坯存放场地以保证生产顺行。根据生产经验，设在生产线上的板坯库，其最低存放天数不得小于3天。(2)成品库：受场地限制，成品库也可以进行“拆分”处理，但生产线上同样必须留有一定的成品存放场地以保证生产顺行。根据生产经验，设在生产线上的成品库，视其发货方式的不同，最低存放天数应在3～5天。(3)热处理线：热处理线的占地面积与其产量和处理工艺密切相关，当有淬火要求时，还要为其在厂外设置一套独立的淬火水处理系统。因此有些工厂在新建或扩建时，考虑将几个中厚板工厂的热处理线集中设置，或受总图限制很难合理安排热处理线。在上述情况下，将热处理线整体“拆分”出去，另寻场地建设，也不失为可选择的方案。(4)当然，如果热处理产量不高，应尽量将热处理线与主生产线“一体”布置。与“拆分”方式相比，“一体”方式既可降低物流成本，做到物料的搬运效率最优，又可充分利用生产线上的部分设备和厂房设施，如冷矫直机、自动超声波探伤设备、自动标记装置和吊车等，从而减少热处理线设备的投资。(5)特厚板的精整处理：特厚板轧制冷却后，根据不同的品种和工艺要求，一般要分别或部分经过下列精整处理：缓冷、表面检查、修磨、定尺切割和取样、无损探伤、热处理和压平等。由于特厚板离线处理的特点，钢板在各工序之间既需要利用行车搬运，又需要与处理工艺和处理量相匹配的存放场地，因此在安排特厚板生产能力时必须充分考虑和认真研究其所需生产场地。特厚板的另一个特点是板幅相对较小，利用汽车或火车搬运都较容易。正是因为这些特点，当特厚板精整处理区与主生产线一体布置时，如果受到场地条件制约，可以考虑把它与主生产线“拆分”，另寻场地建设。(6)涂漆线：将某些产品表面涂漆，无论是出于运输的目的，还是出于将下游涂漆工序转移给钢板生产企业完成的目的，通常是对成品钢板进行“再加工”。也就是说，涂漆线和涂漆工艺本身都具有独立性，容易实现“拆分”处理。(7)磨辊间：当一个联合企业在同一个地点拥有两个甚至两个以上中厚板工厂时，为了减少总图用地、降低投资和便于集中管理，将几个中厚板工厂的磨辊间集中布置在一处，也是颇值得研究和可行的“拆分”方案。(8)试样加工和检验中心：对于一个联合企业，将多个轧钢工厂的试样加工和检验工作集中起来，是减少总图用地和降低该子项投资的理想选择。与带钢类产品相比，中厚板产品的试样量、试样体积和重量都要大得多，因此在安排试样加工和检验中心时，以尽可能靠近中厚板车间为佳。1．2．3主生产线布置对平面布置的影响为了便于叙述，我们把从加热炉开始，经过轧制、轧后加速冷却、热矫直、冷床冷却、表面检查和修磨、剪切、标记，一直到成品收集为止的连续生产线称为主生产线。主生产线的布置方式，从本质上说可归为两类，即“直线型”或“贯穿型”布置和“折返型”布置。以下所叙述的“直线型”和“折返型”布置，均指坯料从连续加热炉出炉开始一直到进人成品库这部分生产线的布置。换句话说，不涉及或不包括连续加热炉装出料侧的物流方向。加热炉装料侧和出料侧的物流方向，主要取决于板坯库与轧机区的相对位置。考虑到上游来料方向的不确定性，分析这部分工序的物流方向，意义不大。采用“直线型”布置，轧制钢板(母板)和成品钢板(子板)的头尾方向不发生改变。而采用“折返型”布置，母板和子板的头尾方向是否改变，取决于折返次数：一次或三次(也有作业线达到五次)折返时，将改变头尾方向(即轧制钢板的头部成为成品钢板的尾部)；两次或四次折返时，不会改变头尾方向。“直线型”布置要求场地有足够的长度，而“折返型”布置对场地的要求较宽泛，可视场地的长度和宽度以及合理选择生产线上的折返位置，通过一次或多次折返进行布置。选择一次折返时，折返位置通常选在冷床出口处；选择多次折返时，折返位置可灵活掌握，可安排在剪切线人口、剪切设备之间或剪切线出口，还可进一步安排在剪切线后的精整线上。通过粗略分析比较不难看出，“直线型”布置具有生产流程顺畅、生产线和辅助设施布置简单紧凑、内部物料搬运效率和场地利用率高等优点。在总图条件允许时，应首选这种布置形式。本书从20世纪70年代到21世纪初世界各地所建设的中厚板工厂中，列举了几个较典型的“直线型”和“折返型”布置的中厚板工厂。1．2．3．1德国GTSDillingen厚板工厂(5500／4800mm)该厂一期工程于1973年投产，建设了4300mm精轧机和前后配套的加热、矫直、冷却、精整剪切和热处理生产线，同时预留了粗轧机位置。精轧机在后期扩宽为4800mm轧机。1985年二期工程完成，在4800mm轧机前增设了l台5500mm粗轧机和粗轧区域厂房，设计年产量由120万t增加到180万t，成为20世纪规模最大的双机架中厚板工厂之一。一期工程投产后，该厂不断进行增建、扩建和改造工作，除扩宽精轧机和增设粗轧机外，较大规模的改扩建工作还有：(1)1975年增设2号连续加热炉，扩建加热跨厂房；(2)1975年增设2号连续热处理炉和热处理线，扩建热处理跨厂房；(3)1976年增设热处理线定尺取样剪；(4)1981年增设在线超声波探伤装置；(5)1982年更换热矫直机；(6)1985年增设ACC系统；(7)1985年和1986年先后投产1号和2号车底式加热炉；(8)1988年投产(侧装)外机炉；(9)1989年投产3号连续加热炉，扩建加热跨厂房；(10)1989年增建特厚板冷床，扩建冷床跨厂房；(11)1990年增设第二台双边剪；(12)1990年更换冷矫直机；(13)1992年投产3号车底式加热炉；(14)2008年剪切线改造，更新定尺剪。Dillingen厚板工厂采用“直线型”布置，总长度约1200m。主厂房从板坯库、主生产线到成品库全部采用平行跨。板坯库与炼钢车间相邻布置，板坯通过辊道由地下送入板坯库，成品采用汽车和火车联合发货。平面布置如图1-5所示。1．2．3．2日本新日铁(NSC)大分厚板工厂(5500／5500mm)该厂于1977年初建成投产，建设了5500ram精轧机和前后配套的加热、矫直、冷却、剪切、精整和热处理生产线，同时预留了粗轧机位置。2007年(即投产后30年)，由于市场对中厚板产品的强劲需求，新日铁公司决定建设大分厂粗轧机。粗轧机规格仍为5500mm，2009年投产，设计年产量由130万t增加到220万t，将成为世界上第一个建成投产的5500mm双机架中厚板工厂。大分制铁所建于大分县别府湾，是填海建设起来的。生产线采取“直线型”布置，厂房总长约1060m。板坯库与主生产线厂房采用平行跨结构，板坯库与上游连铸车间相连，成品库采用丁字跨布置，成品全部采用汽车运输。平面布置如图l-6所示。1．2．3．3韩国浦项2号厚板工厂(4724／4724mm)浦项2号厚板工厂分两期建设，一期工程于1978年建成投产，主要建设内容为一台4。724mm精轧机和前后配套的加热、矫直、冷却、剪切和热处理生产线，同时预留了粗轧机位置。1989年10月，完成了以增建粗轧机为主的二期工程，设计年产量增至180万t；1996年，2号连续热处理炉和热处理线建成投产。该厂二期工程主要新增的项目有：(1)新增热送保温坑；(2)新增2号连续加热炉；(3)4724mm精轧机前增设附着式立辊轧机；(4)增建带有附着式立辊的4724mm粗轧机；(5)新增2号冷床；(6)新增特厚板冷床；(7)新增特厚板缓冷坑。浦项2号厚板厂由日本三菱重工承建，平面布置由新日铁公司负责，工艺布置具有20世纪六七十年代日本填海建厂时期形成的高产中厚板工厂的布局风格。生产线采用“直线型”布置，厂房总长约1250m。板坯库和主生产线均采用平行跨厂房，成品库为丁字跨布置，共有10跨厂房。板坯通过汽车和火车由连铸车间运送至板坯库，成品全部采用汽车运输。平面布置如所示。1．2．3．4宝钢股份厚板厂(5000／5000mm)宝钢股份厚板厂分两期建设，一期工程于2005年3月建成投产，主要建设内容为一台5000mm精轧机和前后配套的加热、矫直、冷却、剪切、精整和热处理生产线，同时预留了粗轧机位置。2008年底，该厂完成了以增建粗轧机为主的二期工程，设计年产量由140万t增加到180万t。由于宽厚板市场需求旺盛，该厂投产后不久相继实施了一系列增建和扩建工作，迄今所完成的主要内容有：(1)新增2、3号连续热处理炉和热处理线，扩建热处理跨厂房；(2)新增l号冷床，扩建冷床跨厂房；(3)新增火焰和等离子切割机，扩建2号剪切跨厂房；(4)增建5000mm粗轧机；(5)新增热处理定尺取样剪；(6)新增2号车底式加热炉，扩建钢锭跨厂房。宝钢股份厚板厂是我国1949年建国以来，首个主体设备和三电系统采用国外先进技术和装备的厚板工厂，也是20世纪80年代中期后近20年期间，世界范围内全新建设和投产的第一个5m级的厚板工厂，对我国及国外后续厚板工厂的建设产生了较强的示范效应。工厂的平面布置由中方历经数年完成。在此过程中，中方在深入调查和研究国内外中厚板技术发展现状及趋势的基础上，充分借鉴和汲取了东西方中厚板工厂平面布置的先进理念，本着立足较局限的总图条件，同时尽可能满足品种多、规格广、工艺流程和配置较复杂等诸多要求的原则，通过反复比选和不断优化，最终确定了具有足够发展空间、能综合体现当代宽厚板先进生产技术和流程的布置方案。生产线采取“直线型”布置，厂房总长度接近1100m。板坯库和主生产线厂房均采用平行跨结构，成品库为丁字跨布置。板坯库毗邻连铸车间，坯料通过辊道送人厚板工厂板坯库，成品全部采用汽车运输。平面布置如图l-8所示。1．2．3．5日本JFE水岛厚板厂(5500(预留)／5500mm)IFE水岛厚板厂(原水岛2号厚板厂)于1976年3月建成投产，主要建设内容为一台5500mm精轧机和前后配套的加热、矫直、冷却和剪切精整生产线，同时预留了粗轧机位置。工厂设计年产量160万t。水岛厚板厂在中厚板生产和工艺技术方面，尤其是在轧制钢板几何精度的控制方面，始终处于世界领先地位。其开发的业内耳熟能详的MAS技术和TFP技术，把轧制技术引领到了一个前所未有的高度。该厂在平面布置时分析总结了千叶厚板厂和原1号厚板工厂的生产经验。千叶厚板厂建于1961年，原设计为单机架4200mm轧机，后来出于增产的目的，于1971年增设了3400mm粗轧机。粗轧机布置在与轧线平行的旁线上，两条轧线布置在同跨内。全厂采用平行跨布置，总长约780m，设有两条直线型布置的剪切线，还设有两条热处理线。千叶厂从主轧跨到剪切跨的设备布置都十分拥挤。1号厚板工厂建于1967年，1970年增设粗轧机后，形成4100／4700mm双机架配置(该厂的大部分设备于1978年停产)。1号厚板厂厂房总长约800m，除板坯库外全部采用平行跨布局。设有两条折返布置的剪切精整线，两条线对称设置在冷床两侧，剪后成品钢板分别通过两个横移台架送人水平跨成品库。1号厚板工厂虽然设有两条剪切精整线，但同千叶厚板厂一样，设备布置也十分拥挤，生产效率不高，生产组织不灵活。基于两套厚板工厂的经验教训，技术人员认为，剪切线能力能否发挥以及精整线物流是否顺畅，将制约轧机能力的发挥，从而影响整个生产线的能力。因此新工厂在平面布置时，把确保发挥剪切能力和精整线物流顺畅作为首要目标。由于新工厂不再安排特厚板精整设施和热处理设施，客观上大大简化了其剪切和精整线的布置。综合考虑总图条件和上述目标，2号厚板厂选择了“折返型”布置，即生产线在冷床出口处向轧机方向折返，进入剪切线。厂房总长度为983m，但按展开布置，其总长度将超过1500m。生产线从冷床出口至成品库的长度达到800m，切头剪至定尺剪的间距约250m，定尺剪至成品库的距离接近500m。由于剪切线和精整线的“超长”布置，设备间距和工序安排更趋合理，生产线布置舒展流畅，为发挥剪切线能力和保持精整线物流通畅提供了有力的保障。目前该厂的产量已超过180万t，而剪切线的能力也超过了120万t。水岛厚板厂的板坯库和主生产线均采用平行跨布置，成品库为丁字跨布置。板坯通过汽车由连铸车间运送至板坯库，成品全部采用汽车运输。平面布置如图1-9所示。1．2．3．6舞钢4200ram厚板厂舞钢4200mm厚板厂于1978年9月投产，采用单机架四辊4200mm轧机，是我国自行设计和制造的第一套四辊宽幅厚板轧机。经过30多年的生产，目前该厂的原料以连铸坯为主，钢锭为辅，还有部分自开坯；产品仍以特厚板为特色，主要生产各类结构板、机械工程用板、锅炉容器板、造船板、耐磨板和装甲板等。由于原料和产品的特点，该厂配有完整的加热、轧制、冷却、矫直、剪切、精整和热处理生产设备，既能生产普通规格产品，也能生产特厚板，产品中热处理材所占比例较高。设备配置主要有均热炉、连续式加热炉、立辊、四辊轧机、加速冷却装置、热矫直机、冷床、检查修磨台架、剪切线、特厚板冷却收集装置、缓冷坑、连续式热处理炉、淬火机、热处理线、车底式炉、外部机械化炉和压平机等。生产线采用“折返型”布置：在冷床出口经过两次折返，进入剪切线。成品钢板通过横移平车和行车由剪切跨送往平行设置的各个水平跨成品库。经数次扩建，目前厂房的总长度约1160m。厂房全部为平行跨结构，钢锭跨顺长布置在轧机跨的延长跨内，特厚板处理跨设在轧线上部的水平跨内，成品库和热处理跨设在剪切跨后部的5个水平跨内。坯料主要通过铁路，由炼钢和连铸车间分别送入板坯库或钢锭跨，成品主要采用铁路发货。平面布置如图1-10所示。1．2．3．7意大利ILVA公司Taranto厚板厂(4826／4826mm)Faranto厚板厂于1972年10月建成投产，主要建设内容为双机架4826mm(190in)四辊轧机和前后配套的加热、矫直、分段、冷却和剪切精整生产线。工厂设计年产量200万t，是当时欧洲最大的宽厚板工厂，也是世界上第一个利用交叉轧制实施热机轧制(TMCP)工艺的厚板工厂。该厂平面采用了典型的“折返型”布置方案，不包括加热炉装出料侧的折返，生产线共经过三次折返：钢板离开冷床后，经折返进入检查修磨台架；从检查台架出口再次折返，进入剪切线；剪切后的成品钢板经过最后一次折返，再通过辊道和横移堆垛机构，送入成品库。厂房全部采用平行跨结构，坯料的运入和成品的运出主要由铁路承担。平面布置如图1-ll所示。1．2．4加热炉及板坯库的布置中厚板工厂连续加热炉所处的位置，是衔接板坯库与主轧线的“必由之路”。因其长度长、体量大、座数多(一般有2～3座)，又有与轧线垂直的基本要求，在给定的区域总图条件下，布置上往往不能随心所欲，必须综合板坯库的布置才能确定下来。本节所要讨论的就是如何在区域总图条件下，综合分析板坯库与上游连铸的衔接位置、板坯二次切割线的布置、板坯的物流、热送热装的实现、加热炉的上料以及加热炉的排烟方式等多方面因素，确定加热炉和板坯库的布置。1．2．4．1加热炉相对轧线的布置方式在不考虑板坯库因素的情况下，加热炉相对轧线的布置有两种方式：(1)加热炉上料侧位于轧线传动侧(简称传动侧布置，见图1-12)；(2)加热炉上料侧位于轧线操作侧(简称操作侧布置，见图l-13)。若仅考虑炉区与轧机区设备布置的“均衡”性，以及炉区设备的安装和检修，显然，前一种布置是最理想的。1．2．4．2板坯库与轧线的布置在许多情况下，加热炉的布置要“受制于”板坯库的布置。无论是独立的还是与上游炼钢连铸有衔接要求的板坯库，其相对主轧线的布置都包含在垂直、平行和复合三种形式中。这三种形式给板坯库与上游炼钢连铸的衔接和加热炉与轧线的布置，带来了一定的“变数”：(1)垂直型布置：板坯库与轧线垂直。这种布置的板坯库与连铸出坯线的衔接点多，加热炉上料侧的确定可综合其他要求，在上述布置中选择其一，见图1-14。(2)平行型布置：板坯库与轧线平行。这种布置的板坯库与连铸出坯线的衔接位置受到限制，加热炉上料侧必须布置在板坯库一侧，见图1-15。(3)复合型布置：部分板坯库垂直于轧线，另一部分平行于轧线。这种布置综合了上述两种布置的优点，但通常要配置相应的两个板坯上料点，见图1-16。1．2．4．3加热炉与板坯库布置的综合比较加热炉与板坯库布置的综合比较见表1-1。纵观上述比较我们不难发现，要想简单判定哪一种布置更优是不切实际的，必须综合考虑工厂的总体布置和板坯库与加热炉的诸项条件和要求，才能最终确定布置方案。1．2．5热机轧制在单、双机架上的实现方式热机轧制(TMR)对轧机产量有很大影响。一般情况下，采用热机轧制时，轧机产量比普通轧制要降低30％～60％。如果利用轧件中间冷却的间隙，轧制下一块坯料，就可以提高轧机的作业率，从而提高轧机产量；如果间隙时间足够长，还可以继续增加轧制块数，进而进一步提高轧机产量。因此，在热机轧制时，增加轧制块数是提高轧机产量最有效的手段。在增加轧制块数的各种方法中，单机架上采用最多的有横移辊道、旁通辊道或提升“吊篮”三种。在双机架上，中间坯主要在两机架之间的辊道上待温，因此，扩大双机架的间距可有效增加轧制块数。但在已投产的轧线上，扩大轧机间距是不现实的，不得不采用类似单机架上的做法。热机轧制技术于20世纪70年代开始应用于中厚板生产，并在80年代在欧洲和日本得到了迅速的推广和使用。在这个过程中，各厂几乎都是在原有生产线上不断改造，开发出了适合本厂实际的工艺技术和装备。因此，在新建工厂时不可盲目照搬上述方法，应吸收其先进成熟的技术理念并结合新厂的实际要求，选择综合最优的实现方式。1．2．5．1单机架上多块钢轧制的实现方法无论是旧厂改造，还是新建工厂时，采用上述在机前或机后增加横移辊道、旁通辊道或在机前或机后设置提升吊篮的方法，都可达到多块钢轧制的目的。在新建生产线时，如平面布置许可，也可简单地增加机前和机后辊道长度，实现多块钢轧制。图1—17是单机架实现多块钢轧制三种方式的平面示意图。在单机架生产线上，TMR轧制时可实现的轧制块数一般应不少于4块。由于中间坯的长度随产品品种、坯料和成品规格以及轧制工艺而变化，这就对待温设备的长度提出了要求。上述三种方法在实现多块钢轧制时各有特点。A旁通辊道旁通辊道设在轧机机前或机后的延伸辊道旁，长度可在延伸辊道的范围内选择。中间坯通过横移机构在旁通辊道和延伸辊道之间横向“转移”。中间坯可选择在轧机的近机侧或远机侧进入旁通辊道冷却待温，冷却到下阶段的开轧温度后返回轧线，开始进行第二阶段轧制(以两阶段轧制为例，下同)。轧制完成时，下一块中间坯或出炉坯已在延伸辊道上等待。就这样，通过中间坯在旁通辊道和延伸辊道之间有规律地“转圈”和轧制，并间隔“加入”出炉坯轧制的方法，实现了多块钢轧制。采用旁通辊道的优点是中间坯的长度限制小，横移点多，辊道使用灵活。其缺点是设备占地面积大，设备基础较深，影响到轧机区地下室的布置；另外，两组辊道相邻设置，中间还有横移机构，维修空间狭小，维修难度大。图1—18为国外某单机架轧机设在机前的旁通辊道实物照片。B横移辊道横移辊道一般由三组一定长度的平行辊道及其横移机构组成，横移机构采用车体结构和轨道平移方式。为了增加轧制块数，横移辊道一般都设在距轧机最远处的机前或机后，与轧机的延伸辊道相接。通过延伸辊道输送和横移辊道车“穿梭”，将中间坯送至横移辊道冷却待温，并将冷却后的中间坯送往轧机进行第二阶段轧制。轧制完成时，横移辊道已将下一块中间坯或出炉坯送到延伸辊道上，等待轧制。如此循环，通过中间坯在横移辊道和延伸辊道之间有规律地“穿梭”和轧制，并间隔“加入”出炉坯轧制的方法，实现了多块钢轧制。与旁通辊道相比，采用横移辊道的优点是占地面积小，设备维护和检修方便，设备基础对轧机区地下室的影响小。其缺点是中间坯长度受横移辊道的限制，使用灵活性稍差；此外，由于其位置固定，中间坯在轧机与横移辊道之间往返输送的距离长，有时会影响轧制节奏。C提升吊篮提升吊篮设在轧机机前或机后的延伸辊道上，长度可根据中间坯的长度确定。提升吊篮通过液压或链式机构抬升，可将中间坯提升至延伸辊道上方进行冷却待温，冷却到下阶段开轧温度时，抬升机构下降，将中间坯“放回”延伸辊道，准备进行第二阶段轧制。可见，通过中间坯在提升吊篮和延伸辊道之间有规律地“升降”和轧制，并间隔“加入”出炉坯轧制的方法，也同样可实现多块钢轧制。与前面两种方式相比，采用提升吊篮的最大优点是结构简单、紧凑，使用方便，设置数量和装置长度均限制较少，且基本不额外占用车间场地；设备维护量小，检修方便，设备基础对轧机区地下室的影响很小。其主要缺点是中间坯的冷却均匀性较差。1．2．5．2双机架轧机多块钢轧制的实现方法在双机架上，中间坯主要在两机架之间的辊道上待温，因此，合理确定双机架的间距可有效增加轧制块数。在轧机间距确定时，可轧制的中间坯数量主要取决于坯料规格、成品规格和轧制工艺(中间坯厚度、各阶段温度等)。虽然增大轧机间距可增加中间坯数量，但投资也会增加，因此，必须在机架间距与中间坯数量(或轧机产量)之间做出一定的妥协。轧机产量与机架间距之间存在较强的相关性，图1-19是笔者针对双机架5m轧机计算的不同规格产品在TMR轧制时，轧机产量与机架间距的关系。从图1-19可看出，生产厚度超过28ram产品时，轧机产量与机架间距几乎成正比。生产10—28mm产品时，当机架间距小于100m时，轧机产量随间距的增加增幅较小，当机架间距在100—110m时，轧机产量随间距的增加增幅较大；当间距超过110m时，轧机产量的增幅出现回落。对厚度小于10mm的产品，由于中问坯厚度小、温降快，轧机间距对产量几乎没有影响。上述是在一定条件下计算得到的一种趋势性结论，可能与实际生产情况有较大出人。1．2．9节表15中给出了国内部分宽厚板工厂的机架间距。在多块钢的TMR轧制中，生产的连续性和稳定性至关重要。中间坯数量过多时，将会增加轧制时的不稳定因素，严重时可能破坏多块钢轧制的连续性，产生大量废品。根据国外先进厚板厂TMR轧制的经验，双机架轧制时中间坯的数量可达7块。在考虑机架间距的同时，还需研究粗轧机与除鳞箱之间的距离。因为在三阶段轧制时，出于尽可能平衡两架轧机负荷的要求，粗轧机常常要完成第一和第二阶段的轧制，因此，粗轧机与除鳞箱之间也应留有合适的间距。在旧厂改造过程中，由于机架间距已无法改变，常采用在两机架之间设置旁通辊道或提升吊篮的方式，增加中间坯的待温位置。图1-20为国内某双机架轧机设在两机架间的旁通辊道实物照片。l．2．6冷床布置形式及宽度和面积的选择轧制钢板经矫直后进入冷床，在冷床上自然冷却至约100—150℃。冷床是连接轧线和精整剪切线的设备，在冷却钢板的同时，它还起着平衡轧线与精整剪切线之间生产能力的重要作用。从平面布置的角度看，冷床位于生产线中部，正是由于它连接了轧线和精整剪切线，因此可利用冷床布置的变化，调整或改变其下游精整剪切线的布置，甚至可以利用冷床将生产线的物流“折返”。目前，国内外绝大多数中厚板企业以连铸坯为原料，产品厚度一般为5～l00mm；少数企业除连铸坯外，还使用部分钢锭、重熔坯或锻制坯等原料，产品的最大厚度可达200～300mm，甚至超过400mm。对大多数中厚板工厂而言，板厚小于50mm的产品所占比例一般超过。70％～80％，这部分产品必须利用在线冷床或“主线冷床”冷却；而厚度大于50mm的产品可采用在线冷床或“特厚板冷床”冷却+离线堆放冷却的组合冷却方式。显然，“主线冷床”在物流安排和平面布置中必须予以优先考虑，既要满足其面积要求，又要尽可能提高其面积的利用率，以减少厂房和设备投资。冷床的确定过程，是对其宽度、面积、设置数量和布置形式等的选择过程。在这个过程中，首先应根据总图条件、物流安排、厂房设计和预留发展等要求提出初步方案，在此基础上，再综合轧机产量和轧制钢板的规格及比例等因素进一步调整、完善和优化，并最终确定其参数和布置。对轧机产量高的生产线，一般应配置两座或多座主线冷床和一座特厚板冷床；对产量低的生产线，可配置一座或两座主线冷床和一座特厚板冷床，或将主线冷床与特厚板冷床合并为一座冷床使用。由于特厚板冷床或主线单一冷床的布置简单，变化较少，下面仅就主线多座冷床的布置形式进行介绍和分析。1．2．6．1冷床的布置形式在两座或多座冷床的情况下，根据钢板在冷床上的物流方向，可将其布置形式分为“并联式”、“串联式”和“复合式”三种。A并联式冷床并联式冷床有时又称平行式冷床，它的主要的特点是，钢板可在冷床上进行“分流”，分别进入各个冷床；钢板在各冷床上的物流方向相同，即在同一侧输入冷床，并都在另一侧离开冷床。并联式冷床及其典型布置见图1-21。并联式冷床的主要优点是：(1)冷床的长度(即输入、输出辊道的间距)可根据冷却面积的要求调整，限制较少。目前世界上长度最大的冷床已接近100m。(2)钢板可按厚度和长度进行分类，有选择地进入不同的冷床，使用灵活，并有利于提高冷床的利用率。(3)可将冷床按不同宽度进行匹配，以达到进一步提高冷床利用率和减少投资的目的。并联式冷床的主要缺点是：可带来或可产生的物流变化少，对总图条件要求较高。B串联式冷床串联式冷床有时又称连续式冷床，它的主要特点是：各冷床的宽度相同，所有钢板都将依次通过各个冷床；根据布置的不同，冷床的输入侧和输出侧可在同一侧，也可在不同侧。串联式冷床的典型布置见图l-22。串联式冷床的主要优点是：可根据输入、输出侧的布置要求灵活采用。例如，当需要输入、输出侧在同一跨间甚至相同中心线时，就可采用图1-22a所示的布置形式。串联式冷床的主要缺点是：(1)与并联式冷床相比，钢板在整个冷却过程中，需多“经历”一次上、下料操作和辊道送板操作，增加了设备投资；(2)所有钢板都必须依次通过各个冷床进行冷却，使用不灵活，冷床面积利用率低。C复合式冷床顾名思义，复合式冷床是由并联式和串联式冷床复合而成。复合式冷床部分或全部保留了并联式和串联式冷床的特点，在实际应用中可根据平面布置的要求进行多种组合，在满足冷却能力的同时，适应复杂多变的物流安排；具有使用灵活、适用面广的特点。部分典型的复合式冷床布置如图1-23所示。1．2．6．2冷床宽度的选择对大多数中厚板生产线，冷床的宽度必须满足钢板的最大轧制长度要求。也有的中厚板生产线，受平面布置影响或为了减小冷床宽度，在冷床的输入辊道上设置了一台热分段剪，将超过冷床宽度的钢板进行分段。经生产验证，采用这种工艺具有一定的局限性，而且也会给下游剪切操作带来一定的不利影响，限于篇幅，在此不展开分析。冷床的宽度除满足钢板的最大轧制长度要求外，还与钢板在冷床上的布料方式或轧制钢板的倍尺长度有关。为了提高冷床的利用率，有时可不考虑最大轧制长度因素而采用较宽的冷床，发挥其宽度优势，采用双排布料方式进行冷却。如有些3．8m轧机采用了52m冷床，可使轧制长度较多的25m钢板(12m的双倍尺)，在冷床上双排布料。为了提高冷床的利用率，冷床的布料方式也可不受单排或双排的限制。在轧制长度变化频繁时，往往可通过冷床输入辊道和上料装置的灵活使用，实现三排和四排布料。图l-24a和b是国外两家厚板厂冷床布料情况的照片，从图1-24a中可看到，Dillingen厂冷床的布料方式是比较多变的。在实际生产中，受合同、坯料选择、生产组织以及冷床使用等诸多因素影响，冷床的布料方式和面积利用率并不总是合理的。实际上，任何一个宽度下的冷床，都不能确保在某一具体产品的生产过程中，其利用率总是最优的。因此，应把冷床的宽度选择看作是“最大公约”的确定。对于4．3～5．5m级的宽厚板轧机，由于坯料的选择范围较大，在正常或略小的展宽比条件下，其最大轧制长度可超过60～65m。但考虑轧件纵向温度均匀性等工艺因素，最大轧制长度一般不超过60m。对纵向温度均匀性要求越高的产品，其允许的轧制长度越受限制。目前世界上最大的冷床宽度为65m，我国新建宽厚板轧机的冷床，选择较多的宽度是52m和38m。图1-25是针对国内某3800mm轧机不同的坯料规格，计算出的轧制钢板长度分布图(设定最大钢板长度为52m)。从图中可以看出，长度小于38m的钢板出现的频率非常高，并且频率最高的钢板长度集中在18～25m之间。显然，将主线冷床按一宽一窄配置，可大幅度提高冷床面积的使用率：宽冷床按照满足轧制钢板的最大长度设计，同时将长度比例较高的20～25m钢板采用双排布料方式冷却；窄冷床按照38m设计，也可将长度比例同样较高的15～19m钢板采用双排布料方式冷却。这样既满足了最大长度钢板的冷却要求，同时通过使大部分长度小于38m的钢板采用双排布料方式在两座冷床上冷却，令冷床面积的使用率得到了最大限度的发挥，同时也减少了设备投资。此外，在许多情况下，轧制钢板的厚薄与其长度呈反向对应(即较厚的钢板相对较短，较薄的钢板相对较厚)，这时宽窄冷床还可按照钢板的相对厚度进行分配，即较厚的钢板并排在宽冷床上冷却，而较薄的钢板则单排在窄冷床上冷却，进一步发挥了宽窄冷床使用的灵活性。综上所述，主线冷床采用“一宽一窄”配置并采用并联布置方式，是各种布置中的最优选择，也是目前采用最多的布置方式。1．2．6．3冷床面积的确定中厚板车间冷床的冷却能力与其面积大小直接相关。在各种轧制条件下，要尽可能使轧机的小时产量与冷床的冷却能力相匹配，此外，还要适当兼顾冷床对上下游工序生产节奏的平衡和缓冲能力。由于特厚板(常指厚度大于50mm的钢板)冷却时间长，而冷却后的精整处理大多离线完成，因此，在确定冷床面积时，特厚板的终冷温度一般取600～650℃即可。特厚板在此温度下线后，在线外采用堆放方式继续冷却。钢板在冷床上的冷却时间可通过调节冷床的速度和钢板的前后间距等手段来实现，如果冷床面积不足，通过上述手段仍无法使钢板达到规定的冷却温度，即出现了冷床冷却能力小于轧机生产能力的情况，此时可通过吊车将冷床上的钢板下线冷却或采用强制冷却。确定冷床的面积时，可参考下面两种方法：第一种方法：理论计算法或小时产量计算法。根据理论计算，钢板冷却到约100℃时，计算得到的单位面积冷却能力约为100～150kg／(h·m2)。在计算实际能力时，必须考虑到钢板的长度变化(决定冷床宽度的利用率)、钢板厚度变化(薄厚钢板同时冷却时，薄钢板在冷床上的停留时间相对较长)。综合考虑钢板的规格变化、冷床的布料方式变化(串联式或并联式)、环境温度以及轧机的产量波动等因素，冷床的单位面积产量实际上在50—100kg／(h·m2)之间。第二种方法：比较法或吨钢面积计算法，即根据国内外典型厚板厂冷床的吨钢面积进行比较验证。表1-2统计了国内外部分厚板厂根据近年平均产量计算出的冷床单位面积产量(吨钢面积产量)，由于表中的产量包含了特厚板和热机轧制板的产量，且各厂特厚板和热机轧制板的比例相差较大，因此计算结果的离散性较大(在200～400L／m2之间)。新建厚板厂如果产量高、产品结构较复杂、热机轧制比例较高，又采用了在线探伤技术，推荐冷床的单位面积产量范围取250～300t／m2。1．2．7磨辊间布置本书所叙述的磨辊间布置不涉及其内部的设备和设施，而是把它作为一个整体，放到中厚板工厂的平面布置中加以分析和比较。磨辊间是中厚板工厂最重要的辅助设施之一。磨辊间在中厚板工厂中的布置有时既受制于总图条件，又受制于周边设备和设施的布置；既要便于换辊操作，又要合理节省厂房或设备投资。简言之，磨辊间的布置要遵循以下原则：(1)尽可能布置在厂区主要道路一侧；(2)尽可能减少轧辊特别是工作辊的换辊时间；(3)尽可能有利于换辊操作，减少吊运次数，降低劳动强度；(4)兼顾厂房和设备投资。根据上述原则，在平面布置时，首先要弄清楚磨辊间的布置和换辊方式，以及两者可能的组合方式，进而在此基础上进行分析比较，确定满足平面布置要求的综合最佳方案。1．2．7．1磨辊间的布置位置和换辊方式根据总图条件以及平面布置要求，磨辊间可布置在轧线的传动侧或操作侧。在部分20世纪六七十年代之前投产的单机架中厚板工厂，以及部分旧厂改造的单机架中厚板工厂中，出于钢锭轧制或便于实施改造等方面的原因，将轧机和主电机以及磨辊间一并布置在一个垂直跨中。近30年来这种布置已极少采用，故本书对此不再赘述。A传动侧布置传动侧布置的特点是磨辊间设在轧线的传动侧，与轧机主电室并排布置，通常位于主电室外靠近冷床的一侧；也可布置在两架轧机的主电机之间，如图1-26和图1-27所示。传动侧布置的主要优点是可使生产线的布置富于变化，有利于在操作侧实施多种工艺布置；另外，在合适的条件下，主电室与磨辊间可共用一台行车，节省投资。其主要缺点是轧辊在吊运过程中要跨越轧线，吊运距离较操作侧布置方式要远。采用这种布置的典型工厂有：舞钢第一轧钢厂、原浦钢厚板厂、华菱湘钢第三厚板厂(建设中)、德国Dillingen厚板厂、日本住友鹿岛厚板厂等。B操作侧布置操作侧布置的特点是磨辊间设在与主轧跨相邻的轧线操作侧。根据具体条件的不同，双机架配置时，这种布置可派生出下列4种变化(单机架时，磨辊间的布置已包含在下列变化中，故不再单独分析)：(1)磨辊间与轧机“对峙”，如图1-28所示；(2)磨辊间与双机架轧机中的粗轧机“对峙”，如图l-29所示；(3)磨辊间与双机架轧机中的精轧机“对峙”，如图1-30所示；(4)磨辊间与轧机“错开”，如图1-31所示。上述4个方案中，(1)、(2)、(3)均可利用机械换辊装置，直接部分或全部将轧辊送人磨辊间，再用行车将轧辊吊至存放区(至此，仅需要一次吊运)。但在(2)和(3)中，仅粗轧机或精轧机可采用磨辊间换辊，另一架轧机的轧辊还必须利用磨辊间和主轧跨之间的电动平车送人磨辊间，再用行车将轧辊吊至存放区(至此，需要两次吊运)，在(4)中，两架轧机的轧辊都必须利用电动平车送人磨辊间。操作侧布置的主要优点是轧辊吊运距离近，并有磨辊间换辊、主轧跨换辊和组合式换辊三种方案可供选择：(1)磨辊间换辊：工作辊和支撑辊均在磨辊间更换；(2)主轧跨换辊：工作辊和支撑辊均在主轧跨更换；(3)组合式换辊：工作辊或支撑辊在磨辊间更换，而另一个在主轧跨更换。对于组合式换辊，由于工作辊的换辊频度要大大高于支撑辊，通常情况下都会首选工作辊采用磨辊间换辊。1．2．7．2换辊方式的多种组合按照本书的定义，磨辊间布置在传动侧时，无论是工作辊还是支撑辊，所采用的换辊方式都属于“主轧跨换辊”。而磨辊间布置在操作侧时，由于可采用上述三种换辊方式，在双机架配置的情况下，轧机与换辊方式、轧辊与换辊方式之间都可能呈现不同的组合结果，为了便于后面进一步分析，首先要把这些组合进行梳理。表1-3概括了各种组合的换辊方式。1．2．7．3磨辊问布置及换辊方式的综合比较综上所述，磨辊间有传动侧和操作侧两种布置形式，换辊方式又分主轧跨换辊和磨辊问换辊两种，两种换辊方式又因粗轧机和精轧机、工作辊和支撑辊既可采用单一的主轧跨换辊或磨辊间换辊方式，又可采用表1-3所列的组合换辊方式。因此，在中厚板工厂平面布置过程中，对磨辊间的布置和换辊方式的选择(特别是后者)如何决策，是一个需要慎重对待的问题。决策过程就是一个比较过程，衡量标准不外乎就是满足工艺要求的程度与投资的大小。具体表现在以下几个方面：(1)换辊时间的比较；(2)对区域布置影响的比较(3)投资比较；(4)换辊操作的难易或换辊效率比较。综合比较见表1-4。通过比较可以发现：(1)现代中厚板轧机，无论采用哪一种布置或换辊方式，对工作辊和支撑辊的换辊时间都没有影响。(2)显然，采用磨辊间换辊，换辊操作最简便，劳动强度最低。但换辊装置在磨辊间内将形成深达数米、长15—20m的基础坑(有的还超过25m)(如图l-32所示)，对磨辊间的布置和生产操作都不甚有利；如果要求基础坑上设置通长盖板(如图l-33所示)，则对换辊方式、投资和换辊操作等都会带来一系列影响，需谨慎对待。(3)主轧跨换辊既可采用拖车式，也可采用液压式，而磨辊间换辊则主要采用拖车式或液压与拖车的组合式；如果磨辊间内的换辊坑必须以盖板封盖，意味着磨辊间换辊不能采用WR和BUR共用一台拖车的方式(见图1-34和图1-35)。其中引起的投资增加(还包括基础部分)是不能忽视的。主轧跨配置大吨位吊车，除可进行换辊吊运外，还可用于轧机牌坊的安装。更重要的是，对生产过程中可能出现的断辊等事故的处理，有了一个必备手段。因此，有的厂虽然工作辊和支撑辊都采用磨辊问换辊，但主轧跨仍设置了大吨位行车，就是出于此目的。在采用双机架的情况下，单纯从投资上比较，如果主轧跨采用大吨位行车，与小吨位行车相比，若不计日后运行费用，用于牌坊吊运的安装费与行车投资的增加差别并不是很大。总之，磨辊间的布置以及换辊方式的选择，必须综合考虑工厂的总体布置、磨辊间的区域布置、总体投资、操作习惯乃至预留发展等诸多方面因素，是一个复杂的决策过程。切不能仅择其一二，以偏概全，简单以局部投资或局部方案的优劣草率定论。1．2．8成品运输方式对平面布置的影响对于绝大多数中厚板生产企业，成品钢板由工厂或车间向外发货都采用火车、汽车或二者兼有的方式；也有极少数中厚板工厂因为临海或靠江河之便利，采用了汽车与船舶相结合的发货方式。我国20世纪建设的中厚板厂，基本上都是采用火车加汽车的发货模式；少数只有汽车发货的中厚板厂，也是因为受到条件的限制“不得已而为之”。我国幅员广，铁路网比较发达，与汽车运输相比，火车运输具有运价低、适于长距离运输等优势，因此我国中厚板企业大多都将铁路运输作为首选的发货方式。在日本，由于土地费用的增加，以及认识到在联合企业内若全部采用铁路运输，工厂的土地面积将会因铁路的曲率半径和道岔等技术因素而占用，可能导致高达40％的土地不能很好利用。因此20世纪60年代末期建设的中厚板工厂，其发货方式发生了由以火车为主向全部采用汽车发货的重大转变。韩国浦项钢铁公司建于20世纪70年代，其先后建设的三套中厚板厂以及正在建设的5．5m厚板厂，也全都采用汽车发货。除俄罗斯之外，欧洲自20世纪80年代以后就没有再新建中厚板工厂，由于普遍产量不高，原有的中厚板厂仍都保留了铁路运输；俄罗斯MMK公司在建的5m厚板厂也部分采用了铁路发货。美国的情况和欧洲十分相似。据不完全统计，包括老厂和新建的卷轧中厚板厂在内，大多数使用火车和汽车联合发货。21世纪以来我国新建的中厚板工厂中，部分高产量的中厚板工厂已开始全部采用汽车发货或以汽车为主、铁路为辅的发货方式，如宝钢股份的5m和4．3m中厚板厂、沙钢5m中厚板厂、鞍钢5m中厚板厂以及在建的营口5m中厚板厂、济钢4．3m中厚板厂和湘钢5m中厚板厂等。对一个钢铁企业来说，汽车发货并不意味着是一种直达用户的运输方式，它也可以先通过汽车中转，再继以火车或船舶运输，最终将产品送达用户。当然，采用这种模式就必须配套建设相应的铁路库或码头库(中转库)，用汽车先将产品从中厚板工厂运送到中转库，通过一次倒运后，产品最终由火车或船舶运出。我国宝钢就采用了这种模式。显然，采用哪一种发货模式对中厚板工厂的平面布置，特别是成品库的布置有着直接的影响。研究成品库的布置，还必然牵扯到入库的物流安排等相关问题，下面就围绕这些问题展开分析。为了便于分析，本书仅讨论工厂的主成品库(即面积最大、与主生产线物流关系最密切的成品库)，可能会遗漏一些面积较小或位置较特殊的专用成品库，如特厚板成品库、热处理成品库等。1．2．8．1汽车发货成品库众所周知，与其他所有运输方式相比，汽车运输的最大优势就是机动灵活。如何充分发挥这个优势，是平面布置阶段要认真研究的课题之一。在汽车发货的条件下，成品库的布置可根据生产线产量和人库物流的要求，选择“水平”库或“垂直”库，也可能采用以垂直库为主、水平库为辅的复合型布置，见图1-36。A水平成品库水平成品库与剪切线或轧线平行，一般紧邻厂区主干道布置，便于车辆直接出入。如果需要安排多个水平库，由于内侧水平库装车点少(一般只在厂房端部装车)，堆放在库内的大部分钢板都需要增加一次倒库作业(两次吊运)，所以应尽量避免两库相邻布置。水平库布置示意图见图1．36a。水平库具有长度限制少、布置紧凑、发货车辆运行路径短和发货简便等特点，但由于成品下料点(或入库点)与堆放区和发货区之间的区域范围较大，容易出现行车在下料、倒运和装车作业时相互干涉。仅靠延长输送辊道来减小行车的运行区域，从而提高行车和库区使用效率的作法，常常是不可取的，这既增加投资又要占用厂房面积。可采用辊道与横移吊车或辊道与半门型吊车相结合等方法，增加下料的缓冲能力，从而改善行车的操作条件。此外，在设有连续热处理线的中厚板厂里，水平成品库通常会布置在热处理线的另一侧，即剪切线与厂外的废料收集区之间，这无疑会增加废料输送的长度。由于水平库的上述特点，采用汽车发货的中厚板工厂，特别是设计产量较高时，在总图布置许可时，应尽可能选用垂直型成品库。B垂直成品库垂直成品库与剪切线或轧线垂直，设在生产线端头。由于库内行车要兼顾下料、倒垛和装车等操作，为了保证生产平稳，垂直库一般应不少于三跨。垂直库布置示意图见图1-36b。与水平库相比，垂直库具有较明显的优势：(1)入库的物流安排比较简单，可根据上游的物流情况选择单点或多点入库。(2)总图条件允许时，跨间的多寡可根据生产线的产量以及生产和发货组织形式等要求，“自由”设置。根据笔者掌握的资料，目前中厚板工厂中垂直库跨间最多的已达到11跨。(3)下料点多，可根据合同、钢板规格甚至品种选择库位，灵活性大，还有助于提高成品库的利用率。(4)发货点多，可根据库内行车的作业频度选择发货跨间和库位，可有效减少同跨行车相互干涉的情况发生。(5)一般情况下，进入成品库的主要入库辊道大体都位于跨问中部，辊道两侧可用来下料堆放，而辊道两侧以外的区域就可用来进行倒运或装车操作，物流清晰且互不干扰。(6)垂直库内的行车为平行挂梁结构，使用时无论挂梁还是钢板，都不会超出行车的平面区域，因此可最大限度地减少行车之间或行车与厂房之间的相互干扰，提高行车运行的安全性。(7)由于跨间多且彼此相对独立，可将因行车检修或故障对生产的影响降低到最小。此外，在厂房投资方面，面积相同时，垂直库的投资要略低于水平库；但在平面布置上，采用垂直库对总图尺寸的要求要苛刻些。C复合成品库在不能充分使用垂直库或物流安排方便时，也可采用以垂直库为主并配有水平库的复合布置形式，见图1-36c。1．2．8．2火车发货成品库从平面布置的角度看，与汽车发货相比，火车发货给成品库布置带来的变化最多，见图1-37。火车发货由于进线位置固定、周期性装车、一次进车时有一定车皮量要求等特点，对铁路成品库的布置形式及入库物流的通畅性与合理性都提出了很高的要求。特别在有多个铁路库(或跨间)的情况下，如何安排入库物流，满足入库成品与其发货库位的合理匹配，是非常重要的。也就是说，在安排铁路成品库时，必须同时考虑人库物流，包括下料点、下料能力和横向输送能力等因素。火车发货通常意味着采用水平成品库。如采用垂直库，应该选择沿平行于成品库的纵向进线(如图1-37b所示)，这种布置要利用旋转吊车将钢板旋转90°后入库堆放，或直接入库，待发货时旋转90°装车。如果沿垂直于成品库的方向进线(图l-37g中垂直库内的铁路线)，由于车皮长度与跨间的跨度无法匹配，会出现一组车皮中有一个甚至多个车皮无法装车的情况，给装车作业带来许多困难，因此在实际生产中极少有厂家采用这种布置。按照人库铁路线与生产线设备之间的相对关系，在水平跨间的情况下，铁路库总体上有三种布置形式，即“嵌入式”、“分离式”和“复合式”。“嵌入式”布置是指铁路线临近生产线设置，即铁路线深人生产线，布置在生产线的同跨或邻跨，如图1．37a、d、f和g所示。与其相对应，“分离式”布置是指铁路线设置在生产线的端部，与生产线不形成“重叠”，如图1-37c所示。在实际布置中，“分离式”往往很难独立存在，常与生产线的成品输出辊道形成局部“嵌人式”布置，如图1-37e所示。我们也可以把这种布置称之为“复合式”布置。采用“嵌入式”布置，铁路线可“纵深挺进”厂房，将成品库设置在厂房中部，如图1-37d所示。这个特点是汽车发货所不具备的，在物流安排得当时，有助于生产线的紧凑布置。在采用“嵌人式”布置时，要尽可能实现钢板在跨间的横向输送。但在铁路线上设置横移平车的作法是值得商榷的，要视具体布置情况谨慎采用。采用“分离式”布置，可将多条生产线的物流，利用设在生产线端部的电动平车进行横向输送，灵活选择发货库位。这种布置可减少或消除铁路线对后部生产线布置的影响，但由于有入库车皮的数量要求和成品库堆放面积的要求，入库铁路线的长度一般要取150～200m。在各国的中厚板工厂中，纯粹以铁路发货的工厂几乎是没有的。以上对铁路发货库的分析，虽没有涉及汽车因素，但所述及的铁路库大都同时可用来进行汽车发货。在以铁路发货为主的工厂里，火车和汽车并存的现象十分普遍。由于铁路发货的综合优势，许多厂在以汽车发货为主的同时，还在车间内安排了铁路线(如图1-37b、g所示)，少量钢板或某些专用钢板可通过铁路发货，增加了工厂的发货手段。1．2．8．3船运发货成品库中厚板工厂采用直接船运发货的案例是不多的，因为除要求成品库临江靠海外，还必须统筹考虑成品库的布置、码头的设置、装船方式以至环厂道路等一系列问题。因此，是采用中转发货方式，将成品钢板通过汽车或火车由中厚板工厂运送到码头成品库，在码头库内装船发货；还是采用直接发货方式，将钢板由中厚板工厂的成品库通过行车和码头上的岸吊，直接装船发货，两种方式不能草率比较，妄下结论。图1-38a为日本某公司厚板厂成品库与码头的平面布置示意图。从图中可看出，成品库与码头垂直，码头在成品库的端部(外侧)，码头上设置了两台岸吊，钢板通过厂房吊车与岸吊交叉作业(倒运)，实现了直接装船(图1—38b)。这种布置方式的主要优点是：(1)发货点多，易于匹配垂直型成品库的入库和发货；(2)岸吊的运行区域内，部分可作为钢板的存放区或倒运区使用；(3)可以设置环厂道路。主要缺点是：(1)占地面积较大；(2)钢板装船要采用专用的长行程岸吊。图l-39为该厂码头和岸吊的实物照片。图1-40为我国某公司厚板厂成品库与码头的平面布置示意图。从图中可看出，码头分别设在各成品库的端部，驳船可直接驶人成品库，成品钢板利用厂房吊车直接装船。与前一种布置相比，这种布置的主要缺点是不能设置环厂道路。1．2．9生产线主要设备的间距确定平面布置应同时满足总图条件和生产线主要设备的间距要求，其中主要设备的间距是平面布置时需要重点研究的问题。主要设备的间距应根据生产工艺的要求确定，既要充分满足产品大纲的需求，做到布局合理、物流顺畅、能充分发挥设备能力，并尽可能兼顾各工序间的能力平衡，同时还要考虑合理的预留空间，具有一定的发展潜力，为开发新产品留有余地。考虑到厚板生产的工艺条件变化大、产品规格范围广、工序间的加工能力存在不平衡，以及生产线布置灵活多变等特点，本书仅给出主要设备间距的分析方法，具体确定时应结合实际情况进行调整和优化。1．2．9．1轧机区主要设备间距A双机架轧机的主要考虑因素(1)除鳞箱至粗轧机距离：1)待轧坯料最大长度；2)粗轧机轧制钢板最大长度；3)粗轧机轧制中间坯最大长度；4)粗轧机轧制中间坯最多块数；5)其他余量。(2)粗轧机至精轧机距离：1)粗轧机轧制钢板最大长度；2)精轧机轧制钢板最大长度；3)中间坯最大长度；4)轧机之间中间坯最多块数；5)其他余量。(3)精轧机至预矫直机或加速冷却装置的距离：1)精轧机轧制钢板最大长度；2)其他余量。(4)加速冷却装置至热矫直机的距离：1)轧制钢板最大长度；2)水冷钢板最大长度；3)其他余量。B单机架轧机的主要考虑因素(1)除鳞箱至轧机距离：1)待轧坯料最大长度；2)轧制钢板最大长度；3)中间坯最大长度；4)中间坯最多块数；5)旁通辊道；6)其他余量。(2)轧机至预矫直机或加速冷却装置的距离：1)轧制钢板最大长度；2)中间坯最大长度；3)中间坯最多块数；4)旁通辊道；5)其他余量。1．2．9．2精整剪切区主要设备间距按较常见的“超声波探伤→切头剪一双边剪一定尺剪”布置方式进行分析，主要考虑的因素有：(1)超声波探伤至切头剪的距离：1)轧制钢板的最大长度；2)超声波探伤与切头剪之间的缓冲能力；3)其他余量。(2)切头剪至双边剪的距离：1)轧制钢板最大长度；2)切头剪和双边剪之间的缓冲能力；3)其他余量。(3)双边剪至定尺剪的距离：1)轧制钢板最大长度；2)双边剪与定尺剪之间的缓冲能力；3)其他余量。1．2．9．3国内部分中厚板工厂主要设备间距国内部分中厚板工厂主要设备间距见表1-5。1．3中厚板轧机的发展、形式及选择1．3．1中厚板轧机的发展概况1．3．1．1国外中厚板工厂发展概况中厚板的生产历史，可以追溯到18世纪末。到19世纪末期，在欧洲的英国、法国和德国等工业化初期的国家中，先后出现了一些生产中厚板的作坊式工厂，其产品主要为小幅面工具钢和合金钢板，还生产铜板和镀锡板。这些工厂规模小、产量低，产品应用领域十分有限。19世纪后期至20世纪20年代，这一时期在欧洲和美国先后出现了辊身长为3000mm以上的二辊、三辊或四辊轧机，其中最著名的当属1918年在美国L,ukens兴建的206in(5232．4mm)四辊轧机。这些轧机可称之为“第一代”中厚板轧机，多数为蒸汽传动，以钢锭为原料，单机架生产。轧机的生产能力一般在3万～5万t/年以下，工厂面积一般不超过3万～4万m2。产品主要是锅炉、造船、装甲及一般结构用板。20世纪30年代到50年代，在欧洲、美国及日本出现了双机架和半连续式布置形式，大多采用了四辊轧机，二辊轧机用作除鳞和开坯。二辊十四辊式和半连续式布置形式在美国使用的较多。这一时期的主要特点是四辊式轧机广泛普及，采用单机架或双机架配置，5000mm级的宽规格轧机得到较普遍的使用，轧机能力显著提高，一般在5万～100万t／，年之间不等，工厂面积达到了4万～8万m2。产品以装甲和舰船板为主，其中优质板、高强板的比例由于冶炼、热处理技术的发展而有较大的增长。20世纪60年代到70年代，欧洲、美国和日本相继改建或新建了一批4300mm级、4700mm级和5500mm级的新型四辊单机架或双机架中厚板轧机。这期间在美国所建设的双机架中厚板轧机仍以二辊十四辊形式为主，而日本则已完全采用双机架四辊轧机配置。随着连铸坯的采用、加热炉技术的改进以及精整剪切设备上新技术的采用，70年代新建的中厚板工厂生产能力和产品质量得到较大提高，单一工厂的生产能力已提高到80万～200万t／年，工厂面积最大已超过了20万m2。产品中造船板、高级结构板和高强板的比例都大幅提高。由于产能的进一步提高，相应中厚板工厂的平面布置也发生了一系列变化。日本70年代填海建造的钢铁基地中，宽厚板工厂开始采用汽车向成品码头和铁路成品库运输成品钢板，改变了以铁路运输为主的发货模式，给中厚板工厂的平面布置带来了全新变化。20世纪80年代中后期以来，以控制轧制和控制冷却为核心的工艺技术逐步成熟，并得到推广应用，先前建成的中厚板工厂，都不同程度地进行了相关的技术改造，先后出现了众多各具特色的控制轧制和控制冷却的技术和设备。这些改造成果对日后新建的中厚板工厂无疑具有示范和启迪作用。此外，在这个时期成功开发和应用的平面形状控制及板形控制技术，使中厚板的轧制技术又向前跨越了一大步。这个时期的中厚板生产，已全面进入以控制轧制和控制冷却技术为主导的产品开发阶段。其产品以高强度、高韧性和高可焊接性的管线钢、船板钢、专用结构板(建筑、桥梁等)为代表。某些国家和地区3000mm及以上中厚板轧机统计详见表l-6。1．3．1．2国内中厚板工厂发展概况我国的第一套中板轧机是2300mm的三辊劳特式轧机，于1936年在鞍山(即后来的鞍钢第一中板厂)建成，产量只有几万吨，品种和规格都十分有限。1951年重庆钢铁公司原大轧厂的一套旧2440mm二辊轧机恢复生产，是中华人民共和国成立后投产的第一套中板轧机。1958年大跃进后近20年的时间是我国中厚板轧机建设的第一个高峰期，根据仿照鞍钢一中板所作的通用设计(后参照鞍钢二中板进行了修改)，在全国部分省市先后建成了13套2300mm级三辊劳特式中板轧机。这批轧机在不断的革新改造中提高了机械化水平，曾担负起全国中厚板三分之一的产量，为我国各行各业提供了大量的中、厚钢板。随着国民经济的发展，为扩大品种和规格，改善板形和表面质量，部分中板厂先后进行了不同程度的改造，有的在劳特轧机前增加一架二辊轧机，也有的在劳特轧机后增加一架四辊轧机。为了提高装备水平，1970年后新建的部分中板厂，已开始采用四辊轧机。1980年后，许多中板厂相继拆除了劳特轧机，改为四辊轧机，并适当加大了轧机宽度。19