年产360万吨热轧带钢车间设计

年产360万吨热轧带钢车间设计摘要板带钢是钢铁产品的主要品种之一，广泛应用于工业，农业，交通运输和建筑业。宽带钢在我国国民经济中的开展中需求量很大。世界各国近年来都在注重研制和使用连铸连轧等新技术和新设备来生产板带钢。本设计是年产360万吨的热轧板带钢车间工艺设计。产品规格为：〔2.0~5.0〕*〔1000~1600〕mm。所用钢种为：普碳钢、合金钢、不锈钢〔约含25%〕。论文主要内容包括：原材料的选择、生产工艺的制定、典型产品工艺计算、主要设备和辅助设备的选择，并且对主要设备〔轧辊和电机〕的能力进行了校核，对车间主要经济指标、生产车间布置和环境保护，进行了设计和规划。关键词：热轧；板带钢；工艺计算；典型产品；工艺设备ABSTRACTStripisoneofsteelandironproduct.Itplaysanimportantroleintheindustry,agriculture,transportationandconstruction.Thedemandonthesmallsectionisveryenormousinourcountrynationaleconomydevelopment.Inrecentyears,manynewtecnologiesandequipments,suchascontinuouscasting-rolling,aredevelopedtoproducethesmallsizeincross-sectionalloysteelshapeinthevarioscountries.Thedesignisamanufacturingworkshopofhotrollingplatewithaoutputof3000thousandtons.Itsproductspecificationsrangefrom(2.0~5.0)*(1000~1600)mm,usedsteelsofcarbonsteel、alloyedsteel、stainlesssteel(25%).Thepapermainlyincludestheselectionofrawmaterialandsubsidiaryfacilitiesandmainfacilities,formulationofproducetechnology,technologycalculationofthetypicalproduction,proofreadingthecapacityofmainfatuities(includingrollersandtheelectricalmachinry).Settingabouttheproductsdesignitplansexactlythemaineconomynormoftheworkshopanditsarrangement,environmentprotectionandsoon.Keyword：hotrolling;strip;technologycalculate;typicalproduct;facility1文献综述61.1热轧板带钢开展史6国外热轧板带的开展71.1.2国内热轧板带钢的开展7热连轧技术开展现状91.2板带钢生产技术开展趋势11热轧宽带钢开展方向及市场11热轧窄带钢开展方向及市场121.3热轧板带生产工艺装备的开展13除磷技术的开展13板型、板厚控制技术的开展131.4本设计的目的和意义141.5本设计的重点问题152生产方案的选择162.1产品方案的选择16产品方案的编制16计算产品的选择16确定产品大纲172.2生产方案的选择18生产方案选择依据18制定生产方案183生产工艺流程193.1制定生产工艺流程的主要依据193.2生产工艺过程简述204坯料及生产设备的选择234.1坯料的选择234.1.1坯料尺寸24板坯的预处理264.2轧机的选择28轧机选择的原那么28轧机的型号尺寸选择和数量28粗轧前立辊〔两台E1、E2〕29四辊可逆粗轧机〔两架R1、R2〕29精轧机组〔F1～F7〕304.3辅助设备的选择30加热炉的选择31起重运输设备的选择33除磷设备的选择34保温装置的选择35剪切设备的选择35冷却设备的选择36卷取机的选择365典型产品工艺计算395.1轧制方法确实定395.2粗轧阶段工艺计算39粗轧压下规程的制定39校核咬入能力39轧制速度确实定40轧件在各道次中的轧制时间40轧制温度确实定41各道次的平均变形速度的计算42各道的平均单位压力43各道次的总压力44计算各道次的力矩455.3精轧阶段工艺计算47精轧压下规程的制定47各道次轧制制度确实定47确定轧件在各道次中的轧制时间49轧制温度确实定51各道次的平均变形速度的计算52各道次的平均单位压力的计算52各道次总压力的计算53各道次力矩的计算545.4编制生产工艺流程定额卡565.5编制金属平衡表57确定后计算产品的成品率57编制金属平衡表586设备负荷计算596.1工作制度与年工作台时确实定59工作制度确实定59设备工作台时确实定596.2设备负荷能力计算606.3车间设备负荷率确实定616.4提高设备产量途径617电机能力校核627.1粗轧机电机能力校核627.1.1R1、R2电机能力校核627.1.2R1、R2电机过载的校核637.2精轧机组电机能力的校核637.2.1等效力矩计算637.2.2电机温升校核637.2.3电机的过载校核648轧辊强度的校核658.1粗轧机轧辊强度的校核658.1.1支承辊的弯曲应力658.1.2工作辊的扭曲应力668.2F1～F5精轧机轧辊强度校核67支承辊弯曲力矩校核678.2.2工作辊的扭转应力校核678.3F6～F7精轧机轧辊强度校核688.3.1支承辊弯曲力矩校核688.3.2工作辊的扭转应力校核689车间平面布置和立面尺寸709.1车间平面布置70车间平面布置原那么70金属流程线的布置71生产设备的间距719.2仓库面积确实定72原料仓库面积计算73成品仓库面积计算739.3车间立面尺寸7310劳动组织与技术经济指标7510.1车间劳动组织75劳动定额75车间劳动定员7510.2车间技术经济指标77金属消耗77其他消耗7710.3投资概算78建设投资概算的构成78编制建设投资概算的主要依据7910.4流动资金定额的概算8010.5产品本钱概算81产品本钱概念81折旧81本钱构成8210.5.4年利润及投资回收期8311环境保护与综合利用8511.1环保对车间设计的要求8511.2环保的内容与对策8512航空航天用超高强度钢8712.1低合金超高强度钢8712.2二次硬化超高强度钢9012.3马氏体时效钢91参考文献93致谢941文献综述1.1热轧板带钢开展史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。热轧板带钢轧机的开展已有70多年历史，汽车工业、建筑工业、交通运输业等的开展，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开展。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开展时期。国外热轧板带的开展1960年以前建设的热带钢轧机称第一代热带钢轧机。这一时期热带钢轧机技术开展比拟缓慢,其中最重要的技术进步是将厚度自动控制〔AGC〕技术应用于精轧机，从根本上改善了供应冷轧机的原料板带钢的厚度差。20世纪六、七十年代是热轧板带钢轧机开展的重要时期。同时连铸技术开展成熟，促使热连轧机从最初使用钢锭到使用连铸坯，从而大幅度提高产量并能够为冷轧机提供更大的钢卷。热轧板带钢轧机的生产工艺过程是钢铁工业生产中自动化控制技术最兴旺的工序。60年代后新建的热带钢轧机很快采用了轧制过程计算机控制，将热轧板带钢轧机的开展推向一个新的开展阶段，这一时期新建的轧机称为第二代热带钢轧机。1969年至1974年在日本和欧洲新建的轧机称为第三代热带钢轧机。20世纪80年代，板带钢生产更加注重产品质量，同时对于低凸度带材需求量不断增长，这使板带钢板形控制技术成为热轧板带钢轧制技术重要课题之一。90年代，热轧板带钢在工艺方面有重大突破，1996年日本川崎钢铁公司成功开发无头连续轧制板带钢技术，解决了在常规热连轧机上生产厚度0.8～1.2mm超薄带钢一系列技术难题。热连轧生产线的产品规格最薄达0.8mm,但实际生产中并不追求轧制最薄规格，因为薄规格生产的故障率高,辊耗大,吨钢酸洗本钱高等。待技术开展到故障率等降低后,才能经济地批量生产。国内热轧板带钢的开展我国第一套热轧宽带钢轧机始建于1957年，即鞍钢的半连续轧机，全套设备从当时苏联引进，为一套2800mm/1700mm半连续式板带轧机，既生产中厚钢板，又生产钢卷，该轧机的轧制中厚板局部于1958年7月先投产，1959年精轧机组投产，开辟了我国宽带钢卷生产历程。该轧机根本上是手动操作，人工设定的操作方式，轧机的主要生产工艺技术指标相当于第一代热带轧机的装备水平，该轧机已于2000年8月停产。就我国热带钢轧机半个世纪的开展历程来看，我国热轧宽带钢轧机主要经历了由设备简单、控制落后的半连续式轧机型；代表当时先进水平，自动化水平较高的3/4连续式布置；再到具有紧凑型可逆式粗轧机，大能力定宽设备，全自动控制系统的半连续式布置轧机或代表世界先进水平的薄板坯连铸连轧带钢生产线等三个阶段。1.热轧带钢轧机建设进一步开展。近年我国热连轧带钢生产开展极其迅速，邯钢、南钢、安钢、武钢、等也正在规划建设热带轧机。如果所有轧机全部建成,产能得到发挥,那么带钢产量将很可观,我国钢材板带比低、薄板长期供不应求的状况将根本改变。2.轧机的国产化率逐步提高。进入21世纪以后,除热连轧带钢产量大幅度提高、轧机建设快速开展以外,轧机国产化问题也有了长足进步。目前由国外总承包的工程国产化率普遍到达70%以上,有的到达90%。而且一些工程已做到全部国产化,如鞍钢1700、2150mm轧机、济钢1700mm轧机、莱钢1500mm轧机、太钢1549mm轧机等,由国内总承包,装备全部国内设计制造,少量关键件在国外自主采购。国内装备虽然在整体技术水平上与外国先进水平有一定差距,但已到达较高水平,以鞍钢1700mm轧机为例,其质量水平与其1780mm轧机相差不大。国产装备的另一优势是价格优势。如引进国外的薄板坯连铸连轧生产线一般需投资20～23亿人民币,但采用国产中等厚度薄板坯仅需15～17亿人民币,其产量与国外生产线根本相同。3.世界最新技术不断被采用。目前国内已建和在建热轧生产线中采用了许多最新技术,如半无头轧制技术,其在国外刚开发不久,国内已有多条生产线采用或预留(唐钢、马钢、涟钢、本钢、通钢等)；如高性能控制器,西门子刚推出新一代闭环工艺与传动控制器TDC,国内已有太钢1549mm轧机、武钢2250mm轧机采用,北京科技大学国家轧制中心承当的莱钢1500mm轧机自动化控制系统也采用了该控制器,使我国紧跟国外最先进的技术开展。事实说明,在采用最新技术方面热连轧领域已处于国际前沿水平。近年我国宽带钢热连轧技术和装备能力取得巨大开展,其特点:一是投资规模前所未有,实现的投资延伸到从铁水预处理、钢水精炼到连铸,从钢铁冶金、压力加工到精整和配送的投入;二是技术和规模水平,不仅引进了多套当代国际最先进的机组,而且建设了多条自主集成技术、自行设计和制造的轧制线;三是热轧宽带钢产品大纲普遍涵盖了建材、汽车、家电、机械、化工和管道输送等用途,包括低合金、高强度、薄规格、深冲板,板形和厚度尺寸公差及外表质量俱佳的高端产品。我国现有的和正在建设的带钢热连轧机组，可分为四种类型:一是总体引进国外先进技术建设的常规热带钢轧机；二是引进技术建设的薄板坯连铸连轧生产线；三是引进国外二手设备或国产机组,经过国外承包商采用现代化技术改造的常规热带钢轧机；四是总体采用国内先进成熟技术,国内企业总承包建设的中薄板坯连铸连轧和常规热连轧机组。我国目前宽带钢热连轧机的装机水平和生产能力可以说整体到达了国际平均水平,有的那么代表着当代国际最新水平。国外轧钢界专业人士说世界上最先进的热连轧机在中国。尤其是宽带钢热连轧技术和生产线的蓬勃开展是明显受到国民经济建设和相关行业开展的拉动,开展的速度和规模从数量上适应了需求。未来开展重点,或者说热连轧企业间的竞争的焦点,将集中在提高产品质量和档次,扩大品种规格,降低本钱和消耗,提升产品的附加值和生产线的综合竞争能力。在提高钢铁冶金、工程设计、工艺和装备、信息化和计算机应用,管理水平方面不间断地开展切实的技术进步,跟上经济全球化的步伐,我国在热轧宽带钢领域能够到达和保持国际先进水平。热连轧技术开展现状最近十几年,热连轧技术有了很大的进步，轧机都进行了现代化技术改造，根本上做到产量翻番，产品质量有了根本改善，技术改造的主要内容有：〔1〕更换主电机和供电设备，以及影响正常生产的设备，如地下卷取机等。〔2〕减少原粗轧机组机架数量，增加强有力的粗轧机架，既能使粗轧机组产钢量和精轧机组相适应，又减少机架数量，节约设备维修量、劳动定员和电力消耗。〔3〕精轧机组装设液压压下厚度控制、弯辊装置、凸度控制，太钢1549毫米轧机和梅山1420毫米轧机还在原精轧机组前增1架四辊不可逆式精轧机F0。〔4〕在精轧机组前输送辊道上安设保温罩、移位更新粗轧机组及精轧机组前除鳞装置，将精轧机间活套改为液压活套。〔5〕更新带钢层流冷却系统。如新钢的1580mm热连轧。〔6〕采用多级计算机控制系统。热连轧技术的很大进步,在热轧带钢轧机设备的开展方面,总结起来,其主要趋势如下：1.热轧带钢轧机建设进一步开展。近年我国热连轧带钢生产开展极其迅速，邯钢、南钢、安钢、武钢、等也正在规划建设热带轧机。如果所有轧机全部建成,产能得到发挥,那么带钢产量将很可观,我国钢材板带比低、薄板长期供不应求的状况将根本改变。2.轧机的国产化率逐步提高。进入21世纪以后,除热连轧带钢产量大幅度提高、轧机建设快速开展以外,轧机国产化问题也有了长足进步。目前由国外总承包的工程国产化率普遍到达70%以上,有的到达90%。而且一些工程已做到全部国产化,如鞍钢1700、2150mm轧机、济钢1700mm轧机、莱钢1500mm轧机、太钢1549mm轧机等,由国内总承包,装备全部国内设计制造,少量关键件在国外自主采购。国内装备虽然在整体技术水平上与外国先进水平有一定差距,但已到达较高水平,以鞍钢1700mm轧机为例,其质量水平与其1780mm轧机相差不大。国产装备的另一优势是价格优势。如引进国外的薄板坯连铸连轧生产线一般需投资20～23亿人民币,但采用国产中等厚度薄板坯仅需15～17亿人民币,其产量与国外生产线根本相同。3.世界最新技术不断被采用。目前国内已建和在建热轧生产线中采用了许多最新技术,如半无头轧制技术,其在国外刚开发不久,国内已有多条生产线采用或预留(唐钢、马钢、涟钢、本钢、通钢等)；如高性能控制器,西门子刚推出新一代闭环工艺与传动控制器TDC,国内已有太钢1549mm轧机、武钢2250mm轧机采用,北京科技大学国家轧制中心承当的莱钢1500mm轧机自动化控制系统也采用了该控制器,使我国紧跟国外最先进的技术开展。事实说明,在采用最新技术方面热连轧领域已处于国际前沿水平。1.2板带钢生产技术开展趋势1.热轧板带材短流程、高效率化。这方面的技术开展主要可分两个层次：(1)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。(2)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缺乏，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泼的一个领域。4.开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、钦、银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，由于工业开展的需要，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。热轧宽带钢开展方向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开展目标。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，以温度预测模型为根底，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，同时也说明了超薄热轧带钢将成为热轧宽带钢的另一个开展方向。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开展方向。对于30多家国外钢铁企业的产品调查说明：作为最终产品使用的厚度大于2mm的热轧带钢的需求量正在下降，1995年为48%，2005年将下降至42%，而厚度小于2mm的热轧薄带需求量日益增加，从正在进行和准备进行的深加工线和冷轧机组方面的投资也可看出这种趋势。2005年，厚0.8mm~1.2mm热轧薄带需求量增加将大于1%，厚1.2mm~2.0mm热轧薄带需求量增加将大于7%。到2007年，预测全世界超薄热轧带钢的市场需求将超过1.9×107t。就国内市场而言，1998年全国共消耗热轧薄板2.9×107t，为填补国内板带材的供需缺口，1998年进口热轧薄板约7.8×106t，占当年钢材进口总量的64.1%。可见，国内热轧薄板的市场空间巨大，特别是对2.0mm以下超薄热轧带钢的需求尤其旺盛。热轧窄带钢开展方向及市场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、降低本钱、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，从而可以代替局部冷轧产品。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，大幅度降低生产本钱，提高轧机的效率。向薄、宽、厚方向开展。生产薄规格带钢，可满足薄壁焊管厂提高成材率、降低生产本钱的需要；生产宽规格带钢，占领热轧中宽带钢(宽度一般大于500mm的产品空间；生产厚规格带钢，开发轻钢结构。轻钢结构用来制作工业厂房、办公大楼、体育场馆、商业超市、仓库等，目前广泛使用宽200mm~350mm、厚6mm~30mm、长3m~12m中板及板卷，热窄带钢比中板廉价600元/t~700元/t，如能用窄带钢代替中板，将使整个钢结构工程本钱有较大幅度下降。国内外热轧窄带钢市场需求大体相同，厚度大于25mm的产品根本饱和，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3×106t，这也是窄带钢的一个大市场。1.3热轧板带生产工艺装备的开展除磷技术的开展热轧带钢在轧制过程中除鳞效果的好坏,直接影响到带卷产品的质量。传统热轧带钢生产,均采用高压水除鳞系统,水压达15～18MPa,采用屡次除鳞,即粗轧前、精轧前及机架间进行除鳞。随着薄板坯连铸连轧工艺的出现,给除鳞技术带来了一个新课题,薄板坯的氧化铁皮在板坯外表很薄且很粘,氧化铁皮很难去除,因此高压水鳞系统水压高到达35MPa,在奥钢联的实验机组上水压曾高达55MPa。提高水压对除鳞有一定作用,但带来一些问题,如高压系统的维修保养工作量增加,事故率增加。进一步优化除鳞机喷嘴到板坯外表的距离和角度,以到达更高的除鳞效果；开发新型高压水流量喷嘴,使水流压力高,且冲击到板坯外表的水量小,从而减少板坯外表温降,这是高压水除鳞设备的开展方向。板型、板厚控制技术的开展板形控制是带钢轧机的关键技术,各轧机制造商在此方面都下大力气开发,呈现出多种板形控制技术。这些技术可大致分为工艺方法和设备方法。从设备方法来讲,主要有原始凸度法、液压弯辊法,调整轧辊凸度法,轧辊变形自补偿法,阶梯形支承辊法,抽动轧辊法,在线磨辊法,轧辊交叉法等。其中抽动轧辊法中的CVC、HC结合弯辊技术得到广泛应用,交叉辊法的PC轧机,其板形控制能力较强,综合性能优良,是目前开展较快的板形控制法,但交叉轧辊带来的较大的轴向力给设备设计带来不便,且交叉机构较为复杂,是其得到广泛应用的巨大障碍。板厚自动控制技术方面,液压AGC已得到普遍的认可,采用短行程压下缸,以减少油柱高度提高响应速度,已成为业界的共识。1.4本设计的目的和意义本设计是年产360万吨的热轧板带钢车间工艺设计。产品规格为：〔1.2～16〕×〔700～1430〕mm。所用钢种为：普碳钢、合金结构钢、优质钢、汽车大梁用钢。带钢是有一个比拟特殊的钢铁产品，其直供比例非常高，40%以上直接进入厂家，目前带钢有时也作为冷弯型钢的坯料，广泛用于制造小五金、自行车车架、轮圈、弹簧片、锯条等。通过对近五年的统计，可看出带钢消费正以一个较快的速度开展。在国内外带钢生产逐渐减少的情况下，我国作为一个开展中国家，对带钢的需求不断增加，虽然受汽车等产业规模的限制，但五金产品国内外需求量都较大。同时我国现在根底建设规模很大，对焊管、型材的需求也相应增加，带钢的需求仍保持较高水平。本设计课题是年产360万吨的板带钢生产车间。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，开展十分快，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。带钢生产技术开展至今已有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开展得较为成熟。在相关技术比拟完善的情况下，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。西部地大物博，矿产资源很丰富，很多还处于待开发状态。我国现在进行西部大开发，对西部地区在财力，物力上大力扶持，大力进行根底工程的建设，如能源，交通等。因此，在西部建立一个大型轧钢厂不仅可以满足西部地区对板带钢的大量需求，而且由于西部人口密度较东部小，不会占用太多人口居住地，这在地理上是一个很大的优势。西部目前的交通状况比以前改进了很多，而且作为国家重点建设这一状况仍在完善，因此原材料的运输不再是一个主要的问题。综上所述，本设计的选题是有意义且可以实现的。1.5本设计的重点问题本设计重点研究的问题是热轧厂热装热送问题。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四种：(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600～700℃，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：铸坯外表纵裂是在结晶器内产生，并在二冷段进一步扩展形成的。为了减少外表纵裂的发生率，在生产中应改进结晶器冷却和二次冷却工艺。〔4〕在板坯库和加热炉之间设有保温坑，以满足热装热送工艺需要。2生产方案的选择2.1产品方案的选择产品方案的编制产品方案是进行车间设计的主要依据，根据产品方案可以选择设备和确定生产工艺。产品方案包括所设计车间生产的产品名称、品种、规格、状态、年方案产量及技术条件。产品方案的编制原那么如下：〔1〕根据国民经济各部门对产品数量、质量和品种等各方面的需要情况，既考虑当前的急需又要考虑将来开展的需要。〔2〕产品的平衡，考虑全国各地的布局和配套加以平衡。〔3〕建厂地区的条件、生产资源、自然条件、投资等可能性。对于各类产品的分类、编制、牌号、化学成分、品种规格和尺寸公差、生产技术条件、机械性能、验收规程、试验及包装方法、交货状态等，均按标准规定。产品标准可以分为国家标准〔GB〕、冶金工业部标准〔YB〕、企业标准〔QB〕等。计算产品的选择车间拟以生产的产品品种、状态、规格组合起来可能有十几甚至几十上百种。但是，在设计中不可能对每种合金的每种品种、状态、规格都进行详细的工艺计算。所以将各类产品进行分类编组，从中选择典型的产品〔在合金、品种、规格、状态、产量和工艺特点方面有代表〕作为计算产品。选择计算产品应遵循以下原那么：〔1〕有代表性从拟生产的所有品种中选出几种合金、品种、规格、状态、产量和工艺特点等方面有代表性的产品作为计算产品。〔2〕通过所有工序所选的所有计算产品要通过各工序，但不是说每一种计算产品都通过各工序，而是所有计算产品综合起来看的。〔3〕所选的计算产品要与实际相接近。〔4〕计算产品要留一定的调整余量，也就是说所选的计算产品要品种灵活，容易生产多种规格的产品。本次设计选用的四个典型产品分别是：普通碳素结构钢Q215(3mm×1400mm)、低合金结构钢Q345(4mm×1400mm)、优质碳素结构钢20(1.8mm×1400mm)、汽车大梁用钢16MnL〔5mm×1400mm〕。确定产品大纲根据设计任务书要求和上述原那么，确定车间产品大纲，见表2-1。典型产品见表2-2。表2-1热连轧产品方案列表序号钢种代表钢号执行标准年产量〔104t/a〕比例(%)1普通碳素结构钢Q195Q275GB912-89GB3274-88100282优质碳素结构钢08～40、08AlGB711-88160443低合金结构钢Q345～Q690GB912-89GB3274-8860174汽车大梁用钢16MnL、16MnReL、10TiLGB/T3273-20054011总计=SUM(ABOVE)360=SUM(ABOVE)100表2-2计算产品列表序号钢种牌号规格〔mm〕年产量〔万吨〕比例〔%〕1普通碳素结构钢Q2153×1400100282优质碳素结构钢081.8×1400160443低合金结构钢Q3454×140060174汽车大梁用钢16MnL5×110040115合计3601002.2生产方案的选择所谓生产方案量指为完成设计任务书中所规定的产品的生产任务而采取的生产方法。根据设计规模、产品的质量及经济技术指标的要求，考虑当地的具体条件，找出合理的生产方案。生产方案选择依据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〕金属与合金的品种、规格、状态及质量要求。〔2〕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。〔3〕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开展。制定生产方案根据上述依据，该车间为年产360万吨的板带车间，生产形式为热轧，主要钢种为普碳钢，合金结构钢和优质钢以及汽车大梁用钢，采用粗轧和精轧两个阶段来完成不同的任务和要求。3生产工艺流程3.1制定生产工艺流程的主要依据所谓生产工艺流程就是把产品的生产工序按次序排列起来。正确制定工艺过程是轧钢车间工艺设计的重要工作，它直接关系到整个设计能否满足设计任务书的要求。制定轧钢生产工艺过程的首要目的是为了获得质量符合要求的产品，其次要在保证质量的根底上追求轧机的高产量，并能做到降低各种原料、材料消耗，降低产品本钱。因此，正确制定产品工艺过程，对于工艺过程合理化，对于充分发挥轧机作用具有重要意义。根据已制定的生产方案，在充分完成产品产量质量要求的前提条件下，用最大可能的低消耗、最少的设备、最小的车间面积、最低的劳动本钱，并有利于产品的质量的提高和开展，有较好的劳动条件，最好的经济效益，具体的原那么包括：产品的技术条件，生产规模大小，产品本钱和工人的劳动条件。制定生产工艺流程的主要依据有一下几点：〔1〕依据生产方案的要求由于产品的产量、品种、规格及质量的不同，所采用的生产方案就不同，那么主要工序就有很大的差异。因此，生产方案是编制生产工艺流程的依据。〔2〕根据产品的质量要求为了满足产品技术条件要求，就要有相应的工序给以保证。因此，满足产品标准的要求是设计生产工艺流程的根底。〔3〕根据车间生产率的要求由于车间的生产规模不同，所要求的工艺过程的复杂程度也不同。在生产同一产品的情况下，生产规模越大的车间，其工艺过程也越复杂。因此，设计时生产率的要求是设计工艺过程的出发点。热连轧板带生产的一般工艺流程：铸锭与坯料的清理准备、坯料的加热、除磷、粗轧、精轧、轧后冷却和卷取、质量检查等工序。本车间设计的生产工艺流程如以下图3-1。板坯230×800～1600板坯230×800～1600×9000～11000冷装板坯热装板坯板坯加热出炉温度12300C高压水除磷系统压力20MPa喷嘴压力20Mpa粗轧两机架轧制6～9道次半成品尺寸30～50mm废品剪切收集半成品切头尾二次除磷系统压力20MPa喷嘴压力20Mpa精轧七机架各轧一道成品厚1.2～16mm层流冷却卷取最大卷重30t钢卷内径762mm最大外径2080mm打捆检查称重喷印热钢卷库送冷轧3.2生产工艺过程简述热轧车间和连铸车间毗邻布置，连铸机出坯辊道可与热轧板坯库输送辊道直接连接。在连铸车间经冷却、火焰处理、标记后的合格连铸板坯以及外表质量和内部质量合格的热连铸板坯，由辊道送到本厂板坯库。装炉制度采用冷装、保温热装和直接热装三种制度热连铸坯分别存放在三个板坯跨内，当连铸机和热轧机的生产方案相匹配时，热坯也可以从来料辊道经辊道直接送到加热炉后的装料辊进行装炉。根据生产方案的要求计算机对选用的板坯进行最优化处理，使板坯库以最小的工作量进行装炉操作。板坯由吊车吊到上料辊道后进行称重，核对号码，确认无误后，按装料顺序由辊道将板坯送到的加热炉。坯料通过在加热炉内加热，板坯的出炉温度为1150～1250℃。少量不能直接热装的板坯先由车间吊车卸料到板坯库，在需要时排入生产方案，再由车间吊车按照一定顺序吊到辊道上，然后送入加热炉加热。为使轧机充分发挥能力，上述不同温度的板坯可以进行组合装炉，如果冷热坯间温差太大，可由计算机进行计算，合使冷热坯间保持一个必要的间距。板坯在加热炉内一般加热到1150～1250℃出炉。加热出炉后的板坯，首先经过在板坯输送辊道上的高压水除鳞去除氧化铁皮，而后进入两架粗轧机组。R1，R2粗轧机为四辊可逆式轧机，分别与可逆式立辊轧机E1，E2靠近布置。板坯在E1R1四辊可逆式轧机上轧制1～3道后，经辊道送至E2R2四辊可逆式轧机轧制1～3道次。根据产品规格不同，由粗轧机将板坯轧制成25～50mm的中间坯。E1E2立辊轧机设有自动宽度控制系统〔AWC〕和短行程控制〔SSC〕和PWC系统；R1二辊粗轧机设有电动压下+回松装置，R2四辊粗轧机设有电动压下+液压AGC，并在轧机下部设置阶梯垫，可迅速调整轧制线高度。带坯经中间辊道送至切头习剪剪去带坯头、尾，然后经精轧机前除鳞设备除去带坯外表的氧化铁皮，送入精轧机组轧制。粗轧机组产生废带坯，直接送到中间辊道上，再由废品推出装置将其推到中间辊道操作侧进行自然冷却。经人工切割后天车吊走。为了减少带坯在中间辊道上的温降和带坯头尾温差，在中间辊道上设有保温罩。依据成品钢种和规格的不同而确定是否采用中间坯保温罩进行保温。为减少切损，切头飞剪设有最正确化剪切系统。切头后的中间坯经精轧除鳞箱用高压水除去二次氧化铁皮，然后进入七机架精轧机进行轧制，到达最终的产品厚度。精轧机组的穿带速度、加速度、最大轧制速度、各机架的压下量、机架的弯辊力等各项参数均由计算机过程控制模型按轧制的带钢产品规格计算和设定。带坯经七机架四辊式连轧机组轧制成厚度为1.2～16.0的成品带钢。为确保带钢在F7轧机出口温度的控制，F1━F7机架之间的导板架体上设有带钢冷却集水管控制带钢温度。另外设有F1-F4轧辊防剥落水、在F1━F7出口导卫上装有烟尘抑制装置、在F1━F7导卫上设工艺润滑油。为确保带钢的厚度精度和板型，F1-F7精轧机组设有响应速度快、控制精度高的全液压压下装置及厚度自动控制系统〔AGC〕。该控制系统代替过去常规采用的电动活陶器和微张力控制两套系统。为有效控制带钢的凸度和平直度，F1-F7采用工作辊弯辊装置和窜辊装置。精轧机轧出口的带钢在热输出辊道上，由高效的层流冷却系统〔分微调段和精调段〕将热轧带钢由终轧温度冷却到卷取温度，由液压助卷卷曲机卷成钢卷。冷却方式、冷却水量都由计算机根据不同钢种、规格、终轧温度、卷取温度进行设定和控制，以保证产品的机械性能。冷却后的带钢，由伺服液压系统控制的卷取机前侧导板进行对中，当带钢头部进入夹送辊时进行头部定位，3个助卷辊处于设定位置，卷筒直径为待卷直径。当带钢在卷筒上卷取头3~5圈时，助卷辊在卷取过程中根据带钢厚度进行踏步控制，以保证钢卷内圈不产生压痕；卷3～5圈后，卷筒涨到卷取直径，同时助卷辊翻开，卷取机在恒张力状态下卷取；当带钢卷到最后2~3圈时，1、3号助卷辊压下，带钢尾部通过夹送辊时进行尾部定位，使带钢尾部在钢卷下部位置。卷取后的钢卷经卸卷小车从卷取机卸卷并运至固定台架，由运卷小车将钢卷运至钢卷运输线，最后由钢卷运输线运往钢卷库或冷轧车间，在此过程中进行检查、称重、打捆、喷印。钢卷的运输、冷却及堆放均采用卧卷的方式。当钢卷需要检查时，托辊在液压马达驱动下，可使钢卷按要求进行正反转，在开卷时托辊正转〔顺时针〕，将钢卷外圈翻开，使钢卷头部进入取样剪，剪切带钢及将带钢送到辊道台进行外表检查。完成剪切带钢和检查带钢外表后，托辊反转〔逆时针〕将钢卷外圈重新卷好。4坯料及生产设备的选择4.1坯料的选择目前，轧钢生产用的坯料有三种：连铸坯、初轧坯、钢锭。热带钢连轧机一般都布置在板坯初轧机或连铸机之后，采用初轧坯或连铸坯作为原料。用连铸方法生产板坯，不仅缩短了冶金生产过程，更主要的是可以提高板坯的质量，因为连铸坯的物理化学均匀性比初轧坯好，这对于提高成品率和降低生产本钱也是很重要的。连铸板坯虽然受批量、材质等限制，但是具有单重大、成材率高、生产周期短、材质均匀、节能、节省人力等优点。为此连铸板坯构成比在急剧的增加。20世纪80年代末板坯连铸比已超过90%。随着技术的开展，连铸生产受批量和材质限制等问题已根本得到解决，故最近热带钢轧机的原料均使用连铸板坯，初轧坯已趋淘汰。初轧坯和连铸板坯比拟见表4-1，考虑冶金工厂将来的开展方向，依照本车间设计的要求和产品规格所以选用连铸坯比拟适宜。表4-1初轧坯和连铸板坯比拟工程初轧板坯连铸板坯备注工序经铸锭脱模后需要由均热炉和初轧机轧制省略初轧工序减少1/2以上的厂房，板坯生产时间提前12～24h操作通过改变初轧程序可以块为单位组织生产由于实行变宽，每个批量单位可取作1流单位连铸有在线调宽，热轧自由程序轧制机械化省力化在铸锭作业的机械化和节约人力方面存在极限与传统铸锭作业相比，在相当程度上实现了机械化机，节约人力节能与连铸相比，因需均热，需要消耗多余的热能有利于直接轧制连铸的能耗约为初轧的1/2成才率半镇静钢为92％～93％；镇静钢为85％连铸约为98％钢种无极限生产沸腾钢困难可用准沸腾钢代替质量〔1〕不同部位偏析不同，〔2〕钢锭头部的缩孔，下部大型夹杂物是问题。〔3〕板坯易出现翘曲。〔1〕质量均匀；(2)会出现在1/4后的表层处残留大型夹杂物的问题，(3)板坯较少出现翘曲。大局部热轧板卷用的坯料是碳的质量分数在0.4%以下的普通碳素钢、优质碳素钢、低合金高强度钢。特殊原料有高碳钢、合金钢、不锈钢、硅钢等。热轧板卷按用途分有汽车用、建筑用、造船用、管线勇、工业用、机械用等产品。钢的化学成份主要根据各种标准机加工和用途等条件决定，也有的按外表质量的要求调整化学成分。4.1.1坯料尺寸〔1〕板坯厚度选择板坯尺寸时，必须考虑板坯连铸机和连轧机的工作条件。板坯越薄，连铸机的生产率越低，因此，提高板坯厚度，对提高连铸机的生产率是有利的。对于热连轧机而言，提高板坯厚度，可以增加板坯及钢卷的重量，但增加了轧制道次，引起机架架数增多，轧线延长，车间面积增大。因此，板坯的厚度应合理选择。一般为150～250mm，多数为200～250mm，最厚可达300～350mm。本设计参照新钢的数据，选择厚度为230mm。〔2〕板坯宽度板坯的宽度取决于成品的宽度和钢卷宽度。板坯宽度和钢卷宽度的关系与粗轧机组的调宽能力相对应。50年代以前的轧机，板坯宽度小于成品宽度，因此必须宽展，即粗轧机组装置宽展机座，使板坯回转90进行纵轧。这样，板坯的长度受到宽展机座辊身长度的限制，大大的影响坯料重量的增加和轧机生产率的提高。近代轧机完全取消了宽展，板坯最大宽度越比成品宽度大50mm。现代板坯初轧机生产的板坯宽度可达2130~2240mm，连铸坯可达2320mm，连铸坯的宽度还便于进一步增大。因此，没有宽展机座的现代热带钢连轧机的辊身长度可达2300~2500mm。20世纪70～80年代采用了带孔型的强力立辊，实现无宽展轧制。板坯的宽度应合理选择。本设计参照新钢的数据以及产品规格，选择宽度为1400mm。〔3〕板坯长度板坯长度主要由单位宽度质量和板坯厚度以及加热炉宽度决定。20世纪50年代因热轧带钢轧机无升速轧制，为保持带钢头尾温差，带钢不能过长，此时的板坯长度一般为5500㎜左右。20世纪60年代热轧带钢轧机升速轧制，70年代为提高产量、提高成材率而追求高轧速、大坯重、大单位宽度卷中，板坯设计长度达14500㎜。本设计参照新钢的数据以及产品规格，选择长度为10m。〔3〕板坯单重板坯单重取决于板坯尺寸，最大已达45吨。设计板坯最大质量时已建的多数热带钢轧即是按板坯最大宽度设计的。但最大宽度的产品在产品方案中所占的比例很小。现代热轧带钢轧机为减小板坯质量、降低设备费用，确定最大批重时选择经济合理的坯宽，一般不采用最大宽度。我国宝钢和鞍钢现代化热带钢轧机单位卷重为24kg/㎜左右，最大采卷重达43吨。用板坯厚度为200㎜和250㎜，长度最长达1300㎜。增加板坯及钢卷的重量具有许多优点：可以提高热连轧机的生产率；减少切头切尾损失；降低金属消耗率；减少仓库的运输作业；提高钢卷库单位面积负荷，减少仓库面积；延长稳定轧制时间；简化轧制自动控制过程等。但增加板坯重量会延长机架间距，增大板坯库和钢卷库吊车吨位，使厂房造价和设备投资增大。对现有的连轧机，还可能受到允许的终轧温度、轧件前后端允许的温差以及钢卷最大允许外径的限制。新钢现代化热带钢轧机最大卷重达29.9吨。本设计典型产品选择的坯料如表4-2所示。表4-2典型产品选择的坯料序号钢种牌号规格〔mm〕坯料规格〔mm〕1普通碳素结构钢Q2153×1400230×1400×100002优质碳素结构钢201.8×1400230×1400×100003低合金结构钢Q3454×1400230×1400×100004汽车大梁用钢16MnL5×1400230×1400×100004.1.2板坯的预处理板坯加热以前，必须首先进行外表缺陷清理、外表氧化皮的清理，这对于保证钢材的质量、提高成品率、节约金属和降低本钱具有十分重要的意义。特别对于合金钢，更必须进行严格清理。由连铸车间运来的板坯被送到热轧板库入口时，经操作工核对后，按材质、宽度进行堆放，一个炉次的板坯应尽量分散到各跨区堆放，以便减轻吊车的作业负荷。并且按照最正确化的轧制方案，把板坯按指定的顺序装到上料辊道上，然后装入加热炉。板坯清理工作为便于管理一般都在连铸车间进行，也有的将清洗设备安装在热轧板坯库内。被送至板坯库的板坯分为冷板坯和热板坯。由加热炉加热到目标温度后进行轧制。有效地采用了利用热连铸坯(HCR)，坯温一般为600℃左右，大幅度的节省能源。在热轧工序采用可缩短加热时间的直接热装工艺DHCR，坯温一般为800℃左右。或采用直接轧制技术，此技术是将炼钢和热轧两个各自独立的工序连续化，因此，需要解决这俩个工序间的温度、小时产量、工艺参数的匹配和质量，保证全过程管理及平面布置最正确化等一系列技术问题。目前，世界上先进的常规热带钢轧机热装比已超过90%。〔1〕板坯的外表缺陷清理连铸坯外表会存在各种缺陷，需要在加工以前加以清理，否那么要严重影响产品的质量。清理外表常用的方法有：火焰清理、风铲清理、砂轮清理和机床清理等。根据钢种、缺陷的性质与状态、产品质量的要求不同，而采用的清理方法也不同。一般碳素钢及局部合金钢的局部处理采用人工火焰清理；碳钢和局部合金钢的大面积剥皮采用机械火焰清理；碳钢及局部不能用火焰清理的钢的局部清理采用风铲清理；合金钢及高硬度的高级合金钢采用砂轮清理；高级合金钢的全面剥皮采用机床清理。各种清理方法费用比拟，砂轮清理费是风铲清理的3倍，而机床与火焰清理费用仅是风铲清理的一半。所以，在本车间设计中，采用火焰清理。〔2〕板坯检查板坯外表状况检查，传统上都是由人工在切割前后，用肉眼进行直观检查，然而为了提高检查精度，开发了热外表缺陷检测装置。板坯的热外表缺陷检测装置有使用探头线圈的涡流探伤装置和利用自发广或照明光的光学探伤装置。4.2轧机的选择4.2.1轧机选择的原那么在选择轧钢机时，一般要注意，考虑以下原那么轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备，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，考虑以下原那么：〔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，由于机械制造业的开展，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，根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。4.2.2轧机的型号尺寸选择和数量轧钢机布置是轧钢机按工作机架排列成某种方式。轧钢机布置的根本形式有三种：横列式布置、顺列式布置和连续式布置。轧钢机机架数目确实定与很多因素有关。主要有：坯料的断面尺寸，生产的品种范围，生产数量的大小，轧机布置的形式，投资的多少以及建厂条件等因素。但是在其它条件既定的情况下，主要考虑与轧机布置形式有关。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，同时破碎轧件外表的氧化铁皮。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。精轧阶段选用七连轧〔F1～F7〕的四辊轧机。4.2.3粗轧前立辊〔两台E1、E2〕该设备安装在粗轧机的进口侧，当粗轧机处于正向轧制时，该立轧机参与对板坯边部的轧制工作，此时两台轧机形成“串联〞式轧制。立辊又可以称为破磷机。立辊除了挤松氧化皮之外，还起轧平板坯两侧边和调节板坯宽度规格的作用。其主要技术参数：立辊轧机的最大轧制力：为5000KN；立辊轧机的最大轧制力矩：2x350KNm〔1.5倍过载〕辊子尺寸：辊身直径φ1000～φ1100mm，辊身长度430mm；立辊间开口度：720～1780mm；最大轧制速度：0～2.82～5.65m/s；主传动电机功率：2台AC1200kw×290/590rpm。4.2.4四辊可逆粗轧机〔两架R1、R2〕四辊粗轧机主要参数：最大轧制压力：40000KN；最大轧制力矩：2x2230KN.m(1.5倍过载)；四辊轧机轧制速度：0~±2.82~5.65m/s；工作辊尺寸：辊径φ1200～φ1100mm，辊面长1580mm；支承辊尺寸：辊径φ1550～φ1400mm，辊面长1580mm；工作辊最大开口度：270mm；辊子平衡：采用液压平衡缸；主传动电机功率：2x7000kw，转速为45/90转/分的直流马达。4.2.5精轧机组〔F1～F7〕七台四辊精轧机机座之间以6m的间距串联布置形成了一条七机架连轧精轧机组。每个机座的上下工作辊用一台直流马达通过马达接手、齿轮减速〔或齿轮座〕以及轧机的主传动轴驱动。精轧机组主要技术参数：工作辊：F1～F4辊径×辊身长＝825/735mm×1580mm；F5～F7辊径×辊身长＝650/575mm×1580mm；支承辊：F1～F7辊径×辊身长＝1550/1400mm×1580mm；最大轧制力：F1～F440000KN；F5～F734000KN；精轧机组轧制速度：F7出口速度max=20m/s；F1~F7精轧机主传动电机功率：F1~F5N=5x7500KW160/416/r/minF6N=6500KW250/500/r/minF7N=6500KW250/500/r/min4.3辅助设备的选择由于轧制产品的种类繁多，其生产过程的繁简程度也很不一样，因此，为适应各种产品生产的轧钢车间辅助设备，不管从用途、结构形式或是动作的工作原理上—看那是多种多样的。就是同一类别的辅助设备，由于其效劳对象不同或生产工艺的要求不同，其结构和工作原理也会存在很大差异。根据辅助设备在轧钢生产过程中的不同用途，可以将辅助设备归纳为如下几类：(1)加热设备；(2)切断设备；(3)辊道；(4)冷却设备；(5)卷曲设备；(6)起重运输设备。显而易见，不同的辅助设备完成着不同的工作，在生产过程中起着互相不能代替的作用。所以，轧钢车间辅助设备的选择是否合理，同样对产品产量和质量，对节省车间建设投资以及对改善和减轻劳动强度等都有重要影响。辅助设备选择一般要遵循以下原那么：(1)满足产品生产工艺要求；(2)有较高的工作效率，保证轧机获得较短的轧制节奏时间而有较高的产量；(3)设备结构的型式要先进合理，动作灵活机构紧凑，操作维修容易，备品备件标准化，制造、更换方便；(4)辅助设备的生产能力一般要大于轧机生产能力，以保证轧机生产能力得到发挥。通常辅助设备能力可按大于轧机能力20％考虑；(5)设备设计经济合理，体积小，重量轻，以减少设备总重量和节省车间投资。辅助设备选择的主要内容是根据生产的要求确定他们的型式、能力和数量。加热炉的选择热轧板带车间的板坯加热普遍采用推钢式连续加热炉和步进式连续加热炉。我国热轧板带车间过去大都采用推钢式连续加热炉。步进式连续加热炉是一种新型的加热炉，板带车间近来都采用这种加热炉进行坯料加热或中间加热。与推钢式连续加热炉相比拟，步进式连续加热炉虽然重量较大，造价较高。但它的优点在于：(1)采用电子计算机自动控制，加热温度均匀，加热时间快，产量高。每小时可加热板坯300吨左右，最大可达400吨；板坯在炉内运行时，相邻之间有50mm的间隔，不会产生粘结；板坯温度均匀，轧制时由于温差引起的厚度差也较小。(2)炉子长度不受板坯宽度厚度比的限制，不同厚度和宽度的板坯可以同时加热；还可以加热碳钢，合金钢，硅钢，不锈钢等多种板坯。灵活性很大。(3)板坯在炉内一步一步的前进，不会起拱；板坯烧损小，炉内氧化皮少，易于清理；炉子热惰性小，开炉时升温较快，停炉时降温也较快，可缩短停炉检修时间。操作方便。由于步进式加热炉有以上一系列优点，而且目前国内外新建或改建的热连轧板带车间几乎全都采用这种加热炉。所以本次设计决定选用步进式连续加热炉。步进式加热炉一般采用辊道和推钢机上料，出炉采用板坯出料机。对这种设备的要求是可靠、故障率低，只有这样才能满足现代小型连轧机生产高速、大产量的要求。每座加热炉配置一套推钢机，把在辊道上定位后的板坯一块一块地推到炉前滑架上，再由步进梁送入炉内。这样，推钢机的设备重量和电机功率可大大减少。上料机又包括链式上料机、阶梯式上料机、震动式布料机三种，本设计中采用阶梯式上料机，它可以灵活控制排料和送料的节奏，以满足轧制节奏的要求。步进式加热炉炉尾推钢机负责将钢坯从辊道上推至固定梁上。这种推钢机行程不大，推力也不大，多采用液压缸驱动。本设计采用步进式端进料炉尾推钢机。〔1〕炉子宽度确实定主要根据坯料的长度确定：B=nl+(n+1)(9-1)式中：l—坯料长度(m)；n—坯料排列数；—料间或料与炉墙的空隙距离(m)；一般取0.2～0.3m。本车间生产所用的坯料最大长度为11m，采用单排加热，取0.3m，所以炉子宽度B=1×11+(1+1)×0.3=11.6m。取炉宽=12m。〔1〕炉子长度确实定炉子的长度分为全长和有效长度二个概念，有效长度是坯料在炉膛内所占的长度，而全长还包括从出料口到端墙的一段距离。炉子的有效长度的计算公式为：(9-2)式中：—炉子的生产能力〔kg/h〕—坯料宽度，m—加热时间(小时)—每根钢坯的重量〔kg〕加热时间，—透热深度，cm。代入数据得：=2.5h取有效长度49m，设置两个加热炉，每个加热炉有效长度取25m。炉子全长等于有效长度加上出料口到端墙的距离A，取A=2m。所以炉子全长。起重运输设备的选择起重运输设备包括起重机、辊道、运输小车以及各种运输设备。起重机〔天车、吊车〕主要用于车间原材料、成品、设备和部件的起重和运输。起重机的类型有桥式起重机、龙门式起重机、钳式起重机、磁力起重机及电葫芦等。在加工车间主要是桥式起重机，它有三种类型：双梁桥式起重机的起重量大，运动速度快；单梁桥式起重机起重量小，速度慢，通常在机修车间使用；但主梁式起重机结构新、重量轻、造价低。本车间采用双梁桥式起重机。主要参数①起吊重量主要由起吊最重物件的重量来决定，还应考虑由于车间产量提高而起重量增大的可能性，在确定起重量大小时还应考虑吊运工具的重量。②运行速度决定于其用途。检修换辊用的速度较低，而在成品仓库和原料仓库吊料用的起重机采用较高的速度。③工作制度按起重量、运行速度和使用频繁程度分为轻、中、重型三种。主电室的提升和运行速度要求较慢，宜选用轻型；相应的用于安装、维修用的采用中型；车间内各工序之间，成品库之间的起重机应选用重型工作制度。④台数确实定主要依据起重机实际工作负荷及作业率的大小来确定。根据现场经验确定，车间内每50米左右有一台起重机，即安车间总长度就可确定起重机的台数。〔3〕辊道的选择根据用途分以下几类：①工作辊道设置在轧机工作机座的前前方，靠近工作机座，参与轧制过程。②延伸辊道设置在工作辊道的末尾，只有在轧制的料延伸之后才起作用。③运输辊道主要作用是连接车间内设备之间、机组之间的轧制料的运送任务。④炉子辊道设置在炉前后以及炉底，作用是运送加热的料。⑤其它辊道。〔2〕辊道的技术参数①辊子直径D主要根据轧件的重量和要求及辊子的强度决定。②辊长L主要决定于辊道的类型及轧件的形状和大小。③节距t即两个辊子之间的距离，不能大于最小轧件长度的一半，以保证轧件的稳定性。④辊道速度v主要根据辊道的类型与其工作条件选主轧线上各组辊道特点：〔1〕每根辊道采用了单独传动的形式。〔2〕粗轧区的辊径较粗φ400～φ500mm的实心辊，精轧区和卷取区的辊径为φ300～φ350。〔3〕除了层流冷却辊道中的24个辊子采用通水内冷以外，其余辊子都采用分段式辊子底面喷水冷却。〔4〕辊道轴承座均采用干油集中润滑。〔5〕辊道的轴承座与其底座之间采用了较为可靠的定位键连接方式，以确保安装后每根辊道之间的平行度要求。除磷设备的选择由于坯料在加热炉中加热时生成了氧化铁皮，为了保证钢板的质量，在轧制前要将氧化铁皮除掉，否那么氧化铁皮压入钢板外表会形成麻点和凹坑。除鳞装置可分为平辊除鳞机、立辊除鳞机、和高压水除鳞箱。高压水除鳞装置不用机械设备对板坯进行压下，是通过板坯外表喷射高压水将氧化铁皮去除，水压为15～22Mpa。与辊式除鳞机相比，高压水除鳞装置结构简单，设备质量轻，去除氧化铁皮效果好。目前广泛采用的除鳞方法为立辊轧边后用高压水除去氧化铁皮。采用高压水除磷箱以及轧机前后设高压水喷头以除鳞，这种方法效果好，投资小，完全可以满足除磷要求。本设计参考新钢1580除磷装置采用二只高压水除鳞箱，一只装于粗轧机前用于除去板坯外表的一次氧化层，保证钢板外表质量。另一只装于精轧机之前用于去除带坯外表的二次氧化皮。除鳞箱由上、下箱体，上、下集管组成。喷水集管上，下各两根，除鳞箱设有挡水板将喷射水挡在箱内，另设有悬链装置及清扫喷咀，防止高压水飞溅，去除回落的氧化铁皮。保温装置的选择保温装置位于粗轧于精轧之间，用于改善中间带坯温度均匀性和减小带坯头尾温差。采用保温装置，不仅用于改善进精轧机的中间带坯温度，使轧机负荷稳定，有利于改善产品质量，扩大轧制品种规格，减少轧废，提高轧机成材率。中间的保温装置主要有保温罩和热卷箱。根据本车间的实际需要，选用保温罩。保温罩布置在粗轧机与精轧机之间的中间辊道上，一般由多个罩子组成，每个保温罩长4.5m，可根据现实需要进行增减。每个罩子均有升降盖板，通过倾翻液压缸控制保温罩的翻起与放下；可根据生产要求进行开闭。罩子上装有隔热材料，罩子所在辊道失密封的。剪切设备的选择切头飞剪安装于保温罩之后与精轧除鳞箱之间。目的是将进入精轧机的中间带坯的低温头尾端和形状不良的头尾端剪切掉，以便于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外表产生辊印。在带钢运行中进行横向剪切的剪切机称为飞剪机。板带车间的飞剪按用途可分为切头飞剪和定尺飞剪两大类。切头飞剪按结构可以分为曲柄式和滚筒式两种。滚筒式飞剪应用广泛，剪刃做简单的圆周运动，可以剪切运行速度较高的带钢。但是，剪切端口质量不好。曲柄式飞剪可以剪切厚度较大的钢带，剪切端口平整。剪刃做平面平移运动。结合本车间实际情况，主轧线上选用滚筒式飞剪。其特点是剪切速度为1.5～3m/s，剪切宽度1570mm，剪切温度900，最大剪切力12000KN。冷却设备的选择在现代热连轧带钢车间，在精轧机组后都有冷却水装置，快速冷却带钢，保证适宜的卷取温度，并得到机械性能良好的产品。热轧带钢冷却水装置有侧喷式、悬臂式和低压层流式三种。侧喷式和悬臂式的冷却水装置，有的是将水喷射成雾状，落在热钢的外表。由于雾状的水粒动能小，不能冲破热钢外表形成的蒸汽膜，因而不能有效的带走热钢外表的热量，冷却效果不好；有的是采用高压水冷却，高压水虽然动能增大，但是水和钢接触的时间极短，水的利用率低，也不能显著的提高冷却效果。并且高压水设备需要昂贵的费用。现代采用的低压层流冷却的方法得到良好的效果。其原理是利用低压吸管造成稳定下落的水柱，水柱具有较高的动能，高度安排恰当时，水柱接触带钢后，既不反跳也不散溅，而是从冲击点向四周流散，扩大冷却面积。因为水柱呈层流，且具有一定的动能，所以它能冲破热钢外表的蒸汽膜，使水流得到充分的利用，冷却效果显著提高。在本设计中，采用的冷却设备为低压层流冷却。卷取机的选择卷取机及钢卷收集装置，位于热带钢连轧机轧制线的末端，由卷取机入口侧导板、夹送辊、助卷辊、卷筒等设备组成。它的功能是将精轧机组轧制的带钢以良好的卷形，紧紧地无擦伤地卷成钢卷。这些设备工作的可靠性直接影响轧机的产量。本车间采用二台地下下卷取机，呈前后布置形式，二台卷取机轮流交替工作，以确保前面机组能力的充分发挥。钢卷收集装置包括推卷机、卸卷小车、翻卷机、运输机、打捆机等。由于热带钢连轧机产量的日益增加和品种规格的不断增多，对所用卷取机提出一下要求：卷取紧密而整齐的钢卷；提高咬入和卷曲速度；扩大卷取带钢宽度和厚度范围；能卷取高强度合金带钢；能在较低温度下卷取；能卷取单重大的钢卷。地下卷取机的结构及控制特点：〔1〕每台卷取机前配置有一套反响速度极快的液压侧导板，用以将要卷取的带材严格的控制在轧制中心线上，以防止卷取过程中出现“塔形〞卷。〔2〕采用了电液饲服阀控制的，具有框架式结构的液压压下夹送辊，能在其上下辊之间实现辊缝和恒压紧力的控制，从而确保在卷取过程中具有一个恒定的卷取张力。〔3〕在夹送辊的上下辊面上安装了在线抛光装置，确保辊面具有高的光洁度。卷取过程如下：由伺服液压系统控制的卷取机前侧导板进行对中，当带钢头部进入夹送辊时进行头部定位，3个助卷辊处于设定位置，卷筒直径为待卷直径。当带钢在卷筒上卷取头3～5圈时，助卷辊在卷取过程中根据带钢厚度进行踏步控制，以保证钢卷内圈不产生压痕；卷3～5圈后，卷筒涨到卷取直径，同时助卷辊翻开，卷取机在恒张力状态下卷取；当带钢卷到最后2～3圈时，1、3号助卷辊压下，带钢尾部通过夹送辊时进行尾部定位，使带钢尾部在钢卷下部位置。卷取后的钢卷经卸卷小车从卷取机卸卷并运至固定台架，由运卷小车将钢卷运至钢卷运输线，最后由钢卷运输线运往钢卷库或冷轧车间，在此过程中进行检查、称重、打捆、喷印。卷取最大速度：MAX21m/s，咬钢速度：MAX11m/s。本设计卷取平均速度取13m/s。卸卷方式可以分为上推卸卷、下推卸卷和卸卷小车卸卷三种。上推卸卷是推板在卷筒上方，将钢卷推出，落到托辊上。采用上推卷方式，因推板与卷筒之间存在一定间隙，推卷时里卷的钢带时常塞入，造成钢卷推成塔形，使推卷困难。当钢卷重心移出卷筒端时，可能发生卡卷。由于经常卸卷，卷筒外表磨损较快。下推卸卷那么刚好相反，推板在卷筒的下方推动钢卷。与上推卷比拟，除卷筒外表仍磨损较快外，其他方面大有好转。卸卷小车卸卷，是靠卸卷小车托住并往外移动移出钢卷，防止钢卷出现塔形，克服了前两种卸卷方式的缺陷，工作可靠，因此在现代的热带钢连轧机线上得到了广泛的推广。本设计中也采用卸卷小车卸卷。当钢卷需要检查时，托辊在液压马达驱动下，可使钢卷按要求进行正反转，在开卷时托辊正转〔顺时针〕，将钢卷外圈翻开，使钢卷头部进入取样剪，剪切带钢及将带钢送到辊道台进行外表检查。完成剪切带钢和检查带钢外表后，托辊反转〔逆时针〕将钢卷外圈重新卷好。5典型产品工艺计算下面以Q215的计算为例，详述其计算过程。5.1轧制方法确实定此车间采用粗轧和精连轧两个阶段轧制，即采用综合轧制方法，先在粗轧阶段轧制六道次，到达产品所需中间厚度25～50mm后，再在精轧机中连续轧制七道次。5.2粗轧阶段工艺计算5.2.1粗轧压下规程的制定制定压下制度的方法很多，一般有理论方法和经验方法。由于理论方法比拟复杂，理论公式本身也有误差，因此，在此选用经验方法，按经验分配压下量后，再进行校核及修订。经验方法简单易行，可通过不断修正最后到达合理化。粗轧阶段压下量分配原那么为：〔1〕粗轧机组变形量一般要占总变形量的70～85％；〔2〕为保证精轧机组的终轧温度，应尽可能提高粗轧机组轧出的带坯温度。因此，一方面应尽可能提高开轧温度，另一方面应尽可能减少粗轧道次和提高粗轧速度，以减少温降；〔3〕一般粗轧机轧出的带坯厚度为25～50mm；〔4〕第一道考虑咬入及坯料厚度偏差不能给以最大压下量，中间各道次应以设备能力所允许的最大压下量轧制，最后道次为了控制出口厚度和带坯的板形，应适当减小压下量。粗轧机组轧制六道次时各道压下量为：轧制道次123456相对压下量〔%〕15～2322～3026～3527～4030～5033～355.2.2校核咬入能力粗轧时咬入角一般为150～220，低速咬入可取为220。由80.9mm，故咬入不成问题。5.2.3轧制速度确实定可逆式轧制的速度图有两种类型：梯形速度图和三角形速度图。三角形速度图的生产率高于梯形速度图的生产率，但采用三角形速度图时，假设转速高于电机额定转速，那么允许的力矩要降低，当轧件较长时，还可能超过电机的最高转速。因此，粗轧机上轧制的前几道次，轧件较短，一般可采用三角形速度图；粗轧机轧长阶段道次及精轧机所有道次一般采用梯形速度图。粗轧阶段确定咬入转速时，应考虑咬入条件，即为改善咬入条件，可以降低咬入速度。当咬入条件不限制压下量时，咬入转速根据间隙时间确定。第一道待钢时，可以高速咬入，取速度为30rpm，其余各道间隙时间短，可低速咬入，取20rpm，为了节省轧件的返回时间，除最末一道的抛出速度可选用最高抛出速度及30rpm，其它道次的抛出速度都取较小值20rpm。本车间设计在满足咬入以及轧制条件时，设定轧制速度为恒定，取n=30转/分。5.2.4轧件在各道次中的轧制时间粗轧阶段轧件在每道中的道次轧制总时间tz由以下几局部组成：道次间隙时间t0〔它包括空转加速时间、空转减速时间和停留时间〕、匀速轧制时间t1即tz＝t0＋t1，它可以根据轧制速度计算出来。t1=L2/v(6-1)其中(6-2)式中：L2—为轧件轧后长度；D1—为工作辊的直径；n—轧辊转速。粗轧各道次的轧制时间〔单位s〕计算如下：；第一道次：t1=11794.87/1.7/1000=6.83s；取t0＝7，tf＝7+6.83=13.83s。第二道次：t2=15540.54/1.7/1000=8.99s；取t0＝7，tf＝8.99＋7＝15.99s。第三道次：t3=22772.28/1.7/1000=13.18s；取t0＝7，tf＝13.18＋7＝20.18s。第四道次：t4=35384.62/1.7/1000=20.48s；取t0＝7，tf＝20.48＋7＝27.48s。第五道次：t5=54761.9/1.7/1000=31.69s；取t0＝7