内蒙古科技大学毕业设计190万吨薄板坯连铸连轧带钢厂设计

内蒙古科技大学毕业设计说明书 I 190 万吨薄板坯连铸连轧带钢厂设计 摘要本设计以生产产品规格为 3.5mm 1550mmQ345B 钢为例，设计一个年产量为 190 万吨的 CSP 热轧薄板厂。设计内容主要包括兴建该厂的可行性分析、产品大纲的编制、产品平衡计算、主辅设备选择、以及生产工艺流程设计、轧制规程的计算、辊形设计和轧辊强度的校核、电机功率的校核、车间生产能力的计算、轧机工作图标的确定以及车间平面布置等内容。 参考其他已建厂的参数经验，指定产品大纲、确定压下规程，选择主要轧制设备，进行计算。 关键词： CSP 连 铸连轧 轧制工艺 强度校核 内蒙古科技大学毕业设计说明书 Design of 1900000 tons of thin slab continuous casting and continuous rolling strip mill Abstract The design specifications for production of product is 3.5mm1550mm Q345B steel as an example. Design a production capacity of 2.4 million tons production of CSP. Design features include the construction of the plant feasibility analysis, the preparation of the outline of the products, metal balance calculation,rolling determining the csale, products blance calculation,the mainequipments choice, the choice of auxiliary equipments. Economical and technical indicators of development an production process design, system temperaure, the speed of the system,cone unit rate calculation the calculation of rollling a point of order, roll strength checking, checking the electrical power, workshop production,the mill work chart to determine yhe plant layout an so on. Reterence other plant parameters of experience,the design products outline,selcet apoint of other to determine major reduction rolling equpments,calculation. Keywords: CSP Continuous casting and rolling Rolling progirss Strength check 内蒙古科技大学毕业设计说明书 I 目录摘要 I Abstract III 第一章 国内外薄板坯连铸连轧带钢厂的发展概况及新建薄板坯连铸连轧带钢厂的必要性与可行性分 2 1.1 国内外薄板坯连铸连轧带钢的发展概况 ii 1.2 新建薄板坯连铸连轧带钢厂的必要性与可行性分析 7 第二章 产品方案及金属平衡表的编制 10 2.1 产品方案的编制 10 2.1.1 产品方案的主要内容 10 2.1.2 编制产品方案时要注意以下个点： 10 2.1.3 产品方案表 10 2.2 金属平 衡表的编制 11 第三章 生产工艺流程的确定 13 3.1 生产工艺流程制订的依据 13 3.2.1 机架数目的确定 14 3.2.2 薄板坯连铸连轧带钢轧机轧辊尺寸及材质 15 3.3 轧钢机架间距及轧钢机与加热炉、卷曲机间的距离确定 17 3.4 板带钢产品技术要求、技术条件和 产品标准 17 第四章 轧机力能参数计算 24 4.1 确定变形制度 24 4.1.1 精轧压下量的分配 24 4.2 确定速度制度 25 4.2.1 各机架轧制速度的确定 25 4.2.2 各架轧机速度范围的确定 26 4.2.3 纯轧时间和间隙时间的确定 27 4.3 温度制度的确定 28 4.4 轧机咬入能力校核 32 4.5 各机架的前滑值计算及确定轧件的出口速 度 34 内蒙古科技大学毕业设计说明书 II 4.6 各机架轧制压力的计算 35 4.6.1 平均单位压力各参数值计算 35 4.6.2 轧制压力的计算 39 4.7 电动机传动轧辊所需力矩的确定 40 4.7.1 传动力矩的组成 40 4.7.2 轧制力矩 的确定 41 4.7.3 附加摩擦力矩的确定 42 4.7.4 空转力矩的确定 45 4.7.5 电机轴上总的传动力矩 46 4.8 轧制规程表的确定 47 4.9 轧制过程中主要参数的校核 47 4.9.1 电机能力的校核 47 4.9.1.1 等效力矩的确定 47 4.9.1.2 绘制轧机工作图表 49 4.9.1.3 电动机功率的确定 50 4.9.2 轧机的强度校核 51 4.9.2.1 板带轧辊的强度特点 51 4.9.2.2 轧辊的强度校核 54 5.1 轧机小时产量计算 60 5.2 轧钢机平均小时产量 60 5.3 轧钢车间年产量计算 61 第六章 主辅设备的选择及性能参数的确 定 63 6.1 主要设备的选择及性能参数 63 6.1.1 机架数目的确定 63 6.1.2 轧机技术性能参数 63 6.1.3 轧辊尺寸的确定 64 6.2 辅助设备的选择及性能参数 65 6.2.1 加热设备的选择 66 6.2.2 高压水除鳞箱的选择 69 内蒙古科技大学毕业设计说明书 III 6.2.3 活套支撑器的选择 69 6.2.3.1 热连轧带钢轧机精轧机组的生产特点 69 6.2.3.2 活套支撑器的作用 70 6.2.3.3 活套支撑器的类型 71 6.2.3.4 活套支撑器的工作特征 71 6.2.3.5 所选活套支撑器的参数 72 6.2.4 冷却设备的选择 72 6.2.5 卷取设备的选择 73 6.2.5.1 带钢生产工艺对卷取的要求 73 6.2.5.2 带钢卷取机的结构特点 74 6.2.5.3 带钢卷取机区的主要技术参数 74 第七章 车间平面 布置及仓库面积计算 78 7.1 厂房平面布置原则 78 7.2 金属流程线的确定 78 7.3 设备间距的确定 79 7.4 仓库面积的确定 80 7.5 其它设施面积的确定 81 7.5.1 操作台位置选择 81 7.5.2 主电室 81 7.5.3 运输通道的确定 81 7.6 轧辊堆放场地的确定 82 7.7 轧钢车间厂房和立面尺寸的确定 82 7.7.1 厂房跨度大小 82 7.7.2 柱距尺寸 82 7.7.3 吊车轨面标高 82 7.7.4 吊车型号选择 83 第八章 车间技术经济指标 84 参考文献 85 致谢 86 内蒙古科技大学毕业设计说明书 1 第一章 国内外薄板坯连铸连轧带钢厂的发展概况及新建薄板坯连铸连轧带钢厂的必要性与可行性分 1.1 国内外薄板坯连铸连轧带钢的发展概况 带钢广义上讲是所有以卷状作为交货状态的长度很长的扁平刚材，狭义的带钢主要指宽度较窄的卷板，即通所说的窄带钢和中宽带钢，又是尤指窄带钢。 通常将宽度 100 600mm 的带钢称为窄带钢。 600 1000mm 带钢称为中宽带。 1000mm 以上称为卷板。按照国 家统计局的统计分类指标， 600mm以下（不含 600mm）的卷板为窄带钢。 600mm 及其以上为宽带钢。 带钢按照加工方法分为热战带钢和冷轧带钢。按照宽度分为窄带和中宽带。按照钢的成分分为普带和优带。 带钢的用途及其广泛，主要使用在汽车工业、机械制造业、建筑工程、钢结构、日用五金等领域，是冷轧带钢、冷弯型钢、焊接钢管等钢材的原材料。 1983 年，漏斗结晶器的构想出现，使得通过浸入式水口浇铸薄板坯成为可能，这成为薄板坯连铸新技术的开端。从 1985 年起，设备供应商西马克公司（ SMS），即现在的西马克 -德马格公司（ SMSDemag）与蒂森钢铁公司（ ThyssenStahl）合作，在德国的 Buschhutten 成功运行了一座中型试验厂。但是，第一台使用漏斗结晶器、隧道炉和紧凑型热带钢轧机的 CSP薄板坯连铸机是 1989 年在美国纽柯公司投入运行的。 1987 1989 年，曼内斯曼德 马 格和 HKM 合作，在德国开发了双流 ISP 连铸机。随后，于 1990年与合作伙伴阿维迪（ Arvedi）在意大利的 ATA 厂进行了浇铸试验，并于1992 年在阿维迪的克利蒙娜（ Cremona）建成了 ISP 厂。奥联钢（ VAI）也于 1988 1989 年间在瑞典采用了薄板坯连铸技术，生产高合金含钼钢。 1987年，达涅利（ Danieli）根据在意大利乌迪内（ Udone）短流程钢厂进行的试验，宣布了自己的薄板坯连铸机概念。比利时的 ALZ 与西马克公司合作，在 1989 1991 年间，获得了关于 不锈钢 薄板坯连铸的经验。迄今为止，这种新的连铸连轧工艺仍在发展之中。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 2 1986 年德国施罗曼西马克公司在自己的铸钢车间建立了 1 台采用 “漏斗型 ”结晶器的立弯式薄板坯连铸机 ,并以 6 m/ min 的拉速成功地生产出 50 mm 1 600 mm 的薄板坯 , 该技术简称 CSP 。几乎同时 ,德国曼内斯曼 德 马 克 公 司 ( MD H ) 于 1987 年采用改进的超薄型扁形水口和平板直弧形结晶器以 4.5 m/ min 的拉速成功地生产出 60mm900mm 和 70 mm 200 mm 的 1 薄板坯 ,该技术简称 ISP。奥钢联于 1988 年在对 瑞典阿维斯塔的传统连铸机进行改造时 , 采用薄平板型结晶器及薄型浸入式水口浇出第 1 块厚度 为 70 mm 的不锈钢薄板坯 , 该技术简称 CON2 ROLL 。 1989 年 6 月世界上第 1 条薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公司的克劳福兹维尔厂建成投产 ,采用 SMS 的 CSP 技术 ,年产 80 万 t。 连铸机设计为典型的立弯式（ VSB），其冶金长度约为 9.2m，有 5 个扇形段，可浇铸厚度为 60mm 的连铸坯，拉速为 5.1m/min。典型的漏斗结晶器可使用椭圆形的浸入式水口，其厚度和传统流程所用水口的厚度相当。在浸入式水口和结晶器之间有足够的空间。使用电磁制动（ EMBr）技术控制弯月面区域钢流的冲击和穿透深度。从第 2 扇形段开始进行液芯压下，可在 10mm 的范围内无级调整连铸坯的厚度。在凝固终点附近区域的第 35 扇形段，对连铸坯实行 1.5mm 的动态软压下。这可以在不对连铸坯窄面进行变形的情况下，减少中心疏松。 薄板坯进入加热炉时的温度为 900 1000 ，辊底式加热炉的总长度为240m。设计加热炉的目标是使板坯加热和温度均匀， 在板坯长度、高度和厚度方向的温差约为 10 。在新的 CSP 加热炉的尾部，薄板坯要在最大压力为 400bar 的情况下进行除鳞，然后运到原有的粗轧和精轧机之前的步进梁式加热炉。原有的热轧机根据即将生产产品的要求进行了现代化改造。根据上述新老设备的布局，可按产品的要求，进行所谓的 “混合轧制 ”。 混合轧制，所谓混合轧制是指在一次轧制作业中，既可以轧制来自新的 CSP 连铸机的加热炉的薄板坯，也可以使用来自板坯堆场的厚板坯，当然轧制前要在原有的一个加热炉中先对厚板坯进行加热。薄板坯只在粗轧机经过一次不可逆轧制，而厚板坯仍采 用传统方式轧制。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 3 近两年，我国已建成的薄板坯连铸连轧生产线的有关创新优化工作，围绕着全流程的生产工艺稳定、产品质量稳定、新产品开发、冷轧基板性能控制和充分发挥流程潜能、实现高效化生产等方面深入展开；同时，陆续建成投产的生产线也实现迅速达产、努力增效，我国薄板坯连铸连轧领域不断创造新的世界纪录。到 2006 年上半年，我国已有珠钢、邯钢、包钢、鞍钢、马钢、唐钢、涟钢、本钢、通钢、济钢、酒钢、唐山国丰 12 家钢铁企业的 13 条薄板坯 (包括中薄板坯 )连铸连轧生产线相继投产，产能约为3500 万吨年。这 13 条薄板坯连铸连 轧生产线的连轧机组的配置均采用了目前最先进的机型配置， CSP 线连轧机组全部采用 CVC 轧机， FTSR 线连轧机组采用 pc 轧机在后两架采用在线磨辊系统 ORG， ASP 线连轧机组的后四架则采用 WRs 轧机，先进的轧机配置和控制系统为热轧板带的板厚和板形高精度控制提供了有力的保证。预计 5 年内，我国的薄板坯连铸连轧生产线可能将达到 15 条，产能将突破 4000 万吨年，其产能将占我国热轧板卷产能的 30以上，薄板坯连铸连轧生产线将占世界的近 30。薄板坯连铸连轧工艺实现生产高效化。 2006 年年初，唐钢在薄板坯连铸连轧 生产线的高效化生产上取得突破，其 FTSR 线 2005 年产量首次突破 300 万吨大关，达到年产 301.123 万吨带卷， 2005 年 12 月份产量超过 27.23 万吨，树立了薄板坯连铸连轧生产线钢材生产史上的一个新的里程碑。 包钢 CSP 生产线通过高效化生产的技术开发， 2005 年产量达到 288.4万吨，在高效精炼、连铸、轧制技术和全流程高效快速节奏生产技术体系方面总结开发出 19 项主要技术措施和诀窍，开发了薄板坯无缺陷浇注、 cSp连轧过程控制轧制、控制冷却、钢板性能稳定与均匀性控制等先进技术，最高连浇炉数达到 28 炉 浇次，最高单浇次产量为 4865.2 吨浇次，平均连浇炉数为 21.1 l 炉月，连铸机作业率为 90，轧机作业率大于 80，漏钢率小于 O.085，综合成材率达 98.0。 另外，邯钢和涟钢的 CSP 生产线在 2005 年产能也分别达到 259.6 万吨和 241 万吨。 2005 年年底投产的通钢 FTSR 线，仅一个月就实现了月产量超过设计生产能力的水平。鞍钢、包钢、唐钢、邯钢等企业的薄板坯连铸内蒙古科技大学毕业设计说明书 4 连轧生产线都创造了单流或双流连铸月无漏钢的纪录，鞍钢、包钢均达到轧机年作业率超过 80的高水平。我国薄板坯连铸连轧概况见表 1-1： 【 1】 表 1-1 我国 15 条薄板坯连铸连轧生产线的主要工艺参数和产能 序号 企业 生产线型式 连铸机 轧机组成 薄板坯规格（厚宽） /mm 产品规格（厚 宽） /mm 设计年产量 /万 t 投产期 1 珠钢 CSP 2 流 6 （ 5060） （ 10001380） 1.212.7（ 10001380） 180 1999. 08 2 邯钢 CSP 2 流 1+6 （ 6070） （ 9001680） 1.020.0（ 9001680） 246 1999. 12 3 包钢 CSP 2 流 6 （ 7090） （ 98001560） 1.020.0（ 98001560） 200 2001. 08 4 唐钢 FTSR 2 流 2+5 （ 5060） （ 85001680） 0.812.7（ 85001680） 250 2002. 12 5 马钢 CSP 2 流 7 （ 5090） （ 9001600） 0.812.7（ 9001600） 200 2003. 09 6 涟钢 CSP 2 流 7 （ 5070） （ 9001600） 0.812.7（ 9001600） 200 2004. 02 7 鞍钢 ASP(1700) 2 流 2+6 （ 100135） （ 9001550） 1.58.0（ 9001550） 250 2000. 07 8 鞍钢 ASP(2150) 4 流 1+6 （ 100150） （ 10002000） 1.519.0（ 10002000） 400 2005 9 本钢 FTSR 2 流 2+5 （ 7090） （ 8501750） 0.812.7（ 8501750） 280 2004. 11 10 通钢 FTSR 1 流 2+5 （ 7090） （ 9501560） 0.812.7（ 9501560） 140 2005. 12 11 酒钢 CSP 2 流 6 （ 5070） （ 85001680） 0.812.7（ 85001680） 200 2005. 05 12 济钢 ASP(1700) 2 流 1+6 （ 100150） （ 9001600） 1.512.7（ 9001600） 250 2006. 11 13 武钢 CSP 2 流 7 （ 5090） （ 9001600） 0.812.7（ 9001600） 250 2009. 02 14 梅钢 FTSR 2 流 2+5 （ 7090） （ 9001560） 1.06.35（ 9001560） 250 15 国丰 ASP(1450) 2 流 1+6 （ 130170） （ 6001300） 1.212.7（ 6001300） 200 2004 合计 31流 3496 内蒙古科技大学毕业设计说明书 5 薄板坯连铸连轧已形成了各具特色的生产工艺，如 CSP、 ISP、 FTSR、CONROLL、 TSP、 QSP 等。其中推广应用最多的是 CSP 工艺。各种薄板生产技术各具特色，同时又相互影响、相互渗透，并在不断的发展和 完善。下表是几种薄板坯连铸连轧技术的现状。见表 1-2。 【 2】 表 1-2 几种薄板坯连铸连轧技术 工艺 CSP ISP FTSR CONROLL 开发公司 西马克 德马克 达涅利 奥钢联 连铸机型式 立弯式 直弧式 直弧式 直弧式 结晶器 漏斗型，上口170mm，长1100mm，漏斗， 700mm 平板直式，全弧 -直弧，小漏斗 H2 凸透镜漏斗型，上口180mm，长1200mm，全长漏斗型 平板直形，长约900mm 连铸机弧形半径， m 顶弯半径 33.25 5 6 5 5 连铸机冶金长度， m 6 9.7 11 15.1 15 14.6 液芯压下 未采用 -采用 最早采用 采用动态软压下 未采用 最大拉速，m/min 6 5.6 6 5.6 6 3 3.5 坯厚， mm 40 50（ 80） 45 70（ 90） 35 70（ 90） 75 125（ 150） 粗轧机架数 必要时设置 1-2 架 1-2 架 2 架 均热炉型式 隧道式 感应加热 +卷取箱或隧道式 隧道式炉 +保温辊道 步进梁加热炉 精轧机架数 5 7 架 4 5 架 5 6 架 6 架 产量 单流 万 t/a 双流 80 150 50 150 70 150 110 180 200 240 约 200 180 250 220 300 产品 最薄 mm 最宽 1.0 0.8 0.7 0.8 1.2 1680 2600 1800（ 2300） 1560- 生产钢种 低碳钢、结构钢、管线钢、弹簧钢、工具钢、硅钢、不锈钢 深冲钢、结构钢、高碳钢、管线钢及不锈钢 低碳钢、超低碳钢、包晶钢、中碳钢、高碳钢、合金钢、高强度低合金钢、硅钢及不锈钢 深冲钢、超深冲刚、合金结构钢、高强度低合金钢、管线钢、硅钢及不锈钢 内蒙古科技大学毕业设计说明书 6 先进装备技术水平带来产品优质化诸多 实践证明，采用薄板坯连铸连轧生产线生产薄规格和超薄规格热轧带钢，较传统热带轧机具有独特的优势。在薄板坯连铸连轧生产流程中，经过 辊 底式炉升温和均热的薄板坯温度。可达 1100 1150 ，高于传统轧机中间带坯的温度，而且薄板坯沿宽度和长度方向的温度都很均匀，是轧制薄规格和超薄规格热带的有利条件，完全有条件实现部分以热带冷，如生产薄规格集装箱板、热轧镀锌板、热轧酸洗板以及部分热轧深冲板等等。 近几年，国内外一些薄板坯连铸连轧生产线利用装备与技术优势，通过在钢水成分控制、连铸与加热工艺优化以及在精轧机组的 轧制规程采取一系列控制技术和措施，纷纷实现了薄规格和超薄规格热带的批量生产。珠钢 CSP 线已成功轧出 0.98 毫米薄带产品，厚度 2.O 毫米的热轧薄规格集装箱板带高达 50左右；唐钢和涟钢也已分别成功轧制出 0.8 毫米和 0.78毫米超薄规格带材。 利用半无头轧制工艺生产超薄规格热带产品是薄板坯连铸连轧生产线的一大优势。涟钢在 CSP 线设备调试和试生产期间，进仟了大量的半无头轧制试验，坚持应用半无头轧制技术批量生产薄规格产品，实现了 269 米长坯 (切分 7 卷 )生产 0.78 毫米产品的历史性突破。唐钢 FTSR 线进行了 连铸坯长 30 米到 138 米的 1 分割到 4 分割、最薄规格 1.4 毫米的半无头轧制试验，取得了初步成功并积累了宝贵经验。 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，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。近两年，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。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 7 1.2 新建薄板坯连铸连轧带钢厂的必要性与可行性分析 薄板坯连铸连轧生产工艺是 20 世纪 90 年代世界钢铁工业发展的一项重大新技术 ,以其投资省 、 成本低 、节能降耗 、高效的优势 ,得到迅速的发展。近年来 ,随着对薄板坯连铸连轧技术研究的深入 ,其工艺 、 设备和自动控制等方面技术不断发 展 。 薄板坯连铸连轧技术由最初的与电炉匹配发展为与高炉 转炉流程匹配生产 , 不再受废钢和电力的限制。因转炉所提供的钢水质量得到改善 ,铸机产量和铸坯质量得到提高 ,所能生产的产品品种进一步扩宽 , 从只能生产简单的几个品种发展为可以生产双相钢 TRIP 钢 , 近年来还可以生产无取向电工钢。开发出的薄板坯连铸连轧超薄带生产技术即半无头轧制技术 , 其产品厚度可望达到 0.6 0. 8 mm，能够部分取代传统的冷轧材料。采用铁素体轧制技术 , 避免在 相变时两相区轧制 ,从而避免了带钢力学性能的不均匀和厚度变 化。在薄板坯连铸连轧工艺中 , 热连轧是决定规模和投资的主要因素 , 充分发挥热连轧机组的能力是整个工程建设的要点之一 , 炼钢炉、炉外精炼装置、薄板坯连铸机及铸机与轧机间的缓冲 、 衔接装置的设计、选择应以充分发挥热连轧机组的效率为主要前提。 薄板坯连铸连轧技术的工艺特点是 : 整个工艺流程是由炼钢 ( 电炉或转炉 ) 炉外精炼 薄板坯连铸 物流的时间节奏与温度衔接 热连轧 5 个单元工序组成 , 将原来的炼钢厂和热轧厂紧凑地压缩 ,有机地组合在一起 ； 在整个工序流向硅钢的优势也十分明显 , 主要表现在铸坯快速凝固 ,第二相析出物细小、均匀 ,并可实现较低的铸坯加热温度 ,目前国内生产上述各钢种的厂家不多 ,且水平有待进一步地提高 。 生产线非常紧凑，建设投资少，生产时热量损失低，节能降耗，采用液芯压下和固液两相轧机可以得到晶粒更细、中心编忻更少的带坯，从而获得良好的韧性。由于操作连续、轧制条件恒定，中间坯形状良好，加之采用克雷莫纳炉减少带钢头尾温度差，成品质量良好。 世界现有热轧板带轧机约 160 余台套，总生产能力约 3.4 亿 t/a。这些轧机大多数是以连铸板坯为原料 (200250 mm)。其中，采用半连轧工艺的 轧机 70 余台套，采用全连轧工艺的轧机 60 余台套，采用炉卷工艺的内蒙古科技大学毕业设计说明书 8 轧机 30 余台套。已建和 准备建设采用薄板坯连铸连轧工艺的轧机约 30 台套，其中美国 7 台套，欧洲 5 台套，亚洲 15 台套，中国 3 台套。薄板坯连铸连轧工艺由于其流程短、投资较低、能耗低、劳动生产率高等特点，受到国际钢铁界的普遍重视。自 1989 年第一套生产设备投产以来，其推广应用的速度很快，截止 2001 年 12 月，全球已建立了 36 条生产线， 54 流， 共其生产能力到了 5500 万吨 /年， 其中包括 CSP， ISP， FTSR，CONROLL 等工艺。 由于布置紧凑、设备重量轻、流程短、 占地少、能源和动力消耗少，因此运行成本低；可应用半无头轧制技术，批量生产超薄规格热带，实现以热代冷；生产一般用途板材和超薄带钢有较强的市场竞争力。 薄板坯连铸连轧生产线，目前其产品只能覆盖板材品种的 70% 80%，汽车和家电面板、超深冲板、部分高碳钢板和奥氏体不锈钢等还处于研究阶段。鉴于此，世界上已投产的 40 多条薄板坯连铸连轧线，中低档产品约占 80% 。总体上看：缩短了生产周期 (仅为常规流程的 1/6)；减少厂房面积和设备重量 (仅为常规流程的 2/3 1/3)；降低加热能耗 (比常规流程的 800 C 热装节能 1/3)；提高劳动生产率 (作业时间从常规流程的 5 小时缩短到 0.5 小时，人员仅为常规流程的 13%)；降低投资成本 (可减少 50%以上 )；可进行钢种和质量要求不同的小批量生产；凝固速度快，板坯铸态组织细而致密，避免了中心疏松，改善了钢材质量，也可通过快速凝固创出新材质；使生产一些难轧制材料薄板成为可能。因此，薄板坯连铸连轧技术是 21 世纪保持钢铁行业竞争能力的强有力手段之一。 包头地区在全国冶金行业中占有得天独厚的资源，包头北面有丰富的以铁、稀土 为主的多元素共生铁 -白云鄂博铁矿和公益民铁矿。白云鄂博铁矿不仅铁矿石储量极大，而且稀土的工业储量占全国总储量的 95%，约占世界储量的 77%，居世界首位，铌的储量仅仅次于巴西，居世界第二位。同时，这里有包兰、包神、包白、京包铁路干线， 110 国家级公路，多条省级公路。铁路公路交通四通八达，为薄板坯连铸连轧带钢的坯料和产品的运输提供了极大的便利。在包头西南有我国的第二大河流 -黄河，能够为厂区提供充足的工业和生活用水。这里还有亚洲最大的火电厂 -达拉特火内蒙古科技大学毕业设计说明书 9 电厂及乌海煤矿、神府煤田，都能够为薄板坯连铸连轧带钢 厂的建立和生产提供源源不断的能源。现在，利用我国实施 “西部大开发 ”有力时机，在包头建立一座年产 190 万吨的薄板坯连铸连轧带钢厂是必要的、可行的。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 10 第二章 产品方案及金属平衡表的编制 2.1 产品方案的编制 轧钢车间工艺设计首先要从拟定车间产品方案开始，有了产品方案就可以进一步选择轧机，确定工艺流程，选择主辅设备等等。产品方案是设计任务书的主要内容之一。 2.1.1 产品方案的主要内容 1） 车间生产的钢种和生产规模。 2） 各类产品的规格及原料规格。 3） 各类产品的数量和其在年产量的比例 。 2.1.2 编制产品方案时要注意以下个点： 1）满足国民经济发展对产品的需求，特别是要解决某些短线产品的供应和优先保证最重要的国民经济部门对产品的需求； 2）考虑产品的平衡，即是说，要考虑各种产品在全国范围内的平衡和各地区内的平衡问题，以及可能出口的问题； 3）考虑轧机生产能力的充分利用和建厂地区的合理分工； 4）考虑建厂地区资源及钢的供应条件，物资和钢材等的运输条件； 5）根据当前技术上的可能性，逐步解决产品品种规格的更新问题，力争做到产品结构和产品标准的现代化。 2.1.3 产品方案表 本设计题目是以 包头地区为条件，以钢种为 Q345B 的连铸坯轧制带钢，产品规格为 3.5mm1550mm。考虑到产品的进一步利用，尽量减少钢材的损失，特制定以下的产品方案，见表 2-1。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 11 表 2-1 产品方案表 编号 钢种 代表钢号 原料规格mm 产品规格mm 产量万 t 所占比例 % 1 低合金高强度钢 Q345B 651550 3.51550 9.5 5 2 低合金高强度钢 Q345B 651550 3.71560 10.3 7 3 低合金高强度钢 Q345B 701550 4.01560 5.7 3 4 管线钢 X42 701350 4.01300 15.2 8 5 管线钢 X42 701550 4.51500 10.3 7 6 汽车结构钢 BG510L 651350 3.01250 19 10 7 汽车结构钢 BG510L 651400 3.51300 19 10 8 碳素结构钢 Q235 701300 5.01200 28.5 15 9 碳素结构钢 Q235 701550 5.51500 11.4 6 10 桥梁用结构钢 16Mn 701300 5.51300 15.2 8 11 桥梁用结构钢 16Mn 701550 6.01500 19 10 12 建筑结构板 SN400 701550 5.01500 20.9 11 2.2 金属平衡表的编制 金属平衡表的内容包括产品方案中每种产品的原料重量、烧损、切损、轧废、的比例、成品重量、金属消耗系数、成材率等问题。 1）金属消耗系数是轧钢生产中最主要的消耗，通常占年产品成本的一半以上，因此降低金属消耗对节约金属、降低产品成本有重要的意义。金属的消耗通常以金属消耗系数表示，其计算公式为： K=W/Q（ 1） 式中 K 金属消耗系数 W 投入坯料重量 Q 合格产品的重量 2）烧损：烧损是金属在高温下的氧化损失。它包括坯料在加热过程中生成的氧化铁皮和轧制过程中形成的二次氧化铁皮，据估计轧钢生产过程中金属一次加热和轧制的氧化损失一般在 20%左右。 3）切损：切损包括切头、切尾、切边和由于局部质量部合格而必须切内蒙古科技大学毕业设计说明书 12 除所造成的质量损失。据现场经验数据，热轧带钢切损一般在 0.01% 0.1%。 4）轧废：轧废是由于操作不当、管理不善或者出现事故所造成的废品损失。生产中除以上 损失外，还有取样、检验、混号等造成的金属损失，但数量非常少。合理确定以上内容是正确确定工艺流程的重要依据。 根据产品方案及现场调查结果，制订以下的金属平衡表，见表 2-2。 表 2-2 金属平衡表 编号 产品 mm 原料重量 t 成 品 重量万 t 烧损 % 切损 % 轧废 % 成材率 % 金属消耗系数 % 1 3.51550 26.69 9.5 1.00 0.70 0.20 98.1 1.02 2 3.71560 25.62 10.3 1.50 0.80 0.30 97.4 1.03 3 4.01560 25.81 5.7 1.80 0.60 0.20 97.4 1.03 4 4.01300 25.5 15.2 1.00 0.60 0.20 97.2 1.03 5 4.51500 25.51 10.3 1.30 0.70 0.40 97.6 1.02 6 3.01250 26.38 19 1.20 0.90 0.30 97.6 1.02 7 3.51300 25.38 19 1.00 0.80 0.10 98 1.02 8 5.01200 29.07 28.5 1.20 0.70 0.20 97.9 1.02 9 5.51500 29.63 11.4 1.30 0.80 0.20 97.3 1.03 10 5.51300 28.5 15.2 1.00 0.70 0.20 97.1 1.0 11 6.01500 29.38 19 1.20 0.60 0.20 98 1.02 12 5.01500 28.32 20.9 1.30 0.70 0.30 97.7 1.02 内蒙古科技大学毕业设计说明书 13 第三章 生产工艺流程的确定 制订生产工艺过程的首要目的是为了获得符合质量要求的产品，其次要在保证质量的基础 上追求轧机的高产量，并能够降低各种原材料消耗，降低生产成本。 3.1 生产工艺流程制订的依据 尽管由若干工序组成的产品生产过程是复杂的，但工序的取舍不是任意的。工艺设计的任务就是要掌握制订工艺过程的原则，正确选择工序内容和确定各个基本工序的主要参数，以达到获得产量高、质量好、消耗低的目的。 制订工艺过程的主要依据是： 1）产品的技术条件：即产品的几何形状、尺寸精度、钢的内部组织与性能及表面质量等要达到的某种要求。 2）钢种的工艺加工性能：钢的加工工艺新跟那个包括了钢的而变形抗力、塑性、导热性、及形成缺陷 的倾向等内容。它反映了金属在加工过程中和难易程度决定并影响了我们对金属采用何种加工方式和方法，决定并影响了我们选择工序内容和确定工艺参数。 3）生产规模的大小：一般生产规模包括企业规模的大小和品种批量的大小，企业规模的大小决定了生产过程中采用热锭作业还是冷锭作业的问题，是一次成材还是二阶段生产的问题。批量的多少主要反映在选取设备的技术水平。成品成本的高低上，而对产品的工艺过程无显著的影响。 4）产品成本：成本是生产效果的综合反映，是各种伊苏影响的结果。一般钢的加工工艺性能越差，产品的技术要求越高，其生产工艺 过程必然就越复杂，生产中的各种消耗就越高，成品成本必然会相应提高。反之，成本下降。 5）工人的劳动条件：工艺过程中采用的工序必须保证生产安全，不危机劳动者的身体健康，不造成环境污染，上述制订工艺过程的各项依据是相互联系、相互影响的，在确定工艺过程时应综合考虑。 3.2 车间布置形式 内蒙古科技大学毕业设计说明书 14 根据产品规模的大小，轧机的布置形式有半连续式、 3/4 连续式和全连续式几种。 1）半连续式：粗轧机由 12 架可逆式机座或一架不可逆式机座组成。其优点是机座数量少，作业线短，允许坯料规格和轧制道次数有较大的变化范围且投资较少，适用多 品种生产；其主要缺点是粗轧机机组的轧制时间长，粗轧机组的能力无法充分发挥，产量低。 2） 3/4 连续式：它是在发展全连续式的同时，在半连续的基础上改进了的布置形式，即在半连续式的一架或两架可逆式轧机后，增加一组双机座连轧机组，这样使粗轧机得到了充分的利用，并比全连续式减少设备和厂房面积，生产比较灵活，兼有全连续式轧机和半连续式轧机的优点。 3）全连续式：每架轧机轧制一道，全部为不可逆轧制。其优点是产量高，带钢头尾温差小，操作简单，易于实现自动控制，但投资大，品种较稳定，适合于大批量生产。 【 3】 3.2.1 机 架数目的确定 轧钢机机架数目的确定与很多因素有关。主要有：坯料的断面尺寸、生产的品种范围、生产数量的大小、轧机的布置形式、投资的多少以及建厂条件等因素。但在其他条件既定的情况下，主要考虑轧机的布置形式。 根据包钢的现场资料可确定本设计中不设粗轧机，由 6 台四辊式 CVC精轧机组成，并且预设 7F 机架。以上所说的车间布置形式主要根据粗轧到此确定，而薄板坯连铸连轧不需设置粗轧道次。钢水通过连铸机形成连铸坯经过一系列程序后，在串联布置的均热、轧制两个跨间内，主要设备有 2座直通辊底式加热炉、 1 台事故剪、 1 台高压水除磷机、 一台立辊轧边机、F1 F6 高刚度热带刚连轧机组、温度厚度宽度自动检测仪， 2 台地下卷取机和层流冷却装置。其中辊底式加热炉由德国 LOI 公司设计，国内制造完成， F1 F6 高刚度热带刚连轧机组由德国 SMS 公司设计，部分国内制造，主电机和传动控制装置全部由德国 SIMENS 公司引进。为了保证带钢产品的尺寸精度和平直度， 6 架轧机均采用了高刚度机架，各机架均装备有 CVC工作辊横移系统， WRB 液压弯辊系统， AGC 厚度自动控制系统， HGC 液压辊缝控制系统， ALC 自动活套控制及 PCFC 板型凸度平直度测试控制系内蒙古科技大学毕业设计说明书 15 统。整条生产线采用全 交流传动系统，连轧机组各机架主电机全部采用 AC电机，主传动采用可控硅交交变频调速系统，它具有电机单机容量大，控制性能好，效率高，维护简便等优点。 目前，在 CSP 线连轧关键技术中，均热采用直通式辊底隧道炉，冷却采用层流快速冷却技术，而且 CSP 线轧机的布置与传统生产线不同，精轧机组与均热炉紧密衔接，采用大压下和高刚度轧机轧制等，这是现代薄板坯连铸连轧的工艺特点之一。直通式辊底隧道炉可以保证坯料头尾无温降差，因而不需要采用类似于带钢边部加热、提速或中间机架冷却的修正措施来均匀板坯温度；层流快速冷却可保证薄板在长 度及宽度方向上温度均一，抑制微合金元素的固溶状态，实现薄板中这些元素的化合物微细弥散析出，有利于相变细化和组织强化。下面是 CSP 的工艺流程，见下图： 图 3-1 CSP 生产线生产流程 3.2.2 薄板坯连铸连轧带钢轧机轧辊尺寸及材质 在轧制过程中，轧辊是其重要的组成部分。轧辊的主要参数是辊身直高炉 铁水预脱硫 铁 水 预 处 理站 100t 铁水罐、镁基脱硫 210t 复吹转炉 210t 钢水包 扒渣 高位料仓 钢包精炼炉 钢包回转台 计量、称重 中间包 长水口 漏斗形结晶器 侵入式水口 铸坯导向、喷淋冷却液芯压下 铸坯顶弯 弧形导向拉矫 液压 摆式切头剪 直通辊底式均热炉 事故飞剪 高压水除磷 液压压下立辊轧边 F1-F6 精轧机组 温度、尺寸、板型、平直度控制 层流冷却 地下卷取机 钢卷检查 称重、打捆、喷印 钢卷冷却堆放外销 内蒙古科技大学毕业设计说明书 16 径和长度。对我们此次设计的轧机而言是以包钢薄板坯连铸连轧厂的现场数据为依据可知，四辊轧机支撑辊直径的选择取决于轧辊强度、刚度条件，与辊身长度也有关。为了缩 小产品公差，提高轧机刚度，支撑辊辊身长度与直径的比例逐渐缩小。工作辊辊身辊径的选择考虑咬入、轧辊的扭转强度、弯曲强度、工作辊与支撑辊间的压力分布的均匀性、轧辊的使用寿命、直径对轧制压力的影响和轧辊的弹性压扁等。 在决定轧制直径的同时，必须注意不同轧制情况下咬入角的允许值和压下量与辊径之间的比值，以保证轧件的顺利咬入，一般选在 15 25，另外也要考虑接轴的传动情况和轧辊最大限度的使用效率，以节省轧辊的储备和消耗，并有较少的换辊时间。 在辊身长度和辊径的比值中可知： K=L/D （ 3-1） 式中 L 轧辊辊身长度 D 轧辊直径 K 系数 系数 K 是反映轧机结构特点的重要参数。当辊径相同时， L/D 值不同时，在相同的轧制压力作用下轧辊所承受的弯曲应力不同。 L/D 值大，则轧制时轧辊承受较大的弯曲应力，而轧辊强度起着限制作用。因此，只能轧制断面较小的钢材；反之， L/D 值小，就能轧制断面尺寸较大的钢材。另外，L/D 值小，轧机的刚性增加，为提高轧制产品的精度和生产 轻型、薄壁钢材提供了可能。 在轧辊材质方面，考虑到轧制的强、硬度和产品表面质量要求选定工作辊 F1 F4 为高合金铸铁， F5 F6 为无限冷硬铸铁。支撑辊为复合浇铸合金铸钢。轧辊形状上采用呈 S 型的 CVC 轧辊，采用液压平衡系统平衡换辊。轧辊的选定情况见下表： 【 4】 内蒙古科技大学毕业设计说明书 17 表 3-1 各架轧机机座的轧辊选定情况（单位： mm、 HSC） 机架 轧辊的最小、大直径 辊身长度 轧辊材质 辊身硬度 辊径硬度 F1F4 工作辊 720 800 1950 高合金铸铁 75 82 38 45 支撑辊 1350 1500 1750 复合浇铸合金铸钢 55 60 30 40 F5 F6 工作辊 540 600 1950 无限冷硬铸铁 75 82 38 45 支撑辊 1650 1500 1750 复合浇铸合金铸钢 55 60 30 40 3.3 轧钢机架间距及轧钢机与加热炉、卷曲机间的距离确定 根据轧辊尺寸及现场和有关文献可初定轧钢机架间距为 5.5 米，加热炉到轧钢机的距离考虑到各运输辊道的长度以及除磷机的距离和对温降的影响，再根据现场经验，结合厂房柱距模数确定为 15.5 米。根据现场经验数据确定最末一架精轧机到卷曲机的距离为 67 米，其中包括 53 米的层流冷却。 3.4 板带钢产品技术要求、技术条件和产品标准 钢材的技术要求是为了满足使用上的要求对钢材提出的必须具备的规格的技术性能，它是由使用单位按用途的要求提出的，再根据当时生产技术水平的可能性及生产经济性来判定的，并随着生产技术的发展不断提高。 此次设计的钢种为 Q345B， Q345B 属于低合金结构钢，他的化学成分及力学性能指标列于表 3-2 中： 内蒙古科技大学毕业设计说明书 18 表 3-2 Q345B 化学成分及力学性能指标 牌号 化学成分 力学参数 C Si Mn P S 屈服点 抗拉 强度 Q345B 0.20 0.55 1.001.6 0.04 0.04 345 470 630 （ 1） 坯料条件： 厚度公差： 980 1250mm 0 6mm 1250 1560mm 0 8mm 长度公差： 6 48m 0 30m 宽度公差： 50mm、 65mm 1.5% （ 2） 成品规格标准： 厚度范围： 1.2 20.0mm 宽度范围： 980 1560mm 最大带卷重量： 28t 最大单位卷重： 18Kg/mm 带卷直径： 1000 1950mm 大部分产品参照国家标准，如下： 【 5】 1. 其热连轧带钢产品公称尺寸标准见表 3-3、 3-4、 3-5： 表 3-3 带钢的公称厚度标准（ mm） 公 称 厚 度 1.2 1.25 1.4 1.5 1.8 2.0 2.5 2.8 3.0 3.2 3.5 3.8 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 8.0 10.0 11.0 12.0 13.0 表 3-4 带钢公称宽度（ mm） 公 称 宽 度 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 注：厚度 1.2 8.6mm、宽度 120 700mm 的纵切带钢，其公称宽度按双方协议。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 19 表 3-5 带钢的公称长度（ mm） 公 称 长 度 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 8000 9000 10000 11000 12000 2. 带钢厚度允许偏差标准见表 3-6 表 3-6 带钢厚度允许偏差（ mm） 厚度 允 许 偏 差 宽 度 1000 1000 2000 1200 1550 1.2 1.25 0.13 0.13 - 1.4 0.15 0.15 - 1.5 0.15 0.15 0.15 1.6 1.8 0.16 0.16 0.16 2.0 0.15 0.18 0.18 0.18 2.2 0.15 0.19 0.19 0.19 2.5 0.16 0.20 0.20 0.20 2.8 3.0 0.17 0.22 0.22 0.22 3.2 3.5 0.18 0.25 0.25 0.25 3.8 4.0 0.20 0.30 0.30 0.30 4.5 5.5 0.3 0.50 0.40 0.50 0.50 6.0 7.0 0.30 0.40 0.40 内蒙古科技大学毕业设计说明书 20 0.60 0.60 0.60 8.0 11.0 0.20 0.80 0.30 0.80 0.30 0.80 11.0 13.0 0.20 0.08 0.30 0.80 0.30 0.80 注：（ 1）中间规格按相邻小尺寸的偏差。 （ 2）根据双发协议，可供应高于表 3-6 精度的钢板和带钢。 3.带钢的宽度允许偏差见表 3-7 表 3-7 带钢的宽度允许偏差（ mm） 宽 度 允 许 偏 差 厚 度 6.0 6.0 轧 制 边 切 边 轧 制 边 切 边 700 1000 25 10 25 10 1000 1250 30 10 30 10 1250 1550 35 10 35 10 4. 纵切带钢的宽度允许偏差见表 3-8 表 3-8 纵切带钢的宽度允许偏差（ mm） 宽 度 允 许 偏 差 厚 度 4.0 4.0 6.0 6.0 160 0.5 0.8 1.0 160 250 0.8 1.0 1.2 250 700 1.0 1.0 1.2 5.带钢的长度允许偏差见表 3-9 内蒙古科技大学毕业设计说明书 21 表 3-9 带钢的长度允许偏差（ mm） 长 度 允 许 偏 差 6000 25 6000 30 6.带钢的镰刀弯最大值见表 3-10 表 3-10 带钢的镰刀弯最大值（ mm） 宽 度 镰 刀 弯 最 大 值 250 任意位置每 2000 为 8 250 任意位置每 2000 为 5 7.钢板瓢曲度（或波浪度）最大值见表 3-11 表 3-11 钢板瓢曲度 宽度 瓢曲度（或波浪度）最大值 厚度 1.2 1.5 1.5 4.0 4.0 7.0 7.0 10.0 10.0 13.0 250 18 16 14 12 10 250 20 18 16 14 12 注 ： （ 1）上表适用任意位置每 4000 毫米，小于 4000 毫米是按总长度。 （ 2）抗拉强度下限大于 58 公斤 /毫米 或屈服点下限大于 44 公斤 /毫米 的钢板瓢曲度（或波浪度）最大值为上表的 1.5 倍。 8.钢板应切成直角，并应保证公称尺寸最小矩形。 9.钢带应盘卷 牢固。卷的塔形见表 3-12. 10.卷的内径为 762mm。 11.形状和尺寸的测量： （ 1）瓢曲度（波浪度）用锥度尺或其他测量工具在平台上测量。 （ 2）卷的塔形用直尺或其他测量工具测量。 （ 3）长度和宽度用钢卷尺或其他测量工具测量。 （ 4）厚度用千分尺或量规测量。测量部位，轧制边钢板和钢带距边缘不小于 25 毫米的任意点，切边钢板和钢带距边缘不小于 15 毫米的任意点。 注：原轧制边钢带头、尾各 15 米不检查质量。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 22 表 3-12 卷的塔形（ mm） 宽度 切边 轧 制 边 厚度 6.0 6.0 1000 20 80 50 1000 30 80 50 注：厚度小于 6 毫米的轧制边钢带，卷的塔形高宽比小于或等于 1 时为 80毫米以下。 12.重量。 （ 1）钢板按理论重量交货。 （ 2）钢带按实际重量交货。 13.标记。 根据板带钢的用途不同，技术要求也各不一样。但基于其相似的外形的使用条件，技术仍有共同的方面，归纳起来就是尺寸精度、表面质量、板型和性能经济基本指标。 （ 1）尺寸精度：尺寸精度是指可能达到的尺寸偏差大小，板带尺寸精度、长度、厚度及长度精 度，其中厚度精度最为重要，同时厚度精度还影响到使用性能、生产难度及金属节约，由于 B/H 很大，厚度一般很小，厚度的微小波动必然引起使用性能和金属消耗的巨大波动，因此厚度精度最为重要。 （ 2）表面质量：板带钢多用于外围构件，故必须保证表面质量，不允许有表面气泡、结疤、裂纹、夹杂及压入氧化铁皮等缺陷。因为这样不仅损害板制件的外观，而且玩玩会恶化板材性能或造成裂纹和锈蚀集中带，称为应力集中的薄弱环节。 （ 3）板形：板形是板带钢特有的也是很重要的质量指标，为了便于使用，要求板形良好，板面平直，每米长度上的浪形 、瓢曲、侧弯不得超过允许的数值，板形不良是由于宽向上的不均匀变形引起的。当轧制宽而薄的带钢时，其不均匀边形的敏感性越大，故保证板形就越困难。 （ 4）性能：板带钢的性能一般包括机械性能如强度、塑性、韧性等，工内蒙古科技大学毕业设计说明书 23 艺性能，板带钢依其用途不同，所要保证的性能类别及相应指标也有所不同。 总之，板带钢的用途广泛，并随着国民经济和科学技术的发展以及我国经济和国际的接轨及加入的形式，对板带钢的性能要求也日益严格、日益提高。这要求我们生产出高性能的板带钢以满足国民经济和社会发展的需要。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 24 第四章 轧机力能参数计算 4.1 确定变形制度 变形制度就是如何合理分配每架轧机的压下量，压下量要考虑设备能力和产品质量两方面的因素。 设备能力包括咬入条件、轧辊强度和电机功率三个方面。 4.1.1 精轧压下量的分配 根据精轧压下量分配率的经验分配范围可确定精轧的压下量。其中，最大允许轧制压力 F1 F4 为： 40000KN、 F5 F6 为： 32000KN，各机架扭转力矩、主电机功率见表 4-1。 表 4-1 主传动技术参数 机架 电机功率（ KW） 电机转速（ rpm） 电机扭矩（ KN m） 轧制力矩（ KN m） F1 7000 0 130/330 514 2170 F2 7000 0 130/330 514 2170 F3 7000 0 130/330 514 1470 F4 7000 0 130/330 514 1120 F5 7000 0 130/330 514 500 F6 7000 0 160/400 371 371 根据 CSP 连轧机的特点，咬入情况不是限制压下量的主要因素。采用立辊轧机限宽经六架精轧机轧制成型。具体压下要求如下： （ 1） F1 来料厚度达 50mm， 65mm 为便于咬入，压下率在 40%以 上； （ 2） 其他道次的压下率很大最大可以达到 60%； （ 3） 终轧和终轧前道次压下率渐小，终轧道次达 20% 25%； （ 4） 终轧前道次压下率可达 30% 35%； （ 5） 对于极薄规格带钢产品考虑板形精度压下率在 15%以下。 本设计的来料尺寸，来料厚度为 65mm，宽度为 1550mm，来料长度为 35.4m。最大压下量为第二道次，其压下量为 16mm，其它各道次的压下量均小于 16mm。所以各道次压下量分配如表 4-2 所示。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 25 表 4-2 各机架的压下量分配 机架 出口厚度 H（ mm） 压下量 h（ mm） 压下率 （ %） 宽度 B（ mm） 坯料长度L（ m） F1 35.75 29.25 45 1550 64.36 F2 20.38 15.37 43 1550 112.9 F3 12.23 8.15 40 1550 188.14 F4 7.34 4.89 40 1550 313.48 F5 4.77 2.58 35 1550 482.38 F6 3.5 1.19 20 1550 657.42 4.2 确定速度制度 带钢的生产工艺可能有以下三种速度制度： （ 1） 转向转速不变的定速轧制； （ 2） 可调速可逆轧制； （ 3） 固定转向可调速轧制。 4.2.1 各机架轧制速度的确定 确定最末机架 F6 的出口速度 v6，末架出口速度的上限受电机能力和带钢轧后的冷却能力限制，并且厚度小于 2mm 的薄带钢在速度太高时，还会在辊道上产生飘浮现象，但速度太低又会降低产量且影响轧制温度，故应尽可能采取较高速度。一般穿带速度依带钢厚度之不同在 310m/s 之间。带钢厚度减少，其穿带速度增加，带钢厚度在 4mm 以下时；穿带速度可取 10m/s 左右。 其他各机架轧制速度的确定。末架轧制速度确定之后，便可利用秒流量相等的原则根据各架轧出厚度和前滑率，求出各架轧短速度。前滑串 5 主要为压下车的函数 ，可以通定理论公式或经验统计公式进行计算。 连轧机各柒轧制速度应有较大的调整范围。根据流量方程的一般形式 (忽略前滑 ) h0V0=h1V1=h2V2= =h6V6=C （ 4-1） 可得 v6/v0=h0/h6= 0v=6111100( 1 ) vhhvv 内蒙古科技大学毕业设计说明书 26 式中 h0 ， v0 第一机架入口轧件速度及厚度 ， C 连轧机总延伸系数及连轧常数 各机架轧制速度根据金属秒流量相等的原则计算用上式计算即 h0V0=h1V1=h2V2= =h6V6=C 由上式可得 6 iiv (1 )v v 总 （ 4-2） 设 v6=10m/s 所以 C=h6 V6=35 有此可得其他各机架的速度 由于出炉轧件的速度接近于第一道次轧件的速度， 所以取 V0=0.8m/s V1=35/35.75=0.97 m/s V2=35/20.38=1.72m/s V3=35/12.23=2.86m/s V4=35/7.34=4.77m/s V5=35/4.77=7.34m/s 表 4-3 各机架的速度 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 出口厚度（ mm） 45.5 22.75 11.38 6.83 4.44 3.5 出口速度（ m/s） 0.97 1.72 2.86 4.77 7.34 10 4.2.2 各架轧机速度范围的确定 根据各种产品的厚 度范围，参考国外的资料，确定各轧机的最大最小速度其值如表 4-4 所示。并画出速度锥示意图如 4-1 所示。 为了满足不同品种的要求，各架调速范围应力求增大。如图 4-1 所示， c、 d线为总延伸最大和最小的产品所需各架的速度。 a、 b、线为轧机应具有的最大速度和最小速度，阴影部分为轧机应具有的速度调节范围。由于其形状为锥形，故常称为速度锥。由轧制工艺要求所提出的总延伸及速度范围必须落人此速度范围之内，否则连轧过程将无法实行。为了便于调整并考虑最小工作辊径的使用， a、b 线的范围应比 c、 d 线的范围大些，即是轧机速度锥范围要比 工作速度范围增大约 8 10。此外，轧制试轧规格时的末架速度的选择还要照顾到整个前后内蒙古科技大学毕业设计说明书 27 品种的调速范围，使换规格时便于调整。这种调整的方法在旧轧机上常采用以机组间的某一架 (例如，第三架 )作为基准架，速度不变，其他各架配合基准架进行调速；在现代新建的热连轧机上则允许各机架都可以自由凋速，灵活性较大，自然在电气设备投资上要贵一些，因为它要求每架轧机都有自己的变压器，不像前者可以几个机架共用公用母线。 【 6】 表 4-4 各轧机轧辊最大最小轧机速度表 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 Vmin (m/s) 0.40 0.7 1.34 2.11 2.53 4.2 Vmax (m/s) 2.30 3.5 4.75 8.56 12.11 20 图 4-1 各架轧机的轧辊速度范围 4.2.3 纯轧时间和间隙时间的确定 由于每架机架的秒流量保持相等，所以各道次的纯轧时间相等。由于各架轧机均采用稳速轧制，可根据 F1 机架的纯轧时间来确定所有的纯轧时间，即： 内蒙古科技大学毕业设计说明书 28 TZ1=TZ2=TZ3=TZ4=TZ5=TZ6=L/V=64.36/0.97=66.4s （ 4-3） 确定机架间距为jL为 5.5m，由式（ 4-5）确定各机架的间隙时间： 1jjjLtv （ 4-4） 式中 jt-各机架的间隙时间； jL-各机架间距； 1jv-前一机架的轧辊线速度。 表 4-5 各机架头部的间隙时间 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 时间（ s） 19.4 5.7 3.2 1.9 1.2 0.75 表 4-6 各机架尾部的间隙时间 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 时间（ s） 35.2 9.94 5.33 3.2 2.95 1.02 4.3 温度制度的确定 为了确定各轧制道次轧制温度，必须求出逐道的温度下降。高温时轧件温度将即可以按辐射散热计算，而认为对流和传导所散失的热量大致可与变形功所转化的热量想抵消。由于辐射散热所引起的温度下降在热轧板带时，由于 没有粗轧，可用以下公式近似计算求得： 4t 5 0h 1 0 0 0TZ （ ） （ 4-5） 式中 h 为前一道轧出厚度， mm； Z 辐射时间，即该道的轧制延续时间jt，jtZ； 1T 前一道的绝对温度 K 。 各机架温降时的延续时间为轧件到轧机前的间隙时间，各个间隙时间如表4-7。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 29 表 4-7 各机架的间隙时间 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 间隙距离 15.5 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 轧前速度 0.8 0.97 1.72 2.86 4.77 7.34 间隙时间 19.4 5.7 3.2 1.9 1.2 0.75 板坯的入炉温度为 850 1040，板坯的出炉温度为 1050 1150， 开轧温度为 1050，卷取温度为 350 700。 炉子加热能力为 193 t h，峰值为228 t h 铸坯在这里通过加热段、传输段、摆渡段和保温段后即可进入轧制工序。经均热炉加热后的铸坯，在长度和厚度方向的温度差可达到 10 的目标值，与传统工艺相比铸坯头尾的温度差极小 。各道次头部的温降计算： （ 1）轧件出炉到进入 F1 轧机的时间： 1AZ=11LV =15.50.8 =19.4s （ 4-6） 式中 1AZ 轧件出炉到进入 F1 轧机的时间； 1L 炉门到 F1 的距离； 1V 输送辊道（立辊轧机）的速度。 进入 F1 轧机前的温降计算 4411111 9 . 4 1 0 5 0 2 7 3t 5 0 ( ) 5 0 ( ) 4 2 . 61 0 0 0 6 5 1 0 0 0ZTH （ 4-7） 第一道 次的轧制温度为 1t 1050 1t =1007.4 2）进入 F2 轧机前的温降计算 4422225 . 7 1 0 0 7 . 4 2 7 3t 5 0 ( ) 5 0 ( ) 1 9 . 31 0 0 0 3 5 . 7 5 1 0 0 0ZTH 第二道次的轧制温度为 2t 1007.42t 988 3）进入 F3 轧机的温降计算 内蒙古科技大学毕业设计说明书 30 4433333 . 2 9 8 8 2 7 3t 5 0 ( ) 5 0 ( ) 1 9 . 81 0 0 0 2 0 . 3 7 1 0 0 0ZTH 第三道次的轧制温度为 3t 9883t 968.2 4）进入 F4 轧机前的温降计算 4444441 . 9 9 6 8 . 2 2 7 3t 5 0 ( ) 5 0 ( ) 1 8 . 11 0 0 0 1 2 . 4 4 1 0 0 0ZTH 第四道次的轧制温度 4t 968.24t 950 5）进入 F5 轧机前的温降计算 4455551 . 2 9 5 0 2 7 3t 5 0 ( ) 5 0 ( ) 1 8 . 11 0 0 0 7 . 3 4 1 0 0 0ZTH 第五道次的轧制温度为 5t 9505t 931.9 6）进入 F6 轧机前的温降计算 4466660 . 7 5 9 3 1 . 9 2 7 3t 5 0 ( ) 5 0 ( ) 1 6 . 31 0 0 0 4 . 7 7 1 0 0 0ZTH 第六道次的轧制温度为 6t=931.96t 915.6 各道次的尾部温降计算： 1） 轧件尾部出炉到进入 F1 轧机的时间： 1AZ=11LV = 28.20.8 =35.2s （ 4-8） 式 中 1AZ 轧件出炉到进入 F1 轧机的时间； 1L 炉门到 F1 的距离； 1V 输送辊道（立辊轧机）的速度。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 31 1）轧件尾部进入 F1 轧机前的温降计算 4411113 5 . 2 1 0 5 0 2 7 3t 3 5 ( ) 3 5 ( ) 5 41 0 0 0 6 5 1 0 0 0ZTH （ 4-9） 第一道次的轧制温度为 1t 1050 1t =996 2）轧件尾部进入 F2 轧机前的温降计算 4422229 . 4 9 9 6 2 7 3t 3 5 ( ) 3 5 ( ) 1 9 . 31 0 0 0 3 5 . 7 5 1 0 0 0ZTH 第二道次的轧制温度为 2t 9962t 977 3）轧件尾部进入 F3 轧机的温降计算 4433335 . 3 3 9 7 7 2 7 3t 3 5 ( ) 3 5 ( ) 1 9 . 21 0 0 0 2 0 . 3 7 1 0 0 0ZTH 第三道次的轧制温度为 3t 9773t 958 4）轧件尾部进入 F4 轧机前的温降计算 4444443 . 2 9 5 8 2 7 3t 3 5 ( ) 3 5 ( ) 1 81 0 0 0 1 2 . 4 4 1 0 0 0ZTH 第四道次的轧制温度 4t 9584t 940 5）轧件尾部进入 F5 轧机前的温降计算 4455552 . 9 5 9 4 0 2 7 3t 3 5 ( ) 3 5 ( ) 1 8 . 1 31 0 0 0 7 . 3 4 1 0 0 0ZTH 第五道次的轧制温度为 5t 9405t 922 6）轧件尾部进入 F6 轧机前的温降计算 4466661 . 0 2 9 2 2 2 7 3t 3 5 ( ) 3 5 ( ) 1 51 0 0 0 4 . 7 7 1 0 0 0ZTH 内蒙古科技大学毕业设计说明书 32 第六道次的轧制温度为 6t=9226t 907 表 4-8 各道次的轧制温度 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 头部温降 42.6 19.3 19.8 18.1 18.1 16.3 轧制温度 1007.4 988 968.4 950 931.9 915.6 轧后温度 988 968.4 950 931.9 915.6 尾部温降 54 19.3 19.2 18 18.13 15 轧制温度 996 977 958 940 922 907 轧后温度 977 958 940 922 907 4.4 轧机咬入能力校核 热轧钢板时咬入角一般为 15 25，在低速咬入的情况下，可以取咬入角 20 。 根据下式计算轧机的咬入情况 最大压下量 ）（）（ 2m axm ax 1 112c o s12 fRRh （ 4-10） 确定摩擦系数 摩擦系数的对板带轧制的影响影响主要有，板坯的咬入、以及对轧辊的影响等。由于支撑辊的辊径和材质对咬入影响极小 ，所以我们就只对工作辊的情况进行校核。 钢轧辊： VTf 0 5 6.00 0 0 5.005.1 （ 4-11） 冷硬铸铁 ： VTf 056.00005.095.0 （ 4-12） 式中 f 摩擦系数 T 轧制温度 V 轧辊的圆周速度 重车后的最小辊径 由于考 虑轧辊的重车，直径会有一定的减少，为保证能够满足重车后轧辊的内蒙古科技大学毕业设计说明书 33 强度要求，校核时取轧辊的最大重车系数为 95.0K ，按最小直径来计算。 KDD min （ 4-13） 求得各轧辊的最小直径见 表 4-8。 表 4-9 重车后轧辊最小直径 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 重车直径 760 760 760 760 570 570 第一机架的咬 入校核 1f0.95 0.0005T1 0.056V1 0.41 （ 4-14） m a x 1 1 211h1fD （ 1- ） 56mm 实际压下量为 29.25mm56mm，能保证正常咬入。 第二 机架的咬入校核 2f 0.95 0.0005T2 0.056V2 0.39 m a x 2 2 221h1fD （ 1- ） 56mm 实际压下量为 15.37mm56mm，能保证正常咬入。 第三 机架咬入校核 3f 0.95 0.0005T3 0.056V3 0.36 m a x 3 3 231h1fD （ 1- ） 48mm 实际压下量为 8.15mm48mm，能保证正常咬入。 第四机架 咬入校核 4f 0.95 0.0005T4 0.056V4 0.3 m a x 4 4 241h1fD （ 1- ）= 32mm 实际压下量为 4.89mm32mm，能保证正常咬入。 第五机架咬入校 核 内蒙古科技大学毕业设计说明书 34 5f 0.95 0.0005T5 0.056V5 0.21 m a x 5 5 251h1fD （ 1- ） =18mm 实际压下量为 2.58mm18mm，能保证正常咬入。 第六机架咬入校核 6f 0.95 0.0005T6 0.056V6 0.17 m a x 6 5 261h1fD （ 1- ） =12mm 实际压下量为 1.19mm12mm，能保证正常咬入。 表 4-10 各机架的校核情况 机架 实际压下量（ mm） 允许最大压下量（ mm） 工作辊辊颈（ mm） 轧制温度（） 轧制速度（ m/s） 摩擦系数 校核情况 F1 29.25 56 760 996 0.97 0.41 合格 F2 15.37 56 760 977 1.72 0.39 合格 F3 8.15 48 760 958 2.86 0.36 合格 F4 4.89 32 760 940 4.77 0.3 合格 F5 2.58 18 570 922 7.34 0.21 合格 F6 1.19 12 570 907 10 0.17 合格 4.5 各机架的前滑值计算及确定轧件的出口速 度 各机架的前滑值由下式计算： 【 7】 /hhs v v v 100% （ 4-15） 所以 1hhv s v 式中 hv 轧件在出口处的速度； m/s hs 前滑值； V 轧辊的圆周速度。 m/s 以第一架 精轧为例计算前滑值和出口速度。 21 / 4 / 1 / / 2hs h h h R 内蒙古科技大学毕业设计说明书 35 =0.05 1hhv s v =（ 1+0.05） 0.97=1.02 表 4-11 各机架的前滑值及轧件出口速度 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 前滑值 0.05 0.06 0.07 0.07 0.05 0.03 出口速度（ m/s） 1.02 1.82 3.06 5.10 7.70 10.3 4.6 各机架轧制压 力的计算 4.6.1 平均单位压力各参数值计算 由于轧制过程为热连轧，所以选定计算平均单位压力的 R B 西姆斯公式进行计算各机架的平均单位压力。 （ 1）各道次平均压下率的确定 23 hH （ 4-16） 式中 道次平均压下率； h 压下量； H 轧件在轧前 的厚度。 表 4-12 各道次平均压下率 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 压下率 % 45 43 40 40 35 20 % 30 28.67 26.67 26.67 23.33 13.33 （ 2）平均变形速度的确定， 平均变形速度 ， 可用下式计算变形速度 2 / / ( )V h R H h （ 4-17） 式 中 R， V 轧辊半径及线速度 由上述公式计算出各道次的变形速度，结果如表 4-113 所示。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 36 表 4-13 各道次的平均变形速度 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 V 0.97 1.72 2.86 4.77 7.34 10 H+h 100.75 56.13 32.61 19.55 12.11 8.27 （ 1s ） 0.16 0.38 0.78 1.51 3.67 5 (3) 各道次金属变形抗力的 确定 第一道次，由 =0.16 s-1， t1=996，查得 30%压下率时的变形抗力为 145MPa。再由上方的辅助线查得压下率为 45%时的变形程度修正系数 K 1.01，故可求出该道次的变形抗力s1=145 1.01=146.5MPa。 第二道次， 由 =0.38 s-1， t2=977，查得 30%压下率时的变形抗力为 147MPa。再由上方的辅助线查得压下率 为 43%时的变形程度修正系数 K 1.01，故可求出该道次的变形抗力s2=1.01 147=148.5MPa。 第三道次，由 =0.78s-1， t3=958，查得 30%压下率时的变形抗力为 155MPa。再由上方的辅助线查得压下率为 40%时的变形程度修正系数 K 1，故可求出该道次的变形抗力s3=155 1=155MPa。 第四道次，由 =1.51s-1， t4=940，查得 30%压下率时的变形抗力为 157MPa。再由上方的辅助线查得压下率为 40%时的变形程度修正系数 K 1，故可求出该道次的变形抗力s4=157 1=157MPa。 第五道次，由 =3.67s-1， t5=922，查得 30%压下率时的变形抗力为 185MPa。再由上方的辅助线查得压下率为 35%时的变形程度修正系数 K 0.98，故可求出该道次的变形抗力s5=185 0.98=181.3MPa。 第六道次，由 =5s-1， t6=907，查得 30%压下率时的变形抗力为 200MPa。再由上方的辅助线查得压下率为 20%时的变形程度修正系数 K 0.87，故可求出该道次的变形抗力s6=200 0.87=174MPa。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 37 a。 图 4-2 变形抗力曲线 【 8】 由上图确定各道次的变形抗力，如下表 表 4-14 各道次变形抗力的确定 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 (S-1) 0.16 0.38 0.78 1.51 3.67 5 轧制温度（） 996 977 958 940 922 907 压下率（ %） 45 43 40 40 35 20 变形抗力（ MPa） 146.5 148.5 155 157 181.3 174 （ 4）平均单位压力的确定 由式 PRnfKh （ 4-18） 内蒙古科技大学毕业设计说明书 38 得 P =K n （ 4-19） 而 1.15sk 式中 h 本道次轧后轧件厚度； R 轧辊的半径； f 摩擦系数； n 外摩擦影响系数； P 平均压力； K 金属的平面变形抗力； h 压下量； H 轧件在轧前的厚度。 由下图差得各道次的外摩擦影响 系数分别为： 第一道次， n=1.25， 所以1p=1.25 1.15 146.5=210.6MPa 第二道次， n=1.45， 所以2p=1.45 1.15 148.5=247.6MPa 第三道次， n=1.61， 所以3p=1.61 1.15 155=287MPa 第四道次， n=1.82， 所以4p=1.82 1.15 157=328.6MPa 第五道次， n=2.03， 所以5p=2.03 1.15 181.3=423.2MPa 第六道次， n=1.81， 所以6p=1.81 1.15 174=362.2MPa 内蒙古科技大学毕业设计说明书 39 表 4-15 各道次的平均单位压力 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 外摩擦系数 1.25 1.45 1.61 1.82 2.03 1.81 R/h 11.19 19.63 32.71 54.50 62.89 85.71 s（ MPa） 146.5 148.5 155 157 181.3 174 压下率（ %） 45 43 40 40 35 20 p （ MPa） 210.6 247.6 287 328.6 423.2 362.2 4.6.2 轧制压力的计算 轧制压力 P=FP ， 面积 F=B l =B Rh （ 4-20） 第一道次， F1=B Rh =0.17m2 ， P1=0.17 210.6=35.8MN 第二道次， F2=B Rh =0.12m2 ， P2=0.12 247.6=29.71MN 第三道次， F3=B Rh =0.09m2 ， P3=0.09 287=25.8MN 第四道次， F4=B Rh =0.06m2 ， P4=0.06 328.6=19.71MN 内蒙古科技大学毕业设计说明书 40 第五道次， F5=B Rh =0.04m2 ， P5=0.04 423.2=16.93MN 第六道次， F6=B Rh =0.03m2 ， P6=0.03 362.2=10.87MN 表 4-16 各道次的轧制压力 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 面积（ m2） 0.17 0.12 0.009 0.06 0.04 0.03 P (MPa) 210.6 247.6 287 328.6 423.2 362.2 轧制压力（ MN） 35.8 29.71 25.8 19.71 16.93 10.87 4.7 电动机传动轧辊所需力矩的确定 4.7.1 传动力矩的组成 欲确定主电动机的功率，必须首先确定传动轧辊的力矩。轧制过程中，在主电动机轴上传动轧辊所需力矩最多由下面四部分组成： zkdmMM M M Mi （ 4-21） 式中 zM 轧制力矩，用于使轧件塑性变形所需之力矩； mM 克服轧制时发生在轧辊轴承，传动机构等的附加摩擦力矩； kM 空转力矩，即克服空转时的摩擦力矩； dM 动力矩，此力矩为克服轧辊不均速运动时产生的惯性力所必需的； i 轧辊与主电动机问的传动比。 组成传动轧辊的力矩的前三项为静力矩，即 zjkmMM M Mi （ 4-22） 式 (4-25)指轧辊做均速转动时所需的力矩。这三项对任何轧机都是必不可缺少的。在一般情况下，以轧制力矩为最大，只有在旧式轧机上，由于轴承中的损内蒙古科技大学毕业设计说明书 41 失过大，有时附加摩擦力矩才有可能大于轧制力矩。 在静力矩中，轧制力矩是有效部分，至于附加摩接力矩和空转力矩是由于轧机的零件和机构的不完善引起的有害力矩。 由于采用的是稳定咬入，即咬钢后并不加速，计算传动力矩是忽略电机轴上的动力矩，因此电机轴上的总传动 力矩为： zkmMM M Mi （ 4-23） 4.7.2 轧制力矩的确定 按金属对轧