北京科技大学

北京科技大学专业课程设计题目：年产70万吨冷轧带钢厂的工艺设计（典型产品：750MPa,0.5X1200XLmm）班级:材控XXXXX学号：XXXXXX姓名：XXXXX学 院：材料科学与工程学院专业名称:材料成型及控制工程指导教师：20XX年XX月XX日本科生专业课程设计题目： 年产70万吨冷轧带钢厂的工艺设计典型产品：750MPa,0.5X1200XLmm学院：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：XXXXXX学生：XXXXXXX学号：XXXXXXXXXX指导教师：宋仁伯成绩： 项 目评分权重平时成绩0.2说明书及图纸0.4答辩评分0.4综合成绩目录一、 产品大纲的制定及坯料的选择产品方案2产品大纲坯料选择二、 工艺流程的制定工艺流程工艺流程图工序描述三、 工艺设计轧制道次压下规程轧辊的尺寸设计辊径校核轧辊的材料及轧机各部分的设计张力制度速度制度润滑制度四、 主要设备能力校核轧制节奏时间分析生产作业时间分配产能校核轧辊的强度校核五、 车间各机组设备选择酸洗连轧机组连续退火机组连续热镀锌机组重卷检测机组经济核算六、 轧钢厂的环境保护绿化有害物质的控制和预防噪声的防治水质的处理一、产品大纲的制定及坯料的选择产品方案为了满足该厂典型产品的生产需要，并且合理有效的分配该厂的设备进行生产，同时所生产的产品应该具有以下特点：供求适当，品种多样，合理布局，产需平衡，要防止盲目跟风，追求短期效益的情况发生。不同的产品，轧制时所需要的轧制力不同们需要的动力和消耗的能量也有很大差别，因此对于轧机设备的合理选择以及生产能力的充分利用，是保证经济最大化，轧制专业化发展的必然要求，也利于提高本厂的轧制水平。冷轧板带钢产品有：CQ级、DQ级、DDQ级、SDDQ级、EDDQ级等，CQ级：商用级，DQ级：冲压级，DDQ级：深冲级，SDDQ级：特深冲级，EDDQ级：超深冲级。产品大纲序号产品用途产品规格（厚度*宽度）/（mm*mm）品种年产量（万吨）所占比例1冷轧产品（0.2-1.2）*（700-1250）CQ100.14EDDQ100.14合计200.292热镀锌（0.2-1.2）*（700-1250）CQ100.14DDQ100.14合计200.293电镀锡（0.2-1.2）*（700-1250）DQ100.14SDDQ100.14合计200.294冷硬卷（0.2-1.2）*（700-1250）SDDQ50.07DQ50.07合计100.14坯料选择冷轧厂所需的原料为热轧钢卷，热轧钢卷的厚度是根据轧机设备生产能力所确定的总压下量决定的，原料宽度根据产品宽度确定，由于一般热轧卷取机的卷筒的直径为：©760mm，因此冷轧厂的钢卷内经一般为4760mm，原料的总重量根据成材率确定。根据资料查询可知，冷轧产品的成品率约为90%以上。计算成品率取90%得，所需热轧卷的重量为：70t/90%=77.78t钢种： 热轧低碳钢热轧钢卷规格如下：带钢厚度： 1.2-2.5mm带钢宽度： 700-1250mm钢卷内径： ^760mm钢卷外径： ^2000mm（max）钢卷重量： 26t（max）单位板宽重量： 21kg/mm年供给量： 77.78t二、工艺流程的制定工艺流程热轧板卷一酸洗一冷轧一工艺润滑一退火一平整一剪切、镀层、包装一卷曲工艺流程图建魏好健捽8J4施轧律何工艺迎相牙童工序描述酸洗：当轧完的钢卷放置时，如果不经处理，很容易与空气形成氧化铁，因为空气是带有湿度的，时间一长就会产生锈。所以须用连续酸洗机组去除热轧带卷的表面氧化铁鳞。酸液过去用硫酸，现在多用盐酸。酸洗前先行焊接并卷。酸洗后进行清洗、烘干和剪边、分卷。冷轧：酸洗后的带坯在冷轧机上轧制到成品厚度，一般不经中间退火。轧制中各机架（或道次）压下量分配根据轧机答应的压力、功率和速度，考虑到产量、质量等因素综合制定。对产品质量起核心作用。工艺润滑：起润滑和冷却作用。一般用冷却性能好的乳液，轧制薄或硬的金属时用润滑性能好的纯油润滑剂。退火：目的在于消除冷轧加工硬化，使钢板再结晶软化，具有良好的塑性。退火方式有用罩式炉成卷退火和用连续炉退火。连续炉退火分为立式连续炉退火和卧式连续炉退火。炉内一般均通入保护气体。目前大多采用罩式炉退火，虽然处理周期长，但因炉子数量多，使用灵活，投资节省。连续炉退火产量大。平整：目的在于避免退火后的钢板在冲压时产生塑性失稳和提高钢板的质量（平整度和表面状况）。平整轧机有单机架可逆式和双机架两种平整压缩率为0.5〜4%。双机架平整轧机效率高，压缩率大，可同时兼作二次冷轧用，进一步轧薄钢板；如与五机架连轧机配合,可生产0.10〜0.15mm的带卷。镀层、剪切、包装：一般冷轧板于平整后剪切。有纵剪和横剪，纵剪是剪边或按需要的宽度分条，横剪是将带卷按需要长度切成单张板。剪切好的成品板带，经检查分类后，涂防锈油包装出厂。三、工艺设计轧制道次冷轧高强度的总压下率一般为50%-70%,选取60%,对于典型产品：H=：^0顼=1.25mm1-0.6平均延伸系数是1.3.因此轧制道次可求：N=军）=1叫25/0.5）=3.49 取n=4。lg（匕） lg1.3选取四机架连轧机组。压下规程制定压下规程必须确定与之相应的张力制度先按经验并按规程设计的一般原则和要求，对各道次压下进行分配；进而按工艺要求并参考经验资料，选定各道次间的单位张力；最后校核设备的负荷及各限制条件，并作适当修正.道次压下率的分配原则是第一二道次压下率最大，随着带材的加工硬化不断增加，而道次压下率逐渐减少，以使各道次的轧制压力大致相同，最好二个道次为了保证板型和厚度精度，一般按经验取消的压下率。分配各道次压下率采用能耗法，确定负荷分配比。根据经验分配压下系数表，总压下为△h，各道次分别为b*△hob为压下分配系数。道次数压下系数分配1234520.70.330.50.30.240.40.30.20.150.30.250.250.150.05对于典型产品，总压下为1.25-0.5=0.75mm，具体分配如下轧前厚度（mm）轧后厚度（mm）压下量（mm）相对压下率1.250.950.30.240.950.7250.2250.240.7250.5750.150.210.5750.50.0750.13轧辊的尺寸设计板带钢轧制时，轧辊的主要尺寸是辊身长度L和辊径Doa） .辊身长度L辊身长度根据经验公式L=b+a，式中a根据宽度b而定。当b=400-1200mm时，a取100mm典型产品b=1200mm，因此a取100mm，L=1200+100=1300mmb） .辊径D四辊轧机的辊身长度确定后，可以根据下表确定工作辊直径D1和支承辊直径D2o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冷轧板带车L机2.3-3.02.5-2.90.8-1.80.9-1.42.3-3.52.5-2.9根据上表及最经济原则。初步选定D1=600mm,D2=1200mm的四机架四辊轧机。辊径校核,咬入条件校核：根据压下量计算表格可知，各道次中的最大压下量W是0.3mm，根据资料查询工作辊径D1=600mm时的最大咬入角为侦=4度。h0.3 因此D1=600mm> = =123.0mm1-cosa 1-0.9976满足咬入条件。.最小可轧厚度校核根据经验公式，在有张力的情况下hm_n=D1/(1500-2000)因此h=0.4mm<0.5mm满足产品需求。min轧辊的材料及轧机各部分的设计a).轧辊材料精轧辊速度较高，轧制最终产品要有一定的表面质量，对它以硬度、耐磨等为主要要求。常用的轧辊是锻造合金钢轧辊。国内外冷轧工作辊一般使用的材质有GCr15、9Cr2、9Cr、9CrV、9Cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV、86CrMoV7、Mo3A以及Cr5系列等。支承辊一般材质有：60CrMnMo、75CrMo、70Ni3CrMo、9Cr2、9CrV等，冷轧辊要求表面淬火，硬度为HS45〜105。工作辊径D1(mm)辊身表面硬度范围有效淬硬层深度辊颈硬度范围301-600大于951030-5590-981280-9015支承辊用途辊身表面硬度范围有效淬硬层深度辊颈硬度范围冷轧65-754030-5560-704555-6550工作辊材料选取9Cr2。支承辊材料选取9CrV.轧辊轴承类型：滚动轴承。摩擦系数低，刚性好，不耐冲击，但维护使用方便。.轧辊调整装置的类型：液压压下装置。反应速度快，精度高。液压AGC系统采用工业计算机(上位机)加过程控制PLC的控制模式，系统具有厚度预控、监控、秒流量控制等功能。.轧辊的平衡装置：液压平衡装置。结构配置紧凑而复杂，适宜快速换辊使用。.机架：闭式机架。闭式机架是一个整体框架，具有良好的强度和刚度，易得到高质量产品。张力制度原则上，冷轧过程中可以施加很大的张力，乃至可以打到稍低于材料抗拉强度，而实际上，在轧制过程中，由于板形不良、边部不规整和材料等因素而造成的应力集中，在张力远低于抗拉强度的情况下就会发生断裂，为此，常在(0.3-0.5)气的范围内选取张应力，在实际生产中，张力常在80MPa—180MPa选取。卷曲张力一般在25MPa-40MPa选取，薄规格取上限，取大了再退火时往往产生带卷粘结现象。生产中常常进行冲卷来避免。开卷张应力常在0-20MPa选取。速度制度设a是咬入角，P是摩擦角，Y是中性角，R是摩擦系数，D是扎辊直径，h是轧件的出口厚度，由于a和y很小y=a(1-W)^a(1-—)TOC\o"1-5"\h\z2 2。 2 2/一 y2D_S=(1-cosy)(Dcosy-h)/h=—G^一I)a=4。,四=0.1，则有y=a(1-臭)=0.022722 2日\o"CurrentDocument"S上(D-1)=0.00026(D-1)h2h h经计算，各道次的前滑值Sh如下:道次1234h/mm0.950.7250.5750.5Sh0.1639510.2149120.2710440.31174根据各道次的前滑值求各道次的速度。V=V（1+S），V表示第i道次的出口速度i+1 ihii根据资料查询可知，冷轧轧制速度为：20m/s-40m/s。这里取出口速度为30m/s轧制机架入口速度V1V2V3V4速度（m/s）12.7156414.8065817.9858422.8658530润滑制度在轧制过程中材料变形以及摩擦产生大量的热量，轧辊升温，影响轧辊性能及材料成型情况。进行润滑轧制可显著的降低能量消耗、降低轧辊磨损和改善产品质量。乳化液与矿物油、植物油相比，具有良好的减摩性能，并兼有良好的冷却性能，保证轧辊的清洁，带钢不经清洗就可退火，尤其可以循环使用，操作简单，广泛应用于冷轧带钢厂。选取乳化液轧制。四机架轧机均采用乳化液润滑轧制。乳化液润滑系统包括：♦供给系统（供液和喷射装置）♦温度控制系统♦除杂系统四、主要设备能力校核轧制节奏时间分析A=3600*Q*K/T式中A—轧机小时产量（吨/小时）Q—原料重量（吨）K一轧钢机利用系数T—节奏时间根据公式可知：轧制节奏时间缩短，轧机小时产量升高，反之，轧机小时产量下降。生产作业时间分配大中修时间换辊时间停工休假故障整修总停机时间可作业时间天数（天）30107020130230小时数（小时）720240168048031205520产能校核TOC\o"1-5"\h\zC— 一A=v*h*l*p*3600*K<PA=A*T*K :I p 2A:年产量（万吨）Ap:小时产量（万吨）p:密度（t/m3）v:平均成品速度（m/s）h：成品厚度（m）b：成品宽度（m）%:轧机利用系数，成品轧机在0.80-0.85K2:时间利用系数，统计结果在0.796-0.945T：一年里可作业的总时间（小时）A=v*h*l*p*3600*K*T*K2=20*0.5*10-3*1.2*7.8*3600*0.80*5520*0.80=89.28（万吨）＞70（万吨）满足设计需要，因此轧制方案可靠。轧辊的强度校核四辊轧机由二个工作辊和二个支承辊组成。轧制压力由工作辊传到支承辊，在由支承辊传给机架。由于支承辊具有较大的刚性，其直径为工作辊的2倍，抗弯截面系数较工作辊大很多。在辊系的轧制过程中将产生弯曲变形，驱动的工作辊还将存在扭转变形。由于轧制时的弯曲力矩绝大部分由支承辊承担，在计算支承辊时，通常按承受全部的轧制力的情况考虑。而工作辊只核算辊径及辊端的扭转应力。a）.轧制压力计算相对变形程度e=0.21，压下量Ah=0.15mm冷变形程度为相对变形程度e=0.21，压下量Ah=0.15mm'2D .'2*500平均单位压力。=气由==82。£=匕+0.6£(1—七)=0.42+0.6*0.21*(1—0.42)=0.493根据图1-67(固态成型工艺原理及控制63页）可查得£=1.52。K该道次后累计压下率的平均值：£=£h+0.6£（1-七）=0.42+0.6*0.21*（1—0.42）=0.493根据£，由加工硬化曲线来求该道次的平均。s。当£=0.493时，查的c=700MPa变形抗力K=1.15c=1.15*700=805MPa此时，平均单位压力p=1.52*K=1.52*805=1224MPa忽略宽展和轧辊变形，接触面积为F=b*(£*Ah=1200*<300*0.15n8050mm2故轧制压力P=F*p=1224*8050-9853KNb） .弯曲应力校核：P»ab、9853*1031.61.2、弯矩最大处的弯曲应力。= *（丁—）= （ 一丁）=14.2MPaW0.1D2348 0.1*1.234 81截面处的弯曲应力c=刍2*氏二9.：5；：1=6.68MPa1 0.1dj3 0.1*0.93P/2*c 9.85/2*0.152截面处的弯曲应力c = 2=————z =4.27MPa2 0.1d大3 0.1*1.23计算过程中未考虑疲劳等因素，故轧辊安全系数n取5对于合金锻钢轧辊，cb=700-750MPa，许用应力[c]=140-15（MPa。因此以上三处截面均满足强度需求。c） .接触应力校核q=P=9^=8.20*106N，辊径当量R=12+06=0.9m，E=2.1*105MPab1.2 d2 dE 2.1*105…最大接触应力。 =0.58'q*d=0.58820* =802MPamax R\ 0.9最大接触应力。max虽然很大，但是由于是三向压缩应力状态，其接触许用应力［。《］^为s，当。为600MPa时，［气］=1800MPa>a=802MPa，满足强度要求。在接触应力区还存在切应力tk，根据弹性力学计算，切应力在离接触表面深度Z=0.78b’处打到最大。保证轧辊表面不产生疲劳破坏，tkmax应小于许用值Itk］。根据资料查询可知，轧辊表面硬度为60HS时，［Tk］为670MPatk=0.304o=0.304*802=244MPa<［tk］，满足强度要求。五、车间各机组设备选择1.酸洗连轧机组机组形式：酸洗一连轧联合机组，4机架串列式四辊冷轧轧机。酸洗工艺：盐酸紊流式酸洗酸洗速度：最大75m/min酸洗槽加热方式：石墨热交换器酸洗槽长度：20m*4轧制压力：2200t运输机类型步进梁式开卷机类型悬臂式开卷方式上开卷数量1台矫直机类型七辊矫直机焊接机类型激光焊接机HSL-13剪切装置圆盘剪悬臂式圆盘剪飞剪摆式飞剪拉矫机布置力式多辊拉矫，分散布置入口活套类型水平活套车方式轧辊尺寸（D*L）（mm）工作辊600*1200支承辊1200*1300轧辊轴承类型滚动轴承压下方式液压压下机架类型闭式机架测厚仪器布置力式每机架后布置一台形式X射线卷曲机类型张力卷取机卷曲方式上卷曲

2.连续退火机组机组速度：1000m/min年处理量：100万吨设备名称主要性能拆捆带方式自动开卷机台数冶2开卷方式上开卷入口剪形式双切剪废料收集方式废料箱焊机形式全自动宽窄搭接焊机清洗段碱洗槽立式碱洗刷洗槽立水平式刷洗电解清洗槽立式衬胶电解清洗槽漂洗槽立式漂洗炉子段保护气体氢气、氮气加热段W型辐射管加热均热段辐射管加热第一段冷却缓冷第二段冷却常规保护气体喷吹冷却第三段冷却冷却速度可达1000度/s平整机形式六辊式UC型平整方式湿平整卷取机卷曲方式上卷取打捆方式全自动外周打捆，锁扣式本车间设计时，为了方便车间改造升级，将连续退火线参考日本JFE公司的具有淬火功能的连续退火线WQ-CAL建设，这样最终组织由退火温度来控制，可得到DP双向结构和单一马氏体组织，可保证强度、成型性能和低碳当量的成分设计。连续热镀锌机组镀层品种：GI:GA=50%:50%机组速度：最大270m/min年处理量：42吨设备名称主要性能拆捆带方式自动开卷机台数冶2开卷方式上开卷入口剪刀形式双切剪废料收集方式废料箱焊机形式全自动宽窄搭接焊机清洗段碱洗槽立式碱洗刷洗槽立水平式刷洗电解清洗槽立式衬胶电解清洗槽漂洗槽立式漂洗

炉子形式立式W型全辐射管退火炉 .、工加》炉子组成预热炉、加热炉、均热炉快冷段、第二快冷段过时效段和出口段光整机 形式四辊湿式拉矫机 形式六辊湿式钝化形式立式，双头卷取机 形式上卷曲打捆方式固定式全自动称重机自动测厚仪形式冷态重卷检测机组机组速度：最大300m/min年处理量：50万吨设备名称主要性能拆捆带方式手动开卷机形式上/下开卷有无焊机有矫直机形式五辊式切边剪形式悬臂式动力剪表面缺陷检查方式人工卷取机方式可上下卷取打捆方式手动有无称重机有经