热轧带钢车间设计

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 I 页年产 420 万吨热轧带钢车间设计摘要本设计说明书是参照鞍钢 1780 热轧带钢生产线设计的年产量为 420 万吨的热轧带钢厂。典型产品为 16MnR，产品厚度为 2.5mm，宽度为 1520mm。整个设计说明书包括绪论、正文和专题三部分。第一部分为绪论，介 绍了热轧带钢的发展状况以及整个设计所应完成的内容。第二部分为正文（从第 2 章到第 9 章）正文说明整个设计的总体方案，主要包括产品方案和生产方案的制定，金属平衡和工艺流程的制定、生产设备的选择、工 艺参数计算、轧制力能参数校核。设计的第三部分为专题部分， 简单介绍了关于高铁重轨的性能特点和性能要求，热处理的作用， 热处理方法的分类、各种方法的 优缺点，存在什么问题，以及重轨热处理技术的发展方向。另外，绘制了一 张车间平面布置图。整个设计理论联系实际，设计了技术先进， 经济效益大的热轧带钢生产线。关键词：热轧带钢；工艺设计；高铁重轨；热处理辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 II 页AbstractThis specification refers to anshan Steels 1780 strip line design for the production of hot rolling strip steel factory 420 million tons. Typical products for 16MnR, products for 2.5 mm thickness and width for 1520mm. The design manual includes three parts: introduction, text and topic .The first part is introduction, introduces the development status of strip and whole design should complete content. The second part (from chapter 2 text to chapter 9) is the text. The body of the whole design of the overall program description, including product and production plan formulation, metal balance and process, production equipment, process parameter calculation, rolling force. The third part of the design for the projects section, introduced the characteristics and performance requireents of GaoTieChong rail . It also induces the heat treatment, heat treatment methods of function of classification, the advantages , disadvantages of various methods, the existing problems, and what the heavy rail heat treatment technology development direction. In addition, draw a workshop layout. The whole design linkes theory and practice together. It also designs the advanced technology and economic benefit of strip line.Key words: hot rolling strip steel;high-speed railway rails; heat treatment 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 III 页III目 录1文献综述 .11.1 热轧带钢发展历史.11.2 热轧带钢的种类及用途.21.2.1 热轧普通带钢21.2.2 热轧优质带钢31.3 热轧带钢生产工艺.41.4 几种新技术简介.51.4.1 中间坯保温技术和边部感应加热技术.51.4.2 组织性能控制与铁素体区轧制新技术.61.4.3 自由程序轧制技术.71.5 热轧带钢发展中孕育的问题71.5.1 热轧工艺润滑技术问题.71.5.2 热轧过程中产生氧化铁皮的问题.81.6 小结.82 产品方案与金属平衡 .102.1 产品方案的确定102.1.1 热轧产品品种及产品钢号标准.102.1.2 产品品种规格及代表尺寸.112.1.3 年计划产量及所占比例.122.2 金属平衡132.3 原料的选择.142.3.1 原料种类及规格.142.3.2 板坯技术条件.142.3.3 年需坯数量.153 轧制工艺过程及轧制制度的制定 .173.1 生产工艺流程173.1.1 典型产品生产工艺流程示意图.17辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 IV 页IV3.1.2 生产工艺流程简介.183.2 轧制制度的制定193.2.1 加热制度.193.2.2 压下制度.213.2.3 速度制度.243.2.4 温度制度.283.2.5 辊型制度.303.2.6 厚度制度.313.2.7 轧机工作图表.324 设备参数的选择 .344.1 加热区设备的选择344.2 粗轧区设备选择354.2.1 板坯高压水除鳞装置.354.2.2 粗轧机组.354.2.3 粗轧机小立辊.354.2.4 保温罩.364.3 精轧区设备选择.364.3.1 飞剪.364.3.2 精轧除鳞箱.374.3.3 精轧机组.374.3.4 精轧区其他设备.384.4 冷却装置.404.5 卷取区.415 轧制力与轧制力矩计算 .425.1 轧制力计算.425.1.1 计算公式.425.1.2 轧制力计算结果.43辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 V 页V5.2 轧制力矩的计算445.2.1 轧制力矩计算公式445.2.2 轧制力矩计算结果446 设备能力参数校核 .456.1 轧制力能参数.456.2 轧辊强度校核.456.2.1 参数计算.466.2.2 R1 轧辊强度校核 .476.3 咬入角校核.516.4 加热炉能力校核.516.5 电机功率校核.527 轧机生产能力校核 .547.1 年产量计算.547.1.1 工作制度与工作时间.547.1.2 轧机生产能力校核.548 车间技术经济指标 .578.1 概述.578.2 车间各项技术经济指标分析及制定.579 节能与环境保护 .629.1 绿化布置.629.2 污染物处理.629.2.1 水处理.629.2.2 废气处理.629.2.3 热轧润滑油处理.639.3 噪声处理.639.4 废弃物处理.649.5 现场节能技术与措施.64高铁重轨热处理技术的发展 .651. 高铁重轨的性能特点和性能要求.65辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 VI 页VI1.1 高铁重轨的概念651.2 高铁重轨的性能特点.651.3 高铁重轨的性能要求.662 高铁重轨的热处理技术662.1 高铁重轨热处理的作用662.2 高铁重轨热处理方法的分类及其优缺点672.3 高铁重轨热处理存在的问题683 重轨热处理技术的发展方向.693.1 环保节能是近代重轨热处理技术发展的主题693.2 贝氏体重轨热处理工艺694 小结70结 论 .71致 谢 .71参考文献73辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页11 文献综述1.1 热轧带钢发展历史热轧带钢是在带钢热轧机上生产厚度为 1.28mm 成卷带钢的工艺。带钢宽度600mm 以下称为窄带钢；超过 600mm 的称为宽带钢。第一台带钢热连轧机于 1905 年在美国投产，生产宽 200mm 的带钢。由于带钢热轧机的技术经济指标优越，所以发展很快。在工业发达的国家，1950 年以前热轧宽带钢的产量约占钢材总产量的 25,70年代已达 50左右热轧带钢的原料是连铸板坯或初轧板坯，厚度为 130300mm。板坯在加热炉中加热后,送到轧机上轧成厚 1.0025.4mm 的带钢，并卷成钢卷。轧制的钢种有普通碳钢、低合金钢、不锈钢和硅钢等。其主要用途是作冷轧带钢、焊管、冷弯和焊接型钢的原料；或用于制作各种结构件、容器等 1。 带钢热轧机由粗轧机和精轧机组成。粗轧机组分半连续式、3/4 连续式和全连续式三种：半连续式有一台破鳞（去掉氧化铁皮）机架和 1 台带有立辊的可逆式机架；3/4 连续式则除上述机架外，还有 2 台串列连续布置机架；全连续式由 67 台机架组成。精轧机组均由 57 台连续布置的机架和卷取机组成。带钢热轧机按轧辊辊身长度命名,辊身长度在 914mm 以上的称为宽带钢轧机。精轧机工作辊辊身长度为1700mm 的，称为 1700mm 带钢热轧机，这种轧机能生产 1550mm 宽的带钢卷 2。 带钢热轧按产品宽度和生产工艺有四种方式：宽带钢热连轧、宽带钢可逆式热轧、窄带钢热连轧以及用行星轧机热轧带钢。 宽带钢热连轧采用的热连轧机的发展经历了三代： 第一代宽带钢热连轧机 最早的宽带钢热连轧机是 1926 年在美国投产的。采用四辊式轧机以提高刚性，生产宽而薄的产品。精轧机组的主电机为直流电机，用电动机发电机组供电。这代轧机所用板坯厚 150200mm，宽 12001550mm,长 2.55m 。从粗轧机出来的轧件厚度一般为 2030mm,精轧机最高速度为每秒钟 810 米。最大卷重小于 10 吨，单位宽度卷重约 8kg/mm。年生产能力约 60200 万吨，1959 年中国鞍山钢铁公司投产的 1700mm 半连续式轧机就属于这一类型。 第二代宽带钢热连轧机 1961 年在美国投产，其特点是在轧机上采用增速轧制工艺。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 2 页2当带钢从精轧机出来，前端喂入卷取机后,精轧机、辊道和卷取机同时加速,使精轧机速度提高到每秒钟 1520m,单位宽度卷重达 1820kg /mm，卷重达 30 吨，年生产能力达 400 万吨。在这类轧机上采用了自动厚度控制，测厚和测宽仪表，完善的除铁鳞和带钢冷却控制系统，良好的速度控制系统和微张力活套装置。同时加大了轧机刚性和主电机功率，增设了快速换辊装置，并开始采用计算机控制系统，提高了表面质量和厚度的精度。 第三代宽带钢热连轧机 随着第二代轧机技术的成熟和应用，结合连铸机和步进式加热炉的发展，19701978 年发展出第三代轧机。配合这类轧机的加热炉能加热重达45 吨,长达 15m 的板坯。并可减少加热时产生的黑印，减少板坯表面划伤，每座炉子的加热能力达 300 吨。单位宽度卷重达 36kg/mm，最高轧制速度达每秒钟 28.5m。年生产能力达 600 万吨。第三代轧机有下列特点:减少粗轧机组的长度，节省设备和厂房投资,多数采用 3/4 连续式轧机。精轧机列由 7 个机架组成,进入精轧机列的轧件厚度为3050mm。轧制成品尺寸范围为 0.825mm，但其经济合理性尚需从全局考虑。用液压弯辊装置控制板形并用带钢层流冷却以提高钢板质量。并试安装板形检测仪闭环控制板形。采用计算机管理和控制全车间(从板坯库到成品库)的生产过程。在降低能耗、提高作业率、改进产品质量、提高成材率等方面取得成就，如带钢的宽度公差达到1mm，厚度公差达到 0.05mm,废品率降到 0.02，氧化铁鳞损失降为 0.7，切头量为 0.050.1，成材率达到 99。改进轧辊材质,采用轧制润滑油，延长了轧辊寿命；并装设快速换辊装置，使总换辊时间由总操作时间的 1015减少到4,有些车间的轧机作业率提高到 90 3。 1.2 热轧带钢的种类及用途1.2.1 热轧普通带钢 1、热轧普通碳素结构带钢（GB3524-83） 热轧普碳带钢采用普通碳素结构钢作材质，经热轧制成厚度 1.80-6.00mm，宽度50-1200mm 的带钢。 （1）主要用途 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 3 页3主要用作冷轧坯料、冷弯型钢的坯料、焊接钢管坯和自行车、小五金制品的制造。（2）材质的牌号与化学成分、力学性能 符合 GB700-79(88)的规定。 2、压力容器用热轧带钢(GB5681-85） （1）主要用途 用于制造低压力容器。 （2）材质的牌号与化学成分、力学性能 符合 GB700-79(88)的规定。 压力容器用热轧带钢一般带钢厚度 4mm，宽度为 80mm 的倍尺，长度不小于70m（卷） 。1.2.2 热轧优质带钢 1、热轧优质碳素结构钢带钢（GB8749-88） （1）主要用途 作为冷轧带钢的坯料，也可用于制造自行车、缝纫机零件及五金制造。 （2）材质的牌号与化学性能 符合 GB699(优质碳素结构钢技术条件)的规定。 （3）带钢规格尺寸 带钢厚度 2.50-5.00mm（级差 0.25）,宽度 100-250mm。 2、热轧高电阻电热合金带（GB1234-85） 热轧高电阻电热合金带俗称镍铬合金带。 （1）主要用途 用于制造电炉、民用电器的发热元件和电阻件。 （2）材质的牌号与化学成分 热轧高电阻电热合金带钢所采用材质牌号为CR20Ni80、 Cr15Ni60、1Cr13Al14、0Cr25Al5、1Cr25Al9 和 9Cr18 等，其化学成分符合 GB1234-85 的规定。 （3）合金带的规格尺寸与生产单位 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 4 页4带钢厚度 2-6mm；宽度 20-100mm；长度5m 或重量为 8kg。1.3 热轧带钢生产工艺如今，以连铸板坯为原料广泛用于生产热轧带钢；传统的初轧板坯只用于特殊情况。连铸板坯的应用可以提高带钢的纯净度、性能和表面质量。为了再加热时节能的需要，通常将板坯直接热装入推钢式加热炉，热板坯（约 600 ）被加热至轧制温度（12001250 ） 。加热时间应充足，以使整个轧件温度场分布均匀。加热后用高压水除鳞（除去加热期间在板坯表面形成的氧化铁皮） 。轧制前可用压力定宽机控制板坯宽度以提高生产灵活性。在半连续热轧带钢厂，两次粗轧过程都由往复式万能轧机来完成。经第二架粗轧机轧制后，板坯被轧制成厚度约为 40mm 的带坯。用切头剪剪断端部后，带坯经 7 机架精轧机组轧制，厚度减小到 1 至 3.5mm。最后，带钢被水冷至卷取温度。为达到质量要求并获得热轧带钢的性能参数，在精轧和冷却阶段，应对带钢的厚度、宽度、平整度和终轧温度进行精确控制 4。按照要求，热轧带钢可以按以下形式交货：轧制状态（表面由一薄层氧化铁皮） ，酸洗涂油状态（无氧化铁皮） ，平整状态（对轧后的整卷带钢给以轻微压下量的轧制过程） ，热轧卷，纵切成窄带钢，切成定尺的钢板，切边热卷等。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 5 页5图 1 热轧带钢生产工艺图1.4 几种新技术简介1.4.1 中间坯保温技术和边部感应加热技术粗轧机出口带坯长度可达 8090m，进精轧机轧制过程中，为了减少输送辊道上的温度降，以节约能耗，近年来很多工厂还采用在输送辊道上安置绝热保温罩或补偿加热炉（器） 。保温罩内表面附一层吸热温升快、热反射率高的特殊合金层，有效地提高了进入精轧的中间坯温度，从而可降低加热炉出坯温度，提高成材率，节约燃耗。还可提高板带末端温度、减少带钢头尾温差，使板带温度更加均匀，可轧出更宽、更薄、重量更大及精度性能质量更高的板卷 5。带坯在轧制过程中，边部由于散热较快，其温降大于中部温降，温差大约为 100。边部温差大，在带钢横截面上晶粒组织不均匀，性能差异大，同时，还将造成轧制中边部裂纹和对轧辊严重的不均匀磨损。因此，在精轧机组前对带坯边部进行加热，将温度补偿到与中部温度一致 6。一般采用电磁感应加热器，可使带坯边部温度提高辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 6 页63050，使带钢横向温度更加均匀，从而减少带钢边部裂纹，以适应轧制薄规格产品和硅钢、不锈钢、高碳钢等特殊品种的钢。1.4.2 组织性能控制与铁素体区轧制新技术热轧板带钢的内在质量除了受材料本身化学成分的影响之外，很大程度上取决于轧制过程中的变形制度和冷却制度。通过控制变形量的分配、终轧温度、卷取温度、冷却速度，可以控制产品的晶粒度、析出、相变、微结构形态等组织结构特征和屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、韧性等力学性能参数。热轧带钢中最有效的组织性能控制手段是通过控制轧件在层流冷却区的冷却过程来控制卷取温度 7。铁素体区轧制工艺，又称为温轧（Warm Rolling） ，最初开始于 20 世纪 80 年代后期。其初始的设计思想是简化工艺、节约能源为主要目的，力图以传统的连铸坯为原料，通过铁素体区轧制，生产一种可直接使用或供随后冷轧生产的价格便宜、质软、非失效的热轧板。由于 IF 钢的 转变温度较高，很难保证 IF 钢在奥氏体区终轧，相反容易实现铁素体区轧制，所以铁素体区轧制工艺随着 IF 钢的发展应运而生。IF 钢铁素体区轧制工艺与传统的 IF 钢生产工艺区别，在于传统的 IF 钢热轧生产中粗轧和精轧温度均在 Ar3 以上，即在奥氏体区轧制，而铁素体区轧制时精轧在 Ar3 以下，即在铁素体区轧制。铁素体区轧制是在 Ar3 温度以下轧制，由于温度低，可降低加热温度，这样不仅可以节约燃料，开发加热炉的潜在生产力，从而提高效益，还可以大幅度降低由此产生的氧化铁皮损耗，且氧化铁皮量大大减少，不仅提高了成材率和带钢的表面质量，还使冷轧前酸洗效率提高。由于采用较低的轧制温度，首先表现为轧件表面质量的提高，其次，铁素体区带钢的内部应力较低，可有效地提高带钢的平直度。因此，铁素体区热轧对产品质量是有利的。通过降低精轧机机组的轧制温度，能有效地减少轧辊磨损、增加有效工作时间，提高生产率。采用铁素体区热轧工艺，通过铁素体区热轧生成的111织构能够遗传到冷轧过程并在冷轧过程中得到加强，因此铁素体轧制工艺可以以较小的冷轧压下率得到传统工艺在较大压下率情况下得到的相或更强的111织构，保证冷轧板的深冲性能。IF 钢在铁素体区热轧时，若能采取合理的控制轧制、控制冷却制度和较好的润滑辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 7 页7条件，产品经退火或高温卷取酸洗后可作为成品直接使用，并使 IF 钢的 r 值达到接近3 的超级深冲钢，从而免去了冷轧工艺，使产品成本大大降低 8。1.4.3 自由程序轧制技术轧制程序是决定板坯轧制顺序的基准，它对产品的质量、轧制能耗、成本和成材率都有直接影响。传统的轧制程序不仅不适应于连铸热装、连铸直接轧制等技术，限制了生产计划安排和轧机能力提高，而且也不利于板带表面质量和尺寸精度的提高。在传统的热轧带钢生产中，每次换辊后轧辊为冷态，没有热凸度，为了维持正常生产所需要的凸度，必须按一定的规程组织轧钢生产，产品的宽度轧制顺序应首先安排宽度较窄的“烫辊材” ，使轧辊生成较为稳定的热凸度，然后按照一定的步长，逐渐增加宽度，达到最大可轧宽度，在稳定生产一段时间后，轧辊开始在最大宽度上的磨损增加，又需逐渐地减小宽度，直到轧到最小宽度后，轧辊报废。除了宽度方面的限制之外，轧件的厚度和硬度（指不同钢种变形抗力的差别）的跳跃也不能太大。这种安排轧制计划的方式与钢材买方市场的现实相矛盾，目前在世界范围内钢材生产能力已过剩，轧钢厂只能按照用户的需求安排轧制计划，而不能拘泥于已有形式。另一方面，以大幅度节能为目标开发出的连铸连轧直接轧制技术，也需要突破传统轧制计划的限制，开发应用自由程序轧制技术（Schedule Free Rolling）迫在眉睫。随着轧制技术的不断发展，特别是热轧工艺润滑、在线辊型检测、在线磨辊、高精度板形控制（工作辊横移、交叉等） 、定宽压力机和高精度宽度控制以及耐磨性能优良的新材质轧辊等技术的相继开发与应用，保证了轧辊磨损、板厚、板形控制等技术问题，使得有可能突破传统轧制计划的限制，实现自由程序轧制技术。但在具体应用方面，还不够完善，其经验还不够成熟，有待于人们进一步研究，相信在不久的将来真正意义的自由程序轧制技术会得以实现 9。1.5 热轧带钢发展中孕育的问题虽然我国热轧带钢生产的产量和技术已有极大发展，但在发展中也存在一定问题。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 8 页81.5.1 热轧工艺润滑技术问题热轧润滑技术可明显减少辊耗，减小轧制力制力矩，提高作业率，并显著改善热轧带钢表面质量及后续冷轧带钢表面质量，经济效益非常明显。因此，近年来，热轧润滑技术得到了越来越广泛的关注和应用 10。随着钢铁工业的发展和市场竞争的加剧，热连轧厂生产任务不断扩大，薄规格钢种比例也越来越大为满足市场的需求，提高产品质量，确保生产任务的完成，经过市场调研和技术储备，热连轧厂决定采用工艺润滑技术，以实现增加不锈钢，硅钢及普通钢单位轧制量以及不锈钢普通钢规格薄化的目的。热连轧工艺润滑经过两年的工业试验及大量的生产试验，已取得成功，现已交付生产，投入正常使用。工艺润滑的投入使用，标志着热连轧生产技术水平又迈上一个新台阶。1.5.2 热轧过程中产生氧化铁皮的问题由于钢材的热轧制过程是在 8001200的高温中进行，所以在加热或轧制过程中表面会产生氧化铁皮。表面附着氧化铁皮就进行轧制是钢材表面受损伤的主要原因。热轧时轧辊与轧件间存在氧化铁皮，给热传导和表面形状带来很大影响，特别是由于氧化铁皮的变形和破坏的形态，产生各种各样的表面损伤。一般带钢在热轧过程中形成的氧化铁皮可以分为三种形态：在加热炉内形成的初生(一次)氧化铁皮，在精轧前形成的二次氧化铁皮，以及精轧及其后续冷却过程中形成的三次氧化铁皮。初生（一次）氧化铁皮由设置在粗轧机前的 1除鳞箱经高压水除鳞去除，二次氧化铁皮由布置在粗轧机组内的高压除鳞水和精轧机组前的 2除鳞箱去除，三次氧化铁皮通过精轧区带钢表面温度控制、工作辊辊面状态控制等来控制其厚度以及与带钢基体的结合状态，最后通过冷轧前的酸洗去除。质检人员在开卷判定时，一般是按氧化铁皮酸洗后影响深度进行分级，共 5 种：好、粗糙、轻微、中等、严重。严重表示酸洗后会留有黑点；中等表示已酸洗干净但会留有手感明显的麻坑；轻微表示已酸洗干净但会留有手感不明显麻坑或目视可见的小白条。现在，根据影响氧化铁皮产生的原因，可以分为除鳞系、板道系、温度系、轧辊系、粘铁 11。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 9 页91.6 小结热轧带钢品种多、成本低，我国板带钢市场仍有较大的缺口，而且板带钢消费比例逐年上升，市场潜力大，因此板带钢的发展前景是美好的 12。但是，目前我国板带生产与利用在资源配置方面还有许多不甚合理之处，与国外先进技术相比还有一定的差距。在这种情况下，应充分发挥窄带钢小而全、成本低、品种多的特点，通过技术改造，合理调整产品结构 ，提高产品质量，开拓热轧带钢产品应用新领域。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 10 页102 产品方案与金属平衡2.1 产品方案的确定产品方案是进行车间设计、制定产品生产工艺过程、确定轧机组成或选择各项设备的主要依据，包括车间拟生产的产品名称、品种、规格及年产量计划。本车间依据设计任务书要求，经过对同类厂的调查和统计分析，选取具有代表性的品种和规格作为典型产品。编制产品方案的原则及方法：（1）国民经济发展对产品的要求，既考虑当前的急需又要考虑将来发展的需要。 （2）考虑产品的平衡，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。 （4）考虑轧机生产能力的充分发挥，提高轧机的生产技术水平。2.1.1 热轧产品品种及产品钢号标准本次热轧带钢车间设计参照鞍钢 1780 热轧生产先进行。根据现场的生产实际和要求，其产品主要供给冷轧厂、硅钢厂和生产热轧商品卷。产品的材质主要有低碳钢、低合金结构钢、管线用碳素钢、热轧无取向硅钢、汽车用钢、一般耐热钢等。产品钢号标准：1.冷轧钢板用热轧钢卷：(JIS G3141) SPCC、SPCD、SPCE、CQ、DQ、DDQ 、HSLA ；2.热轧钢卷（1）热轧软带钢: (JIS G3141) SPHC、SPHD、SPHE；（2）一般结构用热轧带钢：(JIS G3101)相当于SS330、SS400、SS490、SS540；Q195、Q215、Q235（中国标准）(3) 机械结构用碳素钢：08AL（中国标准） ；(4)一般结构低合金热轧带钢：(JIS GB106) SM400B、SM400C；(5)钢管用热轧带钢：（ API-5LS 标准） X-42、X-60、X-65、X-70 ；(6)冷轧无取向硅钢用热轧带钢：（旧 JIS 标准） S30-S60；(7)一般耐热性能热轧带钢：(JIS G3125) SPHA 、 （中国标准） 09CuPTiRe。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 11 页112.1.2 产品品种规格及代表尺寸1. 产品规格，见表 2.1表 2.1 产品规格列表规格 热轧商品卷 供冷轧钢卷 横切钢板 分卷钢卷厚度(mm)宽度(mm)内径(mm)外径(mm)最大卷重(t)最大单位宽度(kg/mm)1.2-19.0800-16307621100-21503023板坯 200mm 厚1.2-6.0800-16307621100-215030-1.2-7.0800-1630-30-1.2-12.7800-16307621100-215030-2. 产品极限尺寸，见表 2.2表 2.2 产品极限尺寸列表钢种 代表钢号 极限尺寸（厚宽）低碳钢碳素结构钢低合金结构钢管线钢SPHCS15CSM400CX42X701.2800 19.016301.2800 19.016301.2800 5.016305.0800 10.016303. 产品的代表尺寸见表 2.3 和 2.4表 2.3 产品宽度代表尺寸 单位：mm宽度 800-1000 1001-1100 1101-1300 1301-1500 1501-1630代表尺寸 900 1050 1200 1400 1600表 2.4 产品厚度的代表尺寸 单位：mm厚度 1.2-2.0 2.1-3.0 3.1-4.0 4.1-5.0 5.1-9.0 9.1-12.7 12.8-19.0代表尺寸 1.6 2.5 3.5 4.5 7.0 11.0 16.0辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 12 页122.1.3 年计划产量及所占比例要求生产的产品量为 420 万吨/年。按产品流向分配的年产量如下表 2.5。表 2.5 按产品流向分配的年产量产品规格产品种类 厚度（mm）宽度(mm)内径(mm)外径(mm)最大卷重（t）计划产量（t/a）所占比例%热轧商品卷板 1.2-19.0 800-1630 762 1000-2150 30 600000 14.29冷轧用热轧板卷 1.2-12.7 800-1630 762 1000-2150 30 1500000 35.71经横切的商品板 1.2-19.0 800-1630 762 1000-2150 30 800000 19.05经分卷的商品卷 1.2-19.0 800-1630 762 1000-2150 30 1200000 28.57管线钢用热轧卷 5.1-19.0 1015-1630 762 1000-2150 30 100000 2.38合计 - - - - - 4200000 100按产品规格分配的年产量如下表 2.6表 2.6 按产品规格分配的年产量表 单位：mm宽度 合计厚度9001000 10011100 11011300 13011500 15011630 t/a %2.03.03.14.04.15.05.18.08.111.511.517.017.120.0合计 t/a%120000100000600008000090000700006000058000013.8110000014000010000014000013000017000010000088000020.9511000016000016000012000014000014000012000095000022.621800001400001500001600001200008000014000097000023.101000001800001200001000001000001300009000082000019.52610000720000590000600000580000590000510000420000010014.5217.1414.0514.2913.8114.0512.14100100辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 13 页13连铸坯4288486t热轧生产线4216495t横切商品板805964t供分卷钢卷1210531t供冷轧钢卷1500000t管线热轧卷100000t热轧商品卷600000t800000t成品钢卷4200000t100000t 600000t1200000t1500000t98.3%100%99.13%99.26%100%100%图 2.1 金属平衡图2.2 金属平衡金属平衡是反应在某一定时期内（通常是 1 年） ，制品金属材料的收支情况。它是编制车间生产预算与制定计划的重要数据，同时对于设计车间的内部运输与外部运输，以及车间的平面布置都是极为重要的数据。本厂设计年产能力 420 万吨，需要连铸坯量 4288486 吨，金属平衡图如 2.1 所示。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 14 页14根据生产实际经验及产品方案，制订金属平衡表 2.7。表 2.7 金属平衡表金属消耗序号机组及产品名称板坯量（t）热轧钢卷量（t）成品板卷（t）成材率% 轧制线 精整线氧化及烧损 切损及废品 切损及废品t % t % t %122.12.22.32.42.5-轧机热轧钢卷（板）小计带钢成品供冷轧钢卷供分卷钢卷供横切钢卷管线钢用卷热轧商品卷小计-42884864288486-4228447-421649542164954216495150000012105318059641000006000004216495-150000012000008000001000006000004200000-98.398.3-10099.1399.2610010099.71- - - - - -30019 0.7 42285 1.0 - -30019 0.7 42285 1.0 - - - - - - - - - - - - - - - 10531 0.87- - - - 5964 0.74- - - - - - - - - - - - - - 16495 1.612.3 原料的选择2.3.1 原料种类及规格原料选为为连铸坯，年需要量 4288486t，板坯由鞍钢炼钢厂连铸车间供给。这些板坯经表面清理、检查合格、打印标记后送到本车间。板坯规格见表 2.8。表 2.8 板坯规格厚度（mm） 长度（m） 宽度（mm） 重量（t）辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 15 页15230（标准坯） 5.3-11 10001700 Max：302.3.2 板坯技术条件产品的质量控制精度见表 2.9。表 2.9 产品工艺及质量控制精度质量控制项目 保证偏差 测量长度百分数厚度精度 0.040 95.4%宽度精度 07 95.4%凸度精度 0.020 95.4%平直度 38i 95.4%终轧温度 20 95.4%断面轮廓 0.018 95.4%楔形 0.8%h 95.4%卷曲温度 15 95.4%表面质量：钢板和钢带的表面不允许有裂纹、结疤、折叠、气泡和夹杂。钢板和钢带不得有分层。钢板和钢带的表面允许有深度和高度不大于厚度公差之半的折印、麻点、划伤、小拉痕、压痕以及氧化铁皮脱落所造成的表面粗糙等局部缺陷。对表面的薄层氧化铁皮、轻微铁锈和残余涂料、活痕等不影响表面质量的局部缺陷亦允许存在。钢板和钢带表面的局部缺陷，允许用修磨方法清除，但清除深度不得大于钢板和钢带厚度公差之半。钢带允许带缺陷交货，但缺陷部分不得超过每卷长度的 8。2.3.3 年需坯数量根据产品方案和金属平衡确定车间年需坯数量，见表 2.10。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 16 页16表 2.10 年需坯数量表宽度 合计厚度 1000110011011200 12011400 14011600 16011700 t/a %2.03.03.14.04.15.05.18.08.111.511.517.017.120.0合计 t/a%120000100000600008026690000700006000058026613.5310000014000010000014000013000017022010000088022020.5311000016000016300012000014000014000012000095300022.2218000020000015000016500012000080000140000103500024.131000001900001300001000001000001300009000084000019.59610000790000603000605266580000590220510000428848610014.2218.4214.0614.1113.5213.7611.89100100辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 17 页173 轧制工艺过程及轧制制度的制定3.1 生产工艺流程3.1.1 典型产品生产工艺流程示意图本热轧带钢生产车间的年产量为 420wt/a，典型产品为 16MnR，其尺寸规格为3.51520mm。为保证产品质量与产量，生产采取较为先进的生产工艺流程，其示意图3.1 所示。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 18 页18连铸 板 坯 步进式 加热炉 高压水 除鳞 R1（ E1,E2） 粗轧机 （ 带 前后立辊 ） 飞剪 保温 罩 精轧机 层流冷却 精轧机组轧制高压水 除鳞箱 卷取机 检查 卷 取 ， 分卷 ，横切 成品 图 3.1 生产工艺流程图3.1.2 生产工艺流程简介热轧车间和连铸车间毗邻布置，在连铸车间经冷却、火焰处理、标记后的合格连铸板坯以及表面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。热连铸坯分别存放在四个板坯跨内，当连铸机和热轧机的生产计划相匹配时，热坯也可以从来料辊道经中间辊道直接磅到加热炉后的装料辊进行装炉。根据生产计划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。DHCR 直接热装坯约占 10，t700。HCR 保温后装炉坯约占 50，t550；CCR 冷装坯约占 40,t室温。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 19 页19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 12001250 出炉。加热出炉后的板坯，首先经过高压水除鳞清除氧化铁皮，而后进入粗轧机组，R1粗轧机为四辊可逆式轧机，与可逆式立辊轧机 E1 靠近布置，板坯在 E1R1 上轧制 3 道后，经辊道送至 E2R2 四辊可逆式轧机轧制 3 道次，轧成 3060mm 的中间带坯。带坯经中间辊道送至切头飞剪剪去带坯头、尾，然后经精轧机前除鳞设备除去带坯表面的氧化铁皮，送入精轧机组轧制。粗轧机组产生废带坯，由设在中间辊道传动侧的废品推出机推至废品台架上，切割后用载重小车运走。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。为减少切损，切头飞剪设有最佳化剪切系统。带坯经七机架四辊式连轧机组轧制成厚度为 1.219.0mm 的成品带钢。为确保轧制精度和控制板型，在F1F7 精轧机上设有动作灵敏、控制精度高的液压 AGC 厚度自动控制系统。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。成品带钢经精轧机组后的输出辊道上的层流冷却系统后，使温度降到规定的卷曲温度，由液压助卷卷曲机卷成钢卷。卷曲完后，由卸卷小车将钢卷托出卷曲机，经卧式自动打捆机打捆后，再由卧式翻卷机将钢卷翻卷成立卷放在链式运输机中心位置上，由链式运输机和步进梁运送钢卷，必要时将钢卷送到检查机组打开钢卷头部进行检查。钢卷经称重打印后根据下一工序决定钢卷的流向。去精整线的钢卷先翻成卧卷再由运输机送到本车间热钢卷库分别进行加工；去冷轧厂的钢卷由运输机运到钢卷转运站，再由钢卷运输小车送至冷轧厂。3.2 轧制制度的制定板带钢轧制工艺制度主要包括：（1）压下制度 它是板带轧制工工艺制度中最基本的核心内容，直接关系到产量、质量和操作的稳定性。其主要内容是确定所采用的轧制方法、轧制道次和道次压下量。（2）温度制度 包括加热温度制度，轧制温度制度（开轧、终轧温度和道次温度的确定）和冷却温度制度（包括卷曲温度和缓冷制度等） 。温度制度取决于对产品的性辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 20 页20能要求和变形制度、但对变形制度本身又有所影响。（3）速度制度 多数板带轧机与不可逆式的型钢轧机不同，采用可调速的可逆轧机或连轧机。速度制度的合理与否同样影响轧机的产量和轧钢过程的顺利进行。所谓合理的工艺制度，是相对而论的。因为某一制度都是针对某一特定的设备条件、车间布置、原料供应等具体情况而制定。另一方面，优质、高产、低消耗是工艺制度所追求的目标，但这三者在客观上是有一定矛盾的，而质量的多项指标之间也存在一定的矛盾，因而工艺制度只能根据具体要求求得总体上的合理性。3.2.1 加热制度在热轧带钢的生产中，为使钢材便于轧制，就必须根据钢本身特性的不同而采取不同的加热制度。加热质量的好坏与带钢轧制工艺及质量有着密切的联系。1. 加热目的在轧钢之前，要将原料进行加热，其目的在于提高钢的塑性，降低变形抗力及改善金属内部组织性能，以便于轧制加工。2加热要求钢坯在轧制前加热的好坏直接影响轧机产量、产品质量和能量消耗、设备安全及其他技术经济指标。对此，必须满足以下加热要求：1）加热温度要准确、不产生过热和过烧；2）加热时板坯内外温度要均匀，尽量将温差限制级在允许范围内，否则产生热应力；3）尽量减少板坯加热时氧化损失，以降低成本，提高表面质量；4）防止含碳量高的板坯在加热时脱碳；5）不同的钢种制定不同的合理的加热制度。3.加热温度的确定钢的加热温度主要应根据各种钢的特性和压力加工工艺要求，从保证钢材质量和产量出发进行确定。1）加热温度的上限和下限对低合金钢和碳钢，可根据 Fe-C 平衡相图确定加热温度的上限和下限，理论上应当是固相线 AE，实际上加热温度上限一般低于 100150。其下限理论上高于辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 21 页21Ar3（高 3050） ，这个温度通常是 11501250。此外还要考虑到出炉到轧制终了时的全部温降情况。2）加热温度必须考虑轧钢工艺的要求、设备布置特点等。3）合金钢的加热温度，尤其高合金钢中合金元素的种类、含量不同，故具体考虑。4.加热时间板坯的加热时间可按下面的经验公式计算：1） 冷装加热时间：=CB (3.1)式中: 加热时间，小时；B钢坯厚度，厘米；C系数；见表 3.12） 热装加热时间：钢坯热装时加热时间取决于其入炉温度，温度越高，加热时间越短。故热装加热时间可按下面公式确定：t1=CB-0.0016(T-200)式中： T装炉时金属温度，。表 3.1 系数 C 的选择钢种 C碳素钢 0.10.15合金结构钢 0.150.20高合金结构钢 0.200.30高合金工具钢 0.300.40本设计采用热装加热，依据典型产品取 C=0.15，则加热时间 t1=0.1523-0.0016（550-230）=2.938h。3.2.2 压下制度板带钢轧制压下规程是半袋轧制制度最基本的核心内容，直接关系着轧机的产量辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 22 页22和产品的质量。其内容包括确定采用的轧制方法，轧制道次及每道次的压下量等。热轧带钢的压下规程包括粗轧和精轧两部分。本次设计的典型产品是：16MnR，3.51520mm 。1.粗轧压下规程粗轧机的作用是将加热后的板坯，经本机组的粗轧机轧制成规定的厚度和宽度的中间坯。（1） 根据产品选择原料选择连铸坯的规格为：230150010000mm，其化学成分见表3.2。表 3.2 坯料的化学成分 单位：%牌号 C Si Mn P S Alt16MnR 0.20 0.200.55 1.21.6 0.030 0.020 0.02（2）根据成品板宽确定精轧目标宽度由公式： BF=BC（1+C 1TF7）+ (3.2)式中 BC成品板宽，mm；BF精轧目标宽度，mm；C1热膨胀率，1.4510 -5；TF7精轧末架出口温度，取 880；宽展边余量，一般为 68mm。则：B F=BC（1+