240万吨CSP热轧薄板厂设计毕业设计说明.doc

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 i 毕业设计说明书 240 万吨万吨 csp 热轧薄板厂设计热轧薄板厂设计 摘要摘要 本设计以生产产品规格为 12mm1550mmx65 管线钢为例，设计一个年产量为 240 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。 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 ii 关键词：关键词：csp 连铸连轧 轧制工艺 强度校核 design of csp hot rolling sheet plant 240 ton annual output abstract the design specifications for production of product is 12mm1550mm x65 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. 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 iii keywords: csp continuous casting and rolling rolling progirss strength check 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 i 目目 录录 摘要摘要i abstractii 第一章第一章 建设一个建设一个 csp 车间的可行性和必要性分析车间的可行性和必要性分析1 1.1 csp 生产线历史简介1 1.2 国内外 csp 生产线概况1 1.2.1 国内 csp 生产线发展概况概况 1 1.2.2 世界其他各国的薄板坯连铸连轧生产线近况3 1.3 在包头建设csp钢厂的必要性和可行性研究4 第二章第二章 产品方案编制产品方案编制6 2.1 产品大纲的编制6 2.1.1 产品大纲的制定原则6 2.1.2 产品大纲6 2.2 金属平衡表的编制7 2.2.1 编制依据及内容7 2.2.2 金属平衡表的编制8 第三章第三章 csp 生产工艺过程的制定生产工艺过程的制定9 3.1 制定工艺过程的依据9 3.2csp 生产工艺流程图10 3.3 csp 生产工艺流程及主要设备简介10 3.4 csp 生产工艺流程特点11 第四章第四章 主要设备的选择主要设备的选择13 4.1 机架数目的确定13 4.2 轧机技术性能参数13 4.3 轧辊尺寸的确定14 第五章第五章 压下规程的确定压下规程的确定16 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 ii 5.1 压下规程的制定依据 16 5.1.1 轧制制度确定的原则及要求16 5.1.2 变形制度的确定16 5.2 速度制度的确定17 5.3 温度制度的确定17 5.4 各道次压下量的分配18 5.5 各机架轧制速度的确定18 5.5.1 各机架轧制速度的计算18 5.5.2 各架轧机速度范围的确定19 5.6 各机架轧制温度的计算20 5.7 轧机咬入能力校核22 5.8 轧制压力的计算24 5.8.1 各道次的平均变形速度的计算24 5.8.2 求各道次的变形抗力25 5.8.3 平均单位压力的计算27 5.8.4 轧制压力的计算27 5.9 轧机的轧辊辊型设计28 5.9.1 影响辊缝形状的因素28 5.9.2 辊形的设计31 5.10 电动机传动轧辊所需力矩的确定34 5.10.1 传动力矩的组成34 5.10.2 轧制力矩的确定35 5.10.3 附加摩擦力矩的确定37 5.10.4 空转力矩的确定40 5.10.5 电机轴上总的传动力矩40 5.11 轧制规程表的确定42 第六章第六章 轧制过程中主要参数的校核轧制过程中主要参数的校核43 6.1 电机能力的校核43 6.1.1 等效力矩的确定43 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 iii 6.1.2 电动机功率的确定44 6.2 轧机的强度校核 45 6.2.1 板带轧辊的强度特点45 6.2.2 轧辊的强度校核48 第七章第七章 车间生产能力的确定车间生产能力的确定60 7.1 轧机小时产量的确定60 7.1.1 轧机小时产量计算60 7.1.2 轧钢机平均小时产量60 7.2 轧钢车间年产量计算61 7.3 轧钢机的工作图表62 7.3.1 轧钢机的工作图表的意义62 7.3.2 连续式轧机轧制图表的特征62 第八章第八章 辅助设备选择辅助设备选择64 8.1 加热设备的选择65 8.2 剪切设备（事故剪）的选择66 8.3 高压水除鳞箱的选择67 8.4 活套支撑器的选择67 8.4.1 热连轧带钢轧机精轧机组的生产特点67 8.4.2 活套支撑器的作用68 8.4.3 活套支撑器的类型68 8.4.4 活套支撑器的工作特征69 8.4.5 所选活套支撑器的参数69 8.5 冷却设备的选择69 8.6 卷取设备的选择70 8.6.1 带钢生产工艺对卷取的要求71 8.6.2 带钢卷取机的结构特点71 8.6.3 带钢卷取机区的主要技术参数72 第九章第九章 厂房平面布置厂房平面布置75 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 iv 9.1 平面布置的原则75 9.2 金属流程线的确定75 9.3 设备间距的确定76 9.4 仓库面积的确定77 9.5 其它设施面积的确定78 9.5.1 操作台位置选择78 9.5.2 主电室78 9.5.3 运输通道的确定78 9.6 轧辊堆放场地的确定79 参参 考考 文文 献献80 致致 谢谢81 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 1 第一章第一章 建设一个建设一个 csp 车间的可行性和必要性分析车间的可行性和必要性分析 1.1 csp 生产线历史简介生产线历史简介 自 1989 年世界上第一台工业化的薄板坯连铸连轧生产线投产以来，过去的 11 年 中已有 36 条生产线相继运作， 2000 年可形成年产 4825 万 t 的生产能力。薄板坯连铸 连轧工艺技术装置日趋完善，市场竞争更具实力，原因在于它的工艺优势：投资低、 能耗低、生产成本低、维护费用低、成材率高。两流薄板坯连铸机与一套热连轧机相 配可产 160250 万 t/a 热轧带卷，可以分别与电炉或高炉转炉流程相联接。薄板坯连 铸连轧技术越来越显示出它的生命力。 1.2 国内外国内外 csp 生产线概况生产线概况 1.2.1 国内国内 csp 生产线发展概况概况生产线发展概况概况 2001 年以来投产的生产线的达产速度快于国外同类生产线邯钢薄板坯连铸连轧生 产线 1999 年 12 月投产，2000 年达到设计生产能力，是所有已投产的 csp 生产线中达 产最快的。包钢的薄板坯连铸连轧生产线是我国第一套双流 csp 生产线，2002 年 8 月 投产，2003 年超过了设计生产量，比邯钢更快，是国际上达产速度最快的。 2003 年已投产的 5 条线为所在企业创造了可观效益已投产 5 条生产线 2003 年的生 产指标见表 1-1【1】。 表 1-1 2003 年我国薄板坯连铸连轧生产指标 厂名 连铸机流数和 铸坯规格/mm 2003 年轧材 产量/万 t 钢水成 材率/ % 钢材合 格率/ % 珠钢1 流，(10001350)50112.5098.299 邯钢1 流，(9001680)70153.2697.5698.43 包钢 2 流，(12501500)67 (12501500)50 251.8198.8599.13 鞍钢 1 流， (960 1520) (100130) 220.8595.8299.81 唐钢 1 流， 55.7687.2299.47 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 2 (9501680)(7085) 已投产的 5 条生产线技术操作指标的差别很大。表 2 技术操作指标中有一些不具 备可比性，但相当一部分是可比的，如:作业率、连浇炉数、燃料消耗等。另一方面， 与设计技术操作指标对比，还有一些指标未达到。差距就意味着潜力。 表 1-2 2003 年我国薄板坯连铸连轧生产线技术操作指标 厂名 拉坯速度 /(mmin-1) 铸机 作业 率/% 平均 连浇 炉数 平均 连浇 时间 漏钢 次数 漏钢 率/% 加热炉 燃耗 /(kgt- 1) 轧机 作业 率/% 珠钢 邯钢 包钢 鞍钢 唐钢 4.55.8 3.8 4.85 2.12.4 3.79 83 68.6 81.4 86.7 33.56 7.73 8.45 15.4 15.9 5.92 550 336.6 569.4 _ 337.2 _ 65 52 11 30 0.3 0.48 0.411 0.066 0.77 20 26.8 _ 38.77 67.8 65 74.77 80.6 84.3 32.5 发挥薄板坯连铸连轧技术潜力的关键之一在于发挥连浇的优势。抓连浇炉数的增 加就必须解决铸机漏钢和提高整个作业线作业率的问题，从而提高生产线的效率。 连铸连轧工艺的独特优势薄板坯连铸连轧工艺是由薄板坯连铸机与常规宽热带连 轧机的精轧机组集成而来的。连轧机组的能力与常规热带连轧机相当，而薄板坯铸机 能力低于连轧机组。常规热连轧机生产薄规格产品的不利点是单位时间内产量大幅度 下降，而这正是薄板坯连铸连轧生产线的固有特性。生产薄规格热轧板是薄板坯连铸 连轧技术的独特优势。近几年我国进口热轧板中大都属于薄规格产品，特别是厚度 2mm 的薄板。发挥薄板坯连铸连轧技术的独特优势将大大促进我国钢铁产品结构的 调整。 对新工艺决不能满足于掌握操作技术、达到并超过设计能力，还必须做到自主设 计，制造、并有所改进与提高。我们应努力使我国的薄板坯连铸连轧生产线成为效率 最高且最经济的生产线。 我国薄板坯连铸连轧技术还有很大发展空间预计到 2010 年后，我国板材年产量将 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 3 达 1.11.3 亿 t。其中需要中厚板轧机生产的中厚板约在 2 000 万 t/a 水平。需要由热连 轧机生产的板材，约在 0.91.1 亿 t 之间。到 2003 年底，我国热连轧机生产能力为 4 708 万 t/a(其中常规热连轧机为 3 126 万 t/a，薄板坯连铸连轧 1 442 万 t/a，炉卷 140 万 t/a)。在建热连轧机生产能力 3850 万 t/a(其中常规热连轧机 2 450 万 t/a，薄板坯连铸连 轧 1 400 万 t/a)，尚有 10003000 万 t/a 的规模扩大空间。从发展观点看，今后常规热 连轧机与薄板坯连铸连轧生产能力之比应在 11 或 64 之间。则我国这一规模发展 空间将主要由薄板坯连铸连轧技术来填补。 其技术发展空间如前所述，薄板坯连铸连轧技术是新开发的薄板坯连铸技术与常 规热连轧机组的集成。集成技术属于生产要素的一种新的组合，新的组合就会产生新 的生产力，从而产出新的贡献，同时提供今后潜力开发的空间。薄板坯连铸连轧技术 提供的发展空间有：(1)利用轧机能力余量大的潜力，开发薄规格热轧板生产技术，替 代部分冷轧产品；(2)利用薄板坯温度均匀的潜力，开发生产平直度高的产品；(3)利用 薄板坯冷却速度快的优势，开发生产强度更高的普碳钢和部分应用广泛的不锈钢和硅 钢。 1.2.2 世界其他各国的薄板坯连铸连轧生产线近况世界其他各国的薄板坯连铸连轧生产线近况 美国纽柯厂有多条 csp 生产线。同时在 armco (阿姆科)建立了一条 conroll 生产线， 生产 75125 mm 的中等厚度板坯轧薄板。 1997 年又在 ipsco (依波斯柯)投产了一条 isp 生产线，年产 125 万 t 的 212.7 mm 热轧带卷(宽 1219 2438 mm)。近年来加拿大的阿尔戈马(algoma)厂采用达涅利(danieli)技术建立了一台两 流薄板坯连铸连轧生产线，年产 200250 万 t。美国的北极星(north)bhp 厂引进了住友 公司的中等厚度板坯铸机和达涅利的热连轧机建成一条年产 135 万 t 的生产线，带钢最 小厚度 2.7 mm。应指出，自 1998 年来有大量低价薄板材涌入美国市场，使多条薄板 坯连铸连轧生产线遭遇打击，但仍能有较大发展。 最先引进 csp 生产线的是墨西哥希尔沙厂，它生产 1.52、1.37、1.21、1.06、0.91 mm 厚，宽 8311270 mm 的热轧带钢，40 %国内出售，25 %销往美国，其余出口中东 和拉美。又增建了第 2 台薄板坯连铸机，产量翻倍，以生产1.5 mm 热轧带卷为主。 韩国的浦项(posco)光阳厂，1997 年建的 csp 生产线(2 号)，1998 年中期工程即 暂停，已决定和原有的 1 号生产流程(180 万 t/a)一同出售，主要原因是钢铁工业布局不 合理，太集中了。泰国 nts 公司引进了 csp 工艺，1997 年夏在乔恩布日(chonburi)建 成，薄板坯厚 4570 mm，产品为 12 mm 热轧带卷，产量 120 万 t/a，生产正常。ssm 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 4 公司采用了 qsp 技术，浇注 9070mm，生产热轧带卷。马来西亚梅加厂(maga steel) 用了 6 亿美元在橡胶园建成了两条 csp 生产线，1998 年投产以来生产正常，有望突破 250 万 t/a。印度伊斯帕特集团 1998 年第一条 csp 生产线投产后，又订了第二套设备， 计划 2000 年初达到 200 万 t/a。 第一条 csp 生产线建在西班牙的比斯卡亚 acb 厂(aceria compactade bizkaia)， 1998 年投产以来，受欧盟限产要求，产量不大。德国的蒂森(thyssen) 1999 年 4 月 9 日 投产了 csp 生产线，它和转炉相连，生产(4570) mm1600 mm 铸坯， 1.23.0 mm 的高强度带钢和 0.8 mm 的软钢，现已满负荷生产200 万 t/a。荷兰的霍戈文公司正在 艾默伊登厂建设 150 万 t/a 的 isp 生产线，争取 2000 年投产，生产(11.25) mm(7501560)mm 的热轧带卷。此外，非洲埃及亚历山大国家钢铁公司(ezz)1999 年来投产了 100 万 t/a 的 csp 生产线。南非的萨尔达尼厂(saldanha)建成了一流年 产 140 万 t 的 isp 生产线。澳洲的 bhp 公司拟引入 qsp 技术，建立第一条薄板坯连铸 连轧生产线。综上所述，各种薄板坯连铸连轧技术正被全世界各国广泛使用。从这些 生产线中总结出该技术的发展趋势：与高炉转炉流程嫁接，用更纯净的钢水作原料， 以生产1 mm 的薄规格产品；热轧薄带部分取代冷轧产品【2】。 1.3 在包头建设在包头建设 csp 钢厂的必要性和可行性研究钢厂的必要性和可行性研究 包头市，位于内蒙古自治区西部，地处渤海经济区与黄河上游资源富集区交汇处， 北部与蒙古国接壤，南临黄河，东西接沃野千里的土默川平原和河套平原，阴山山脉 横贯中部。包头的地理坐标是东经 109 度 50 分至 111 度 25 分、北纬 41 度 20 分至 42 度 40 分，面积为 27691 平方公里，为内蒙古自治区最大的城市。能为建厂提供一个很 好的地理位置。 包头市位于阴山-天山纵向成矿带上，矿产资源丰富，蕴藏有稀土、铁、煤炭、 铝、金、铌等 54 种金属、非金属和能源化工原料。其中最为著名的白云鄂博矿山，是 举世罕见的金属共生矿山，铁的探明储量约为 10 亿多吨，铌的储量居全国之首，稀土 储量居世界之最，稀土储量不仅巨大而且品位高、生产成本低，占到全国稀土储量的 91.6%，占世界已探明储量的 54.2%，1999 年包头稀土产量（以氧化稀土计）占世界总 产量的 60%，是名副其实的“稀土之乡” 。丰富的矿产资源为 csp 产品所需要的其他元 素提供了得天独厚的条件。 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 5 虽然是西部城市，但包头拥有充足的水资源，而这也是是包头经济赖以发展的重 要条件。黄河流经包头境内 214 公里，水面宽 130 米到 458 米，水深 1.6 米到 9.3 米， 平均流速为每秒 1.4 米，最大流量每秒 6400 立方米，年平均径流量为 260 亿立方米， 是包头地区工农业生产和人民生活的主要水源。此外，艾不盖河、哈德门沟、昆都仑 河、五当沟、水涧沟、美岱沟等河流，水流量可观，也是可以利用的重要水资源。包 头可利用地表水总量为 0.9 亿立方米（不包括黄河过境水） 。地下水补给量为 8.6 亿立 方米。从 50 年代起，包头就开始了大规模的水资源开发，先后修建了黄河水源地多处， 以及奥陶窑子、团结渠、民生渠、磴口扬水站、画匠营水源地等较大的黄河提水工程， 先后构筑了昆都仑、刘宝窑、水涧沟等中小型水库，进行了大规模的水资源开发。由 此看来，csp 生产线的用水设施得到了一个很好的保障。 包头土地总面积 27768 平方公里，其中，山地占 14.49，丘陵草原占 75.51， 平原占 10。 已开发和利用的土地中，市区面积为 140.5 平方公里；耕地面积占土地 面积比重 14.3；森林面积 149.2 千公顷，草原面积 2086.5 千公顷。其中很多地方可 以作为工业园区，可见包头能提供建厂所需土地。 包头是连接中国华北、西北的重要交通枢纽和中国西部重要的邮电通讯中心，现 已基本形成了铁路、公路、航空综合交通网络。其中贯通华北、西北地区的大动脉京 包、包兰铁路、包神铁路在包交汇，东行可连北京，西行可连兰州，南行可连太原、 西安、上海、宁波等地；110、210 国道穿越市区、呼包高速公路建成通车，27 条公路 干线通向全国各地，形成了以丹东-北京-包头-银川-拉萨为东西南北州县和 北海-西安-包头-白云为南北轴线，连接内蒙古自治区和 近省、市、自治区的公路 网络，密度超过了全国平均水平；由此看来，包头的交通运输条件很好，能为产品的 对外销售销售提供保障，更为保障资源优势转化为经济优势与外来资源的引进提供了 基础条件。 综上所述，包头市资源区位优势突出，各项基础设施较为完善。在能源与原材 料价格不断上涨的宏观形势以及国内产业向西部转移移的大趋势下拥有较为广阔的发 展前景。而包头市近年来也不断通过改革降低地区比较优势发挥的交易成本，同时通 过招商引资与对外合作进一步释放了资源优势对于当地经济的拉动作用。作为市场经 济中最重要的微观主体，企业对于包头的经济发展具有无可争议的重要意义。从各个 方面来分析，在包头建立一个 csp 钢厂很有优势，更有发展前景。 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 6 第二章第二章 产品方案编制产品方案编制 2.1 产品大纲的编制产品大纲的编制 2.1.1 产品大纲的制定原则产品大纲的制定原则 产品方案是进行其它工艺设计的首要依据（轧制、选型、厂房） ，因此工艺设计首 先从拟订车间产品方案开始。 1）服从国家或地区对产品的需求，在此条件下，根据车间工艺、设备的特点和市 场的要求进行产品开发。 2）具有经济观点，主要是生产能力大，消耗指标底，生产技术先进，产品质量高， 成本低廉。 3）考虑各产品的平衡，正确处理当前和长远发展的要求，注意地区之间的平衡。 4）考虑轧机生产能力的充分利用和建厂地区产品的合理分工，有条件的要争取轧 机向专业化和产品系列化的方向发展，以提高轧机的生产技术水平。 5）注意建厂地区资源及钢坯的供应条件，物资和材料的运输情况，逐步建设和完 善我国自己的独立的轧钢生产体系。 6）要逐步解决产品品种和规格的老化问题，要适应当前新的经济形势的变化。 2.1.2 产品大纲产品大纲 基于产品大纲编制原则、市场需求以及地区条件编制该产品大纲 （1）钢坯规格： 厚度： 5065 mm 宽度范围： 9801560mm 长度范围： 648mm （2）轧制品种： 冷成形用钢，碳素结构钢，焊接结构钢，汽车结构钢，管线钢，焊接气瓶刚， 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书 7 船舶结构用钢，低合金高强度钢，热轧花纹板。 （3）工艺条件： 炉内温度： 9801180 炉外温度： 9501150 终轧温度： 8001000 轧制速度： 最后一架的速度范围 312m/s 表 2-1 产品编制表 序 号 产品 名称 规格 （mm） 年产量 （万 t） 所占 比例 技术标准代表钢种、钢级 1 冷成形 用钢 1.56.09 801560 2410% jis g 3131- 1996 sphc;sphd;sphe 2 碳素结 构钢 1.220.0 9801560 26.412% jis g 3101 dini7100 s400; s490 3 焊接结 构钢 2.520.0 9801560 19.