材料成型专业毕业论文.doc

i 目 录 第一章 可行性研究报告 1 1.1 国内外钢铁产量现状 .1 1.2 国内外轧制技术及设备 .1 1 .3 国内中厚板地位 3 第二章 产品方案与计算产品 5 2.1 产品方案的编制 .5 2.3 计算产品的选择 .5 2.4 计算产品介绍 .8 2.5 产品的执行标准与技术要求 10 第三章 生产方案与工艺流程 .11 3.1 生产方案的选择 11 3.2 生产方式 12 3.3 生产工艺流程的选择 12 3.4 生产工艺叙述 15 第四章 主辅设备选择 .26 4.1 主要设备选择26 4.2 辅助设备选择 27 第五章 工艺计算与金属平衡 .33 ii 5.1 a36(20mm3000mm20000mm)压下规程计算33 5.2 设备校核 37 5.3 制定生产工艺流程定额卡 41 5.4 编制金属平衡表 42 第六章 设备负荷计算 .44 6.1 工作制度和年工作台时的确定 44 6.2 设备负荷能力计算 45 6.3 车间设备负荷率的确定 46 6.4 提高设备产量的途径 46 第七章 车间平面布置与立面尺寸 .48 7.1 车间平面布置 48 7.2 车间立面尺寸 55 第八章 车间劳动组织与经济指标 .57 8.1 车间劳动组织 57 8.3 流动资金定额的概算 60 8.4 产品成本概算 61 8.5 投资回收期估算 63 8.6 技术经济效果评论 64 第九章 厂房设计 .65 9.1 厂房的结构和要求 65 9.2 厂房建筑结构 66 iii 第十章 车间电力设施 .68 10.1 车间照明 .68 10.2 车间动力 .69 10.3 年耗电量的计算 .70 第十一章 车间辅助设施 .71 11.1 供水 .71 11.2 供热与供气 .71 第十二章 环境保护 .72 12.1 环保对车间设计的要求 .72 12.2 车间设计环保的内容和对策 .72 参考文献 .73 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 1 第一章第一章 可行性研究报告可行性研究报告 1.1 国内外钢铁产量现状国内外钢铁产量现状 钢铁是国民经济建设最重要的基础原材料，我国钢铁产量已近 6 亿吨，轧钢生产 是钢铁企业终端，是核心，今后的发展方向是提高技术装备水平、优化生产工艺以提 高产品质量并实现节能降耗。2009 年，世界粗钢产量已经达到了 12 亿多吨，是 1990 年产量的 1.67 倍，其中中国的发展速度令其他国家望尘莫及。2000 年年产量 1.26 亿 吨，到 2009 年 5.68 亿吨，我国粗钢产量年平均增长率达到了 18%以上。进入 2010 年 以后，随着全球钢铁工业的逐步回暖，中国钢铁工业也保持了快速增长的局面。 1.2 国内外轧制技术及设备国内外轧制技术及设备 近年国内外在轧钢技术和设备、控轧控冷、新钢种开发以及产品尺寸、形状与组 织精确控制方面取得了长足发展。以下对这几方面进行简要介绍： 1.2.1 轧钢技术与设备现状轧钢技术与设备现状 在轧制技术与理论方面，高精度轧制、高速轧制、无头轧制、柔性轧制 轧制过 程中的形变、相变与析出的综合控制理论与技术，现代轧制过程分析、控制及应用等 技术越来越广泛地应用在轧钢生产中。特别是无头轧制技术的发展近年来取得质的飞 跃。在轧制设备方面，除了大型化、高刚度化、高效率以及更加灵活精确的板形、板 厚和板宽控制方式外，设备的紧凑化、灵活方便的换辊系统开发等也取得了较大的进 步。 1.2.2 控轧控冷控轧控冷 在控轧控冷技术方面，快速冷却、超快速冷却、在线热处理等技术的开发和应用， 大大提高了冷却效率和温度与组织的均匀性，不仅为高质量、高性能和高强度新品种 开发提供了极其有效的手段，而且为节约合金元素、降低生产成本提供了新的可能性。 特别是超快速冷却和在线热处理技术近年来业界极为关注，国内宝钢和沙钢 5000mm 宽厚板生产线采用了加速冷却和直接淬火装置。 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 2 1.2.3 新钢种开发新钢种开发 在新钢种开发方面，用于汽车、大型建筑结构、桥梁、海上运输与能源输送等方 面设备的轻量化、高性能和长寿命、高强与超高强、细晶和超细晶钢越来越受到重视。 目前，国内外对超细晶钢进行了广泛研究。日本在发展超细晶钢时，重点是采用强力 变形。通过多轴变形、大变形量轧制，并配以动态再结晶轧制等方法获得高强度、高 韧性的亚微米级超细晶钢。日本住友金属工业公司开发了在奥氏体区进行轧制来生产 超细晶薄钢板的超短时间间隔多道次轧制技术，成功试制了铁素体晶粒为 1m 左右 的 0.15%c-0.7%mn 超细晶薄钢板。我国在发展超细晶钢时，除了采用强力变形和动 态再结晶轧制外，主要发展了形变和相变耦合以及研究纳米析出相在超细晶钢中的作 用两个方向。超细晶化理论及技术是 21 世纪新一代钢铁材料的重要发展方向，它不 仅是材料物理的重要课题，也是材料化学和材料制备过程的重要课题。 1.2.4 产品尺寸、形状与组织精确控制产品尺寸、形状与组织精确控制 在对产品尺寸、形状与组织精确控制方面则是向着尺寸超薄、超厚、形状高精 度及组织均匀化方向发展；另外，轧钢智能化技术已逐渐成为复杂轧制过程控制的重 要手段。随着对产品尺寸精度、力学性能和表面质量要求的不断提高，传统的轧制力 计算公式已不能适应更高精度的要求，数学模型则是一种较理想、用于轧制过程控制 和轧机设备设计的方法。由于轧制过程影响因素众多，如应变硬化、摩擦、轧辊压扁、 温度等及其之间的相互作用，使得轧制过程的模型理论分析变得困难复杂，神经网络 等方法在轧制过程中的应用提高了预报精度和生产的控制水平。通过建模以及对工艺 过程定量和定性方面的优化，为钢铁工业提供了低成本的优化策略。另外，软计算作 为一门新兴技术也应用于轧制系统设计优化，主要包括进化计算、模糊逻辑、神经计 算和概率计算。软计算把人类知识和求解方法论相结合，为处理现实中问题的不确定 性和模糊性提供了途径。 总之，对于轧钢技术的发展，要把资源、能源与环境问题作为轧钢技术创新和进 步的战略任务；应更加关注成熟、先进以及前沿技术的应用与推广。开发具有高强度 甚至超高强度、优良耐蚀性能、成形性能和高表面质量等性能的钢铁产品，节约能源、 节省合金元素、减少工序、降低成本仍是未来轧制技术的重要研发方向。 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 3 1 .3 国内中厚板地位国内中厚板地位 中厚板是重要的钢材产品，一般占钢材总量的 10%左右。中厚板广泛应用于基 础设施建设、造船、工程机械、容器、能源、建筑等各行行业，在国民经济中占有重 要的地位。我国是一个发展中国家，正在进行大规模的基础设施建设，对于中厚板的 需求一直非常强劲。2008 年我国中厚板产量为 5971 万吨，占我国当年钢材产量的 10.26%。 中厚板生产的特点是小批量、多品种、产品性能要求高、生产过程复杂。我国中 厚板行业随着国民经济的总体发展而不断进步，现在已经成为中厚板生产大国。我国 成立初期，只有鞍钢拥有一台 3 辊劳特式 2300 中板轧机，产品也只有最初的碳素结 构钢板。以后，随着我国经济建设需求的增长，引进了一批 20002500mm 的中板 轧机。但是，其技术内涵和产品的质量水平与国际先进水平有很大的差距。改革开放 以来，我国钢铁工业迅速发展，通过技术引进和自主创新，我国中厚板生产技术、设 备和产品也日新月异，发展迅猛。20 世纪 90 年代，鞍钢首先引进了二手的 4300mm 中厚板轧机，同时酒钢、舞钢也分别引进了 3000mm 和 3800mm 中厚 板轧机，我国的中厚板生产开始向国际水平靠近。到世纪之交，首钢率先利用国产化 技术，建设了具有我国自主知识产权的 3500mm 中厚板轧机，开发的高强度轧机、 自动控制系统、控制冷却系统、矫直机等辅助设备具有鲜明的特色和优良的性能，开 始了我国自主研发大型中厚板轧机的先河。最近几年，我国宝钢、鞍钢等单位采用自 主集成和引进国外技术相结合的方式，建成了一批 4000mm 以上的中厚板轧机，我 国中厚板的工艺、装备和产品已经逐步达到国际先进水平。据不完全统计，我国已经 建成和正在建设的 4m 级的中厚板轧机 15 套，5m 级的中厚板轧机 8 套。全部建成 后，我国将具备中厚板生产能力近 1 亿吨。 我国新近建设的这一批中厚板轧机，集成了世界上一大批先进的中厚板生产技 术和装备达到了国际先进水平。主轧机实现了强力化和高强度，采用了厚度自动控制、 板形控制、平面形状控制等先进、实用的计算机控制系统。我国自主开发了控制冷却 系统，其中包括反映世界控冷技术最高水平的超快速冷却技术和 dq 技术，与轧机配 合，实现了 tmcp 技术的创新发展。在辅助设备方面，我国引进和自主研发的强力矫 直机、滚切式剪切机、超声波探伤、热处理设备等都达到了国际先进水平。 利用这 些先进的设备和工艺技术，利用这些先进的设备和工艺技术，我国开发了经济建设急 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 4 需的高档次中厚板产品，例如我国西气东输使用的高级别管线钢，大型储油罐用钢， 高强度、高韧性、耐腐蚀、焊接性能优良的高级船板，高速铁路桥梁用高强度钢板， 奥运场馆和高层建筑用高强、低屈强比、优良焊接性能的建筑用钢，等等。这些钢材 已经在我国经济、社会发展中发挥了重要作用，对拉动我国经济发展，推动我国西部、 北部、南部地区的社会进步提供了强力支撑。 综上，在国民经济建设中，中厚板用途广泛、需求量大，是极其重要的钢材种类 之一。随着经济的发展，国内外对中厚板产品的需求也越来越大，总之，建设一个中 厚板厂对国民经济的建设和发展有极其重要的作用。 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 5 第二章第二章 产品方案与计算产品产品方案与计算产品 2.1 产品方案的编制产品方案的编制 所谓产品方案是指所设计的工厂或车间生产的产品的名称、种类、规格、状态及 年计划产量。 产品方案一般是在设计任务书中加以规定的，或由设计者深入实际调查统计提出 方案，然后经主管部门批准确定，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。 2.1.1 编制产品方案的原则编制产品方案的原则 (1) 满足国民经济发展对产品的需要，特别要根据市场信息解决某些短缺产品 的供应和优先保证国民经济重要部门对于钢材的需要。 (2) 要考虑地区之间产品的平衡。正确处理长远与当前、局部与整体的关系。 做到供应适应、品种平衡、产销对路、布局合理。 (3) 考虑轧机生产能力的充分利用。如果条件具备，努力争取轧机向专业化和产 品系列化方向发展，以利于提高轧机的生产技术水平。 (4) 考虑建厂地区资源、坯料的供应条件、物资和材料等运输情况。 (5) 要适应当前改革开放的经济形势需要，力争做到产品结构和产品标准的现代 化，有条件的要考虑生产一些出口产品，走向国际市场。 根据目前我国对产品的品种、质量、规格等方面的需求情况以及我国目前中厚板 进出口差额情况，现拟订产品方案如表 2-1： 2.3 计算产品的选择计算产品的选择 车间拟定的生产的产品品种、规格及状态组合起来可能有数十种、数百种以上。 但是，我们在设计中不可能对每一个品种、规格及状态都进行详细的工艺计算。为了 减少设计的工作量，加快进度，同时又不影响整个设计质量，我们将对各类产品进行 编制，从中选择典型产品作为计算产品。 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 6 2.3.1 计算产品的选择原则：计算产品的选择原则： (1) 有代表性 表 21 产品方案列表 产品名称钢种规格范围（mm） 产量 （万吨） 比例 （%） 技术标 准 碳素结构 钢板 q195q275 （540）（9004800） （1200018000）30 15 iso astm jis 高强度低 合金板 q345、q390b q420 、 q460 （540）（15004100） （200005000）2010 astm iso 船板 a32 、 a36 d32、 d36 e40 （540）（15004100） （2000025000）2512.5 zc gb 优质碳素 结构钢板 45# 、 50# 30mn2 （540）（15004100） （1200018000）4020 yb astm 锅炉钢板 20g 、 16mng 12cr1movg （540）（9004500） （200025000）157.5 astm yb 容器钢板 20r 、16mnr 15crmor （540）（9004800） （1200018000）2010 astm iso jis 桥梁用钢 板 q235q、q345q q420q、16mnq （540）（15004100） （2000025000）2010 astm iso 汽车大梁 板 16mnl 16mnrel （520）（15004100） （1200018000）157.5 astm gb iso 管线钢 x65 、 x70 x80 （540）（15004800） （1200018000）157.5 astm gb 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 7 将所有的各类产品进行分类编组，从每组中找出一至几种产量较大、产品品种、 工艺特点等有代表性。这样的产品总体来说，在合金、品种、规格、产量和工艺特点 等方面有代表性。 (2) 通过所有工序 所选的所有计算产品要通过各工序，但不是每一种计算产品都通过各工序，而是 对所有计算产品综合来看的。 (3) 所选的计算产品要与实际相接近 (4) 计算产品要留有一定的调整余量 根据计算产品进行工艺计算、选择设备、确定工艺、确定车间人力和物力的消耗 及技术经济指标等所获得的结果，应该与按所有品种进行设计和投产后的实际相接近。 因此，编制产品方案，确定计算产品及年产量分配是工艺设计的主导。 根据以上原则，拟定出的计算产品如下： 表 22 计算产品列表 产品名称钢种 规格 (mm) 执行标准 产量 (万吨) 比例 （%） 碳素结构钢板 q23510480020000jis g31014020 高强度板低合金板 q39052000 25000astm5025 船板 a3620300020000 中国船级社 5025 桥梁用钢板 16mnq30410025000astm3015 容器钢板 15crmor40350012000jis g31153015 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 8 2.4 计算产品介绍计算产品介绍 (1) 碳素结构钢 q235 表 23 q235 化学成分 化学成分（质量分数） （%） sisp 牌号等级 cmn a 0.140.220.30000.65 0.050 b 0.120.200.300.70 0.045 0.045 c0.180.0400.040 q235 d0.17 0.350.80 0.30 0.0350.035 表 24 q235 力学性能 牌号抗拉强度 mpa屈服点 mpa伸长率（%） q235 375500 23526 (2) 船板钢 a36 表 25 a36 的化学成分及力学性能 钢材 级别 屈服点 s (mpa)不小于 抗拉强度 b(mpa) 伸长 % 不小于 碳 c锰 mn硅 si硫 s磷 p a36355490-630210.180.0350.0350.0050.005 (3) 390 化学成分及力学性能分析 表 26 q390 化学成份分析表 化学成份 标准牌号 csimnpsnicucr q390 a0.200.55 1.001.60 0.0450.0450.300.300.30 q390 b0.200.55 1.001.60 0.0400.0400.300.300.30 q390 c0.200.55 1.001.60 0.0350.0350.300.300.30 q390 d0.180.55 1.001.60 0.0300.0300.300.300.30 gb5310 q390 e0.180.55 1.001.60 0.0250.0250.300.300.30 表 27 q390 力学性能分析表 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 9 牌号等级拉力强度 mpa屈服点 mpa伸长率（%） a b c d q390 e 4706303454102228 (4) 16mnq 桥梁钢化学成份及力学性能分析 表 28 16mnq 化学成分（质量分数） ps csimn v o.120.200.200.61.201.60 0.0350.035 表 29 16mnq 桥梁用结构钢的力学性能 屈服点 smp a 抗拉 强度 bmp a 伸长率 5（） -40时 冲击韧度 ak（jcm2） 冲击韧 度 ak/ （j/cm） 牌 号 厚度mm 180 冷 弯 试 验 d=2a 16mnq 25 2636 3850 350 330 320 520 500 480 2l 19 19 3535 d=3a (5) 15crmor 钢的介绍及成分分析 15crmor 是低合金热强钢，属于一种中温抗氢钢 。 “15”是碳含量成分 0.15%， “cr”是成分含有一定化学元素-铬 ， “mo”是成分含有一定化学元素-钼 ， “r”是容器板容的第一个字母 。15crmor，热处理常采用：正火加回火 在 550以 下是，具有较高的持久强度。 表 210 15crmor 钢化学成份 csimncrmo s、p 0.120.180.150.400.400.700.801.200.801.20 0.030 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 10 2.5 产品的执行标准与技术要求产品的执行标准与技术要求 产品执行标准有 jis g3101、astm、jis g3115、中国船级社标准，客户另 有要求的按所签的合同中的要求执行。 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 11 第三章第三章 生产方案与工艺流程生产方案与工艺流程 3.1 生产方案的生产方案的选择选择 3.1.1 生产方案生产方案 所谓生产方案是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、产品质量及技术经济指标的要求，考虑当时当地的具体条件，找 出合理的生产方案。 3.1.2 生产方案的选择依据生产方案的选择依据 生产方案的选择与设备的选择密切相关，确定生产方案时主要考虑一下几点： （1）金属与合金的品种、规格、状态及质量要求 品种和规格不同，所采用的生产方案就不同。若产品质量要求不同就是同一种合 金品种与规格也可以采用不同的生产方案。 （2） 投资、建设速度、机械化与自动化程度、劳动条件、工人与管理人员的数 量以及企业将来的发展 主要考虑经济效果，采用哪种方案合理，适合建厂原则，在设计时可比照一个厂， 特别是比较成熟的工艺。 （3） 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。 确定生产方案时，应主要考虑经济效果与环境保护。应在不对环境造成破坏的同 时，用最小的投资，产生最大的经济效益与社会效益。 3.1.3 生产方案生产方案对比分析对比分析 对于中厚板钢的生产方式主要有:单机架轧制、双机架轧制以及连轧。 （1） 单机架轧 在当前的中厚板生产中仍然占据着重要的地位,采用二辊式、三辊式、四辊式或万 能式轧机.现代以四辊可逆轧机用的最多.它集中了辊和三辊劳特轧机的优点.降低了轧 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 12 制力,又大大增强了轧机的刚性.因此,这种轧机适合于轧制各种尺寸的中厚板,尤其是 宽度较大,精度和板形要求较严的中厚板,但是轧机的价格较高。 （2） 双机架轧制 它是现代中厚板生产的主要形式。它把粗轧和精轧两个阶段的不同任务和要求分 到两个机架上完成.其主要优点:不仅轧机产量高,而且无论是表面质量还上尺寸精度或 板形都较好，延长了轧辊的使用寿命,缩减换辊的次数。 （3） 半连轧与全连轧 采用此法生产的效率较高,但对宽度有一定的要求,采用连轧机生产中厚板一般要 求宽度不能太大,而且使用本来可以轧制更薄的产品的轧机来生产较厚的中板,这是不 太合理的。 3.1.3 生产方案确定生产方案确定 综合个方面的因素,现在的中厚板生产还多采用的是双机架轧机. 由于三辊劳特式 轧机已经很落后，已经是被淘汰的设备。所以，现在的中厚板车间多采用四辊粗轧机 加四辊精轧机。轧机布置采用顺列式。 过去不少中厚板生产轧机，在粗轧机之前还设有立辊，用以破碎氧化铁皮及辗轧 板坯边部。旧式轧机上为破除氧化铁皮还有采用二辊除鳞机，实践表明其效果不大， 故现已极少采用，一般都采用高压水除鳞。 综上本次设计的生产方案采用四辊双机架轧制。 3.2 生产方式生产方式 中厚板生产方式可分为：单机架轧制、双机架轧制以及连轧。本次设计采用双机 架块式法轧制。这是现代中厚板生产的主要型式，该生产方式把粗轧和精轧两阶段的 不同任务和要求分到两机架上完成。有如下优点：不仅轧机产量高，而且产品表面质 量、尺寸精度和板形也都比较好；延长了轧辊使用寿命，缩短换辊次数等。 3.3 生产工艺流程的生产工艺流程的选择选择 3.3.1 生产工艺流程生产工艺流程 生产工艺流程就是把产品的生产工序按顺序排列起来。确定车间生产工艺流程是 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 13 工艺设计中的一个重要工作，它直接关系到整个设计能否满足设计任务书的要求。 合理的生产工艺流程应该在保证完成设计任务书中规定的产量和质量的前提下， 同时具有最低的消耗，最少的设备，最小的车间面积，最低的产品成本，并且有利于 产品质量的不断提高和将来的发展，具有良好的经济效益和较好的劳动条件。 3.3.2 制定生产工艺流程的主要依据制定生产工艺流程的主要依据 (1） 根据生产方案的要求 由于产品的产量、品种、规格几质量的不同，所采用的生产方案就不同，主要的 工序也就有很大的差别。因此，生产方案是编制生产工艺流程的依据。 (2） 根据车间生产率的要求 由于车间的生产规模不同，所要求的工艺过程复杂程度也不同。在生产同一产品 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。 (3）根据产品的质量要求 为了满足产品技术条件的要求，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基础。 金属压力加工产品的工艺流程有共同性大致可归纳几个主要工序：铸锭、坯料准 备、加热、轧制、轧制后冷却、热处理、精整等。 3.3.3 各产品的生产工艺流程各产品的生产工艺流程 3.3.3.1 碳素结构钢碳素结构钢 q235 生产工艺流程生产工艺流程 连铸坯（120mm1800mm4800mm）加热（1150）除鳞 （20mpa 高压水）粗轧（120-100-78-56-40-29）精轧（29-22.5- 18-14.5-12-10）层流冷却九辊矫直机矫直空冷（冷床）超 声波探伤切头剪双边剪定尺剪标志包装入库。 3.3.3.2 船板钢船板钢 a36 生产工艺流程生产工艺流程 连铸坯 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 14 （250mm1800mm2950mm）加热（1150）除鳞（20mpa 高 压水）粗轧（250-210-170-135-103-72）精轧（72-52-39-30-24- 20）层流冷却九辊矫直机矫直空冷（冷床）超声波探伤 切头剪双边剪定尺剪标志包装入库。 3.3.3.3 低合金高强度钢板低合金高强度钢板 q390 生产工艺流程生产工艺流程 连铸坯（120mm1800mm4800mm）加热（1150）除鳞 （20mpa 高压水）粗轧（120-97-73-49.5-33-22）精轧（22-15- 10.5-7.5-6-5）层流冷却九辊矫直机矫直空冷（冷床）超声 波探伤切头剪双边剪定尺剪标志包装入库。 3.3.3.4 桥梁钢板桥梁钢板 16mnq 生产工艺流程生产工艺流程 连铸坯（250mm1800mm2950mm）加热（1150）除鳞 （20mpa 高压水）粗轧（340-290-245-200-155-110）精轧（110- 76-51-41-34-30）层流冷却九辊矫直机矫直空冷（冷床） 超声波探伤切头剪双边剪定尺剪标志包装入库。 3.3.3.5 压力容器钢板压力容器钢板 15crmor 生产工艺流程生产工艺流程 连铸坯（400mm1420mm3420mm）加热（1150）除鳞 （20mpa 高压水）粗轧（340-290-245-200-155-110）精轧（137- 97-72-56-46-40）层流冷却九辊矫直机矫直空冷（冷床） 超声波探伤切头剪双边剪定尺剪标志热处理 包装入库。 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 15 3.4 生产工艺叙述生产工艺叙述 中厚板生产工艺流程基本为：连铸坯 加热高压水除鳞粗轧精轧在线 快速冷却热矫直冷床冷却检查修磨切头、切尾取试样、切定尺和切边喷印 (热处理)包装入库。 3.4.1 坯料的选择坯料的选择 轧制中厚板所用的原料可分扁钢锭、初轧板坯、连铸板坯和压铸板坯四种。由表 3-1 可以看出，钢锭缺陷最多，只是在轧制特厚板或某些特殊钢时，以及在旧轧机上 得不到半皮原料时才使用钢锭。压铸坯只是适合于中小型企业，应用还不普遍；初轧 板坯是长期以来一直占统治地位的，但是现在已受到连铸坯的强力挑战和威胁。近几 年来，连铸坯已经逐渐取代了铸轧坯，现在的中厚板生产大部分都是采用连铸坯做为 原料。但是采用连铸坯应该具有多大的压缩比才能保证钢板有合格的组织和性能，压 缩比还是应该高一些，这不仅可以提高性能，还可以改善表面质量，使钢板表面质量 更好。 （1）表面质量 连续铸轧坯料表面应保证无偏析瘤、裂纹、气孔、夹渣等缺陷，表面光洁平整。 否则冷隔导致轧制后表面粗糙，裂纹使铸顶内部氧化，轧制开裂、起皮；气孔不能压 合，引起表面起皮或起泡；偏析瘤会导致热脆、脆裂、分层等。 （2）内部质量 坯料内部缺陷，成分、组织不均，对加工过程及产品质量影响极大，易造成大量 废品。坯料内部应无偏析、内部裂纹、气孔、夹渣等缺陷。 轧制中厚板所用的的板坯，都是宽高比较大的矩形坯。中厚板生产采用的原料经 历了钢锭、初轧坯到连铸坯的历史演变。随着冶金生产技术的发展，连铸坯得到了广 泛的推广，连铸坯已成为现代中厚板生产的主要原料。主要有以下优点： 1）简化和缩短了冶金生产过程，减少了厂房和设备投资； 2）节约能源，提高了金属收得率； 3）物理化学性能均匀。 根据我们国生产实践表明，实际上，对一般用途的钢板宜选用 68 倍以上。而 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 16 更重要的宜选用 810 倍以上更为可靠。所以，考虑到本设计的年产量及热轧时的 温降的限制选择坯料厚度分别为 120mm、120mm、250mm、340mm、400mm，轧制产品厚度为 5mm、10mm、20mm、30mm、40mm。 表3-1 轧钢所用各种原料比较 原 料 种 类 优 点缺 点适用情况 钢 锭 不用初轧开坯，可独立进行生产金属消耗大，成材率低不能中 间清理，压缩比小偏析重质量 差，产量低。 无初轧机及开坯 机的中小型企业 及特厚半生产。 轧 坯 可用大锭，压缩比大并可中间清 理，钢板质量好。扁锭高钢种不 受限制坯料尺寸规格都可灵活选 择。 需要初轧开坯，使工艺和设备 复杂化，使消耗和成本增大， 比连铸坯金属大得多成材率小 得多。 大型企业钢中共 品种较多及规格 特殊的钢坯，生 产厚板且可用横 轧方法。 连 铸 坯 总的金属消耗小节约612%以上 的金属不用初轧，简化生产过程 及设备，降低消耗，比初轧坯形 状好，段尺小，成分均匀使轧板 成材率比出轧坯高24%，坯的 尺寸和重量可大，生产规模可大 可小，节省投资及劳动力，易自 动化。 以前尚只使用镇静钢，钢种受 一定的限制，但是近几年又开 发了很多钢种。受压缩比限制， 不适于生产厚板，但是对于生 产中厚板很好。受结晶限制钢 坯规格难灵活变化，连铸工艺 要求高，技术含量很高，难掌 握。 适于大，中小型 联合企业品种较 简单的大批量生 产，受压缩比限 制，适于生产厚 度不太厚的板带 钢。 压 铸 坯 总消耗小，质量比连铸坯好，组 织均匀致密，表面质量好，设备 简单，投资少规格变化灵活性大。 生产能力较低，不太适合于大 企业大规模生产，连续化自动 化差。 适于中小型企业 及特殊钢生产。 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 17 3.4.2 加热加热 加热可降低金属的变形抗力，提高钢的塑性，使坯料内外温度均匀，改善金属的 内部组织，加热温度、加热速度、加热制度是加热工艺的重要环节。 中厚板用的是加热炉按其构造分为连续式加热炉、室状加热炉和均热炉三种。均 热炉用于由钢锭轧制特厚板的情况，室状炉适用于特重、特轻、特厚和特短的的板坯、 或多品种少批量及合金钢种的坯或锭，生产比较灵活；连续式加热炉适用于少品种大 批量生产，它不能对少数板坯做特殊的加热。故在多品种大批量生产的车间，除连续 加热炉外，往往同时设有室状炉。近年来兴建的中厚板车间多采用步进是加热炉或三 段连续推缸式，本次设计采用三段连续推缸式加热炉。对于表面质量要求较高的板带 而言，为了消除氧化铁皮和麻点的缺陷，提高加热质量是重要的一环，我国总结的 “快速、高温、大风量、小炉压”的烧钢经验，对于缺乏高压水除磷设备的老工厂来 说是清除氧化铁皮的有效方法。 此工序的目的和任务主要是将切割后的坯料加热至适当的温度。以便送到下道工 序进行除磷。加热设备和工艺制度选择的好坏对提高车间的生产能力和改善产品质量 有极大的影响。坯料加热主要是确定加热温度、加热速度、加热时间、燃料选择、炉 型结构及辅助设备选择。 由于钢的加热温度范围为 1100-1300。且热轧终轧温度需大于 850，故本 次设计产品加热温度选择为 1200，轧制温度 1150。加热时间计算按坯料加热 速度乘以坯料厚度，由加热速度 v=0.71.0min/mm 可知，碳素钢 v 取 1.0min/mm ，合金钢 v 取 0.9 min/mm。加热时间（如 q2350t=1.0120/60=2h 所以 t=3.15h。计算产品的加热制度见表 3-2: 表3-2 计算产品的加热制度 计算产品 坯料 厚度 mm 加热 速度 min/mm 加热 温度 加热 时间 h 粗轧 温度 终轧 温度 开矫 温度 终矫 温度 碳素结构钢板q235 1201.012002.01150960700600 低合金高强结构钢板q390 1201.012002.01150961705600 船板钢a36 2500.912003.751150963710610 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 18 桥梁用钢板16mnq 2500.912003.751150963710610 压力容器板15crmor 4000.912006.01150963720620 3.4.3 除鳞除鳞 钢坯在高温下，其表面的元素与空气中的氧气发生化学生成氧化物。氧化物形式 有三种，从内向外依次为氧化亚铁、四氧化三铁和三氧化二铁。在板坯表面形成氧化 铁皮，如果该氧化铁皮不去除，在轧制过程中就会被轧辊压入板坯，直接影响产品的 表面质量。为了改善成品质量，满足用户要求，必须采用一定的手段除掉氧化铁皮， 在现代的中厚板生产中，一般都采用高压水除鳞，它具有适应钢种范围广、除净率高 和综合成本低的优点。 清除表面氧化铁皮的方法很多，各方法的对比如表3-3 表3-3 钢板的各种除磷方法 序 号除 磷 方 法优 缺 点 1 投以竹枝、杏条,食盐等物爆破清除表面铁皮 简单有效，但不易除净，劳动条件差， 环境脏污。 2 采用机械破磷如齿式辊压机、钢丝刷等及压缩 空气或蒸汽吹扫。 对碳钢有效，但是不易除净 3 粗轧机轧辊上刻槽穴凹坑，籍穴中的水产生高 压蒸汽以扫除。 有效，但只能用于双机架之粗轧机， 使轧机负荷增加， 。 4 用一台二辊式机架加高压水除磷 投资的，效果不是显著，现已很少采 用 5 采用一 台大立辊机架轧边并加高压水除磷 可调板坯宽度及加工侧边对钢锭原料 使用，但投资大 6 只采用高压水除磷箱及轧机前后设高压水喷头 以除磷 投资少效果好可完全满足除磷要求新 建轧机现广泛采用 实践表明，不用专门的除磷机架（二辊式或立辊式） ，单纯用投资少的高压水除 磷箱及轧机前后的高压水喷头即可满足除磷的要求，其喷水压力对普碳钢为120公斤/ 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 19 平方厘米，对合金钢则需170公斤/平方厘米以上，甚至高达200公斤/平方厘米。本 设计选择通过的高压水除鳞法，采用20mpa的高压水除鳞。 3.4.4 轧制轧制 轧制是将加热后的板坯压到要求的厚度和宽度的过程，它一般包括粗轧和精轧两 个环节。 3.4.4.1 粗轧粗轧 粗轧阶段的主要任务是将板坯展宽到所需的宽度并进行大压缩延伸。根据原料的 条件和产品要求，可以采用不同的轧制方法，如全纵轧发、综合轧制发、全横轧发、 角轧纵轧发等。 （1）全纵轧法：所谓全纵轧即是钢板延伸方向与原料（锭、坯）纵轴方向相重合 的轧制。当板坯的宽度大于或等于钢板宽度时，即可不用展宽而直接纵轧成成品，这 可称之为全纵轧操作方法。其优点是产量高，且钢锭的头部缺陷不致扩展到钢板的长 度上，但是存在着钢板横向性能太低的缺点。亦即由于轧制中金属始终只向一个方向 延伸，使钢中偏析夹杂等呈明显条带状分布，带来钢板组织和性能的严重各向异性， 使横向性能（尤其是冲击韧性）往往不合格，再加上板坯宽度也难得正好与钢板宽度 相适应，故此种操作方法实际上用得不多。 （2）横轧-纵轧法或综合轧制法；所谓横轧即是钢板延伸方向与原料纵轴方向垂 直的轧制。而横-纵轧法是先进行横轧将板 坯展宽至所需要的宽度以后，矮转90进 行纵轧直到完成。这种操作方法又可称综 合轧制法。是生产钢板中常用的方法。其 优点是：板坯宽度与钢板宽度更可以灵活 配合，以及可以提高横向性能，减少钢板 的各向性能。减少钢板各向异性，因而它更适合于以连铸坯 图3-1 为原料的钢板生产；但它使轧机产量有所降低，并不易使钢板变成桶形，增加切边量 损失，降低成材率（图3-2） ，此外，由于横向延伸率不大，使钢板组织性能的各向异 性改善不多，横向性能往往仍嫌不足。 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 20 （3）角轧-纵轧法：所谓角轧即是使轧件的纵轴与轧辊轴线呈一定角度送入轧辊 进行轧制的方法（图3-3）其送入角一般在1045范围内。每一对角线轧制 12道次后，即行更换另一对角线进行轧制，其主要原则是要使轧件能够迅速展至所 需要的宽度而其形状又不至发生歪斜，角轧后每道钢板宽度的变化可按下式求出： （31） 21 22 1 sin(1) bb 式中 ， 轧制前、后钢板的宽度; ， 为该道送入角及延伸系数。 角轧的优点是可以改善咬入条件、提高压下量和减少咬入时产生的巨大冲击,有利于设 备的维护;此外,当板喔太窄时,由横轧改为角轧增大了轧件的长度,可以预防轧件在导 板上”横搁”.角轧的缺点是需要拔钢,因而轧制时间延长,降低了产量;送入角度及钢板 形状难以控制,是切损增大,成材率降低;操作复杂,劳动强度大,难以实现自动化.因此, 只有在轧机的强度及咬入能力较弱时(例如三辊劳特式)或板坯较窄时,才采用角轧展宽. (4) 全横轧法 所谓全横轧法是将板坯进行横轧直至轧成成品.显然,这只有当板坯长度大于或等 于钢板宽度时才能采用,与纵轧相比,横轧有很多优点: 1）大大减轻了钢板组织和性能的各向异性,显著提高横向的塑性和冲击韧性,因 而提高了钢板的综合性能的合格率.横轧之所以改善机械性能,是因为随着金属大量横 向延伸,钢锭中纵行偏析带的硫化物夹杂等沿横向铺开分散了,硫化物的形状不再是纵 轧的细长条状,而 横轧效果举例是粗短片状和点网状,片状随之减轻,晶粒也较为等 轴。 2）轧比综合轧制可以得到更整齐的边部，没有端部收缩,横轧效果钢板不成桶形， 因而减少切边损失，提高成材率。 3）轧比综合法轧制道次负荷更为均匀，并减少一次转钢时间，使产量也有所提 高，可见横轧是一种较先进的方法，现在已经广泛应用中厚板生产。本设计采用全横 轧. 考虑到本设计的产量及以后的发展，选择四辊可逆式粗轧机。选择电机功率为 6000电机转速120r/min。 1 b 2 b 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 21 3.4.4.2 精轧精轧 在轧制过程中，粗轧和精轧的划分是没有明显的界限的，通常在双机架轧机上把 一台称为粗轧机，第二台称为精轧机，对两机架压下量上的分配要求是两机架的轧制 节奏尽量相等，负荷均衡，这样才能提高轧机生产力。一般的经验是在粗轧机上的压 下约占80%，在精轧机上约占20%。粗轧阶段主要任务是展宽和延伸，而精轧阶段的主 要任务是质量控制和延伸，这主要包括板形控制、厚度控制、性能控制及表面质量控 制。同选择粗轧机一样，在选择精轧机时，考虑设计产量和产品质量，选择了工作辊： 1210/1110mm5300mm， 支撑辊：2300/2100mm4950mm，最大轧制速度： 7.3m/s四辊可逆式轧机。主电机转速120r/min。考虑到温降及轧机能力的限制，共精 轧5道次，最后轧制出成品。 3.4.5 控冷控冷 控轧控冷是轧钢领域的一项新工艺，由于充分发挥钢的潜力，提高性能并且十分 有效，实用而经济，因而深受欢迎。精轧完后，钢板钢板的温度还很高，因此必须对 钢板进行控冷。对本次设计采用高密度u型管层流冷却器（acc 控冷系统） ，其中上表 冷却器11组，下表冷却器16组，冷却速度为020/s ，冷却流水量为03000立方 米/小时。依据钢板的厚度，终轧温度适当开启冷却器组数，通过控制冷却水流量和 辊道输送速度对钢板进行控制冷却。钢板的终冷温度应控制在780680之间。船 板、低合金板终冷温度应控制在73030之间。 3.4.6 矫直矫直 为使板型平直，钢板在轧制后必须要进行矫直，由于变形不均匀，运输及其他因 素的影响，致使轧制出来的钢板常常会出现波浪弯和瓢曲等缺陷，为此必须按标准进 行矫正。本次设计采用九辊矫直机进行矫直。矫直钢板厚度：4.550mm，宽度： 14005000mm，矫直钢板屈服极限 600n/cm2，开矫温度应在600780范围之内， 终矫温度不得低于550。矫直后要求：厚度为415mm的钢板的飘曲度10mm/m，厚 度大于15mm的钢板的飘曲度5mm/m。 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 22 3.4.7 空冷空冷 此工序是在各种型式的冷床上将终轧及控冷、热矫直后的高温钢板冷却到 150200以下，以便于对钢板进行精整操作，中厚板厂采用的冷床型式有滑块式冷 床、链式冷床辊式冷床和步进式冷床四种。滑块式冷床结构比较简单，造价低廉，但 由于钢板在滑轨上被垃钢机拉着滑动，容易划伤钢坯下表面，而且散热不好，故近年 建设的中厚板厂基本上不采用；链式冷床的链子很重，磨损严重，易发生故障，在我 国使用也不广泛；辊式冷床虽然能减轻了产品下表面的划伤，但在运输上不如步进式 冷床。所以本次设计采用步进式冷床。 3.4.8 表面检验表面检验及修磨及修磨 钢板表面的缺陷按其来源分为两类。一类是由钢锭、钢坯或连铸坯本身带来的， 称为钢质缺陷，如结疤、夹杂等。一类是由坯料到成品钢板各工序操作不当或其他原 因造成的，称为操作缺陷，如刮伤、压入氧化皮等。 冷却后的钢板，过去凭肉眼对上下表面进行检查。现在有些开始采用反光镜与灯 光检查，在操作室内就能发现钢板上下表面有无缺陷。近年来由于坯料质量可靠、氧 化铁皮清楚干净、冷床设备的改进使钢板表面的缺陷已经很少，因此国内个别工厂还 取消了翻版检查工序，偶尔发现的缺陷可离线进行补救清理。对发现的表面缺陷可根 据其严重程度分别采用修磨、切除等措施。故本次设计只采用了单面检查。 3.4.9 剪切剪切 钢板剪切是对冷却后的钢板进行切头、切尾、切边、剖分、定尺及取样。 从国内外宽厚板轧机生产实践可以看出，轧机生产能力和潜力很大，其薄弱环节 往往在加热和精整工序，因此在设计中厚板生产线时，必须使加热和精整车间的能力 满足轧机的要求。经验得出辅助设备的能力应比主要设备的能力的20%。 就剪切线而言，设计是应满足一下要求： （1）保证与轧机的生产能力相适应； （2）剪切机剪切力的选择必须留有富余，以便适应将来轧制高强度品种的要求； （3）保证符合不断提高的厚度剪切质量和钢板尺寸精度的要求； （4）在剪切线的布置和设备选型及结构上满足自动化控制要求； 江西理工大 2011 届本科生毕业设计（论文） 23 （5）留有富余生产能力，以满足将来生产能力和产品范围扩大的要求。 3.3.10 标志标志 剪切后的成品应逐块印制标志。采用自动喷标机喷标,标志内容应包括钢钟、规 格、批号、生产日期、轧制序号、轧制班次及品牌、厂名、质量认可标志。 3.3.11 热处理热处理 3.3.11.1 概述概述 所谓热处理，简而言之就是对钢板进行加热和冷却的热处理过程。具体说“加热” 是指选择适当的加热温度和加热制度， “冷却”是指选择适当的冷却速度和冷却温度。 由于加热和冷却而使钢板的性能得到改善的工艺方法称之为热处理。 钢板热处理的目的是通过加热、保温和冷却使钢板获得所要求的金相显微组织， 从而提高力学性能和加工性能。近年来中厚板生产中虽然已经广泛采用了控轧控冷新 工艺，并取得了提高钢板强度与韧性、取代部分产品的常化工艺的效果。但是，对于 某些厚板或特殊钢种，控轧控冷还不能完全取代热处理。热处理产品具有整批性能稳 定的优点；某些轧制性能不合格的的产品，可采用热处理措施给予挽救；某些用户还 会指定产品要求热处理交货。因此，热处理工艺在现代化中厚板生产中是必不可少的。 3.3.11.2 热处理工艺热