年产206万吨短流程带钢车间工艺设计

轧钢原理与连铸技术课程论文年产206万吨短流程带钢车间工艺设计摘要：薄板坯连铸连轧是20世纪80年代末、90年代初开发成功的生产热轧板卷的一项短流程工艺，是继氧气转炉炼钢、连续铸钢之后钢铁工业最重要的革命性技术之一。薄板坯连铸连轧集科学、技术和工程于一体，将热轧板卷的生产在一条短流程的生产线上完成，充分显示出其先进性和科学性。世界各国都对此给予了极大关注，使得薄板坯连铸连轧技术近年来又有了突飞猛进的进展。与传统生产工艺流程相比，短流程可节约投资、提高成材率、降低生产成本、大幅度缩减生产周期等。本设计为年产206万吨薄板坯连铸连轧热轧带钢生产设计，论文叙述了薄板坯连铸连轧技术的类型、市场分析及工艺技术特点，并把各种典型工艺进行了比较。并运用VB程序进行了压下规程程序设计和相应的校核等。本设计选用的是CSP工艺，车间主要布置为：2流50/70 CSP连铸辊底式均热炉高压水除鳞7架CVCplus连轧机层流冷却卷取。采用了铁素体轧制技术、半无头轧制技术等新技术。关键词：连铸连轧；CSP；热轧带钢车间设计; 七机架精轧机组；压下规程程序设计The Design of a Short Strip Process Plant with an Annual Output of 2.06 Million tonsAbstract：CSP is the successful development of the production of hot rolled coil in a shortened process,the oxygen converter steelmaking, continuous casting steel industry after the most important revolutionary technology in the late 1980s and early 1990s. One of the foreign steel major powers have invested a great deal of manpower and resources to the special study.CSP-science, technology and engineering in one, hot rolled coil production in a short line to complete the process, fully demonstrated its advanced scientific. All countries in the world have given a great deal of concern, making CSP technology a rapid progress in recent years.The design for an annual output of 2.06 million tons of CSP hot-rolled strip steel production workshop designed paper describes the CSP in the type of technology, market analysis and technology features, and typical of a variety of music comparison. Reference to Magang CSP, the technical characteristics and production practice, raised the overall configuration of the workshop programe,the main design of auxiliary equipment and its production capacity, the plant layout and lifting the transport, mainly economic and technical indicators, environmental protection and the use of AutoCAD Drawing Workshop Layout plans. VB procedures and the use of the order reduction program design and the corresponding check, and so on. The CSP is the choice of design process, layout for the main workshop: 2-50/70 CSP Casting Roller-both high-pressure hot water heaters Descaling 7-CVCplus rolling mill laminar cooling coiling. Use ferrite rolling technology, semi-rolling technology, and other new technologies.Key words：thin slab continuous casting and continuous rolling;CSP; hot strip plant design; seven framework finishing mill group ;depress detective rules program designing0 引言我国第一条薄板坯连铸连轧生产线 (CSP)于1999年在珠钢投产以来，许多工厂相继建设了各种类型的薄板坯连铸连轧生产线。1999年底至2007年上半年，我国已有珠钢、邯钢、包钢等12家企业的13家企业的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3500万吨/年2。未来五年内，我国薄板坯连铸连轧生产线将达到15条，产能占世界的三分之一。1 概述1.1 热轧板带轧制生产的现状自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，在未来的11年中已有36条生产线相继运作，2000年已形成年产5000多万吨的生产能力。截至2001年底，全球已有36条（54流）生产线投产，产能达5500万吨/年。其中26条为CSP（包括ISP五条）生产线共42流（ISP 7流），生产能力达4200万吨/年（ISP 765万吨/年），4条（5流）FTSRQ（FTSC）生产线，生产能力约为500万吨/年，QSP生产线3条，生产能力约为500万吨/年，CONROLL生产线3条，生产能力约为315万吨/年1。世界各国薄板坯连铸连轧生产线和产能统计见表1-1。表1-1 世界各国薄板坯连铸连轧生产线和产能统计（截止2006年）我国第一条薄板坯连铸连轧生产线 (CSP)于1999年在珠钢投产以来，许多工厂相继建设了各种类型的薄板坯连铸连轧生产线。1999年底至2007年上半年，我国已有珠钢、邯钢、包钢等12家企业的13家企业的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3500万吨/年2。未来五年内，我国薄板坯连铸连轧生产线将达到15条，产能占世界的三分之一。我国薄板坯连铸连轧生产线和产能统计见表1-2。 表1-2 我国薄板坯连铸连轧产量发展情况 单位：104t/a1.2 国内外薄板坯连铸连轧技术薄板坯连铸连轧技术发展到现在，在技术上虽各有千秋，但效果基本相同，这是该项技术走向成熟的标志之一。在此基础上，根据市场和用户的要求，薄板坯连铸连轧技术的发展有三个基本趋势3：（1）增加板坯厚度：薄板坯的厚度是影响板坯表面质量和内部夹杂的主要因素。（2）产品厚度减薄：由于薄板坯连铸机板坯凝固时间短，晶粒较细，再加上液芯铸轧使晶粒再细化，提高了产品的拉伸强度和屈服强度。良好的力学性能和小的尺寸偏差具备了直接被用于制造成各种制成品的条件。（3）适当提高生产能力：自从薄板坯连铸机面向市场以来，电炉冶炼有了较大的发展，电炉吨位的提高、强化冶炼、缩短冶炼周期和双炉壳的应用都使电炉的生产能力提高。同时薄板坯连铸连轧与转炉的匹配，都要求适当提高薄板坯连铸连轧机的生产能力，争取一部铸机与一部连轧机配合生产，以达到整个生产流程的经济规模，降低生产成本，提高竞争能力和经济效益。1.3 国内外薄板坯连铸连轧产品市场分析国内热轧市场一直处于高销售和好的利润状态。因此，热轧薄板卷市场尤其是薄板坯连铸连轧市场还是不错的选择！ 热轧薄板卷是制造其它类钢铁产品的重要原材料，主要作为冷轧钢板、焊管、冷弯或焊接型钢的原料，或用于制作各种结构件、容器、汽车、集装箱等。随着我国经济的飞速发展，国内对热轧薄板卷的需求增长很快，主要表现在：（1）建筑业是钢材消费的最大用户，约占钢材消费总量的40%左右，其中结构用板材消费在未来10年内将呈现快速增长趋势，总量将达到600-700万吨。（2）从热轧板卷的品种上看，热轧超薄板、热轧酸洗板、热轧镀锌板等品种目前国内产量很少或根本没有生产，而这些品种的潜在市场很大，发展前景看好。集装箱板、铁路车辆制造用板、汽车板、气瓶用钢板等品种虽然宝钢、武钢等企业均有生产，但产量仍是供不应求，且质量有待进一步提高。（3）从供下游冷轧看，2005年我国进口钢材中冷轧涂镀及不锈钢板材占68%，这主要是由于国内冷轧产能严重不足造成的，随着国内冷轧的发展，供冷轧用料的热轧板卷需求量将增大。（4）从市场发展来看，热轧薄板和热轧超薄板的需求越来越强劲，特别是超薄板可以替代部分冷轧板带钢，实现“以热带冷”。目前国内现有的热连轧机生产的商品卷绝大多数是2mm以上的，薄板坯连铸连轧技术的发展，使得热轧薄板最小厚度可达1mm以下，部分冷轧带钢的市场被价格相对便宜同等规格的热轧薄带钢取代已是必然的趋势。此外，热轧超薄板还可以取代叠轧薄板。目前国内市场供应的1mm和1mm以下的热轧薄板是由五六十年代建设的可逆式三辊叠轧薄板机生产的，其成材率低、产品质量差、档次较低，如果薄板坯连铸连轧机能生产同规格的高质量的热轧薄板，以其良好的表面质量和较低的价格取而代之，当然会得到用户欢迎。又基于今年铁矿石价格上涨65%，迫于成本压力，各钢厂相继提高钢材的出厂价，利润空间被压缩为一个不利方面。综上，为了瞄准生产薄和超薄热轧带钢这个方向，淘汰落后的叠轧工艺，建设一条薄板连铸连轧生产线是十分必要的。1.4 本设计采用的新技术本车间中采用的主要新技术如下：（1）辊缝润滑技术；（2）结晶器电磁制动技术；（3）铁素体轧制技术；（4）半无头轧制技术；（5）CVCplus技术；（6）动态变规格技术。2 产品大纲和金属平衡图2.1 产品方案2.1.1 产品规格热轧带钢年产236万吨，其中20-30%作为冷轧原料。带钢厚度：1.012.7 mm带钢宽度：7501600 mm带卷内径：762 mm带卷外径：10001950 mm钢卷重量：30 吨(max)单位卷重：18.75 Kg/mm (max)2.1.2 产品按厚度的分配表产品按宽度、厚度分配的产量见表2-1。 表2-1产品按厚度宽度分配表厚度mm750-1000Mm1000-1100mm1100-1200mm1200-1300mm1300-1400mm1400-1500mm1500-1600mm合计（万吨）所占比例%1.0-1.59151254325021.21.5-2.49171785326125.92.4-48201985326527.54-766754323314.07-12.744554322711.4合 计366260312215102361002.2 生产钢种本车间生产钢种为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金高强度结构钢，产品目录见表2-2。 表2-2产品按钢种分配表钢种代表钢号产品标准产量(万吨)比例(%)GBJIS普通碳素结构钢Q235GB912-89JISG310110651.5优质碳素结构钢08AlGB710-91JISG34316029.1低合金高强钢Q345GB/T1591JISG31354019.4合 计2061002.2.1产品执行标准产品按国家标准和国际标准组织生产、检验和交货。主要执行的标准有国家标准GB、日本标准JIS、德国标准DIN、美国标准ASTM等。2.2.2 金属平衡表金属平衡图铸坯241.6万吨 1.06% 97.68% 1.30% 切头及轧废 成品 氧化烧损 2.57万吨 236万吨 3.14万吨 表2-3 金属平衡表序号厚度范围（mm）成品切头及废品烧损及氧化坯料量104t产量104t成材率%104t损耗率%104t损耗率 %11.0-1.55097.80.721.40.671.351.3921.5-2.46198.00.751.20.811.362.1832.4-46597.90.661.00.861.366.3944-73397.30.270.80.441.333.9257-12.72797.50.170.60.361.327.69合 计23697.682.571.063.141.30241.63 设计方案3.1 工艺方案的选择与确定3.1.1 常规热连轧与薄板坯连铸连轧的比较选择常规的热带钢生产工艺，通常采用200250mm厚度的厚板坯，轧机架数多，轧线长，产量高（300500万t），投资大，并且通常采用冷装工艺，能耗高。薄板坯连铸连轧工艺采用厚度5090mm板坯，轧机架数少，轧线短，产量为100300万t/a，每吨钢卷投资仅为常规热带轧机的1/2，采用直接热装工艺，能耗低，成本低。和常规热连轧相比，薄板坯连铸连轧工艺具有如下一些特点4：（1）连铸机与轧机在线连接，高温板坯直接通过连接段送往轧机轧制，工艺简化，设备减少，生产线短，从而降低了基本建设投资；（2）生产周期短，从冶炼钢水至钢卷送到运输链，仅需2.5h；（3）成材率提高约12% ，能耗降低约20%，从而降低了生产成本；（4）占地面积少：薄板坯连铸连轧工艺流程短，布置紧凑，比常规生产工艺占地面积少；（5）降低了对环境的污染。除此，薄板坯连铸连轧技术还具有以下工艺优势5,6：（1）带坯温度均匀热轧带钢的机械性能很大程度都取决于温度控制，而薄板坯连铸连轧生产线最大工艺优势就是可以给轧机提供全长温度均匀的带坯。由于流程紧凑的特点 ，为得到高的温度精度提供了保证 ，从而为轧制得到一个带钢全长均匀的机械性能以及热轧过程中的板形及厚度精度控制提供了很好的前提保障 ，特别是 (超)薄带钢的轧制。（2）(超)薄带钢轧制与常规热轧相比 ，由于薄板坯连铸连轧生产线流程短 ，带坯加热后全长温度均匀 ，并且可以通过半无头轧制等工艺来很好地实现超薄带钢的轧制。从而提高了产品的附加值，甚至替代部分冷轧产品，获得更好的经济效益。（3）超低碳钢的轧制由于超低碳钢的相变温度高，在常规热轧生产线上存在精轧出口温度不易控制、机械性能不均匀以及板形不易控制等问题 ；而薄板坯连铸连轧生产线上可以通过铁素体轧制工艺来解决这些问题。（4）产品质量优势由于薄板坯在结晶器内的冷却强度远远大于传统的板坯，其二次和三次枝晶更短，板坯微观偏析可得到较大的改善，分布也更均匀。因此，产品的性能更加均匀、稳定。由薄板坯连铸连轧生产线轧出的热轧带卷，经检测看出，其组织含有大量细小而弥散的尺寸约在100m以下的析出物。析出物多为分布在晶内和晶界区的Al2O3、AlN、MnS、NbCN等。这种析出物可以细化晶粒，提高成品材的强度。应特别指出的是薄板坯连铸连轧工艺适合生产薄、超薄规格产品。常规热带轧机由于其工艺特点，通常仅能生产最小厚度1.5mm的板带。生产薄规格时产量显著降低，并且板形尺寸恶化，而薄板坯连铸连轧工艺生产节奏取决于铸机，生产薄、超薄规格基本不降低产量，特别是在铁素体轧制技术形成后，能生产宽薄带钢更是如此。纵然常规轧机可通过无头轧制工艺生产薄、超薄产品，但必须配备专用快速步进炉，快速粗轧机，卷取箱，焊接机，高速飞剪等设备及相关控制技术，投资昂贵。而薄板坯连铸连轧半无头工艺仅需增加辊底式炉长度，高速飞剪即可生产1mm超薄规格，如采用升速轧制可生产更薄产品7。综上，本车间设计采用薄板坯连铸连轧工艺，并主要生产市场急需的超薄产品。3.1.2几种典型的薄板坯连铸连轧工艺比较选择3.1.2.1 各工艺的布置及特点8、9（1）CSP工艺（Compact Strip Production）CSP工艺是由施罗曼西马克公司(SMS)开发的，第1套工业化CSP生产线在美国纽柯公司投产后取得了满意的生产效果和良好的经济效益，因而得到广泛应用，是目前世界上处于主流地位的薄板坯连铸连轧工艺。其工艺流程一般均为：电炉或转炉炼钢钢包精炼连铸机切断剪辊底式加热炉粗轧机（或没有）均热炉（或没有）事故剪高压水除鳞机小立辊轧机（或没有）67架精轧机层流冷却卷取机。典型工艺布置见图3-1。CSP技术的主要工艺特点如下：a. 首创漏斗形结晶器。图3-1 CSP工艺布置图b. 典型铸坯厚度为70/50mm，最高铸速可达8m/min，从钢水的冶炼到成品的离线仅需1.5h，能生产11.25mm厚的热轧带卷。c. 铸机与轧机之间采用辊底式均热炉连接，炉子长度200300m；薄板坯入炉温 度约1080，出炉温度1150，升温较少，均热炉能耗少。e. 铸坯保温后直接进精轧机轧制成卷，单流年产能力80150万t；双流最高年产能力可达250300万t，双流配置时，结晶器-卷取机的生产线总长为310340m，单流配置时可缩短50 m。（2）ISP 工艺 ( Inline Strip Production)ISP工艺由德国曼内斯曼德马克公司开发，是最先采用液芯压下技术的薄板坯连铸连轧工艺。其典型工艺流程为：冶炼炉钢包精炼炉钢包回转台中间包薄片状浸入式水口平行板形结晶器铸轧区段大压下量初轧机剪切机感应加热炉卷取箱精轧机层流冷却地下卷取。ISP 技术的主要工艺特点如下：a. 生产线更短，设备布置更为紧凑。该工艺采用了中间卷取箱，不使用长的均热炉，因此生产线总长度仅180m，从钢水变成热轧带卷仅需2030min。b. 为了使铸坯厚度能够减薄到可以卷取的程度，在卷取箱和铸机之间增加了23 架大压下粗轧机，可将铸坯从40mm轧15mm。c. 为了保证中间卷取时铸坯的温度，在大压下轧机与卷取箱之间采用了大功率感应加热炉，所以ISP的电耗相对较高。d. 铸坯在长18m的感应加热炉中加热和均匀温度，操作较为灵活且升温有效。（3） FTSR 工艺 ( Flexible Thin Slab Rolling)FTSR由达涅利公司开发，该技术的最大特色是采用了H2结晶器。该工艺按不同工艺要求有两套可供选择方案：第1种方案是浇铸075mm厚的铸坯 ，其后接67架精轧机，用于生产碳素钢和低合金钢；第2种方案是浇铸8090mm厚的铸坯，其后接二机架粗轧机和四、五机架精轧机，可生产各种不同钢种的带钢。其典型工艺流程为：炼钢炉炉外精炼炉薄板坯连铸机旋转式除鳞机隧道式加热炉 二次除鳞机立辊轧机粗轧机保温辊道三次除鳞装置精轧机输出辊道和带钢冷却段地下卷取机。（4）CONROLL工艺 ( Continuous Thin Slab Casting and Rolling Technology )CONROLL工艺实际上是由常规板坯连铸和热轧发展而来的，因此其工艺布置与传统工艺也十分类似，只不过更为紧凑和连续。其典型工艺流程为：常规连铸机板坯热装（或直接）进步进式加热炉带立辊可逆粗轧机67架精轧机输出辊道和层流冷却卷取机。3.1.2.2工艺对比分析CSP工艺和FTSR工艺CSP工艺是目前技术最为成熟、应用最为广泛的薄板坯连铸连轧工艺，其生产应用经验丰富、操作可靠、维护方便，可生产超低碳钢、低、中、高碳钢和高强度合金钢等大部分钢种。同时又有生产包括取向硅钢、铁素体不锈钢等高附加值钢种的生产实践。 FTSR工艺的开发在CSP工艺之后，它充分借鉴了其它薄板坯连铸连轧技术的优点，但其应用实例很少，工艺的先时性和成熟性还需要进一步的证实，可借鉴的经验少；设备及控制系统相对复杂，对维护水平和操作技能的要求更高。3.1.2.3 应用选型CSP、ISP、FTSR和CONROLL 都是较为成熟的薄板坯连铸连轧工艺，也各有优缺点。综合上面的比较分析，结合市场分析和本车间产量特点最终采用西马克公司的CSP工艺。3.1.3薄板坯连铸连轧存在的不足（1）有限的产品品种和规格从生产的现有钢种看，薄板坯连铸连轧可以覆盖大多数热轧带钢的品种，但还不能生产出一些性能要求高和附加值高的品种。其主要原因如下：a. 薄板坯铸坯太薄(一般为50100mm)。带钢轧制的压缩比小，晶粒细化受到一定限制，产品的最大规格和强度有限，不同厚度薄板坯生产的成品最大厚度见表3-1。表3-1不同厚度薄板坯生产成品的厚度值薄板坯厚度/mm中间坯厚度/mm成品带钢最大厚度/mm40206850257.5106030912b. 与常规连铸坯相比，虽然薄板坯氧化铁皮薄，但由于没有经过一个降升温过程，氧化铁皮与带坯基体之间具有很高的粘附力，需要达40MPa的高压除鳞水进行除鳞，但效果并不十分理想，所以表面质量要求高的钢种还需进一步研制开发。c. 由于薄板坯连铸连轧工艺生产的产品有弥散细小析出物的特点，使得同级别的带钢成品具有较高的屈服强度和屈强比，所以产品成形性较差。就目前薄板坯连铸连轧工艺的发展状况来看，所能生产的产品品种有限，尚需进一步研究开发的钢种有1：a. 汽车面板、超深冲钢板和表面质量要求高的钢板；b. 搪瓷钢板；c. 镀锡钢板的基板；d. 高级别的高强韧性管线钢；e. 奥氏体不锈钢板；f. 碳的质量分数大于0.5%的高碳钢板；g. 部分电工钢等。（2）隧道式加热炉热效率低，缓冲能力弱10隧道式加热炉尾气排放温度平均在1000左右，热能未得到充分利用，通常的热效率早20%左右；隧道式加热炉缓冲能力有限，据有关资料介绍，缓冲时间一般在1015min。隧道式加热炉内部辊道受到耐高温性能的限制，基本上12年就要全部更换，生产维护费用增加许多。3.2轧机机型的选择本车间年设计年产量为206万吨，故采用双流连铸机与精轧机组的薄板坯连铸连轧生产线。由于铸坯厚度为50/70mm，产品最薄为0.8mm，考虑各机架所能分配的最大压下量，确定热连轧机架数为7架。确定热连轧机架数后，接下来确定轧机的布置形式。薄板坯连铸连轧生产线采用7架轧机的布置形式有三种：分别为7机架精轧方式、1架粗轧+6架精轧方式和2架粗轧+5架精轧方式。这三种布置方式的优缺点如下11：（1）7机架精轧优点：a. 轧机布置紧凑，轧制过程中温度及速度容易控制和保证，对奥氏体轧制无论是单块还是半无头都十分有利；b. 蒂森.克虏伯钢铁公司CSP线的成功经验证明，采用7架精轧机的布置方式，具有高轧制力、高轧制力矩和高生产率的特点，轧机机架刚度高。（2）1架粗轧+6架精轧优点：a. 生产组织灵活；b.板坯相对较厚，产量高。缺点：a. 粗轧和精轧不形成连轧关系，需在粗轧和精轧之间设加热炉对中间坯进行补温；b.铁素体轧制时，精轧机架间冷却水对中间坯的冷却能力较差，容易造成混晶轧制；c.不能采用半无头轧制。（3）2架粗轧+5架精轧优点：a.对轧机事故处理相当有利，可减少轧机事故处理时间；b.此布置采取两次除鳞，对提高带钢表面质量有利。缺点：a.粗轧和精轧之间设有保温（冷却）段，切头飞剪和高压水除鳞，增加了设备的复杂性；b.金属收得率相对较低。本设计从产品定位和半无头轧制等新技术应用出发，认为R+6F方式和2R+5F方式都不如7F方式，最终该生产线轧机布置采用7架精轧机的方式，以利于半无头工艺生产薄带钢。热轧精轧机组的机型选择与配置，是决定板形控制性能的第一因素和基础，将对轧机板形控制的优劣长期起作用，选型配置不当，将成为生产中难以解脱的制约因素12。当前，热精轧机组选用的四辊轧机主要有两种机型：CVC轧机和PC轧机。3.2.1 PC轧机这是一种通过改变轧辊间在水平方向的相对位置来控制板形和轧辊凸度的新型轧机，是日本新日钢铁公司等单位联合研制的一种板带材平直度控制机能很高的四辊轧机。PC轧机（Pair Cross）仅调整轧辊间横向轴线的夹角，就可以改变辊缝的大小，即改变轧辊的有效凸度，起到调节辊型的作用，实现板带材平直度的控制13。3.2.2 CVC轧机CVC轧机（Continuously Variable Crown）是一种轧辊有效凸度连续可调的高精度辊型控制轧机，是西德施罗曼西马克公司1982年研制开发的较为理想的板形自动控制新技术。CVC轧机的工作辊采用一种瓶状的辊型凸度， 即工作辊辊身整体磨成S形（瓶形），上、下辊形状相同，但反向配置，使上、下辊的形状互相补充，形成一个对称的辊缝断面。通过轴向的反向移动，使二轧辊表面间距发生不同变化，改变了带钢横断面的凸度，即改变了轧辊的有效凸度，改善了板形质量。CVC轧机是一种柔性辊缝控制轧机，它不仅可以通过一组S形曲线轧辊代替多组原始辊型不同的轧辊，而且能通过无级辊缝调整，来适应不同产品规格的变化，辊缝调节范围大，板形控制能力强11。3.2.3 CVC轧机与PC轧机的比较（1）调节范围：PC轧机轧辊交叉角为1时，轧辊凸度可达1000m；CVC轧机工作辊轴向移动100mm，可调辊凸度100500m，与弯辊装置配合则有600m 。（2）调节机构：PC轧机需要安装角度调整和侧推力支承两套机构，结构复杂；CVC轧机的轧辊机构相对简单许多14。（3）轴向力：PC轧机轴向力很大，这亦是限制交叉角进一步加大的主要因素。PC轧机的轴向力最大可达轧制力的10%，为2000KN，而CVC轧机一般仅为200KN左右14。（4）弯辊力：PC轧机轧辊交叉，限制了弯辊力的加大，一般最大为8001000KN，而CVC轧机弯辊力可以加大到1500KN甚至2000KN。另外，PC轧机轧辊交叉点与轧制宽度中心线重合难，轧件亦跑偏。当然，CVC轧机亦有其缺点：譬如CVC轧辊曲线易被磨损破坏，辊间接触应力分布呈S形使支撑辊和工作辊磨损严重不均，降低了轧辊的寿命15。近几年用西马克德马克公司技术建设的热连轧机都采用了CVCplus机型。CVCplus是在CVC技术上的改进，该技术与WRB技术相结合，可完成大范围的纠偏，有效地扩展了CVC系统对板形的调整能力，特别是半无头轧制中需动态改变辊型凸度时，该系统可提高板带凸度和实现最佳的轧件平直度。另外，CVCplus轧机可以实现带负荷窜辊，并通过轧辊横移策略提高轧辊寿命13,16,17。根据以上分析比较，本设计精轧机组确定选用CVCplus轧机。3.3 加热炉选型薄板坯连铸连轧的拉坯速度和热连轧机组的轧制速度是截然不同的两种工艺，为使该生产线有效、稳定的连接起来，需设置加（均）热炉。在薄板坯连铸连轧生产线上，加热炉除了均热（加热）铸坯的功能外，还对铸机轧机间的物流进行衔接、缓冲，最终实现在对铸坯温度场进行合理调整能很好适应轧制薄带钢边部质量控制的同时，还可生产中铸坯有序的供应给轧机。薄板坯连铸连轧线上的加热炉主要有：步进式、辊底式和感应加热三种18：（1）步进式加热炉步进式加热炉炉容量大，可以容纳1炉钢水的铸坯，缓冲时间1h，加宽的炉体可使厂房利用合理，炉体热损失较少。但由于坯长受到加热炉宽度的限制，一般不能超过20m。铸坯厚度取70mm，平均宽度取1250mm，则卷重最高仅为13.13吨，因此该种加热炉不适合加热薄规格铸坯，且这类步进式加热炉很难有效控制铸坯边部与中间部位温度场。（2）感应加热炉感应加热一般采用感应加热炉+卷取保温箱的方式，优点为生产线总长度较短，薄板坯头尾温度均匀，缺点是结构复杂、维修较难，缓冲时间短(12min)，这类感应加热炉也很难获得调整铸坯边部温度场的效果。（3）辊底式加热炉辊底式加热炉可保持铸坯温度、没有水印，出坯温度均匀，同时具有较大的缓冲时间 ，并能有效控制铸坯边部与中部温度场，已被各种薄板坯连铸连轧工艺普遍采用。当铸机为两流时，辊底式加热炉有摆动式和平移式两种。摆动式的优点在于摆动距离短；炉子等长时，摆动式较平移式缓冲时间长；占地面积小；在摆动过程中加热不中断，该炉段仍然照常使用预热空气和煤气，烟气仍从原烟道与烟囱排出。平移式则可在平移段处设置输出轨道，炉内的铸坯可输出，使生产线更加灵活。但采用平移式时，能量供应较麻烦，此外，废气的排放也只能通过车间的排气系统放散。通过以上比较，本设计决定采用辊底式两流摆动均热炉。3.4控制冷却方案选择控制冷却系统主要包括机架间冷却控制和轧后冷却控制。机架间冷却主要用于铁素体轧制。在F1和F2、F2和F3、F3和F4轧机间设置快速冷却系统，使经过F1、F2和F3轧机轧制的中间坯在此快速冷却，由奥氏体组织转变为铁素体组织，F3以后的机架进行铁素体轧制。轧后控制冷却是对出精轧机的带钢在输出辊道上的冷却过程进行控制，其作用是获得合适的带钢卷取温度，控制带钢的机械性能。带钢轧后冷却装置主要有高压水冷却、层流冷却和水幕冷却三种。（1）高压水冷却：由于喷射时高压水成为非常细小的水滴，所以具有的动能甚小，不能击破钢板表面的蒸汽膜。因此，钢板表面仍保持膜沸腾状态，达不到核沸腾状态，故其冷却能力较低。（2）层流冷却：层流冷却采用恒定压力的低压水形成柱状水流，每套冷却集管一般有2排低压U形管。借助于重力的作用，喷出水的能量能够局部破坏蒸汽薄膜，形成核沸腾，产生小的“强化冷却区”。这些区域的综合效果是增大了平均热通量，因此层流冷却比高压水冷却能力大许多19。（3）水幕冷却：水幕冷却装置将柱状水流改为幕状水流，即在冷却集管上沿带钢宽度方向开一条缝，水自然地从集管中落下，形成水幕，落于带钢的表面上，由于水幕冷却水量大，其冷却能力最强。虽然水幕冷却具有最强的冷却能力，但据克虏伯公司对三种冷却方式实验结果表明，水幕冷却的均匀性不及层流冷却。加之层流冷却具有处理产品范围大、流量范围调节宽、无流态破碎、冷却水回收率高、设备维护小等优点，现代热轧带钢轧后冷却装置大多采用层流冷却方式。近年来，随着热轧多相钢、超细晶粒钢等产品需求的增多，又产生了以层流冷却为基础的新型架构的带钢冷却装置，快速冷却装置(UFC) 普通层流冷却(LC)就是其中之一。其优点如下20：（1）精轧后高的带钢冷却速率配合控制轧制技术，有利于实现超细晶粒钢的生产，减少合金元素用量。（2）对于微合金化高强度钢可以适当减少其碳当量，有利于带钢焊接性能和成形性能的提高。 （3）由于工艺过程控制稳定，有利于大生产的可再现性和材料性能的稳定性（4）对铁素体生产低碳薄规格产品有较强的适应能力。通过以上比较分析，本设计带钢轧后控制冷却确定采用快速冷却装置(UFC) 普通层流冷却(LC)方式。3.5 高速飞剪选型高速飞剪位于精轧机输出辊道上，地下卷取机前，用于在半无头轧制时将钢带剪切成定尺长度。半无头轧制时，铸坯长度为160262m，是单坯轧制的6倍左右，因而要剪切分卷且在高速下进行，为此，本设计选用滚筒式飞剪。滚筒式飞剪滚筒旋转体质量均匀、对称，动平衡性能好，适于高速飞剪。3.6 卷取设备选型本设计的两台地下卷取机采用中距离布置方式。1号卷取机与末架精轧机之间的距离约为82m。卷取机选用带跳步控制的全液压三辊卷取机。该卷取机采用了液压控制的侧导板、夹送辊、助卷辊、无级涨缩式卷筒以及高响应速度的助卷辊自动跳步控制技术，能实现带钢精确对中、微张力卷取、减少塔形，同时避免带钢头部对助卷辊的冲击，消除助卷辊对带钢的压痕，可提高带钢表面质量和产品合格率。4 生产工艺流程和工艺制度4.1 生产工艺流程4.1.1 生产工艺流程简述从铸机来的铸坯，根据钢种不同以不同拉速直接进入1号辊底式均热炉。均热炉将根据铸坯的入炉温度、速度及出炉温度等要求，对板坯进行升温、均热，当铸坯长度达到工艺给定的长度后，由连铸机后部的摆动剪进行分切。板坯在辊底式炉内均热升温到开轧温度后（10001150），当轧机发出要钢信号时，1号辊底式炉炉门打开，板坯以第一架咬入速度离开均热炉。此时第二流的的单尺坯加热完全后，加速通过传送段，直至本炉末端的旋转摆动段，1号、2号炉的摆动段开始旋转对接，该铸坯进入1号加热炉。待两炉的摆动段回复后，铸坯前进至1号炉的保温存储段，等待下一块钢的轧制。出炉后板坯首先经过精轧前的高压水除鳞装置，以清除在连铸及加热过程中产生的氧化铁皮，然后进入精轧机进行轧制。对于奥氏体轧制的产品，F1F2精轧出来的中间坯经精除磷后进入F3F7精轧机组进行轧制。带钢出精轧机后，通过输出辊道送往层流冷却系统，层流冷却系统按钢种、规格的不同根据相应的终轧温度将带钢冷却到卷取温度。然后带钢进入地下卷取机，被卷成一定直径的钢卷。对于铁素体轧制的产品，则在F1F4机架间通过快速冷却装置将带钢控制冷却到相变点Ar3以下的温度，使奥氏体向铁素体转变（90%铁素体），在随后的机架内以铁素体组织状态进行轧制。带钢出精轧机后，通过快速冷却装置将带钢冷却到卷取温度，然后进入地下卷取机，被卷成一定直径的钢卷。若采用长尺坯进行半无头轧制，当卷重达到设定要求的重量时，需启动高速飞剪，对轧制过程中的带钢进行剪切分卷。卷取完毕后的钢卷经打捆后由卸卷小车放到运输机上。钢卷在运输机上完成称重、喷印以及检查取样后，由钢卷库吊车将其从运输机下料端卸下并以卧卷方式在钢卷库堆放冷却。4.1.2 生产工艺流程简图连铸板坯38Mpa高压水除鳞磷鳞摆动剪切分长尺坯摆动剪切分短尺坯辊底式隧道炉升温加热、均热液压剪切装置立辊轧机精轧F1机架10Mpa二次除鳞装置精轧F2机架10Mpa二次除鳞装置F3-F7机架强冷装置层流冷却（6段）高速飞剪装置地下卷取机（2台）打捆、打印、称重、入库在线取样、检验查图4-1 本车间生产工艺流程图4.2 生产工艺制度4.2.1 坯料准备制度连铸坯的质量将会直接影响到热轧带钢的质量，为得到高质量的连铸坯，要求在浇铸过程中钢水质量应纯洁，成分精密化；连铸过程中要确保钢水温度要求和均匀、无氧化、无污染，为此要完善中间包冶金技术、完善结晶器和浸入式水口结构，优化材质；结晶器采用电磁制动技术，计算机动态液芯浇铸变形技术和开发根据钢种高速浇铸最合宜的保护渣。在铸坯无缺陷的目标下，最大限度提高拉速，提高铸机单流产量。4.2.2 加热制度4.2.2.1 加热目的21（1）提高钢的塑性；（2）降低钢的变形抗力；（3）使连铸坯的温度均匀，减少因温差所造成的应力，有利于加工的进行；（4）改善材质的内部结晶组织，消除轧制中所造成的应力，以达到生产需要的机械和物理性能。4.2.2.2 加热要求（1）防止产生加热缺陷；（2）防止产生加热缺陷；（3）制定合理的加热工艺；（4）加热终了铸坯温度必须均匀；（5）尽量减少连铸坯加热的氧化损失；（6）对连铸坯的加热温度严格控制在规定范围内；（7）必须根据不同的钢种制定出合理的加热制度，并应满足节能的要求；（8）加热温度应达到加热工艺规定的温度，而且不产生过热、过烧的缺陷；（9）连铸坯加热温度沿长度和断面方向上应均匀一致，温差必须在允许范围内。4.2.2.3 加热温度（1）在均热炉内可长时间保温；（2）连铸坯入炉温度为850以上；（3）连铸坯均热温度为1100115010。4.2.2.4 加热速度由于板坯在850900以上氧化很快，并随着温度的进一步上升而急剧增加。因此，尽量缩短板坯在加热段高温区的停留时间是减缓板坯氧化烧损的一个有效途径。对此，可以采取提高加热速度的方法来间接实现。加热速度的调整应针对不同的入炉温度区别对待，原则上是入炉温度低，加热速度高。对辊底式隧道炉可定位在100150/h的速度范围内。加热速度的提高，另一方面的作用是在允许的板坯热应力和热负荷供给条件下，迅速把炉膛和板坯的温度提高，然后经过缓冲段和保温段，保证板坯在这过程中有充足的时间促使其温度的整体均匀22。4.2.3 热连轧温度制度23热轧温度制度主要包括开轧温度、终轧温度以及轧制中的温度控制。在薄板坯连铸连轧中，对普通低碳钢，一般的均热温度为11001150，开轧温度为10501100，终轧温度为750920。终轧温度控制是轧制工艺中需要控制的主要因素之一。不同钢种，钢的终轧温度控制不同。一般来说，普通低碳钢的终轧温度基本上控制在Ar3线以上。对以08Al为代表的低碳铝镇静钢，要求在Ar3点以上尽可能终轧，这样可以保证AlN保持固溶状态。另外，当终轧温度较高时，冷却下来的热轧组织变成无取向分布，可以满足随后冷轧质量控制要求。对奥氏体轧制的IF钢，一般也将终轧温度选在Ar3点以上。对采用铁素体轧制的钢种，一般来说，温度控制尤为重要，这主要包括钢在轧制过程中的温度控制和终轧温度控制。铁素体轧制与常规轧制的一大区别就是钢在轧制中通过机架间冷却水进行冷却，将中间坯温度急剧降到Ar1线以下，并在随后的机架中进行铁素体轧制，因而机架间的冷却速度非常重要。这主要取决于中间坯的厚度、温度以及机架间的冷却水速度，因而轧制时合理选择原始板坯的厚度以及前几道次机架的累积压下量是很重要的。另一重要的温度控制则是钢的终轧温度控制，一般约为760。4.2.4 轧制冷却制度（1）工作辊冷却在轧机主传动开始工作之前，相应的工作辊冷却系统必须被切换到无载荷状态。当带钢进入相应轧机时，冷却系统必须被调到最大流量值；当带尾离开时，流量减到它无负荷时的值。在轧制间隙水量应减少，换辊时水被关闭。（2）机架间冷却当带钢头部出前一机架后到达下一机架时，机架间冷却水打开，当带钢尾部离开前一机架时水被关闭。根据轧制的钢种，通过轧机的设定计算机决定哪些轧机机架后面的冷却系统被打开。（3）F1F7之前和在F7之后的带钢喷淋在带钢头部进入下一机架之前这些喷淋系统打开。当带钢尾部离开前一个机架，它关闭。只要板坯在轧制侧喷就开着。（4）F1F7前的辊缝喷淋和F5F7的烟雾抑制当带钢进入相应的机架时辊缝喷淋水打开。当带尾离开前一机架时辊缝喷淋水关闭。操作工决定在哪一个机架使用消烟装置。根据该机架的相对变形量，设定计算机决定在哪一机架使用辊缝喷淋。无论什么时候消烟值比辊缝喷淋值高40%。（5）活套和中间横梁冷却在轧制和标定期间，活套和中间横梁冷却系统打开。当换辊和停轧时关闭。4.2.5 轧制润滑制度所有轧机入口处都安装有上喷淋集管和下喷淋集管，用于辊缝润滑，从而降低轧辊磨损和轧辊弯曲程度以及提高带钢表面质量。辊缝润滑系统的主要好处是延长了工作辊的使用寿命；生产薄带时减少了轧制力和轧制力矩（特别是最初几个机架）；减少了剪应力，从而改善了带钢表面质量和深冲性能。本条CSP生产线使用了新近开发的辊缝润滑系统，它在轧制过程中将起到积极作用，其主要表现在：（1）延长了工作辊的在机时间；（2）降低了工作辊的剥落；（3）减少了维护；（4）降低了生产成本；（5）减少了能量消耗。在轧制薄规格钢板时，一般采用辊缝润滑。辊缝润滑设计成散状喷射系统（水油混合），安装在精轧机架F1F7后。每个机架配备了独立的辊缝润滑系统。通过静态油管混合器产生对上、下工作辊单独进行喷射的离散物，在轧机机架入口侧，离散物通过喷嘴喷射到工作辊上。因为离散物不稳定，故没有残存的离散物，所以在润滑前应立即进行混合。根据带钢宽度的不同，水流量对应一个不同的恒定的值。如果实际值偏离超过10%将产生一个警告信号。宽度方向水流量的理论值是4050升/秒。如果偏差超过20%，在带钢轧制完成后供油系统完全关断，相应油阀也关闭。当水在喷头激活时油才能激活。当选择轧制辊缝润滑时，入口侧工作辊冷却（辊缝喷淋）必须被关断。4.2.6 轧制活套张力制度在轧机所有机架间都安装了一个活套，目的是保证在任何两个机架间对带钢产生一个特定的带钢张力。张力过大会产生带钢的紧缩现象，太大的张力会最终导致带钢的断带。当下一机架的速度太快时，下一机架的秒流量大于上一机架会导致这种现象的发生。当通过下一个机架的秒流量相对较小时就会产生活套。活套量的持续增长会形成带钢折叠。如果带钢折叠产生，进入下一个机架的带钢可能是三倍带钢的厚度。这种情况会导致轧辊或接轴的断裂。活套控制给所有的前一个主传动控制发出速度修正信号。当两个机架的