毕业设计-年产280万吨1780热轧带钢车间设计（终稿） .doc

111学学 号：号：200906040106 hebei united university 毕毕业业设设计计说说明明书书 graduate design 设计题目：设计题目：年产年产 280280 万吨万吨 17801780 热轧带钢车间设计热轧带钢车间设计 学生姓名：张志芳学生姓名：张志芳 专业班级：专业班级：09 成型成型 1 班班 学学 院：冶金与能源学院院：冶金与能源学院 指导教师：杨海丽指导教师：杨海丽 教授教授 2013 年年 05 月月 28 日日 摘 要 -i- 摘摘 要要 板带材生产的技术水平不仅是冶金工业生产发展水平的重要标志，也反映 了一个国家工业与科学技术发展的水平。建设现代化的热轧宽带钢轧机要满足 现代工业对热轧板品种质量的要求。而最终产品的质量首先取决于连铸胚的质 量，其次取决于轧钢工艺的设计，如轧机的刚度、轧机的布置形式等等。所以 工艺设计是否合理不仅关系到产量，还关系到最终产品的质量。 基于以上考虑，本次设计结合本钢 1700mm、唐钢 1700mm、莱钢 1500mm、宝钢 1580mm、鞍钢 1780mm、梅钢 1422mm 热轧生产线设计了 280 万吨 1780mm 常规热连轧生产线，在此设计中详细的介绍了加热、粗轧、热卷 取、精轧、冷却、卷取等一系列过程。其中精轧机选取 7 架大断面牌坊和高吨 位轧制力轧机，采用工作辊正弯辊（wrb）技术、cvc 轧机和厚度自动控制 (agc)等技术来控制板型和提高厚度精度。另外为提高轧件温度 ，减少头尾温 差，节约轧制能耗，降低工程投资，在精轧前采用保温罩。设计中涉及的技术 参数大部分取自现场的经验数值，用到的部分公式也是用来自于实际的经验公 式。 关键词 常规热连轧；保温罩；层流冷却；液压 agc 系统 abstract -ii- abstract the level of hot strip production technique is not only an important marking of the metallurgy industry produce development, but also reflect the level of the national industry and science technique.to construct a modern hot wide rolling mill we should meet the quality request of modern industry to hot strip species.the quality of the final product firstly relies on the quality of continuous casting slab.what is more,it depends on the design of the rolling ,for example the arrangement and the stiffness of the mill .so wether the design is reasonable is not only relate to the quantity but also relate to the quality. based on the above premise, this design combine tang steel 1450 ,ben steel 1700, bao steel 1580 and an steel 1780 hot rolling production line to design 2.8 million ton traditional hot continuous rolling workshop. in this paper it introduced the heat furnace, the rough rolling in detail, the heat box, the finish rolling, the laminar cooling, the curl and so on.among them, the finishing mill still selected the big cross section memorial arch and the high tonnage rolling stand, and chose cvc mill, work roll bend technique and automatic gauge control to control strip shape and thickness. moreover, in order to raise the temperature of rolling metal and reduce the difference temperature between the tail and the head of rolling metal, i establish a hot curl box between the rough rolling and the finishing rolling. the coefficient in this design and parts of formulas come from actual experience. keywords conventional continuous rolling, heat box, laminar cooling, automatic gauge control 目 录 -iii- 目 录 摘 要.i abstract ii 第 1 章 绪论1 1.1 热轧板带钢的发展历史1 1.1.1 热轧板带钢的发展史.1 1.1.2 我国热轧板带钢生产的发展史.1 1.2 热轧轧技术的发展现状及趋势2 1.2.1 热轧板带钢的发展现状.2 1.2.2 热轧板带钢的生产工艺及特点.3 1.2.3 热轧板带钢的发展趋势.4 第 2 章 建厂依据及产品大纲5 2.1 建厂依据.5 2.1.1 可行性研究5 2.1.2 地理与资源.5 2.2 产品大纲.6 2.2.1 坯料.6 2.2.2 产品规格7 2.2.3 钢种方案.7 第 3 章 车间布置及主要设备的选择9 3.1 车间布置及设备选用的原则9 3.2 主要设备的选择.9 3.2.1 除鳞设备.9 3.2.2 板坯宽度测压设备10 3.2.3 轧制总道次的确定14 3.2.4 粗轧机14 3.2.5 保温装置17 3.2.6 精轧机19 3.2.7 压下装置23 3.2.8 活套装置.24 3.2.9 卷取装置.25 第 4 章 典型产品压下规程设计27 4.1 概述.27 4.2 各道次出口厚度及压下量的确定.28 目 录 -iv- 4.2.1 粗轧机的压下量分配原则.28 4.2.2 精轧机的压下量分配原则.28 4.2.3 分配各道次压下.29 4.3 轧机咬入的校核.29 4.4 确定轧制速度制度.30 4.4.1 粗轧机速度制度.30 4.4.2 精轧机速度制度.31 4.4.3 加减速度的选择.32 4.5 确定轧制温度制度.33 4.5.1 粗轧各道次温度确定.33 4.5.2 精轧各道次温度确定.34 4.6 力能参数的计算.34 4.6.1 轧制力的计算和空载辊缝的设定.34 4.6.2 轧制力矩的计算.37 4.6.3 附加摩擦力矩的计算.39 4.6.4 空转力矩的计算.41 4.6.5 动力矩的计算.43 4.7 板形控制技术44 4.8 层流冷却对温度的控制及大致的冷却速率的确定45 第 5 章 轧辊强度和主电机能力的校核47 5.1 轧辊强度的校核47 5.1.1 支撑辊的校核.47 5.1.2 工作辊的校核.49 5.1.3 工作辊与支撑辊间的接触应力.51 5.2 主电机能力的校核.54 5.2.1 轧制过程中静负荷图的制定.54 5.2.2 主电机的校核.56 第 6 章 年产量的计算及轧制图表59 6.1 轧钢机年产量的计算59 6.1.1 轧钢机年产量的计算.59 6.1.2 轧钢机平均小时产量的计算.60 6.1.3 轧钢车间年产量的计算.61 6.2 轧钢机工作图表的制定.61 6.2.1 轧制图表的基本形式及其特征.62 6.2.2 轧机工作图表的制定.63 目 录 -v- 第 7 章 辅助设备的选择65 7.1 加热炉的选择.66 7.1.1 加热能力的确定.67 7.1.2 炉子数量的确定.67 7.1.3 炉子尺寸的确定.68 7.2 除磷装置的选择.69 7.2.1 除磷的必要性.69 7.2.2 各种除磷方式的比较.69 7.2.3 本次设计除磷装置的选择.70 7.3 剪切设备的选择.71 7.4 带钢冷却装置.72 7.5 卷取设备的选择.74 7.6 辊道的选择.76 7.7 活套支撑器.79 7.7.1 概述.79 7.7.2 活套支撑器的相关参数的计算.80 7.8 控制设备81 7.8.1 厚度控制技术.82 7.8.2 板形控制.83 7.8.3 宽度控制.84 第 8 章 轧钢车间平面布置及经济技术指标87 8.1 轧钢车间平面布置87 8.1.1 轧钢车间平面布置的原则.87 8.1.2 金属流程线的确定.88 8.2 车间技术经济指标.89 8.2.1 各类材料消耗指标.89 8.2.2 综合技术经济指标.92 第 9 章 设计总结及优势介绍95 参考文献99 谢 辞101 第 1 章 绪论 -1- 第 1 章 绪论 1.1 热轧板带钢的发展历史 1.1.1 热轧板带钢的发展史 热轧板带钢轧机的发展已有 70 多年历史，汽车工业、建筑工业、交通运输 业等的发展，使得热轧及冷轧薄钢板的需求量不断增加，从而促使热轧板带钢 轧机的建设获得了迅速和稳定的发展。从提高生产率和产品尺寸精度、节能技 术、提高成材率和板形质量、节约建设投资、减少轧制线长度实现紧凑化轧机 布置到热连轧机和连铸机的直接连接布置，热轧板带钢生产技术经历了不同的 发展时期1。 1960 年以前建设的热带钢轧机称第一代热带钢轧机。这一时期热带钢轧机 技术发展比较缓慢，其中最重要的技术进步是将厚度自动控制（agc）技术应 用于精轧机，从根本上改善了供给冷轧机的原料板带钢的厚度差。 20 世纪六、七十年代是热轧板带钢轧机发展的重要时期。同时连铸技术发 展成熟，促使热连轧机从最初使用钢锭到使用连铸坯，从而大幅度提高产量并 能够为冷轧机提供更大的钢卷。热轧板带钢轧机的生产工艺过程是钢铁工业生 产中自动化控制技术最发达的工序。60 年代后新建的热带钢轧机很快采用了轧 制过程计算机控制，将热轧板带钢轧机的发展推向一个新的发展阶段，这一时 期新建的轧机称为第二代热带钢轧机。1969 年至 1974 年在日本和欧洲新建的 轧机称为第三代热带钢轧机。 20 世纪 80 年代，板带钢生产更加注重产品质量，同时对于低凸度带材需 求量不断增长，这使板带钢板形控制技术成为热轧板带钢轧制技术重要课题之 一。90 年代，热轧板带钢在工艺方面有重大突破，1996 年日本川崎钢铁公司成 功开发无头连续轧制板带钢技术，解决了在常规热连轧机上生产厚度 0.81.2 mm 超薄带钢一系列技术难题。热连轧生产线的产品规格最薄达 0.8mm，但实 际生产中并不追求轧制最薄规格，因为薄规格生产的故障率高，辊耗大，吨钢 酸洗成本高等。待技术发展到故障率等降低后，才能经济地批量生产2。 1.1.2 我国热轧板带钢生产的发展史 我国热连轧带钢的发展大致可以划分为三个阶段3： 第一阶段为初期发展阶段，以解决企业的有无为主要目的，这个时期热轧 板带钢轧机建设职能依靠国家投入，建设水平和技术设备参差不齐。1989 年投 河北联合大学冶金与能源学院 -2- 产的宝钢 2050mm 轧机代表了当时国际先进水平，采用了一系列先进的热连轧 生产技术，但这个时期投产的二手设备则是国外五、六十年代的设备，整体技 术水平相对落后，虽然在安装过程中进行了局部改造，但整体技术水平提高有 限。1980 年投产的本钢 1700mm 生产线和 1992 年投产的攀钢 1450mm 生产线 均采用国产轧机，其轧机整体水平不高，产品与国际水平差距较大，但这几套 轧机在满足国民经济建设需求的同时也培养出了一批技术人才。 20 世纪 90 年代以后是第二阶段，这是全面提高技术水平，新技术、新设 备的引进阶段。各大企业均以引进国外先进技术为主，如 1999 年投产的鞍钢 1780mm 轧机，1996 年投产的宝钢 1580mm 轧机。这一阶段的轧机除常规轧机 所采用的先进技术外，还采用了连铸机和轧制线直接连接的布置形式，此外 pc 板形控制系统，强力弯辊系统，在线磨辊技术，中间辊道保温技术，带坯边部 感应加热技术，精轧全液压压下及 agc 技术都得到了广泛应用。珠钢 1500mm 薄板坯生产线、邯钢 1900mm 薄板坯生产线、包钢 1750mm 薄板坯生产线的引 进，使我国拥有了新一代热连轧带钢生产技术。 近几年开始的第三阶段是以提高效益、调整产品结构，满足市场需求和提 高企业竞争能力为主的发展阶段。由于近些年国家经济的快速发展，对钢材需 求量不断增加，各个企业或引进或采用国产技术，或建设传统连轧生产线，或 建设薄板坯连铸连轧生产线，同时也对原有生产线进行全面的技术改造，使其 达到现代化水平。目前，我国热连轧生产已摆脱落后状态，并已处于世界先进 水平行列4。 1.2 热轧轧技术的发展现状及趋势 1.2.1 热轧板带钢的发展现状 现代热连轧技术的技术发展主要集中在板形、厚度精度、温度与性能的精 准控制、表面质量控制等方面，例如强力弯辊（wrb）系统、工作辊窜辊 （hcw、cvc）和对辊交叉（pc）技术、工作辊的精细冷却、高精度数学模型 的不断改进等。 在热轧带钢轧机布置形式的发展方面，总结起来，主要有以下几种形式5： 典型的传统热带钢连轧机组，这种机组通常是 2 架粗轧机，7 架精轧机，2 台地下卷取机，年总产量 350550 万吨，生产线的总长度 400500m，有一些 新建的机组装备了定宽压力机(sp)。这类轧机采用的铸坯厚度通常为 200250mm，特点是产量高，自动化程度高，轧制速度高(20m/s 以上)，产品 第 1 章 绪论 -3- 性能好。 紧凑型的热连轧机，通常机组的组成为 1 架粗轧机，1 台中间热卷箱， 56 架精轧机，12 台地下卷取机，生产线长度约 300m，年产量 200300 万 吨。采用的铸坯厚度 200mm 左右，投资比较少，生产比较灵活，由于使用热卷 箱温度条件较好，可以不用升速轧制(轧制速度 14m/s 左右)。 新型的炉卷轧机机组，通常采用 1 台粗轧机，1 台炉卷轧机，12 台地下 卷取机，产量约 100 万吨，其中有的生产线可以生产中板也可以生产热轧板卷， 主要用于不锈钢生产，投资较小，生产灵活，适合多品种。 热轧带钢的另一生产形式是薄板坯连铸连轧，按结晶器的形式不同，分别 有多种形式，如 sms 开发的 csp、daniely 开发的 h2frl 等，由薄板坯铸 机、加热炉和轧机组成，刚性连接，铸坯厚 5090mm，产量 120200 万吨， 轧机的布置形式有粗轧加精轧为 2+5 布置，1+6 布置，也有 7 架精轧机组成的 生产线。薄板坯连铸连轧的特点是生产周期短、产品强度高、温度与性能均匀 性好，但是表面质量、洁净度控制方面比传统厚板坯的难度大。 国外发展的无头(半无头)轧制技术，日本是在传统的粗轧机后设立热卷箱， 飞焊机，把中间坯前一坯的尾部和下一坯的头部焊接在一起，进入精轧机组时 形成无头的带钢进行轧制，在卷取机前再由飞剪剪断，该生产线可以 20m/s 的 速度轧制生产 0.81.3mm 厚的带钢。德国发展的是半无头轧制技术，他们利用 薄板坯连铸连轧的生产线，铸造较长的铸坯进人精轧，并且轧后进行剪切，在 精轧机组中形成有限的无头连轧。这种生产线的特点是适合于稳定生产薄规格 的带钢，减少了薄规格带钢生产中的轧废和工具损失。欧洲还在开发基于薄板 坯连铸连轧技术的无头轧制技术，通过进一步提高铸坯的拉速，使连轧机和连 铸机的速度得到匹配，实现真正的连铸连轧。 薄带直接连铸并轧制的技术，钢水在 2 个辊中铸成 56mm 的带钢，经过 1 架或 2 架轧机进行小变形的轧制和平整，生产出热带钢卷。 1.2.2 热轧板带钢的生产工艺及特点 常规热连轧生产工艺具有诸多特点，主要在于：生产能力大、自动化程度 高；产品规格多、质量稳定；生产效率高、成材率高。因此，这种生产工艺仍 是钢铁企业建设热连轧带钢生产线的首选6。 连铸连轧工艺生产环节多、占地面积大、投资成本高，特别是生产优质高 档产品时，需配备技术含量高的炼钢、精炼和连铸设施。 薄板坯连铸连轧生产工艺生产能力适中、设备布置紧凑、流程短、生产成 本低，市场竞争力较强，但薄板坯拉坯速度较高，铸坯易产生横向角裂和表面 河北联合大学冶金与能源学院 -4- 纵裂等缺陷，使钢坯表面质量不及常规工艺产品水平。 1.2.3 热轧板带钢的发展趋势 近代热轧板带钢生产技术发展的主要趋向在于7： 1.热轧板带材短流程、高效率化。首先，为了大幅度简化工艺过程，缩短 生产流程，充分利用资源，降低各项消耗，提高经济效益，不仅充分利用连铸 坯为原料，同时不断开发和推广应用连铸板坯直接热装和直接轧制技术；其次， 进一步完善连铸连轧和连续铸轧技术。 2.生产过程连续化。 3.采用自动控制提高产品精度和板形质量。在板带材生产中，产品的厚度 精度和平直度是反映产品质量的两项重要指标。由于才哟个液压压下厚度自动 控制和计算机控制技术，板带纵向厚度精度已得到很大的提高，但板带横向厚 度和平直度的精度控制有待进一步提高。 4.发展控轧控冷与热处理技术以及合金钢种的开发。利用硅、钒等金属元 素生产低合金钢种，同时配合连铸连轧、控轧控冷和热处理工艺，提高产品组 织性能和质量。 第 2 章 建厂依据及产品大纲 -5- 第 2 章 建厂依据及产品大纲 2.1 建厂依据 2.1.1 可行性研究 1）首钢新建的 2250mm 宽带钢连轧生产线无论是轧机水平还是工艺水平在 国内都是一流的，这为我们建设或改造本 1780mm 生产线提供了很好的参考。 2）由于我国汽车工业和家电工业的高速发展，冷轧板带材的缺口很大，建 设一条可供冷轧的热轧板带生产线可为首钢在顺义新建的 150 万吨冷轧项目供 料，进而提高我们的综合竞争力。 3）中国正处于经济发展时期，钢铁消费总体良好。虽然我国的钢铁总产能 过剩，但是很多中高档钢铁产品还需进口，究其原因主要是国内轧制生产线不 是国外淘汰的二手线，就是国内自行研制的轧机、电气等设备。我们的设备确 实成为了生产的薄弱环节。如何在原有设备能力的基础之上生产中高档产品， 如何改进我们的工艺，使其具有先进水平，这些正是我们轧钢人要做的。随着 国家汽（轿）车、家电、集装箱、输油（汽）管线等行业的迅猛发展，将会进 一步刺激各类板材品种的需求，市场前景很大。 4）与薄板坯连铸连轧相比，常规热连轧仍有其自身的优势。薄板坯连铸连 轧技术晶粒较细，加上轧制的大压下，使产品硬度很高，不能按要求向冷轧供 应强度低于 240mpa 的软带钢。就向冷轧供料而言，常规热连轧仍有广阔的发 展空间。 2.1.2 地理与资源 1）广阔的市场 唐山周围有许多中小型冷轧厂，我们的热轧卷可以为其提供原料；华北、 东北地区有许多机械制造业，板带钢也可以作为成品供给这些企业；近几年国 内实行城市大变样计划，许多城市建筑、桥梁都实行新建。所以板带钢会有广 阔的销售前景。 2）丰富的能源 （1）铁矿：迁安和遵化有丰富的铁矿，并且京唐钢铁位于深水港曹妃甸港， 便于澳矿运输； （2）煤矿：开滦集团可以提供充足的煤燃料； （3）电力：陡河电厂、唐山电厂可以提供充足的电力； 河北联合大学冶金与能源学院 -6- （4）水资源：东北部有陡河水库可以提供充足的水资源，临海地带水资源 是比较充裕的； （5）石油：华北油田，大港油田和刚发现的南堡石油为其提供足够石油。 3）便利的交通 唐山地处京津之侧拥有便利的铁路，京唐港和正在建设的曹妃甸港口提供 了便利、廉价的水运，唐津高速公路、唐港高速公路以及 107 国道、205 国道、 102 国道提供了便捷的公路运输。 4）丰富的人力资源 北京科技大学、东北大学、鞍山科技大学以及燕山大学、河北联合大学等 冶金工科院校可以提供优秀的专业技术人员，其他各大学可以提供相关专业的 技术人才。 2.2 产品大纲 产品大纲是设计任务书中的主要内容之一，是进行车间设计时制订产品生 产工艺过程、确定轧机组成和选择各项设备的主要依据。产品大纲不但规定了 车间的类型，同时也规定了车间生产品种的方向。所以编制产品方案时应注意 7: 1）满足国民经济特别需要，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钢材的需要。 2）考虑各类产品的平衡，尤其是地区之间产品的平衡。要正确处理长远与 当前、局部与整体的关系。作到供求适应、品种平衡、产销对路、布局合理、 要防止不顾轧机特点和条件一哄而上、一哄而下的倾向。 3）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。 4）考虑建厂地区资源的供应条件，物资和材料运输的情况。 5）要适应当前对外开放、对内搞活的经济形势，力争做到产品结构和产品 标准的现代化。 2.2.1 坯料 热带钢轧机一般采用连铸坯或初轧坯为原料。由于连铸坯的诸多优点，加 之比初轧坯物理化学性能均匀，且便于增大坯重，故对热带连轧更为合适。 选择尺寸时，必须考虑轧机的工作条件，提高板坯厚度，可以增加板坯及 钢卷的重量，但增加了轧制道次，使机架数目增多，轧制线增长。因此坯料厚 度应合理选择。板坯厚度一般 150250mm，多数为 200250mm，最厚达 300350mm。国产 1700 热连轧机采用连铸坯的厚度规格为 第 2 章 建厂依据及产品大纲 -7- 160、210、250mm。近代连轧机完全取消了展宽工序，以便加大板坯长度，采 用全纵轧制，故板坯宽要比成品宽度大，由立辊轧机控制带钢宽度，而其长度 则主要取决于加热炉的宽度和所需坯重。目前板卷单位宽度的重量不断提高， 达到 1530kgmm 毛重准备提高到 3336kgmm。 综合上述考虑，最终确定原料规格如下： 板坯厚度：150250mm 板坯宽度：8001500mm 板坯长度：910m 2.2.2 产品规格 厚度：1.512mm； 宽度：7501600mm； 钢卷内径：762mm； 钢卷外径：12002000mm； 最大卷重：30t； 产量：年产 280 万吨。 2.2.3 钢种方案 表表 2-1 按钢种分配的热轧板带的产品按钢种分配的热轧板带的产品 钢种 牌号规格(mm) 年产量(万 吨) 比例 （%） 普碳钢 q195，q215 q235，q255 q275 (1.512.0)(14001600)14050 合金结构钢 12mn2a，16mn2 a 30cr，40cr 45cr，45mn (2.55.0)(14001600)5620 不锈钢 1cr13，0cr18ni9 1cr18ni9 1cr18ni9ti (2.06.0)(10001600)8430 总量280 按产品规格分配热轧板带方案见表 2-2。 河北联合大学冶金与能源学院 -8- 表表 2-2 按产品分配的热轧板带按产品分配的热轧板带 宽 度 （mm）产量合计比 例厚度 （mm）8501050100012001200140014001550 1.52.2561072810% 2.341835352411240% 4.16202525148430% 6.1128202085620% 产量合计 （t） 51869053280 比 例18.2 %30.7%32.1%18.9%100% 第 3 章 车间布置及主要设备的选择 -9- 第 3 章 车间布置及主要设备的选择 3.1 车间布置及设备选用的原则 首先，在粗轧机与精轧机之间设计保温罩或热卷箱等，主要是考虑产品的 规格，实际现场的生产以及带钢内部组织性能的影响，而做出选择；其次，为 了使得本次的设计更贴近实际，在选定轧机型号及确定轧辊、各架轧机之间的 距离等方面，主要是依据鞍钢 1780 生产线的车间设计，并针对本次设计要求做 一些改动；在确定轧机数目及布置上，考虑的是目前连铸机铸出的坯料质量、 大压下导致跑偏、及整个轧制稳定配合等方面，而作出了本次的设计。在设计 中，选用的设备、技术、轧机数目、布置及选用的原因将在下面做具体的介绍。 3.2 主要设备的选择 轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备，代表车间生产技术水平，这是区 别于其他车间类型的关键。因此，轧钢机选择的是否合理对车间生产具有非常 重要的影响。因为带钢轧机为平辊轧制，轧制力大，为了能控制良好的板形， 机架和轧辊必须有较大的刚度才行。所以板带轧机主要是四辊轧机。 轧钢机选择的主要依据是：车间生产的钢材、钢种，产品品种和规格，生 产规模的大小以及由此而确定的产品生产工艺过程。对轧钢车间设计而言，轧 钢机选择的主要内容是：确定轧钢机的结构形式，确定其主要技术参数，选用 轧机的架数以及布置形式7。 在选择轧钢机时一般要注意考虑下列各项原则： （1）在满足产品方案的前提下，使轧机组成合理，布置紧凑； （2）有较高的生产效率和设备利用系数； （3）保证获得质量良好的产品，并考虑到生产新品种的可能； （4）有利于轧机机械化，自动化的实现，有助于工人劳动条件的改善； （5）轧机结构型式先进合理，制造容易，操作简单，维修方便； （6）备品备件更换容易，并利于实现备品备件的标准化； （7）有良好的综合技术经济指标。 3.2.1 除鳞设备 现代热带钢连轧机都设有高压水除鳞箱来清除氧化铁皮。除鳞箱是一个基 本封闭的箱体。箱内上下各装有两排集水管，其上下高压水喷嘴同时喷射高压 河北联合大学冶金与能源学院 -10- 水除鳞。上排水管的高度可根据板坯厚度的变化来调节。喷嘴的喷水方向迎着 板坯的前进方向与水平呈 15角。高压水产生水平分力，将氧化铁皮冲击到板 坯边缘以外，链条的作用是防止高压水和氧化铁皮散射，使其只能落入地沟。 高压水的压力通常采用 1518mpa，每个高压水喷嘴水流量为 91l/min。 3.2.2 板坯宽度测压设备 宽度精度与厚度精度、板凸度、平直度共同构成带钢的外形质量，其中宽 度精度是带钢带钢产品外形质量的一个重要指标。精确的宽度可以提高热轧薄 板及其后步工序的成材率，既可避免由于过宽造成切边过多，又可减少由于过 窄给后步工序带来的生产安排混乱。需对成品带钢宽度进行控制，这里先介绍 粗轧调宽。粗轧调宽可以通过独立的立辊轧机、粗轧机附属立辊、定宽轧机、 大侧压调宽压力机（sp 轧机）等设备实现。粗轧调宽在带钢宽度调整和精度控 制中占有主要地位8。 1）立辊轧机 为了进行宽度控制，传统热连轧机组都配有独立的立辊轧机或在粗轧机上 装设附属立辊，有的精轧机前也设立了立辊。根据调宽量的大小，板坯可以进 行多道次或一道次立轧。 （1）立辊轧机位于粗轧机水平轧机的前面，大多数立辊轧机的牌坊与水平 轧机的牌坊连接在一起。立辊轧机主要分为两大类，即一般立辊轧机和有 awc 功能的重型立辊轧机。 一般立辊轧机是传统的立辊轧机，主要用于板坯宽度齐边、调整水平轧 机压下产生的宽展量、改善边部质量。其结构简单，主传动电机功率小、侧压 能力普遍较小，而且控制水平低，不能在轧制过程中进行调节，带坯宽度控制 精度不高。 有 awc 功能的重型立辊轧机是为了适应连铸的发展和热轧带钢板坯热 装的发展而产生的现代轧机。其结构先进，主传动电机功率大，侧压能力大， 具有 awc 功能，在轧制过程中对带坯进行调宽、控宽及头尾形状控制，不仅 可以减少连铸板坯的宽度规格而且有利于实现热轧带钢板坯的热装，提高带 坯宽度精度和减少切损。有 awc 功能的重型立辊轧机的结构如图 3.1 所示。 第 3 章 车间布置及主要设备的选择 -11- 图 3.1 有 awc 功能的重型立辊轧机的结构图 表表 3-1 立辊轧机的各种性能参数立辊轧机的各种性能参数 轧辊640/580380 毫米 调宽范围8001450 毫米 调整速度30 毫米/秒 压下形式电动+液压 轧制力最大 100 吨 压下量 板坯厚度为 90 毫米时最大 7 毫米（13.5 毫米/边） 板坯厚度为 70 毫米时为最大 3035 毫米（1517.5 毫米/边） 轧制速度最大 22 转/分（用新辊） 主传动电机2ac88kw0150rpm 成对的水平电机 轧辊开口度最大 1770 毫米（换辊时 1840 毫米）最小 800 毫米 awc 行程50 毫米 （2）立轧的变形特点与平轧完全不同，经立辊轧机的轧制后的板坯具有一 下形状特点： 板坯立轧的狗骨变形，如图 3.2（a）所示。板坯立轧是典型的超高件轧 制过程，其突出特点是侧压时变形不深透，金属向厚度方向上的流动主要集中 在板坯两侧的边缘部分，横断面出现明显的双鼓形，就是所谓狗骨变形。立辊 的辊径越大，狗骨形越小。为增加调宽效率，现在普遍采用定宽压力机（sp 河北联合大学冶金与能源学院 -12- sizing press） ，可看做是用半径无限大的垂头替代了立辊，定宽压力机的狗骨形 要比立辊调宽小得多10。带有狗骨形的板坯经过后步平辊轧机轧制后，较厚的 边部金属将向宽向流动，造成轧件继续宽展，因而影响宽度精度，降低宽度控 制效果。 图 3.2（a）立辊轧边 图 3.2（b）立辊轧后平轧 “舌头”及“鱼尾”。经过侧压后的板坯，在头尾部分产生严重的宽度不均， 板坯头尾在轧制方向金属流动阻力小于板坯中部，形成头尾两侧向中间的圆弧 形，使头尾宽度收缩，最终形成端部内凹的形状，即所谓的“舌头”及“鱼尾”。 这部分带材必须在后续工序中予以切除，造成了金属的浪费，如图 3.2（b）所 示。 而头尾之间的部分，由于金属沿轧制方向流动阻力加大，在长度方向的延 伸受到限制，形成板坯两侧厚度方向的凸起高于头部。 立轧时板坯拱起。板坯的宽厚比较大时，如果采用立辊轧机轧制，容易 使板坯拱起，造成板坯失稳发生弯曲和扭转。 2）定宽压力机 压缩调宽技术是人们为了克服立辊轧制调宽的缺点，增大压缩工具与板坯 的接触长度，改善板坯断面狗骨形，减少板坯头尾部的鱼尾和舌头及失宽，提 高成材率而提出的。实现压缩调宽技术的设备是定宽压力机（sp sizing press） 9。定宽压力机位于粗轧高压水除鳞装置之后，粗轧机之前，用于对板坯进行 全长连续的宽度侧压。与立辊轧机相比，sp 轧机具有以下优势：（1）板带成 材率提高。sp 轧机具有较强的板坯头尾形状控制功能，金属切损少。 （2）调宽 能力提高。目前 sp 轧机的最大侧压量达到了 350mm，有效减轻了连铸机不断 变换宽度规格的负担，提高了连铸机生产率和连铸坯质量及板坯的热装率和热 装温度。 （3）调宽实效提高。侧压变形更深透，板坯变形均匀，平轧是宽展回 复减小。 （4）宽度精度提高。sp 轧机的锤头间距可严格控制，有很强的定宽作 用10。 定宽压力机的主要形式有长锤头和短锤头两种11。 长锤头定宽压力机。如图 3.3（a）所示，特点是压缩模具长度略大于板 坯长度，板坯遍布在全长上同时受到压缩。操作过程是先由螺杆机构将压缩模 第 3 章 车间布置及主要设备的选择 -13- 具调整到略大于板坯宽度的间距，然后快速液压压下机构按规程进行侧压。该 定宽压力机是一次将板坯压缩至目标宽度，由于是整个板坯长度上同时进行压 缩，所以需要特别大的压缩力。导致设备庞大，投资高，安装维修不便。 短锤头定宽压力是用短锤头替代长锤头。如图 3.3（b）所示，用短锤头 多次连续压缩来取代一次性压缩，大大减少了压缩力，减轻了压力机的负荷， 简化了设备。 图 3.3（a） 长锤头定宽压力机 图 3.3（b） 短锤头定宽压力机 短锤头定宽压力机主要有两种形式：一种间歇式，如图 3.4 所示。在对板 坯进行压缩之前，吃透位于打开位置，间距略大于板坯，板坯进入锤头之间的 位置后停下来，对宽度方向进行压缩，一步压缩到位后锤头分开回到打开位置， 然后板坯向前送进一步，开始下一步压缩，如此循环，直到板坯尾部压缩完毕。 另一种是连续式，如图 3.5 所示。锤头对板坯进行压缩的同时，随板坯一起向 前沿轧制线方向以相同速度前进。这种运动轨迹为一椭圆形曲线，可以保证板 坯在首压缩的过程中以一定速度前进，不必是板坯停下来等待。压缩完成后， 锤头沿椭圆形曲线再回到打开位置，准备下一次压缩。显然这种连续式定宽压 力机的生产效率比间断式的要高得多20。 （a）压缩 （b）打开 （c）送进 （d）再压缩 图 3.4 间歇式调宽压力机动作示意图 河北联合大学冶金与能源学院 -14- 图 3.5 连续式调宽压力机 本设计结合实际生产情况，参考安钢 1580mm，鞍钢 1780mm 热轧带钢的 设计，选用连续式短锤头定宽压力机。其主要技术参数如下表 4： 表表 3-2 定宽压力机技术参数定宽压力机技术参数 宽度压下量（mm）最大 350 压力机负荷（mn）最大 22（普通钢，1050c 时） 压力机周期（行程/min）50 板坯行走量（mm/行程）400 板坯速度（m/min）20 主电动机3400kw，0/500（r/min） 3.2.3 轧制总道次的确定 取平均延伸系数为 1.42，由产品厚度为 3mm，进粗轧机的厚度为 150mm。 则根据公式可得： nn p h h 轧制总道次数为 n=。所以确定道次数为 1216.11 42. 1lg 3 150 lg lg lg lg lg pp h h 12 道。初步确定粗轧 6 道，精轧 6 道。 3.2.4 粗轧机 1）粗轧机布置形式及数量的选择 粗轧区的布置形式是根据产量、板卷重量等诸多因素决定的。由于精轧机 的设计没有太大的区别，我们通常所说全连续式、34 连续式、半连续式和其它 第 3 章 车间布置及主要设备的选择 -15- 形式都是根据粗轧区轧机的布置形式来命名的。下面分别介绍粗轧机不同的布 置形式。 （1）全连续式 所谓全连续式并不是说所有轧机构成连轧，只是说在整个轧制过程中轧件 始终沿一个方向前进，没有逆向。全连续式粗轧机通常由 4 到 6 架不可逆式轧 机组成，前几架为二辊式，后几架为四辊式。全连续式粗轧机的布置形式主要 有两种：一种是全部轧机呈跟踪式连续布置；另一种是前几架轧机为跟踪式， 后两架为连轧布置12。 典型的全连续式粗轧机的布置如图 3.6 所示。 r1 r2 r3 r4 r5 r6 图 3.6 典型的全连续式粗轧机的布置 全连续式粗轧机在一、二代热轧带钢轧机中居多，因受当时的控制水平和 机械制造能力的限制，粗轧机轧制速度较低，且都是以断面大、长度短的初轧 板坯为原料，所以轧机产量取决于粗轧机的产量。全连续式粗轧机每架轧机只 轧道，轧件沿一个方向进行述连续轧制，生产能力大，因此在当时发展较快。 随着粗轧机控制水平的提高和轧机结构的改进，粗轧机的轧制速度提高了， 生产能力增大了，粗轧机的布置形式也发生了很大变化，相继发展了 34 连续 式和半连续式。相比之下，全连续式粗轧机的优点就不明显了，而且其生产线 长、占地面积大、设备多、投资大、对板坯厚度范围的适应性差等缺点更加突 出，所以近期建设的粗轧机已不再采用全连续式。 （2） 34 连续式 34 连续式粗轧机由可逆式轧机和不可逆式轧机组成，其布置形式有 2 架轧 机，3 架轧机或 4 架轧机。 典型的 34 连续式粗轧机的布置如图 3.7 所示。 河北联合大学冶金与能源学院 -16- 图 3.7 34 连续式粗轧机的布置 典型的 34 连续式粗轧机由 4 架轧机组成，第 1 架为二辊可逆式轧机，第 2 架为四辊可逆式轧机。第 3、4 架均为四辊不可逆式轧机。34 连续式粗轧机 的轧制工艺是：板坯在可逆式轧机上往复轧制 35 道次，在不可逆式轧机上轧 制 l 道次。34 连续式粗轧机兼有全连续式粗轧机的优点，又克服了它的缺点， 与其相比具有生产线短、占地面积小、设备少、投资省、对板坯厚度范围的适 应性好等优点。对于年产 300 万吨左右规模的带钢厂，采用 34 连轧机较为适 宜。我国热轧宽带钢粗轧机采用 34 连续式布置的有宝钢 2050mm、武钢 1700mm、太钢 1549mm。 （3）半连续式 半连续式粗轧机由 1 架或 2 架可逆式轧机组成。常见的布置形式有： 1 架四辊可逆式轧机组成，如下图 3.8 所示。 由 1 架二辊可逆式轧机和 1 架四辊可逆式轧机组成，如图 3.8 所示。 单机架四辊可逆 二辊可逆 四辊可逆 图 3.8 两种半连续式粗轧机的布置 由 2 架四辊可逆式轧机组成，如下图 3.9 所示。 第 3 章 车间布置及主要设备的选择 -17- 四辊可逆 四辊可逆 图 3.9 四辊可逆式轧机 半连续式粗轧机与 34 连续式粗轧机相比，具有设备少、生产线线短、占 地面积小、投资省等特点，且与精轧机组的能力匹配较灵活，对多品种的生产 有利。我国热轧宽带钢粗轧机采用半连续式布置的有宝钢 1580mm、鞍钢 1780mm、攀钢 1450mm、武钢 2250mm11。 本设计考虑到实际生产情况，从缩短生产线长度、减小占地面积、节约设 备投资等方面考虑，选择近年来常用的半连续式粗轧机布置方式。根据轧辊强 度等方面的因素，参考现场经验，本设计中选用 2 架四棍可逆式粗轧机。 2）粗轧机的各种参数 （1）材料的选择 由于热轧的时候工作辊表面温度高，又受到水的激冷，表面冷热反复循环 产生工作应力，热疲劳应力使得轧辊表面产生网状裂纹，工作辊选择以辊面硬 度为主。四辊机座除了少数机座受辊强度和咬入条件限制采用铸钢轧辊以外， 其他主要受到扭矩和压力，弯曲应力较小，轧制速度高，辊面要求光滑以保证 板带的表面的质量而多采用铸铁轧辊（辊面硬） 。支撑辊受压力大主要受的是弯 曲应力，而且直径较大并要着重考虑强度和轧辊的淬透性，因此多采用含铬的 合金锻钢。 （2）轧辊尺寸的选择 轧辊是轧钢机的主要部分，在选取工作辊和支撑辊辊颈的时候要考虑以下 几个方面15： 工作辊的辊颈可能减小的程度取决于工作辊径和万向接轴所传递的传动 力矩。 为创造良好的变形条件，强度高的带钢要求采用较小的工作辊径。 所能传递的变形力矩受工作辊断面积的限制，要求工作辊有较大的传动 大的变形力矩。 辊身长度与辊颈的比值不能超过允许值，否则工作辊会弯曲，所以要求 辊颈采用较大的值。粗轧机性能参数如下表 3-3 所示。 表表 3-3 粗轧机的各种性能参数粗轧机的各种性能参数 河北联合大学冶金与能源学院 -18- 名称立辊粗轧机粗轧机 符号e1r1r2 轧机形式二辊四辊可逆四辊可逆 辊径/mm1000/9001150/10001150/1000 辊身长度/mm45017801780 主电机形式dcacac 主电机功率/kw270080008000 压下装置形式液压液压液压 最大轧制力/kn30002500025000 3.2.5 保温装置 1）保温装置的概述 保温装置位于粗轧与精轧之间，用于改善中间带坯温度均匀性和减小带坯 头尾温差。采用保温装置，不仅可以改善进精轧机的中间带坯温度，使轧机负 荷稳定，有利于改善产品质量，扩大轧制品种规格，减少轧废，提高轧机成材 率，还可以降低加热板坏的出炉温度，有利于节约能源。常用的保温装置主要 有保温罩和热卷箱，其共同的特点是不用燃料，保持中间带坯温度。但设备结 构大相径庭，迥然不同。分别叙述如下： （1）保温罩。布置在粗轧与精轧机之间的中间辊道上，一般总长度有 5060m，由多个罩子组成，每个罩子均有升降盖板，可根据生产要求进行开 闭。罩子上装有隔热材料，罩子所在辊道是密封的。中间带坯通过保温罩，可 大大减少温降。 （2）热卷箱。布置在粗轧机之后，飞剪机之前，采用无芯卷取方式将中间 带坯卷成钢卷，然后带坯尾部变成头部进入精轧机进行轧制，基本消除带钢头 尾温差。采用热卷箱，不仅可保持带坯的温度，而且可大大缩短粗轧与精轧之 间的距离。 第 3 章 车间布置及主要设备的选择 -19- 图 3.10 典型的热卷箱结构 1-入口导辊；2-成形辊；3-下弯曲辊；4-上弯曲辊； 5-平衡缸；6-开卷臂；7-移卷机；8-托卷辊。 热卷箱的优点有：减少中间坯头、尾温差，确保带钢轧制温度。热卷箱 对中间坯有明显的保温作用。精轧机可以采用恒速或加速轧制。缩短粗轧 机至精轧机之间的距离，节约工程投资。尤其对原有热轧生产线的改造。保 证足够的事故处理时间，提高成材率。热卷箱可起到缓冲作用，延长精轧及卷 板后部工序处理时间，降低了中间废品率。 热卷箱也存在一些不足之处：对带坯横向温度控制不是特别理想，横向 温差可达 40c。带钢出末架精轧机速度一般小于 12m/s，限制了生产线的产 量。对于管线钢不能降低精轧机功率，不可实现恒速轧制，不能减少精轧机 数量。不能充分体现卷取箱的优点。热卷箱的耗资比保温罩大，维护比较复 杂，一旦出问题会影响整个生产线，而且没有保温罩的控制灵活15。 2）保温装置的选择 本设计综合国内热连轧厂实际情况，了解到攀钢是由于精轧机组不能升速 而采用热卷箱，是我国唯一一套典型的采用热卷箱技术的热轧宽带钢厂。参考 国内宝钢、鞍钢生产线，对比热卷箱与保温罩的各自优势与不足，综合考虑保 温罩的诸多特点，本设计最终选择保温罩实现保温。 3.2.6 精轧机 1）精轧机布置形式及数量的选择 参考国内热连轧厂的实际经验，结合本设计道次要求，本设计选择六机架 精轧机。这样不仅可以满足本设计的要求，还有利于日后扩大产品规格数量。 但由于机架数目较多，在轧制薄规格产品时，为了保证头尾温差和卷取温度的 河北联合大学冶金与能源学院 -20- 控制，在精轧机布置方面，采用较快的轧制速度和稍小的间距。 2）边部加热器 板坯出炉后，经辊道运输，高压水除鳞和粗轧机组轧成精轧坯，温度有明 显地降低，一般要降低 200左右，尤其是边部降低更为明显。另一类是电磁 感应加热型边部加热器。虽然边部加热器由诸多优点，单考虑经费问题，决定 暂时不上，故预留边部加热器的位置和基础。 3）切头、切尾装置 精轧坯从粗轧机组轧出，往往头部呈“舌形”，尾部呈“鱼尾形”。其危害是： “舌形”、 “鱼尾形”部分比其他部分温度低，轧制时会产生很大的冲击。在 运输时容易钻进设备的缝隙发生卡钢事故。尾部的长“鱼尾形”会影响板卷的 打捆质量。