设计年产300万吨1700多品种热连轧车间设计
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设计年产300万吨1700多品种热连轧车间设计,设计,年产,300,1700,品种,热连轧,车间
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本科生毕业设计（论文）课题申请表学院： 冶金与能源学院 2010年03 月13日课题情况课题名称设计年产300万吨1700多品种热连轧车间（坯料240mm,产品包括汽车板，产品范围1.2mm1.8mm，典型产品1.5mm）教师姓名职称学位课题来源A.科研 B.生产 C.教学 D.其它（需注明）课题类别A.设计 B.论文课题类别主要研究内容1.现代热带厂工艺装备现况，建厂的必要性与可能性；2.典型产品总延伸计算，道次选择，轧机布置选择比较；3.压下规程计算，轧制速度分配，轧制图表，年产量计算；4温降计算，轧制力、力矩计算，辊缝计算，转速计算；5凸度规程计算，轧制力凸度计算，弯辊力设定，热膨胀计算，原始轧辊辊型设定，CVC凸度计算；6.电机发热校核，轧辊强度校核；7.辅助设备选择：加热炉形式选择，热卷箱，剪切机，卷取机选择；8.金属平衡、燃料消耗计算。目标和要求以两架独自可逆轧机为粗轧，计算凸度规程。以低碳优质深冲汽车板用热卷为典型产品。为保证产品凸度（4m），按比例凸度计算中间坯凸度，保证热卷凸度。精确计算凸度规程，以汽车板为典型产品。设备工艺选择为高精度凸度的产品创造条件。特色采用现代检测控制手段，对中间坯检测凸度和厚度，使热带产品合格率较高，为后续工序正常生产创造条件。成果形式设计说明书及车间平面布置图成果价值系统掌握宽带钢车间设计步骤，为满足生产汽车板所必需的凸度要求，轧机从中间坯就控制凸度。系主任或专家审题意见负责人签字: 年 月 日学院审批意见院长签字: 年 月 日本科生毕业设计任务书（由指导教师填写）学院学生姓名专业班级题 目设计年产300 万吨1700mm多品种热带连轧车间 （坯料240，产品包括汽车板，产品范围1.2mm-18mm，典型产品1.5mm）主要研究目标以两架独自可逆轧机为粗轧，精确计算凸独规程，以低碳优质深冲汽车板为典型产品。设备工艺选择考虑为冷板供应精品热卷。主要研究内容1、所建厂产品范围，使用领域，汽车板产品特性，建厂经济依据2、典型产品总延伸率的计算，道次选择，轧机布置选择比较3、压下分配，轧制规程计算，轧制图表，年产量计算4、温降计算，轧制力，力矩计算5、凸度规程计算，轧制力凸度计算，弯辊力设定，热膨胀计算，原始轧辊辊形设定，CVC凸度计算，横移量6、电机发热校核，轧辊强度校核7、辅助设备选择，加热炉形式选择，热卷箱，剪切机，卷曲机选择8、金属平衡、燃料消耗计算研究方法在设计室，参考热轧车间设计资料和现场资料说明书及译文要求根据典型产品的要求，确定具有较高精度产品的工艺参数，完成车间主要设备的选择、配置和校核，绘制车间平面图。说明书要求80页，英译汉大摘要2000字。图纸的要求绘制车间工艺平面图 图纸：0#1张主要参考文献宽带热连轧工艺及车间设计计划进程3月9日-4月5日 现场实习4月6日-4月12日 开题论述4月15日4月30日 所建厂产品范围，应用领域，产品特性，建厂经济依据；典型产品总延伸计算，道次选择，轧机布置选择比较；压下分配，轧制规程计算，5月1日5月20日 轧制图表，年产量计算；轧制力计算；轧辊强度校核，电机发热校核；辅助设备校核：加热炉形式选择，层流冷却、测厚仪、卷取机选择等，5月20日6月10日 金属平衡，消耗计算。撰写论文、段落清楚、内容合理、表达规范6月10日6月15日 修改论文，准备答辩起止时间自2010 年3 月9日至 06月15 日指导教师签字： 年 月 日系主任意见 签字： 年 月 日院长意见签章： 年 月 日本科生毕业设计(论文)计划进程表(由学生填写)学院冶金与能源学院姓 名合作者题 目设计年产300 万吨1700mm多品种热带连轧车间时 间工 作 内 容完 成 情 况3月9日-4月5日4月6日-4月12日4月15日4月30日5月1日5月20日5月20日6月10日6月10日6月15日现场实习开题论述所建厂产品范围，应用领域，产品特性，建厂经济依据；典型产品总延伸计算，道次选择，轧机布置选择比较；压下分配，轧制规程计算，轧制图表，年产量计算；轧制力计算；轧辊强度校核，电机发热校核；辅助设备校核：加热炉形式选择，层流冷却、测厚仪、卷取机选择等，金属平衡，消耗计算。撰写论文、段落清楚、内容合理、表达规范修改论文，准备答辩按计划完成本人完成部分说明书 5 万字论文 万字图纸 1张， 折合1号图共 2 张说明书(论文)摘要汉译英共 3千字其他指导教师签字： 年 月 日 大学本科生毕业设计自评结论定性分析表基本情况本论文详细地介绍了加热、除鳞、立辊、粗轧、热卷取、精轧、冷却、卷取一整套热带连轧过程。精轧的板形控制部分是本设计的重点部分本。本设计采用了一些新工艺新设备，所以在设计过程中有些问题解决得很完善。主要成绩和经验使我全面掌握轧钢车间设计，熟悉板带钢轧制的特点。论文可以指导新车间的设计，也可作为车间改造的参考。存在主要问题由于经验不足，对知识掌握不到位，设计过程中存在很多问题需要进一步结合实践进行改正。在设计过程中，有些理论的计算会和实际出入很大，这需要我们耐心去分析，细心去对比今后改进措施及建议本设计需要更多的相关材料和数据，才能使文章内容得以充实，今后需要对文章的不足之处进行修改，使之在结构和内容上的完整、一致。大学本科生毕业设计成绩评分表之一 （指导教师用表）学院： 班级： 学生姓名评价内容具 体 要 求分值评 分ABCDE调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能正确翻译外文资料；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。10109876实验方案设计与实验技能能正确设计实验方案，独立进行实验工作，如装置安装、调试、操作。202018161412分析与解决问题的能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。202018161412工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。202018161412论文（设计）质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。202018161412创 新工作中有创新意识； 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10109876总 分总分40%指导教师评语：指导教师签字： 年 月 日注：不同的专业对毕业设计（论文）有不同的侧重点，本表仅供参考，各专业可依据实际情况自行制定相应的指标体系。大学本科生毕业设计成绩评分表之二（评阅人用表）学院： 冶金与能源 班级： 学生姓名：1评价内容具 体 要 求分值评 分ABCDE翻译资料综述材料查阅文献有一定广泛性；翻译外文资料质量较好；有综合归纳资料的能力和自己见解。1515131197论文（设计）质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。505045403530工作量、难度工作量饱满，难度较大。252523211917创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10109876总 分总分20%评阅人评语：评阅人签字： 年 月 日注：不同的专业对毕业设计（论文）有不同的侧重点，本表仅供参考，各专业可依据实际情况自行制定相应的指标体系。大学本科生毕业设计成绩评分表之三（答辩小组用表）学院： 冶金与能源 班级： 06轧1班 学生姓名：刘红全评价内容具 体 要 求分值评 分ABCDE报告内容思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论严谨；论文结果有应用价值。505045403530创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10109876答 辩回答问题有理论根据，基本概念清楚。主要问题回答准确、有深度。303027242118报告时间符合要求。10109876总 分总分40%答辩小组评语答辩小组组长签字：年 月 日答辩委员会意见 答辩委员会主任签章： 年 月 日指导教师成绩评阅人成绩答辩成绩毕业设计（论文）总成绩注：不同的专业对毕业设计（论文）有不同的侧重点，本表仅供参考，各专业可依据实际情况自行制定相应的指标体系。键入文字摘 要本次设计按照任务书要求设计一座年产300万吨1700热带车间。内容主要包括：建厂分析、产品大纲、主要设备选择布置、压下规程设计、力能校核与电机负荷验算、板型控制设计、辅助设备选择等。产品规格：板厚为1.218mm，板宽度范围为9001600 mm。本设计粗轧机组选用两架独立的可逆轧机，两架均为四辊可逆轧机，不但解决了粗轧轧制时间过长、与精轧机不匹配的问题，还能保证中间坯厚度及凸度的稳定性。精轧选用7机架连轧，前四架采用板型控制良好的CVC技术。全线采用许多新技术来保证稳定生产。产品在质量、精度等各方面要求居于先进水平。另外该设计附有车间平面布置图，以供参考。关键词: 双架可逆粗轧；步进炉；热卷取箱；CVC轧机IABSTRACTThe task of the design in accordance with the requirements of the design is an annual output of 2.5 million tons of tropical workshop 1700. It mainly include: construction analysis, product outline, major equipment selection, the profile control and design,the selection of auxiliary equipment. The production specifications: thickness of 1.2 18 mm, wide-range of 900 1600 mm. In the design, the rough mills use two independent reversible mill.The two rough rolls are four-high reversible rolls completing 6 pass rough.It not only solved the problem that the time of the rough rollingis too long and the Finishing mill does not match with rough mill , but also ensure stability of the middle billet thickness and the crown. The 7 stand continuous rolling is used in the finishing mill, the former four stand using good crown control of the CVC technology. All adopts many new technologies to ensure stable production. In quality, precision, and other aspects, the production occupied the advanced level. Another workshop design layout map is attached for reference.Keywords: double-reversible rough mill; stepping furnace;hot coil box; CVC mill88河北理工大学毕业设计说明书目录摘 要IABSTRACTII引 言4文献综述11 建厂依据及产品大纲31.1建厂依据31.2产品大纲31.2.1原料规格选择41.2.2产品规格41.2.3钢种分类及比例51.2.4汽车板用钢介绍52 轧机设备比较与选择82.1轧钢机数量的选择82.1.1道次选择92.1.2板坯宽度侧压设备92.1.4精轧机机组的选择162.1.5保温装置的选择193 典型产品的压下规程设计和辊型设计213.1压下规程设计213.1.1 坯料尺寸213.1.2粗精轧机组压下量分配223.1.3 咬入能力校核233.1.4 确定速度制度243.1.5 轧制温度的确定263.1.6 轧制压力与辊缝的计算273.1.7 计算传动力矩293.2 轧辊辊型设计314 轧制图表与年产量计算354.1 轧制图表354.1.1 研究轧制图表的意义354.1.2 轧制图表的基本形式及其特征354.2 轧钢机的产量计算374.2.1 轧钢机小时产量374.2.2 轧机平均小时产量384.2.3 轧钢车间年产量计算395 轧辊强度的校核与电机能力验算405.1 轧辊的强度校核405.1.1 支撑辊弯曲强度405.1.2 工作辊的扭转强度校核425.1.3 工作辊与支撑辊的接触应力校核435.2 电机的校核465.2.1电机负荷图465.2.2 主电机的功率计算486 辅助设备的选择516.1 加热炉的选择516.1.1 步进式加热炉的发展526.1.2技术装备536.2 除鳞设备的选择556.3 剪切设备的选择566.4 冷却设备的选择576.5 卷取机的选择586.6 活套支撑器607 轧制工艺过程647.1 原料选择和加热647.1.1 原料选择647.1.2 加热647.2 钢的轧制过程667.2.1除鳞667.2.2粗轧667.2.3精轧677.3 轧后冷却及卷取688 金属平衡与其他消耗708.1 金属平衡708.1.1 烧损708.1.2 切损718.1.3 清理表面损失718.1.4 轧废718.1.5加热、精整造成的缺陷以及钢号混乱所造成的损失718.2 其他消耗718.2.1 燃料消耗728.2.2 电力消耗728.2.3 轧辊消耗728.2.4 水的消耗738.2.5 压缩空气消耗738.2.6 润滑油消耗738.2.7 蒸汽消能738.2.8 氧气消耗748.2.9 耐火材料消耗749 板带精度控制759.1 板带凸度的研究759.2厚度控制77结 论83致 谢84参考文献85引 言热轧薄板用途广泛，从2006年以来，考虑到全行业板管带材生产能力从总量上看，已经满足国内市场需求，钢铁产品结构调整和优化的方向，应当是在提高产品质量的基础上，增加各大类品种钢材的高技术含量、高附加值产品的比重，以全面满足国内各用钢行业发展变化的需求。统计表明，截至目前，我国已建1000mm以上热轧生产线已超过70条，2007年我国主要钢铁企业热轧薄板机组生产能力已超过15000万吨。轧机生产能力大约8550万吨左预计2010年国内需求19000万吨左右热轧薄板卷原卷（其中8260万吨为冷轧基板供应量，4000万吨商品量，500万吨用于生产硅钢片），国内生产能力为13230万吨左右。表面上看产能过剩2500多万吨，但是以目前来看，薄板坯和中厚板实际上只能生产普钢2.0mm以上薄板，导致2006年继续大量进口优质宽薄板。因此，建设生产全品种超薄带的热连轧生产线是当务之急。近年来我国优质板带用量急剧上升，因而，这意味著我国优质热带卷产品还有很大市场，因此本次车间设计应为一个设备配套，控制先进，质量优良的热带卷车间。本次车间设计的目标是生产高质量多品种的板带。为此采取了以下措施，首先粗轧选择了两架独立的可逆轧机，这种形式第一粗轧完成大的压下，第二粗轧很好的控制了中间坯的厚度和凸度，而且表面质量较好。再者，精轧机的前三架采取了具有板形控制能力很强的CVC轧机，而且精轧机都有弯辊系统，动态地调整凸度。在精轧最后两架控制带卷的平直度。采用的板坯是厚板坯，保证了足够的压缩比。文献综述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。1960年以前建设的热带钢轧机称第一代热带钢轧机。这一时期建设的热带钢轧机套数较多，但技术发展缓慢。1960年以前建设的热带钢轧机称第一代热带钢轧机。这一时期建设的热带钢轧机套数较多，但技术发展缓慢。20世纪六、七十年代是热轧板带钢轧机发展的重要时期。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。目前，国外许多大钢铁企业花费巨资改造热轧带钢厂，不断扩大品种范围，提高产品质量。国内大钢铁企业也在不断的开展这方面的研究，一些地方及资金充足的个体企业纷纷新建8501700mm的中宽带车间。从总体上看，形成两大体系，宝钢、鞍钢等特大型钢铁企业具有良好的铁矿石来源，并且品位高，再加上他们已积累了多年的冶炼经验，能够为轧钢提供优质坯料，这使的他们在国内市场占有先机；但是由于热轧带钢厂存在巨大的利润空间，尤其是汽车板钢，不锈钢等，因此更多的资本投向热轧带钢厂。国有企业具有代表性的是首钢的战略转移。首先在唐山迁安建立了2160热轧生产线，此条生产线可以生产高强度的X系列管线钢和汽车板用钢，基本上达到了国际上的先进水平。其在建的的1580也具有世界先进水平。2009年9月，首钢迁钢的三期工程将完工，那时其产量将达到900万吨，在市场竞争中将具有很强的竞争力，在钢铁企业中将占据一席之位。另外，由首钢控股的首钢京唐钢铁公司在建成后将成为全国的精品板材基地，其意思更是不在话下。私营企业具有代表性的是沙钢。近年来，随着国家政策的开放，私营资本纷纷涌入钢铁行业。沙钢正是在这个背景下发展起来的，其主打产品也是热轧带钢，成为全国特大型钢铁企业。再有就是一些大型国企以及地方私营企业，由于所用铁矿石品位不高，炼钢技术欠佳，导致轧制产品档次不高，附加值少。近10多年来由于受到市场容量，用户需求的客观影响，热带钢生产技术的发展经过了以提高生产能力，满足用户对钢材数量要求为主要目标的大型化、高速化、连续化和自动化的发展阶段，转向了以满足用户对钢材优质、多品种、低成本、交货期短为主要目标的新的发展时期。国内外热轧带钢市场中，厚度大于2.4mm 的产品基本饱和，厚度小于 2.2mm 的产品却供不应求。目前厚度小于2.2mm 的热带产量小于 12%，厚度为 1.51.8mm的产量不足5%，难于满足市场对薄规格带钢的要求。 随着热轧带钢技术的发展和市场竞争的加剧，开发 2.0mm 以下的薄规格热轧带钢，实现“以热代冷”成为当前钢材市场的发展趋势。以下是国内的几条1700生产线，可作为设计的参考，在这里也简单介绍一下：武钢1700mm生产线采用3/4连轧，设计年产能力为 350万 t，1978年投产，2002年技术改造，产品规格1.212.76001550 mm。本钢1700mm生产线1980年投产、2002年技术改造，设计年产能力为 400万t，产品规格1.510.0mm7001550mm，先后轧制了X70高级石油管线钢、汽车车轮系列用钢、二冷轧供料、焊瓶钢和各类出口卷等近30个“双高”产品。沙钢集团的1700热轧生产线从德国蒂森克虏伯公司引进，设计生产能力450万吨/年，产品规格1.220mm9001550mm。济南钢铁集团1700mm中薄板坯连铸连轧生产线2005年底投产，设计年产能力为 250万t、薄板产品，总投资26.8亿元，该生产线由鞍山钢铁集团公司总承包，采用鞍钢开发的ASP技术，连铸机由奥钢联引进。产品可用于建筑、机械、家电、化工、农用车、汽车、集装箱等领域。唐钢 1700生产线是唐钢自主集成建设的紧凑式常规流程的热轧宽带钢生产线。该生产线对应180/150mm厚的连铸坯和步进式加热炉，设计年产能力为 250万t，2006年初投产，产品规格1.512.7mm 8501550mm。通化钢铁集团公司新建1700 mm热连轧生产线全线贯通投产。产品规格0.8-12.7mm900-1560mm。一期工程年产能力为130万t，二期工程于2006年启动。1 建厂依据及产品大纲1.1建厂依据1. 丰富的能源1) 遵化和迁安有丰富的铁矿，并且唐山临海，便于购买澳矿运输。2) 开滦集团可以提供充足的煤燃料。3) 陡河电厂、唐山电厂可以提供充足的电力。4) 东北部有陡河水库可以提供充足的水资源。2. 便利的交通唐山地处京津之侧，拥有便利的铁路，京唐港提供了便利、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。3. 丰富的人力资源北京科技大学、东北大学、鞍山科技大学以及省内的燕山大学、河北理工大学等冶金工科院校，可为公司提供一流的技术人才。4. 可行性研究我国已建立的热连轧生产线已超过70条，设计产品的规格据称最薄达到0.8mm，意欲以热轧产品取代冷轧。但目前经济可生产的规格远在1.5mm以上。如一些薄板坯车间，在薄规格生产时故障率高，辊耗大，过渡轧材多，均匀加热难，板型控制难度大，废品率高。这样按综合成本计算，热轧超薄板与用热轧2.0mm作原料，冷轧生产1.0mm的带钢成本相当，甚至更高，质量还远不如冷轧。本溪传统热轧厂介绍，采用传统轧机，降低精轧入口中间坯的厚度，成功轧出1.5mm薄带。宝钢2050轧机采用升速轧制也能稳定生产1.5mm薄板，甚至试轧过1.2mm。其成功关键在于带钢软，中间坯厚度小和中间坯凸度稳定。本设计热轧带卷下限定为1.2mm，工艺设备应当选择成熟技术，投产后能够顺利方便生产薄规格产品。1.2产品大纲产品大纲是进行车间设计的主要依据，不同规格、不同品种、不同质量决定不同的生产工艺和设备选择水平，即确定轧机形式和组成以及其他各项设备与水平。因而产品大纲是车间今后组织生产的依据，产品方案一旦确定，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，产品大纲的主要内容包括：1）车间生产的钢种和生产的规模；2）各类产品的品种和规格；3）各类产品的数量和其在总产量中所占的比例等。所以编制产品方案时应注意以下问题：1. 满足国民经济发展对产品的需要，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，做到供求适应，品种平衡，产销对路，布局合理。3. 考虑轧机的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，对内搞活的经济形式需要，要使设计车间工艺与设备达到产品结构和产品标准的现代化，与国际标准接轨，为走向国际市场做好准备。本设计考虑以上几点，以唐山为基地，面向全世界，制定产品大纲如下：按照设计任务书，本车间设计年产300万吨/年其中汽车板用钢20%，优质钢60%，管线钢占20%。1.2.1原料规格选择本设计选定使用占地少加热能力大的步进加热炉，最终确定原料规格为：板坯厚度：240mm板坯宽度：9001500mm板坯长度：10m1.2.2产品规格带钢厚度：1.218mm带钢宽度：9001500mm钢卷内径：760mm钢卷外径：10001950mm钢卷重量：30t单位宽度卷重：17kg/m1.2.3钢种分类及比例 钢种分类及比例如表1所示：表1 钢种分类及比例钢种C含量比例IF钢C0.005%20%管线钢（X70，X80）C0.08%20%优质钢60%1.2.4汽车板用钢介绍本车间的主要产品是汽车板用钢IF钢，其有自己的特性。介绍如下。IF钢的特点是含碳量很低，加入Ti和Nb之后，形成Ti和Nb的C，N化合物，由于钢中无间隙原子，而使其具有优越的深冲性能。自1949年由Comstcok等人提出来之后，由于受当时冶炼水平的限制，钢中C，N含量较高，需加入的较多Ti，而且价格昂贵，因此，在生产中受到了限制。20世纪60年代，由于真空脱气技术在冶金生产中的应用，钢中Ti含量可以降低到0.01%以下，于是商用Ti-IF钢面世，同时Nb在改善深冲性能方面的作用也被发现和应用。IF钢被广泛应用于汽车制造业，尤其是汽车外板，内板，需要很好的深冲性能，以使其容易成型。深冲钢按冲压级别可分为：商用级(CQ)，普通冲压级(DQ)，深冲压级(DDQ)，特深冲压级(EDDQ)和超深冲压级(SUPER-EDDQ)，它们分别同深冲钢发展的几个阶段相对应。深冲钢的第一代产品的开发和应用，是20世纪50，60年代的普通沸腾钢，只能用于普通深冲件；低碳铝镇静钢为第二代产品，产生于20世纪60，80年代，具有较好的深冲性能；20世纪80年代以后出现了以IF钢为代表的第三代超低碳超深冲钢。近年来在对IF钢的研究中发现，略微增加Mn，P，Si等元素的含量可以提高IF钢的机械性能，同时保持IF钢的良好的成型性能。Ti，Nb和B也具有提高IF钢强度的作用，而钢板强度的提高对降低汽车自重，降低材料消耗有重要作用。因此，开发和应用高强度钢IF成为深冲钢发展的新热点。深冲钢的技术特征主要反映在优良的成型性上，即高塑性应变比(r值)，高均匀延伸率!低屈服强度，低时效指数AI，较高应变强化指数n值(n值越高，板材成型加工过程中变形区材料强度越高，因此，变形越容易传播到邻近区从而使得变形趋于均匀化)。只有具备这些性能的钢材才能用于制造较复杂的汽车外壳等零部件。IF钢的特点是含碳量很低，加入Ti和Nb之后，形成Ti和Nb的C，N化合物，由于钢中无间隙原子，而使其具有优越的深冲性能。自1949年由Comstcok等人提出来之后，由于受当时冶炼水平的限制，钢中C，N含量较高，需加入的较多Ti，而且价格昂贵，因Ti此，在生产中受到了限制。20世纪60年代，由于真空脱气技术在冶金生产中的应用，钢中含量可以降低到0.01%以下，于是商用Ti-IF钢面世，同时Nb在改善深冲性能方面的作用也被发现和应用IF钢被广泛应用于汽车制造业，尤其是汽车外板，内板，需要很好的深冲性能，以使其容易成型。70年代石油危机以来，为了节约能源，国外汽车厂采取了一系列措施。其中之一就是大量开发高强度钢板用作车体达到“减重节能”，如冷轧含磷板、双相钢板等等。有资料表明：使用高强度钢板，厚度为1.01.2mm，车身板可减薄至0.70.8mm，车身重量减轻15%20%，节油8%15%。众所周知，由于强度和成型性是一对矛盾，随着强度的提高其成型性能下降给加工带来困难，特别是对要求兼有高强度和高r值的零件，如汽车外覆盖件等，传统的以铝镇静钢为基的固溶强化钢很难满足要求。进入80年代后，由于冶金技术的不断发展，钢中的C，N含量可控制在很低的水平(C4010-4%，N3010-4%)，使高强度IF(interstitialfree)钢的大批量生产成为可能，从而很好地解决了强度和成型性之间的矛盾。下表是以铝镇静钢为基的固溶强化钢与高强度IF钢板的性能比较，从表2中可明显看出，在同样强度级别下，高强度IF钢具有高的r值、高的延伸率和低的屈强比。 随着高强度钢板的采用，汽车用钢板减薄，对钢板的防腐蚀性提出了更高的要求，这就促进了高强度表面处理钢板的发展，特别是热镀锌钢板。目前，国外在高强度IF冷轧钢板的基础上又开发了一系列热镀锌高强度IF钢板(多为合金化热镀锌钢板)，它把IF钢的超深冲性、合金元素(P、Mn、Si等)的固溶强化性和热镀锌的高耐蚀性三者融于一体，是一种理想的汽车用钢板，使强度深冲性耐蚀性达到较好匹配。但是由于热镀锌合金化工艺的特殊性，将造成成型性能的下降，表3是热镀锌镀层对IF钢性能的影响。因此和冷轧及热镀锌产品相比，为了获得高n值和高r值的合金化热镀锌钢板，必须对钢板的成分和工艺进一步优化。可以认为，能否生产这种钢板代表了一个钢铁企业的汽车用钢板的生产水平。表 2铝镇静钢为基的固溶强化钢板和高强度IF钢板的性能比较钢种级别MPaYP,MPaYS,MPaEL,YP/TSn铝镇静固容强化钢340245372380.660.211.6370265404370.660.211.6390274421360.650.211.5440333470340.710.201.4高强度IF钢340206353400.580.211.9370225382390.590.212.0390245412370.590.211.9440274461360.590.201.8表3 热镀锌镀层对钢性能的影响铝层引起性能的改变量热度锌（Ti-IF）合金化（Ti-IF）合金化（Ti+Nb）-IFYP,MPa+2.8+4.1+3.5YS,MPa+3.5+5.5+6.2EL,-0.1-2.8-1.9n-0.003-0.030-0.015-0.10-0.56-0.29合金元素对钢板性能及热镀锌镀层的影响：同深冲IF钢一样，按微合金化元素种类的不同，高强度IF钢也分为三类，以Ti-IF、Nb-IF和(Ti+Nb)IF为基的高强度钢。Ti-IF钢 虽然对生产工艺参数的变化不敏感，但力学性能的平面各向异性(r值)大；Nb-IF钢的平面各向异性小，但力学性能对生产工艺参数比较敏感，一般要采用高温卷取。近年来(Ti+Nb)IF钢 引起了人们的重视，其优点是：(1)力学性能对生产工艺不敏感，整卷性能均匀；(2)晶粒细化，降低钢的各向异性；(3)抗二次加工脆性好；(4)热镀锌合金化时，界面反应均匀，抗粉化性能较好，特别适合热镀锌用基板。2 轧机设备比较与选择2.1轧钢机数量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：车间生产的钢材的钢种，产品品种和规格，生产规模的大小以及由此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，主要技术参数，选用轧钢机的架数以及布置形式。在选择轧钢机时一般要注意考虑以下各项原则：在满足产品方案的前提下，使当前轧钢机组成合理，布置紧凑或为控制轧制及增加轧机留有余地；粗精轧轧制节奏时间接近相等，有较高的生产效率和设备利用系数；选择轧机能力和电机能力较大，保证大纲内产品生产顺利，易于控制操作，并获得质量良好的产品，也为更难品种生产留有余地；备品备件更换容易，并利于实现备品备件的标准化（如精轧前四架一样）；禁绝使用不成熟技术。下面比较几种轧制工艺：（1）常规连轧工艺 常规连轧工艺通常是采用200250mm厚板坯为原料，经过多机架连轧出1.2525mm厚成品板带。常规连轧工艺又可分为全连轧工艺、3/4连轧工艺、半连轧工艺和炉卷工艺几种，目前以3/4连轧和半连轧工艺居多。常规板带轧制工艺已成熟，基本上实现了计算机在线控制下的高速化、连续化、大型化和高精度，在控制产品质量上，实现了在线板形、板厚和板宽的自动控制。这种常规连轧工艺经济规模多在200400万t/a。其优势是生产规格灵活、适应面广、高质量、高产量、多品种，但设备投资大。（2）薄板坯连铸+连轧工艺这种工艺在生产周期短、轧线占地少、减少投资，普钢带卷生产成本比常规工艺更有优势，一直得到世界钢铁界普遍关注，特别是美国的纽柯公司的薄板坯连铸连轧生产线1989年投产以来，在世界上掀起了采用新工艺热潮，标志板带生产工艺进入又一崭新阶段，但该工艺吨钢投资比并不少，而且对钢水要求很高，浇铸钢种有限，本质细晶粒，适合超细晶钢类的产品生产，不适合用作冷轧的原料。压缩比小，许多钢种、规格受到限制。（3）直接铸轧成成品宽带钢工艺本工艺是由日本金属与德国克虏伯公司联合开发成功的，1993年在日本新日铁光厂正式投产。其采用电炉钢水直接铸轧成1.65mm(厚)8001220mm(宽)带钢，代替常规连轧工艺。该工艺已铸轧出SUS-304不锈钢带及低碳钢带，用这种工艺生产的带钢可作为成品销售，据报道还可作为冷轧原料。（4）采用常规连铸坯的紧凑式热轧带钢工艺(SCHSM)本设计按照任务书要求，采用240mm厚连铸坯为原料，生产1.2mm以上厚度、卷重30t钢带，它可以生产全部钢种。2.1.1道次选择为简化连铸生产，前面已经选择单一坯料（厚度240mm），由产品大纲已确定的典型厚度（1.5mm），本设计中间坯厚度取18mm，取平均压下系数，可得粗轧延伸系数如下： =240/18=13.3.（1）.（2）确定粗轧道次为6道次。 =18/1.5=12.（3）.（4）确定精轧道次为7道。2.1.2板坯宽度侧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11。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1所示。图1 有AWC功能的重型立辊轧机的结构图 本设计在R1前选择带AWC功能的重型立辊轧机RE1。主要参数如下宽度压下量：最大50mm（25mm/边）轧制力：最大300吨 轧制速度：最大22r/min 主传动电机：2-AC88Kw0-150r/min成对的水平电机 轧辊开口度：最大1600mm，最小800mm 轧辊调整速度：通过液压缸调整，30mm/s 轧辊调整装置：四个液压缸驱动轧辊：最大764mm，最小680mm，辊身长500mm：立辊压下小，延伸极少，主要是因为边端呈双鼓形。故延伸计算时不予考虑。 (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 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12。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2(a)立辊轧边 图2(b)立轧后的平扎“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)12。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350 mm，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11。定宽压力机的主要形式有长锤头和短锤头两种。长垂头定宽压力机。如如图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。这种压力机可以改善板坯头尾的平面形状，但其调宽量较小，厚160mm 的板坯侧压量只有76mm 。短垂头定宽压力是用短锤头替代长垂头。如如图3(b)所示，用短锤头多次连续压缩来取代一次性压缩，大大较少了压缩力，减轻了压力机的负荷，简化了设备。图3(a) 长锤头定宽压力机 图3(b) 短锤头定宽压力机短垂头定宽压力机主要有两种形式：一种间歇式，如图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，然后哦偶板坯向前送进一步，开始下一步压缩，如此循环，值板坯尾部压缩完毕。另一种连续式，如图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12。(a)压缩 (b)打开 (c)送进 (d)再压缩 图4 间歇式调宽压力机动作示意图 图5 连续式调宽压力机本设计结合实际生产情况，选用连续式短锤头定宽压力机。 2.1.3 粗轧轧机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。粗轧区的布置形式主要有全连续式、34连续式、半连续式和其它形式。由于全连轧生产线过长，目前广泛采用的是12连轧和34连轧。(1)全连续式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。典型的全连续式粗轧机的布置如图6所示。 R1 R2 R3 R4 R5 R6图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7所示。图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。且生产能力也不低，适应于多品种的热轧带钢生产。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架不可逆式轧机组成。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8所示。图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9所示。 1，2，3 4，5，6 图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。近年来，由于粗轧机控制水平的提高和轧机结构的改进，轧机牌坊强度增大，轧制速度也相应提高，粗轧机单机架生产能力增大，轧机产量已不受粗轧机产量的制约，从而半连续式粗轧机发展较快。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2250mm。本次设计的形式属于半连续式，与上图不同的是都是四辊可逆轧机，随着制造轧机技术的提高，本设计的第一轧机的作用相当与3/4连轧中的二辊轧机和四辊轧机，先对板坯进行大压下。后边的轧机则是控制中间坯的厚度，凸度等。为后边精轧减轻了负担。有足够的能力轧出板形，凸度要求很高的汽车板用钢。本设计的粗轧机，驱动主要由调速电机，减速机齿轮机座及轧钢机接轴构成。两架粗轧机参数一样，粗轧机详细资料R1四辊轧机：用途：按工艺要求将板坯轧制成规定厚度的中间坯。技术参数型式：四辊可逆式轧机，轧机压下采用电动压下+液压AGC最大轧制压力：55000kN轧机最大开口度：270mm工作辊直径：1200mm工作辊辊身长度：1700mm肖氏硬度：HS69-75支撑辊直径：1600 mm支撑辊辊身长度：1700mm肖氏硬度： HS65-71最大轧制力矩：23715.7kNm(2.5倍过载)主电机： N9500kW，AC，二台轧制速度：1/5.34m/s2.1.4精轧机机组的选择当今新型热带轧机主要有：HC轧机、 CVC轧机、PC轧机等。现在介绍如下：1. HC轧机（High Crown Control Mill）HC轧机为高性能板形控制轧机的简称，是日立公司研制的一种新型六辊轧机，它是在普通四辊轧机的基础上增加两个可轴向移动的中间辊，其出发点是为了改善或消除四辊轧机的工作辊与支撑辊之间有害的接触部分。HC轧机利用轧辊轴向串动装置，就能适应带钢宽度变化的要求，使辊身的接触长度作相应的改变。HC轧机的主要特点：1）. 具有大的刚度稳定性。2）. HC轧机具有很好的控制性。3）. HC轧机由于上述特点因而可以显著提高带钢的平直度，可以减少板、带钢边部变薄及边裂部分的宽度，减少切边损失。4）. 压下量由于不受板形限制而可适当提高。2. CVC(Continuously Variable Crown)轧机 CVC轧机是SMS公司在HCW轧机的基础上于1982年研制成功的。近年来广为采用的CVC轧机是德国技术和其他国家专利的结合物，它被世界各国认为是一个能对辊型进行连续调整的理想设备。CVC轧机的轧辊和弯辊装置配合使用可调辊缝达600微米.CVC精轧机组的配置一般是，前几个机架采用CVC辊主要控制凸度，后几个机架采用CVC辊主要控制平直度。CVC的基本原理是：将工作辊辊身沿轴线方向一半削成凸辊型，另一半削成凹辊型，整个辊身成S型或花瓶式轧辊，并将上下工作辊对称布置，通过轴向对称分别移动上下工作辊，以改变所组成的孔型，从而控制带钢的横断面形状而达到所要求的板形。(调节带钢凸度的原理图如下)图9 CVC轧制原理图CVC轧机有很多优点： 板凸度控制能力强，轧机结构简单，易改造，能实现自由轧制，操作方便，投资较少。CVC轧机的缺点是： 轧辊形状复杂、特殊、磨削要求精度高，而且困难，必须配备专门的磨床；没有边部减薄功能，带钢容易出现蛇形现象。此外随着轧辊窜动，热辊型及磨损辊型亦将窜动。3. PC（Paired Crossed Mill）轧机PC轧机为轧辊成对交叉轧机，其工作原理是相互平行的上工作辊，上支承轴中心线与相互平行的下工作辊，下支承辊轴中心线的交叉成一定角度，这一角度等同于工作辊凸度。PC轧机的缺点：轧机牌坊加工复杂，开出四个螺母孔，减少轧机立柱刚度。轴承座由牌坊窗口平面约束变成螺丝端头点接触，在高压高速时稳定性下降。轧制结构复杂，轴向力大（达到轧制力的810）将使轴承寿命缩短，使维护工作量加大。而且轧制结构复杂，轴向力大（达到轧制力的8%10%）将使轴承寿命缩短，使维护工作量加大。鉴于以上比较，本设计为：七架四辊精轧机纵向排列，间距为6m；F1F4为CVC轧机，F1F7均有正弯辊系统。所有机架均设有AGC系统；工作辊轴承为四列圆锥滚动；平衡快中安装工作辊平衡缸。支撑辊采用油膜轴承并有静压系统；轧机工作侧工作辊轴承座配有加紧装置，用于保证轧制过程中辊系的稳定，为了保证轧制线水平，上下支撑辊轴承座上（下部）装有调整垫进行补偿。F5F6装有ORG系统用于工作辊表面的磨削；轧机进出口安装有上下导板及卫板；为保证带钢平稳输送F6轧机出口安装有机架辊。轧机出口侧均安装冷却水管，工艺润滑装在进口上下刮水板架上，除尘喷水安装在每个机架的出口侧。精轧机组：型式：七架，四辊不可逆式带钢连轧机组板形控制方式：CVC轧机工作辊 弯辊工作辊窜辊轧辊尺寸：工作辊：（F1F4）800mm（直径）1700mm（辊身长度）（F5F7） 700mm（直径）1700mm（辊身长度）材质：高铬合金铸铁肖氏硬度：HS70-75支撑辊：1200mm（直径）1700mm（辊身长度）材质：锻钢肖氏硬度：HS6571 轧制力：F1F7 40000kN开口度：50mm（最大辊径时）工作辊 窜辊行程：150mm工作辊 弯辊：1500kN（F1F7）主电机 ： F1 AC9500 kW150/340 r/minF2 AC9500 kW150/340 r/minF3 AC9500 kW150/340 r/minF4 AC8500 kW250/520 r/minF5 AC8500 kW300/650 r/minF6 AC8500 kW300/650 r/minF7 AC8500 kW300/650 r/minAGC液压缸：机架F1-F7AGC液压缸：2套/机架AGC力：19.6MN(2000t/液压缸)液压缸内径有效行程及压力：1000mm265mm 最大30.9MPa(315kg/cm2)液压缸速度：约3mm/s传感器：磁尺(2套/液压缸)2.1.5保温装置的选择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。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。若不用热卷箱，成品厚度越薄，中间坯的头尾温差越大。精轧机可以采用恒速或加速轧制。均衡整体中间带坯的轧制温度，稳定精轧机的轧制负荷，从而提高轧制过程的稳定性，以确保成品精度。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。热卷箱还具有挽救带钢报废的功能。进一步消除中间带坯表面的氧化铁皮。热卷箱在卷取和反开卷过程中，可使粗轧阶段产生的二次氧化铁皮得以疏松，大块氧化铁皮从带坯表面脱落，从而起到机械除鳞的效果，显著增强了精轧机组前除鳞箱的使用效果。采用热卷箱后，精轧机组开轧温度和终轧温度得到有效控制，仅用前馈方式即可得到较高的卷取温度控制精度。可以得到均匀组织和良好性能的匹配。采用热卷箱，使精轧温度变化小，轧制状态稳定，带钢外形尺寸得到良好控制，在轧制时，除了带钢头部几米由于穿带时建立张力引起的偏厚，以及带钢尾部由于抛钢降速和失去张力引起的少量偏厚外，其余部分通板均控制在较好范围内，大大提高产品质量。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。中间坯头尾温差减小，切头切尾量减少，综合成材率可提高。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。卷取箱选用的依据：产量没有太高的要求。对温度敏感性高的产品一般要选用卷取箱，如不锈钢。轧制线长度受限制时可选用卷取箱。典型的热卷箱结构如图10所示。图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。 图10 典型热卷箱结构2. 保温装置的选择本设计考结合在唐钢第一钢轧厂的实际生产情况，综合考虑卷取箱的诸多特点，选用无芯轴隔热屏热卷箱。其基本参数如下：带坯厚度（mm）：2055（用于低碳钢）；2040（用于高强钢）； 带坯宽度（mm）：7501550（用于低碳钢）；带坯温度（C）：9001100；单位宽度卷重（kg/mm）：22.5（对于碳钢）；带卷内径（mm）：约650（额定值）；带卷外径（mm）：约2100（低碳钢额定值）；卷取速度（m/s）：2.55.0；开卷速度（m/s）：02.5。3 典型产品的压下规程设计和辊型设计3.1压下规程设计板、带轧制压下规程是轧制速度的基本核心内容，直接关系着轧钢机的产量和产品的质量。压下规程的中心内容就是确定出由一定的板坯轧成所要求的成品的变形制度，也就是确定轧制方法、轧制道次和每道压下量的大小，在实际操作中就是要确定各道次压下螺丝的升降位置，也就是辊缝的开度。与此相关联的，还要涉及到各道次的轧制速度、轧制温度及前后张力制度的确定及原料尺寸的合理选择，因而广义的来说，压下规程的制定也应当包括这些内容。制定压下规程的方法很多，一般可以包括为理论方法和经验方法两大类。理论方法就是从充分满足前述制定轧制规程的原则要求出发，按预设的条件通过理论计算或图表方法，以求最佳的轧制规程。这当然是理想的和科学的方法。但是，在实际生产中由于变化的因素太多，特别是温度条件的变化很难预测和控制，因此虽事先经理论计算确定了压下规程，但在实际中往往并不可能实现。因而在人工操作时就只能按照实际变化的具体情况，操作人员凭经验随机应变地处理。这就是说，在人工操作条件下，即使花费很大力气把合理压下规程制定出来了，却也不可能按理想的条件得到实现。只有在全面计算机控制的现代化轧钢机上，才有可能根据具体变化的情况，从上述原则和要求出发，对压下规程进行在线理论计算和控制。通常在板带生产中指定压下规程的方法和步骤：（1）在咬入能力允许的条件下，按经验分配各道次压下量，这包括直接分配各道次绝对压下量或压下率、确定各道次压下量，分配率及确定各道次能耗负荷分配比等各种方法；（2）制定速度制度，计算轧制时间并确定各道次轧制温度；（3）计算轧制力、轧制力矩及总传动力矩；（4）校验轧辊等部件的强度和电机功率；（5）按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进。3.1.1 坯料尺寸本设计为热轧带钢生产线，坯料规格如下：板坯厚度：240mm板坯宽度：9001500mm板坯长度：10m3.1.2粗精轧机组压下量分配（1）粗轧机的压下量分配的基本原则根据板坯尺寸、轧机架数、轧制速度以及产品厚度等合理确定粗轧机组总变形量及各道次压下量，其基本原则是：1）由于在粗轧机组上轧制时，轧件温度高、塑性好、厚度较大，故应尽量利用有利条件采用大压下量轧制。考虑到粗轧机组与精轧机组之间的轧制节奏和负荷上的平衡，粗轧机组变形量一般要占总变形量的7080%。粗轧机组道次最大压下量主要受轧辊强度的限制。2）为保证精轧机组的终轧温度应尽可能提高粗轧机组轧出的带坯温度。因此一方面应尽可能提高开轧温度，另一方面尽可能减少粗轧道次和提高粗轧速度，以缩短延续时间，减少轧件的温降。3）为简化精轧机组的调整，粗轧机组轧出的板厚的范围应尽可能小，并且不同厚度的数目也应尽可能减少。（2）精轧机的压下量分配的基本原则精轧机组的主要变形是在5、6、7架连轧机上将粗轧带坯轧制成板形、尺寸符合要求的成品带钢，并且需要保证带钢的表面质量和终轧温度。精轧机连轧机组的压下量基本分配原则：一般也是利用高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几架，在后几架轧机上为了保证板形、厚度精度及表面质量，压下量逐渐减小。为保证带钢机械性能防止晶粒过度长大，最后一架压下率不低于10%，此外，压下量分配应尽可能简化精轧机组的调整和使轧制力及轧制功率不超过允许值。依据以上原则精轧机逐架压下量的分配规律为：F1可以留有余量，即考虑到带坯厚度的可能波动和可能产生咬入困难等，使压下量略小于设备允许的最大压下量，中间几架为了充分利用设备能力，尽可能给以大的压下量轧制；以后各架，随着轧件温度降低、变形抗力增大，应逐渐减小压下量；为控制带钢的板形，厚度精度及性能质量，最后一架的压下量一般在10%15%左右。精轧机的总压下量一般占全部的10%30%。此外，也要参考现场生产的资料数据。（3）压下量的计算粗轧机组各道次压下量如表4所示：表4 粗轧机组各道次压下量轧制道次R1R2R3R4R5R6相对压下率 (%)29.234.140.238.836.630.8压下量(h/mm)70584526158出口厚度(H/mm)17011267412618精轧机组各道次压下量如表5所示：表5 精轧机组各道次压下量轧制道次F1F2F3F4F5F6F7相对压下率 (%)28.932.837.235.234.326.111.1压下量(h/mm)5.24.23.21.91.20.60.2出口厚度(H/mm)12.88.65.43.52.31.71.53.1.3 咬入能力校核热轧带钢时候咬入角最大为15度到22度，低速咬入时候可以取20度. 由公式 得：. (5)将各道次压下量及轧辊直径代入可得各轧制道次咬入角如表6 表6各轧制道次咬入角轧制道次1234567粗扎咬入角（）19.4717.8915.7411.959.076.62精轧咬入角（）6.545.875.133.953.362.371.37根据以上数据得轧件可正常咬入。3.1.4 确定速度制度 （1）粗轧速度与轧制延续时间的确定由于板坯较长，为操作方便，根据经验资料，第一道速度可取1.57m/s，由于粗轧6个道次，轧制以后道次时轧件的延长很大，这样温降很大，所以适当加大轧制速度。时间间隔取3s，两架粗轧机的距离为100m，第三四道次之间的时间为 10s，轧制时间为34+10+9.00+9.78+12.77+20.78+26.94+32.93=134.2s表7 粗轧速度轧制道次R1R2R3R4R5R6转速（r/min）253545455565线速度（m/s）1.572.202.832.833.454.08轧制时间（s）9.009.7812.7720.7826.9432.93轧件长度（m）14.121.435.858.592.3133.3（2）精轧速度与轧制延续时间的确定确定精轧速度制度包括：末架轧机的穿带速度和最大轧制速度；计算各架速度及调速范围；选择加减速度等。精轧末架轧机的轧制速度决定着轧机的产量和技术水平。确定末架轧制速度时，应考虑保证各主要设备和辅助设备生产能力的平衡；轧制带钢的厚度及钢种等，一般薄带钢为保证终轧温度而用高的轧制速度；轧制宽度大及钢质硬的带钢时，应采用低的轧制速度。本设计终轧速度设定为20m/s。其他各架轧制速度的确定：精轧机组末架轧机轧制速度确定后，根据连轧条件秒流量相等的原则，根据各架轧机出口速度和前滑值求出各架轧制速度。即由 （6）速度的计算：已预设末架轧机出口速度为20m/s由经验向前依次减小以保持微张力轧制（依据经验设前一架出口速度为后一架入口速度的95%）依据秒流量相等得：（7）（8）根据以上公式可依次计算得精轧速度如表8所示：表8 精轧速度道次F1F2F3F4F5F6F7VH（m/s）1.21.82.84.87.712.417.6Vh(m/s)1.72.74.57.311.816.820（4）精轧机组精轧机组间机架间距为6米，各道次纯轧时间为Tzh=(240mm10m)/(1.5mm20m/s)=80s间隙时间分别为t12=6/1.7=3.49s；t23=6/2.7=2.23s；t34=6/4.5=1.33s；t45=6/7.3=0.82s；t56=6/11.8=0.51s；t67=6/16.8=0.38s。则精轧总延续时间为：（9） 各架轧机的速度的确定除应满足连轧关系外，还应具有较大的调速范围，以满足不同品种的要求。（由末架轧制速度的两个极限值按秒流量相等推算出各架转速再乘以一系数即可得出各架的调速范围。）由经验数据可知末架极限速度为7.6m/s30m/s，系数为1.2。计算得精轧机组调速范围如表9所示：表9 精轧机组调速范围道次F1F2F3F4F5F6F7速度范围（m/s）1.2225.343.08.04.514.06.019.07.5627.07.6363.1.5 轧制温度的确定（1）粗轧温度的确定为了确定各道次轧制温度，必须求出逐道次的温度降。高温轧制时轧件温度降可以按辐射散热计算，而认为对流和传导所散失的热量可大致与变形功所转化的热量相抵消。由于辐射散热所引起的温度降在热轧板带时可按下式计算：.（10）式中：Z辐射时间即该道次轧制延续时间前一道的绝对温度h前一道的轧出厚度由于轧件头部和尾部温度降不同，为设备安全考虑，确定各道次温度降时以尾部为准。根据板坯加热温度定为1200，粗轧前高压水除磷温度降为20，故确定开轧温度为1180，带入公式依次可得各道次轧制温度如表10所示：表10 粗轧温度道次R1R2R3R4R5R6T（）1178.171175.371169.841154.911123.91066.60（2）精轧机组温度确定粗轧后中间板坯经过一段中间辊道进入热卷取箱，再经过飞剪、除鳞机后，才进入精轧取中间辊道和热卷取箱温降为30，高压水除鳞 温降30，所以 进精轧的温度大约1000。，.（11）式中：t0 ，h0精轧前轧件的温度与厚度 tn ，hn精轧后轧件的温度与厚度本设计取终轧温度为850，带入数据可得精轧机组轧制温度如表11所示：表11 精轧温度道次F1F2F3F4F5F6F7T/985.06960.82934.67914.34891.56872.63856.213.1.6 轧制压力与辊缝的计算1.计算轧制力各类轧机由于其轧制条件的差别，故此它们的压力计算方法也有所不同。本设计采用目前普遍公认的爱克伦得公式，其基本形式为：.（12）式中：外摩擦对单位压力的影响系数；粘性系数；平均变形速度,m/s。第一项是考虑外摩擦的影响，计算公式如下：（13）用下式计算：. （14）对钢轧辊，对铸铁轧辊17。第二项是考虑变形速度对变形抗力的影响，其中平均变形速度用下式计算：（15）爱克伦得公式还给出计算和的经验式：（16）（17）式中：轧制温度，；以%表示的碳含量；以%表示的锰含量。代入以上公式中计算轧制力,结果列在下表中。2.空载辊缝的设定由于轧机的弹跳，使轧出的钢板厚度等于原来的空载辊缝再加上弹跳，或者说，原来空载辊缝等于轧出钢板厚度减去弹跳。故辊缝设计最主要的任务是尽可能地准确确定各个机架的空载辊缝值S。虽然近代由于对带钢的公差要求更加严格，新建的轧机刚度不断加大，但是由于轧辊尺寸及机架的加大受到一些条件的限制，因此限制了轧机刚度系数的进一步加大。现代带钢连轧机刚度系数也就在50006500KN/m左右，通常轧制力的负荷水平为1500030000KN，弹跳值可达25mm。它同带钢的压下量和带钢的厚度为同一个数量级，在后几个机架里，甚至比带钢的厚度还要大些。因此10的轧制力误差将会造成很大的厚度差，这会给正常操作造成很大的困难，并且直接影响产品质量。因此，辊缝数值的准确确定，关键在于准确确定轧制力。通常为了消除非直线段的往往采用人工零位法轧制。（弹跳曲线的非直线部分是变化的），轧后的轧件厚度可以用下面的公式计算18：（18）式中：人工零位的轧辊缝指示器读数,mm；轧辊预紧靠力，取值1000KN；轧制力，KN；机座刚度系数，即线形段的斜率，（对于支撑辊直径为12001400毫米的大型宽带热轧机，最大等于0.31400490t4900KN/mm。根据以上公式可得粗精轧的轧制压力与辊缝值如表12，表13所示：表12 粗轧轧制压力与辊缝值参数R1R2R3R4R5R6f0.360.370.370.370.380.39m0.080.140.240.400.460.760.0030.0050.0090.0110.0130.0210.2210.2230.2250.2300.2450.276k30.4530.7331.0031.6933.7638.03（KN/mm2）32.8935.0338.4444.3749.2966.94（KN）842681687895692758455797(mm)168.1110.265.339.524.816.8表13 精轧轧制压力与辊缝值参数F1F2F3F4F5F6F7f0.440.450.460.470.470.480.49m0.721.111.612.072.212.401.820.0130.0260.0580.1140.2560.3750.3230.400.420.440.470.490.510.53k55.1257.8760.6364.7667.5270.2773.03（KN/mm2）94.81122.13158.27198.97217.14239.57206.43（KN）5405625770786857515040183246(mm)11.77.33.92.01.30.91.03.1.7 计算传动力矩（1）轧制力矩按下式计算（19）式中：合力作用点位置系数（或力臂系数），中薄板一般取0.30.5，粗轧道次取大值，随轧件的变薄则取小值。各道次的轧制力矩值如表14所示：表14 轧制力矩值（）道次1234567粗轧1726.81523.71297.3865.2554.5401.6精轧246.5256.5253.2189.097.753.925.1（2）工作辊的静力矩，除轧制力矩外，还有附加摩擦力矩，它由以下两部分组成，即，其中在四辊轧机可近似的由下式计算 ： （20）式中：f支撑辊轴承的摩擦系数，取f=0.004；支撑辊辊颈直径，对于粗轧机：=800mm；对于精轧机：=600mm。、工作辊及支撑辊直径，对于粗轧机：=1200mm，=1600mm对于精轧机：=800mm，700mm， =1200mm。可由下式计算：（21）式中：传动效率系数，本轧机无减速机及齿轮座，但接触倾角3。，故可取=0.96，故得表15 附加摩擦力矩（）道次1234567粗轧125.0102.297.969.548.138.8精轧23.926.027.223.013.59.26.3（3）轧机的空转力矩（），根据实际资料可取为电机额定力矩的3%6%， 粗轧 =4500 ，=180KNm ，精轧=120KNm，=3000KNm 因此电机轴上的总传动力矩为：.（22）表16 总传动力矩（）道次1234567粗轧2031.81805.91575.21114.7782.6620.4精轧390.4402.5400.4332231.2183.1151.43.2 轧辊辊型设计板形是热轧带钢质量的一项重要质量指标，直接关系到产品的实物质量。中浪、边浪及复合浪等板形不良缺陷是热轧带钢，尤其是薄规格产品的主要缺陷之一。热轧板厂近50的产品直接供往冷轧厂作为冷轧原料，其规格均较薄，而3.0mm及以下其它薄规格产品也将近10，这些产品均需要良好的板形。在板带钢生产过程中，要求在保证操作稳定的条件下提高产品质量，而带钢板形和尺寸精度是主要的质量指标，用户在这方面的要求往往超过了国标。在粗轧，因轧件较厚，温度较高，轧件对不均匀变形的自我补偿能力较强，不必过多考虑板形等问题，但在精轧，尤其是轧制较薄的带钢时，对不均匀变形的自我补偿能力差，即使是绝对压下量的微小差异也可能导致相对延伸的显著不均，从而出现浪形和瓢曲。为了保证良好的板形，必须遵循板凸度一定的原则。为了使轧制稳定，就要求轧制过程中有一定的辊缝凸度，过小的辊缝凸度难以控制轧件的稳定性，而过大的辊缝凸度，又会造成沿带钢宽度方向上厚度偏差的增大。为了使轧制过程中保证合适的辊缝凸度，必须合理考虑轧辊的热膨胀、轧辊的磨损、轧辊的弹性压扁及轧辊的原始凸度。该钢厂精轧机组工作辊为普通四辊轧机，其自身板形调控能力差，为了保证操作的稳定，提高产品质量，尤其是板形和尺寸精度，就需要进行合理的辊形设计，合理配置辊型。从以上分析可知，由于轧制是轧辊的不均匀热膨胀，轧辊的不均匀磨损以及轧辊的弹性压扁和弹性弯曲，致使空载时原本平直的辊缝在轧制时变的不平直了，致使板带的横向厚度不均和板形不良。为了补偿因素造成的辊缝形状的变化，需要预先将轧辊车磨成一定的原始凸度或凹度，赋予辊面以一定的原始形状，使轧辊在受热轧制时，仍能保持平直的辊缝。在设计新轧辊的辊型(凸度)时，主要是考虑轧辊的不均匀热膨胀和轧辊弹性弯曲(挠度)的影响。由于轧辊热膨胀所产生的热凸度，在一般情况下与轧辊弹性弯曲产生的挠度相反，故在辊型设计时，应参照实际凸度，热凸度与挠度共同作用来定出新辊的凸度(或凹度)曲线。（1）各架出口凸度的确定设计中产品的最终凸度凸度为5.0m，即7=5.0m，比例凸度：（23）式中：、轧后的板凸量及厚度，mm；、轧 前的板凸量及厚度，mm根据比例凸度的概念可得F7F1凸度依次为5.0m；6.7m；7.7m；11.7m；18.1m；28.8m；42.9m；（2）热膨胀热凸度 根据实践资料统计，轧辊不均匀热膨胀产生的热凸度曲线，可近似地按抛物线计算（24）式中 ：距辊中部为的任意断面上的热凸度；辊身中部的热凸度， L辊身长度之半；从辊身中部起到任意断面的距离，在辊身中部=0；在辊身边缘L。轧辊辊身中部的热凸度 轧制过程中轧辊的受热和冷却条件沿辐身分布是不均匀的。在多数场合下，辊身中部的温度高于边部(但有时也会出现相反的情况)，并且一般在传动侧的轧辊温度稍低于操作例的辊温。在直径方向上辊面与轧辊中心的温度也不样，在稳定轧制阶段，辊面的温度较高，但在停轧时由于辊面冷却较快，也会出现相反的情况。轧辊断面上的这种温度不均使辊热膨胀值的精确计算很困难。为了计算方便，一般采用如下的简化公式（25） 式中：辐身中部和边部温度；本设计中取=50R轧辊半径；钢辊可取为1310-6/，铸铁辊为11910-6/；KT轧辊材料的线膨胀系数，一般取0.9将各参数代人公式中得各道次轧辊中间热凸度值如表17所示：表17 轧辊中间热凸度值架数RF1F2F3F4F5F6F7（mm）0.320.210.210.210.210.190.190.19粗轧的热凸度太大，修正为0.26。（3）轧辊挠度曲线 由轧制力产生的轧辊挠度曲线，一般可以按抛物线的规律计算.（26）式中 ：距辊身中部为的任意断面的挠度； 辊身中部与边部的挠度差，四辊轧机按以下方法计算对四辊轧机而言，支撑辊的辊身挠度差可以用上式进行近似计算(在保证D1/D2与B/L值 正确配合的情况下)。长期以来，根据对轧辊挠度的分析，认为当支撑辊直径与工作辊直径之比值较大时，弯曲力主要由支撑辊承担，工作辊的挠度也可以近似地认为与支撑辊的挠度相等。因而辊型设计时可以用支撑辊的辊身挠度差来代替工作辊的辊身挠度差。但是实际上这样做是不正确的。理论和实验都表明，轧制时工作辊的实际挠度比支撑辊的大得多。这主要是因为工作辊与支撑辊之间存在有弹性压扁变形，结果使位于板宽范围之外的那一部分工作辊受到支撑辊的悬臂弯曲作用，从而大大地增加了工作辊本身的挠度。轧件的挠度愈小，工作辊的挠度便愈大。因此，在进行辊型设计时，若不考虑工作辊这一弹性变形特点，而仅凭支撑辊辊身挠度差的计算来处理问题，其结果必然与实际不符。即四辊轧机工作辊的弯曲挠度不仅取决于支撑辊的弯曲挠度，而且也取决于支撑辊和工作辊之间的不均匀弹性压扁所引起的挠度。如果支撑辊和工作辊辊型的凸度均为零，则工作辊的挠度为：.（27）式中 ：工作辊的弯曲挠度； 一一支拌辊的弯曲挠度； 一支撑辊和工作辊间不均匀弹性压扁所引起的挠度差根据有关资料介绍，工作辊挠度计算公式为： =Kw1P .（28）Kw1=(A0+1B0)/L(1+1) .（29）支撑辊的挠度计算公式为：=Kw2P .（30）Kw2=( A02+ B0)/L(H2) .（31）式中：P轧制力；Kw1工作辊柔度；Kw2支撑辊柔度；1 2系数，可按下式计算：1=(1.1n1+3n2+18)/(1.1+3) .（32）2=(1.1n1+3+18K)/(1.1n1+3n2) .（33） A0=n1(a/L-7/12)+n2 B0=(3-4u2+u3)/12+(1-u) (u=b/L) a两压下螺丝中心距；L辊身长度；b轧件宽度。B=1250mmn1=E1/E2(D1/D2)4=0.773(D1/D2)4 n2 =G1/G2(D1/D2)4=0.864(D1/D2)4 =kE1/(4G1)(D1/L)2=0.674(D1/L)2 =E/2(D1/L)4=26700(D1/L)4将各参数代入公式可计算得轧辊挠度如表18所示：表18 轧辊挠度道次参数1234567粗轧 mm0.3200.3860.3740.3420.3170.285精轧 mm0.3640.4780.5570.5020.4180.3140.2514 轧制图表与年产量计算4.1 轧制图表4.1.1 研究轧制图表的意义轧机的工作图表，或称轧制图表是研究和分析轧制过程的工具。在轧制图表中表示了轧制过程中道次与时间的关系。通过对这些关系的研究与分析可以清楚地看到：轧件在轧制过程中所用的轧制时间、各道次之间的间隙时间、轧制一根钢机组所需要的总的延续时间和轧制过程小轧件交叉轧制的情况、轧件在任一时间所处的位置等等。轧制是整个轧钢生产过程的核心，坯料通过轧制工序完成变形过程。因此，轧制过程的安排是否合理，不仅对产品产量，质量由决定性影响，而且对整个车间的各个方面均起很重要的作用。为此，研究和分析轧制过程的合理性历来是轧钢工作者所关心的课题。轧制图表在轧钢生产过程中的作用归结起来主要是以下几点：1）分析与研究轧钢机工作情况，找出工序间的薄弱环节，以利于改进，使轧制过程趋于合理；2）准确计算轧制时间，同时轧钢时的交叉时间，各工序之间配合的时间以及轧制节奏时间等，用以计算轧钢机的产量；3）计算轧制过程中轧辊、机架等所承受的轧制压力和核算电动机传动轧机所承受的负荷情况。4.1.2 轧制图表的基本形式及其特征轧制图表表示和反映了轧制道次和时间之间的关系。而在轧制图表中所标明的纯轧时间、间隙时间、轧制节奏时间和轧制总延续时间被称之为四个特征时间。轧机布置方式不同，轧制产品品种不同，轧制图表形式也不一样，则反映轧制过程的这四个特征时间的变化规律也不同。从一定意义上讲，研究轧制图表就是研究这四个特征时间的内在联系和它们之间在不同轧机布置时的变化规律。典型轧机的轧制图表形式如下。1、连续式轧机的工作图表连续式布置的轧机轧制图表形式如图6所示。从连续式轧机轧制图表中可以看出这类轧机的工作图表的特点是：1)维持连轧关系的轧机每架只轧一道次从保持单位时间内通过各机架的金属流量相等的原则，各道次纯轧制时间相等。即 .（34）2)各道次间的间隙时间随各架轧机轧制速度的提高而递减。亦即有如下关系： .（35）3) 轧制节奏时间则为 （36）4）轧制总延续时间.（37）图11 连续式布置的轧机工作图表分析连续式轧机的轧制图表很容易看到，连续式轧机具有短的总延续时间和轧制节奏时间，这就是为什么连续式轧机具有较高的小时产量和能在一定的加工温度的范围内完成金属轧制变形的重要原因。2、本次设计轧制图表选用半连轧工艺，粗轧为两架六道轧制，精轧由七架连轧，轧制图表如下：图12 轧制图表4.2 轧钢机的产量计算轧机产量是衡量轧机技术经济效果的一个主要指标，是车间设计中重要的工艺参数。设计的任务就是发挥轧机的生产能力，使车间建成后在预定的时间内达到和超过设计水平。因此，轧机生产水平的高低和它实际能达到的能力是衡量设计质量的重要指标。4.2.1 轧钢机小时产量轧机单位时间内的产量称为轧机的生产率。分别一小时、班、日、月、和年为时间单位计算。其中，小时产量为常用的生产指标。轧机技术上可能达到的小时产量可用下式计算： （38） 式中：A轧机小时产量；（吨/小时） Q原料重量（吨）； T节奏时间（秒）。实际上，再生产过程中，轧机实际能达到的小时产量用下式表示： （39） 式中：K1称为轧机利用系数理论上的轧制节奏时间与轧机实际达到的轧制节奏时间的比值称为轧机利用系数。它反映了轧机轧制节奏失调的程度，反应了轧机理论小时产量和实际小时产量的差异。值的大小很难进行理论上的计算，实际进行轧钢车间设计时对于不同的轧机推荐使用如下数值： 开坯机： 0.850.90 成品轧机： 0.800.85在计算小时产量时，初轧机、厚板轧机是按原料重量计算的。而型钢、线材、管、钢板等成品轧机则是按生产合格成品的数量计算的。因此，轧机实际小时产量用下式计算：（40）式中：b成品率()。在一般情况下、轧钢车间各个生产工序的能力应大于轧机的生产能力，故通常即以轧机的产量代表整个车间的产量。但在个别情况下由于设计考虑不周或生产条件发生变化，车间其他生产环节的能力不一定大于轧机的生产能，那么此时应以薄弱环节的生产能力代表整个车间的生产水平，这才符合车间的实际情况。综上所述：本设计Q=33.7，K1=0.85，b=0.85，T=160，523t/h。4.2.2 轧机平均小时产量轧机平均小时产量也称产品综合小时产量，其含义为：在一定时间内，轧制产品的总数量与生产这些产品所消耗的总时间的比值。计算轧机平均小时产量有两种方法：1.按轧制品种百分数计算2.按劳动量换算系数计算本设计采用第一种按轧制品种百分数计算。采用这种方法计算平均小时产量，没考虑在生产过程中各种产品生产的难易程度。但在与产品方案相近的情况下，其计算数值还是接近实际的。平均小时产量公式为：Ap=1/(a1/A1+a2/A2+a3/A3+an/An).（41）式中：a1 、a2an各轧制品种在总产量中的百分数（%）；A1、A2An各轧制品种小时产量，（t/h）。代入上式计算得：Ap=517t/h4.2.3 轧钢车间年产量计算车间年产量是指一年内轧钢车间各种产品的综合产量，以综合小时产量为基础进行计算。其计算公式如下：A=ApTjwK2（42）式中：A车间年产量（t/y）Ap平均小时产量(t/h)Tjw轧机一年内计划工作时数（d），本设计实行连续工作制度的轧机年工作时数：Tjw =（365-T1-T2-T3）（24-T4）（43）式中：T1一年中计划大修时间（d），取=30；T2一年中定期中小修时间（d），取=35；T3一年计划换辊时间（d），取=8；T4每天规定的交接班时间（h），取=0.5。计算得Tjw=6862hK2时间利用系数，时间利用系数K2根据统计结果在0.7960.945范围内根据轧机不同情况进行选取。本设计取K2=0.85。将前面的数据代入上式计算得：A=ApTjwK2=51768620.85=301.5万吨5 轧辊强度的校核与电机能力验算5.1 轧辊的强度校核总的说来，轧辊的破坏决定于各种应力（其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力，由于温度分布不均或交替变化引起的温度应力以及轧辊制造过程中形成的残余应力等）的综合影响。具体来说，轧辊的破坏可能由以下三方面的原因造成：1）轧辊的形状设计不合理或设计强度不够。例如，在额定负荷下轧辊因强度不够而断裂后因接触疲劳超过许用值，是辊面疲劳剥落等；2）轧辊的材质、热处理或加工工艺不合要求。例如，轧辊的耐热裂性、耐粘附性及耐磨性差，材料中有夹杂物或残余应力过大等；3）轧辊在生产过程中使用不合理。热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时，会因热疲劳造成辊面热裂；在冬季新换上的轧辊突然进行高负荷热轧，热轧的轧辊骤然冷却，往往会因温度应力过大，导致轧辊表层剥落甚至断辊；压下量过大或因工艺过程安排不合理造成过负荷轧制也会造成轧辊破坏等。由此可见，为防止轧辊破坏，应从设计制造和使用等诸方面去考虑。设计轧辊时，通常是按工艺给定的轧制负荷和轧辊参数进行强度校核。由于对影响轧辊强度的各种因素（如温度应力、参与应力、冲击载荷值等）很难准确计算，为此，设计时对轧辊的弯曲和扭转一般不进行疲劳校核，而是将这些因素的影响纳入轧辊的安全系数中（为了保护轧机其他重要部件，轧辊的安全系数是轧件各部件中最小的）。防止 四辊轧机轧辊辊面剥落，对工作辊和支撑辊之间的接触应力应该做疲劳校验。5.1.1 支撑辊弯曲强度四辊轧机的支撑辊直径D2与工作辊径D1之比一般在1.52.9范围之内。显然，支撑辊的抗弯端面系数较工作辊大的多，即支撑辊有很大的刚性。因此，轧制时的弯曲力矩绝大部分有支撑辊承担。在计算支撑辊时，通常按承受全部轧制力的情况考虑。由于四辊轧机一般是工作辊传动，因此，对支撑辊只需计算辊身中部和辊径端面的弯曲应力。支撑辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见图6。在轧辊的1-1断面和2-2断面上的弯曲应力均应满足强度条件，即=P c1/(0.2d31-1)Rb（44） = P c2/(0.2d32-2)Rb（45）式中：P总轧制压力d1-1 、d2-21-1和2-2断面的直径；c1、c2 1-1和2-2断面至支反力一半处的距离；Rb许用弯曲应力。图13 轧辊受力图支撑辊辊身中部3-3断面处弯矩是最大的。若认为轴承反力距离L等于两个压下螺丝的中心距L0，而且把工作辊对支撑辊的压力简化成均布载荷（这时计算误差不超过913%），可得3-3断面的弯矩表达式Mw=P(L0/4-L/8).（46）辊身中部3-3断面的弯曲应力为=P(L0-L/2)/(0.4D32)Rb（47）式中的D2应以重车后的最小直径代入。因两架轧机是可逆式轧机，故只需校核每架轧机受力最大的那一道次即可，因粗轧机第四道次受力最大、精轧机第一道次受力最大，所以我们只校核这两道次的弯曲应力。本设计取辊颈直径d=800mm，L=800mm，c1、c2、r的取值（查参考文献3），r=0.12d=96mm，c1=240mm，c2=400mm，d1-1=800mm，d2-2=1200mm，上面D2重车后的最小直径为：D2=1550mm，P=8426KN，把前面的数据代入上式计算：= Pc1/(0.2d31-1)= 19.7MPa= Pc2/(0.2d32-2)=9.8MPa =P(L0-L/2)/(0.4D32)=11.3MPa 本设计支撑辊为合金锻钢Rb=140150 MPa，可见支撑辊的弯曲应力远远小于该许用应力，故满足要求。精轧第一架用以上的方法计算得出结论都满足要求。5.1.2 工作辊的扭转强度校核由于有支撑辊承受弯曲力矩，故工作辊可以只考虑扭转力矩，即仅仅计算传动端的扭转应力，公式为：=Mk/Wk（48）式中：作用在一个工作辊上的最大传动力矩。工作辊传动端的扭转断面系数。驱动一个工作辊的传动力矩有轧制力矩，工作辊带动支撑辊的力矩和工作辊轴承处的摩擦力矩组成。 .（49）或者： .（50）式中：S反力对工作辊的力臂。工作辊轴承处摩擦圆半径。支撑辊对工作辊的反力为：.（51）张力轧制的时候轧制压力偏离垂直方向的角度工作辊与支撑辊连心线与垂直线的夹角支撑辊与工作辊的反力作用线与工作辊和支撑辊连心线的夹角（52）式中：P轧制力。a轧制力力臂其大小与轧制力作用点及前后张力大小有关。前张力。后张力。e工作辊相对于支撑辊的偏心距，一般取值为5毫米10毫米，这里取5毫米。工作辊半径。支撑辊半径。m滚动摩擦力臂。取值一般为0.10.3，本设计取值0.2。支撑辊轴承的摩擦圆半径，其值计算为：=fd/2.（53）式中：f摩擦系数。滚动轴承取值0.004。d轧辊半径。工作辊轴承处的反力（摩擦力）： .（54）反力对工作辊的力臂： 此校核也按轧制力矩最大的一架计算，精轧粗轧各一架。将各参数带入公式得：粗轧第二道=11422843N.m，精轧第三道次=2797056N.m。工作辊传动端的扭转断面系数为：.（55）扭转应力：.（56）数据代入得到结果如下：粗轧 0.34m ，33.7 Mpa，精轧 0.01m ，28 Mpa，工作辊为合金铸铁，然而许可扭转应力为，即，可见，合格。5.1.3 工作辊与支撑辊的接触应力校核四辊轧机支撑辊和工作辊之间承载时有很大的接触应力，在轧辊计及使用适用时应进行校核计算。假设轧辊间作用力沿轴向均匀分布，由弹性力学知，轧辊间接触问题平面应变问题。H.赫茨(Hertz)理论认为：两个圆柱体在接触区内产生局部的弹性压扁，存在呈半椭圆形分布的压应力。半径方向产生的法向正应力在接触的中部最大。最大压应力及接触区宽度2b可由下公式计算：.（57）式中：q加在解除表面单位长度上的负荷；D1，D2及r1，r2相互接触的两个轧辊的直径及半径；K1，K2与轧辊材料有关的系数； 其中，v1 v2及E1 E2为两轧辊材料的泊松比和弹性模数，本设计取E1=210GPa；E2=190GPa.（58）若两辊泊松比相同并取v1v2 v0.3则上式可简化为.（59） 加在接触表面单位长度上的负荷q可有下面公式求得 q=P/B.（60）式中：q为轧制力，KN；B为轧件宽度，本设计不考虑宽展取B1500mm。（1）对于粗轧机：，；则 。 查参考文献3得其对应的许用接触应力分别为：支撑辊表面硬度HS =65 71，比较得正应力均小于许用正应力，故能满足生产要求。此应力虽很大，但对轧辊不致产生很大的危险。因为在接触区，材料的变形处于三向压缩状态，能承受较高的应力。在辊间接触区中，除了须校核最大正应力外，对于轧辊体内的最大切应力也应进行校核。图53表示了辊内切应力分布的状况。主切应力在接触点处其值为零，从O点到A点逐步增大，A点距接触表面深度Z=0.78b，该点(max) =0.304。为保证轧辊不产生疲劳破坏，值应小于许用值：=0.304 =0.304 0.304 1432MP 435MP 由此可见，切应力小于许用切应力，故能满足生产要求。辊身内部平面内的切应力的存在，也造成轧辊剥落的原因，沿轴是反复交变存在的。由图53可见，在z=0.5b，y=0.85b处（c点）达到最大值。一般称为最大反复切应力。 = 0.256由于最大反复切应力小于，故当满足要求时，也满足要求。（2）对于精轧机： ， ；则 。查参考文献3得其对应的许用接触应力分别为：支撑辊表面硬度HS = 65 71，比较得正应力均小于许用正应力，故能满足生产要求。此应力虽很大，但对轧辊不致产生很大的危险。因为在接触区，材料的变形处于三向压缩状态，能承受较高的应力。在轧辊间接触区中，除了需校核最大正应力外，对于轧辊体内的最大切应力也应进行校核。主切应力在接触点处其值为零，从O点到A点逐步增大，A点距离接触表面深度Z=0.78b，该点=0.304。为保证轧辊不产生疲劳破坏，值应小于许用值=0.304 =0.304 535.5MPa由此可见，切应力小于许用切应力，故能满足生产要求。辊身内部平面内的切应力的存在，也造成轧辊剥落的原因，沿轴是反复交变存在的。由图5-3可见，在z=0.5b，y=0.85b处（c点）达到最大值。一般称为最大反复切应力。 = 0.256由于最大反复切应力小于，故当满足要求时，也满足要求。5.2 电机的校核5.2.1电机负荷图为了校核和选择主电机，除知道其负荷之外，尚须知轧机负荷随时间变化的关系图，力矩随时间变化的关系图称为静负荷图。绘制静负荷图之前，首先要决定出轧件在整个轧制过程中在主电机轴上的静负荷值，其次决定每个道次的纯轧制时间和间隙时间。如上所述，静力矩按下式计算： （61）将前面的数据代入可以求出静力矩如表19所示：表19 粗轧静力矩道次R1R2R3R4R5R6（KNm）1726.81523.71297.3865.2554.5401.64.24.24.24.24.24.2（KNm）125.0102.297.969.548.138.8（KNm）180180180180180180（KNm）718.1645586.8455.5360.1314.4间隙时间按照间隙动作所需要的时间或者按照现场数据选用，本设计取3秒。按照上述各值绘制出一个轧制周期内的各个电机负荷简图。图14 第一架粗轧机负荷简图 图15第二架粗轧机负荷简图 表20 精轧静力矩道次F1F2F3F4F5F6F7（KNm）246.5256.5253.2189.097.753.125.14.24.24.24.23.33.33.3（KNm）23.926.027.223.013.59.26.3（KNm）120120120120120120120（KNm）202.6205.1205.5186163.1145.3133.9上述各值绘制出一个轧制周期内的各个电机负荷简图。 图16 精轧机电机负荷简图 5.2.2 主电机的功率计算当主电动机的传动负荷图确定后，就可以对电动机的功率进行计算。这项工作包括两部分。一是由负荷图计算出等效力矩不能超过电动机的额定力矩；二是负荷图中的最大力矩不能超过电动机的允许过载负荷和持续时间。轧机工作的时候电动机的负荷是间断式的不均匀负荷，而电动机的额定力矩是指电动机在此负荷下长期工作，其温升在允许的范围内的力矩。为此，必须计算出负荷图中的等效力 矩，按照下式计算：（62） 式中：等效力矩。轧制时间内各段纯轧制时间的总和。轧制周期内各段间隙时间的总和。各段轧制时间所对应的力矩。各段间隙时间对应的空转力矩。将前面数据代入上式得：对于第一架粗轧机的主电机： 则 ：校核电动机温升条件为： ： 电动机的额定力矩；KG电动机的允许过载系数，直流电动机KG =2.02.5；交流电动机，KG =2.53.0；该设计为直流电动机取 KG =2.5；轧制周期内最大的力矩。校核电动机温升条件为：=464.53000（两台电机）：=20312.5=7500通过等效力矩在计算电动机的功率，即：式中：电机的功率，（千瓦）。等效力矩，（千牛米）。电机的转速，（转每分）。由电动机到轧机的转速，一般一级齿轮传动的效率为0.960.98，这里取0.96。根据公式可得电机功率如表21所示：表21 电机功率道次123456n(r/min)253545455565N( KW)130018002300230028003300精轧千瓦，所以电机可以满足需求。用此法再校核其他电机，都达到要求。6 辅助设备的选择根据辅助设备在压力加工生产中的不同用途和作用，可将辅助设备分为：加热设备，截断设备，矫直设备，冷却设备，酸洗设备，起重运输设备，机修等其他设备 。不同产品生产时所需要的辅助设备是不同的，设计时根据生产要求确定它们的型式，能力和数量，辅助设备的选择对产品的产量和数量用十分重要的影响。因此，一定要选择好辅助设备，一般来说要遵循下列原则 ：1)满足产品生产工艺要求；2)有较高的工作效率，保证轧机获得较短的轧制节奏时间而有较高的产量；3)设备结构的型式要先进合理，动作灵活机构紧凑，操作维修容易，备品备件标准化，制造、更换方便；4)辅助设备的生产能力一般要大于轧机生产能力，以保证轧机生产能力得到发挥。通常辅助设备能力可按大于轧机能力20考虑；5)设备设计经济合理，体积小，重量轻，以减少设备总重量和节省车间投资。6.1 加热炉的选择加热是热轧生产的一个重要工序。而钢料的加热质量的保证和加热炉产量的大小，完全依赖于所选择的加热设备和它的热工制度。出此，对加热设备的选择也应给于足够的重视。加热设备可以分为均热炉和加热炉两部分：加热炉按照物料在炉内运动的方式可以分为：推送式加热炉，步进式炉，辊底式炉，转底式炉，链式炉等。推送式连续式加热炉根据炉温制度可以分为两段式加热炉，三段式加热炉，多点供热式加热炉。步进式加热炉的优点：1.可以加热各种形状的坯料，特别适合推送式炉不便加热的大板坯和异型坯。2.生产能力大，炉底强度可以达到8001000千克每平方米时，与推送式炉相比，加热等量的坯料，炉子长度可以缩短1015。3.炉子长度不受推送比的限制，不会产生拱料，粘连想象。4.炉子灵活性大，在炉长不变的情况下，通过改变坯料之间的距离，就可以改变炉内坯块的数目，适应产量变化的需要。而且步进周期也是可调的，如果加大每一周期前进的步距，就意味着料坯在炉内的时间缩短，从而可以适应不同金属加热的要求。5.单面加热的步进炉没有水管黑印，不需要均热床。两面加热的情况比较复杂，对黑印的影响要看水管绝热良好与否而定。6.由于料坯不在炉底滑道上滑动，料坯的下面不会有滑痕。推送式炉由于推力震动，使滑道及绝热材料经常损坏。而步进式炉不需要这些维修费用。7.轧机故障或停轧时，能踏步或将物料退出炉膛，以免料坯长期停留炉内造成氧化和脱碳。8.可以准确计算和控制加热时间，便于实现自动化。缺点：与同样生产能力的推送式炉相比，造价高出1520：其次，步进式炉（两面加热的）炉底支撑水管较多，水耗量和热耗量超过同样生产能力的推送式炉。随着冶金工业的快速发展，钢板在宽度和厚度方面的轧制技术有了长足的进步，促使钢坯几何尺寸增大。步进式加热炉炉型基本不受板坯尺寸的限制，且具有生产能力大、钢的加热质量好，不产生拱钢、粘钢现象和能使钢料推出等优点。因此，大型步进式加热炉是热轧领域的主要炉型。下面具体介绍步进式加热炉：6.1.1 步进式加热炉的发展步进式加热炉按其步进机构不同又分为步进梁式、步进底式、步进底梁组合式3种类型。其工作原理是依靠油缸的推力，步进梁作上升、前进、下降、后退周期循环，将装入炉内加热的钢坯一步一步地向出料端运送。反之，它又能作前进、上升、后退、下降逆循环，将炉内钢坯一块一块地从进料端退出。步进梁式加热炉加热钢坯速度快，生产能力大、温度均匀、烧损少、加热质量好，特别是操作灵活，可步进送钢，步进退钢和踏步等控制，易于排空炉料，使钢料退出和更换钢种。上下加热步进梁式加热炉是美国“表面燃烧”公司首创，第一批炉子于6O年代中期投产，后来成为日本和欧洲新建热轧带钢厂加热炉的主要炉型。7O年代我国从日本引进武钢1700热轧带钢设备时，有3座步进梁式加热炉。8O年代宝钢2050轧机从法国“斯坦因”公司引进3座现代化步进梁式加热炉炉型。尔后，我国在引进、消化、移植国外先进技术的同时，结合我国的国情，按这种炉型设计出我国的步进梁式加热炉，填补了国内设计空白。当前，日本“中外炉”公司及法国“斯坦因”公司所设计建造的步进式加热炉均属世界一流。我国北京钢铁设计研究总院、重庆钢铁设计研究院 结合我国轧钢生产与加热技术的实际，有所发展、创新和突破，使我国加热炉的技术装备整体水平和国际水平接轨，在轧钢工艺和技术装备上达到了世界先进水平。鞍钢8O年代至9O年代初，先后在小型厂、焊管厂、宽厚板厂建有数座步进底式和步进梁式加热炉。近年，鞍钢技术改造1780，1700热连轧工程，配合轧机生产能力，先后建有多座上下供热板坯步进梁式加热炉。无论是炉型结构、炉衬结构、设备装备技术水平、控制水平，还是产品加热质量和能耗指标，均属世界先进水平和国内领先水平。6.1.2技术装备（1） 步进梁的传动装置目前，步进梁的传动装置，普遍采用的有三种形式：一是水平移动由液压传动，升降由偏心轮传动；二是全液压斜台升降式；三是全液压杠杆托辊升降式。鞍钢步进梁式炉的步进梁则采用双框架斜台面液压驱动即升降驱动装置为液压斜台面式，运行稳定，板坯跑偏量小。驱动系统在炉长方向 分为两段传动，每段均有上升、下降驱动设备。各自升降，既可单独驱动，又可同步运动。在两段梁的平移框架分段处可以连接起来，由液压缸驱动作水平运动。被分割成两段的步进梁驱动装置，通过水平运动和升降运动的组合，可作矩形运动。两段步进梁可作上下运动，由液压缸驱动，其上升、下降幅度恒定在200mm；水平运动由2台液压缸驱动，其行程为500mm ，步进周期为50s。步进梁的单独驱动或同步运动便于冷热板坯切换和热坯的快速装入。当后行板坯发生滞后时，可以通过Ng_1步进梁快速送到前面，以消除空位，从而确保炉子的生产能力。（2） 液压系统每一台步进式加热炉有一整套独立的液压系统满足炉底机械及板坯出料机的液压传动，板坯装料机液压系统附在装料机上。1台炉子有1个12ml油箱及油泵、冷却器、阀架等设置在出料端地下液压站内，系统工作压力12MPa，最大工作流量2000Lmin。油箱油温液位自动控制。（3） 供热装置加热炉供热分为预热段、加热段和均热段3个区域，每个区域又分为上部和下部2个供热段。烧嘴采用轴向、侧向烧嘴及平焰烧嘴。燃料为高炉焦炉混合煤气，发热值7524MJm。烧嘴上下供热和自动控制，全炉分6个控制段，计68个烧嘴型式及分布。均热段炉顶采用平焰烧嘴，上加热采用轴向烧嘴，炉顶曲线的改变使燃烧交叉进行，板坯沿长度方向温度均匀性得到改善。下加热采用轴向烧嘴、反向烧嘴，火焰可调，从而改善加热质量，减少料坯温差均热段炉顶平焰烧嘴，除具有一般烧嘴的特点外，还具有独特优点：能实现全辐射，节省燃料；平焰烧嘴均匀分布，火焰沿径向敞开，炉子温度分布均匀，加热、均热效果良好；火焰向下，炉压易于控制。（4） 余热利用为适应加热要求，对由高到低不同温度梯度的烟气热量进行回收。在高架烟道内沿炉宽度方向高温侧安装4组、2行程金属管状对流式高效空气、煤气预热器 预热器采用悬吊式结构，直接利用烟气余热，空气预热温度450 ，煤气预热温度300 ，大大降低烟气的出炉温度，提高了空气、煤气预热温度，降低燃料单耗。炉子采用上排烟，烟气由炉子装料端的上升烟道流人位于炉子上部钢结构平台上的水平烟道内。再经过空气、煤气预热器、烟道闸门进入烟囱。烟囱内衬为耐火纤维浇注料，出口直径 38m，高度55m。（5） 汽化冷却在国内大型步进梁式加热炉上，首次采用了汽化冷却系统。支撑梁、立柱管、纵梁采用汽化冷却。汽化冷却系统为强制循环的汽化冷却系统。它由炉底支撑梁循环冷却系统、循环泵站、汽包、上升管、下降管、除氧给水的控制系统组成。因此，由汽包、除氧罐、软水箱、给水泵、联箱、支撑梁(水梁)及管路组成的汽化冷却系统，如同一套完整的“锅炉”机组。汽包和除氧罐设在厂房顶部，而循环冷却系统中的固定、活动联箱、进出水管均布置在下部钢结构平台下面的炉坑内。汽化冷却系统每台加热炉单独设置，热力系统、除氧水、软水为2 3台加热炉共用。（6） 炉内水粱配置炉内水梁结构为固定梁、活动梁纵水管，采用双根圆管组合。水梁在装料侧数量，活动梁4根，固定梁5根；出料活动梁4根，固定梁5根。水梁在炉长方向分为3段，以减少炉梁热应力，均热段的活动梁和固定梁与加热段、预热段的活动梁和固定梁错开布置，以减少板坯黑印温差。水梁上的耐热垫块固定采用非焊接型。同一水梁上的垫块，前后错开布置；同时，在炉长方向按不同炉温段选用不同的垫块材质及高度，设计了特殊的耐热垫块，以减少板坯温度偏差及黑印温差，提高板坯加热质量。（7） 装钢机与出钢机采用推钢机装料，易使板坯料表面划伤。目前，都以装钢机代替推钢机，法国把推钢机改为托人式装钢机，或采用长行程装钢机，行程可达10m。90年代韩国光泽钢铁公司的步进式加热炉就采用了这种设备，每次行程走5 10m，解决了热装时炉子节奏与轧机节奏不匹配的问题。这种长行程装钢机有其优点，但也存在着设备重量大、占地面积大的缺点。由于受到厂房布置条件紧凑的限制，炉子装料辊道中心线与厂房柱子轴线之间的距离只有5m，在如此窄小的范围内要布置通常采用的推钢机或直托杆式装钢机是不可能的，惟一可选择的就是采用带钩形的高架行车式装钢机。这在国内大型板坯步进梁式加热炉上，首次采用带钩形托杆的高架行车式装钢机与落地式出钢机。（8） 控制技术炉子生产采用计算机控制系统，提高加热炉控制水平，改善可靠的热工参数监控系统。从板坯入炉开始，到浇钢、出炉实行监控，全线物流跟踪控制和管理。加热炉热工系统，由计算机按人工设定值进行自动控制，与板坯过炉有关的装钢机、步进梁、装料门、出料门、出钢机等设备的机械动作，由PLC系统实行自动控制。为适应板坯装料的需要，便于冷热钢坯切换装炉，以及将热坯快速装入，步进梁分两段传动。在步进梁分段处侧墙上安装高温工业电视和激光定位装置，便于监视钢坯在炉内位置。准确可靠的热工参数监控系统，对炉况、炉压、风温、风量、燃烧量、烟气残氧等热工参数进行有效监控，确保加热炉始终在受控状态，并正常稳定运行。计算机监控步进梁式加热炉，它将炉子的所有热工参量置于计算机的监控之下，使炉子能根据板坯料条件加热要与轧机配合等参数指导下，按加热曲线控制炉子操作。实现炉子燃烧的控制自动化，采用钢坯激光定位将使步进梁式加热炉的生产操作实现全部自动化。本设计选用步进式加热炉4座，炉子宽度15m，炉子长度30m，每座加热能力为300吨/小时。6.2 除鳞设备的选择在热轧生产过程中，轧件在炉内加热时所生的炉生铁鳞和轧件在轧制或运输辊道上运行时所生的铁鳞 都影响着轧件的表面质量和轧辊的寿命，因此要除掉铁鳞。通常除鳞的方法有多种本设计选用高压水除鳞。1 高压水除鳞的效应11 破裂效应铁鳞在高压水产生的冲击力作用下破碎脱落。12 冷却效应高温轧件在高压水喷射作用下冷却时，由于材料基体和铁鳞冷却收缩率不同而产生的切向剪力使铁鳞脱落基体。13 蒸气效应轧件表面铁鳞的裂缝中进人水滴，水滴在基体和铁鳞之间突然汽化而爆炸，将铁鳞从基体上剥落。14 冲刷效应已经和将要脱落的铁鳞在高压水的冲刷下冲走，使铁鳞不要进人轧辊而压在轧件上。以上四种效应并不单独存在，几种效应会同时发生，各种因素的除鳞效果难以分别用数量衡量。一般在设计中以高压水产生的冲击力的大小作为衡量除鳞效果的好坏指标。为了去除氧化铁皮，在粗轧机前设置了高压水除鳞装置。除鳞装置采用封闭式结构，箱内设有两组喷嘴，每组喷嘴又分别有上下两排。下喷嘴固定，上喷嘴可调随着板坯厚度的变化而调整，保证喷嘴到板坯距离不变，也就是保证打击力不改变。本设计在粗轧前布置一套除磷设备，基本条件如下：(1)轧制钢种：普碳钢；合金钢；不锈钢。(2)板坯厚度规格：140mm250mm(3)工作压力为：18MPa基本参数如下：前倾角=15。；旋转角=15。；喷射角=26。；喷嘴与轧件垂直距离h=200mm，实际距离A=h/cos15。=193.18mm；喷嘴之间中心距E = B cos D，B = 2A htg，C = B cos，计算E=89mm；喷嘴数i=（b+Z-C）/E=2个。6.3 剪切设备的选择飞剪是轧钢生产线的重要辅助设备，按其结构形式，主要分为回转式、曲柄式和曲柄一回转混合式三种。飞剪设备主要用于切头、切尾、事故剪断及成品倍尺分断剪切，它在消除开花头子、减少头尾翘皮、倍尺优化和事故剪断等方面有着十分重要的作用。由于飞剪是在轧件运行中进行剪切的，这就必须满足剪刃在水平方向上的分速度与轧件的运动速度同步的要求 。生产线上共设两处剪，即精轧入口与卷曲机前面，由于剪切过程是在轧件是运动的同时完成的，故均选择飞剪。飞剪的基本要求如下：（1）剪刃在剪切轧件时要随着运动着的轧件一起运动，即剪刃应该同时完成剪切与移动两个动作，且剪刃在轧件运动方向的瞬时分速度应与轧件运动速度相等或大23%，即=（11.03）。（2）根据产品品种规格的不同和用户的要求，在同一台飞剪上应能剪切多种规格的定尺长度，并使长度尺寸公差与剪切断面质量符合国家有关规定；（3）能满足轧机或机组生产率的要求。飞剪的类型很多，目前应用较广泛的飞剪型式有圆盘式飞剪、滚筒式飞剪、曲柄回转杠杆式飞剪、曲柄偏心式飞剪、摆式飞剪和曲柄摇杆式飞剪等。近年来，用电子计算机控制的飞剪已经用于生产。本设计即采用计算机控制的曲柄摇杆式飞剪。 剪切力计算可选用下式计算：.（63）式中：F被剪切钢坯横断面面积，mm2；K由于刀刃磨钝，刀片间隙增大使剪切力提高的系数，其数值按剪切机能力选取，（大型剪切机取K=1.1）被剪切金属在相应温度（最低温度500）下的拉伸强度限，N/mm2；查得约6。本设计被剪切材料为Q235查得=(375500) MPa所以 =0.3=0.3（375500）MPa=（112.5150）MPa 取 =120MPa 代入上式计算得：=0.62.214001.1120/1000 = 2439.6(KN)=243 t再乘以一系数k，我们取k2.5，则2.5609t本设计取飞剪最大剪切力为1000t，可见能满足生产。6.4 冷却设备的选择为了满足产品大纲的所有产品的力学性能，机械性能和金属组织，终轧后选择层流冷却方式对带钢进行进行冷却，层流冷却采用恒定压力的低压水进行冷却，形成柱狀水流，而且有比喷射多的动能冲击在板面上，击破板面的蒸气膜，形成核沸腾，整个冷却段大约27米，分为6段控制，其中最后1段可以实现水量微调控制以满足卷取温度误差控制，冷却水量6000立方米每小时，为了方便维修，上面的喷水横梁设计成为液压缸驱动的可以开闭式。图17层流冷却系统示意图层流冷却系统的设计适用于全厚度范围，每一段的压力是通过调节喷水横梁上面的开口度来控制的，同时保持高水位水箱的水在一定的范围内测喷设备通过向带钢的表面积喷射水压约为10千克力每毫米的水来吹走钢表面的冷却水，其目的是防止带钢冷却温度的弥散，它安装在精轧机核每段冷却段的后面，高压喷水由气动控制阀门来打开或者关闭。图18层流冷却系统冷却方式示意图6.5 卷取机的选择卷取机的用途是收集超长轧件将其卷取成卷，以便于贮存和运输。地下热带钢卷取机具有生产效率高便于卷取宽且厚的带钢，卷取速度快而且卷取密实的特点。地下卷取机主要有以下两点作用：控制轧机出口张力核将带钢卷取成卷。带钢头部离开精轧机的时候，卷取机处于准备状态，上张力辊下压，助卷辊围抱卷筒。张力辊和助卷辊在各自的辊缝调整机构控制下，在上下张力辊之间助卷辊和卷筒之间都保持着与带钢厚度相适应的辊缝，带钢卷上35卷后，卷筒和轧机之间即可以建立稳定的张力，助卷辊全部打开，卷筒和轧机一起加速至最高速度进入正常卷取状态。在准备状态下，带钢的速度不宜过高，否则既不利于带钢咬入张力辊也不利于卷上卷筒，辊道的速度不宜高于带钢的终轧速度太多，一般控制在1015左右，以防止堆钢。，张力辊速度高于轧机速度便于轧件咬入卷筒，助卷机的速度高于张力辊的速度有利于带钢卷上卷筒。带钢卷上35卷后，辊道和卷取机同时升速，以防止刮伤表面，卷取的时候张力辊的速度低于卷筒的速度以维持卷取张力，降低速度可以增加带钢前进的阻力，防止带钢跳动，在带钢尾部即将离开轧机进入卷取状态的时候，应该与轧机同步降速，以减少带钢尾部高速抛出的冲击，助卷辊合拢，压住外层带卷，当带钢脱离末架轧机的时候辊道速度应该略低于卷取速度，大约15%20%，以减少带钢尾部跳动。张力辊压紧，传动电机处于发电状态，使带钢在张力辊和卷筒之间建有张力避免带钢跑偏或钢卷外层松动。卷取机的类型很多，按其用途可以分为：热带材卷取机，冷带卷取机，小型线材卷取机。本设计为热带材卷取机。热带材卷取机是热连轧机，炉卷轧机，行星轧机的配套，有很多型式：地下式有卷取式，地下没有卷取式，由于地下卷取机具有生产率高，便于卷取宽且厚的带钢，卷取速度快而且钢卷密实等特点，所以现代热来轧生产线主要采用地下卷取式。地下式卷取机布置在热连轧机输出辊道。由于它位于辊道标高之下，所以被成为地下式卷取机。在整个连轧机组中，卷取机的工作条件最为恶劣，也是最易出故障的环节之一。为了保持连轧机组的生产节奏，本设计采用两台卷取机，两台交替使用。地下卷取机能够把由薄到厚的较大范围内的钢卷卷取，两台卷取机特性相同，两台地下卷取机设计有四个具有自动踏步功能的助卷辊组成，防止松卷和划痕，它能够保证卷取紧固，有较强的寿命，在卷取机机架安装的基础上，并分为进口和出口部分，上滑动裙板和偏转辊安装在夹送辊出口端，偏转辊的作用是防止带钢转换卷取的时候撞击滑动裙板。助卷辊装置有助卷辊，助卷臂，带钢头部和尾部导向导板组成。助卷辊有滚子轴承支撑，助卷辊轴承座固定在助卷臂上。助卷臂的结构为箱型，钢板焊接，这种设计强度高重量轻。助卷臂的转轴为滚子轴承支撑，为了在半无头轧制的时候制动带钢尾部，钢卷由全部助卷辊和助卷臂环绕，助卷辊通过万向轴直接驱动，助卷臂有电液伺服阀系统来实现自动踏步控制，助卷辊辊缝设定（辊缝即助卷辊和芯轴之间的距离）由装有先导伺服阀的液压缸和旋转磁力计，根据带材的厚度自动执行，旋转磁力计安装在卷取机外部的转轴端部。芯轴为楔型两极伸展型，旋转液压缸用于芯轴的伸缩，由装在芯轴尾部的旋转接头供给液压。芯轴采用插装式接头，便于快速更换，在不拆卸芯轴装置的情况下，芯轴可以快速在卷取机中抽出，芯轴支撑安装在芯轴端部（工作侧），由摆动和横移液压缸来实现芯轴装卸。6.6 活套支撑器在连轧中，带钢要经过咬人、建张、恒张轧制与抛钢等几个阶段。相对应，活套就有起套、恒张、收落套几个阶段。活套支撑器在高速热连轧速度自动调节系统中是必不可少的装置，为此活套支撑器应该具有以下工艺性能：1、活套支撑器在一定转角范围内应使带钢上面的张力近似以恒定，以便消除张力变化对带钢宽度和厚度的影响。2、活套支撑器保证各个机座间可以贮存一定长度的带钢以减少轧制线对速度调节的敏感性。3、活套支撑器的惯性要小，动作反应快，以便其在正常轧制速度下能与带钢活套的增长速度相适应。4、活套支撑系统的调速反映要快，以便给主传动纠正速度偏差留出必要的时间。5、能在较大范围内改变张力值以适应不同规格的产品。6、应能使活套辊自动升起和降落。电动机在负荷变动时，随着输出负载增加，转速要下降。速度闭环控制时也避免不了负载加重初期的速度下降，但在速度差反馈信号作用下，下降的速度会有所恢复。这就时电机的动态速降。动态速降是速度闭环电机的必然现象，只是速降幅度随负载大小和电机本身开环刚度以及调速品质有关。连轧咬入时出现动态速降，就可能出现短时间堆钢。但前架出口速度与后架入口速度有速度差时，活套就逐渐被吸收掉。如果因转速不精确，出现速度负差，活套还会增长，直至出现事故。现场希望建立微张力轧制，既不产生拉缩，也对速度误差和干扰留有调节余地。但自由活套时，张力为零，与正常张力轧制相比，轧件尺寸会增加，扩大全长尺寸波动。由于张力存在于运动中的轧件内，目前还没有成熟的非接触冷热材应力检测器使用，一般采用活套支撑器。活套支撑器由摆动杆、活套辊及电机组成。它是将机架间轧件托起并绷紧的机械装置。目前所使用的活套支撑器有恒力矩式和恒张力式两种，由于恒力矩式活套支撑器控制反应动作较慢，而且滞后现象比较严重，导致板材厚差很大。所有本次设计选用双电机串连衡张力式活套支撑器。此装置与厚度控制系统连接，可以实现张力调节控制厚度的作用。采用活套支撑器可以完成张力检测和张力调节。在咬入阶段，为快速吸收活套，建立稳定的张力，活套支撑器要在后架咬入瞬间向上抬起，与逐渐上升的活套贴合，进入负荷时期。这时支撑器角度和电机力矩便检测出张力大小。活套支撑器由摆动杆、活套辊及恒转矩电机构成。它是能将机架间轧件托起并绷紧的机械装置，如图19所示。 图19 活套支撑器工作前，活套支撑器放平，置于零位，以便穿带。穿带压力启动活套支撑器抬起，与带钢柔和贴紧，建立张力，直接消除动态速降的堆钢活套。正常轧制时，轧件厚度或出口速度变化，使张力产生变化，这时活套支撑器发生摆动，产生偏差信号送去调整轧机转速，维持张力恒定。活套支持器的作用总结起来就是：支套、恒张、纠偏缓冲及产生纠偏指令。临近轧件尾部，需要逐渐放下支撑器，减少张力，防止轧件从前架轧出，应力突然消失，产生甩尾叠钢。(1) 活套与活套辊摆角的关系 活套支持器是在连轧过程中支持活套的装置。图11是活套支持器的活套辊工作原理图，活套辊的辊面在轧制线以下的位置称为活套辊的机械零位，用0表示；活套辊工作时的摆角一般为3035左右；而把活套高度调节器投入工作时的摆角称为活套辊的工作零位角，一般为2025左右；换辊时为了操作方便活套辊应升起，其摆角用表示。活套辊摆角的具体数值是随活套支持器的结构和工艺而定。-活套辊臂长；活套辊直径；机械零位角；活套辊工作角；换辊时活套辊摆角；活套辊最大高度至上限位置的角度；活套支撑器转动中心至轧制线距离图20活套支撑器的活套辊工作原理根据动态速降所形成活套量()的大小不同，则活套辊为了绷紧带钢所需的旋转角度也不同。若以活套辊升至工作零位角所能吸收的活套量(用表示，例如1700毫米热连轧机的为1920毫米)为界。 当活套辊摆角略超过工作零位角时，一方面活套辊继续升起绷紧带钢；另一方面由于此活套调节器投入工作，使得随后的机架(即第+1机架)主电动机稍微升速，收缩带钢长度，一直将活套辊压向接近工作零位角。 活套支持器的升起和下降都是自动地进行，其控制用的脉冲信号，一般是由装设在相邻机架(如与+1机架)间隔处的光电继电器，或由轧制压力的压力计(如压头)而获得。（2）活套支撑器的种类1）电动活套电动活套经历两个大阶段：六十年代以前的三十多年用电动恒力矩活套，以单纯支套为目的，开环运行，张力大活套高度低，张力小活套挑起高，无调节张力的作用。采用“大张力”操作方式，手动调转速。六十年代开始研制成恒张力电动活套，其原理是带钢在支架摆角的不同位置，对活套辊有不同的压力，为保持恒张力，活套电机的力矩按函数关系变化，从而保证张力基本不变。以往电动活套有减速机，转动系统惯性大，调节响应慢，起套贴合冲力大，柔和性差，易出现厚度和宽度变化波动。目前多采用两个低惯量堵转电机串联，直接驱动活套支撑器，在计算机指令操作下，变换挑套力矩，从而保持轧件张力在恒定之附近。2）气动或液压驱动活套活套支撑器的支架用气动或液动平衡缸来支撑。其惯性小调节速度快，贴近较柔和。其控制方式也有恒力矩和恒张力两种。但这两种活套设备配套复杂，维护难度大得多。7 轧制工艺过程本设计依据任务书，从全方面考虑设计的一条热带连轧生产线，生产工艺过程介绍如下：7.1 原料选择和加热7.1.1 原料选择本次设计所用的原料主要是连铸板坯。由于连铸坯的许多优点，此外比初轧坯的物理化学性能均匀，便于增大坯重，因此更适合与热带连轧。本设计所用板坯一般为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，所以板坯宽度比成品的大，由立辊轧机控制带钢宽度，而其长度主要取决于加热炉的宽度和所需坯重。原料设计的基本原则是：第一，必须保证成品钢板的尺寸和性能能够满足使用要求；第二，能够充分发挥炼钢车间和厚板车间的工艺条件和设备能力：第三，所生产的钢板成本最低。在进行原料设计时应综合考虑上述3个方面。原料设计的核心问题是如何提高轧机的生产率和成材率。为保证钢板性能稳定合格，在选择原科时应从以下4个方面考虑：1）对原料的化学成分提出必要的要求。2)如果采用沸腾钢能够满足所生产钢板性能要求，应优先采用沸腾钢。3)原料的厚度应满足压缩比的要求。4)尽量采用连铸坯为原料。原料表面存在的缺陷，除较轻微的缺陷因其在加热过程中被氧化烧掉，不会影响钢板质量不需清理外，尺寸超过一定限度的缺陷都需采用某种方法将其出去，以免影响钢板质量或造成废品。表面清理的方法很多，常见的有火焰清理、风铲清理、砂轮清理、机床加工、电弧清理等。选择清理方法时，应考虑原料的钢种、加热和轧制的具体情况和对成品钢板表面质量的要求等。7.1.2 加热将钢由室温提高到满足热压力加工所需温度的过程，叫做钢的加热。加热的目的是：1)提高钢的塑性。坯料在轧制温度较高时，对轧辊的变形抗力较小；在轧制温度较低时，相应的变形抗力会增大。因此，轧制温度高时，变形抗力小，可以较大的压下量进行轧制，减少轧辊的磨损或断辊以及轧机设备事故。2)使坯料内外温度均匀。坯料内外温度差会使金属产生内应力而造成中厚板的废品或缺陷。通过均热段位坯料断面内外温度差缩小，避免出现危险的温度应力，这对某些专用钢具有重要意义。3)改变金属的结晶组织。坯料的不均匀组织结构及非金属夹杂物形态与不均匀分布，在高温加热中扩散而改善了结晶组织。坯料加热的质量直接影响到中厚钢板的质量、产量、能耗及轧机寿命。加热工艺应包括加热温度、加热速度、加热时间、炉温制度及炉内气氛。用正确的加热工艺制度，来防止坯料在加热过程中可能产生的各种缺陷。将坯料加热到满足轧制温度要求的炉子叫加热炉。坯料在加热炉内加热升温至轧制规范所要求温度的总时间叫钢的加热时间。加热时间与钢种、坯料形状尺寸及其在炉内的配置、加热制度、炉体结构、烧嘴分布、燃料等有关，可由理论计算确定，但在生产操作中多用下面经验公式估算：CB.（64）式中：加热时间，h；B坯料宽度，cm；C系数。1、加热温度钢在加热炉内满足轧制工艺规范的温度叫钢的加热温度。通常，坯料加热温度愈高、塑性愈好、变形抗力愈低，对热轧中厚钢板愈有利。过高的加热温度会使坯料表面在加热过程中氧化脱碳、过热或过挠，过低的加热温度又不利于轧制。 加热碳素和低合金结构钢的加热温度可采用铁碳平衡图确定。由于钢内偏析、非金属夹杂促使熔点降低其最高加热温度应比固相线低100150。加热优质碳素结构钢的加热温度应同时考虑铁碳平衡图和表面脱碳问题。为使脱碳层处在标准范围内，应适当降低坯料的加热温度。低合金钢的加热温度主要依据由含碳量来确定。高合金钢的加热温度不仅参照相图，还应考虑塑性图、变形抗力曲线和金相组织加以确定。钢的最低加热温度，应由终轧温度并考虑坯料出炉及轧制过程的热损失来确定。2、加热速度单位时间内，钢在加热时的温度变化，叫钢的加热速度。由于金属的热阻，坯料在加热过程中表面温度总比中心温度升得快即表面热膨胀大于中心热膨胀从而在坯料内部产生温度应力，即内应力，该应力取决于温度梯度。加热速度愈快，温度梯度愈大，其热应力就愈大。当热应力超过钢的破裂强度极限时，坯料内部将产生裂纹。因此，要严格控制钢的加热速度，使热应力在允许的范围内。3、加热制度钢在加热炉内加热升温的温度变化过程叫钢的加热制度。钢的加热制度同坯料的钢种、尺寸形状、冷装或热装的方式、炉膛结构及坯料在炉内布置等因素有关。在连续式加热炉内，按炉内温度变化，加热制度可分为一段式加热制度、二段式加热制度、三段式加热制度和多段式加热制度。7.2 钢的轧制过程板带的轧制过程可分为除鳞、粗轧和精轧几个阶段。7.2.1除鳞除鳞是要将炉生铁皮和次生铁皮除净以免压入表面产生缺陷。这必须在轧制开始趁铁皮尚未压入表面时进行。除鳞方法有多种，例如投以竹枝、杏条、食盐等，或采用辊压机、钢丝刷，或用压缩空气、蒸汽吹扫、或用除鳞机和高压水等等。实践表明，现代工厂只采用投资很少的高压水除鳞箱及轧机前后的高压水喷头即可满足除鳞要求，其水压过去为12MPa左右，嫌低，现已采用1525MPa以上，合金钢则需更高的水压值。 7.2.2粗轧 考虑到缩短车间长度和粗轧时奥氏体回复再结晶程度以适应给冷轧薄板供坯的工艺需求，本次设计采用了两架独立的可逆粗轧机，板坯在粗轧机上共轧制六道次，如果板坯厚度小，粗轧还可以分配空轧道次，同样可达到节能效果。粗精轧间保温措施根据产品大纲要求，生产薄规格为1.23.0mm带钢要占50%以上，为提高精轧人口温度，减少中间坯头尾温差，提高终轧温度(绝大部分要在850以上)，保证带钢应有的质量、内部组织性能，粗、精轧间采用保温设施是必要的：(1)精轧人口温度每提高10，精轧出口温度(即终轧温度)才提高1。而确保带钢终轧温度，对保证带钢内部组织性能、质量又是至关重要的。提高带钢终轧温度比较好的、经济的办法之一，就是在粗精轧间采用保温设施。(2)由于本产品大纲主要生产薄规格带钢，精轧机组利用能力有限，势必考虑中间坯厚度要薄一些(20-40mm)，不可能太厚。这样，较薄的中间坯在粗精轧辊道上势必产生较大的辐射温降。为减少温降，在粗精轧间采用保温设施显得必不可少。用于粗精轧间保温设施有3种：加热式辊道保温炉、热卷箱、保温罩。经比较分析，粗精轧间采用了热卷箱保温更合理，原因如下：加热式辊道保温炉有热源，均匀中间坯头尾温度、减少中间坯横断面温差效果最好，但由于受其内部耐热辊道耐高温性限制，每年炉内辊道基本要全部更换，生产、维护费用增加；热卷箱无热源，保温效果较好，一次性设备投资虽高一些，但技术成熟，设备运转可靠，生产、维护费用较低；保温罩，无热源，均匀板坯头尾温度、减少中间坯横断面温差效果最差，只比粗精轧间没有保温设施强一些。所以本次设计中间保温措施选用热卷箱，热卷箱在卷取和反开卷过程中，粗轧阶段产生的二次氧化铁皮得以疏松，大块氧化铁皮从带坯表面脱落。实际上，采用热卷箱可以起到机械除鳞作用，显著增强了精轧机组前除鳞箱的使用效果。终轧温度和卷取温度是影响热轧带钢力学性能的两个重要参数，二者对热轧带钢横向、纵向的力学性能有着重要影响。采用热卷箱后，精轧机组开轧温度和终轧温度得到有效控制，仅用前馈方式即可得到较高的卷取温度控制精度，带钢全长可获得均匀细小的珠光体组织，性能废品率由原来的0.8%下降到0.3%此外，热卷箱的投入，精轧温度变化小，轧制状况稳定，带钢外形尺寸得到良好控制。在轧制3.Omm带钢时，除了带钢头部的5m，由于穿带时建立张力引起的偏厚0.15mm，以及带钢尾部的8m，由于抛钢降速和失去张力引起的偏厚0.10.2mm外，其余部分通常板厚度差控制在0.5mm以内，大大提高了产品质量。中间板坯从热卷箱出来后经过切头剪、除鳞箱后进入精轧机组8。7.2.3精轧精轧机组的布置为七机架连轧。带坯在进入精轧机之前，首先要进行测温、测厚并接着用飞剪切去头部和尾部。切头的目的是为了除去温度过低的头部以免损伤辊面，并防止“舌头”、“鱼尾”卡在机架间的导卫装置或辊道缝隙中。有时还要把轧件的后端切去，以防后端的“鱼尾”或“舌头”给卷取及其后的精整工序带来困难。现代的切头飞剪机一般装置有两对刀刃，一对为弧形刀，用以切头，这有利于减小轧机咬人时的冲击负荷也有利于咬钢和减小剪切力。精轧段采取如图21所示的速度制度图图21精轧速度图图中(A)段从带钢进入F1F7机架，直致其头部到达计时器设定值P点(050m)为止，保持恒定的穿带速度；(B)段为带钢前端从P点到进人卷取机为止，进行较低的加速；(c)段从前端进入卷取机卷上后开始到预先给定的速度上限为止，进行较高的加速，此加速主要取决于终轧温度和提高产量的要求；(D)达到最高速度后，至带钢尾部离开减速开始机架(F1)为止，维持最高速度；(E)带钢尾端离开最末机架后，到达卷取机前要使带钢停住，但若减速过急，则会使带钢在输出辊道上堆叠，因此当后端尚未出精轧机组之前，就应提前减速到规定的速度，(F)带钢离开最未架(F7)以后，立即将轧机转速回复到后续带钢的穿带速度。在精轧机组各机架之间设有活套支持器。其作用，一是缓冲金属流量的变化，给控制调整以时间，并防止成叠进钢，造成事故；二是调节各架的轧制速度以保持连轧常数，当各种工艺参数产生波动时发出信号和命令，以便快速进行调整；三是带钢能在一定范围内保持恒定的小张力，防止因张力过大引起带钢拉缩，造成宽度不均甚至拉断。最后几个精轧机架间的活套支持器，还可以调节张力，以控制带钢厚度。因此，对活套支持器的基本要求便是动作反应要快而且自动进行控制，并能在活套变化时始终保持恒张力。活套支持器可分为电动、气动、液压及气一液联合的几种。本设计取电动式活套。7.3 轧后冷却及卷取本设计采用层流冷却的方法，然后进卷取机。卷取温度和终轧温度一样，对带钢的金相组织影响很大，是决定成品带钢加工性能，力学性能，物理性能的重要工艺参数之一。卷取温度控制，本质上是热轧带钢生产中的轧后控制冷却，而轧后控制冷却影响产品质量的主要因素是，冷却开始和终了的温度（冷却开始温度基本上就是终轧温度）冷却速度以及冷却的均匀程度。卷取温度应该在670以下，约为600650。在此温度段内，带钢的金相组织已经定型，可以缓慢冷却，而缓慢冷却对减少带钢的内应力也是有利的。过高的卷取温度，将会因为卷取后的再结晶和缓慢冷却而产生的粗晶组织以及碳化物的集聚，导致力学性能变坏，以及产生坚硬的氧化铁皮，使酸洗困难，如果卷取温度过低，一方面使卷取困难，而且有残余应力存在容易松卷，影响成品带钢的质量；另一方面，卷取后也没有足够的温度使过饱和的碳氮化合物析出，影响轧材性能。因此，将带钢卷取温度控制在由钢的内部金相组织所确定的范围内，是带钢质量的又一关键控制措施。不同品种，规格的带钢，在精轧机组的终轧温度一般约为800900，而高取相硅钢的终轧温度通常为980，带钢在100多米长的输出辊道上的运输时间仅仅约为5秒到15秒，为了在这么短的时间内使带钢温度降低200350，仅靠在输出辊道上的辐射散热和向辊道传热等自然冷却是不可能的，必须在输出辊道的很长一段距离（70米80米）上，设置高冷却效率的喷水装置，对带钢上下表面喷水，进行强制冷却，并对水量进行准确控制，以满足卷取温度的要求。为了提高冷却效果，曾经提出过各种冷却方式，实验证明低压大水量的冷却系统的冷却效果比较好，20世纪60年代以来所建的热轧带钢轧机，绝大部分采用低压大水量的层流冷却，在输出辊道上部为分组密闭式冷却水箱，装有一定数量的虹吸管，下部则为带压力的喷嘴式冷却系统，层流冷却几乎使钢板泡在水中，并且通过辊道两侧装置的侧嘴不断的吹动钢板表面的水，使水按照一定方向流动，使得带钢表面上的水不断更新，大大提高了冷却效果（比喷水提高3040）。8 金属平衡与其他消耗轧钢生产中主要原料机动力消耗有：金属、燃料、电力、轧辊、水、油、压缩空气、氧气、蒸气和耐火材料等。由于生产条件不同，或者由于技术操作水平和生产管理水平不同，不同车间上述消耗指标会有很大的差异；就是同一车间在不同时期，各种指标也可能因某种原因而发生变化。因此，要经常掌握和研究各类产品的各种消耗指标，才能了解和改进生产。8.1 金属平衡金属消耗是轧钢生产中最重要的消耗，通常它占产品成本的一半以上，因此，降低金属消耗对节约金属、降低产品成本有重要意义。金属消耗指标通常以金属消耗系数表示，它的含义是生产一吨合格钢材需要的钢锭或钢坯量。其计算公式为：.（65）式中：K金属消耗系数； W投入坯料重景(吨)； Q合格产品重量(吨)。金属消耗一般由下列的金属损耗所组成：1)烧损；2)切头、切尾、切边造成的损失；3)情理表面损耗(包括酸洗损耗)；4)轧废；5)由于加热、精整造成的缺陷以及钢号混乱所造成的损失等。8.1.1 烧损烧损就是金属在高温状态下的氧化损失。它包括坯料在加热过程中生成的氧化铁皮和轧制过程中形成的二次氧化铁皮，但前者是主要的。从钢坯到合格产品的整个生产过程中，金属要经过多次加热和冷却。据统计，在生产的全过程中金属的烧损总量可达到56。不仅如此，钢的氧化还降低钢的导热能力，恶化炉子操作条件，还对轧件咬入和钢材表面质量产生重要影响。因此，减少金属的氧化损失确是轧钢生产中的一个课题。烧损与加热温度、加热时间，特别是在高温条件下的停留时间、炉内气氛、钢的化学成分等因素有关。实践证明，加热温度愈高，在高温停留的时间愈长，炉内氧化性气氛越浓，则加热产生的烧损愈多。轧钢生产中金属的一次加热轧制所形成的氧化铁皮损失一般在23左右。本次取1%。8.1.2 切损切损包括切头、切尾、切边和由于局部质量不合格而必须切除所造成的金属损失。切损主要与钢种、钢材种类及其要求、坯料尺寸计算的精确度以及选用的原料状况有关。采用钢锭作原料，由于缩空和轧制产生的“燕尾”必须切除而有较大的金属消耗。尤其是镇静钢切除量达1418%，沸腾钢切除量只有58%。而合金钢高达1022%。因此合理的选择坯料、精确计算坯料尺寸和成品尺寸之间的关系是减少切损的重要措施。钢板因为切边等原因增加了切除长度，它们的切损量大于型钢，一般可达10%以上。本次取8.5%。8.1.3 清理表面损失清理金属表面的损失包括原料表面缺陷处理、酸洗以及轧后成品表面缺陷处理所造成的金属损失。由于钢种和清理方法不同，以及钢材的要求不一样，因此造成的金属清理损失也不相同。一般在13%的范围内。本次取2%。8.1.4 轧废轧废是由于操作不当、管理不善或者出现事故所造成的废品损失，合金钢因要求较高，生产困难，轧废量较多，一般为13%；而碳钢则可小于1%。本次取0.5%。8.1.5加热、精整造成的缺陷以及钢号混乱所造成的损失生产过程中除以上所述金属损失外，还有取样、检验、铣头钻眼、混号等造成的金属损失，但数量不大，均不超过1%。本次取0.6%。总金属损失量为：（1+8.5+2+0.5+0.6）%=12.6%8.2 其他消耗其它消耗主要有：燃料、油、电力、轧辊、水、压缩空气、氧气、蒸气等。8.2.1 燃料消耗轧钢车间的燃料消耗主要用于坯料加热。常用的燃料有煤、煤粉、煤气和重油等。其消耗量一般用每吨刚才需要消耗多少热量来表示。每吨钢材的燃料消决定于加热时间与加热制度、加热炉的结构和产量、坯料的钢种和断面尺寸、入炉时料的温度等因素。因此提高轧机作业率、提高炉子生产率是减少单位燃料消耗的重要途径。另外，坯料断面越小、加热时间越短、炉子的热损越少，则燃料消耗也就减少。8.2.2 电力消耗轧钢车间的电能消耗主要用于驱动轧机的主电机和车间内各类辅助设备的电机。照明用电只占耗电总量中的很少部分。每吨钢材的电能消耗与钢种、 产品种类、轧制道次、轧制温度及车间用电设备的多少有关。轧制的总延伸系数愈大，或者轧制道次愈多，电能消耗愈大。轧制钢板比轧制型钢、钢管的电能消耗大；轧制合金钢比轧制普碳钢为高。初轧生产的终轧温度高，机时产量大，车间内轴助设备相应地少，因而其电能消耗比其他轧钢车间为少。8.2.3 轧辊消耗轧辊是轧机的主要备件，其消耗量取决于轧辊每车削一次所能轧出的钢材数量和一对轧辊所能车削的次数。表示轧辊消耗量的单位是每吨钢材平均消耗轧辊的重量。显然轧辊车削次所能轧出的钢材数量越多、一对轧辊车削的次数越多，辊耗量愈少。反之则辊耗量越大。影响轧辊消耗量的因素很多，主要有：1)轧机型式及机架数目；2)轧辊材质；3)所轧钢材的钢种和产品形状的复杂程度；4)轧制过程中金属变形的均匀性；5)轧制时采用的冷却方法和工作条件；6)轧制操作的技术水平以及轧辊的加工方法等。近几年来，随着轧机产量的提高、轧辊材质的改善、轧辊制造方法的变更、轧辊热处理工艺的革新以及轧辊焊补技术的进步，轧辊使用寿命得到延长，轧制钢材数量增多，轧辊消耗量不断降低。8.2.4 水的消耗轧钢车间用水按其用途可以分为：1)生产用水；2)生活用水；3)劳动保护用水。这三项用水中后两项用水量不大，生产用水是轧钢厂水耗量的主要方面。生产用水主要用于各项设备(加热炉、轧机、热锯等)和钢材的冷却、冲刷氧化铁皮、酸洗、清洗用水以及动力用水等。轧钢车间水耗量有两种表示方法。一种是以生产每吨合格钢材耗用的水量表示，一种是用单位时间内的耗水量来表示。轧钢车间耗水量主要取决于车间规模的大小、用水设备的多少、每项设备的需水量以及用水项目的多少和它的需水情况。在作设计时除向有关单位提出需水量外，还应提山水质、水温、水压以及供水方法(连续供水还是间断供水等)等内容，以便设计部门在车间建设时能考虑和满足这些要求。8.2.5 压缩空气消耗轧钢车间的压缩空气主要用作动力如加热炉炉门升降、穿孔机、风铲清理、冷却等。压缩空气消耗不能代表轧钢车间生产技术管理水平，因为使用压缩空气的设备种类和数量各个车间是不同的。生产一吨合格产品所耗用的压缩空气量叫作单位产品的压缩空气消耗量。轧钢车间用压缩空气的压力一般为46个大气压。8.2.6 润滑油消耗轧钢车间润滑油消耗包括工艺润滑油的消耗、轧机油压平衡用消耗、各类轴承油耗等。润滑油消耗量的多少与车间类型、设备类型等因素有关。一般冷轧生产用油为多；高速轧机用油较多；现代化轧机用油较多。生产一吨合格钢材所消耗的润滑油，叫轧钢车间的单位产品润滑油耗。8.2.7 蒸汽消能蒸汽在轧钢车间主要用于冲刷煤气管道、冬季润滑油的保温、酸洗工段酸洗溶液从水洗槽的加热、薄板轧机轧辊的冷却、重油燃烧的雾化等。轧钢车间使用的蒸汽温度一般为150，压力根据用途确定。例如，用于吹碎薄板表面氧化铁皮的蒸汽压力为16个大气压；用于清除钢轨、钢梁表面氧化铁皮的蒸汽压力为9个大气压力；其他用途的蒸汽压力均为46个大气压。根据使用情况蒸汽供应的方法有连续供应、定期供应和间断供应三种，如冬季油库加热用的蒸汽就需要连续供应。无论用哪种方式供应，蒸汽消耗都按每小时需要多少吨来计算。8.2.8 氧气消耗轧钢车间氧气主要用于废品切割、坯料的表面清理以及检修各类设备等。由于轧钢车间具体的工艺设备条件不同，所消耗的氧气数量也不一样。在轧钢生产中供应的氧气有二种方法，一种是瓶装运输供应，一种是由氧气管道集中供应。如氧气供应量不大，采用瓶装供应方便灵活，工作地点不受限制。当采用瓶装供应时，氧气消耗量按每日需多少瓶计；当采用管道集中供应肘，氧气消耗量则按每小时需用多少立方米计量。8.2.9 耐火材料消耗耐火材料主要用于加热设备和热处理设备筑炉材料，因此轧钢车间耐火材料消耗主要取决于加热炉的种类、大小和数星以及炉子操作技术水平、检修计划等因素(通常加热炉小修需更换1020%的耐火材料，而大修一次则需更换7080%的耐火材料)。生产一吨合格钢材所耗用的耐火材料称为单位产品耐火材料消耗，用以考核车间耐火材料消耗情况。9 板带精度控制在热连轧生产中，凸度和厚度是表示带钢板形的两个重要指标。对凸度控制和厚度控制做了进一步探讨。9.1 板带凸度的研究工作辊热凸度计算模型针对热连轧精轧机组的轧制条件，采用类似有限元的离散处理方法，将轧辊半径方向分成4层10 段，如图15所示。通过分别计算在不同环境下轧辊各层各段的热传输情况，从而计算出轧辊各层各段的温度。根据轧辊温度分布，可分别计算各层各段的热膨胀量，最后每段各层叠加，得到最终的各段热膨胀量，从而计算轧辊的热凸度。图22轧辊热凸度计算模型示意图板凸度调整模型和CVC工作辊横移设定模型轧件的板凸度
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