冷轧薄板车间设计毕业论文.doc

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 页 冷轧薄板车间设计冷轧薄板车间设计毕业论文毕业论文 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 目 录 III 1 综 述 1 1 1 冷轧薄板简介 1 1 2 冷轧薄钢板生产工艺特点 2 1 3 冷轧钢板的分类 3 1 4 冷轧薄板的质量控制 3 1 4 1 钢的化学成分对成品性能的影响 3 1 4 2 热轧带钢对冷轧钢板性能和组织的影响 5 1 4 3 原料的几何尺寸对冷轧成品尺寸的影响 6 1 4 4 坯料常见缺陷以及对冷轧生产的影响 7 1 4 5 退火工序中存在的缺陷 8 1 4 6 冷轧工艺的表面缺陷 9 1 5 冷轧薄板钢生产的发展 11 1 6 当今现代轧制工艺技术的特点 13 1 6 1 大力开发高精度轧制技术 13 1 6 2 轧制过程的自动控制和智能控制技术 13 2 产品方案确定 14 2 1 产品方案 14 2 2 生产方案 14 2 3 产品性质 15 3 冷轧薄板轧制工艺过程 16 3 1 轧制工艺过程 16 3 2 各工艺流程环节简介 17 3 2 1 酸洗 17 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 I 页 3 2 2 冷轧 20 3 2 3 热处理 24 3 2 4 精整 35 3 3 金属平衡表的制定 37 3 3 1 金属平衡 37 3 3 2 金属平衡表的制定 37 4 机组与参数选择 38 4 1 机组参数 38 4 2 酸洗 冷轧机组 38 4 3 连续退火机组 42 4 4 单机架平整机 44 4 5 重卷机组 46 5 轧制制度的制定 47 5 1 下压规程的制定 47 5 2 轧制力的计算 47 6 生产组织和经济技术指标 54 6 1 车间劳动组织和人员配备 54 6 1 1 生产人员 54 6 1 2 技术人员 54 6 1 3 行政管理人员 54 6 1 4 其他人员 54 6 2 车间年产量计算 55 6 2 1 轧制工作图表 55 6 2 2 轧机轧制结构的确定 55 6 2 3 轧机的小时产量 56 6 2 4 轧机的平均小时产量 57 6 2 5 影响轧机小时产量的因素 58 6 2 6 车间年产量计算 58 6 3 轧钢厂的环保 59 6 3 1 绿化 59 6 3 2 各类有害物质的控制及防治 59 6 3 3 节能 61 6 4 车间平面布置 61 6 4 1 仓库面积计算 61 6 4 2 设备间距确定 62 6 4 3 车间跨距组成 62 专题部分 63 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 II 页 致 谢 72 参考文献 73 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 0 页 1 综 述 1 1 冷轧薄板简介 金属在再结晶温度以下进行轧制变形叫做冷轧 一般指薄板不经加热而在室温直 接进行轧制加工 冷轧后的带钢可能烫手 但还是叫冷轧 1 钢的冷轧是在 19 世纪中叶始于德国 当时只能生产宽度 20 25mm 的冷轧薄板 美国 1859 年建立了 25mm 冷轧机 1887 年生产出宽度为 l50mm 的低碳钢板 1880 年 以后冷轧钢板生产在美国 德国发展很快 产品宽度不断扩大 并逐步建立了附属设 备 如剪切 矫直 平整和热处理设备等 产品质量也有了提高 宽的冷轧薄板 韧带 是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的 首先是美国早在 1920 年第一次成功地轧制出宽带钢 并很快由单机不可逆轧制而跨入单机可逆式轧制 1926 年阿姆柯公司巴持勒工厂建成四机架冷连轧机 我国冷轧宽带钢的生产开始于 1960 年 首先建立了 1700mm 单机可逆式冷轧机 以后陆续投产了 1200mm 单机可道式冷轧机 Mxw1400mm 偏八辊轧机 1150mm 二十 辊冷轧机和 1250mmHC 单机可逆式冷轧机等 70 年代投产了我国第一套 1700mm 连续 式五机架冷轧机 1988 年建成了 2030mm 五机架全连续冷轧机 近年来我国冷轧薄板 生产能力增加了 20 多倍 生产装备技术水平已由只能生产低碳薄板而发展到能生产高 碳钢 合金钢 高合金钢 不锈耐热冷轧薄板 镀锌板 涂层钢板 塑料复合薄板和 硅钢片等 但随着四化建设的发展 无论在数量和品种质量上都远远满足不了四化建 设发展的需要 为此我们必须增建新轮机 改造现有冷轧机 大力发展冷轧生产 冷轧生产可提供大量高精确度和性能优良的钢板和带材 其最主要的特点是加工 温度低 同热轧生产相比 它有以下优点 1 冷轧带钢产品尺寸精确 厚度均匀 带钢厚度差一般不超过 0 01 0 03mm 或更 小 完全可以符合高精度公差的要求 2 可获得热轧无法生产的极薄带材 最薄可达 0 001mm 以下 3 冷轧产品表面质量优越 不存在热轧带钢常常出现的麻点 压入氧化铁皮等缺陷 并且可根据用户的要求 生产出不同表面粗糙度的带钢 光泽面或麻糙面等 以利于下 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页 道工序的加工 4 冷轧带钢具有很好的力学性能和工艺性能 如较高的强度 较低的屈服极限 良 好的深冲性能等 5 可实现高速轧制和全连续轧制 具有很高的生产率 1 2 冷轧薄钢板生产工艺特点 冷轧的生产方法较好的解决了钢板在热轧过程中温度和温度降不均匀 性能不一 致的问题 保证良好的板型及表面光洁度 冷轧带钢的轧制工艺特点有以下 3 点 2 1 在轧制过程中产生不同程度的加工硬化 加工硬化超过一定程度后 带钢因过分 硬脆而不适于继续轧制 因此带钢经冷轧一定的道次 即完成一定的冷轧总压下量 之后 往往要经软化热处理 再结晶退火等 使轧件恢复塑性 降低变形抗力 以便继续轧薄 在冷轧生产过程中 每次软化退火之前完成的冷轧工作称为一个 轧程 在一定 轧制条件下 钢质愈硬 成品愈薄 所需的轧程愈多 2 过程必须采用工艺冷却和润滑 冷轧带钢的变形功约有 84 88 转变为热能 使带钢与轧辊的温度升高 故须采用冷却措施 辊面温度过高会引起工作辊淬火层硬 度下降 影响带钢的表面质量和轧辊寿命 辊温的升高和辊温分布不均匀会破坏正常 的辊形 直接影响带钢的板形和尺寸精度 同时 辊温过高也会使冷轧工艺润滑剂失 效 油膜破裂 使冷轧不能顺利进行 为了保证冷轧的正常生产 对轧辊和带钢应采取有效的冷却与调节辊温的措施 水是比较理想的冷却剂 油的冷却能力则比水差得多 因此大多数生产轧机都用 以水为主要成分的冷却剂 冷轧采用工艺润滑的主要作用是减小金属的变形抗力 这样在已有的轧机能力条 件下实现更大的压下 还可使轧机生产出更薄的产品 工艺润滑对降低轧辊的温升也 起到良好的作用 采用工艺润滑还可起到防止金属粘辊的作用 常用的工艺润滑剂有 乳化液 各种黏度的矿物油 机油等 和动 植物油 牛油 菜油 棕榈油等 3 采用张力轧制 张力轧制就是带钢在轧辊中轧制变形是在一定前张力和后张力作 用下进行的 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页 1 3 冷轧钢板的分类 表 1 11 1 冷轧产品主要牌号 标准 规格及用途 品名牌号供货标准或 技术条件 规格 厚 宽 mm 主要用途 Q195 235A B F GB11253 St12Q ASB312 普碳钢 CQ SPCCQ ASB311 0 3 3 5 800 1550一般成形加工用钢 如 自 行车配件 水箱外壳 制桶 等 A08Q ASB 80 Q ASB 8008Al 10 50 GB13237 St13Q ASB312 优结钢 DQ SPCDQ ASB311 0 3 3 5 800 1550冲压成形加工用钢 如 汽 车门 窗 档泥板 农机配 件等 SC1GB5213 St14Q ASB312 深冲钢 DDQ SPCEQ ASB311 0 3 3 5 800 1550深冲压成形加工用钢 如 汽车油箱 前车灯 门 窗 顶盖等 06 08AlPQ ASB89含磷钢 10AlPQ ASB264 0 6 3 0 800 1300高强度冲压成形加工用钢 如 汽车顶盖 挡泥板等 05CuPCrNi鞍铁冷 2000 1 09CuPCrNi鞍铁冷 2000 1 1 5 3 0 800 1550铁道车辆车箱板耐候钢 10CrNiCu A 鞍电协 89 11 2 1 5 950 1050锅炉空气预热器 1 4 冷轧薄板的质量控制 1 4 1 钢的化学成分对成品性能的影响 钢的化学成分对性能的影响 特别是碳 锰 硅对产品力学性能的影响存在下列 关系 b 25 十 67C 十 14Mn 十 20Si 而抗拉强度 屈服强度 延伸率决定着冷轧产 品的使用性能 特别是薄板的成形性能 所以炼钢控制好化学成分 是保证生产出优 质冷轧汽车钢板的基础 钢中碳含量对成形性能的影响是通过影响屈服极限和塑性应 变比 R 值来实现的 碳对薄板成形性能的影响可以见图 1 1 标准规定 08F 钢碳含量 为 0 05 0 11 但常常保证不了成形性能 故控碳含量不大于 0 07 硫有提高屈服强度的趋势 硫化物夹杂促使钢中带状组织形成 恶化深冲性能 其关系见图 1 2 适量的铝能消除钢的时效硬化性 提高冲压性能 其关系见图 1 3 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页 图 1 1 塑性应变比 R 值与含碳量的关系 图 1 2 硫对屈服极限的影响 图 1 3 铝含量与屈服权限的关系 1 试样 1 2 试样 2 以同一钢种 08Al 为例 标准规定磷含量不大于 0 035 硫含量不大于 0 040 而 作为复杂冲制零件时必须把磷 硫含量分别控制在 0 020 和 0 030 以下 因为复杂 冲件要求钢板具有很高的塑性 许多工厂的工作经验指出 为了保证必须的工艺性能 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 和力学性能 钢的正常夹杂物含量要尽量低 锰含量下限可以降低 1949 年原苏联标准规定锰含量为 0 30 0 45 1990 年原 苏联标准改为 0 20 0 35 日本 JISG3141 69 规定锰含量没有下限 不大于 0 40 实际生产中 原苏联札波罗什冶金工厂锰含量下限为 0 25 日本福山 君津厂锰含 量下限一般限定为 0 23 我们的生产经验是当把锰含量下限限定在 0 20 0 23 时 虽然钢的性能有些提高 但热轮时边上有拉裂 所以把锰含量下限控制在 0 26 从冲压性能看 半镇静钢板比沸腾钢板冲废率低 3 沸腾钢板代表了第一代汽车 用钢板 它固溶氮含量较高 具有明显的应变时效性 具有较弱的 111 织构 冲压 成形性较差 不适用于深冲压制复杂零件 铝镇静钢板通过控制固溶和析出条件 可 以得到强的 111 织构 从而得到良好的冲压性能 R 为 1 4 1 8 迄今为止 大工业 生产中使用的各类冲压用薄板都是以铝镇静钢为基的 称之为第二代冲压汽车用钢板 对高强度薄板而言 力学性能波动保持较小具有重要的意义 除了总的加工性能 的限制外 较薄的钢板必须考虑深冲部件的回弹 弯折等 屈服极限的离散度反映出 成形性能的不同 因此连续退火的带钢要特别注意必须准确地保持化学成分 退火温 度和冷却温度的一致 添加微量合金元素可以有效地提高高强度形板的强度 然而为了达到采用微量元 素的目标值 需要综合化学元素的结合机理 在实践中重要微合金化元素的作用见表 l 2 表 1 2 冷轧薄板微合金化元素在钢中的作用 微合金化的作用元素 化合物 晶粒细化 通过滞后再结晶的亚结构 强化析出强化 与碳 氮的完全结构 组织的影响 晶粒界面结合 Nb C Ti C Nb C Ti C Nb C Ti C Nb C N TiN TiC Nb C Ti C BN B 偏析 1 4 2 热轧带钢对冷轧钢板性能和组织的影响 冷轧的原料是热轧带钢 其组织和性能直接影响到冷轧钢板的组织和性能 影响 热轧带钢组织和性能的因索除钢坯加热温度和保温时间之外 主要因索是终轧温度 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页 卷取温度 末道次压下率 以低碳钢为例 热轧 冷轧低碳钢的组织特征是铁素体晶 粒组织和一定数量的渗碳体 所以决定其性能好坏的钢的组织就是铁素体晶粒的大小 形状及均匀程度 其次就是渗碳体的尺寸大小及分布的弥散程度 假如冷轧带钢有很 粗大的晶粒 在冲压加工后 加工零件表面将形成粗糙表面 甚至导致冲压时开裂造 成废品 冷轧退火后钢板的铁素体晶粒大小 除与冷轧热处理条件有关外 也与热轧 带钢的显微组织有关 热轧带钢的显微组织特征保持在冷轧薄板上 冷轧不能消除热 轧变形时得到的粗大晶粒 过细晶粒及晶粒不均 这些都将遗传在冷轧带钢上 我们 除了注意冷轧热处理工艺条件之外 分析对比了冷轧产品晶粒度与热轧带钢组织的关 系 结果列于表 l 3 表 1 3 热轧带钢晶粒组织与冷扎成品晶粒度的关系 分类沸腾钢镇静钢 热带钢量 t 热带钢精粒为 9 10 级者 成品晶粒为 9 10 级者占原料为 9 10 级晶粒的百分比 2326 30 699 7t 20 1580 78 1235 9t 40 50 最高 79 1 4 3 原料的几何尺寸对冷轧成品尺寸的影响 冷轧原料的几何尺寸对冷轧生产十分重要 因为热轧产品横断面和长度上的厚度 不均 经冷轧后只能减轻 不能消除 冷轧原料头 尾尺寸差大 不仅使轧制困难 也使对焊时焊接不牢而产生断片 热轧带钢浪弧形太大和厚度不均也会严重影响冷轧 的正常进行 所以作为冷轧原料的热轧带钢必须严格按标准交货 为了进一步证实热 轧带钢横断面的变化对冷轧带钢横断面的影响 加拿大多法斯科工厂在五机架冷连轧 机上将 3 1 1000mm 热轧板卷轧成 0 93 1000mm 冷轧板 试验结果证明 热轧带钢经 过冷轧之后 其断面并未发生显著变化 矩形的断面仍是矩形的 凸形的断面仍是凸 形的 显然冷连轧机的辊缝在冷轧过程中并不能保持规定的几何形状 辊缝完全适应 热轧带钢横断面的变化 所以用户所要求的冷轧带钢横断面必须在热轧生产中形成 经过冷轧之后唯有距带钢边部 25mm 范围内冷轧板边部成薄了约 1 在冷连轧 1 号 和 2 号机架上锥形工作辊与工作辊轴向串移相结合是减少边部减薄的有效措施 上述 试验及生产实际都证明 冷轧薄板的相对横断而和平直度在热带钢轧机的精轧机组上 就已形成了 在冷轧机上只能改变绝对断面 如果试图改变相对断面 必然引起平直 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页 度的变化 因此构了保证冷轧最终产品的质量 对热轧带钢提出了很高的要求 规定 作为冷轧原料的热轧带钢 其相对断面厚度差 即同极差 要小于公称厚度的 1 从试验中还可看出 在热轧带钢凸度和冷轧带钢边浪之间有一个适当的相互关系 热轧带钢凸度每减少 10 m 边浪就增大 2 9I 热轧带钢凸度和冷轧带钢中间浪之间没 有相应的关系 综上所述 要生产出高产优质的冷轧薄钢板 热轧带钢的质量是最重要的基础保 证 1 4 4 坯料常见缺陷以及对冷轧生产的影响 冷轧所使用的各种形式坯料常见缺陷及其对冷轧生产的影响简述如下 1 宽度及厚度偏差 原料带钢宽度偏差是指带钢全长内偏离公称宽度的数值 实际 生产中带钢宽度往往是中间窄两头宽 有时中间窄得剪不着边 两头宽得剪下的毛边 超过了允许宽度 实践证明 带钢宽度超过最大允许偏差时 剪边过宽 入碎边剪后 不易被剪断 往往造成碎边剪出现事故 相反 当带钢宽度过窄时 剪边过窄 在带 钢中心出现偏离时 可能出现空过圆盘剪而造成空剪窄尺 当带钢在连续酸洗作业下 运行时 往往会出现跑偏事故 热轧带钢由于轧制过程中轧件温度不均匀和张力波动 通常头部较尾部厚 0 15 0 20mm 有时由于操作方面的原因 带钢某段出现一边厚一边薄 或一段厚一段 薄的现象 或者全长超厚现象 这些都会给开卷焊接及冷轧造成困难 因此 对于不 同厚度的原料带卷 其厚度偏差都有具体的要求 例如带钢厚度小于 3mm 时 厚度偏 差应为 0 20mm 带厚为 3 5mm 时 厚度偏差为 0 24mm 带厚大于 5mm 时 厚度 偏差应为 0 27mm 2 夹杂及氧化铁皮压入 从外观看较容易发现 夹杂和氧化铁皮压入采用酸洗的方 法多数是不易清除掉的 轻微的夹杂和氧化铁皮压人 即使能够酸洗掉 但会造成其 他部位板面过酸洗 个别情况将会使板面留下坑痕 冷轧后因坑痕扩大而造成废品 3 划伤 原料表面出现超过厚度正负偏差一半深度的划条称为划伤 这种缺陷在冷 轧过程中不易消除 最终会导致成品板带降级 实践证明 当原料表面存在不大于厚 度正负偏差一半的压痕 发裂 麻点 划伤 凸泡及轧辊网纹时 在 40 的冷轧压下 率轧制后基本上都可以消除 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页 4 气泡和结疤 气泡和结疤是指从外观上不易被发现的两种缺陷 它们只有当原料 经过酸洗后才暴露出来 气泡呈现为孔隙或裂缝状态 结疤呈现为凹坑状 经过冷轧 之后 这两种缺陷都不易被消除 5 边部或中部浪形 原料存在边部和中部浪形 是热轧产品的缺陷 往往是由于在 热轧过程中压下量不均 轧件加热不均匀 而使纵向延伸不均匀造成的 有这样缺陷 的热轧带卷 在连续机组上运行时 浪形下部表面往往出现新划伤 浪形严重时 剪 边后还会出现多肉和卷取后出现端部松紧不同等缺陷 以及跑偏 轧皱和轧制不稳定 等现象 6 镰刀弯和 S 弯 通常出现在热轧板带钢中 它是指板带钢中心线沿带钢长度方 向出现的镰刀形和 S 形的变化 有镰刀弯和 S 弯的原料在连续机组和在冷轧机组轧制 时 必然引起板带钢跑偏 严重时造成断带事故 同时它们在圆盘剪上剪切时 往往 不能保证带边均匀和取直 使带钢卷取时产生塔形 钢卷上下两端松紧不匀 产生镰刀弯和 S 弯的原因是 热轧过程中两边压下量不匀和加热温度不均 它属 于无法消除的缺陷 为保证冷轧过程顺利进行 带钢的镰刀弯应符合技术标准的规定 7 塔形 热轧带钢出现镰刀弯后 在卷取成卷时必然出现塔形 塔形钢卷在吊运和在辊道上运送时 塔峰易窝折或卡出破口 当窝折的折角小于 90 时 则必然被拉辊压成折叠 当破口深度超过剪边宽度时 破口则不能完全剪掉 当带钢跑偏时可能在破口处被拉裂 塔形钢卷在连续作业线和轧制过程中 钢卷中心 线不易始终对准作业线或轧制中心线 经常造成跑偏事故 8 扁卷 扁卷是在以钢卷为原料时出现的一种缺陷 它是在过高温度下卷取后 在 辊道上卧式放置运输时 吊卸不及时及钢卷互相冲撞挤压造成的 当扁卷的内径小于 开卷机的锥体最小直径时 则扁卷只有被判废改作它用 9 长舌头 长舌头多出现在热轧带钢的尾部 它是因为带钢在轧制过程中尾端失去 控制 使其延伸自由所造成的 有长舌头的钢卷不利于开卷 往往需要多次反复才能 拆开 同时 由于增加了切头质量 使金属成材率降低 另外 热轧带钢卷外圈应标明炉罐号 钢质 规格 质量及卷序号等 以防混淆 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页 1 4 5 退火工序中存在的缺陷 粘结 氧化色和性能不合格是冷轧薄板退火工序中存在的三大问题 尤其是粘结 与氧化色这两种缺陷较为突出 1 粘结 1 缺陷特征 退火钢卷层间互相粘在一起称粘结 粘结的形式有点状 线状和大 块面粘合 粘结较严重时 手摸有突起感觉 多分布于带钢的边部或中间 严重的面 粘结 开卷时被撕裂或出现孔洞 甚至无法开卷 成为 死卷 2 产生原因 张力过大 板形不良 卷取时出现参差不齐的溢出边 乳化液不纯 超温 气体循环不良 带钢表面粗糙度太小 钢质太软 3 预防及消除方法 正确选择卷曲张力 控制工作辊粗糙度 控制好板形和卷形 按堆垛原则堆垛 将塔形卷 溢出边卷放置钢垛上部 遵守操作规程 控制退火温度 和时间 保证退火设备的完整性 检测仪表准确 热电偶插放到位等 2 氧化色 氧化边 1 缺陷特征 钢板及钢带表面被氧化 其颜色由边部的深蓝色逐步过渡到浅蓝色 淡黄色 统称氧化色 2 产生原因 退火时保护罩密封不严或漏气 发生化学反应 保护罩吊罩过早 高温出炉 钢卷温度 200 钢卷边缘表面氧化 保护气体成分不纯 CO 和 CO2比 例不和造成碳的沉积 加热前预吹洗时间不足 炉内存在残氧 钢卷在氧化性气氛中 退火 3 预防及消除方法 带钢表面的乳化液应吹干净 减少进入炉内的水份和残渣 装炉盖罩后 必须进行密封性检查 保证预吹洗时间 尽量吹净退火空间的空气 避 免钢卷氧化 确保保护气体成份 露点 严禁高温出炉 发现严重氧化时 必须重新 退火除氧 经常检查控制仪表的工作状态及热电偶插放位置 3 乳化液斑点 1 缺陷特征 经退火的钢板表面呈现不规则的或像小岛形状的黑色 褐色图形 常出现在带钢的头尾部 有时出现在带钢边部 有时带钢通长都有 2 产生原因 在轧机出口处乳化液未吹干净 残留在带钢表面上 穿带时风机未 开 甩尾时风机关闭 装炉后预吹洗时间不足 加热时乳化液碳化形成斑点 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 9 页 3 预防及消除方法 吹风设备良好 风压达到工艺要求 发现吹不干净 应查找 原因 及时处理 保证预吹洗时间 1 4 6 冷轧工艺的表面缺陷 冷板市场对冷轧板质量提出了更高的要求 表面质量越来越受到人们的关注 尤 其家电面板 搪瓷用料 汽车用板等行业 冷轧板表面质量的好坏直接影响这些行业 产品质量 冷轧板面质量一般表现为 洁净度 锈蚀 划痕 辊痕 夹杂 横 折 印等 下面从冷轧生产的几个方面对冷轧板表面质量进行分析 1 酸洗工序的影响 酸洗的主要目的是去掉钢板表面的氧化铁皮 保证下道轧制工序的顺利进行 本 工序的工艺流程 上卷开卷 酸洗 水冲洗 碱中和 烘干 卷取 1 酸洗的影响 酸洗工序的酸洗为主要环节 酸洗温度 时间 直接影响板带钢的表面质量 酸 洗时间短会造成欠酸洗 铁锈和氧化层清洗不干净 轧钢时会造成表面颜色发暗 严 重的使表面形成 花脸 过酸洗会使酸液与带钢基体发生反应 造成板面出现麻点或 麻面 2 冷水冲洗和碱中和 作用主要是消除酸洗带钢表面上的残酸 如果由于本工序不到位 造成表面残酸 存留 酸洗一天后的带卷会发生表面锈蚀 影响表面质量 而无残酸存留的带卷在空 气中可保留一周也不会出现锈蚀的情况 2 轧制的影响 1 乳化液的影响 乳化液在冷轧过程中既是冷却介质又是润滑剂 在退火过程中燃烧形成残渣 且 退火时火焰气氛与残留物中的油脂产生分解反应 析出碳附着于钢板表面 影响表面 质量 2 轧制系统振动的影响 轧机和带钢共同组成了一个非常复杂的质量弹簧系统 当此系统受到激发时开始 振动 一般产生与轧辊轴线成一定角度的周期横纹 振动一般表现在轧辊在垂直面的 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 10 页 振动 3 平整拉矫的影响 在这两个工序中易产生的缺陷为折印 是一种比较常见的缺陷 不仅影响板带表 面质量 而且还影响力学性能 冲压时易发生破裂 该缺陷一般发生在板带钢边部 产生的原因有以下几方面 1 带钢板形不好 在轧制过程中出现较明显的边浪 平整开卷时出现边部折印 平整时由于边部平 整量小 不足以消除折印 2 退火温度不当 带钢在退火时采用过高的温度 降温段出现急冷或降温速度过快 引起钢卷的热 胀冷缩速度过快 出现应力 在下道工序平整或拉矫开卷时会由于层间粘连而产生折 印 3 拉矫前温度过高 带卷温度高时金属分子比较活跃 带钢受拉时很容易从弹性变形区跳跃到塑性变 形区 在带钢表面产生滑移线 导致折印 表面缺陷具体种类如下表 1 4 表 1 4 冷轧带钢表面缺陷 缺陷名称 产生原因 防止措施 擦伤1 酸洗预涂油不适当 轧机卷取速不 良 2 酸洗和冷轧入口侧带钢卷松散 卷 紧 3 酸洗入口侧活套坑内带钢弯曲部分 相互擦伤 1 酸洗时 预涂油量要适当 2 正确选择酸洗卷取张力和冷扎入口 张力 3 防止冷扎加速时的张力波动 热擦痕轧辊和带钢温升过高 轧制油局部恶化 润滑不良造成热擦伤 1 正确选择轧制油浓度 油种 2 机架负荷平均分配 3 正确选择冷却剂温度 轧制速度要 与润滑性匹配 边裂1 酸洗时剪边不良 2 冷轧时导卫不良造成边部龟裂 3 带钢卷边部由吊装工具碰撞造成边 裂 1 剪切机刀具的锋利性管理 2 导卫装置的磨损和水锈等附着 以 及使用情况的管理 3 确保热轧板组织稳定区域的温度 辊痕1 重皮或边裂等异物粘在轧辊上 轧 辊的这些压痕印在带钢上 2 其他原因如带钢咬入不良 带钢卷 1 重皮或结疤等缺陷在酸洗线上去除 2 两侧压下要正确选择 3 咬入时轧辊润滑要均匀 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 11 页 部分剪切不良 导卫板粘结 轧制 油或冷却液混入异物 轧辊激冷剥 落等 4 导卫装置宽度要合适 5 酸洗线剪切机要管理刀具锋利性 6 酸洗线焊接毛刺要去净 轧辊打滑痕支撑辊和工作辊之间打滑造成的轧辊滑 痕 这在支撑辊转动不良 压下不足或 轧制润滑油润滑能力过大时发生 1 正确选择各机架的压力和速度 2 防止轧制润滑油过多 3 确保油膜轴承的温度适当 振纹几十毫米节距的板厚急剧变化 轧制油 润滑性不合适和机械系统的振动 使中 性点大幅度变动引起的 1 支撑辊 工作辊的偏心 凸度和轴 承的管理 2 连接轴间隙的调整 3 合理选择轧制润滑油 粘结紧卷退火时 钢板层间局部压力大 在 较高温度处 相邻层间可能发生粘连 平整后形成弯月状或弧形的凹印 严重 时出现漏眼 粘结处金属加工硬化 塑 性降低 1 轧后进行松卷 减少层间压力 或 减少成品道次张力 2 退火时控制炉温 使温度均匀 3 焊缝要轧平 减少吊运时碰撞 表面粗糙轧辊表面树枝状缺陷转印在带钢表面 轧辊表面树枝状缺陷在轧辊轧制一定长 度带材以后容易产生 1 规定最末机架轧辊轧制带材的长度 2 使用树枝状组织细胞的轧辊 1 5 冷轧薄板钢生产的发展 薄板的生产技术是钢铁工业发展水平的一个重要标志 薄钢板除了供汽车 农机 化工 食品罐头 建筑 电器等工业使用外 还与日常生活有直接关系 如家用电冰 箱 洗衣机 电视机等都需要薄钢板 因而在一些工业发达的国家中 薄钢板占钢材 的比例逐年增加 在薄板 带钢中 冷轧产品占很大部分 近年来 冷轧带钢生产技术的发展主要有以下几个方面 1 增加钢卷质 重 量 增加钢卷质量是提高设备生产能力的有效方法 因为冷轧板 带钢是以钢卷方式生产的 每一个钢卷在送到机组内轧制或处理前 都必须经过拆捆 开卷 穿带 然后加速到正常速度工作 在每一卷终了时又需要有减速 剪切 卷取 及卸卷的过程 占用较多的生产时间 钢卷质量增大后 可相应地增加作业的时间 而且由于每卷板带钢长度的增加 钢板在稳定速度下轧制的时间也相应增加 机组的 速度才能真正得到提高 带钢的质量也才能得以改善 然而 钢卷质量也不可无限制 地增加 它受到开卷机 卷取机等机械设备的结构与强度的限制 也受到电动机调速 范围的限制 而且卷重太大还会给车间内钢卷的运输和存放带来困难 目前 冷轧带 卷的质量已达 40t 个别的达到 60t 以带钢单位宽度计算的卷重达到 30 36kg mm 2 提高机组和轧机的速度 以五机架轧机为例 20 世纪 50 年代大都在 20m s 左右 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 12 页 60 年代以来已逐步提高到 30m s 左右 最高轧制速度达 37 5m s 六机架冷连轧机的最 高轧制速度已超过了 40m s 但是 轧制速度的进一步提高会受到工艺润滑材料与方式 的限制 其他作业线 如单机架平整机组 双机架平整机组 各剪切机组 连续热镀锌机组 酸洗机组 电镀锡机组等 的机组速度也都相应提高 3 提高产品厚度精度 为提高冷轧板带钢的厚度精度 在冷轧机上采用了全液压压 下装置 以便增加轧机压下装置的反应速度 并采用了厚度自动控制装置 对于高速 高产量的带钢冷连轧机 实现了计算机控制 4 改善板形 在板带钢冷连轧机上 广泛采用液压弯辊装置来改善板形 5 提高自动化程度 在生产操作自动化方面 普遍采用各种形式的极限开关 光电 管等 对每个动作实行自动程序控制 实现了钢卷对板带钢边缘纠偏 机组中板带钢 速度的自动调整 剪切钢板的自动分选等自动化操作和控制 6 改进轧机结构 1971 年以来 出现了全连续式冷连轧机 这种轧机只要一次引 料穿带后 就可实现连续轧制 此时 后续带卷的头部通过焊接机与前一带卷尾部焊 接在一起 为了保证带钢能够连续轧制 在连轧机入口端设置了活套装置 在冷连轧 机组出口端没置了分卷用的飞剪机 并设置了两台卷取机 以便交替地卷取带钢 全 连续式冷连轧饥即使在换辊时 带钢依然停留在轧机内 换辊一结束 轧机可立即进 行轧制 采用全连续式冷连轧机 可以提高生产率 30 50 产品质量和收得率也都 得到提高 7 改进生产工艺 不断采用新工艺 新设备 例如深冲钢板连续退火作业线和浅槽 盐酸酸洗 HC 轧机 和异步轧制等 以简化冷轧工艺过程 提高冷轧带钢的精度和节 省能量 1 6 当今现代轧制工艺技术的特点 1 6 1 大力开发高精度轧制技术 提高轧制产品的精度 是用户的需要 也是轧制技术发展的永恒目标 产品的精 度主要指产品的外形精度尺寸 它是社会主义市场经济发展的需求 也是作为产品的 最基本的条件 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 13 页 对于薄板带钢来说 外形尺寸包括厚度 宽度 板形 板凸度 平面形状等 在 所有的尺寸精度标准中 厚度精度指标是最基本 最重要的指标 通过对轧制过程控 制计算机的高精度设定和基础自动化的 AGC 控制系统的改进 厚度精度已经达到了很 高的水平 为了提高薄板带钢的板形质量 板形控制技术得到了长足的进步 除了一 般的配辊 配辊型曲线 轧制负荷分配等手段之外 硬件水平的提高 特别是轧机水 平的改进起到了重要的作用 CVC PC HCW DSR 等新机型的出现使薄板带钢的 板形质量发生了质的飞跃 随着用户对产品要求的不断提高 产品的表面问题也已经成为制约开拓市场的严 重问题 除了高压水除鳞之外 冷却水的质量和保养以及水质的清洁度 润滑技术的 改进 都可以大幅度提高钢材的表面质量 1 6 2 轧制过程的自动控制和智能控制技术 自动化是现代化轧钢厂提高产品质量的为重要的手段 现代化的轧钢厂采用了多 种自动化系统进行产品的质量监督和控制 自动化技术与轧制技术的交叉和融合 将 为钢厂提高产品质量 降低成本 增加效率提供有效的手段 另一方面 在目前实现 自动化的基础上 尽量采用人工智能技术 实现轧制过程的人工智能控制 是一个新 的重要的方向 在这方面 利用 ANN 人工神经网络 模糊逻辑 Fuzzy 专家系 统 GA 遗传算法 进行对过程的诊断 优化 控制 进行信息处理 具有非常广阔 的发展空间 2 产品方案确定 2 1 产品方案 1 产品方案的定义 产品方案是指所设计的工厂或车间拟生产的产品名 品种 规格 状态以及年计 划产量 产品方案一般在设计任务书中加以规定 产品方案是进行车间设计的主要依 据 根据产品方案可以确定生产方案 工艺 及选择设备 2 制定产品方案的依据 编制产品方案时主要从以下各点进行考虑的 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 14 页 1 满足国民经济发展对产品的需求 特别是要解决某些短线产品的供应和优先保 证最重要的国民经济部门对产品的需求 2 考虑产品的平衡 即要考虑各种产品在全国范围内的平衡和各地区内的平衡问 题 以及可能出口的问题 3 考虑轧机生产能力的充分利用和建厂地区纳的合理分工 4 专虑建厂地区资源及钢材的供应条件 物资和钢材等的运输条件 5 根据当前技术上的可能性 逐步解决产品品种规格的更新问题 力争做到产品 结构和产品标准的现代化 本车间产品方案如表 2 1 表 2 1 产品方案 产品规格 产品名称 厚 mm宽 mm长 mm 产量 万吨 所占比例 Q235B0 7 1 2800 17001200 30005033 3 08Al0 7 1 2800 17001200 30005033 3 200 7 1 2800 17001200 30005033 3 2 2 生产方案 生产方案就是生产方法 本设计主要参考鞍山钢铁股份有限公司 1700mm 冷轧厂 的工艺设计 典型产品为 0 80mm 1550mm 薄钢板 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 根据设计的规模 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 生产方案选择的依 据 生产方案的选择与设备的选择密切相关 二者应同时加以考虑 确定生产方案时 主要考虑以下四点 3 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 那么设计的车间就有很大的差别 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 年产量的大小 产量不仅决定工艺过程的特点 同时也对设备的选择 铸锭尺寸 产品规格有着直接的影响 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 15 页 3 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 及将来的发展 4 考虑经济效果 采用那种方案合理 适合建厂原则 在设计时可比照一个工艺比 较成熟的厂 根据以上所述的原则 参照现有的生产方法 选择的生产方案是五机架全连续轧 制冷轧带钢生产方法 同时生产实践和国外技术发展表明 盐酸酸洗效率高 质量好 不浸蚀带钢基体 废酸可以再生 所以酸洗机组均采用盐酸酸洗而不再用硫酸酸洗 2 3 产品性质 为了更好的对产品进行轧制和热处理我们对产品的性质进行了分析 见表 2 2 表 2 2 典型产品钢牌号的化学成分 质量百分数 wt 牌号碳 C硅 Si锰 Mn硫 S磷 P其他 Q235B0 12 0 20 0 300 30 0 70 0 045 0 045 08Al 0 08 0 03 0 65 0 030 0 035 Al 0 02 0 07 200 17 0 230 17 0 370 35 0 65 0 035 0 035 Cr Ni C u 0 25 3 冷轧薄板轧制工艺过程 3 1 轧制工艺过程 工艺制度是生产的核心 它贯穿于整个生产过程 工艺制度的合理程度直接影响 着工厂的生产效率和产品质量 冷轧板带钢的产品品种很多 生产工艺流程亦各有持 点 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 16 页 图 3 1 冷轧工艺流程 普通薄钢板一般采用厚度为 1 5 6mm 的热轧带钢作为冷轧坯料 冷轧的生产工艺 流程是 热轧板卷 原料 酸洗 冷轧 脱脂 退火 平整 剪切 成品交货 冷轧工 艺流程 4 如图 3 1 原料 热轧板卷 酸洗 淬火 碱 酸洗 检查清理 淬火 碱 酸洗 冷轧 电 解 清 洗 冷轧 平整 连续镀锌脱碳退火退火退火 剪切 平整 成品退火平整 横 剪 横 剪 涂 层 机 组 拉 伸 热 平 检 查 重 卷 纵 剪 横 剪 连 续 镀 锡 矫直 不锈钢板 抛光 入库 包装 镀锡板 普通深冲板 电工硅钢板镀锌板涂层板 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 17 页 3 2 各工艺流程环节简介 1 酸 轧联合机组 原料卷开卷横剪拉矫焊接入口活套 酸洗出口活套剪边横剪五机架连轧卷取 2 立式退火机组 开卷焊接电解清洗连续退火入口活套出口活套卷取 3 平整机组 入口张力辊组平整出口张力辊组开卷卷取 4 重卷机组 开卷剪边 废边卷取 去毛刺头尾剪切 堆垛 焊接拉矫打印涂油 分卷卷取捆扎 上卷 5 剪切机组 1 横切机组 开卷上卷圆盘剪边打印活套测厚 发出分选信号 矫直飞剪精矫质量检查 发出分选信号 涂油分选优质品 次品 堆垛发出自动分选信号辊道输出 2 纵切机组 开卷裁条引带剪切卷取 3 2 1 酸洗 热轧厂运送来的热轧钢卷 是在高温下进行轧制和卷取的 带钢表面在该条件下 生成的氧化铁皮 能够很牢固地覆盖在带钢的表面上 并掩盖着带钢表面的缺陷 若 将这些带着氧化铁皮的带钢直接送到冷轧机去轧制 则其一 在大压下量的条件下进 行轧制 会将氧化铁皮压入带钢的基体 影响冷轧板的表面质量及加工性能 甚至造 成废品 其二 氧化铁皮破碎后进入冷却润滑轧辊的乳化液系统 损坏了循环设备 缩短了乳化液的使用寿命 其三 损坏了表面粗糙度很低 价格昂贵的冷轧辊 因此 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 18 页 带钢在冷轧之前 必须清除其表面氧化铁皮 除掉有缺陷的带钢 清除板带钢表面氧化铁皮及切掉有缺陷部分的板带钢 这一工序通常由连续酸洗 机组来完成 在冶金工厂 薄板钢酸洗设备目前有 3 种型式 即半连续酸洗机组 连续卧式酸 洗机组和连续塔式酸洗机组 酸洗机组型式的选择 要根据具体的条件来确定 当机组生产的带钢品种较多 而生产能力不太大时 建议选择推式酸洗较好 因为推式酸洗机组设备费用较低 造 价便宜 占地面积小 操作简化 在热轧带钢卷重量为 15 30t 时 年产可望达到 50 60 万 t 当要求机组年产达到 100 200 万 t 时 那么最佳选择是连续卧式酸洗机组 连续卧式酸洗机组 这种酸洗机组所以被称为连续的 是因为带钢连续地通过盛 有酸溶液的酸洗槽 为了使过程连续 将后一卷带钢的端头与前一卷带钢的尾端焊接 起来 再从酸洗槽通过 待带钢卷到一定重量 切断带钢 并把卷成的带钢卷卸下 连续酸洗机组根据工作性质可分为 3 部分或称 3 段 其中 上料 拆卷 破碎钢板表 面氧化铁皮 矫直 切头切尾 焊接 光整为原料准备段 拉矫 酸洗 漂洗 烘干 为酸铣工艺段 剪边 涂泊 卷取及卸下带钢卷为酸洗成品段 连续酸洗机组的 3 段 也可按照带钢的运行方向 称之为头部 中部 尾部 由于机组各段工作性质的特殊性和工作速度上的差异 所以要将这 3 段紧密地联 系起来 实际上是不可能的 为了保证各段工作的独立性 满足酸洗段的连续运行 特在机组每两段之间各设立一个活套车 以储备一定数量的板带钢 板带钢的储量是 不固定的 在准备板带钢 上料 卸下板带钢卷 卸料 及生产的期间内 储备量会增大 或减少 图 3 2 3 3 为两种连续酸洗机组的示意图 连续酸洗机组的工艺操作过程是 被 送到机组的钢板卷 经带有弯曲辊 给料装置和五辊矫直机的开卷机将钢板端头拆开 矫直并被送入铡刀剪切掉带钢头尾 再将切完头尾的带钢送入闪光对焊机 将前后两 条带钢的端头焊接起来 焊接处的焊缝通过焊机自身的光整机 拉刀 进行光整 然后拉 料辊将板带钢送入头部活套车 坑 中贮存 以备酸洗工艺段生产 贮存在头部活套内的钢板由拉料辊拉出 并被连续地送入酸洗槽进行酸洗 酸洗 后清除掉氧化铁皮的钢板在漂洗槽中经高压水冲洗 毛刷刷洗除去钢板从酸洗槽中带 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 19 页 出的残酸 再进入烘干装置将带钢表面烘干 然后经拉料辊将带钢送入尾部活套之中 贮存在尾部活套内的带钢经拉料辊拉出 送入圆盘剪进行剪边 被剪下来的毛边 用圆盘剪下方的碎边剪剪碎 装箱运走 剪边的钢板经涂油机涂油之后 由浮动式张 力卷取机将钢板卷成钢卷 当钢板卷到规定重量时 则使用尾部的剪切机将钢板切断 被切断的钢板卷好之后 经打捆 并用步进式或链式运输机送入轧钢工段 以进行冷 轧生产 盐酸作为酸洗介质在卧式酸洗机组普遍采用 在近 20 年来兴建的高速机组上除安 有两台开卷机 两台圆盘剪 大储量的活套装置 两台卷取机之外 还配备了电子计 算机 以控制机组的整个工艺操作 图 3 2 高生产率的酸洗机组 1 带有弯曲辊 给料装置和五辊矫直机的开卷机 2 双铡刀剪 3 用于焊接前精确剪切头尾的铡刀剪 4 带光整的焊机 5 拉料辊 6 拉矫 7 张力装置 8 入口活套装置 9 酸洗槽 10 清洗槽 11 烘干装置 12 出口活套装置 13 张紧台架 14 圆盘碎边剪 15 涂油装置 16 剪 17 卷取机 图 3 3 中等生产率的盐酸酸洗机组 6 金属结构 其他标号与图 3 1 相同 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 20 页 3 2 2 冷轧 冷轧是冷轧板带钢生产中一个最重要的工序 热轧板带钢经过一定程度的冷轧变 形获得了厚度很薄 尺寸精确 表面光洁和板形平直的冷硬状态钢板 再经过以后热 处理和精整就能使带钢具有良好的力学性能和加工性能或优良的电磁性能 另外 镀 涂层处理还可使得钢板具有良好的抗腐蚀性能 从而使冷轧钢板在汽车 仪表 家用 电器 食品罐头 轻工和建筑等行业中得到了极为广泛的应用 由此 冷轧工序的工 艺设备条件也就决定了该冷轧薄板厂的规模和技术质量水平 冷轧机是冷轧生产的主体设备 为了满足冷轧薄板生产的品种 规格 质量及不 同生产规模的要求 冷轧薄板生产工艺经历了从单张到成卷生产的变革 由可逆式连 轧到全连续以及联合机组的发展中 形成了各种形式和不同特色的冷轧机 现代冷轧 机的装备水平也有了很大提高 并趋向高效率 高质量 连续化和自动化 冷轧机成 为现代钢铁工业中高效率生产设备之一 是钢铁工业技术发展和装备水平提高的一个 重要标志 冷轧设备 冷轧设备由入口侧钢卷接受及运送装置 开卷机 轧机 卷取机和钢卷输出装置 等机械设备以及各个设备的驱动 控制 检测仪表和润滑等装置所组成 如图 3 4 设备是生产工艺操作的基础 这些单体设备的形式 精度和控制技术等装备水平是直 接与生 图 3 4 冷连轧机设备组成图 1 步进梁 2 钢卷小车 3 剥带机 4 预开卷机 5 双柱头开卷机 6 测厚仪 7 连轧机 8 液压压下缸 9 斜楔调整装置 10 横切机 11 卷取机 12 助卷机 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 21 页 产能力和产品质量相连系的 而上述设备的有机配合和协调作用更是直接关系到生产 效率的发挥和产品质量的提高 现代高效率 高质量的冷轧生产都是把这些设备的操 作与过程控制纳入到计算机自动控制系统下工作的 1 钢卷接受及运送装置 在轧机入口侧接受酸洗过的热轧钢卷并将钢卷运送到开卷机前和在出口侧 把钢 卷运出轧制线 一般都采用链式运输机或步进梁运输机 台板的结构形式有鞍座式 平板式 弧板式和槽形几种 以适应立式或卧式钢卷的运送 步进梁运输机采用液压 操作 具有工作平稳可靠 结构简单等待点 是一种用途广泛 经济性高的大钢卷运 输设备 图 3 5 广泛用于冷轧各机组的进出料运输和过路运输 图 3 5 槽形步进梁运输机 1 固定梁 2 活动梁 3 平行四连杆机构 4 升降缸 5 移动缸 2 开卷机 开卷机的作用是把钢卷带头引出并矫平送入轧机和在轧制中提供足够的开卷张力 其结构形式常见有双锥头式 双柱头式和悬臂式 3 种 图 3 6 双锥头式 双柱式开卷机用来对轧制线上运送的钢卷进行开卷 双锥头结构有刚 性和胀缩式两种 刚性锥头开卷机只产生很小的张力 锥头容易压伤内层钢卷 故很 少使用 胀缩式锥头插入钢卷后胀紧 从而能形成较大的张力 常用于轧机或平整机 的开卷 双柱式开卷机的柱头较长地插入钢卷内径 如 1700 连轧机的开卷柱头一侧行程为 80mm 这样就不会在很大开卷张力时 引起钢卷内层的损伤 并且开卷速度较高 张 力大 工作平稳 悬臂式开卷机的卷筒通常为斜楔胀缩式 由液压驱动芯轴来带动斜楔和套筒作铀 向移动 使卷筒胀缩 有的在卷筒悬臂端设置活动的外支承架 使悬臂式开卷机可以 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 22 页 承重大重量钢卷 形成较大的开卷张力并容易实现自动操作 一般轧机上只装一台开卷机 为了减少开卷的辅助操作时间 则采取预开卷或两 台开卷机工作方式 以满足轧机连续生产的要求 为保证带钢与轧机中心线对中运行 开卷机上要装设边缘控制系统 通过液压装 置自动进行横向浮动 图 3 6 常用开卷机形式 a 双锥头式 b 悬臂式 c 双柱头式 1 锥头 2 减速器 3 电机 4 钢卷小车 5 卷筒 6 柱头移动油缸 7 柱头胀缩油缸 8 传动花键轴 9 柱 头 3 卷取机 冷轧带钢卷取普遍采用卷筒式卷取机 卷筒结构有刚