年产125万吨1700冷轧带钢车间设计毕业设计.doc

年产125万吨1700冷轧带钢车间设计毕业设计目 录摘要IABSTRACTII引 言1文献综述21建厂依据和产品大纲41.1 建厂依据41.2 制定产品大纲42轧钢机类型和布置形式比较选择72.1 连轧机形式选择72.2 轧机的选择83压下规程设计143.1确定压下规程143.2 确定轧机速度制度173.2.1 轧制速度的确定173.2.2 轧辊转速的确定183.2.3 加速度的选择184 力能参数的计算及空载辊缝的设定204.1 轧制压力的计算204.2 轧制力矩的确定254.2.1 轧制力矩的确定254.2.2 摩擦力矩的确定254.2.3 空转力矩的确定264.3 各机架空载辊缝值的设定265 电机能力验算296 轧辊强度校核326.1 综述326.2 确定工作辊和支撑辊的各个重要尺寸336.3 轧辊强度的校核357 年产量的计算40河北理工大学毕业设计说明书目录7.1.轧机小时产量407.2轧机平均小时产量 .437.3轧机年产量的计算 .438 辊型设计 .458.1辊型设计概述 .458.2轧辊辊型设计 .458.3凸度计算.489 金属及其它消耗 .519.1金属消耗.519.2其它消耗.5110 辅助设备的选择 .5410.1开卷机.5410.2连续酸洗机组 .5410.2.1酸洗机组选型 .5410.2.2酸洗液的选取 .5510.3 卷取机 .5510.4 飞剪 .5610.4.1 飞剪的基本要求 .5610.4.2 剪的基本形式 .5710.4.3 飞剪的选择 .5710.5剪切机 .5710.5.1 剪切机的基本形式 .5710.5.2剪切机的选择 .5810.6张力矫正机 .5810.6.1张力矫正机的类型 .5910.6.2.连续张力矫正机 .5910.6.3.连续拉弯矫正机 .5910.7运输机 .6010.7.1.横向运输机 .6010.7.2 链式运输机 .60河北理工大学毕业设计说明书目录.10.7.3步进梁运输机6010.7.4 钢卷运输车 .6010.8 退火炉 .6110.9彩涂生产线 .6211 板形控制方式比较 .错误 未定义书签。 6511.1概述 .错误 未定义书签。6511.2影晌辊缝形状的因素 .错误 未定义书签。6511.3辊型和板形控制技术的介绍与比较 .错误 未定义书签。6612 车间平面布置 .6512.1概述.6512.1.1平面布置的原则 .6512.1.2金属流程线的确定 .6512.2车间的布置形式 .6512.2.1车间布置形式的分类 .6512.2.2几种典型平面布置实例 .6612.3冷轧板带生产车间组成 .6612.4设备间距的确定 .66参考文献 .68致 谢 .69河北理工大学毕业设计说明书1建厂依据和产品大纲1.1 建厂依据冷轧板带有极广阔的用途。汽车制造、拖拉机制造、电气产品、机车车辆、造船、航空及火箭、精密仪表、民用建筑、工业厂房、家用电器、食品罐头以及一些耐久制品都需要大量的冷轧板带。出于这些工业的发展 对薄板质量要求越来越高 产量要求越来越大 对冷轧板带生产提出了更高的要求 故冷轧薄板、带钢的产量增长很快。同时 随着人民生活水平及物质需求的提高 钢材市场的需求结构发生了巨大变化 特别是冷轧和镀涂层深加工产品的生产能力、品种质量与市场需求差距甚大 矛盾突出。一方面 国产冷轧产品的市场占有率低仅为 50%左右 另一方 面 冷轧带钢品种规格不全、高强度、高附加值产品虽已部分试制成功 但产量低 还不能完全满足国内用户需求 此外 产品质量不能满足用户高精度要求。可见 建一座年产量高质量好的冷轧厂是有市场基础的。1.2 制定产品大纲本设计任务是年产125 万吨1700mm 冷轧薄板。设计之前首先制定产品大纲。 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。产品大纲的编制原则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。做到供求适应、品种平衡、产销对路、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。3. 考虑建厂地区资源的供应条件 物资和材料运输的情况。4. 要适应对外开放、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。本设计综合考虑以上各点 唐钢采用厚坯料的第二热轧带卷厂的投产可以提供强度 240MPa 的合格原料 厂址选在唐钢内部 产品面向全国和世界各国。 产品大纲如下河北理工大学毕业设计说明书1、产量及钢种125 万吨/年本设计以一期为例进行详细叙述。其中超低碳钢占 10 Q215A 占 80% 低合金结构钢占 10%。 2、规格原料 热带卷 规格带钢厚度 2.0mm6.0mm 带钢宽度 8201500 钢卷内径 610mm钢卷外径 最大 2150mm 钢卷重量 最大 30t单位质量 23kg/mm 抗张强度 2842kg/mm2 含碳量 0%0.12%年用量 125 万 t 3、钢种及其比例表 1 钢种及其比例钢种含量比例钢号超低碳钢低碳钢低合金结构钢4、产品规格详细分类见表 2表 2产品规格年产量宽度(mm)总计产比例厚550650750850950115012501350量/ t%度/mm650750850950115012501350河北理工大学毕业设计说明书0.3 0.51.03.01.51.081250006.50.5 0.74.012.014.013.011.0675000540.7 1.03.03.54.04.04.02.01.026875021.51.0 1.51.02.02.02.02.02.01.0150000121.5 2.01.01.01.01.01.01.075000100比例/%5.0202221187521005、产品执行标准产品质量标准执行 GB,DIN,JIS,API河北理工大学毕业设计说明书2轧钢机类型和布置形式比较选择轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备 代表着车间的技术水平 是区别于其他车间类型的关键。因此 轧钢车间主要设备选择就是指轧机的选择。轧机选择的是否合理对车间生产具有非常重要的影响。轧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 大小以及由此而确定的产品生产工艺过程。对轧钢车间工艺设计而言,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 以及布置方式。在选择轧钢机时一般要考虑下列各项原则11) 在满足产品方案的前提下,使轧机布置合理,既要满足当前生产又要考虑 未来的生产发展。2) 有较高的生产效率和设备利用系数。3) 能获得质量良好产品的同时还要尽可能多地轧制多品种。4) 有利于轧机机械化,自动化的实现,有助于改善劳动条件。5) 轧机结构型式先进合理 操作简单 维修方便。6) 有良好的综合技术经济指标。2.1 连轧机形式选择现在大批量的低碳与结构冷轧带钢和镀涂加工用钢都是由四滚式冷连轧机生产的 轧制厚度较大时采用四机架连轧轧制厚度较薄是采用五机架或六机架连轧机。下表列出常规连轧机的参数表 3 常规连轧机的参数轧机形规格 mm产品厚度轧制速卷重 t工作棍直电动机容量 kw式度径四机座五机座六机座而其中五机架连轧机是典型的高效率冷轧机 其生产品种、规格的范围较宽可扎厚度为 0.18-3.5mm、宽度可达 2000mm 的带钢。可以包括四机架和六机架 的生产产品。因此五机架连轧机是一种应用最为广泛的连轧机 在各中全连续冷河北理工大学毕业设计说明书轧生产获得了广泛的应用。而六机架连轧机是轧制小于 0.1mm 镀锡板的专业轧 机。由于轧薄时速度难以提高和原版力学性能不如二次冷轧得好 因此这类轧机未能得到很好的发展。2.2 轧机的选择当今新型热带轧机主要有 CVC 轧机、HC 轧机、VC 轧机、PC 轧机等。1)CVC 轧机图 1 CVC 轧机原理图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 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 2 CVC 轧机凸度的调整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。河北理工大学毕业设计说明书CVC 轧机的缺点轧辊形状复杂 特殊 磨削要求精度高 而且困难 必须配备专门的磨床 无边部减薄功能 带钢易出现蛇形现象。此外随着轧辊窜动热辊型及磨损辊型亦将窜动。2)HC 轧机HC 轧机为高性能板形控制轧机的简称 是日立公司研究的一种新型六辊轧 机 它是在普通四辊轧机的基础上增加两个可转向移动的中间辊其出发点是为了改善或消除四辊轧机中工作辊和支撑辊之间有害的接触部分。HC 轧机利用轧辊 轴向传动装置 就能适应带钢宽度变化的要求 使辊身接触长度作相应的改变。图 3 HC 轧机HC 轧机的主要特点 具有大的刚度稳定性和很好的控制性同时可以显著提 高带钢的平直度 可以减少板、带钢边部变薄及裂边部分的宽度 减少切边损失。3)VC 轧机VC 轧机是一种新型的四辊轧机它的支撑辊凸度可根据板形需要加以改变。 图 4 为这种凸度可变的支撑辊(也称为 VC 轧辊)的结构简图 4。支撑辊由外套筒 2和芯轴 1 组成。芯轴与外套筒之间有一液压腔 3 外套筒 2 与芯轴 l 是热装在一起的。高压油(最高油压为 50MPa)由液压站 5 通过高速旋转接头 4 和芯轴内油孔 6 进入液压腔 3 中。只要改变高压油的压力 就可改变轧辊凸度 使其能抵消由轧制压力引起的弹性弯曲变形 获得较好的板形。VC 轧辊的主要优点是 VC 轧机的凸度控制能力比液压弯辊的四辊轧机大;VC河北理工大学毕业设计说明书轧辊与液压弯辊配合使用时 不仅可以调整边浪和中间浪的不良板形 也可调整 较复杂的复合浪的板形缺陷。由于 VC 轧辊采用了压力较高的液压系统 给设计制造带来一定的难度。近 年来 有人在轧辊芯轴内设置增压腔 以便能采用压力较低的液压系统 利于高速旋转接头的工作。图 4 VC 轧辊结构简图1芯轴 2 外套筒 3 液压腔 4 旋转接头 5 液压站 6 油孔以上介绍了一些典型的宽厚板轧机的机型和技术。目前生产中使用最多的是六辊式 HC 轧机和四辊式的 CVC 轧机。HC 轧机与 CVC 轧机的比较见表 4河北理工大学毕业设计说明书表 4 HC 轧机与 CVC 轧机的比较CVC 技术HC 技术原理结构工作辊轴向移动工作用 S 辊型中间滚轴移造成辊间压扁差控形成压下差控制板长度和板形制板长度和板形+工作辊、中间+工作辊液压弯辊 轧辊移动量辊液压弯辊 轧辊移动量大小 应用于四辊轧机 改造工应用于六辊轧机 改造工作量作量小。大。效果板凸度控制好板凸度控制好边部减薄差边部减薄好波浪控制 边波与中波好波浪控制 边波与中波好复合波差复合波好受热长度和磨损影响大受热长度和磨损影响小受轧制力波动影响大受轧制力波动影响无轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备 代表着车间的技术水平 为了实现压下量较大的控制轧制 现代冷轧带钢车间都选择轧制力大的轧钢机架和轧辊设备。冷连轧板带轧机主要是趋向于 HC 六辊轧机与 CVC 四辊轧机这两种板型控 制技术的联合布置。4)轧机选择 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而确定的产品生产工艺过程。对轧钢车间工艺设计而言 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 选择轧机的架数以及布置方式。本次设计经过综合对比和实际考虑并结合设计目的和产品大纲要求 主要从控制板型 板凸度 平直度等 方面考虑 选用以下设备。四辊轧机 驱动主要由调速电机、减速机、齿轮机座及轧机接轴构成。电液伺服阀控制液压缸用于辊缝调整。四列圆锥辊子轴承安装在工作辊轴颈上 并安河北理工大学毕业设计说明书装在轴承座中 工作辊的平衡由液压缸控制。带静压的油膜轴承安装在支承辊轴颈上 用于低速轧制。轴承座夹紧装置安装在机架的操作侧 保证轧制时辊装配在机架上定位。上支承辊磨损的补偿量 由安装在上支承辊上部的垫片调整。进出口导辊的安装 用于板坯传送时输送平稳 轧机进出口上下安装了刮水板及导卫 工艺润滑油喷头安装在进出口上下刮水板上。上刮水板有气缸控制 以保证与工作辊的连续接触 下刮水板与导辊轴承座连接 靠液压力与下工作辊接触。其主要技术参数见表 5、6表 5 CVC 轧机的技术参数类型CVC 四辊轧机工作辊尺寸毫米支承辊尺寸14501500 毫米每侧最大弯辊力80 吨工作辊窜动行程100mm最大轧制压力吨轧制速度辊缝调节液压工作辊换辊时间max 10 分钟支承辊换辊液压、抽出式主电机功率电机转速主电机额定力矩24.5MNm牌坊重量约HC 轧机是一种高性能板型控制轧机 而其实际上是在四辊轧机的基础上在 工作辊与支撑辊之间加入一个辊端带锥度的中间辊并作横向移动的六辊轧机。这种轧机据有大的刚度稳定性轧机工作是可以通过调节中间辊横向移动量来改变轧辊的接触长度 即改变其压力分布规律以此消除轧制力变化对横向厚度差的影响 使 HC 轧机具有较大的横向刚性。中间辊一侧带有锥度 在横移时能消除带河北理工大学毕业设计说明书宽外侧滚面生有害的接触段。HC 轧机设有液压弯辊装置 配合中间辊横向移动 就扩大了板型调节能力。表 6 HC 轧机的技术参数类型六辊轧机工作辊尺寸毫米中间辊尺寸毫米支承辊尺寸14001500 毫米每侧最大工作弯辊力80 吨每侧最大中间弯辊力70 吨工作辊窜动行程中间作辊窜动行程215mm最大轧制压力吨轧制速度辊缝调节液压工作辊换辊时间max 40 分钟支承辊换辊液压、抽出式主电机功率电机转速主电机额定力矩22.6MNm牌坊重量约河北理工大学毕业设计说明书3压下规程设计3.1 确定压下规程压下规程是轧制制度 规程 最基本的核心内容 直接关系着轧机的产量和产品的质量。压下规程的主要内容包括 原料卷尺寸选择 各轧机压下量分配及速度制度选择 轧机机组压下量分配及速度制度确定 各道力能参数计算及设备能力校核。制定压下规程的方法很多 一般可概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制定轧制规程的原则 即 1.在设备能力允许的条件下尽量提 高产量 2.在保证操作稳便的条件下提高质量。 出发 按预设的条件通过理论 数学模型计算或图表方法 以求最佳的轧制规程。所谓的经验的方法是生产中往往参照现有类似轧机行之有效的实际压下规程 亦即根据经验资料进行压下分配及校核计算。本设计即采用经验方法制定压下规程。制定压下规程的方法和步骤为1在咬入能力允许的条件下 按经验分配各道次压下量2制定速度制度 计算轧制时间并确定逐道次轧制温度3计算轧制压力、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 按制定规程的原则和要求进行必要的修正和改正。 原料尺寸薄带钢冷连轧为了提高产量和成品率 现在多采用无头轧制。原料卷厚度为1.56mm原料卷宽度取决于产品规格。本次设计典型产品为原料板厚为 3mm。 板宽为 1300mm 的热轧卷。 各轧机压下量分配薄板冷连轧机组总变形量及各道压下量 应根据原料卷厚度、产品质量、轧机架数、轧制速度及产品厚度等合理确定。薄板冷连轧机组压下量分配应遵守以下基本原则1)由于在冷轧轧制时 轧件温度接近常温、金属塑性低 以及伴有轧件的加 工硬化现象 所以应合理分配各机架的压下量 以使各架轧机的负荷趋于平均。2)为提高连轧机组的小时产量应提高连轧速度 以缩短轧制时间 减小轧河北理工大学毕业设计说明书制节奏来提高产量。3)为简化连轧机组的调整 连轧机组轧出的厚度范围应尽可能小 并且不同 厚度的数目也应尽可能减少。连轧机组压下量分配及速度制度精轧机组的主要任务是在 5 架连轧机上将原料卷轧制成冷板 带 卷 尺寸 符合要求的成品带钢 并需保证带钢的表面质量和机械性能。拟定连轧压下规程就是合理分配各架的压下量及确定各架的轧制速度。1)五机架连轧各架轧机的压下量分配 五机架连轧机组分配各架压下量的原则 一般是压下量逐道次降低。其原因有二(1) 随着轧制的进行轧件有加工硬化的现象 这使轧制力逐道次升高 同时 轧制速度的增加也使轧制力升高 这两者的叠加作用将使轧制力迅速的增大 所以 为了降低后机架的轧制力 应使压下量逐道次降低 并且还要加大连轧张力以降低轧件的变形抗力 而使轧制力趋于平均(2) 为了保证板形、厚度精度及表面质量 压下量逐渐减小 同时还要降低 连轧张力。依据以上原则逐架压下量的分配规律是 第一架可以留有余量 即考虑到带坯厚度的可能波动和可能产生咬入困难等 而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较小。冷轧的累积压下率 原料至成品 总压下量一般占板坯全部压下量的 6090%。 本设计的各机架压下量的具体分配是依据武钢现场经验资料采用 5 机架连轧机 结合具体设备、操作条件依据压下量分配系数分配各架压下量如下:河北理工大学毕业设计说明书表 7 各道次压下量入 口 厚 度出 口 厚 度 压下量压下率/%H/mmh/mmh/mm冷轧钢板时咬入角一般为 4 由公式得.(1)a r c c o1 s ( h ) .(2)表 8 各道次咬入角12345再根据(1) (3)表 9 各道次中性角根据2D1)Sh=(4)河北理工大学毕业设计说明书表 10各道次前滑值道次12345前滑3.2 确定轧机速度制度3.2.1 轧制速度的确定制定轧机速度制度包括 确定末架的穿带速度和最大轧制速度 计算各架速度及调速范围 选择加减速度以及带钢过焊缝时的速度等。连轧机组末架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 一般冷轧带钢为提高轧机产量而用高的轧制速度 轧制宽大及钢质硬的带钢时 应采用低的轧制速度。本次设计依据设备、产品及参考同类车间设定第五机架的轧制速度为 20m/s。本设计设定第五架轧机的穿带速度为 5m/s 带钢厚度小 其穿带速度可高 些。其它各架轧制速度的确定:当连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 根据各架轧出厚度和前滑求出各架轧制速度 带钢的宽展和前、后滑忽略不 计。即h1v1=h2v2=hnvn=C.(5)速度的计算已预设末架出口轧制速度为 V=20m/s 由经验向前依次减小以保持微张力轧 制。依据秒流量相等有V1Vh 6 h60.8205.3m / s表 11 轧件的出口速度河北理工大学毕业设计说明书3.2.2 轧辊转速的确定由 Sh Vh V 100 % .(6)表 12 轧辊速度由公式:n gi60Vi .(7)求得各道次轧辊转速分别为:表 13 轧辊转速由轧辊转速及电机转速可求传动比:i nd.(8)表 14 传动比道次12345n (r/min)750750750750750i4.1322.7571.8381.3781.149.3.2.3 加速度的选择近代带钢冷连轧机精轧一般采用一级加速和一级减速轧制方式 即带钢在连轧机以恒速运转下进行穿带 并在卷取机实现稳定卷取后开始进行加速 直至轧机转速达到稳定轧制阶段最大转速时加速结束。第一级加速度数值较高 称为功率加速度 又称产量加速度其目的是迅速提高轧制速度 是设备尽快接近满负荷运转 以求的最高产量。确定加速度的数值 应考虑到主电机的功率、带钢长度、板形、带钢厚度变化、冷却水的控制 及卷取温度等因素的影响。仅就轧机本身而言 一级加速度可达 1-2 m/s 2 。本设河北理工大学毕业设计说明书计采用加减速的加速度绝对值相等的设计方法 并参照武钢经验取一级加、减速 度为 1.5m/s 2 。河北理工大学毕业设计说明书4 力能参数的计算及空载辊缝的设定4.1 轧制压力的计算对于冷轧薄板 其轧制力的计算采用斯通公式计算。因为斯通公式把轧制看成平行板间的镦粗 因此得出单位压力微分方程式x2txd图 5 作用在斯通理论微分体上的作用力冷轧薄板时其表面摩擦规律按全滑动来考虑 即并采用近似塑性条件则上式变成如下形式dp x2 fdxx将上式积分 则得斯通单位压力公式