年产280万吨2250热轧带钢生产线设计毕业论文.doc

目 录 I 年产年产 280 万吨万吨 2250 热轧带钢生产线设热轧带钢生产线设 计毕业论文计毕业论文 目 录 摘 要 I Abstract II 第 1 章 绪论 1 1 1 热轧带钢概述 1 1 2 热轧带钢技术要求 2 1 3 应用性与先进行 3 1 3 1 应用性 3 1 3 2 先进性 3 1 4 现代热连轧机的发展趋势和特点 4 1 5 本设计目的和意义 5 第 2 章 生产方案及大纲的制定 6 2 1 产品方案的编制 6 2 1 1 产品方案 6 2 1 2 编制方案的原则及方法 6 2 1 3 选择计算产品 6 2 2 产品大纲 7 2 2 1 钢种分布及生产能力 7 2 2 2 原料及产品规格 7 2 3 生产方案 8 2 3 1 选择生产方案依据 9 2 3 2 制定生产方案 9 第 3 章 设计方案 10 3 1 工艺方案的选择 10 3 2 主机型式的选择 12 3 3 轧机数量及相关设备的选择 13 3 3 1 粗轧机组设备选择 13 3 3 2 侧压设备的选择 14 3 3 3 精轧机组设备选择 15 3 4 加热炉的选择 19 目 录 II 第 4 章 生产设备及参数 21 4 1 工艺装备 21 4 2 主要设备形式及主要技术参数 22 4 2 1 加热炉 22 4 2 2 粗轧区设备 22 4 2 3 精轧区设备 28 4 2 4 卷取机区主要设备 31 第 5 章 生产工艺流程 34 5 1 生产工艺流程 34 5 2 生产工艺流程框图 36 5 3 工艺制度 37 5 3 1 坯料管理制度 37 5 3 2 加热制度 37 5 3 3 轧制制度 39 5 3 4 冷却制度 40 5 3 5 卷曲制度 41 5 4 车间自动化 42 第 6 章 轧制工艺参数设计 45 6 1 制定轧制制度的原则和要求 45 6 1 1 在保证设备能力允许的条件下尽量提高产量 45 6 1 2 在保证操作稳便的条件下提高质量 46 6 1 3 道次选择确定 47 6 2 粗轧压下规程 47 6 2 1 粗轧压下制度 47 6 2 2 粗轧速度制度 48 6 2 3 粗轧温度制度 50 6 3 精轧压下规程 51 6 3 1 精轧压下制度 51 6 3 2 精轧速度制度 52 6 3 3 精轧轧制时间和周期的确定 53 6 3 4 精轧温度制度 55 6 4 轧制图表 56 6 5 咬入能力校核 56 6 6 各道次变形抗力 57 6 7 计算各道的传动力矩 59 目 录 III 6 8 轧辊辊缝和转速的设定 61 第 7 章 电机轧辊的强度校核 63 7 1 静负荷图 63 7 2 等效力矩计算及电动机的校核 64 7 3 电动机功率的计算 65 7 4 轧辊强度校核 66 7 4 1 支承辊弯曲强度校核 66 7 4 2 工作辊的扭转强度校核 68 第 8 章 轧钢机产量计算 70 8 1 轧机小时产量计算 70 8 2 轧机平均小时产量计算 71 8 3 轧钢车间年产量计算 71 第 9 章 厚度控制方式 73 9 1 预控 AGC 系统 74 9 2 间接测厚反馈闭环控制系统 75 第 10 章 辊型与板形控制 76 10 1 板型控制理论 76 10 2 板形设定模型 78 10 3 影响辊缝形状的因素 80 10 3 1 轧辊热膨胀对辊缝的影响 80 10 3 2 轧辊的磨损对辊缝的影响 81 10 3 3 原始辊型对辊缝的影响 81 10 3 4 入口板凸度对辊缝的影响 81 10 4 轧辊凸度计算 82 10 5 轧辊的磨损的确定 85 10 6 初始加工辊型确定 86 10 7 静态凸度计算 86 10 8 轧辊辊型设计 87 10 9 弯辊装置 87 10 9 1 弯曲工作辊 87 10 9 2 弯曲支撑辊 88 第 11 章 车间平面设计 89 11 1 平面布置的原则 89 11 2 金属流程线的确定 89 11 3 仓库面积的确定 90 目 录 IV 11 3 1 确定仓库面积的原则 90 11 3 2 原料仓库面积的确定 90 11 3 3 成品仓库面积的确定 90 第 12 章 环境保护 92 12 1 环境保护概述 92 12 2 环境保护的内容与对策 92 12 2 1 绿化 92 12 2 2 水质处理 92 12 2 3 噪音防治 93 12 2 4 大气污染的防治 93 12 2 5 有害废弃物的处理 93 12 2 6 车间的综合利用 93 结 论 95 参考文献 96 谢 辞 98 河北联合大学冶金与能源学院 0 第 1 章 绪论 1 1 热轧带钢概述 热轧宽带钢是国民经济的重要物资 是制造其他薄板类钢铁产品的重要原料 主要作为冷轧板 焊管 冷弯或焊接型钢的原料或直接用于制作各种结构件 容器 汽车 造船 集装箱等 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 近 30 年来 围绕着热轧宽带钢的 品种 质量 成本 能源 环保等诸多方面 国内外各大公司及研究部门积极 取长补短 竞相开发适应市场需要的新工艺 新设备和新技术 使热轧宽带钢 的生产工艺 技术和设备发生了巨大变化 从总体上看 国内形成两大体系 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 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 导致轧制产品质 量档次不高 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从以提高生产能力 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 我国热轧宽钢带轧机装备水平在建国以后很长一段时间内都相对落后 只 有鞍钢 武钢 宝钢等国有大型钢铁企业拥有热轧宽带钢轧机 20 世纪 90 年 代以后热轧宽带钢的轧机建设进入了一个较快的增长期 攀钢 太钢 梅钢 邯钢 珠钢等纷纷新建了一批 1700mm 以下的热轧宽钢带轧机 而在 2000 年以 后 特别是 2005 年以后我国出现了热轧宽钢带轧机的建设高潮 各钢厂纷纷建 设热轧宽钢带轧机 轧机宽度从 1250mm 到 2300mm 不等 这使得热轧卷板成 为产能 过剩 最为严重的钢材品种之一 到 2012 年底 我国已拥有热轧宽带 钢轧机 72 套 设计能力 2 13 亿吨 其中 2050 2300mm 超宽带钢线已达 12 条 薄 中薄 板坯连铸连轧生产线 13 条 产能 3280 万 t a 2010 年我国热轧 卷板生产量为 14050 万吨 其中中厚宽带钢和薄宽带钢生产量分别为 10289 万 吨和 3760 万吨 汽车用钢材均为高附加值产品 需求量大 价格高 世界各大钢铁企业都将汽 车用钢材列为最重要产品之一 目前全球汽车年度总产量接近 6000 万辆 全球 汽车行业钢材年消费量接近 1 08 亿 t 占全球钢材消费总量的 11 6 汽车用钢 材涉及品种很多 但以薄板和优质型材为主 不同车型 其钢材消耗差异很大 轿 第 1 章 绪论 1 车的钢材消耗以薄板为主 占钢材消耗的 70 以上 重型货车则以消耗优质型材 为主 这二类钢材都和长钢有较大关系 长钢的大梁板 齿轮钢 中组距碳合结 圆钢及汽阀钢一年约有近 10 万 t 钢材用于汽车 农用车 摩托车行业 占长钢 钢材销售量 22 左右 占汽车行业市场份额约 1 7 作为汽车用钢重要组成部 分的特钢品种结构及需求量也正发生着明显的变化 钢铁工业是国民经济的基础产业 对整个国民经济各个部门的发展至关重要 带钢热连轧生产规模大 产量高 是钢铁工业中发展最为迅速 各种新技术应 用最为广泛的一个领域 它的工艺水平 自动化程度 产品规格与质量代表了 一个国家钢铁工业的水平 1 2 热轧带钢技术要求 1 强度 细化晶粒是唯一能增加强度并同时改善夏比冲击韧性的强化机制 因此 在标准中有韧性要求时 细化晶粒是带钢最基本的要求 2 屈强比 屈强比越低 带钢从开始塑性变形到最后断裂的变形容量越大 因而也越安全 目前汽车用钢需要解决高强度与成型性的矛盾 传统高强度低 合金钢 其屈强比一般都大于 0 9 3 韧性 细化晶粒在提高强度的同时也改善了韧性 尽管细化晶粒可以改 善韧性 并可获得所要求的落锤撕裂试验结果 但是若 C S 含量高 脱氧不 充分 钢的实际夏比冲击功很低 4 塑性 带钢的塑性用冷弯性能指标评价 冷弯试验要求 R t180o两表 面无裂纹 5 焊接性能 焊接性能用碳当量 Ce 和裂纹敏感性系数 Pcm 评定 Ce C Mn 6 Cr Mo V 5 Ni Cu 15Pcm C Mn Cr Cu 20 V 10 Mo 15 Si 30 Ni 60 5B 6 抗腐蚀性能 应力腐蚀开裂 SCC SCC 扩展速度随温度的提高而加 快 与冶金加工方法关系不大 采用喷丸处理可以大大改善 SCC 抗力 涂层也 是有效的办法 7 止裂性能 一般要求带钢的 DWTT 试验 2 得到的断口剪切百分比 SA 达到 50 或 80 不同气候条件规定不同 可以得到止裂效果 对于韧 性材料 则要求带材的上限平台能 Cv 达到某一数值时可得到止裂 河北联合大学冶金与能源学院 2 1 3 应用性与先进行 1 3 1 应用性 近来世界性经济危机使国外板带需求大大下降 造成出口量锐减 生产能 力大大过剩 但是 由于计划经济不到位 投资分散 多数地方上马的板带厂 资金不足 只能选择 150mm 以下连铸板坯 钢种受到限制 仅仅一架粗轧 凸 度 厚度控制不够稳定 表面光洁度也不能稳定 不适合生产合格汽车车板用 热卷 而我国政府为拉动内需 鼓励汽车行业发展 因而对汽车板的需求有增 无减 预计 2012 年需要高档汽车板 1100 到 1200 万吨 而国内高档汽车板生产 能力不足 依靠进口的局面一段时间内仍将继续存在 因而兴建高档宽带车间 很有前途 1 3 2 先进性 1 连铸坯热送热装技术 连铸坯热送热装是指连铸坯在 600 以上高温时直接装炉或先放入保温装 置 以协调连铸与轧钢生产节奏 待机装入加热炉加热 然后再把经过加热 1050 以上的高温连铸坯直接送往轧机轧制 该项技术具有节能 缩短生产周期 减少板坯存放仓库面积等效果 集成 了几工序间的系统工程技术 需要多项技术的支撑 包括炼钢 连铸和热轧三 者统一的生产计划管理 计算机进行实时控制 生产线设备具有较高的作业率 无缺陷高温连铸坯的生产 连铸和热轧均具有在线调宽的手段 热轧实施 自 由轧制计划 连铸和热轧厂布置紧凑或采取保温快速运输 加热炉采用多段快 速步进梁 长行程装入机及热惰性小的陶瓷纤维耐火炉衬等 以适应热装的需 要 在线补热和保温措施 如连铸和粗轧机间以及精轧机前设边部加热器 中 间辊道设保温罩等 热装轧制工艺在热轧带钢轧机中已经普遍采用 日本 韩国的热轧带钢轧 机热装比达到 60 以上 最多可达 80 热装温度达到 600 以上 我国近年来 建设的 1580 1750 1780 2250 机组在设计大纲中都对热装轧制比例作出了要 求 2 中间坯短行程控制和宽度自动控制 立辊轧机的辊缝在轧制过程中不断变化 使头尾部失宽量减少 短行程法 可减少切头损失率 并显著提高头尾部的宽度精度 西马克 德马格公司新开 发的无镰刀弯轧制 CFR CAMBER FREE ROLLING 技术 通过粗轧机前的强 第 1 章 绪论 3 力侧导机构 增强的粗轧能力和液压压下以及自动化控制系统有效地防止了中 间坯强力轧制后镰刀弯的产生 全液压的立辊机架具有良好的自动调宽 AWC 和短行程控制 SSC 功能 提高了中间坯宽度控制精度 改善了板坯的头尾形状 减少了头尾切损 加大轧机主马达功率和机架刚度 减少粗轧机架数 粗轧机 1 2 架即可与 精轧机能力相适应 过去武钢 1700mm 轧机 宝钢 2050mm 轧机均设有 4 架粗 轧机 新建武钢 马钢 邯钢 2250mm 轧机均仅设有 2 架粗轧机 R1 和 R2 均为四辊轧机 采用电动机械压下和液压压下 R1 的轧制力由 30000 40000KN 提高到 45000KN R2 的轧制力达到 50000KN 有利于增大 压下量 轧制较薄 厚度均匀的中间坯 且利于增加轧制工艺与精轧机组能力 匹配的灵活性 首钢 太钢 2250mm 轧机 宝钢集团一钢公司 1780mm 轧机等 仅设有 1 架粗轧机 粗轧机架数的减少可节约投资 减少设备维修量及劳动定 员 效益明显 3 中间坯保温技术和边部感应加热技术 粗轧机出口处带坯较长 为减少头尾温差 在延伸辊道增加保温罩 改善 了中间坯温度的均匀性 减少了头尾温差 宝钢 2050MM 1580MM 和鞍钢 1780MM 轧机 邯钢 2250MM 等均采用了保温罩 而采用电感应加热器提高带 坯边部温度 是近十年来发展的新工艺 主要目的是改善钢坯断面温度分布和 金相组织 防止薄带钢和硅钢 不锈钢 高碳钢等特殊品种的边部裂纹 减少 轧辊发生不均匀磨损的几率 1 套 2 2000KW 感应加热器对于坯温为 1000 厚度为 40MM 的带坯 距边部 25MM 处坯温可升高 45 分钟 4 液压下厚度控制 HAGC 和连续可变凸度 CVC 技术 近几年用西马克 德马格技术建设的热连轧机都采用了液压下厚度控制 HAGC 和连续可变凸度 CVC 技术 用三菱 日立技术建设的热连轧机除采 用 HAGC 厚度控制技术外 采用 PC 轧机 交叉角为 0 1 5 控制凸度 宝钢 1880mm 轧机采用经过改进的第三代 PC 轧机 其机构维修方便 通过液压缸平 衡轴承座与机架窗口间的间隙使之有更好的动态稳定性 这些措施可以使轧机 得到厚度精确 凸度和平直度良好的带钢产品 5 热连轧机层流冷却装置 新建的热连轧机层流冷却线一般分为主冷区和精冷区 根据工艺模型可精 确地控制带钢的冷却强度和速率 冷却的均匀性和卷取温度 有的在主冷区前 还设有强冷区 以增大冷却速率 西马克 德马格公司还开发了边部遮挡技术 在生产薄带钢 厚度小于 1 8mm 时 在层流冷却区内有可控的带钢边部遮挡 装置使之保温 以降低带钢冷却后的热应力 有效防止边浪的发生 河北联合大学冶金与能源学院 4 1 4 现代热连轧机的发展趋势和特点 1 为了提高产量而不断提高速度 加大卷重和主电机容量 增加轧机架数 和轧辊尺寸 采用快速换辊及换剪刀装置等 2 为了提高尺寸精度和板形精度而采用高度自动化和全面计算机综合控制 采用各种液压 AGC 系统控制技术 开发各种控制板形的新技术和新轧机 利用 升速轧制和层流冷却以控制钢板温度与性能 3 降低成本 提高经济效益 节约能耗和提高优良品率成为当前钢材生产 的关键问题 为此采用不少新工艺新技术 突出的是普遍采用连铸坯及热装和 直接轧制工艺 低温加热轧制 省去精轧活套装置 热卷箱和热轧工艺润滑等 4 高精度薄规格产品是发展趋势之一 轧制产品尺寸精度提高会产生巨大 效益 因此 高精度轧制技术将会成为 21 世纪钢铁工业发展的热门技术 5 提高设备能力 增加轧制品种和规格 采用 PC 轧机和工作辊在线研磨 ORG 技术或采用 CVC 轧机 实现自由轧制 Schedule Free 采用板坯大宽度 压下 可用同一宽度连铸坯生产不同宽度的带卷 采用热带无头轧制 6 发展中孕育的问题 虽然我国热连轧带钢生产的产量和技术已有极大发 展 但在发展中也存在一定问题 品种太少 集中于普钢 而且对于原料厚度 对产品质量的影响的认识还不够 高附加值产品占产品总量的比例太低 1 5 本设计目的和意义 本设计是年产 280 万吨的热轧板带钢车间工艺设计 产品规格为 1 2 25 4 mm 800 2130 mm 所用钢种为 普碳钢 低合金钢 优质钢 本设计课题是年产 280 万吨的板带钢生产车间 这是一个大型的轧钢车间 其投资大 消耗大 生产量大 板带钢是我国钢铁生产的主打产品 需求量很 大 今后几年市场需求仍然会有较大增长 另外带钢的延伸产品还有一定市场 空间 如装潢用的五金材料 发展十分快 不少五金产品出口到东南亚 欧美 等国际市场 拉动了国内的带钢生产 由于市场对板带钢的需求仍然很大 而 且在近几年不会下降 因此该大型生产车间的建立是可行的 带钢生产技术发展至今已有 80 多年的历史 现在已经是第四代轧机 板形 控制技术目前也已经发展得较为成熟 在相关技术比较完善的情况下 建立大 型轧钢厂可以节约很多在技术改进上的投资 可以在建成时就采用目前最先进 的技术 还可以借鉴其他车间的生产经验 少走一些弯路 一步到位 第 1 章 绪论 5 综上所述 本设计的选题是有意义且可以实现的 河北联合大学冶金与能源学院 6 第 2 章 生产方案及大纲的制定 2 1 产品方案的编制 2 1 1 产品方案 产品方案是进行车间设计 制定产品生产工艺过程 确定轧机组成或选择 各项设备的主要依据 包括车间拟生产的产品名称 品种 规格几年产量计划 本车间依据设计任务书要求 经过对同类厂的调查和统计分析 选取具有代表 性的品种和规格作为典型产品 实际生产中为了满足用户客观上的使用要求 每个品种都必须满足形状 尺寸规格和内部性能的要求 因而 各类产品的分类 编制 牌号 化学成分 品种规格和尺寸公差 生产技术条件 机械性能 验收规程 试验及包装方法 交货状态等 国家均有标准规定 如国标 冶标 企标等 如果国家没有标准 规定 可由生产厂家和客户商定 2 1 2 编制方案的原则及方法 1 国民经济发展对产品的要求 既考虑当前的急需又要考虑将来发展的需 要 2 产品的平衡 考虑全国各地的布局和配套加以平衡 3 建厂地区的条件 生产资源 自然条件 投资等可能性 4 考虑轧机生产能力的充分发挥 提高轧机的生产技术水平 2 1 3 选择计算产品 车间拟生产的产品品种 规格及状态组合起来可能有几十种 数百种以上 但是 在设计中对每一种合金的每一种品种 规格及状态进行详细的工艺计算 为了减少设计工作量 加快进度 同时 又不影响整个设计质量 从中选择典 型产品作为计算产品 选择计算产品应遵循以下原则 1 有代表性 从拟生产的所有品种中选出几种合金 品种 规格 状态 产量和工艺特 点等方面有代表性的产品作为计算产品 2 通过所有工序 第 2 章 生产方案及大纲的制定 7 所选的所有计算产品要通过各工序 但不是说第一种计算产品都通过各工 序 而是所有计算产品综合起来看的 3 所选的计算产品要与实际现场生产产品接近 4 计算产品要留一定的调整余量 也就是说所选的计算产品要品种灵活 容易生产多种规格的产品 2 2 产品大纲 2 2 1 钢种分布及生产能力 表表 2 1 钢种分布及生产能力钢种分布及生产能力 序号钢种代表钢号比例 年产量 万 t 1碳素结构钢Q195 Q2353084 2优质碳素结构钢08 08Al 10 452570 3低合金结构钢Q345 Q390 Q420 Q4601336 4 4压力容器用钢20R 16MnR 20g 16Mng411 2 5高耐候性结构钢 Q295GNHL Q345GNHL Q390G NH 822 4 6特殊用途类IF DP MP TRIP2056 合 计100280 2 2 2 原料及产品规格 原料规格 厚度 230mm 250mm 宽度 900 2150mm 长度 9000 11000mm 短尺坯 4500 5300mm 最大重量 40t 热轧商品钢卷 带钢厚度 1 2 25 4mm 带钢宽度 800 2130mm 钢卷内径 762mm 钢卷外径 max 2150mm 河北联合大学冶金与能源学院 8 钢卷质量 max 40 0t 单位宽度卷重 max 24kg mm 平整分卷钢卷 平整钢卷 厚度 1 2 6 35mm 宽度 800 2130mm 分卷钢卷 厚度 1 2 12 7mm 宽度 800 2130mm 钢卷内径 762mm 钢卷外径 max 2150mm 卷质量 5 40 t 单位宽度卷质量 max 24kg mm 横切钢板 抗拉强度 max 800 N mm2 屈服强度 max 680 N mm2 钢板厚度 5 0 25 4mm 钢板宽度 850 2100mm 钢板长度 2000 16000mm 钢板垛高 max 400mm 钢板垛质量 max 10 0 t 供冷轧钢卷 带钢厚度 1 8 6 0mm 带钢宽度 800 2130mm 钢卷内径 762mm 钢卷外径 max 2150mm 钢卷质量 max 40t 单位宽度卷重 max 24kg mm 2 3 生产方案 所谓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 根据设计规模 产品的质量及经济技术指标的要求 考虑当地的具 体条件 找出合理的生产方案 第 2 章 生产方案及大纲的制定 9 2 3 1 选择生产方案依据 确定生产方案时应考虑以下几点 1 金属与合金的品种 规格 状态及质量要求 2 年产量的大小 产量不仅决定工艺过程的特点 同时也对设备选择 铸 锭尺寸 产品规格有着直接的影响 3 投资 建设速度 机械化和自动化程度 劳动条件 工人与管理售货员 的数量以及将来的发展 2 3 2 制定生产方案 根据上述依据 该车间为年产量为 280 万吨的板带车间 生产形式为热轧 主要钢种为碳素结构钢 优质碳素结构钢 低合金结构钢 船体用结构钢 高耐候 性结构钢 采用粗轧和精轧两个阶段来完成不同的任务和要求 河北联合大学冶金与能源学院 10 第 3 章 设计方案 3 1 工艺方案的选择 本设计是设计一年产量为 280 万吨的热轧带钢车间 成品规格 1 2 25 4 mm 800 2130mm 结合国际国内热轧宽带钢生产线的情况 选择常规热连轧 工艺 薄板坯连铸连轧与常规热连轧带钢比较 1 常规热轧 其流程一般为 板坯先进步进式加热炉 然后经过定宽机 开始粗轧 粗 轧一般为两个轧机可以其中一个可逆 也可以两个都可逆 然后通过飞剪 除 鳞后进行精轧 精轧一般为七机架 其后安装三台卷取机 2 薄板坯连铸连轧工艺 下面以 CSP 为例 先进行连铸 然后进入辊底式加热炉 除鳞之后可以进 入精轧机 精轧机一般为六架 层流冷却之后就可以卷曲了 短流程和常规热 轧最大的不同就是热历史的不同 前者从钢水冶炼到板卷成品仅为 2 5h 左右 而后者时间要长得多 在传统工艺中 钢坯经历冷却加热两次相变 到 和 到 原始的奥氏体组织有柱状晶转化为等轴的 细的 均匀的晶粒 但短 流程没有这一过程 而是采用结晶器快冷而后经过二冷区缓冷 从而获得比较 细小的晶粒 在加热方式上也有不同 常规热轧一般采用步进梁式加热炉 而 短流程由于铸坯温度很高 头尾温度相差太大 轧制要求头尾相差正负十度 所以采用均热炉 主要是为了保持温度均匀 而不是为了加热 其次常规热轧通过再结晶来细化奥氏体晶粒 但再加热前的冷却使部分合 金元素随碳化物氮化物析出 再次加热只有有限的部分能溶解 损失了一部分 可强化细晶的奥氏体晶粒 短流程由于采用快冷是的合金元素固溶在其中进行 强化 1 薄板坯连铸连轧的优点 a 工艺简化 设备减少 生产线短 从而大幅度降低了基本建设投资 使 得吨钢投资下降 19 34 b 生产周期短 从冶炼钢水至钢卷送到运输链 仅需约 2h 从而减少了大 量流动资金 c 成材率提高约 2 3 能耗降低约 20 从而降低了生产成本 使吨钢 成本降低 2 薄板坯连铸连轧的不足 第 3 章 设计方案 11 a 短流程 薄板坯连铸连轧 的产品范围比常规的窄 CSP原料的厚度不超过 100mm 通常产品厚度最好在10mm以下 而常规轧制厚度可由1 2mm至 25 4mm 远远超过了短流程 b CSP生产的大部分是低附加值产品 常规轧制的连铸速度比CSP低 提高 了钢水的质量 可以生产出高附加值 高尖端的产品来 c 短流程的产量低于常规轧制 由于连铸速度的影响 短流程的产量一般 远低于常规轧制 d 短流程成本低 工艺流程紧凑 简化 投资成本低 能源消耗低 e 常规热连轧带钢生产工艺 通常采用200 280mm厚的厚板坯 由冷坯或 热坯装入板坯加热炉中加热 由粗轧和精轧轧制后出成品 f 板坯厚度200mm以上 长度一般为4 5 9m 亦有达到12 5m 具有一定 容量的板坯库 有加热炉区 一台或多台步进式加热炉 具有粗轧区 后接精 轧机组及地下卷取机 一台到多台 的生产线 g 连铸能力与连轧能力匹配上还不可能与常规工艺生产规模相比 在所生 产的钢种上和产品质量上 还是常规略胜一筹 薄板坯连铸连轧可以覆盖大多 数热轧带钢的品种范围 但是一些高性能要求和高附加值的品种还不能生产 目前的薄板坯技术可以生产约 70 的传统热带可生产的钢种 生产方案的选择与设备的选择密切相关 确定生产方案时应考虑以下几点 1 年产量的大小 产量不仅决定工艺过程的特点 同时也对设备选择 铸 锭尺寸 产品规格有着直接的影响 2 投资 建设速度 机械化和自动化程度 劳动条件 工人与管理售货员 的数量以及将来的发展 根据以上分析 再结合实际 本设计采用常规热轧工艺 主要原因如下 1 生产规模 本设计钢板带材年产量为 280 万吨 目前薄板坯连铸连轧生 产量还难达到 2 产品定位 考虑到本设计车间的将来发展 以后需要生产的产品可能为 轿车用板 高韧性管线钢 造船和桥梁用高强度钢等 产品品种较多 像轿车 用板等表面质量要求较高 目前薄板坯连铸连轧工艺在表面质量和品种上难以 满足 高质量产品生产尚处于开发实验阶段 如汽车面板 超深冲钢板和高表 面要求的钢板 镀锡板的基板 高级别的高强韧管线钢 奥氏体不锈钢等 3 产品性能 常规热连轧所用板坯常为 200 300mm 而薄板坯连铸连轧一 般为 50 100mm 轧制同样规格产品时 常规热连轧生产具有较高的压缩比 这对产品性能的提高有利 河北联合大学冶金与能源学院 12 鉴于以上原因 本设计采用常规热连轧工艺 3 2 主机型式的选择 常规热连轧工艺根据粗轧机的布置形式 又可以分为全连轧工艺 3 4 连轧 工艺 半连轧工艺几种 本设计采用半连续式 双机架粗轧机布置方案 1 1 全连续式轧机 指轧件自始至终没有逆向轧制道次 其粗轧机由 5 6 个机架组成 轧件沿一个方向连续轧制 每架轧制一道 采用交流电机传动 虽然全连续式布置操作简单 生产能力大 但是粗轧机架多 各机架间距离长 因而轧制线很长 厂房长度增加 同时轧制时间往往要比精轧机组的轧制时间 少得多 亦即粗轧机的利用率不高 2 半连续式轧机 指粗轧机组各机架主要或全部为可逆式 粗轧机组由两 架轧机组成 既生产板卷 又生产中厚板 3 3 4连续式 粗轧机组1 2架可逆式轧机 数量由六架缩减为四架 可逆 式轧机可放在第二架 也可放在第一架 优点 兼有全连续式粗轧机的优点 克服了其缺点 与其相比有生产线短 占地少 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的生产 缺点 可逆式机架的操作维修要复杂些 耗电量大 半连续式和 3 4 连续式一样 不仅可以充分利用粗轧机 减少设备和厂房 面积 降低投资 而且可以满足年产量 280 万吨的生产要求 图 3 1 全连续式粗轧机的布置形式 图 3 2 3 4 连续式粗轧机的布置形式 第 3 章 设计方案 13 半连续式粗轧机常见的几种布置形式如下 1 由一架四辊可逆式轧机组成 2 由一架二辊可逆式和一架四辊可逆式轧机组成 3 由二架四辊可逆式轧机组成 图 3 3 半连续式粗轧机的布置形式 3 3 轧机数量及相关设备的选择 3 3 1 粗轧机组设备选择 轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备 26 是代表车间生产技术水平 区 别于其它车间类型的关键 因此 轧钢车间选择的是否合理对车间生产具有非 常重要的作用 轧钢机选择的主要依据是 车间生产的钢材的钢种 成品品种和规格 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 轧钢机选择的内容是 确定轧机的结构型式 确定其主要参数 选用轧机机架 数即布置形式 在选择轧钢机时 一般要注意 考虑下列原则 1 在满足产品方案的前提下 使轧机组成合理 布置紧凑 2 有较高的生产率和设备利用系数 3 保证获得良好的产品 并考虑到生产新产品的可能 4 有利于轧机的机械化 自动化的实现 有助于工人的劳动条件改善 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 有良好的综合经济技术指标 目前 由于机械制造业的发展 轧钢生产的日益进步 现在的主要轧机除 去一些特殊用途外 基本上都已经趋于系列化 标准化了 为我们选用轧机进 行生产提供了方便的条件 本设计采用半连续式工艺 粗轧机组的水平轧机为双机架 由两架四辊可 河北联合大学冶金与能源学院 14 逆式粗轧机组成 根据本车间生产情况及现场实际状况 粗轧阶段选用两台带立辊的四辊可 逆式轧机 立辊轧机的作用是轧边 限制宽展 同时破碎轧件表面的氧化铁皮 四辊可逆式粗轧机既可满足板坯精度高的要求 又可保证足够的压下量及较好 的板形 刚出加热炉的板坯在粗轧机组前几个道次的轧制 因温度较高 有利于实 现大的压下量 这就需要轧辊具有较大的咬入角 后几个道次的轧制 需要为 精轧机输送厚度均匀的中间坯 采用双四辊可逆式粗轧机组的原因 采用二辊式的工作辊直径大 具有大 的咬入角 可实现大的压下量 其配置上由于多一个机架 故要求板坯出炉温 度相对较高 装备占地面积大 四辊式的工作辊直径小 有利于带坯的厚度控 制 又因该配置中有支撑辊 减少了工作辊挠度 可轧制较薄的 厚度均匀的中 间坯传给精轧工序 两架四辊可逆式粗轧机组 半连续式粗轧机组 的优点 具有设备少 生产 线短 占地面积小 投资省等特点与精轧机组的能力匹配较灵活 对多品种的 生产也有利 3 3 2 侧压设备的选择 立辊轧机与定宽压力机比较 边部凸出量大 俗称狗骨形 水平轧制时 易产生较大的鱼尾 而侧压机边部凸出量较小 水平轧制后产生的鱼尾较小 甚至无 因此可减少切损 提高成材率 与立辊调宽相比 压力机调宽具有明显的优越性 即 1 提高了热轧带钢轧机的成材率 调宽压力机有控制板坯头尾形状的功能 即使在很大的侧压下 板坯头尾变形仍然比较均匀 故头尾形状得以优化 减 轻了头尾部舌头和鱼尾 降低切损 与立辊轧制调宽相比 在相同的压下量条 件下 调宽压力机的切头损失大幅度减小 从而提高了成材率 2 调宽能力大 现代化的调宽压力机最大侧压量可达 350mm 所以只需 要几种连铸板坯规格即可满足用户需求 大大减轻了连铸变宽的负担 提高了 连铸机的生产率和连铸坯质量 同时也提高了板坯的热装率和热装温度 3 提高了调宽效率 压缩调宽时 板坯变形可深入到板坯中部 局部变形 得到缓解 狗骨形因此得到减弱 所以板坯变形均匀性得到提高 从而减少了 板坯在随后平轧时的回展 可以获得很好的调宽效率 4 提高了宽度精度 由于调宽时板坯宽度由压力机锤头能够得到精确控制 所以可得到比立辊轧机更高的目标宽度精度 第 3 章 设计方案 15 综合以上原因 此车间选用定宽压力机 3 3 3 精轧机组设备选择 精轧机组布置在粗轧机组中间辊道或热卷箱的后面 它的设备主要包括切 头飞剪前辊道 切头飞剪导板 切头飞剪测速装置 边部加热器 切头飞剪及 切头收集装置 精轧除磷箱 精轧前立辊轧机 精轧机 活套装置 精轧机进 出口导板 精轧机除尘装置 精轧机换辊装置等 1 精轧机选型 目前世界上高精度轧机以 PC 轧机 HC 轧机和 CVC 轧机应用最多 1 PC 轧机 PC 轧机目前已成为当前发展最快的板形控制技术 其工作原理是通过改变 交叉角的大小改变轧辊的等效凸度来控制板形和凸度 它的主要优点是 5 a 凸度控制范围大 精度高 b 辊形曲线简单 轧辊管理简化 c 辊颈强度不受限制 轧制能力得到提高 减少轧制道次 dPC 轧机和在线磨辊装置配合使用 具有控制板凸度能力和局部高点 延 长辊子使用周期 其缺点是 a 结构复杂 维修量大 b 存在轴向力和无法避免轧辊磨损造成的局部高点 2 HC 轧机 HC是英文High Control Mill的简称 该轧机辊系由上下对称的三对辊组成 即工作辊 中间辊和支撑辊 其中中间辊可轴向移动 并配置液压弯辊装置 因此具有很强的板形控制能力 目前这种新型轧机已广泛用于冷轧 热轧及平 整机生产中 3 CVC轧机 CVC轧机是由西马克公司在日本HC轧机基础上于1983年研制成功的一种新 型轧机 是一种连续可变的凸度轧机 其工作辊 WR 磨成S 型 上下两根 轧辊180o对称摆放 以便形成对称的辊缝 轧辊的相对窜动形成连续变化凸度 CVC 它的优点是 a操作简便 b机器结构简单 易改造 c换辊方便 完成一次换辊操作只需几分钟 d板凸度控制能力强 工作辊轴向移动 100mm 可调辊缝100 500 m 与 河北联合大学冶金与能源学院 16 弯辊装置配合则有600 m e应用范围广 CVC 技术无论对于热轧还是冷轧 也不论是轧制黑色或者 有色极薄带都非常实用 实际上CVC轧机的轧辊调整机构可以称为辊缝万能调 整机构 CVC轧机的缺点是 a易蛇形 b轧辊形状特殊 磨削困难 CVC轧机与PC轧机的比较 1 调节范围 PC轧机轧辊交叉角为1 时 轧辊凸度可达1000 m CVC轧 机工作辊轴向移动 100mm 可调辊凸度100 500 m 与弯辊装置配合则有 600 m 2 调节机构 PC轧机需要安装角度调整和侧推力支承两套机构 结构复杂 CVC轧机的轧辊机构相对简单许多 14 3 轴向力 PC轧机轴向力很大 这亦是限制交叉角进一步加大的主要因素 PC轧机的轴向力最大可达轧制力的10 为2000KN 而CVC轧机一般仅为 200KN左右 14 4 弯辊力 PC轧机轧辊交叉 限制了弯辊力的加大 一般最大为 800 1000KN 而CVC轧机弯辊力可以加大到1500KN甚至2000KN 另外 PC轧机轧辊交叉点与轧制宽度中心线重合难 轧件亦跑偏 当然 CVC轧机亦有其缺点 譬如CVC轧辊曲线易被磨损破坏 辊间接触应力分布呈 S形使支撑辊和工作辊磨损严重不均 降低了轧辊的寿命 15 近几年用西马克 德马克公司技术建设的热连轧机都采用了 CVC plus 机型 CVC plus 是在 CVC 技术上的改进 该技术与 WRB 技术相结合 可完成大范围 的纠偏 有效地扩展了 CVC 系统对板形的调整能力 特别是半无头轧制中需动 态改变辊型凸度时 该系统可提高板带凸度和实现最佳的轧件平直度 另外 CVC plus 轧机可以实现带负荷窜辊 并通过轧辊横移策略提高轧辊寿命 图3 4 CVC轧机 图3 5 HC轧机 第 3 章 设计方案 17 图 3 6 PC 轧机 根据以上对比分析并参照马钢 2250 热轧生产线 本设计中的精轧机组方案 选用 CVC 轧机 2 精轧机布置 为提高轧机生产能力 提高卷重 增大精轧机速度 满足最大卷重的需要 精轧机组采用7机架布置 7个机架均配有弯辊装置 均为全液压压下AGC 3 精轧机前立辊轧机F1E 精轧机前立辊轧机附着在F1精轧机前面 他的主要功能是进一步控制带钢 宽度 该轧机具有一定的控宽能力 该轧机上配有AWC的反馈功能 前馈功能 4 边部加热器 边部加热器的功能是将中间带坯的边部温度补偿到与中部温度一致 带坯 在轧制过程中 边部温降大于中部温降 温差约100 边部温差大 在带钢横 断面上晶粒组织不均匀 性能差异大 同时还将造成轧制中边部裂纹和对轧辊 严重的不均匀磨损 其功能是 将边部温度加热补偿到与中部温度一致 边部 25mm处可提高温升50 边部加热器主要由中频感应头和感应头位置设定装置 组成 边部加热器从其发展史上看 有U形和C形两种结构 C形加热器以其在大间 隙时仍具有高的热效率和对中间坯板形的良好适应性而得到广泛应用 此处选 用电磁感应加热型边部加热器 这种加热器的加热温度可以调节 适用于各种 钢种 5 切头飞剪 切头飞剪位于粗轧机组出口侧 精轧除磷箱前 它的功能是将进入精轧机 的中间带坯的低温尾端和形状不良的头尾端切掉 以便带坯顺利通过精轧机组 和输出辊道 送到卷取机 防止穿带过程中卡钢和低温头尾在轧辊表面产生辊 印 设置切头飞剪的原因 河北联合大学冶金与能源学院 18 1 头尾温度比中间低 在精轧机组轧制时长使工作辊产生压痕 使带钢卷 表面产生辊印缺陷 影响质量 2 轧件易产生跑偏 造成卡钢事故 3 打滚困难 易造成散卷 定尺飞剪应该保证良好的剪切质量 定尺精确 切面整齐和较宽的定尺 调节范围 同时还要有一定的剪切速度 为了满足上述要求 飞剪的结构和性 能 在剪切过程中必须满足下列要求 1 剪刃的水平速度应该等于或稍大于轧件的运动速度 2 两个剪刃应具有最佳的剪刃间隙 3 剪切过程中 剪刃最好作平面平移运动 即剪刃垂直于轧件的表面 4 飞剪要按照一定的工作制度来工作 以保证定尺长度 5 飞剪的运动构件的加速度和质量应力求最小 以减小惯性力和动负荷 飞剪的类型很多 主要有圆盘式飞剪 双滚筒式飞剪 曲柄连杆式飞剪 滚筒式飞剪 曲柄回转杠杠式飞剪等 此处采用曲柄连杆式切头剪 6 带钢冷却装置 出精轧后要将带钢从 800 900 迅速冷却到 600 左右 冷却方式主要有压 力喷射冷却 层流冷却 超快冷却和水幕冷却 压力喷射冷却优点 水冷为连续状 没有间断现象 呈紊流状态喷射到钢 板表面 可喷射到需要冷却的部位 钢板上下表面冷却差别显著 缺点 比冷 却特性很低 冷却效率不高 水消耗量大 水的飞溅严重 冷却不均匀 对水 质的要求较高 喷嘴容易堵塞 水的利用率较低 适用范围 适用于一般冷却 使用或因其穿透性好而适用于水气膜较厚的环境 层流冷却 从虹吸管吸取的无压或低压水经冷却管自由地落到带材表面 冲 破带钢表面的蒸汽膜 随后紧贴带钢表面而不反溅 形成层流而带走大量热量 的冷却 优点 此冷却效率较高 水流呈层流状态 可获得很强的冷却能力 钢板的上下表面和纵向冷却均匀 缺点 冷却区距离长 极管之间有一定的距 离 达不到横向冷却均匀 对水质的要求较高 喷嘴容易堵塞 设备庞杂 维 护量较大且难度高 适用范围 适用于强冷却时 如热轧板出口处 根据钢种 与带钢厚度的不同 层流冷却方法主要分为 前段冷却 后段冷却 带钢头 尾部不喷水三种 超快冷却技术 23 为了在轧制过程中实现短时 快速 准确控温 而常规 的层流冷却 气雾式冷却等技术 由于冷却速度不高而难以满足这个要求 因 此促使人们开发出一种新型的冷却系统 超快冷却系统 超快冷却系统具有以 下特点 第 3 章 设计方案 19 1 冷却速度足够大 有超常规冷却能力 2 冷却水与钢板的热交换更加充分有效 3 冷却水喷洒形式能满足快速热交换要求 4 有新型的冷却设备 水幕冷却 从条状缝隙喷嘴自由落下的呈连续稳定 透明平滑的帷幕状的 水流冲破带材表面的冷却水层和蒸汽层与带材直接接触而带走大量热量的冷却 方式 亦称水幕层流冷却 优点 此冷却特性最高 水流呈层流状态 冷却 速度快 冷却区距离短 对水质的要求不高 易维护 缺点 钢板上下表面及 整个冷却区冷却不均匀 可调节的冷却速度范围较小 适用范围 不仅可用于 板带钢输出辊道上的冷却 也可用于连轧机机架间的冷却 虽然水幕冷却具有较强的冷却能力 但据克虏伯公司对三种冷却方式实验 结果表明 水幕冷却均匀性不及层流冷却 所以目前许多厂家仍以层流冷却方 式为主 本设计也拟采用层流冷却 6 7 卷取机 卷取机位于精轧机输出辊道末端 由卷取机入口侧导板 夹送辊 助卷辊 卷筒等设备组成 它的功能是将精轧机组这种的带钢以良好的卷形 紧紧地无 擦伤的卷成钢卷 卷取机是在高速且有较大冲击力的非常恶劣的条件下进行运转的设备 其 结构复杂 故障率高 所以对卷取机的性能有特殊要求 7 1 卷取机刚度高 不易变形 2 耐反复冲击的高强度结构 3 保持高机械精度的结构 4 设备结构应利于检修和维护 5 发生故障率低的机械结构 为了保证轧件在输出辊道上能 拉直 运行 轧机 辊道 卷取速度需匹配 带钢头部出精轧末架 未被卷取前 辊道速度超前10 20 于末架轧机轧制速 度 卷取过程中卷取速度应与轧制速度同步 带钢尾部离开末架轧机后 辊道 速度要滞后20 40 于带钢速度 卷取机设置 带钢厚度不同 冷却所需要的输出辊道长度亦不同 因此出 现几种不同非卷取机设置方案 在距末架精轧机190m处装置三台卷取机 满足 高速和产量要求 对于厚度2 5 3mm以下的薄带钢 在60m近处再装设2 3台 近距离卷取机 只在距精轧末架约120m处装设三台标准卷取机 地下式卷取机具有生产效率高 便于卷取宽且厚的带钢 卷曲速度快而且 钢卷密实 节省空间 河北联合大学冶金与能源学院 20 此设计选用 3 架地下式卷取机去满足生产要求 3 4 加热炉的选择 在轧制之前 要将板坯进行加热 其目的在于提高板坯的塑性 降低变形 抗力及改善内部组织和性能 以便于轧制加工 加热炉主要型式有 推钢式连续加热炉 步进式连续加热炉 滑轨式加 热炉 推钢式连续加热炉 靠推钢机完成炉内运料任务的连续加热炉 料坯在 炉底或在用水冷管支撑的滑轨上滑动 在后一种情况下可对料坯实行上下两 面加热 炉底水管通常用隔热材料包覆 以减少热损失 为减小水冷滑轨造 成的料坯下部的 黑印 近年来采用了使料坯与水管之间具有隔热作用的 热滑轨 有的小型连续加热炉采用了由特殊陶质材料制成的无水冷滑轨 支撑在由耐火材料砌筑的基墙上 这种炉子叫 无水冷炉 步进式连续加热炉 靠炉底或水冷金属梁的上升 前进 下降 后退的 动作把坯料一步一步地移送前进的连续加热炉 炉子有固定炉底和步进炉底 或者有固定梁和步进梁 优点 运料灵活 必要时可 将炉料全部排出炉外 料坯在炉底或梁上有 间隔地摆开 可较快地均匀加热 完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障 因而使炉的长度不受这些因素的限制 炉子生产能力大 可加热各种形状尺 寸的钢坯 炉子长度不受推钢比的限制 表面不会有划痕 并且钢坯的黑印 也少 加热质量好 可以准确计算和控制加热时间 便于实现自动化 缺点是 1 结构复杂 设备重量大 投资大 施工安装要求严格 2 当 炉温过高时 炉内氧化铁皮会发生熔化并落在步进梁的缝隙处 容易造成 堵塞 影响步进梁的工作 滑轨式加热炉 表面易擦伤 易于翻炉 板坯尺寸和炉子长度受到限制 炉子排空困难 劳动条件差 综合以上原因 此处选择步进式连续加热炉 第 4 章 生产设备及参数 21 第 4 章 生产设备及参数 4 1 工艺装备 加热炉装出炉辊道与连铸的出坯辊道相连接 可以采用冷装 热装 预 留直接轧制的可能性 2座步进梁式加热炉 每座加热炉加热能力350吨 小时 采用先进的数字 化燃烧技术 通过时序脉冲燃烧实现数字化燃烧控制 使用宽火焰烧嘴加热 优化的水梁布置 带有模糊逻辑控制的二级系统 用坯料长度方向上的温度 曲线用来控制火焰的长度 采用先进的步进炉汽化冷却技术 启停式定宽机 能够保证良好的板坯边部垂直度 不产生鱼尾形 减 宽量最大350mm 强大的减宽能力有效减少了连铸坯规格尺寸 提高