热轧板带的层流冷却轧制工艺毕业论文.doc

目 次热轧板带的层流冷却轧制工艺毕业论文目 次引言1第1章 文献综述21.1 热轧板带钢发展历史21.1.1 热轧板带钢生产的发展史21.1.2 我国热轧板带钢生产的发展史21.2 热连轧技术的发展现状31.2.1 带钢生产技术的进步31.2.2 热带钢装备技术进步41.3 我国热轧板带钢发展趋势51.3.1 近代热轧板带钢生产技术发展的主要趋向51.3.2 我国热带轧机的发展趋势51.4 热轧板带钢的生产工艺及其特点61.4.1 常规热连轧工艺61.4.2 薄(中，厚)板坯连铸连轧工艺61.5 热轧板带新生产工艺对轧机装备的要求71.5.1 板形、板厚控制技术在新生产工艺中的应用81.5.2 除鳞技术的发展8第2章建厂依据及产品大纲92.1 建厂依据92.2 产品大纲92.2.1 产量及钢种102.2.2 产品规格102.2.3 钢种方案11第3章车间布置及主要设备选择123.1 车间布置及设备选用的原则123.2 主要设备选择123.2.1 板坯宽度侧压设备133.2.2 轧制总道次的确定173.2.3 粗轧机173.2.4 保温装置213.2.5 精轧机233.2.6 压下装置293.2.7 活套装置30第4章 典型产品压下规程设计314.1 概述314.2 各道次出口厚度及压下量的确定314.2.1 粗轧机的压下量分配原则314.2.2 精轧机的压下量分配原则324.2.3 综合分析324.3 轧机咬入的校核334.4 确定轧制速度制度344.4.1 粗轧机速度制度344.4.2 精轧机速度制度354.4.3 加减速度的选择364.5 确定轧制温度制度374.5.1 粗轧各道次温度确定384.5.2 精轧各道次温度确定384.6 力能参数的计算394.6.1 轧制力的计算和空载辊缝的设定394.6.2 轧制力矩的计算424.6.3 附加摩擦力矩的计算444.6.4 空转力矩的计算464.6.5 动力矩的计算474.7 层流冷却对温度的控制及大致的冷却速率的确定48第5章 轧辊强度和主电机能力的校核515.1 轧辊强度的校核515.1.1 支撑辊的校核515.1.2 工作辊的校核535.1.3 工作辊与支撑辊间的接触应力555.2 主电机能力的校核585.2.1 轧制过程中静负荷图的制定595.2.2 主电机的校核60第6章 年产量的计算及轧制图表636.1 轧钢机年产量的计算636.1.1 轧钢机年产量的计算636.1.2 轧钢机平均小时产量的计算646.1.3 轧钢车间年产量的计算656.2 轧钢机工作图表的制定656.2.1 轧制图表的基本形式及其特征666.2.2 轧机工作图表的制定67第7章 辅助设备的选择687.1 加热炉的选择687.1.1 加热能力的确定697.1.2 炉子数量的确定707.1.3 炉子尺寸的确定707.2 除磷装置的选择717.2.1 除磷的必要性717.2.2 各种除磷方式的比较717.2.3 本次设计除磷装置的选择727.3 剪切设备的选择727.4 带钢冷却装置747.5 卷取设备的选择767.6 辊道的选择777.7 活套支撑器787.7.1 概述797.7.2 活套支撑器的相关参数的计算807.8 控制设备817.8.1 厚度控制827.8.2 板形控制827.8.3 板凸度计算837.8.4 磨损凸度计算847.8.5 各架轧机的板凸度计算857.8.6 板凸度计算857.8.7 宽度控制86第8章 轧钢车间平面布置及经济技术指标898.1 轧钢车间平面布置898.1.1 轧钢车间平面布置的原则898.1.2 金属流程线的确定898.2 设备间距的确定908.2.1 加热炉间距离的确定918.2.2 轧机间间距的确定918.3 原料仓库面积和成品仓库面积的确定918.3.1 原料仓库面积确定918.3.2 成品仓库面积的确定928.4 车间其它设施面积的确定928.4.1 操作台位置的确定928.4.2 主电室位置的确定938.5 轧钢车间厂房组成及立面尺寸确定938.5.1 厂房跨度布置938.5.2 厂房跨度大小938.5.3 柱距尺寸938.5.4 吊车轨面标高948.6 车间技术经济指标948.6.1 各类材料消耗指标948.6.2 综合技术经济指标96第9章 分析可行性及介绍设计优势99结 论102参考文献103致 谢105引 言引言板带材生产技术水平不仅是冶金工业生产发展水平的重要标志，也反映了一个国家工业与科学技术发展的水平。建设现代化的热轧宽带钢轧机要满足现代工业对热轧板带品种质量的要求。本设计将本着多品种，多规格的原则设计生产车间。尽量做到产品的高附加值。目前传统热轧采用的特色技术有：1）连铸坯热装和直接热装。该技术要求炼钢和连铸机稳定生产无缺陷板坯，热轧车间最好和连铸机直接连接，以缩短传送时间，在输送辊道上加设保温罩及在板坯库中设保温坑，板坯库中要具有相应的热防护措施。2）厚度的自动控制。选用WRB、PC、CVC轧机等装置，利用可靠地板形检测装置，获得准确的在线检测信号。最后在检测装置与执行机构之间应装备板形控制装置。这时要根据在线的板形检测结果确定实际的板形参数，并将它与可获得最佳板形的板形参数相比较，利用这两者之差给出执行机构的调整量，对板形进行控制。3）中间坯保温技术和边部感应加热技术。中间坯长度可达8090m，进精轧机轧制过程中为减少带坯头尾温差，设置保温罩是简单有效的技术。精轧机组前的带坯边部电感应加热器是针对轧制薄规格产品和硅钢、不锈钢、高碳钢特殊品种设置的。从我国目前板带市场需求情况和生产能力来看，热轧板的生产能力大大高于冷轧能力。采用常规板坯连铸、热送热装和直接轧制工艺，可稳定生产以汽车面板为代表的高档板材品种，除生产工艺成熟、效率高、产品质量高外，还可缩短工艺流程，降低生产成本。但由于连铸和热连轧生产线的投资比例一般约为连铸20%，轧机80%，热连轧机是决定规模和投资的主要因素。从生产规模看， 要充分发挥热连轧机的生产能力， 必须配备足够生产能力的辅助设备和确保连铸坯的质量和供应量。采用连铸、炼钢、轧钢生产计划的计算机一体化管理系统，以保证物流匹配，使投资效益最大化。- 105 -第1章 文献综述第1章 文献综述1.1 热轧板带钢发展历史1.1.1 热轧板带钢生产的发展史第一代宽带钢热连轧机 最早的宽带钢热连轧机是1926年在美国投产的。采用四辊式轧机以提高刚性，生产宽而薄的产品。精轧机组的主电机为直流电机，用电动机发电机组供电。这代轧机所用板坯厚150200mm，宽12001550mm,长2.55m。从粗轧机出来的轧件厚度一般为2030mm,精轧机最高速度为每秒钟810米。最大卷重小于10吨，单位宽度卷重约8kg/mm。年生产能力约60200万吨1959年中国鞍山钢铁公司投产的1700mm半连续式轧机就属于这一类型。第二代宽带钢热连轧机 1961年在美国投产，其特点是在轧机上采用增速轧制工艺。当带钢从精轧机出来，前端喂入卷取机后,精轧机、辊道和卷取机同时加速,使精轧机速度提高到每秒钟1520m,单位宽度卷重达1820kg/mm，卷重达30吨，年生产能力达400万吨。在这类轧机上采用了自动厚度控制，测厚和测宽仪表，完善的除铁鳞和带钢冷却控制系统，良好的速度控制系统和微张力活套装置。同时加大了轧机刚性和主电机功率，增设了快速换辊装置，并开始采用计算机控制系统，提高了表面质量和厚度的精度。第三代宽带钢热连轧机 随着第二代轧机技术的成熟和应用，结合连铸机和步进式加热炉的发展，19701978年发展出第三代轧机。配合这类轧机的加热炉能加热重达45吨,长达15m的板坯。并可减少加热时产生的黑印，减少板坯表面划伤，每座炉子的加热能力达 300吨。单位宽度卷重达36kg/mm，最高轧制速度达每秒钟28.5m。年生产能力达600万吨。1.1.2 我国热轧板带钢生产的发展史自20世纪80年代起，世界上就没有新建过大型初轧机，我国宝钢的初轧机是世界上最后建设的一台大型板坯和管坯初轧机。我国到20世纪末，尚有初轧机20多套，总开坯生产能力约在3000万吨/年以上。轧机规格在700mm1300mm之间，其中1300mm一套，1150mm六套，1000mm一套。上述轧机中除个别的轧机还可以轧制一些钢材外，主要任务就是开坯，小部分轧机带有钢坯连轧机。除1300mm轧机的设备较先进外，其他初轧机的装备水平基本上都是50年代的水平。我国初轧机大部分为单机架，适用于使用大钢锭，轧制大坯，他们可以为下游的热宽带钢轧机、中厚板轧机，扎梁轧机，大型轧机，大直径无缝管轧机供应坯料。如果喂小型轧机供坯，往往还需要二次开坯。在前述开坯机中，个别为双机架或者是带钢坯连轧机，可以分为中小型轧机，线材轧机，小无缝管轧机等供应，有的也可以少量直接轧制成品钢材。总体上说，我国初轧机的装备落后，产品品种受到相当大的制约，且产品质量较低，仅可以满足当时那个时期的一般需求。只是由于我国的连铸技术起步较晚，因此相应的延长了这些初轧机的寿命。自90年代以来，我国的连铸生产能力有了很大的发展。初轧机面临着被淘汰或者必须加以改造以适应新的生产形势的局面。我国的初轧机的生产能力巨大，存量资产巨大，实现全连铸后全部淘汰损失很大。在轧材总能力大于市场需求的今天，这都是一个问题。1.2 热连轧技术的发展现状1.2.1 带钢生产技术的进步最近十几年,热连轧技术有了很大的进步,在热轧带钢轧机布置形式的发展方面,总结起来,主要有六种形式6：1.典型的传统热带钢连轧机组,这种机组通常是2架粗轧机,7架精轧机,2台地下卷取机,年总产量350550万t ,生产线的总长度400500m,有一些新建的机组装备了定宽压力机( SP)。这类轧机采用的铸坯厚度通常为200250mm,特点是产量高,自动化程度高,轧制速度高(20 m/ s 以上),产品性能好。2.紧凑型的热连轧机,通常机组的组成为1架粗轧机,1台中间热卷箱,56架精轧机,12台地下卷取机,生产线长度约300m ,年产量200300万t。采用的铸坯厚度200mm 左右,投资比较少,生产比较灵活,由于使用热卷箱温度条件较好,可以不用升速轧制(轧制速度14 m/ s左右) 。3.新型的炉卷轧机机组,通常采用1台粗轧机,1台炉卷轧机,12台地下卷取机,产量约100万t ,其中有的生产线可以生产中板也可以生产热轧板卷,主要用于不锈钢生产,投资较小,生产灵活,适合多品种。4.热轧带钢的另一生产形式是薄板坯连铸连轧,按结晶器的形式不同,分别有多种形式,如SMS开发的CSP、DANIELY开发的H2FRL等,由薄板坯铸机、加热炉和轧机组成,刚性连接,铸坯厚5090mm,产量120200万t ,轧机的布置形式有粗轧加精轧为2 + 5布置,1+ 6布置,也有7架精轧机组成的生产线。薄板坯连铸连轧的特点是生产周期短、产品强度高、温度与性能均匀性好,但是表面质量、洁净度控制方面比传统厚板坯的难度大。5.国外发展的无头(半无头)轧制技术,日本是在传统的粗轧机后设立热卷箱,飞焊机,把中间坯前一坯的尾部和下一坯的头部焊接在一起,进入精轧机组时形成无头的带钢进行轧制,在卷取机前再由飞剪剪断,该生产线可以20 m/s的速度轧制生产0. 81. 3 mm厚的带钢。德国发展的是半无头轧制技术,他们利用薄板坯连铸连轧的生产线,铸造较长的铸坯,如200m,进人精轧,并且轧后进行剪切,在精轧机组中形成有限的无头连轧。这种生产线的特点是适合于稳定生产薄规格的带钢,减少了薄规格带钢生产中的轧废和工具损失。欧洲还在开发基于薄板坯连铸连轧技术的无头轧制技术,通过进一步提高铸坯的拉速,使连轧机和连铸机的速度得到匹配,实现真正的连铸连轧。6.正在开发的生产热带钢的技术是薄带直接连铸并轧制的技术,钢水在2个辊中铸成56mm的带钢,经过1架或2架轧机进行小变形的轧制和平整,生产出热带钢卷。欧洲、日本和澳大利亚都进行过类似的试验,2004年美国NUCOR建立了工业试验厂,德国的THYSSEN-KRUPP也建立了相同的试验工厂,据介绍年产50万t的带钢厂已经试验成功,但是关于生产的稳定性、成本、产品质量、产品范围和应用领域的进一步报道尚未见到。1.2.2 热带钢装备技术进步现在热连轧机很多的技术发展依然集中在板形、厚度精度、温度与性能的精准控制、表面的质量控制等方面，比如广泛使用的强力弯辊(WRB)系统、工作辊窜辊(HCW、CVC)和对辊交叉(PC)技术，工作辊的精细冷却、高精度的数学模型的不断改进等，都使热轧产品的质量不断提高。所有新建的轧机都有完善的检测技术和手段，如厚度、宽度、速度、凸度、平直度、表面等，使带钢的精度更高，质量更好。1.3 我国热轧板带钢发展趋势1.3.1 近代热轧板带钢生产技术发展的主要趋向热轧板宽带钢以深冲钢板、耐腐蚀高强度热轧钢板、成型性优异的高强及超高强钢板、超宽幅汽车钢板、热镀锌钢板、超细晶高强度钢板为发展目标。由于将采用无头轧制技术、薄板坯连铸连轧工艺、控制冷却技术等轧制工艺生产热轧薄带钢，因此可以较好地控制热轧带钢的组织和性能。在冷却技术方面，以温度预测模型为基础，采用细分的冷却箱和缓慢冷却装置，开发高精度的冷却系统，对钢材的组织和性能进行控制。从超薄热轧带钢的市场需求和生产现状可看出“以热代冷”的钢铁市场走向决定了超薄热轧带钢生产总体趋势是供不应求，同时也表明了超薄热轧带钢将成为热轧宽带钢的另一个发展方向。可以预见，采用无头轧制和低温轧制工艺将是薄板坯连铸直接轧制生产超薄带钢的主要发展方向。利用锰、硅、钒、钛、银等微合金元素生产低合金钢种，配合连铸连轧、控轧控冷或形变热处理工艺，可以显著提高钢材性能。近年来，由于工业发展的需要，对不锈钢板、电工钢板(硅钢片)、造船钢板、深冲钢板等生产技术的提高特别注意。各种控制钢板组织性能的技术，包括对组织性能预报控制技术得到了开发研究和重视。1.3.2 我国热带轧机的发展趋势1.热轧带钢轧机建设进一步发展。近年我国热连轧带钢生产发展极其迅速，邯钢、南钢、安钢、武钢、宣钢、承钢等也正在规划建设热带轧机。如果所有轧机全部建成,产能得到发挥,则带钢产量将很可观,我国钢材板带比低、薄板长期供不应求的状况将根本改变。2.轧机的国产化率逐步提高。进入21世纪以后,除热连轧带钢产量大幅度提高、轧机建设快速发展以外，轧机国产化问题也有了长足进步。目前由国外总承包的项目国产化率普遍达到70 %以上,有的达到90 %。而且一些项目已做到全部国产化,如鞍钢1700、2150mm轧机、济钢1700mm轧机、莱钢1500mm轧机、新丰1700mm轧机、唐钢1700mm轧机等,由国内总承包,装备全部国内设计制造，少量关键件在国外自主采购。在已投产的20套轧机中，国产的仅有2套,占1/ 10；但正在建设的16套轧机中已有7套完全采用国内技术装备，占44 %。这是一个很大的进步。国内装备虽然在整体技术水平上与外国先进水平有一定差距,但已达到较高水平,以鞍钢1700mm轧机为例,其质量水平与其1780mm轧机相差不大。国产装备的另一优势是价格优势。如引进国外的薄板坯连铸连轧生产线一般需投资2023亿人民币,但采用国产中等厚度薄板坯仅需1517亿人民币,其产量与国外生产线基本相同7。3.世界最新技术不断被采用。目前国内已建和在建热轧生产线中采用了许多最新技术，如半无头轧制技术，其在国外刚开发不久，国内已有多条生产线采用或预留 (唐钢、马钢、涟钢、本钢、通钢等)；如高性能控制器,西门子刚推出新一代闭环工艺与传动控制器 TDC,国内已有太钢 1549mm轧机、武钢2250mm轧机采用，北京科技大学国家轧制中心承担的莱钢 1500mm轧机自动化控制系统也采用了该控制器，使我国紧跟国外最先进的技术发展。事实表明，在采用最新技术方面热连轧领域已处于国际前沿水平。1.4 热轧板带钢的生产工艺及其特点1.4.1 常规热连轧工艺常规厚板坯热连轧生产工艺具有诸多特点:1.生产能力大；2.产品品种规格范围宽、产品精度高、质量稳定,规格可覆盖全部板材产品,产品最宽可达2000mm 以上,最薄可达112mm(采用无头轧制),可生产包括汽车板、家电板、硅钢、管线板、造船板、容器板等高纯净度、高精度和高强度的全部热轧产品；3.生产效率高、成材率高、自动化程度高；4.压缩比大于其他各种工艺；5.近年来常规板坯连铸和热连轧工艺取得突破性进展,包括连铸坯热送热装和直接轧制技术、无头轧制技术、连铸板坯结晶器在线调宽技术、定宽压力机调宽技术等。因此目前这种生产工艺仍是大型或特大型钢铁联合企业建设热轧宽带钢轧机的首选。由于连铸连轧工艺生产环节多、工艺流程长、占地面积大、能耗较高,因此生产成本相对较高；生产优质高档产品时,需配备技术含量高的炼钢、精炼和连铸设施,投资相应增大；此外,生产超薄带钢的难度大,生产成本高。1.4.2 薄(中，厚)板坯连铸连轧工艺由于薄板坯 (厚度为50mm)连铸连轧时铸坯薄、拉速高,易产生纵向裂纹,因而造成板坯表面质量差,组织不均匀,限制了很多品种的生产。在对于表面光洁度要求不高的场合下，其产品能够部分取代冷轧产品，省去冷轧各个环节。尤其坯料连续铸造后，在轧制前仅有一次补热，生产过程得到简化，降低了成本8。为了扩大生产品种,将出结晶器的铸坯厚度增加到90mm,经软压下后减薄到70mm ,形成中薄板坯连铸连轧的生产方式,可实现铁素体轧制,能生产包晶钢等。中厚板坯连铸连轧也是在薄板坯连铸的基础上,将铸坯厚度增至90150mm,轧制工艺和设备配置接近常规工艺,使带坯温度和性能更均匀,生产品种不断扩大,逐步接近常规工艺生产的品种范围。薄板坯连铸连轧生产工艺具有的特点是: 1.生产能力适中,适合中型钢铁企业生产板材, 2流连铸机经济规模可达250万t左右；2.布置紧凑、设备重量轻、厂房面积小、流程短、能源和动力消耗较少、生产运行成本较低；3.采用半无头轧制工艺 ,适合批量生产1.5mm以下薄规格热轧板 ,实现“以热代冷”；4.生产一般用途板材和超薄带钢的市场竞争力较强。由于薄板坯连铸拉坯速度较高 ,因而铸坯易产生横向角裂和表面纵裂等缺陷 ,使带钢表面质量不及常规工艺产品水平；此外,也不利于生产要求压缩比较大的品种。目前,薄板坯连铸连轧生产的产品只能覆盖板材品种的70 %80 % ,还有相当一部分产品 ,如汽车面板、超深冲板和表面质量要求高的板材、高钢级管线板、奥氏体不锈钢板、部分高碳钢板等尚处于开发试验阶段。鉴于此,世界上已投产的40多条薄板坯连铸连轧生产线,中低档产品约占80%。中等厚度板坯连铸连轧工艺的拉坯速度处于薄板坯与传统厚板坯之间,连铸坯内在质量有很大提高,板材质量优于薄板坯工艺。因此学术界认为,该工艺在理论上生产的产品质量有可能与常规工艺接近,可达到传统厚板坯的水平。1.5 热轧板带新生产工艺对轧机装备的要求热带钢连轧机在现代轧钢工艺中可以认为是比较成熟的技术和设备,装备的发展也是围绕着上述的一些新工艺进一步优化的过程,传统的热轧工艺与上述的一些新工艺相比,除在设备布置上带来变化之外,在温度制度、速度制度、变形制度上也有所变化,这些变化对轧机装备的设计提出了新的要求。薄板坯连铸连轧工艺的温度制度,较传统热轧带钢生产工艺有较大不同,板坯温度均匀,温差不大于10,且在轧制过程中板坯头部进入轧机,板坯的其他部分仍在炉内保温,不存在温降问题。传统热轧带钢生产,由于在轧制过程中存在温度降,为避免因温度降造成的头尾温差,产生的厚度精度差,板形不好和性能不均匀一致等质量问题,在轧制过程中必须要升速轧制。而薄板坯连铸连轧工艺,不存在上述问题,轧机生产能力远大于连铸机的生产能力,即使两台连铸机供坯,轧机的生产能力也是有富裕的。因此没有必要进行升速轧制。薄板坯连铸连轧工艺中每架轧机压下率较传统热轧机的压下率高, 轧机负荷较传统轧机要高,这是由薄板坯连铸连轧采用大压下和高刚度轧制工艺决定的。但不采用升速轧制对轧机减少负荷有所帮助。在设计中要对机架、轧辊进行优化设计,特别是为降低轧制力在后几架轧机上尽量采用小直径工作辊。在生产中由于轧制压力增加,板形控制与厚度控制比传统轧制有更高的要求9。1.5.1 板形、板厚控制技术在新生产工艺中的应用板形控制是带钢轧机的关键技术,各轧机制造商在此方面都下大力气开发,呈现出多种板形控制技术。这些技术可大致分为工艺方法和设备方法。从设备方法来讲,主要有原始凸度法、液压弯辊法,调整轧辊凸度法,轧辊变形自补偿法,阶梯形支承辊法,抽动轧辊法,在线磨辊法,轧辊交叉法等。其中抽动轧辊法中的CVC、HC结合弯辊技术得到广泛应用,交叉辊法的PC轧机,其板形控制能力较强,综合性能优良,是目前发展较快的板形控制法,但交叉轧辊带来的较大的轴向力给设备设计带来不便,且交叉机构较为复杂,是其得到广泛应用的巨大障碍。板厚自动控制技术方面,液压AGC已得到普遍的认可,采用短行程压下缸,以减少油柱高度提高响应速度,已成为业界的共识。1.5.2 除鳞技术的发展热轧带钢在轧制过程中除鳞效果的好坏,直接影响到带卷产品的质量。传统热轧带钢生产,均采用高压水除鳞系统,水压达1518MPa,采用多次除鳞,即粗轧前、精轧前及机架间进行除鳞。随着薄板坯连铸连轧工艺的出现,给除鳞技术带来了一个新课题,薄板坯的氧化铁皮在板坯表面很薄且很粘,氧化铁皮很难去除,因此高压水鳞系统水压高达到35MPa,在奥钢联的实验机组上水压曾高达55MPa。提高水压对除鳞有一定作用, 但带来一些问题, 如高压系统的维修保养工作量增加,事故率增加。进一步优化除鳞机喷嘴到板坯表面的距离和角度,以达到更高的除鳞效果；开发新型高压水流量喷嘴,使水流压力高,且冲击到板坯表面的水量小,从而减少板坯表面温降,这是高压水除鳞设备的发展方向。第2章 建厂依据及产品大纲第2章建厂依据及产品大纲2.1 建厂依据去年我国钢材生产总量超过三亿吨，钢材产品的结构调整取得成效，板带产品由于市场需求得到极大的扩充，产品比例超过45，但数量和质量的需求仍在不断的增加，高精尖产品年进口量4000万吨，尤其各种用途的宽面冷轧深冲板。这一差距表明我国仍需继续增加宽面板带材生产量，提高冷轧钢材生产的比例。目前，我国已经建立了近十条薄板坯连铸连轧生产线，设计产品的规格最薄达到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，因为薄规格生产的故障率高，辊耗大，过渡轧材多，加热难度大，板型控制难度大等，这样按综合成本计算，与用热轧2.0mm作原料，冷轧1.0mm的带钢成本相当，甚至更高。因此薄板坯连铸连轧生产线并不追求轧制最薄规格，待技术发展到故障率等降低后，才能经济的批量生产。另外，薄板坯连铸连轧工艺仍有许多不足之处：首先，薄板坯连铸连轧的生产品种受限，产品档次不高，在实际生产中面临着扩大品种、改善质量的任务，其产品与传统热带钢轧机产品尚有一定差距。由于薄板坯连铸连轧一般采用50-90的板坯，在轧制生产时，板坯压缩比明显不够，生产如深冲钢、管线钢等生产工艺要求严格、高质量、高附加值的产品很困难，主要是偏析数量多，夹杂多，扩散相对不足，不利于生产高质量的带钢。其次，薄板坯连铸机漏钢率相对较高，轧机生产能力得不到充分发挥。例如：加拿大的阿尔戈马厂，设计产量16万吨/月，而实际产量6万吨/月；美国的阿姆科厂实际年产量70万吨仅为设计的60再次，隧道式加热炉热效应低，缓冲能力弱。隧道式加热炉的尾气排放温度平均在900，热能未得到充分利用，通常的热效率在20左右。据有关资料介绍，缓冲时间一般在10-15分钟，而步进式加热炉可缓冲30分钟以上，能有效的匹配轧机的生产能力。经以上分析，一条以150mm中板坯为坯料，经步进式加热炉加热后进行轧制的生产线是十分有市场竞争力的。该工艺既具备了薄板坯连铸连轧工艺的优点，又具有传统热轧带钢产品的质量优势。2.2 产品大纲产品大纲是设计任务书的主要内容之一，是进行车间设计时制定产品生产工艺过程，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。产品大纲是车间今后组织生产的依据，因为产品方案不但规定了车间的类型，同时也规定了车间生产品种的方向。所以编制产品方案时应切实注意以下各点：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，要防止不顾轧机特点和条件一哄而上，一哄而下的倾向。3）考虑轧机生产能力的充分利用和建厂地区产品的合理分工。4）考虑建厂地区资源的供应条件，物资和材料运输的情况。5）要适应当前对外开放，对内搞活的经济形式需要。要根据车间工业的设备情况，力争做到产品结构和产品标准的现代化，有条件的要考虑生产一些出口产品，走向国际市场。2.2.1 产量及钢种本设计综合考虑以上各点，面向全国和世界各国而订。产品大纲如下：本设计年产量250万吨/年其中汽车板用钢占20，优质碳素结构钢占60，低合金钢占20板坯厚度：150mm板坯宽度：900-1500mm板坯长度：定尺坯12.9-15.6m2.2.2 产品规格厚度：0.812.7mm宽度：8501550mm钢卷内径：759mm钢卷外径：12002025mm最大卷重：30t产量：年产250万吨单位宽度卷重：16.4kg/mm2.2.3 钢种方案按钢种分类的热轧板带产品方案如表1：表1 按钢种分配的热轧板带的产品序号钢种代表钢号年产量（wt）比例1汽车板用钢IF钢9036%2优质碳素结构钢0808AL9036%3低合金钢Q345B7028%4合计250按产品规格分配热轧板带方案见表2。表2 按产品分配的热轧板带产 量 (wt)宽 度 （mm）合 计（wt）比 例8001000100012001200140014001600厚度（mm）11.547952510%1.541731331910040%46132525127530%612.710151875020%合 计（t）44788543250比 例17.6 %31.2%34.0%17.2%100%第3章 车间布置及主要设备选择第3章车间布置及主要设备选择3.1 车间布置及设备选用的原则常规热轧带钢生产工艺流程如图1-1所示，这种传统工艺具有以下特征：1）原料是厚度较大的连铸板坯，连铸机为厚板坯连铸机，铸速较慢；2）连铸与轧钢分属两个互相独立的车间，它们往往相距较远，没有统一的计划、调度和指挥；3）两个车间都有较大的板坯库用来堆放连铸坯；4）钢水经连铸机变成板坯后，往往要经过冷却、检查、人工离线表面缺陷清理、库内堆放、备料等多个环节；5）由于离开连铸机后，经过了长时间冷却，连铸坯入炉温度基本为室温，虽然有的企业采取了某些抢温保温等措施，实现了一定程度的热送热装，但连铸坯入炉温度一般在A1以下，因此，在轧制前需要在加热炉内进行长时间加热。图1-1常规热轧带钢工艺的轧制工艺流程3.2 主要设备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而确定的产品生产工艺过程。对轧钢车间设计而言,轧钢机选择的主要内容是:确定轧钢机的结构形式,确定其主要技术参数,选用轧机的架数以及布置形式。在选择轧钢机时一般要注意考虑下列各项原则:1）在满足产品方案的前提下,使轧机组成合理,布置紧凑2）有较高的生产效率和设备利用系数3）保证获得质量良好的产品,并考虑到生产新品种的可能4）有利于轧机机械化,自动化的实现,有助于工人劳动条件的改善5）轧机结构型式先进合理,制造容易,操作简单,维修方便6）备品备件更换容易,并利于实现备品备件的标准化7）有良好的综合技术经济指标3.2.1 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。(1)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。(2)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。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：(1)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。其主要技术参考唐钢设计见表3。表3 立辊轧机的各种性能参数 轧辊640/580380毫米调宽范围8001700毫米调整速度30毫米/秒压下形式电动+液压轧制力最大100吨压下量板坯厚度为90毫米时最大27毫米(13.5毫米/边)板坯厚度为70毫米时为最大3035毫米(1517.5毫米/边)轧制速度最大22转/分(用新辊)主传动电机2AC88KW0150rpm成对的水平电机轧辊开口度最大1770毫米（换辊时1840毫米）最小800毫米AWC行程50毫米图2(a)立辊轧边 图2(b)立轧后的平扎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。 (2) “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。(3)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。1)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 。2)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。其主要技术参数如下表4： 表4 定宽压力机技术参数宽度压下量（mm）最大350压力机负荷（MN）最大22（普通钢，1050C时）压力机周期（行程/min）50板坯行走量（mm/行程）400板坯速度（m/min）20主电动机3400KW，0/500（r/min）3.2.2 轧制总道次的确定先计算总延伸系数，如下式：.(1)式中：F0坯料原始截面积F成品截面积代入数据得：再根据平均延伸系数，确定轧制道次n，公式如下：.(2)式中：总延伸系数平均延伸系数代入数据得：，则取n=8为轧制板形好、薄的产品，轧制12道次，选用6+6形式，即粗轧6道次，精轧6 道次。3.2.3 粗轧机粗轧大幅度减小轧件的厚度，调整和控制宽度，增加长度，清除表面一次氧化铁皮。粗轧机组由若干架呈串列式布置的立辊、水平辊轧机组成。一般来说，除第一架外，粗轧机组其余各架均是由一架立辊轧机、一架水平辊轧机组成的万能式轧机，立辊轧机与水平辊轧机形成连轧关系，立辊轧机一般在水平辊轧机的入口侧。第一架水平辊轧机可能是二辊式，也可能是四辊式，其余水平辊轧机一般为四辊式。立辊轧机的作用是：1)使轧件宽度减小；2)使轧件宽度沿长度方向在较小范围内波动；3) 以小的侧压量压边，使轧件边部平直、裂纹压合；4)使轧件出立辊轧机后，对准水平辊轧制中心线进入水平辊轧机。第一架立辊轧机一般为带孔型的大立辊轧机（VSB），或者是定宽压力机，它们的调宽能力很强，可以在轧件较厚、温度较高时，对轧件施加大的侧压量(一般为150mm以下)，使其宽度大幅度减小，满足精轧机对中间带坯宽度灵活变化的要求。这样，有利于减少连铸坯宽度级数，减少调整和更换连铸机结晶器的次数，提高连铸机的生产率和连铸坯质量，缓解轧机生产能力高而连铸机生产能力不足的矛盾。此外，第一架立辊轧机还起到挤碎挤松板坯表面氧化铁皮的作用，以便于随后用高压水冲掉。由于带钢热连轧机精轧机组都是连轧机，不同布置形式的带钢热连轧机的区别仅在于粗轧机组布置的不同。带钢热连轧机有以下三种布置形式：连续式、半连续式和3/4连续式。连续式特点是粗轧区各架轧机均为不可逆式，带钢在粗轧区轧制时，每架只按板坯前进方向轧一道，一般不形成连轧。这种布置形式，机架数较多，厂房长度较大，投资较大。 半连续式特点是粗轧区至少有一架可逆式轧机，进行多道次轧制，在粗轧区不形成连轧。如果某架万能式轧机为可逆式，则其立辊轧机只在水平辊轧机奇道次对板坯进行侧压。3/4连续式特点是带钢在粗轧区部分轧机(一般为一架)采用可逆式轧制，而最后两架轧机形成连轧。在以上三种布置形式中， 3/4连续式和半连续是比较合适的，这两种布置形式也是最常见的。1）全连续式全连续式轧机粗轧机由5-6个机架组成，每架轧制一道，全部为不可逆式，大都采用交流电机传动。这种轧机产量可高达400-600万吨/年，适合于大批量单一品种生产，操作简单，维护方便，但设备多，投资大，轧制流程线或厂房长度增大。粗轧机组的利用率不是很高，或者说粗轧机生产能力与精轧机组不相平衡。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2）3/4连续式为了充分利用粗轧机，同时也为了减少设备和厂房面积，节约投资，而广泛发展了一种3/4连续式新布置形式，它是在粗轧机组内设置l-2架可逆式轧机，把粗轧机由六架缩减为四架。对绝大多数产品，轧机的薄弱环节不是在粗轧机组，3/4连轧机已能够满足精轧能力的要求。3/4连轧机的可逆式轧机可以放在第二架，也可以放在第一架，前者优点是大部分铁皮已在前面除去，使辊面和板面质量好些，但第二架四辊可逆轧机的换辊次数比第一架二辊可逆式耍多二倍。一般还是倾向于前者。总之，3/4连轧机较全连轧机所需设备少，厂房短，总的建设投资要少5-6，生产灵活性也稍大些，但可逆式机架的操作维修要复杂些，耗电量也大些。对于年产300万吨左右规模的带钢厂，采用3/4连轧机一般较为适宜。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3)半连续式(1)1架四辊可逆式轧机组成，如下图8所示。(2)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(3)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。4）本设计考虑实际生产情况，以缩短轧制节奏，提高产量，减少中间坯的热量损失为出发点，选用了3/4连续式粗轧布置如图2。它可以缩短车间长度，减少占地面积，节约投资，生产灵活性大。其不足之处是二架四辊可逆轧机的换辊次数较多，操作维修复杂，耗电量较大。粗轧机详细资料如下：粗轧机安装在立辊轧机之后，驱动主要由调速电机，减速机齿轮机座及轧机接轴构成。表5 粗轧机的各种性能参数类型四辊可逆轧机工作辊尺寸1200/11001700mm支承辊尺寸1550/14001700mm轧制压力40000KN（max）由负荷传感器测量轧制速度2.82/5.34m/s轧制开口度270mm（最大辊颈）辊缝调节电动+液