年产180万吨中厚板生产车间工艺设计.doc

第 1 页 设计说明 本设计为年产量 180 万吨的中厚板车间 通过对中厚板市场的调研 介绍 了中厚板的发展状况 分析了中厚板的市场需求 并针对目前的技术状况 制 定出了合理的产品大纲和金属平衡表 以典型产品 Q235 10mm 1700mm 6000mm 25mm 1000mm 6000mm 4010mm 1450mm 40 00mm 钢板为基础 通过确定典型产品的工艺流程 确定了轧机的布置形式和 车间各设备的选用 并制定出典型产品合理的压下规程 计算出轧制力能参数 如 轧制力的计算 变形抗力的计算和传动力矩的计算等 校核轧辊强度并计 算电机的容量 以选用合适的轧辊和电机 确定车间工作制度和年工作时间 计算了轧机的年产量 根据典型产品的工艺和轧件的尺寸等 确定车间平面布 置 如合理的设备间距 仓库面积等 并画出车间平面布置图 分析车间的综 合经济指标 并采取有效的环境保护措施 如车间的绿化 废气和废渣的再回 收等 关键词 关键词 中厚板车间 产品大纲 金属平衡表 轧制力 传动力矩 第 2 页 Design Notes The design for the annual production of 180 million tons of plate plant plate market research the development of the plate the plate market demand and the current state of technology to develop aa reasonable outline of the products and metal balance sheet Typical product Q235 10mm 1700mm 6000mm 25mm 1000mm 6000mm 4010mm 1450mm 4000mm steel based to determine the typical products of the process to determine the the mill arrangement of workshop equipment selection and to develop typical products and reasonable reduction procedures to calculate the rolling force parameters such as rolling force calculation the calculation of the deformation resistance and transmission torque calculation The check rolls intensity and calculate the capacity of the motor to the appropriate choice of rolls and motor To determine workshop work systems and working hours calculated the annual production of the mill according to the typical product of the process and the size of the rolling determine workshop layout such as device spacing warehouse area and draw the workshop floor plan Analysis of the economic indicators of the workshop And to take effective environmental protection measures such as the greening of the workshop waste gas and waste recycling and so on Keywords plate workshop outline metal balance sheets rolling force deformation resistance drive torque 第 3 页 目录目录 设计说明 1 1 前言 8 1 1 我国中厚板生产技术现状 8 1 1 1 中厚板轧钢生产线的工艺装备 8 1 1 2 中厚板的生产技术是产品的核心 9 1 2 中厚板轧机生产工艺的发展趋势 9 1 2 1 中厚板轧机生产工艺方案 9 1 2 2 产品质量及交货状态 10 1 3 我国中厚板轧机的发展方向 12 1 4 国内中厚板轧机的改造 13 1 4 1 围绕提高轧机的目能力水平进行改造 13 1 4 2 围绕提高装备水平进行改造 14 1 4 3 板坯连铸比 15 1 4 4 轧机 15 1 4 5 新技术和新工艺 15 2 中厚板产品方案 16 2 1 编制产品大纲 16 2 2 编制金属平衡表 16 2 2 1 成材率概念 16 2 2 2 金属平衡分析 17 第 4 页 2 2 3Q235 钢板的化学成分 18 2 2 4Q235 钢板尺寸偏差 19 3 中厚板的生产工艺和轧制区的设备 21 3 1 中厚板生产工艺流程 21 3 2 典型产品的工艺流程 21 3 3 轧制区设备选择 25 3 3 1 中厚板轧机型式 25 3 3 2 中厚板轧机的布置 25 3 3 3 轧机主机列 26 3 3 4 工作机座的结构 26 3 3 5 换辊装置 29 3 3 6 轧制区其它设备 29 3 4 辅助设备的选择 29 3 4 1 加热炉选择 29 3 4 2 剪切机选择 31 3 4 3 热矫直机选择 33 3 4 4 冷床设备选择 34 3 4 5 钢板修磨台架选择 35 4 轧机力能参数的确定 37 4 1 轧制力计算 37 4 1 1 确定变形制度 37 4 1 2 计算轧制力 38 第 5 页 4 2 传动力矩计算机及电机校核 46 4 2 1 各道传动力据计算 47 4 2 2 轧机主电机校核 52 4 3 轧辊强度校核 63 4 3 1 粗轧机轧辊强度校核 63 4 3 2 精轧机轧辊强度校核 66 4 4 四辊轧机轧辊接触应力的校核 67 5 轧钢机产量计算 70 5 1 轧钢机工作图表 70 5 1 1 研究轧钢机工作图表的意义 70 5 1 2 轧机工作图表 70 5 2 轧钢机产量计算 72 5 2 1 轧机小时产量计算 72 5 2 2 轧钢机平均小时产量 73 5 2 3 轧钢机年产量 74 6 车间平面布置 75 6 1 车间平面布置原则 75 6 2 车间工艺平面布置 75 6 3 设备间距的确定 76 6 3 1 加热炉间距离 76 6 3 2 加热炉到粗轧机距离 76 6 3 3 粗轧机到精轧机距离 76 第 6 页 6 3 4 其它设备间距离的确定 76 6 4 仓库面积的确定 77 6 4 1 原料仓库面积的确定 77 6 4 2 成品仓库面积确定 78 6 5 车间其它设施面积的确定 78 6 5 1 厂方跨度布置 78 6 5 2 厂房跨度大小 79 6 5 3 柱距尺寸 79 6 5 4 吊车轨面标高 79 7 车间技术经济指标 81 7 1 各类材料消耗指标 81 7 1 1 金属消耗 81 7 1 2 燃料消耗 82 7 1 3 电能消耗 82 7 1 4 轧辊消耗 82 7 1 5 水的消耗 82 7 2 综合技术经济指标 83 8 轧钢厂的环境保护与综合利用 85 8 1 轧钢厂的环境保护 85 8 1 1 绿化 85 8 1 2 各类有害物质的控制与防治 85 8 1 3 噪音的防治 85 第 7 页 8 1 4 水质的处理 86 8 2 轧钢厂的节能与综合利用 86 8 2 1 轧钢厂的节能 86 8 2 2 轧钢厂的综合利用 86 参考文献 88 致 谢 89 第 8 页 1 前言 近年来 我国中厚板轧机在品种开发 轧机改造 研究新工艺和新技术以 及使用连铸坯等方面取得了较大的成绩 但据有关专家预测 2014 年需中厚板 约 7000 万 t 目前我国现有的中厚板轧机的总生产能力为 5300 万 t 左右 而 且现有的轧机中现代化的大规格轧机少 装备水平较低的小规格轧机多 中板 轧机多 宽厚板轧机少 低性能轧机多 高性能轧机少 所以目前我国中厚板 的产量 品种和质量水平仍与发展需求差距较大 增加我国中厚板的产量和品 种 提高钢板质量仍是一项艰巨的任务 1 1 我国中厚板生产技术现状 1 1 1 中厚板轧钢生产线的工艺装备 中厚板轧钢生产线的工艺装备是在钢坯质量一定的前提下保证最终产品质 量的重要环节 以往的轧钢厂是以轧机为中心 其余的装备往往是因陋就简 尤其是在以普材为主的生产厂更是如此 中厚板的生产尽管在加热和精整工序 上考虑了一些如不产生划伤和剪切质量等因素 但是随着产品质量 品种规格 产品档次和用途等市场因素的变化 各生产厂已开始逐步重视并对整个工艺线 进行分析 升级和改造 由于历史原因 我国目前大部分中厚板轧机生产线的 总体装备水平与国外先进水平存在一定的差距 主要体现在 1 规模小 装备水平低 2 加热炉大部分为推钢式 加热能力和质量保证能力差 3 后部精整能力不足 因陋就简 如矫直机 几乎没有冷矫 纵剪能力达 到 30 mm 以上的不多 且剪切质量差 在线无损探伤线 热处理和喷丸等工艺 大部分工厂没有配备 4 核心技术不精 不专 主要体现在控温 辊型设计 水冷和控制轧制等 尤其是独特的 具有自主知识产权的工艺 产品不多 与国外先进企业比较 国内中厚板轧钢厂尽管在装备上存在着一定的差距 但近几年一些大钢厂正在 逐步引进 消化和改造一批中厚板生产设备和工艺 如首钢和济钢的 3 500 mm 轧机 鞍钢的 4 300 mm 轧机和宝钢的 5 000 mm 轧机等陆续投产 首秦公司 第 9 页 的 4 300 mm 轧机 天津 唐钢和福建三明的 3 500mm 轧机等一大批即将投产 的中厚板轧机 将逐渐参与中厚板的市场竞争 这对我国的中厚板生产企业提 升整体装备水平 提升产品档次和质量将会起到极大的促进作用 1 1 2 中厚板的生产技术是产品的核心 随着国内中厚板产能增加 工艺不断升级改造和引进新的工艺装备 产品 档次的提升和质量的提高应源于工艺技术的开发和应用 钢铁产品的现代技术 主要有 4 个方面 即钢质洁净技术 微合金化技术 晶粒细化技术和尺寸 表 面精准化技术 这 4 方面的技术集成最终体现在钢材性能最佳和生产成本最低 钢质洁净技术是冶炼专业的工作 但后 3 个方面的技术将与轧制工艺技术紧密 相关 微合金化的设计与轧制工艺紧密配合 形成细晶强化 实践证明 细晶 强化改变了以往碳当量的强化机理 微合金元素 V N V Nb 和 Ti 等合金元 素的不同组合 在一定的轧制工艺条件下 以析出强化 固溶强化的方式提高 钢材的综合性能 首钢在近几年的品种钢开发中 运用 V N V Nb 和 Ti 等合金化元素 与轧钢工艺结合 较好地开发了高强板 z 向板 管线用钢和桥梁板等控轧控 冷产品 工艺升级改造后 强化了加热能力 轧制能力 快速冷却能力和 AGC 系统等 已上升为以生产中 高档产品为主的中厚板厂 即产品强度提高了 专用板以高强船板 桥梁 容器 高层建筑和管线 X65 以下 为主 取消了普 碳板和一般低合金板产品 目前 国内新建中厚板厂和主要骨干企业均采用了 一批新技术 开发了一批新产品 如舞阳厚板厂 鞍钢厚板厂和济钢中厚板厂 等开发出了 XT0 管线 550D 超低碳贝氏体高强结构钢等一大批技术含量高 质 量等级高的产品 这些产品的开发和更高级产品的开发研制 标志着中国的中 厚板行业已经从规模效益型向品种质量效益型转变 标志着随着工艺装备的提 高 工艺技术以微合金化和控轧控冷为主的结合日趋成熟 标志着随着冶炼 连铸 轧制技术的提高逐步可以满足高档产品的国产化 1 2 中厚板轧机生产工艺的发展趋势 1 2 1 中厚板轧机生产工艺方案 一种是传统的常规中厚板生产线 如三辊式劳特轧机 单机架四辊轧机 双机架两辊粗轧 四辊精轧 双机架四辊粗轧 四辊精轧机组 另外一种是 20 第 10 页 世纪 80 年代逐步发展起来的 即可单张钢板轧制 又可采用卷轧方式生产中 厚板 各自特点比较如表 1 1 从上表对两类轧机的工艺特点对比可以看出 宽炉卷轧机产品定位于中低 档 适合单一品种 大批量 高效率 单机架宽炉卷轧机年生产规模 110 万吨 投资较高 韶钢一期新建单机架 3500mm 轧机 生产规模 80 万吨 预留二期 上热卷箱及卷取机的位置 总投资 14 亿元 外汇 4200 万美元 安阳钢厂新 建中厚板炉卷车间 生产能力 110 万吨 总投资约 18 亿元 常规中厚板轧机 产品定位于中高档 具有投资省 见效快 备品备件国产化率高等优点 如北 台 济钢双机架 3500 mm 中厚板轧机 年生产能力 140 万吨 生产普碳钢时 投资约 12 14 亿元 表 1 1 常规中厚板轧机与宽炉卷轧机工艺特点比较 项 目常规中厚板轧机宽炉卷轧机 产品形式单张板单张板和板卷 工艺布置单张板生产线单张板和板卷两条精整生产线 轧制方式纵 横轧全纵轧而不能横轧 连铸坯料150 300 mm 厚度 100 150 mm 产品品种生产海洋平台用 Z 向钢不能生产海洋平台用 Z 向钢 产品规格5 100 mm4 5 50 mm 成材率92 左右 98 投资12 亿人民币18 亿人民币 1 2 2 产品质量及交货状态 高压水除鳞 板坯在出炉后 未进入轧机前 要通过高压水除鳞 这是提高产品表面质 量的关键措施 目前我国中厚板的产品表面质量与国外比较有差距 是差在高 压水除鳞上 国产高压泵压力难以在 15Pma 左右稳定运行 国外一般都在 18Pma 以上稳定运行 由于压力不够 除鳞时间长了会降低坯料温度 除鳞时 间短了 氧化铁皮鳞片又影响了产品质量 所以 多采取在轧机前后再加高压 第 11 页 喷嘴 对轧制过程中二次氧化铁皮鳞片进行处理 产品交贷状态 横轧制状态交贷 用短坯料 长宽比等于一 可采用横向轧制方式 生产中厚板 采取这种办法生产出来的钢板 叫做 Z 向钢板 它具有双向性能 如深海钻井平台 潜艇用板等 控制控冷状态交贷 所谓控制控泠 是指通过控制热轧钢材后泠却条 件来控制奥氏体组织状态 相变条件 碳化物的析出行为以及相变后钢板的组 织和性能等 从这些内容来看 控制轧制就是控制热轧后 3 个不冷却阶段的工 艺条件或工艺参数 这三个冷却阶段一般称做一次冷却 二次冷却 三次冷却 3 个冷却阶段的目的和要求是不同的 有未再结晶型控制轧制 有再结晶型控 制轧制 为了解决好在控轧控冷中待温造成的产量损失 国内外厂家目前都采 用多块轧件交叉轧制的手段 这就需要轧制线在空间上能满足交叉轧轧制的需 要 一般采用增加旁侧待温辊道或加长机前后工作辊道作为待温辊道的方式 使其能够交叉作业 减少待温仃机时间 所以一般劳特式轧机的工艺布置长度 都会超过 200 米以上 热处理交贷状态 中厚板由于用途不一 对中厚板的热处理要求也不 一样 与之配套的热处理工艺有 固熔处理 正火处理 调质处理和淬火处理 因此各类工艺所需的炉子必须齐全 钢质洁净 有害元素成分低 S 25ppm P 40ppm H 1 5ppm 0 20ppm N 10ppm 总量 100ppm 压 缩比减小 一般大于 2 5 3 性能可合格 当为 400MPa 时 坯厚为 250mm 可 轧制成厚 100mm 板 内在无夹杂 分层 内裂及白点等缺陷 且不得有 2 5mm 缺陷存在 表面无缺陷 切割端不留毛刺 加热前均需清理干净 钢板尺寸偏差 厚度 0 05mm 宽度 4 8mm 长度 10mm 不平直度 1 5mm m 镰刀弯 94 成品率 99 修磨率 1 再矫直率 3 碳当量 0 38 0 4 焊接裂纹敏感指数 0 2 中厚板生产技术发展将与下游产业紧密结合 中厚板产品用途广 规格多 重点工程用量大 而且随着下游产业的发展 必将对中厚板产品和技术提出更高的要求 目前的造船业 油气输送管线 石 油平台 石油储罐 桥梁 高层建筑和工程机械等都已提出了高强度 高韧性 等高综合性能要求 为此 中厚板生产企业要更多地关注下游产业的发展 从 而不断地满足市场需求 造船业的规律是1O年1个周期 高峰期最长持续3 5 年 目前 造船业的发展以亚洲的韩国 日本和中国为首带动了船板市场 据 中国船级社的专家介绍 多数船厂已将订单排到了2014 2016年 同时 船厂 对船板的要求也发生了很大的变化 主要要求为 增加高强度和超宽的产品 第 12 页 大线能量焊接指标在100 kJ cm以上 标识要详细列出炉号 顺序号和表面无 缺陷 允许0 01 mm的缺陷存在 等 因此要求中厚板企业能够稳定高强板生产 工艺 保证表面质量的工艺配套 增加现代化的管理手段 并配备完备的精整 工序 增加切割 热处理 喷丸甚至粗加工的加工配送手段 来满足船厂的细 化要求 桥梁 油气输送 建筑和工程机械等都在自身产品提升的同时 对中 厚板这一初级产品提出了不同的新要求 故下一步中厚板生产技术的发展必须 与下游产业紧密结合 才能够稳定发展 1 3 我国中厚板轧机的发展方向 1 为改变这种落后状况 应适当考虑和世界水平看齐的 5 000mm 大型轧 机 以生产高强度 强韧性和良好焊接性的低合金 微合金专用板 以替代每 年需进口大量专用板 同时应考虑与 5 000mm 轧机组相配套切分剪切设备和 热处理设备 2 应通过市场规律和国家政策干预等手段 淘汰一部分落后的中板轧机 使现有中厚板厂减少 6 8 家 为降低社会总成本 规范巾厚板生产 应形成 优化品种结构 台理划分地域生产的良好格局 在华北重点发展鞍钢 首钢 邯钢三太集团 且首钢应以建树为主 鞍钢以中板 卷板为主 邯钢以热卷板 为主 在华东重点发展浦钢 济钢 马钢三大集团 浦钢 济锕以中厚板材为 主 马钢则以 H 型钢 轮箍 中型 高线为主 在华南重点发展武钢 柳钢 重钢三大集团 应以工程机械 锅炉和压力容器 桥梁板为主 在西 jt 重点发 展酒钢 舞钢 太钢三大集团 酒钢 舞钢应以核电站 军工用板 高台金结 构板 耐候板为主 太钢则以不锈钢板为主 这样才会形成具有中国特色的 合理的板材生产结构 避免因普碳板过剩 品种板结构 地域性生产结构不合 理而造成在低层次上的价格竞争 3 对于现有 3 000mm 以上的中厚板轧机 应在充分利用现有设备的条件下 采用改造更新牌坊或增大主电机功率等办法 尽量提高现有轧机的轧制力 以 提高品种板的比例 对于现有 3 000mm 以下的中厚板轧机 应在现有设备条 件下 重点抓好降成本工作 集中精力搞好普碳板生产 同时 建议今后不再 上 3 0 om 硼以下的中厚板轧机 国内淘汰的三辊劳特式轧机不允许在异地安 装生产 4 中厚板的上道工序应尽快完善精炼手段 国家应在条件较好的企业中有 针对性地选择几个企业 给予优惠政策 尽快上 120t 以上真空精练炉 落实 TMcP 等精炼措施 努力提高冶炼水平 严格控制钢卷取郝分一轧机出口采用 第 13 页 一台回转盘式卷取机 可旋转的回转韫 r 有二个卷筒 一个处于工作位置时 另一个处于卸卷准备位置 卷取机前设一台滚筒式飞剪 vmax 20 s 用于分 卷 轧制部分的土要指标 坯料厚度 70mm 带钢厚度 1 0 2 5 un 带钢 宽度 750 J 560mm 卷重 213I 年产量 130 万 t 其宽度为 1 200mm 时 5 中厚板产品的发展趋势是高强化 制品化 特殊专用板 洁净钢 可焊 接性能 大线能量焊接指标要求在100 kJ cm 以上 抗裂 耐蚀 耐高温和 耐高压等综合性能 6 国内中厚板生产企业的增加 已经在中低档板材上显现了供大于求的局 面 随着市场的发展变化 中厚板企业生产水平必将在3 5年内有一个较大的 提升 预计到2014年将有二十余家中厚板轧钢厂具备生产高档次中厚板的能力 我国可以做到基本自给或部分出口 暂时的供大于求和过剩的生产能力最终将 由市场经济的发展得以规范 7 中厚板生产技术的发展趋势必将随着下游产业的发展而发展 最重要的 是将以满足产业的特殊需要为重点 形成相对固定的有序的产销关系 生产技 术上以TMCP为核心 不断提升微合金的优化 变形速率与温度的组合 在线快 冷和热处理等工艺技术 以合理的成本生产满足用户个性化需求的产品 1 4 国内中厚板轧机的改造 1 4 1 围绕提高轧机的目能力水平进行改造 据初步统计 新建或改建 3500mm 轧机有 10 套 除宝钢 5000mm 轧机已开 工建设以外 还有两地拟新建 5m 以上轧机 宁波建龙和江苏沙钢 舞阳钢厂 也筹划 4800mm 轧机建设工作 宝钢的 5 米级宽厚板轧 一期建成一精轧机架 能力为 140 万 t 二期建成后为 180 万 t 此外正在建设两个宽炉卷轧机 南钢 3500mm 和安钢 3500mm 能力分别为 120 万 t 和 110 万 t 改造之后 我国轧 机的结构将发生重大变化 形成以 4m 以上的宽厚板轧机领衔中厚板行业的格 局 1 4 2 围绕提高装备水平进行改造 加热炉 我国中厚板生产用加热炉 现有 2 座步进式加热炉 2 座无氧化热处理辊 第 14 页 底式炉 其余大部分是推钢式加热炉和蓄热式加热炉 推钢式加热炉板坯加热 不均 烧损大 并影响钢板的物理性能 随着对节能降耗的要求提高和高附加 值专用板生产的要求 有许多生产厂家开始对加热炉进行改造 蓄热式加热炉 已经在许多厂家使用并取得较好效果 如济钢中板厂 济钢中厚板厂等 如果 条件允许 可改造为步进式加热炉 使钢坯加热均匀 以提高加热速度 提高 钢板质量 精整设备 矫直机 目前除鞍钢 舞钢 上海浦东钢铁 首钢 4 家中厚板厂使用 四重式 9 辊矫直机外 大部分采用二重 1 1 辊矫直机 这种矫直机对矫较厚或 较薄的钢板不理想 冷床 目前我国中厚板厂中只有柳钢有 1 座步进式冷床 其它多数厂 家使用的是辊盘式 轮盘式 链条式冷床 效果比较理想 有效的改善了钢板 下表面划伤的现象 确保钢板的质量 剪切机 目前我国已有 8 家钢铁厂使用了先进的滚切式双边剪 其它 厂家还在使用圆盘剪和斜刃剪 建议有条件的厂家改造成滚切式双边剪 张晶 波等浅析我国中厚板的生产现状及技改方向 2004 年增刊 监测装置 中厚板的监测装置包括 测压 测温 测厚 测宽 测长 测板形 表面质量检查及测平直度等 目前我国大多数中厚板厂的监测系统不 完善 绝大部分厂采用了远红外测温仪 效果较好 测厚 除了部分厂引进测 厚仪外 许多厂在线测量仍采用人工卡量的方法 在线探伤是检测钢板内在缺 陷的重要手段 尤其是由于随着市场需求的变化 对专用板质量要求越来越高 因此必须探伤 目前我国中厚板生产用超声波探伤装置较多 柳钢采用多通道 在线超声波自动探伤装置 应用效果很好 因此 建议尽早有计划地建设多通 道在线超声波探伤线 钢板收集装置 建议新建和有条件的厂家采用电磁盘吊车上 下料和 垛板 1 4 3 板坯连铸比 我国中厚板生产用连铸坯的比例在逐年增加 从 9 年前的 40 50 提高 到现在的 70 但是与国际先进水平差距仍然较大 国外大多数厂家除个别品 种外 大都采用连铸坯生产 成材率比我国高 所以 要进一步提高连铸比 同时提高连铸坯的质量 保证提供无缺陷的连铸坯 进而提高钢板成材率和质 第 15 页 量 1 4 4 轧机 从轧机规格上看 现在国际的发展趋势是向大规格方向发展 尽量加大轧 机尺寸 以适应市场需求 提高轧机的刚度和轧制力 从而增加轧机的压下量 和轧制速度 提高高附加值的品种板生产能力 使轧制品种多元化 以适应下 游企业的使用要求 在轧机的配套设施方面 需要提高整体的装备水平 对现 有的中板轧机进一步加强和完善 不断提高其自动化水平 1 4 5 新技术和新工艺 随着钢铁行业近几年的高速发展 新技术和新工艺应用也已经成为各企业 提高产量和质量的重要手段 但目前国内中厚板生产线与国外钢铁行业相比 差距仍然很大 所以国内钢铁行业仍需加大对新技术和新工艺的采用 特别是 轧机系统的自动化系统和控轧控冷系统 可以采用引进 消化和仿制结合的方 针 从而提高工艺水平 提高自己的竞争能力 目前 我国中厚板轧机大部分 都在进行技术改造 有一部分是新建 预计改造完成后 我国的中厚板轧机规 格将有所加大 随着我国轧机结构改造完成和新技术 新工艺的推广使用 我 国中厚板格局将发生重大变化 基本形成 4m 以上的宽厚板轧机领衔的新格局 除数量的增加外 中厚板轧制要实现控轧和控冷 要采用高刚度轧机与大驱动 电机 改造之后 我国单位辊身的轧制力和主电机功率将达到国际同类先进水 平 第 16 页 2 中厚板产品方案 2 1 编制产品大纲 制定产品方案的主要原则 1 满足国民经济发展对轧制产品的需要 特别是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于钢材的需要 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 局部和整体的关系 做到供应适当 品种平衡 产销对路 布局合格 要防止不过轧机特点 不顾车间具体工艺设备条件一哄而上 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的合理分工 有条件的要争取 轧机的专业化和产品系列化的发展 以利于提高轧机生产技术水平 4 考虑建厂地区资源及环境条件 物资和材料等到运输的情况 逐步完善 和配套起我国自己独立的轧钢生产体系 5 要逐步解决产品品种和规格老化问题 要适应当前对外开放 对内搞 活的新的经济形势的需要 要根据车间工艺设备的情况 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的一些出口产品 走向国际市场 产品大纲其主要内容包括 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得比例 本车间的产品大纲如下表 2 1 2 2 编制金属平衡表 2 2 1 成材率概念 用一吨原料轧制出合格产品重量的百分数称为成材率 它反映了轧钢生产 过程中金属的收得情况 其计算公式如下 2 1 1 100 100 100 Q WG A QQK 第 17 页 式中 A 成材率 Q 原料重量 t W 各种原因造成的原料损失量 t G 合格产品重量 t K 金属消耗系数 影响成材率的主要因素是生产过程中的各种金属损失 因此 提高成材率 的途径就是减少这种损失 2 2 2 金属平衡分析 表 2 1 产品大纲 金属消耗是轧钢车间生产中最重要的消耗 通常它占产品成本的一半以上 数 量 序 号 产品名称代 表 钢 号 t 年 11 碳素结构钢板Q235 Q255 Q275 21 优质碳素结构钢板15 20Mn 32 低合金钢板Q295 Q345 72000040 4 2 耐蚀钢板09MnCuPTi 12MnSiCu 32400018 52 锅炉板12Mng 14MnNb 900005 62 桥梁板12MnV 16Mn 15MnVN 720004 72 压力容器板18Nb 12MnSiCu 15MnTi 900005 82 工程机械板15MnV 16MnNb 18Nb 900005 92 建筑结构板14MnNb 16Mn 540003 102 管线钢18Nb 12MnSiCu 18000010 11 2 船板10MnPNbRE 15MnTi 14MnViRE 18000010 合 计 1800000100 第 18 页 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坯料量 其计算公式如 下 2 Q K G 2 中厚板生产过程中金属损失有两种类型 一是物理损失 包括 切头 切 尾 切边 过程废品 取样损失 改尺损失 成品放尺损失等 二是化学损耗 包括 倍尺连铸坯在高温时切割时的割渣 钢坯在加热过程中表面氧化产生一 次氧化铁皮 高温轧件在空气中产生的二次氧化铁皮等 烧损与加热时间 加热温度 炉气气氛 钢的化学成分等有关 实践证明 加热温度越高 在高温下停留时间越长久 炉内氧化气氛越强 技术的烧损就 越多 影响切头 切尾 切边损失的因素有 钢材品种 坯料种类 及坯料尺寸 的精确度等 在成品钢板中钢板要切边 其切损量大于型钢的切损 一般在 10 15 通常 在同样条件下 生产优质合金钢材的金属消耗比生产普通钢材的金 属消耗要高 而且个轧钢厂的金属消耗系数 因其产品品种 生产工艺 技术 操作 管理水平等不同而不同 经以上介绍 制定出本车间的金属平衡表 2 2 如下 表 2 2 金属平衡表 成品 废品 烧损切损轧废合计 原料量 t a t a t a t a t a t a 1950500180000093 0240001 21100005 560000 31400007 0 2 2 3Q235 钢板的化学成分 典型产品 Q235 钢的化学成分如表 2 3 第 19 页 表 2 3 Q345 钢的化学成分 钢种 C Si Mn P S Cr Ni Cu Q235 0 12 0 20 0 0 30 0 30 0 70 0 0 045 0 0 045 0 0 30 0 0 30 0 0 30 2 2 4Q235 钢板尺寸偏差 中厚板产品的牌号和化学成分 应符合国家标准 即 GB 根据典型产品的 尺寸 10mm 1700mm 6000mm 和产品所执行的标准 GB T709 确定出其尺寸偏差 如表 2 4 表 2 4 Q235 钢板的尺寸偏差 钢种 厚度偏差 mm 宽度偏差 mm 长度偏差 mm Q235 0 75 15 100 1 产品标准 碳素结构钢板 GB700 优质碳素结构钢板 GB711 不锈钢热轧钢板 GB4237 1992 低合金钢板 GB T1591 94 锅炉钢板 GB713 1997 桥梁钢板 GB T714 2000 造船用板 GB712 压力容器板 GB6654 1996 工程机械板 JIS G4051 建筑结构板 ASTM JIS G3133 管线钢板 API5L 注 该产品大纲中的代表钢号仅供加热炉设计使用 2 产品尺寸公差 钢板厚度允许偏差如表 2 5 表 2 5 钢板厚度允许偏差 mm 第 20 页 序 号产品尺寸厚度公差备 注 10 h 20 0 10 20 h 30 0 12同板厚度差 30 h 50 0 15 10 h 20 0 12 20 h 30 0 15异板厚度差 30 h 50 0 18 注 钢板厚度凸度允许偏差 0 05mm 钢板平直度要求 1 2ASTM 第 21 页 3 中厚板的生产工艺和轧制区的设备 3 1 中厚板生产工艺流程 确定车间生产工艺流程是工艺设计中一项重要工作 合理的生产工艺流程 应在保完成任务书中规定的产量和质量的前提下 具有最低的消耗 最少的设 备 最小的车间面积 最低的产品成本 并具有利于产品质量的提高和将来的 发展 具有较高的劳动条件 制订生产工艺流程的主要依据有以下的几点 1 根据生产方案的要求 2 根据产品的质量要求 3 根据车间生产率的要 求 一般中厚板生产工艺流程如图 3 1 所示 坯 料 上 料 坯 料 加 热 除 鳞 去 毛 刺 轧 制 控 冷 矫 直 冷 却 切 头 切 试 样 表 面 修 磨 切 边 切 定 尺 分 类 标 记 收 集 入 库 图 3 1 一般中厚板的生产流程 流程生产中的抛丸底层涂料钢板是未经处理的 但船用和桥梁用钢板有的 需要经正火热处理后进行抛丸底层处理 在机械性能试验前 先施行热处理 然后再抛丸和油漆 3 2 典型产品的工艺流程 典型产品 Q235 钢种的工艺流程为 连铸坯加热 除鳞 轧制 矫直 冷却 剪切 表面检查和 修磨 标记 入库 生产工艺流程概述如下 1 板坯加热 原料加热的目的是使坯料轧制时有好的塑性和低的变形抗力 本车间接收 的连铸坯均为根据生产计划安排的合格定尺坯或倍尺坯 本车间共配置三座加 热炉 其中 一座为推钢式加热炉 两座为步进梁式加热炉 为节省工程初期 第 22 页 的金投入 拟在达产期内建设第二座步进式加热炉 合格的定尺或可直接入炉的倍尺热坯则是通过连铸车间的板坯热送辊道将 其逐块送到本车间的板坯入炉辊道上 经称重后由推钢机 或装钢机 推至加热 炉内加热 对于热送热装的板坯 由于生产计划安排无法入炉加热或当轧线出 现故障无法入炉加热时 热板坯应进入缓冷坑中保温 加热的工艺操作包括对加热温度 加热速度 加热时间等工艺参数的控制 以及对炉温制度 炉内气氛和炉压等参数的控制 对于普碳板 Q235 普通轧制 时一般加热到 1100 1250 若采用控制轧制时 出于对缩短轧制过程中的 待温时间和细化奥氏体晶粒的双重要求的考虑 一般采用低温加热温度 即 1050 左右 热坯料和冷坯料将尽可能分炉加热 力求实现低燃耗和均匀加热 并降低 坯料在炉内的氧化烧损 加热完毕的板坯由出钢机托出放于出炉辊道上 出钢 机由低位运行进入炉内 根据板坯位置定位 托起板坯出炉 并准确地将板坯 放在出炉辊道上 2 除鳞 除鳞是将在加热时生成的氧化铁皮 初生氧化铁皮 去处干净 以免压入 钢板表面形成表面缺陷 初生氧化铁皮要在轧制开始阶段去处 因为这时氧化 铁皮尚未压入钢中 易于去处 同时清除面积小 本车间采用高压水除鳞 加热合格的板坯由出炉辊道送至高压水除鳞箱 在通过除鳞箱时 由压力约 21MPa 的高压水喷除板坯上 下表面的氧化铁皮 然后经粗轧机前输入辊道输送至四辊粗轧机处进行粗轧轧制 3 轧制 通常把双机座布置的第一台轧机称为粗轧机 第二台轧机称为精轧机 粗 轧阶段的主要任务是将板坯展宽到所需的宽度并进行大压缩延伸 根据原料条 件和产品要求 粗轧可以有多种轧制方法 本车间采用综合轧制法 即横轧 纵轧法 综合轧制法分为三步 首先纵轧 1 2 道次平整板坯 称为成形轧制 然后转 90 进行纵轧成材 称为延伸轧制 因此 在粗轧机前后设置有回转辊 道和推床 在精轧机前设置有回转辊道 前后设有推床 精轧阶段的主要任务 是质量控制 包括厚度 板形 表面质量 性能控制 一般在粗轧机的压下约 占 80 在精轧机上约占 20 4 二次氧化铁皮的去除 轧件在轧制过程中也易产生氧化铁皮 可采用机架上的高压水除鳞装置去 除轧件上的再生氧化铁皮 一般第一道轧制均进行除鳞 此外 原则上在展宽 第 23 页 轧制完成 纵轧 延伸轧制 开始前 控制每个阶段待温后以及成品道次前后 均进行除鳞操作 5 轧后冷却 在精轧机与热矫直机之间设有一套钢板加速冷却系统 对于那些要求进一步提高强度或改善焊接性能和低温韧性的产品 以及那 些要求抗氢致裂纹 HIC 或抗硫化物应力腐蚀 SSCC 的产品 在完成控制轧制 后即进入 ACC 装置进行加速冷却 加速冷却钢板的厚度一般在 10 12mm 以上 钢板在成品轧制的最后一个 道次抛钢后 由辊道运送 按照给定的速度直接进入 ACC 装置 钢板通过 ACC 装置时 上 下两面同时喷水进行加速冷却 使钢板的温度由约 700 800 即奥氏体区或双相区 快速下降至约 400 650 钢板通过 ACC 装置的速度约 0 5 2 5m sec 在上 下两面喷冷的同时 还由侧面以约 1 0MPa 的中压水喷吹清除钢板表面的汽化层 保证冷却效果 对 CR 轧制及其它控轧钢板 以及那些含碳量或合金含量较高的结构钢 工具钢等轧后不宜喷水降温的钢板 在通过 ACC 装置时 不予喷水 6 热矫直 钢板一般在 600 850 进行热矫 较薄的钢板温度可能降低至 500 550 较厚的钢板可接近 800 900 矫直速度是根据钢板的矫直温度 厚度及强度性能等因素确定的 速度范 围为 0 2 5m sec 矫直机的压下量主要取决于钢板的矫直温度 一般在 1 0 5 0mm 的范围 内选取 对温度较低的钢板取较小值 对温度较高的钢板取较大值 此外 确 定压下量时还要考虑板厚的影响 厚度较薄的钢板压下量大 较厚者压下量小 钢板在矫直机上一般矫直 1 道 特殊情况下可采用 3 道 经过控制轧制和 控制冷却的钢板 对其可能产生的不平直度 应消除到标准允许的范围以内 7 钢板冷却 热矫后的钢板一般在 600 900 左右进入冷床 本车间配置一宽一窄二座步进式冷床和一座特厚板冷床 为节省本工程的 最初资金投入 一期先建设 1 座宽冷床 No 2 冷床 并且拟在达产期内建设窄 冷床 No 1 冷床 钢板在冷床上逐块排放 并可根据长度以 1 至 4 排的形式排放 一般情况 下 钢板在冷床上的横向间隔为 100 300mm 钢板的横向间隔应随厚度或轧件 第 24 页 单重的增加逐渐加大 将单位负荷控制在冷床允许的限度内 钢板在冷床上 在无相对摩擦 不受划伤的情况下通过 温度下降至 100 150 左右时离开冷床 对于某些特殊用途的钢种 如高等级管线钢等 需要进行缓冷 需要缓冷的钢板由吊车吊至缓冷区堆放 采用堆垛或堆垛后压盖方式缓冷 堆垛高度不大于 1500mm 缓冷温度约 400 600 8 剪切 冷却后的钢板由辊道输送 进入剪切线 为了标示试样号 以及在后续剪切或下线处理时便于识别 在钢板进入剪 切区之前 将其在取样位置上和 子板 上自动标记出钢板号和其它有关参数 在此设备建设之前 由人工完成 小于 50mm 厚的钢板首先经过切头剪 切除头尾 舌形 和 鱼尾 部分 并视板长和板形情况进行分段处理 为后续的边部剪切做好准备 钢板在双边剪输入辊道上经激光射线示位 并以升降横移装置或推板对中 后 准备进行剪切 双边剪中的移动剪根据设定的成品宽度预先调定位置 左右剪机根据板厚 调整剪刃间隙 钢板由设于剪机左右前后的四对夹送辊 送入双边剪并以每分 钟最大 30 次的剪切频率及每刀剪切长度 max 1300mm 的剪切步伐 剪切钢板的 两边 钢板切边后 送至定尺剪前 由升降横移或摆动横移装置靠齐侧边 首先 将钢板前端切齐 成直角 藉助剪机前后的测长辊 按要求剪成定尺长度 试样在定尺剪上剪切 并由专用的输送装置送至试样剪切区 由剪切间内 的试样剪 预留 切成毛样 再通过输送带送入检验中心 试样剪切过程中产生 的废料则通过输送带送至废料框或废料坑内收集 各台剪机切下的板边废料 均由其下方的输送带送至厂房外收集 大于 50mm 厚的钢板在线外用火焰切割机和人工剪切和取样 如不需进行 热处理 二期 则可通过横移吊车返回到剪切线上 进行后续工序 表面检查 和修磨 标记 如需要热处理 则通过预留的过跨平车送入热处理跨 9 定尺后钢板的表面检查和修磨 为了确保成品钢板的外观质量 在剪切线后设有钢板表面检查站 对剪切 标记后的钢板进行最后的外观检查 钢板在输送过程中通过表面检查站时 在良好的照明条件下 人工对上下 表面 边部 平直度和标记质量等进行目视检查 如发现质量不合的钢板 送 第 25 页 至剪后横移修磨台架 根据缺陷类别 决定对钢板进行修磨 矫直或其它处理 在检查修磨台架上 钢板由人工直接进行表面检查 先进行上表面的检查 和修磨 再经翻板机翻转 180 检查下表面并修磨 10 成品钢板的入库 存放和发运 经剪切 检查 修磨 标志后的合格产品 根据入库计划 决定进入哪一 个成品库 钢板通过辊道 横移台架 横移吊车输送至相应跨间后 由跨内吊 车直接吊至指定堆存地点 3 3 轧制区设备选择 3 3 1 中厚板轧机型式 用于中厚板生产的轧机有以下四种 二辊可逆式轧机 三辊劳特式轧机 四辊可逆式轧机和万能式轧机 本车间采用四辊可逆式轧机 1870 年美国投产了世界上第一台四辊可逆轧机 它是由一对小直径工作辊 和一对大直径支撑辊组成 由直流电动机驱动工作辊 轧制过程与二辊可逆式 轧机相同 它具有二辊可逆轧机生产灵活的优点 又由于有支撑辊使轧机辊系 的刚度增大 产品精度提高 而且因为工作辊直径小 使得在相同轧制压力下 能有更大的压下量 提高了产量 这种轧机的缺点是采用大功率直流电机 轧 机设备复杂 和二辊可逆轧机相比如果轧机开口度相同 四辊可逆轧机将要求 有更高的厂房 这些都增大了投资 四辊可逆轧机用 d D L 表示 或者简单用 L 表示 D 为支撑辊长度 mm d 为工作辊直径 mm L 为辊身长度 mm 四辊可逆轧机的尺寸范围 D 1300 2400 d 800 1200 L 2800 5500 四辊可逆轧机是轧机中最大的 由于这类轧机生产出的钢板好 已成为生产中厚板的主流 由于本设计的最大 宽度为 1800 所以本设计选用 2800mm 轧机 3 3 2 中厚板轧机的布置 中厚板车间的布置形式有三种 既单机座布置 双机座布置和半连续式或 连续式布置 因双机架布置的中厚板车间是把粗轧和精轧分到两个机架上去完成 它不 仅产量高 而且产品表面质量 尺寸精度和板形都比较好 还延长了轧辊寿命 第 26 页 所以本中厚板设计采用双机架布置 且粗轧机和精轧机均为四辊可逆式轧机 3 3 3 轧机主机列 1 主传动 轧钢机住传动装置根据轧机类型的不同 而又不同的部件组成 本车间的 主传动装置包括以下几个部件 电动机 万向接轴和轧辊 四辊轧机上下工作辊分别采用各自的直流电机来驱动 两个工作轧辊由直 流电机通过万向接轴单独驱动 轧辊的速度同步有电器设备来保证 这种主机 列没有减速器和齿轮座 减少了传动系统的飞轮力矩和损耗 缩短了启动和轧 制时间 因此能提高可逆式轧机的产量 2 万向接轴及平衡装置 从电机将力矩传递给轧辊的部件称为接轴 这种接轴的优点是 联轴节可 以在任一方向上允许被连接的电动机轴与轧辊轴线成一定角度来传递力矩 四 辊可逆轧机采用液压港式平衡装置 3 3 4 工作机座的结构 四辊板带轧机的工作机座一般包括下列几个组成部分 1 轧辊组件 也称辊系 轧辊 轴承 轴承套等零部件组成 2 机架部分 由左右机架 上下连接横梁 轨座等构件组成 3 压下平衡装置 4 轧辊的轴向调整或固定装置 1 轧辊尺寸 1 粗轧机轧辊尺寸 工作辊辊身尺寸计算 根据经验 四辊轧机的工作辊的辊身长 L 与辊身直径 D 之比一般为 2 5 4 0 这里取 L D 3 已知辊身长为 2800mm 故 D 2800 3 933 3 1 取其重车率为 9 2 则工作辊的最小直径 0 92D 858mm 故工作辊 min D 直径 D 858 1120mm 第 27 页 工作辊辊辊径尺寸计算 由于采用滚动轴承 故辊颈 d 0 50 55 D 3 2 选 d 0 5 d 466 5mm 辊颈长度 与辊颈直径之比为 0 83 1 0 6 取 则 l 0 85l d 396 525mm l 工作辊辊辊头尺寸计算 由于采用单键槽辊头 故辊头直径 D 10 923mm 3 3 1 D 支撑辊身辊尺寸计算 支撑辊的辊身长 2800mm 一般为 1 30 2 50 取 1 85 则 1 L 11 LD 11 LD 1 85 2740 1 85 1481mm 3 4 1 D 1 L 取其重车率为 10 故最小直径1