年产200万吨的1700热轧薄板车间设计毕业论文.doc

目录年产200万吨的1700热轧薄板车间设计毕业论文目 录摘 要IAbstractI引 言1第1章 文献综述31.1 热轧板带钢发展历史31.2 热连轧技术的发展现状41.2.1 带钢生产技术的进步41.2.2 热带钢装备技术进步51.3 我国热轧板带钢发展趋势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71.5.2 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92.1.1 可行性研究92.1.2 地理与资源92.2 产品大纲102.2.1 坯料102.2.2 产品规格112.2.3 钢种方案11第3章 车间布置及主要设备选择133.1 车间布置及设备选用的原则133.2 主要设备选择133.2.1 板坯宽度侧压设备143.2.2 轧制总道次的确定183.2.3 粗轧机183.2.4 保温装置233.2.5 精轧机253.2.6 压下装置303.2.7 活套装置31第4章 典型产品压下规程设计324.1 概述324.2 各道次出口厚度及压下量的确定324.2.1 粗轧机的压下量分配原则324.2.2 精轧机的压下量分配原则334.2.3 综合分析334.3 轧机咬入的校核344.4 确定轧制速度制度354.4.1 粗轧机速度制度354.4.2 精轧机速度制度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434.6.4 空转力矩的计算454.6.5 动力矩的计算464.7 层流冷却对温度的控制及大致的冷却速率的确定474.8 轧辊辊型设计47第5章 轧辊强度和主电机能力的校核535.1 轧辊强度的校核535.1.1 支撑辊的校核545.1.2 工作辊的校核555.1.3 工作辊与支撑辊间的接触应力585.2 主电机能力的校核615.2.1 轧制过程中静负荷图的制定615.2.2 主电机的校核61第6章 年产量的计算及轧制图表646.1 轧钢机年产量的计算646.1.1 轧钢机年产量的计算646.1.2 轧钢机平均小时产量的计算656.1.3 轧钢车间年产量的计算666.2 轧钢机工作图表的制定676.2.1 轧制图表的基本形式及其特征686.2.2 轧机工作图表的制定69第7章 辅助设备的选择717.1 加热炉的选择717.1.1 加热能力的确定727.1.2 炉子数量的确定737.1.3 炉子尺寸的确定737.2 除磷装置的选择757.2.1 除磷的必要性757.2.2 各种除磷方式的比较757.2.3 本次设计除磷装置的选择757.3 剪切设备的选择767.4 带钢冷却装置787.5 卷取设备的选择807.6 辊道的选择827.7 活套支撑器847.7.1 概述847.7.2 活套支撑器的相关参数的计算857.8 控制设备877.8.1 厚度控制877.8.2 板形控制897.8.3 宽度控制90第8章 轧钢车间平面布置及经济技术指标928.1 轧钢车间平面布置928.1.1 轧钢车间平面布置的原则928.1.2 金属流程线的确定938.2 车间技术经济指标948.2.1 各类材料消耗指标948.2.2 综合技术经济指标97第9章 分析可行性及介绍设计优势100参考文献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。1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热轧板带钢轧机的发展已有70多年历史，汽车工业、建筑工业、交通运输业等的发展，使得热轧及冷轧薄钢板的需求量不断增加，从而促使热轧板带钢轧机的建设获得了迅速和稳定的发展。从提高生产率和产品尺寸精度、节能技术、提高成材率和板形质量、节约建设投资、减少轧制线长度实现紧凑化轧机布置到热连轧机和连铸机直接连接布置，热轧板带钢生产技术经历不同的发展时期1。1960年以前建设的热带钢轧机称为第一代热带钢轧机。这一时期热带钢轧机技术发展比较缓慢，其中最重要的技术进步是将厚度自动控制(AGC)技术应用于精轧机，从根本上改善了供给冷轧机的原料板带钢的厚度差。20世纪六、七十年代是热轧板带钢轧机发展的重要时期。同时连铸技术发展成熟，促使热连轧机从最初使用钢锭到使用连铸坯，从而大幅度提高产量并能够为冷轧机提供更大的钢卷。这一时期新建的轧机称为第二代热带钢轧机。1969年至1974年在日本和欧洲新建的轧机称为第三代热带钢轧机。20世纪80年代，板带钢生产更加注重产品质量，同时对于低凸度带材需求量不断增长，这使板带钢板形控制技术成为热轧板带钢轧制技术重要课题之一。90年代，热轧板带钢在工艺方面有重大突破，1996年日本川崎钢铁公司成功开发无头连续轧制板带钢技术，解决了在常规热连轧机上生产厚度0.81.2mm超薄带钢一系列技术难题。热连轧生产线的产品规格最薄达0.8mm，但实际生产中并不追求轧制最薄规格，因为薄规格生产的故障率高，轧辊损耗大，吨钢酸洗成本高等。待技术发展到故障率等降低后，才能经济地批量生产2。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：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350550万吨，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(20m/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200300万吨。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14m/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100万吨，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120200万吨，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，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。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3。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.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4。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。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；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5。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。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。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。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250万吨左右；(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。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6。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7。107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2.1.1 可行性研究1.在京唐钢铁新建1700mm常规热连轧车间，规划产品结构，提高产品高科技含量和附加值有重要的意义。2.中国正处于经济发展时期，钢铁消费良好。虽然我国的钢铁业有了很大的发展，但是我国的产品结构类型还很不合理，板带在钢材中的比例仅为25%左右，而在发达国家多达50%60%，甚至更多。随着国家汽(轿)车、家电、集装箱、输油(汽)管线等行业的迅猛发展，将会进一步刺激各类板材品种的需求，市场前景很大。3.与薄板坯连铸连轧相比，常规热连轧仍有其自身的优势。薄板坯连铸连轧技术晶粒较细，加上轧制的大压下，使产品硬度很高，不能按要求向冷轧供应强度低于240MPa的软带钢。就向冷轧供料而言，常规热连轧仍有广阔的发展空间。2.1.2 地理与资源1.丰富的能源；1)迁安和遵化有丰富的铁矿，并且京唐钢铁位于深水港曹妃甸港，便于澳矿运输；2)开滦集团可以提供充足的煤燃料；3)陡河电厂、唐山电厂可以提供充足的电力；4)东北部有陡河水库可以提供充足的水资源；5)华北油田，大港油田和刚发现的南堡石油为其提供足够石油。2.便利的交通唐山地处京津之侧拥有便利的铁路，京唐港和正在建设的曹妃甸港口提供了便利、廉价的水运，唐津高速公路、唐港高速公路以及107国道、205国道、102国道提供了便捷的公路运输。3.丰富的人力资源北京科技大学、东北大学、鞍山科技大学以及省内的燕山大学、河北理工大学等冶金工科院校，可为公司提供一流的技术人才。2.2 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注意：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。作到供求适应、品种平衡、产销对路、布局合理。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、对内搞活的经济形势，力争做到产品结构和产品标准的现代化。2.2.1 坯料热连轧带钢所用的原料主要是连铸板坯和初轧板坯。由于连铸坯的诸多优点，加上比初轧坯物理化学性能均匀，且便于增大坯重，故对热带连轧更为合适，其所占比重日益增大。热带连轧机所用板坯厚度一般150300mm，最厚达350mm。近代连轧机完全取消了展宽工序，以便加大板坯长度，采用全纵轧制，故板坯宽度要比成品宽度大，由立辊轧机控制带钢宽度，而其长度则主要取决于加热炉的宽度和所需坯重。板坯重量的增大可以提高产量和成材率，但也受到设备条件，轧件终轧温度和头尾允许温差，以及卷取机所允许的板卷最大外径等的限制。目前板卷单位宽度的重量不断提高，达到1530kgmm毛坯准备提高到3336kgmm8。综上本次设计选择的原料规格如下：板坯厚度：180mm；板坯宽度：9001500mm；板坯长度：定尺坯10m。2.2.2 产品规格厚度：3.016.0mm；宽度：9001500mm；钢卷内径：759mm；钢卷外径：10002025mm；最大卷重：21.06t；产量：年产200万吨。2.2.3 钢种方案表2-1 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普通碳素结构钢Q235Q2756030%2优质碳素结构钢0808AL8040%3低合金钢Q345B6030%4合计200按钢种分配的热轧板带的产品见表2-1：按产品规格分配热轧板带方案见表2-2：表2-2 按产品分配的热轧板带宽 度 (mm)合 计（wt）比 例9001000100012001200140014001500厚度/mm34132527158040%45102020106030%5636742010%6168131454020%合 计/t34646834200比 例17.0 %32.0%34.0%17.0%100%第3章 车间的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首先，在粗轧机与精轧机之间设计热卷箱，主要是考虑产品的规格，实际现场的生产以及带钢内部组织性能的影响，而做出选择；其次，为了使得本次的设计更贴近实际，在选定轧机型号及确定轧辊、各架轧机之间的距离等方面，主要是依据唐钢一钢轧厂1700生产线的车间设计，并针对本次设计要求做一些改动；在确定轧机数目及布置上，考虑的是目前连铸机铸出的坯料质量、大压下导致跑偏、及整个轧制稳定配合等方面，而作出了本次的设计。在设计中，选用的设备、技术、轧机数目、布置及选用的原因将在下面做具体的介绍。 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。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9。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3.1所示。图3.1 有AWC功能的重型立辊轧机的结构图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。(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10，如图3.2所示。(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。图3.2 立辊(a轧边，b立轧后的平轧)表3-1 立辊轧机的各种性能参数轧辊640/580380mm调宽范围8001700mm调整速度30mm/s压下形式电动+液压轧制力最大100t压下量板坯厚度为90mm时最大7mm(13.5mm/边)板坯厚度为70mm时为最大3035mm(1517.5mm/边)轧制速度最大22r/min(用新辊)主传动电机2AC88KW0150rpm成对的水平电机轧辊开口度最大1770mm(换辊时1840mm)最小800mmAWC行程50mm本设计在R1前选择带AWC功能的重型立辊轧机RE1，主要技术参考唐钢见表3-1。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)。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。如图3.3(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。2)短垂头定宽压力是用短锤头替代长垂头。如图3.3(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3.3 定宽压力机(a长锤头，b短锤头)短垂头定宽压力机主要有两种形式：一种间歇式，如图3.4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。(a) 压缩 (b) 打开 (c) 送进 (d) 再压缩 图3.4 间歇式调宽压力机动作示意图图3.5 连续式调宽压力机另一种连续式，如图3.5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。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。本设计选用连续式短锤头定宽压力机。其主要技术参数见表3-2。表3-2 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，1050时)压力机周期/行程/min50板坯行走量/mm 400板坯速度/m.min-120主电动机3400KW，0500(r/min)3.2.2 轧制总道次的确定取平均延伸系数为1.47，由产品厚度为4.0mm，进粗轧机的厚度为180mm。则根据公式可得：轧制总道次数为n=。所以确定道次数为10道。3.2.3 粗轧机1.粗轧机布置形式及数量的选择粗轧区的布置形式是根据产量、板卷重量等诸多因素决定的。粗轧区的布置形式主要有全连续式、34连续式、半连续式和其它形式。由于全连轧生产线过长，目前广泛采用的是12连轧和34连轧。1)全连续式全连续式粗轧机通常由4到6架不可逆式轧机组成，前几架为二辊式，后几架为四辊式。全连续式粗轧机的布置形式主要有两种：一种是全部轧机呈跟踪式连续分布布置；另一种是前几架轧机为跟踪式，后两架为连轧布置。典型的布置如图3.6所示。 R1 R2 R3 R4 R5 R6 图3.6 典型的全连续式粗轧机的布置随着粗轧机控制水平的提高和轧机结构的改进，粗轧机的轧制速度提高了，生产能力增大了，粗轧机的布置形式也发生了很大变化，相继发展了34连续式和半连续式。2) 34连续式34连续式粗轧机由可逆式轧机和不可逆式轧机组成，其布置形式有2架轧机，3架轧机或4架轧机。典型的34连续式粗轧机由4架轧机组成，第1架为二辊可逆式轧机，第2架为四辊可逆式轧机，第3、4架均为四辊不可逆式轧机。34连续式粗轧机的轧制工艺是：板坯在可逆式轧机上往复轧制35道次，在不可逆式轧机上轧制l道次。34连续式粗轧机兼有全连续式粗轧机的优点，又克服了它的缺点，与其相比具有生产线短、占地面积小、设备少、投资省、对板坯厚度范围的适应性好等优点。典型的34连续式粗轧机的布置如图3.7所示。图3.7 34连续式粗轧机的布置图3.8 两种半连续式粗轧机的布置3)半连续式半连续式粗轧机由1架或2架不可逆式轧机组成。常见的布置形式有：(1)1架四辊可逆式轧机组成，如下图3.8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3.8所示。(3)由2架四辊可逆式轧机组成，如下图3.9所示。1，2，3 4，5，6图3.9 四辊可逆式轧机4)其他形式粗轧机除了以上三种基本布置形式粗轧机的布置形式外，还有逆道次式和紧凑式。本设计考虑实际生产情况，从缩短生产线长度、减小占地面积、节约设备投资等方面考虑，选择近年来常用的半连续式粗轧机。本次设计中选用一架四辊可逆式粗轧机，如图3.8所示。2.粗轧机的各种参数1)材料的选择由于热轧的时候工作辊表面温度高，又受到水的激冷，表面冷热反复循环产生工作应力，热疲劳应力使得轧辊表面产生网状裂纹，工作辊选择以辊面硬度为主。四辊机座除了少数机座受辊强度和咬入条件限制采用铸钢轧辊以外，其他主要受到扭矩和压力，弯曲应力较小，轧制速度高，辊面要求光滑以保证板带的表面的质量而多采用铸铁轧辊(辊面硬)。支撑辊所受压力大主要受的是弯曲应力，而且直径较大并要着重考虑强度和轧辊的淬透性，因此多采用含有铬的合金锻钢。R1安装在立辊轧机和除鳞机后，为四辊轧机，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。工作辊冷却头安装在R1轧机的进出口侧。轧机上方安装了平台，平台与地面间装有梯子13。R1的主要技术参数见表3-3。表3-3 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2.825.34m/s轧制开口度270mm(最大辊颈)辊缝调节电动+液压AGC压下缸压力最大4000t主电机功率AC6600KW电机转速108190r/min2)轧辊尺寸的选择轧辊是轧钢机的主要部分，在选取工作辊和支撑辊辊颈的时候要考虑以下几个方面：(1)工作辊的辊颈可能减小的程度取决于工作辊辊径和万向接轴所传递的传动力矩；(2)为创造良好的变形条件，强度高的带钢要求采用较小的工作辊径；(3)所能传递的变形力矩受工作辊断面积的限制，要求工作辊有较大的传动大的变形力矩；(4)辊身长度与辊颈的比值不能超过允许值，否则工作辊容易弯曲，所以要求辊颈采用较大的值。辊颈直径和长度与轧辊轴承型式及其工作载荷有关。由于受到轧辊轴承径向尺寸的限制辊颈直径比辊身直径小的多，因此辊身与辊颈过渡处的圆角应该选择大些。使用滚动轴承由于轴承外径较大，辊颈尺寸不能过大，一般近似的取d=(0.50.55)D。针对本次的设计要求，参考现场的实际生产经验，为了生产4.0mm带钢，选用的轧辊的尺寸是：R1：工作辊尺寸：12001700mm；辊颈尺寸：600mm；支承辊尺寸：15501700mm；辊颈尺寸：775mm；轧制力：4000吨；电机功率：AC6600KW。3.2.4 保温装置1.保温装置的概述保温装置位于粗轧与精轧之间，用于改善中间带坯温度均匀性和减小带坯头尾温差。采用保温装置，不仅可以改善进精轧机的中间带坯温度，使轧机负荷稳定，有利于改善产品质量，扩大轧制品种规格，减少轧废，提高轧机成材率，还可以降低加热板坏的出炉温度，有利于节约能源。常用的保温装置主要有保温罩和热卷箱，其共同的特点是不用燃料，保持中间带坯温度。但设备结构大相径庭，迥然不同。分别叙述如下：1)保温罩。布置在粗轧与精轧机之间的中间辊道上，一般总长度有5060m，由多个罩子组成，每个罩子均有升降盖板，可根据生产要求进行开闭。罩子上装有隔热材料，罩子所在辊道是密封的。中间带坯通过保温罩，可大大减少温降。2)热卷箱。布置在粗轧机之后，飞剪机之前，采用无芯卷取方式将中间带坯卷成钢卷，然后带坯尾部变成头部进入精轧机进行轧制，基本消除带钢头尾温差。采用热卷箱，不仅可保持带坯的温度，而且可大大缩短粗轧与精轧之间的距离。热卷箱的优点有：(1)减少中间坯头、尾温差，确保带钢轧制温度；(2)均衡整体中间带坯的轧制温度，稳定精轧机的轧制负荷，从而提高轧制过程的稳定性，以确保成品精度；(3)缩短粗轧机至精轧机之间的距离，节约工程投资；(4)热卷箱还具有挽救带钢报废的功能；(5)进一步消除中间带坯表面的氧化铁皮。热卷箱在卷取和反开卷过程中，可使粗轧阶段产生的二次氧化铁皮得以疏松，从而起到机械除鳞的效果。热卷箱也存在一些不足之处：(1)对带坯横向温度控制不是特别理想，横向温差可达40。(2)带钢出末架精轧机速度一般小于12m/s，限制了生产线的产量。(3)对于管线钢不能降低精轧机功率，不可实现恒速轧制，不能减少精轧机数量14。卷取箱选用的依据：(1)产量没有太高的要求；(2)对温度敏感性高的产品一般要选用卷取箱，如不锈钢；(3)轧制线长度受限制时可选用卷取箱。典型热卷箱结构图如图3-10所示。1-入口导辊；2-成形辊；3-下弯曲辊；4-上弯曲辊；5-平衡缸；6-开卷臂；7-移卷机；8-托卷辊。 图3.10 典型热卷箱结构2.保温装置的选择本设计考结合在唐钢第一钢轧厂的实际生产情况，综合考虑卷取箱的诸多特点，选用无芯轴隔热屏热卷箱。其基本参数如下：带坯厚度/mm：2055(用于低碳钢)；2040(用于高强钢)；带坯宽度/mm：7501550(用于低碳钢)；带坯温度/：9001100；单位宽度卷重/kg.mm-1：22.5(对于碳钢)；带卷内径/mm：约650(额定值)；带卷外径/mm：约2100(低碳钢额定值)；卷取速度/m.s-1：2.55.0；开卷速度/m.s-1：02.5。3.2.5 精轧机1.精轧机布置形式及数量的选择按照道次设计，应选7架精轧机。这样的布置对降低单架压下量起到很大作用，对减少跑偏稳定生产也有好处。由于机架数目较多，在轧制薄规格产品时，为了保证头尾温差和卷取温度的控制，在精轧机布置方面，采用较快的轧制速度和稍小的间距。2.新型热带轧机的种类目前，新型热带轧机主要有以下几种形式：带液压弯辊技术(WRB)的轧机，CVC轧机、PC轧机、HC轧机以及WRS轧机等，现分别介绍如下：1)液压弯辊技术(WRB)轧机第一种：弯工作辊 (如图3.11)。这又可以分为两种方式：(1)反弯力加在两工作辊瓦座之间。称为正弯辊。(2)反弯力加在两工作辊与支持辊的瓦座之间，称为负弯辊。热轧薄板轧机多采用弯工作辊的方法。图3.11 弯工作辊(上图减小工作辊的挠度；下图增加工作辊的挠度)第二种：弯曲支持辊。这种方法是反弯力加在两支持辊之间。弯曲支持辊的方法如图3.12所示。 图3.12 弯曲支持辊2) CVC轧机CVC 轧机是SMS公司在HCW轧机的基础上于1982年研制成功的。CVC轧机与HCW轧机的不同之处在于CVC轧机的工作辊的原始辊型为S形，而HCW轧机的工作辊的原始辊型为平辊。CVC工作辊的轴向移动量为100mm，其效果相当于常规磨辊凸度在100m 到500m之间变化的效果。S形辊的半径差仅为273m，上下轧辊线速度之差最大仅为0.076%，相当于带钢前滑值的1%。CVC轧机和弯辊装置配合使用可调辊缝达600m。CVC在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辊主要负责控制平直度。我国宝钢2050mm热带钢轧机七个精轧机架均采用CVC轧机，可调凸度400m， F1F5弯辊装置可调凸度150m，合计550m。宝钢采用CVC的作用是F1F4改善凸度，F5F7改善平直度。到目前为止，全世界已投产近70台CVC 热轧机。CVC轧制原理图：在轧辊末尾产生轴向移动时，轧辊构成具有相同高度的辊缝，其有效凸度等于零如图3.13(a)。如果上辊向左移动，下辊向右移动时，板材中心处两个轧辊轮廓线之间的辊缝变大，此时的有效凸度小于零如图3.13(b)。如果上辊向右移动下辊向左移动时，板材中心处两个轧辊轮廓线之间的辊缝变小，这时的有效凸度大于零如图3.13(c)。(a)平辊缝 (b)中凹辊缝 (c)中凸辊缝图3.13CVC轧机轧辊辊缝形状变化示意图3)HC轧机HC轧机为高性能板型控制轧机的简称。HC轧机的主要特点有：(1)使支持辊挠度减小，即起正弯辊的作用；(2)具有很好的控制性。即在较小的弯辊力作用下，就能使钢板的横向厚度差发生显著的变化。HC轧机还没有液压弯辊装置，由于中间辊可轴向移动，致使在同一轧机上能控制的板宽范围增大了；(3)压下量由于不受板形限制而可适当提高。4)PC轧机 对辊交叉(PC)轧制技术(Pair CrossRoll)。在日本新日铁公司广烟厂于1984年投产的1840mm热带连轧机的精轧机组上首次采用了工作辊交叉的轧制技术。PC轧机的工作原理是，通过交叉上下成对的工作辊和支撑辊的轴线形成上下工作辊间辊缝的抛物线，并与工作辊的辊凸度等效。 因此，如图3.14所示，调整轧辊交叉角度即可对凸度进行控制PC轧机具有很好的技术性能：(1)可获得很宽的板形和凸度的控制范围，因其调整辊缝时不仅不会产生工作辊的强制挠度，而且也不会在工作辊和支撑辊间由于边部挠度而产生过量的接触应力。与HC轧机、CVC、SSM及VC辊等轧机相比，PC轧机具有最大的凸度控制范围和控制能力。(2)不需要工作辊磨出原始辊型曲线。(3)配合液压弯辊可进行大压下量轧制，不受板形限制。图3.14PC轧辊交叉角与等效辊凸度5)WRS轧机WRS轧机实际就是工作辊横移式四辊轧机，其板凸度控制有两种方法，即工作辊不带锥度和带锥度。WRS轧机在适应带钢宽度变化、控制板凸度上，尤其在减小边部减薄及局部高点上很有效果。3.七架精轧机的确定及选择精轧机是成品轧机，是热轧带钢生产的核心部分，轧制产品的质量水平主要取于精轧机组的技术装备水平和控制水平。因此，为了获得高质量的优良产品，在精轧机组大量的采用了许多新技术、新设备、新工艺。精轧机组是决定产品质量的主要工序。七架四辊精轧机纵向排列，间距为6m。F2F4为CVC轧机，用于板型及凸度控制，F5F7采用WRB轧机，F1使用普通的四辊轧机。F1F7均有弯辊系统。所有的机架均设有液压伺服阀控制的AGC系统。工作辊轴承为四列圆锥滚动，平衡块中安装工作辊平衡缸(正弯辊缸)。支承辊采用油膜轴承并配有静压系统。轧机工作侧工作辊轴承座上部(下部)装有调整垫片进行补偿，以保证轧制线水平。F5F7安装ORG系统用于工作辊表面的在线磨削。轧机进出口安装上下倒卫及倒板，轧机出口安装有倒辊，保证带钢平稳输送，轧机进出口均安装冷却水管。工艺润滑安装平台，平台与地面间装有梯子。在进入精轧机前，轧件依然具有一个较高的温度，并且带钢还较厚，所以F1轧机所要起到的作用是在高温有利条件下，在能保证咬入的条件下进行稍大的压下。此时由于轧辊的弹跳与带钢的厚度及变形量相比是很小的，所以F1使用普通的四辊轧机。在F2F4精轧过程中，为了对板形和凸度控制，并能在轧制压下时对压下量有灵活的控制，故选用CVC轧机。F5F7选择的是WRB轧机15。各架轧机的参数见表3-4。表3-4 精轧机的各种性能参数数量及类型7架四辊不可逆轧机工作辊尺寸 F1：900/7501700mmF2F4：825/7351700mmF5F7：680/5801700mm支承辊尺寸 1450/13001700mm轧制力/max4000t开口度50mm(最大辊颈时)机架铸钢，封闭式机架柱面积约7400cm2(交叉部分面积6500cm2)辊缝调整缸面积最大3.0mm/s(当轧制力为3000t时)轧制线调整由几叠衬板调整，5mm的调整量，衬板与轴承座的连接在轧辊间进行轧机驱动F1F3：工作辊由调速电