年产200万吨1780热轧带钢车间设计

河北联合大学轻工学院 QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕毕业业设设计计说说明明书书 设计题目：设计题目：年产年产 200200 万吨万吨 17801780 热轧带钢车间设计热轧带钢车间设计 学生姓名：学生姓名： 学学 号号： 专业班级：专业班级：08 轧钢轧钢 1 班班 学学 部：材料化工部部：材料化工部 指导教师：指导教师： 2012 年年 05 月月 21 日日 摘 要 I 摘 要 板带钢是钢铁产品的主要品种之一，广泛应用于工业，农业，交通运输和 建筑业。宽带钢在我国国民经济中的发展中需求量很大。世界各国近年来都在 注重研制和使用连铸连轧等新技术和新设备来生产板带钢。 本设计为年产 200 万吨 1780 热轧带钢车间设计，典型产品厚度为 3.0mm。 为了满足高质量和高性能板材要求，本次设计结合唐钢 1700mm、宁钢 1780mm、鞍钢 1780mm 热轧车间设计了年产 200 万吨的 1780mm 常规热轧车 间。设计采用两架四辊可逆粗轧机，轧制六道次，精轧机选用六架非可逆轧机 轧制六道次，通过采用 CVC 轧机、PC 轧机和厚度自动控制(AGC)等技术相结 合来控制板型和厚度，在精轧前采用无芯轴隔热屏热卷箱。 在此设计中详细地介绍了原料的选择、生产工艺的制定、典型产品工艺计 算、主要设备和辅助设备的选择等一系列过程。按照要求计算了轧制力，轧制 力矩，电机功率等问题，且对轧机进行了校核，并且设计了凸度，挠度以及 年产量等问题。 关键词关键词：热轧；板带钢；CVC 轧机；压下规程 Abstract II Abstract Plate strip is one of the main varieties of steel products, widely used in industry, agriculture, transportation and construction. Wide strip in the development of our national economy in great demand. In recent years, countries in the world are paying attention to the development and use of continuous casting and rolling, and other new technologies and new equipment to produce steel strip. The 1780 is designed to produce 2 million tons of hot rolled strip plant design, a typical product thickness 3.0mm. To meet the requirements of high quality and high performance boards, this design combines the Tangshan Iron and Steel 1700mm, Ning steel 1780mm, Anshan Iron and Steel 1780mm hot rolling workshop designed annual output of 2 million tons of 1780mm conventional hot rolling workshop. Design uses two four-high reversing roughing mill, rolling six times, finishing mill selected six non-reversible rolling mill six times, through the use of CVC mill, PC mill and thickness control (AGC) to control panels and other technology-based combination and thickness, in the no-mandrel before finishing the heat shield coil box. In this design details on the selection of raw materials, production process development, process calculation typical products, the main equipment and auxiliary equipment such as a process of selection. In accordance with the requirements in the rolling force, rolling torque, motor power and other issues, and conducted a check on the mill, and the design of the crown, deflection, and output issues. Key words: hot rolling; plate strip; CVC mill; rolling schedule 目 录 IIIIII 目 录 摘 要.I Abstract.II 第 1 章 文件综述.1 1.1 热轧板带钢生产状况.1 1.1.1 热轧宽带钢生产状况.2 1.1.2 热轧窄带钢生产状况.3 1.2 轧带钢市场前景和需求概况.4 1.2.1 热轧宽带钢市场前景.4 1.2.2 热轧窄带钢市场需求.4 1.3 今后热轧板带钢的发展趋势.5 1.3.1 热轧宽带钢发展方向.5 1.3.2 热轧窄带钢发展方向.5 1.4 本设计的目的和意义.6 第 2 章 生产方案及产品大纲的制定.8 2.1 产品方案的编制.8 2.1.1 产品方案.8 2.1.2 编制产品方案的原则及方法.8 2.1.3 选择计算产品.8 2.1.4 产品大纲.9 2.2 生产方案.10 2.2.1 选择生产方案的依据.10 2.3 产品大纲.10 2.3.1 坯料选择.11 2.3.2 原料规格选择.11 2.3.3 产品规格.11 2.3.4 钢种方案.11 第 3 章 生产工艺流程制定.13 3.1 制定生产工艺流程的主要依据.13 3.2 生产工艺过程简述.14 第 4 章 主要设备的选择与布置.16 4.1 粗轧机组的选择.16 4.2 精轧机的选择.18 4.3 保温装置.23 4.3.1 保温装置的概述.23 4.3.2.保温装置的选择.24 第 5 章 典型产品的压下规程设计.25 目 录 IV 5.1 压下规程设计.25 5.1.1 轧制道次选择.26 5.1.2 粗轧机组压下量分配.27 5.1.3 精轧机组的压下量分配.28 5.1.4 校核咬入能力.28 5.2 确定速度制度.29 5.3 轧制温度的确定.31 第 6 章 力能参数的计算.33 6.1 轧制力的计算.33 6.1.1 粗轧段轧制力计算.33 6.1.2 精轧段轧制力计算.34 6.1.3 各机架的空载辊缝设定：.35 6.2 轧制力矩的计算.36 6.3 附加摩擦力矩的计算.38 6.4 空转力矩的计算.39 6.5 动力矩的计算.41 6.6 轧辊辊型设计.41 第 7 章 轧辊强度校核与电机的选择.46 7.1 轧辊的强度校核.46 7.1.1 支撑辊的强度校核.46 7.1.2 工作辊的校核.48 7.1.3 工作辊与支撑辊间的接触应力.51 7.2 电机的选择.53 7.2.1 轧制过程中静负荷图的制定.53 7.2.2 主电机的校核.54 第 8 章 轧机年产量计算.57 8.1 轧机小时产量.57 8.2 轧机平均小时产量.58 8.3 轧钢车间年产量计算.59 第 9 章 辅助设备选择.60 9.1 热炉选择.60 9.1.1 加热能力的确定.61 9.1.2 炉子数量的确定.62 9.1.3 炉子尺寸的确定.62 9.2 除鳞装置的选择.63 9.2.1 除鳞的必要性.63 9.2.2 各种除鳞方式的比较.63 9.2.3 本次设计除鳞装置的选择.64 9.3 剪切设备的选择.64 9.4 带钢冷却装置.66 9.5 卷取设备的选择.68 目 录 V V 9.6 辊道的选择.69 9.7 活套支撑器.71 9.7.1 概述.71 9.7.2 活套支撑器的相关参数的计算.72 9.8 控制设备.74 9.8.1 厚度控制.74 9.8.2 板形控制.75 9.8.3 宽度控制.76 第 10 章 轧钢车间平面布置及经济技术指标.79 10.1 轧钢车间平面布置.79 10.2 车间技术经济指标.79 10.2.1 各类材料消耗指标.79 10.2.2 综合技术经济指标.82 结 论.84 参考文献.85 谢 辞.87 第 1 章 文献综述 1 1 第1章 文件综述 1.1 热轧板带钢生产状况 近年来，我国热轧宽带钢产量迅猛增长，2007 年共生产热轧宽带钢 8693.73 万吨，较 2006 年（6394.12 万吨）增长 35.96%；2008 年继续快速增长， 15 月生产热轧宽带 4373.13 万吨，比去年同期（3369.35 万吨）增加 29.8%， 比钢材产量增幅高出 17.3 个百分点，其中 5 月份产量 944.6 万吨，同比增长 31.5%，创下热轧板卷月产量的历史新高，当月日均产量也首次突破 30 万吨， 达到了 30.5 万吨。2008 年是我国热轧板卷产能投产比较集中的一年，包括已经 投产的北台 1780 机组、宁钢 1780 机组、武钢 1580 机组、唐钢 1580 机组和邯 郸新金 1250 机组等，全年预计将有 16 条热轧生产线投产，新增产能超过 4500 万吨。随着前期投产的生产线产量的陆续释放，以及即将投产产能的增加，后 期国内热轧板卷产量增幅将继续保持在较高水平。 而近几年来我国集中建设了一大批宽带钢热轧机，数量之多，建设速度之 快，不仅在我国，在全世界也是空前的。然而我们还要看到：我国钢铁工业近 年来产量虽然增长较快，但高附加值产品的数量和质量较低。我国一般热轧带 钢产品厚度下限是 1.8mm，但实际上只生产很少厚度小于 2.0mm 的热轧带钢， 即使窄带钢，产品厚度一般也大于 2.5mm。因此，相当一部分希望使用厚度小 于 2mm 带钢作原料的用户，只得使用冷轧带钢。如果能开发薄规格的热轧带钢， 则可代替相当一部分的冷轧带钢使用，使生产成本大为降低。与此同时，我国 宽带钢热连轧技术和装备能力水平也取得巨大发展，其特点： 一是投资规模前所未有，实现的投资延伸到从铁水预处理、钢水精炼到连 铸，从钢铁冶金、压力加工到精整和配送的投入。 二是技术和规模上水平，不仅引进了多套当代国际最先进的机组，而且建 设了多条自主集成技术、自行设计和制造的轧制线。 三是热轧宽带钢产品大纲普遍涵盖了建材、汽车、家电、机械、化工和管 道输送等用途，包括低合金、高强度、薄规格、深冲板， 板形和厚度尺寸公差 及表面质量俱佳的高端产品。 河北联合大学轻工学院 2 1.1.1热轧宽带钢生产状况 国外热轧宽带钢生产的技术进步表现在以下几方面：热带钢无头轧制技 术1。无头轧制技术能稳定生产宽薄带钢及超薄热轧带钢，其宽厚比可由传统 热连轧的 8001 提高到 10001，并能应用润滑轧制及强制冷却技术生产具有新 材料性能的高新技术产品。薄板坯连铸连轧技术。它主要有紧凑式热带钢生 产工艺 CSP (Compact Strip Process)、在线热带钢生产工艺 ISP (In-Line Strip Production)、灵活式薄板坯轧制工艺 FTSR (Flexible Thin Slab Rolling)和连铸直 接轧制工艺 CONROLL 等 10 余种类型。德国 SMS 公司开发的 CSP 工艺已成功 地轧制出厚度为 0.8mm 的薄带钢产品，并已经广泛应用在家用电器、建筑工业 等领域；奥钢联(VAI)开发的 CONROLL 工艺也成功地生产出厚度 0.9mm1.0mm、表面质量极好的热轧薄带钢，可用作汽车的外露部件；美国至 今已经投产的薄板坯连铸连轧生产线达百余条，生产能力 5107吨/年2。铁 素体区轧制生产工艺。它又称相变控制轧制，是由比利时冶金研究中心于 1994 年开发的一项轧制新技术，当初主要目的就是用薄规格的热轧带钢取代 1.0mm2.0mm 厚度范围的冷轧产品。铁素体区轧制生产工艺的发展目标是生产 薄(超薄)规格优质深冲板。LTV 公司的印地安那哈伯厂 40%的超低碳钢产品采 用铁素体区轧制生产， Arvedi 公司采用铁素体区轧制生产的超薄热轧带钢已占 其产量的 25%。铸轧薄带钢的 CASTRIP 工艺。这种工艺由美国纽柯钢铁公 司、澳大利亚 BHP 公司和日本 IHI 公司联合开发，2003 为纽柯公司成功建设了 世界上第一套全商业化的双辊铸轧薄带钢生产线，用来生产碳钢和不锈钢。与 常规连铸和轧钢技术相比，这种工艺具有投资省、运行费用低、节能环保、废 气排放少等优点3。目前，这套全商业化的薄带钢双辊铸轧机可年产 2.0mm 以 下薄规格带钢 50 万吨。该铸轧机采用的钢包容量为 110t，铸轧机双辊直径为 500mm，最高连铸速度为 150m/min，常用连铸速度为 80m/min，出口带钢厚 度为 0.7mm2.0mm，宽度为 1000mm2000mm。 国内热轧宽带钢生产概况如下：传统的热带轧机。以宝钢 2050mm 热轧 带钢轧机为例，宝钢 2050mm 热轧厂于 1989 年 8 月 3 日投产，热轧机组设计年 产量为 400 万 t。到 2000 年底已累计生产 4446 万吨热轧带钢。1999 年产量达 到 510 万吨，超过设计产量 25%，2000 年达到 520 万吨。主要产品有普碳钢、 优质碳素钢、低合金钢、深冲用钢、造船用钢、螺旋焊管用钢等钢卷和钢板。 2050mm 热轧机组为 3/4 连续式轧机。全厂的主要设备有：4 架粗轧机、7 架精 第 1 章 文献综述 3 3 轧机，3 台全液压卷取机，及 5 条精整作业线。设备总重 60915 吨。设备由德 国西马克德马格财团总承包，12 年来，设备运行稳定。在产量大幅度上升的同 时，机组的生产综合指标与产品精度也在不断提高，高强度、高难度极限规格 产品不断增加，薄规格产品比例成倍提高。尤其最近，2.00mm 以下薄规格产品 占产量的 17%，比 1992 年 5 月达产时的 4.98%和设计规定的 6%高 3 倍4。把 薄规格产品作为主要生产目标，采用最佳卷取温度，对加热温度、轧制负荷分 配、轧制速度进行优化，对各精轧机架目标凸度进行合理分配，轧出符合标准 的厚度为 1.6mm 的集装箱用耐大气腐蚀板，解决了集装箱钢板长期依赖进口的 局面，2002 年又试轧成功厚 1.2mm 的热轧薄带钢。薄板坯连铸连轧。自 1992 年兰州钢厂与钢铁研究总院合作建立了我国第一套 CSP 薄板坯连铸机以来， 国内各大钢铁公司纷纷花费巨资新建或改造热连轧厂，不断扩大品种范围，提 高产品质量。宝钢的 2050 和 1580 热轧线是国内工艺装备及自动化控制水平较 高的两条生产线，能稳定生产厚度1.5mm 的热轧板卷，也能生产少量厚 1.0mm1.2mm 的超薄热轧带钢。1999 年珠钢引进第一条 CSP 薄板坯连铸连轧 线(1450mm)，之后相继建成投产邯钢 1450mm、包钢 1700mm、攀钢、唐钢 1800mmFTSR 机组马钢 1800mmCSP 机组、华菱 1800mmCSP 一期工程和上钢 一厂的 1780 热连轧机组，本钢 1880mmCSP 连铸连轧热轧生产线设计产能 280 万吨，莱钢 1450 热连轧机组设计产能 200 万吨，沙钢 1700mm 热连轧生产线设 计产能 450 万吨。鞍钢 2150mmCSP 机组设计产能 450 万吨。据统计，2007 年 国内预计将有 12 条热轧生产线投产，设计总产能为 3700 万吨，其中设计产能 在 300 万吨以上的大型热轧生产线有 5 条，分别是安钢 1780 机组 380 万吨，马 钢 2250 机组 500 万吨，宝钢 1880 机组 370 万吨，天铁 1780 机组 380 万吨，北 台 1780 机组 400 万吨；其余 7 条热轧产线设计产能均在 200 万以上，它们是日 照钢厂 1580 机组 200 万吨，唐山国丰 1480 机组 200 万吨，迁安轧一厂 1250 机 组 200 万吨，武钢 1580 机组 280 万吨，山西海鑫 1500 机组 220 万吨，宁波建 龙 1780 机组 250 万吨。预计到 2007 年底我国热轧总产能将达到 1.4 亿吨。 铁素体区轧制生产工艺。珠钢 CSP 薄板坯连铸连轧生产线投产后，计划采用该 工艺生产 2.0mm 以下超薄热轧带钢，目前国内唐钢、本钢等多条 CSP 薄板坯生 产线均已具备铁素体区轧制能力。 1.1.2热轧窄带钢生产状况 目前，国外窄带钢的发展呈停滞状态，产量和质量均不高，对窄带钢的需 河北联合大学轻工学院 4 求多采用将宽带纵切的办法，成本偏高。国内共有 50 多套热轧窄带钢轧机，其 中全连续式轧机 2 套，3/4 连轧机 14 套，半连轧 15 套，其余为跟踪式、横列式、 行星式等，年总生产能力 9106t。但生产工艺和设备水平普遍较落后，其中 15 家国有企业的大部分仍采用老式布局的 3/4 连轧生产线。按产品的宽度可分为 两类，一类为 145mm240mm，多采用连铸坯一火成材，如宣钢带钢厂等；另 一类为 210mm305mm，使用初轧坯两火成材，如包钢、莱芜带钢厂等。优化 改造后唐钢窄带钢生产线采用自产 165mm165mm、165mm225mm、165mm280mm 三种规格的连铸坯，能够生 产最宽达 355mm、最薄为 1.8mm 的窄带产品。1996 年无锡市新大薄带钢有限 公司在国内率先建成了年产 6104t 的 350mm 热轧薄窄带钢生产线，采用了合 理的工艺、设备，选用了先进的控制系统，从而解决了板形、板厚控制与活套 角度控制等一系列难题，成功地生产出厚度为 1.0mm1.5mm、宽度为 130mm200mm 的薄规格窄带钢，并用于薄壁焊管生产5。鞍钢公司轧钢总厂 一条中型型钢生产线经改造，形成了年产 1105t 的 350mm 半连轧窄带钢生产 线，目前已能生产厚度为 1.2mm2.0mm 的高强度合金钢和不锈钢等难轧窄带 钢产品。 1.2 轧带钢市场前景和需求概况 1.2.1热轧宽带钢市场前景 对 30 多家国外钢铁企业的产品调查表明：作为最终产品使用的厚度大于 2mm 的热轧带钢的需求量正在下降，1995 年为 48%，2005 年将下降至 42%， 而厚度小于 2mm 的热轧薄带需求量日益增加，从正在进行和准备进行的深加工 线和冷轧机组方面的投资也可看出这种趋势。2005 年，厚 0.8mm1.2mm 热轧 薄带需求量增加将大于 1%，厚 1.2mm2.0mm 热轧薄带需求量增加将大于 7%。到 2007 年，预测全世界超薄热轧带钢的市场需求将超过 1.9107t。就国内 市场而言， 1998 年全国共消耗热轧薄板 2.9107t，为填补国内板带材的供需缺 口，1998 年进口热轧薄板约 7.8106t，占当年钢材进口总量的 64.1%。可见， 国内热轧薄板的市场空间巨大，特别是对 2.0mm 以下超薄热轧带钢的需求尤其 旺盛7。 第 1 章 文献综述 5 5 1.2.2热轧窄带钢市场需求 国内外热轧窄带钢市场需求大体相同，厚度大于 25mm 的产品基本饱和， 厚度小于 20mm 的热带却供不应求。我国宽带轧机虽然已经具有一定规模，但 是我国的轻工、建筑行业等需要大量的薄规格窄带钢，主要用于生产薄壁焊接 钢管、轻钢龙骨等，此外热轧窄带钢还要给冷轧窄带钢轧机及特殊用途的钢带 轧机等提供原料，因而目前我国热轧窄带钢仍然不会为宽带钢所替代。据资料 统计，我国煤气管年产量已经超过 3106t，这也是窄带钢的一个大市场。近几 年热轧窄带钢的生产量几乎翻了一番，生产和在建的轧机达到近百套，全部投 产后预计总能力将超过 1800 万吨。 1.3 今后热轧板带钢的发展趋势 1.3.1热轧宽带钢发展方向 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8。 1.3.2热轧窄带钢发展方向 增大带钢产品的优质比，调整产品结构，开拓热轧窄带钢产品应用新领域。 目前热轧窄带钢生产厂在提高质量、降低消耗、降低成本、扩大品种的前提下， 将小家电、小五金、家具、自行车零件等深加工企业所需多层次优质碳素结构 钢、优质低合金钢、高锰钢、不锈钢等高质量带钢作为主导产品，彻底改变只 以焊管为主要供货方向的局面，建设新热轧窄带钢生产线，所轧产品规格处于 河北联合大学轻工学院 6 宽带轧机产品的下限之外，从而可以代替部分冷轧产品。如用厚度小于 1.5mm 的热轧窄带钢替代冷轧带钢，可以减少冷轧轧程，大幅度降低生产成本，提高 轧机的效率。 向薄、宽方向发展。生产薄规格带钢，可满足薄壁焊管厂提高成材率、降 低生产成本的需要；生产宽规格带钢，占领热轧中宽带钢（宽度一般大于 500mm）的产品空间；生产厚规格带钢，开发轻钢结构。轻钢结构用来制作工 业厂房、办公大楼、体育场馆、商业超市、仓库等，目前广泛使用宽 200mm350mm、厚 6mm30mm、长 3m12m 中板及板卷，热窄带钢比中板便 宜 600 元/吨700 元/吨，如能用窄带钢代替中板，将使整个钢结构工程成本有 较大幅度下降。 1.4 本设计的目的和意义 本设计是年产 200 万吨的热轧板带钢车间工艺设计。产品规格为：典型产 品厚度为 3.0mm。所用钢种为：普碳钢、合金结构钢、不锈钢（约含 25%） 。 带钢是有一个比较特殊的钢铁产品，其直供比例非常高，40%以上直接进 入厂家，目前带钢有时也作为冷弯型钢的坯料，广泛用于制造小五金、自行车 车架、轮圈、弹簧片、锯条等。通过对近五年的统计，可看出带钢消费正以一 个较快的速度发展。在国内外带钢生产逐渐减少的情况下，我国作为一个发展 中国家，对带钢的需求不断增加，虽然受汽车等产业规模的限制，但五金产品 国内外需求量都较大。同时我国现在基础建设规模很大，对焊管、型材的需求 也相应增加，带钢的需求仍保持较高水平。 本设计课题是年产 200 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。目前我国带钢产能在 5500 万吨左右，但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 第 1 章 文献综述 7 7 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。 西部地大物博，矿产资源很丰富，很多还处于待开发状态。我国现在进行 西部大开发，对西部地区