热连轧板带生产工艺设计

太原科技大学本科课程设计说明书中厚板轧制工艺设计学校：太原科技大学学院：机械工程专业：冶金机械姓名：学号：指导教师：

热连轧机轧制工艺设计摘要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，也反映了一个家工业与科学技术发展的水平。为了满足高质量和高性能板材要求，采用厚板坯常规连轧生产方式。在此设计中详细地介绍了加热、粗轧、热卷取、精轧、冷却、卷取等一系列过程。关键词：加热、粗轧、热卷取、精轧、冷却、卷取。AbstractThetechnicallevelofplateandstripproductionisnotonlyanimportantsymbolofthedevelopmentlevelofindustrialproductionofmetallurgical,alsoreflectsahomeindustryanddevelopmentofscienceandtechnologylevel.Inordertomeetthehighqualityandhighperformanceplaterequirements,withThickSlabContinousCastingproductionmode.Thisdesignintroducedindetailtheheating,roughrolling,hotcoiling,finishrolling,cooling,coilingandaseriesofprocess.Keywords:heating,hotcoiling,roughing,finishing,cooling,coiling.目录摘要 IIAbstract III第一章前言 11.1热轧板带钢发展历史 11.1.1热轧板带钢生产的发展史 11.1.2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我国热连轧技术现状 41.3今后热轧板带钢的发展趋势 51.3.1热轧宽带刚发展方向 51.3.2热轧窄带钢发展方向 6第二章热轧带钢生产工艺过程 62.1原料选择与加热 62.2粗轧轧制 72.3热卷箱的选择 8第三章产品的压下规程设计 103.1中间坯料尺寸及轧机选择 103.2坯料的选取 113.3道次选择 113.4压下规程设计 12 13 133.7平均变形速度 143.8平均单位压力： 153.9总压力： 153.10传动力矩： 16第四章车间平面设计 164.1中厚板车间平面布置的原则 164.2轧机的布置 174.3单机座布置的中厚板车间 18第五章生产能力计算 195.1典型产品小时产量 195.2确定轧制一年内实际作业时间 19参考文献 21第一章前言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热轧板带钢生产的发展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的直接连接布置，热轧板带钢生产技术经历了不同的发展时期。1960年以前建设的热带钢轧机称第一代热带钢轧机。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。热轧板带钢轧机的生产工艺过程是钢铁工业生产中自动化控制技术最发达的工序。60年代后新建的热带钢轧机很快采用了轧制过程计算机控制，将热轧板带钢轧机的发展推向一个新的发展阶段，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0.8～1.2mm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,辊耗大,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。1.1.2我国热轧板带钢生产的发展史我国热连轧带钢的发展,大体经历了三个阶段:第一阶段,以大企业为主,以解决企业有无为主要目的的初期发展阶段。这个时期热轧板带钢轧机建设只能靠国家投入,由于资金、技术等限制,轧机水平参差不齐。1989投产的宝钢2050mm轧机代表了当时国际先进水平,采用了一系列最先进的热连轧生产技术。但是,这个时期投产的二手设备则是国外五六十年代的装备(1994年投产的太钢1549mm轧机、梅钢1422mm轧机),整体技术水平相对落后,在安装过程中进行了局部改造,但整体技术水平提高有限。还有两套国产轧机投产:1980年投产的本钢1700mm轧机和1992年投产的攀钢1450mm轧机，这两套轧机的整体水平不高，产品与国际水平差距较大。但在当时条件下,这几套轧机满足了国民经济建设的需要，同时培养了一大批技术人才。第二阶段,全面提高技术水平,瞄准世界最高、最新技术，全面引进阶段。20世纪90年代以后,各大企业均以引进国外最先进技术为主。如1999年投产的鞍钢1780mm轧机、1996年投产的宝钢1580mm轧机,是世界传统热连轧带钢轧机最先进水平的代表,除通常现代化轧机采用的先进技术以外,还采用了轧线与连铸机直接连接的布置形式,板坯定宽压力机,PC板形控制系统,强力弯辊系统，轧辊在线研磨,中间辊道保温技术和带坯边部感应加热技术，轧机全部采用交流同步电机和GTO电源变换器及4级计算机控制，精轧机采用了全液压压下及AGC技术。国内还引进了三套薄板坯连铸连轧生产线,即1999年投产的珠钢1500mm薄板坯生产线、邯钢1900mm薄板坯生产线和2001年投产的包钢1750mm薄板坯生产线，这些生产线是当时世界最先进的薄板坯生产线。这些生产线的引进使我国拥有了新一代热连轧带钢生产技术。第三阶段,这个阶段是近几年开始的,是以提高效益、调整品种结构、满足市场需要和提高企业竞争能力为目的的发展阶段。由于近年国家经济快速发展,对钢材需求不断增加,因此除国营大中型企业外,中小型企业,甚至民营企业都把生产宽带钢作为今后发展的重点,或引进或采用国产技术,或建设传统热连轧宽带钢轧机或建设薄板坯连铸连轧生产线。同时,这个阶段对引进的二手轧机和原技术较落后的国产轧机进行了全面技术改造,使其达到了现代化水平。国外刚出现的半无头轧制技术、铁素体加工技术、高强度冷却技术、新型卷取机等,在一些轧机上也已应用。目前我国热连轧技术装备已完全摆脱落后状态,并已处于世界先进水平之列。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350～550万t,生产线的总长度400～500m,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200～250mm,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,5～6架精轧机,1～2台地下卷取机,生产线长度约300m,年产量200～300万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,1～2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50～90mm,产量120～200万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20m/s的速度轧制生产。0.8～1.3mm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5～6mm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我国热连轧技术现状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。设计产能在300万吨以上的1780热轧生产线有,如安钢1780机组380万吨,天铁1780机组380万吨，北台1780机组400万吨等,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。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20～23亿人民币,但采用国产中等厚度薄板坯仅需15～17亿人民币,其产量与国外生产线基本相同。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。1.3今后热轧板带钢的发展趋势1.3.1热轧宽带刚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。第二章热轧带钢生产工艺过程热轧带钢生产工艺过程主要包括原料准备、加热、轧制、热处理等工序。2.1原料选择与加热热轧带钢的主要原料为初轧板坯和连铸板坯。由于连铸坯的前述优点，加之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，所以本设计选用连铸坯,其形状为矩形断面,坯料的断面尺寸不仅受压缩比的限制,同时也受供坯条件.轧辊强度与咬入能力等多种因素影响.板坯厚度定为150mm，宽度2000mm,长度为2200mm。2.1.1原料的加热中厚板原料加热的目的是提高钢的塑性，降低变形抗力；使坯料内外温度均匀；改变金属的结晶组织，保证生产需要的机械和物理性能。加热炉型式按其构造分：连续式加热炉、室状加热炉和均热炉三种。均热炉多用于由钢锭直接轧制特厚板；室状炉多用于特重、特轻、特厚、特短的板坯，或多品种、少批量及合金钢，生产灵活。中厚板板坯加热炉的主要炉型是连续式加热炉。中厚板坯料加热的要求有：满足工艺规范的需要；沿长度和断面均匀；减少加热时氧化烧损。其加热工艺制度要控制加热温度、加热速度、加热时间、炉温制度及炉内气氛的选择与控制。钢在加热炉内加热时的温度变化过程叫钢的加热制度。分为一段式加热制度：一段式加热制度、二段式加热制度、三段式加热制度、多段式加热制度。原料的加热2.1．2除鳞钢板表面质量是钢板重要的质量指标之一，加热时高温下生成的氧化铁皮若在轧制前不及时清理或清理不干净，在轧后的钢板表面上，因氧化铁皮被压入钢板表面，会产生“麻点”等缺陷，因此轧前除鳞是保证获得优良表面的关键工序。除鳞原理是利用高压水的强烈冲击作用，去除表面的氧化铁皮。2.1．3精轧精轧阶段的主要任务是质量控制，包括厚度、板形、表面质量和性能控制。轧制的第二阶段粗轧与第三阶段精轧间并无明显的界限。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。对两架轧机压下量分配上的要求是希望在两架轧机上的轧制节奏尽量相等，这样才能提高轧机生产能力。一般的经验在粗轧机上的压下量约占80﹪，在精轧机上约占20﹪.。热处理根据产品质量要求还要进行热处理和酸洗。中厚板厂通常在作业上设置热矫直机，多使用带支撑辊的辊式矫直机，为了补充热矫直机的不足，头尾使用侧刀剪或摆切剪。中厚板热处理最常采用的是退火、正火、正火加回火、淬火加回火热处理工艺。第三章产品的压下规程设计3.1轧机选择本设计为热连轧板带生产精轧部分设计，坯料规格为：坯料厚度：150mm坯料宽度：2000mm根据典型成品20×3800mm，辊身长度应该大于所轧钢板的最大宽度bmax，即（3-1）式中根据钢宽确定，当2500<bmax,=200-400mm,取=200mm，即L=4100mm。具体参数如下：表3-1名称4300mm四辊可逆式轧机轧辊尺寸（mm）工作辊尺寸∅支承辊尺寸∅轧制力(kN)9000最大轧制速度(ms-1)4.65最大轧制力矩(kNm-1)10250电机功率(kW)72003.2坯料的选取在本设计中，根据坯料规格h×b=150×2000mm，钢种为合金结构钢，产品规格为h×b=(5~150)×(1500~3900)mm。开轧温度选取为1200℃；轧机为单机架四辊可逆式；设有大立辊及高压水除鳞；工作辊直径为1110～1210mm，支承辊直径2000～2200mm，辊身长度4300mm，轧制速度为0～4.65m/s。3.4压下规程设计轧制方法：先经立辊侧压一道及纵轧一道，使板坏长度等于钢板宽度，然后转90°，横轧到底。粗轧规律：第一道不要过大，中间道次采用大压下率，最后道次为控制厚度和板型要适当减小压下率为简化连铸生产，前面已经选择单一坯料（厚度150mm），由产品大纲已确定的典型厚度（1.5mm），本设计中间坯取32mm，可得粗轧延伸系数如下：粗轧，=150/32=4.69（3-4-1）确定粗轧道次为5道次。各道次轧件参数道次12345H(mm)1501208454.632.8h(mm)1208454.632.820Δh(mm)303629.421.812.8ε%2030354039表3-2(4)校核咬入能力：热轧钢板低速咬入时，咬入角取20°，所以Dg因为597＜1110mm，故咬入不成问题。轧辊转速随时间变化的规律称为速度图。制定速度制度就是确定各道次的速度图，并计算各道次的纯轧时间及间隙时间。粗轧机组的速度制定：对于不可逆式机架，速度直接为轧辊的线速度；对于可逆式机架，则必须按照梯形速度制度或者是三角形速度制度来制定。对粗轧机组的可逆式机座，常用的速度图为梯形速度图和三角形速度图。热轧板带生产中粗轧段，轧件较短，选用三角形速度图，可逆式中的粗轧机的轧辊咬入和抛出转速一般在10～20r/min和15～25r/min范围内选择。根据经验资料取平均加速度a＝40r/(min·s)，平均减速度为b＝60r/(min·s)。根据梯形制度可得根据梯形制度可得轧制第五道次轧制时间及速度。由于咬入能力很富于，故可采运稳定高速咬入，对于3道次咬入速度取n1=20r/min;对于4,5道次去n1=40r/min;为减少反转时间，一般去较低的抛出速度n2，例如取n2=20r/min，但对间隙时间长的个别道次可取n2=n1。v1=πDn1/60,v2=πD(n1+n2)/120,t2=n∆t=t取开轧温度1200℃∆t1=1200-400t2=t1-=1200-0.92=1199.08℃；同理可得：=1.3℃；t3=1197.78℃；=2.0℃；t4=1195.78℃；=4.7℃；t5=1191.08℃；=10.0℃；t6=1181.08℃3.7平均变形速度（3-7）R--工作辊半径；同理得：3.8平均单位压力：