中厚板工艺课程设计

太原科技大学课程设计说明书设计题目：中厚板生产工艺设计设计人：指导老师：专业：机械设计制造及其自动化（冶金机械）班级：学号：华科学院2013年1月8日太原科技大学太原科技大学华科学院课程设计任务书专业班级 设计人同组人设计题目：中厚板轧机设计设计参数：成品尺寸：h×b=(5~200)×(1500~4500)mm材质：碳钢设计要求：变形过程合理.，轧件质量好，轧制力及电机功率分布均匀工作任务：1生产简介2工艺流程3轧机选型，压下规程的计算4主要辅助设备选择5车间设计，出车间布置图设计时间：2013年12月24日至2013年01月11日设计人(签字)指导教师(签字)教研室主任（签字）附注：本课程设计任务书由学生附入设计说明书内。摘要简单介绍了宽厚板的分类、用途及宽厚板技术的发展和不足，论述了轧机的选择原则及轧机的布置形式和热轧板材的生产工艺过程，主要是阐述对产品轧制工艺规程制度中速度制度、温度制度以及变形制度的确定过程，接着是对轧钢车间中各个辅助设备的选择及其参数的确定以及轧钢车间布置中各项参数的确定，对年产量的计算和校核也作了清晰的解释，分析了限制压下的各项因素及车间技术经济指标。关键词：宽厚板；生产工艺；四辊可逆轧机；压下规程、车间平面布置AbstractAbriefintroductionoftheclassificationplate,plateandtheuseoftechnologyandlackofapapermillandthechoiceoftheprincipleofthemillandarrangedintheformofhot-rolledsheetproductionprocess,mainlyonproductsfortherollingprocessplanningsystemInthespeedofthesystem,thesystemtemperature,aswellasdeformationofthesystemtodeterminethecourseandthenonvarioussteelrollingplantinthechoiceofauxiliaryequipmentanditsparameters,aswellassteelrollingplantinthelayoutparameters,theannualoutputofthecomputingandalsocheckforAclearexplanation,ananalysisofthefactorsthatlimitthereductionoftechnicalworkshopsandeconomicindicators.Keywords:Plate;productionprocess;Reversiblefour-highrollingmill；Reductionoforder；workshopplanelayout.目录21647摘要 I16618第1章绪论 1180821.1中厚板的应用与发展 199361.2中厚板发展的历史 1320521.2.1世界轧钢机发展史 1298051.3国内外中厚板车间现状及发展趋势 4168971.3.1中厚板的用途 462031.3.2国内外中厚板新产品新工艺新技术的开发 53741第2章工艺流程 7241782.1生产工艺 7152202.2工艺制度 7201272.3坯料 7101112.3.1坯料的选择 7294182.3.2原料的尺寸 899742.3.3坯料加热 8160262.3.4轧制 9292692.3.5精整 1112853第3章轧机选型、压下规程的计算 12166193.1轧机选型 12320723.1.1轧机选择的一般原则 12231383.1.2轧机机架布置及数目 12269893.1.3轧机主要技术参数确定 12292983.2压下规程的设定 1331073第4章主要辅助设备的选择 19290054.1电气设备 19192774.1.1供电系统 19494.1.2供电变压器 19164604.1.3电压等级 19116064.2加热炉 19166604.2.1炉型的选择 1931904.2.2供热方式的选择 2043324.2.2加热炉参数的确定 2082944.3除鳞装置的选择 22269684.4剪切机 22324024.4.1滚切式剪切机 22112984.4.2滚切剪剪切过程分析 23254474.4.3滚切剪参数的确定 2398964.5矫直机 24263444.5.1矫直机的选择 24308684.5.2矫直机参数的确定 24151004.6冷床 253674.6.1冷床的选择 25269474.6.2冷床参数的确定 275037第5章车间平面布置 28298075.1轧钢车间平面布置 28248595.1.1轧钢车间平面布置原则 2885575.1.2金属流程线的确定 28296695.1.3设备间距的确定 2834405.1.4原料库、成品库面积的计算 29229075.1.5车间跨距、柱距的确定 3025428参考文献 32第1章绪论1.1中厚板的应用与发展中厚板主要用于船舰、桥梁、锅炉、容器、石油化工、工程机械及国防建设等方面，其品种繁多，使用温度区域较广(200~600℃)，使用环境复杂(耐侯性、耐蚀性等)，使用要求高(强韧性、焊接性等)。因此，中厚钢板是国民经济发展不可缺少的钢材品种，各国对中厚板生产都很重视。世界发达国家中厚板的需求量占钢材总量的14%~16%，我国目前中厚板的生产量占钢材总量11%~13.4%。中厚板轧机是轧钢行业中的主力轧机，其装备水平及拥有量是一个国家钢铁工业发展水平的重要标志。1.2中厚板发展的历史1.2.1世界轧钢机发展史轧钢机的出现和发展已经经历了几百年的时间，中厚板轧机只是其中的一个分支。据记载，1480年意大利人达·芬奇(LeonardodaVinci)曾设计出轧机的草图。1766年英国人帕内尔(J．Purnell)在轧制铅片的手遥式轧机基础上，设计出用于轧制熟铁棒材的双辊轧机。1783年英国人科特(H．Cort)制造出水轮驱动的二辊式型材轧机，使得型材轧制很快发展起来。1779年，J．皮卡德用蒸汽机驱动轧机，极大提升了轧机的应用能力。1854年欧洲建成用蒸汽机传动的二辊可逆式中厚板轧机。1864年美国建成三辊劳特式中厚板轧机。1891年，美国钢铁公司建成世界第一台四辊可逆式中厚板轧机。1897年，德国人采用电动机取代蒸汽机用以驱动轧机并取得成功。1910年捷克维特科维采哥特瓦德钢铁公司投产了一套4500mm二辊式厚板轧机。1912年苏联日丹诺夫依里奇冶金工厂也建成了一套同样的轧机。20世纪的两次世界大战中，庞大的军火需求极大推动了轧机发展。世界上陆续出现了双机架、半连续式、连续式中厚板轧机。二战后进入冷战对抗，美国、苏联、德国、日本又相继建成一批4100-5500mm的宽厚板轧机。早在1918年，美国为了建造航空母舰，在宾夕法尼亚州卢肯斯（Lukens）钢铁公司科茨维尔钢厂投产了一台当时世界最大的5230mm四辊式厚板轧机。这也是全球第一台5米以上特宽厚板轧机，为美国大批建造航母和战列舰提供了优质大单重舰船用宽厚钢板。1922年诺福克海军工厂用运煤船加装飞行甲板，改制成美国第一艘航空母舰——兰利号。从1922年至1950年间，美国凭借强大的工业实力共新建改建了46艘航母及上百艘护航航母，最终赢得二战胜利。

1935年德国突破一战限制，开始建造俾斯麦级战列舰，其侧舷装甲高8.4米，采用克虏伯公司制造的320毫米KCn/A表面渗碳硬化钢，全舰装甲钢板重达17450吨。为建造更大型的H级战列舰,1938年由克虏伯公司在多特蒙德的赫尔德(Horde)钢厂建成一台5000mm四辊式特宽厚板轧机，以提供造船钢板。前苏联为了备战，于1940年在莫斯科镰刀和锤子（SerpiMolot）炼钢厂投产一台5300mm四辊式厚板轧机，大量生产坦克和军舰用装甲钢板，在卫国战争中做出了重要的贡献。

1940年前，意大利冶金公司特尔尼厂投产了一台4600mm二辊式厚板轧机。1941年日本为扩大侵略战争，耗费巨资从德国进口了一台1.4万吨自由锻造水压机，以及一台德国DEMAG公司制造的蒸汽机传动5280mm四辊式特宽厚板轧机，安装在日本制钢所室兰工厂，用以加速建造航空母舰和巨型战列舰。其整铸机架牌坊重达230吨，可轧制350mm厚的钢板。1937年日本开始在吴海军工厂三号船渠建造大和级战列舰，侧舷装甲采用410毫米维氏硬化钢，由万吨水压机轧制，主炮防护盾正面装甲更是厚达650毫米，全舰装甲钢板重达22895吨，占全舰正常排水量的33%。在此期间，英国、法国、捷克及西班牙等国家也相继投产了一批宽厚板轧机，由此掀起一个建造航母和大型战舰的高潮，这是第二次世界大战中大西洋海战和太平洋海战的前奏。

二次大战后，随着机械制造、造船、桥梁、建筑、高压容器及大直径油气管线等行业的发展，世界共掀起过三次宽厚板轧机发展高潮。

第一次在美国。朝鲜战争后期，美国撤销了二战后不再建造大型航母的决定。1952年美国为建造“福莱斯特”级航母，在印第安纳州的格里(Gary)钢厂投产了一台5335mm厚板轧机。到上世纪60年代前后，美国共新建成16台以160英寸(4064mm)二辊式加四辊式双机架为主的中厚板轧机，其中5米以上级特宽轧机1台，4064mm轧机7台，3米级轧机4台，以及3米以下中板轧机4台。另外有8台轧机经过现代化改造，其中5米以上特宽轧机1台，4064mm轧机2台、3米级轧机3台，以及2米级轧机2台，还淘汰了若干台三辊劳特式中板轧机。10年间使美国中厚板生产面貌发生了很大的变化，产量猛增，到1957年中厚板产量已提高至1000万吨以上，品种迅速扩大，生产出高强度船板、高韧性潜艇用板、高耐候桥梁板以及X80大口径直缝焊管用板。带动了长输管线的建设，在1961年至1969年间，新建成8套直径达406-1219mm的直缝焊管机组。在此期间，美国先后建成7艘大型航母，为冷战时期建设一支全球海军奠定了物质基础。

前苏联为了加快海军的现代化，于1946年将从德国拆回的5000mm厚板轧机在下塔吉尔钢厂迅速投产，并于1984年在伊诺尔斯克（Izhorskiye）钢厂投产一台5000mm四辊式厚板轧机，专门生产航空母舰和各种大型舰船用厚板。1962年法国敦克尔克钢厂新建一台4320mm单机架轧机，1984年进行技术改造时，新建一台5000mm精轧机，组成4320mm+5000mm双机架轧机，并于1985年投产，为戴高乐级航母提供了钢板生产条件。1970年德国迪林根（Dillingen）钢厂新建一台4300mm精轧机，并预留出粗轧机位置，但1985年扩建时增建一台5500mm粗轧机（德国DEMAG制造），发现粗精轧机尺寸差太大，于是把4300mm精轧机换成4800mm，组成5500mm加4800mm双机架轧机，精整线也做了相应修改。

上世纪七八十年代日本经济崛起，掀起了全球第二次中厚板轧机的建设高潮，短短几年间便新建成17台4700mm以上级四辊式双机架轧机。其中包括4台世界最大规格的5500mm特宽轧机，5台4.7米级轧机，l台4.2米级轧机，还有7台2-3米级中板轧机。上世纪50年代日本中厚板年产量只有200多万吨，到1974年已经达到2030万吨，使日本中厚板生产走向现代化，促使日本机械、船舶、汽车、家电、交通及建筑等各个领域得到迅速发展。尤其是生产船用钢板的5台4.7米级轧机，每台年产能达到200多万吨，有力地推动了日本造船工业的发展，使日本造船吨位迅速达到1000万吨以上，攀上世界第一造船大国的宝座。1970-1976年间，世界油价高起，为降低运输成本，需要建造30-50万吨级的超级油轮和长距离的大口径油气输送管线。日本四大钢铁公司一口气建成4台世界最大规格的5.5米级特宽厚板轧机，分别安装在住友金属鹿岛厂、新日铁大分厂、川崎制铁水岛厂和日本钢管扇岛厂，主要生产特大油轮用宽板和大口径直缝焊管。这类单机架轧机年产能高达150万吨上，使日本一举成为全球钢材出口大国。30多年过去了，这些轧机尽管已经老旧，但在日本企业不断进行技术改造的条件下，依然保持着良好的产品声誉。

2003年开始，世界第三次中厚板轧机建设高潮在中国大地上掀起。至2009年10月末，全国共建成投产了2800mm至5500mm四辊式单机架或双机架中厚板轧机共35台，其中5000mm以上级别轧机4台，4100-4300mm轧机9台、3800mm轧机6台，3500mm轧机12台（含单机炉卷3台)，另外还有2800mm级轧机4台。2003年前已经投产的26台中厚板轧机也都经过了不同程度的技术改造。此外规划建设的5000mm以上轧机还有7台。1.2.2我国中厚板轧机发展历史我国的第一套中板轧机于1936年在鞍钢建成，属于三辊劳特式轧机。新中国成立后，在前苏联的援助下，我国的中厚板生产装备和工艺技术水平有了很大提高，先后建成了重钢2440mm中板轧机、武钢2800mm中板轧机等13套三辊劳特式轧机，为我国板材生产奠定了坚实的基础。70年代后，我国的中厚板轧机开始向宽板面方向发展，1978年在舞阳钢厂建成了我国自行设计制造的第一套4200mm厚板轧机：首钢引进了国外3300mm二手宽厚板轧机设备。这两套轧机主要用于生产特殊钢板，满足了当时核动力设备、舰船、潜艇、大型工程机械和民用钢制船舶生产的需要。在工艺技术和装备水平发展方面，20世纪80年代，国内中厚板生产企业均多次对原先建设的三辊劳特式中板轧机进行了不同方式的改造，改造后的轧机基本以三辊加四辊或双四辊轧机为主，基本解决了三辊劳特式轧机尺寸偏小，钢板宽度窄，长度短、尺寸偏差大、板形差、以及原材料和能源消耗成本、经济效益差等问题。从80至90年代初，通过多次改造的方式增加原有轧机产能、提高工艺装备水平和生产技术水平，并具备了较为先进的电控设备、控轧控冷技术装备和热处理工艺。从我国中厚板轧机的发展历程可以看出，我国中厚板轧机经历了从三棍劳特式为主到以四辊轧机为主的发展历程。目前在我国大中型钢铁企业中，除临钢还保留一套三棍劳特轧机外，其他厂基本上都是四辊轧机。布置形式基本有单机架四辊轧机、二辊+四辊轧机、三辊+四辊轧机、双四辊轧机四种形式。1.3国内外中厚板车间现状及发展趋势1.3.1中厚板的用途中厚板主要用于建筑工程、机械制造、容器制造、造船、桥梁等行业，并且随着国民经济建设其需求量非常之大，范围也十分广。

（1）造船钢板：用于制造海洋及内河船舶船体。要求强度高、塑性、韧性、冷弯性能、焊接性能、耐蚀性能都好。（2）桥梁用钢板用于大型铁路桥梁。要求承受动载荷、冲击、震动、耐蚀等。

（3）锅炉钢板：用于制造各种锅炉及重要附件，由于锅炉钢板处于中温（350℃以下）高压状态下工作，除承受较高压力外，还受到冲击，疲劳载荷及水和气腐蚀，要求保证一定强度，还要有良好的焊接及冷弯性能。

（4）压力容器用钢板：主要用于制造石油、化工气体分离和气体储运的压力容器或其它类似设备，一般工作压力在常压到320kg/cm2甚至到630kg/cm2，温度在-20~450℃范围内工作，要求容器钢板除具有一定强度和良好塑性和韧性外，还必须有较好冷弯和焊接性能。

（5）汽车大梁钢，用于制造汽车大梁（纵梁、横梁）用厚度为2.5-12.0mm的低合金热轧钢板。由汽车大梁形状复杂，除要求较高强度和冷弯性能外，要求冲压性能好。1.3.2国内外中厚板新产品新工艺新技术的开发近几年我国的中厚板品种开发主要围绕一些专用钢板的钢质纯净化、低碳高强化、耐高温、耐高压、耐断裂、耐腐蚀等方面展开，并取得了长足的进步：（1）新产品开发有15家企业能生产X65级别的管线钢，8家能生产X70级，宝钢、鞍钢、舞钢、武钢、济钢等具备了生产X80级的能力，其中宝钢、鞍钢、武钢已能大批量生产，并于2005年完成了X100级的试验室工作。宝钢、舞钢、武钢、鞍钢、马钢等能生产高级别的海洋石油平台用钢。以及CORTEN耐候桥梁板、BHW35高压锅炉板、P20塑料用模具板、N19低温板、AH32-EH36级和F级船板、HT80高强板，百万千瓦火电及核电用特厚钢板、25万千伏安以上变压器用高磁感低铁损取向硅钢等高附加值产品已经相继开发。（1）新技术的应用1）热送热装技术为了节能和提高炉子加热能力，新建厂都很注意炼钢连铸和轧钢加热之间板坯运输、保温及调度等关系，做到生产管理一贯制，做到热装热送率达40%-70%以上，热装温度达450-680℃以上，吨钢燃耗降至0.8GJ以下，并在板坯仓库内设置保温坑或罩，尽可能提高板坯装炉温度。目前，日本已实现了直接轧制，使燃料达到零耗。2）控轧控冷技术将控轧与快冷有效地相结合在一起是中厚板生产技术的一大进步，这种工艺可显著地改善钢板性能，降低生产成本与节约贵重合金元素。而中厚板轧机最适合于控轧控冷工艺，许多钢板都可用此工艺生产，某些方面其性能超过热处理钢板，有的厂已实现控轧率达60%以上。条件好的厂以TMCP为主，而一般厂均以CR生产。目前等轧方式都采用在轧机前后延伸辊道上多块钢板轧制来实现。日本TMCP有快冷装置的称之为水冷型，而不用快冷的称之为非水型。各公司都有自己专利，如新日铁为NIC，日本钢管为NCT，川崎为SCR和KTR，住友金属为SHT和SSC，神户为KONTROLL。3）板形控制技术这是一项钢板三维立体形状的控制技术，目标是生产出尺寸偏差非常小、切头尾和切边极少、矩形、近似矩形及齐边（不切边或铣边）、性能均一的平直钢板。此技术可扩大产品，生产出各种异形板。因此，该控制已成为中厚板生产技术中一项不可或缺的新颖工艺。控制板形一般由纵向（长度）、横向（宽度）及平面三部分所构成，三者互相配合与影响，统一运筹而轧制出最佳板形和最经济的钢板。这项技术除加大机架牌坊立柱截面和支撑辊直径来提高轧机本身刚度以外，为了减少生产中轧辊挠度和钢板凸度，采取了一些补偿与修正措施。如弯工作轧辊或弯支撑辊（塔兰托等厂）、阶梯辊（大部分厂都用）、可变凸度辊（原和歌山厂用VC辊）、高精度辊型轧机（如福山厂HC轧机）、交叉轧辊轧机（如君津厂和浦项厂PC轧机）及连续可变凸度轧机（如奥克塞洛森德厂CVC轧机）等。第2章工艺流程2.1生产工艺中厚板生产工艺流程如图2.1所示：图2.1中厚板生产工艺流程图2.2工艺制度在保证压缩比的条件下，坯料尺寸尽量小。加热出炉温度应在1120˚—1150˚，温度不要过高，以免发生过热或过烧现象；用高压水去除表面的氧化铁皮，矫直时选用辊式矫直机矫直，开始冷却温度一般要尽量接近终轧温度，轧后快冷到相变温度以下，冷却速度大多选用5—10˚C或稍高一些。切边用圆盘式剪切机进行纵剪，然后用飞剪定尺。2.3坯料2.3.1坯料的选择中厚板生产采用的原料有扁锭，初轧坯，连铸坯3种。扁锭和初轧坯都有一定的限制，连铸坯的内部组织比扁锭致密，厚度尺寸也比扁锭小。因此，随着连铸坯技术的发展，连铸坯成为中厚板生产的主要原料，采用中厚板生产时，中厚板轧机的产量较高，而且成材率较高。另外，生产中厚板的原料由于受浇铸工艺或开坯工艺条件的影响，表面可以产生某些缺陷。这些缺陷，一般需要表面清理的方法消除，然后再加热轧制，否则会因原料缺陷而在轧制过程中扩展造成废品。连铸坯常见的缺陷有：表面裂纹，内部裂纹，皮下气孔和夹杂，非夹杂，中心疏松，重皮，划伤，凹坑等。原料表面的缺陷除了一些比较轻微的再加热过程中被氧化掉不会影响钢板质量外，尺寸超过一定限度的缺陷都需要采用某种清理方法，将其清除掉，以免影响钢板质量而造成废品。因此表面清理不仅能改善钢板的表面质量，而且能减少废品，对节约金属和降低成本有一定意义。目前常用的表面清理方法有：火焰清理，风铲清理，砂轮清理，机械加工等。基于各种坯料的特点，以典型产品为例，选用低碳碳素钢的连铸坯为原料。2.3.2原料的尺寸根据所设计的产品的尺寸h×b=（5~200）×（1500~4500）mm，设计坯料的尺寸。产品的厚度h为14mm，首先选取压缩比，压缩比由经验值选取，选取的最低标准为6～8，考虑到成材率，因此压缩比选取10，则坯料厚度H为140mm；由成品（b+△b）←坯长L，展宽为500~700,取展宽为600mm，则。根据体积不变原理，坯料在轧制过程中会产生废料，选取成材率K=99%，我们选取切头尾△L=100mm，切边△b=100mm，根据体积不变定可得：99%×H×B×L=(l+2×100)×(b+2×100)×14；选取成品长度20000mm，代入数据解得：B=2195mm，取B=2200mm，再次校核K=99.04%。所以最终得到坯料尺寸为：H×B×L=140×2200×4100mm。2.3.3坯料加热热轧钢材时，轧制前必须将原料加热到一定的温度，其目的是提高钢的塑性，降低其变形抗力，改善金属内部组织性能，以保证轧制工艺的顺利进行。碳素钢，最高的加热温度应低于铁碳相图的固相100~150℃，此时一般不会产生过热，过烧缺陷。一般坯料加热可分为两个时期，第一个时期是在低温带加热时期，由于碳钢在低温导热性和塑性较好，没有必要采取过低的速度。第二个时期是指高温带加热时期，即当金属加热到700~800℃以后，这时金属的导热性和塑性显著提高，可快速加热。选取连续式加热炉，根据经验公式确定加热时间。所谓热工制度是指在保证实现加热温度的要求下所采取的加热方法。具体地说，热工制度包括温度制度和供热制度两个方面。加热炉的温度制度大体分为一段式加热制度，两段式加热制度，三段式及多段式加热制度。目前，轧钢车间大多采用连铸坯热送热装的方式。热装炉是提高炉子产量、缩短加热时间、节省燃料消耗最有效的措施。加热炉燃料有固体、液体和气体燃料。燃料的选择主要根据燃料的供应。2.3.4轧制轧制是中厚板生产的钢板成形阶段。中厚板的轧制可分为除鳞、粗轧、精轧3个阶段。1)除鳞除鳞是将在加热时生成的氧化铁皮(初生氧化铁皮)去除干净，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除，因为这时氧化铁皮尚未压入钢中，易于去除，同时清除面积少。2）粗轧粗轧是将板坯或扁锭展宽到所需要的宽度同时进行大压缩延伸。3）精轧粗轧与精轧无明显的划分界限，对双机架轧机通常将第一架称为粗轧机，第二架称为精轧机。两机架的道次分配应使负荷相近、均匀。对单机架则前期道次为粗轧阶段，后期为精轧阶段，中间无明显界限。一般粗轧阶段主要使轧件展宽或宽度控制和延伸，而精轧阶段主要使轧件继续延伸同时进行板型、厚度、性能、表面等质量控制。精轧时轧制力大，要控制压下量不宜过大。2.3.4.1变形制度变形制度是在既定的轧制条件（工艺、设备条件）下，完成由坯料到成品的变形过程的规程。设计时确定变形制度主要是制定总的变形量和道次变形量，进行工具设计。总变形量是指铸造组织的原料断面积与最终成品断面积之比。总变形量对金属的组织性能影响很大。总变形量越大，越利于铸造组织的改善。对一般钢种都要求有一个最小的总变形程度，即保证一定的压缩比。但总变形量的增大也会带来铸坯质量下降、轧制道次增多等不利于生产的问题。因此，在实际生产中，总变形量的确定，应在保证产品质量的前提下，根据所轧金属的特点及技术条件要求，结合当时当地生产实际的可能性和合理性统筹考虑。道次变形量是指该轧制道次钢料轧前断面积与轧后断面积之比。道次变形量的确定主要考虑金属的塑性、电机能力、设备强度、咬入条件以及工具性状等。一般情况都是在保证产品质量和生产设备安全的前提下，尽可能选用较大的变形量，以提高轧机产量。道次变形量的分配主要考虑金属的组织及咬入条件。总之，变形制度的确定要考虑多种因素，同时要根据实践经验，正确地确定变形程度。变形程度主要体现在压下规程中。2.3.4.2速度制度速度制度即按轧制工艺需要所确定的轧制速度或速度的变化，如连轧机各道轧制速度，中厚板轧机的粗轧、中轧与精轧的速度制度等。轧制速度根据轧机生产率、轧机结构、轧制品种、轧机机械化和自动化程度以及轧制工艺过程本身性质确定。在设备条件和工艺条件允许的情况下，尽量提高轧制速度，从而提高生产率。2.3.4.3温度制度温度制度是确定热轧生产中轧件的开轧温度和终轧温度，以及控制轧件头尾的温度差值。其确定原则是：保证产品全面符合质量要求，且有利于轧制顺利进行。通常在设计和生产过程中，开轧温度根据钢料的出炉温度以保证必须的终轧温度为依据，而终轧温度主要考虑保证产品的组织性能，保证产品的质量，这主要与钢种有关。（1）开轧温度为了改善塑性、降低变形抗力，开轧温度原则上应在不影响产品质量的前提下（不发生过热、过烧、脱碳等加热缺陷）尽量提高。对于碳钢最高加热温度常低于固相线100~150℃。（2）终轧温度终轧温度因钢种不同而异。它主要取决于产品技术要求中规定的组织性能。如果该产品能在热轧以后不经过热处理就具有这种组织性能，那么终轧温度的选择则便应以获得所需的组织性能为依据。（3）轧件全长温差的限制若轧件全长温度差别很大，势必造成产品全长上尺寸不一、组织不均，严重的会造成废品。因此，轧件全长温差必须限制在使产品尺寸在头尾各部均不超过的范围内。改值的确定是比较复杂的，因为它与成品尺寸、长度及其公差大小、轧机刚性等密切相关。2.3.4.4轧后冷却热轧后的钢材温度为800~900℃，冷却到常温，钢材有相变和再结晶的过程，同时有时发生弯曲。因此，热轧后的钢材需要控制冷却速度和冷却温度。轧后冷却制度实质上就是利用轧后余热的热处理过程。根据产品技术要求和钢种特性，在热轧后采用不同的冷却制度。一般热轧后常用的冷却方式有水冷、空冷、堆冷、缓冷、控制冷却等。空冷是最常用的一种钢材冷却方法。凡是空冷不致产生热应力裂纹、最终组织不是马氏体或半马氏体不锈钢等都可在冷床上空冷。例如：普碳钢、低合金高强度钢、大部分碳素结构钢。合金钢等都可在冷床上空冷。2.3.5精整精整是工艺过程最后一个工序。根据产品的不同，所采取的精整方式就有所区别，主要包括矫直、剪切、酸洗、热处理、表面镀层以及机加工等。2.3.5.1切断为了满足用户要求，许多钢材要按定尺长度切断。切断可在热状态下进行后再冷却，也可在冷状态下进行，也可先在热状态下切成倍尺再在冷状态下切成定尺。这视车间设备布置及工艺安排而定。切断设备因钢材断面形状而异，一般简单断面用热剪、冷剪或飞剪，而复杂断面则用热锯、冷锯、飞锯或异形剪。2.3.5.2热处理热轧后常用的热处理方法有退火、高温回火、正火和淬火等。钢铁的热处理工艺主要看铁碳相图，制定热处理工艺可以总结为“一图、二线、四火、五转变”。“一图”是指铁碳合金平衡状态的组织转变规律和临界参数；“二线”是指等温转变曲线（TTT）或者连续转变曲线（CCT),根据这些曲线确定采用的冷却速度、冷却介质、冷却方式；“四火”即正火、退火、淬火、回火；“五转变”是指两个加热转变（即室温组织在加热时向奥氏体的转变和马氏体在加热时的回火转变）和三个冷却转变（即奥氏体向珠光体的转变、奥氏体向贝氏体的转变和奥氏体向马氏体的转变）。2.3.5.3矫直轧制后的成品钢材，往往不够平直，其断面形状也不够正确。钢材在输送过程中还会因顶撞挡板或其他障碍物而造成弯曲或端部扭偏。轧件在台架上冷却时，由于冷却不均钢材会发生弯曲或瓢曲。弯曲或瓢曲程度超过技术标准规定的钢材必须进行矫直。钢材矫直的目的，一是使钢材在长度方向上平直，二是给钢材断面整形。钢材的矫直按其方式不同可分为压力矫直、张力矫直和辊压矫直。第3章轧机选型、压下规程的计算3.1轧机选型3.1.1轧机选择的一般原则轧机是轧制生产的主要设备，它既代表轧钢车间的技术水平，又是轧钢车间区别于其他车间类型的关键。因此，轧机选择是否合理，对轧钢生产具有重要的长远的影响。在选择轧机时要考虑以下各项原则：（1）在满足产品方案的前提下，保证获得高质量的产品，并考虑到生产新产品的可能；（2）使轧机组成合理，布置紧凑，有较高的生产效率和设备利用系数；（3）有利于轧机机械化、自动化以及计算机控制的实现，有助于员工劳动条件的改善；（4）轧机结构形式先进合理，制造容易，操作简单，维修方便；（5）备品备件更换容易，并利用实现备品备件的标准化；（6）有良好的综合技术经济指标。3.1.2轧机机架布置及数目轧钢机工作机架的布置方式取决于机架数目、生产规模、轧制品种、选用原料等。根据设计要求，选取单机架可逆式轧机。3.1.3轧机主要技术参数确定根据成品宽度1500~4500mm，辊身长度应该大于所轧钢板的最大宽度，即（3-1）式中根据钢宽而定，当时，=200~400mm，取=300，即L=4800mm。故选用4800mm中厚板轧机。具体参数如下：表3.1轧机主要参数名称4800mm四辊可逆式单机架宽厚板轧机轧辊尺寸工作辊尺寸支承辊尺寸表3.1（续）轧制力100000最大轧制速度6.9最大轧制力矩11760电机功率3.2压下规程的设定1)轧制方法及道次(n)的确定先纵轧使板坯宽度等于钢板的宽度，然后转横轧到底。按求道次，因为轧件宽度大，宽展忽略，故总延伸系数（3-2）平均延伸系数范围,取则道2)分配压下量采用按经验分配压下量再校核、修正的设计方法：按经验分配各道压下量，排出压下规程如表3-2。3)校核咬入能力热轧钢板时最大咬入角一般为，低速咬入时取，则最大压下量，故咬入不成问题。（D取1050mm）4)确定速度制度中厚板生产中由于轧件较长，为操作方便，可采用梯形速度图（图3.1）根据经验资料取平均加速度，平均减速度。由于咬入能力富余，故可采用稳定高速咬入，对1、2、3、4道，咬入速度取，对于5、6、7、8道取，对于9、10、11道取，对于12、13、14、15道取。为减少反转时间，一般采取较低的抛出速度，故取。图3.1梯形速度图5)确定轧制延续时间如图3-1所示，每道轧制延续时间，其中为间隙时间，为纯轧时间，。设为时间内的轧制速度，为时间内的平均速度，及为在及时间内轧过的轧件长度，为该道轧后轧件长度，则，，，故减速段长，而，D取平均值。对于3、4道，取，即，故，对于5、6、7、8道，取，则，，故第5道，，，，，同理，可计算出其他道次的纯轧时间。再确定间隙时间：根据经验资料在四辊轧机上往返机制中，不用推床定心时（），取，若需定心，则当时，取，当时，取。已知及，轧制延续时间便可求出。表3.3轧制延续时间道次纯轧时间间隙时间轧制延续时间13.6369.6323.9169.9131.022.53.5241.882.54.3851.222.53.7261.492.53.9971.7767.7782.1068.1091.9967.99102.4668.46112.9746.97122.9046.90133.1147.11143.4047.406)轧制温度的确定：为了确定各道轧制温度，必须求出逐道的温度降。高温时轧件温度降可以按辐射散热计算，而认为对流和传导所散失的热量大致可与变形功所转化的热量相抵消。由于辐射散热所引起的热轧板、带温度降，可用以下公式近似计算：（3-3）由于轧件头部和未卜温度降不同，为设备安全着想，确定各道温度降时，应以尾部为准，现按公式逐道计算如下：第三道：第四道：以下各道同理可得。7）计算各道的变形程度：按公式计算各道压下量，列于表中。8）计算各道的平均变形速度：可用下式计算变形速度（3-4）对第三道，轧制速度平均变形速度同理可算出各道平均变形速度，列于表中。计算各道的变形抗力：根据经验公式（3-5）计算各道变形抗力。第三道，变形抗力同理可算出各道变形抗力，列于表中。10）计算各道的平均变形压力：根据中厚板轧制的情况，当时，可按斋藤公式取应力状态影响系数，其中为变形区轧件平均厚度，为变形区长度，由于中厚板轧制时单位压力一般小于200MPa，故不计压扁影响，此时变形长度。例如第三道，则（3-6）各道同法计算列于表中。计算各道总压力：按公式计算。第三道：（3-7）同理可计算出各道总压力，列于表中。计算传动力矩：轧制力矩按下式式计算（3-8）一般取0.4~0.5，粗轧道次取最大值。如第三道附加摩擦力矩，其中在本四辊轧机可近似由下式计算（3-9）式中，为支撑辊轴承的摩擦系数，取；为支撑辊辊颈直径；和分别为工作辊及支承辊直径。因为支撑辊使用油膜轴承，所以。代入后，可求得：可由下式计算（3-10）为传动效率系数，由于无减速机及齿轮机座接触倾角，故取，可得。故轧机的空转力矩（）根据实际资料可取为电机额定力矩的3%~6%，即取。由于采用稳定速度咬入，即咬钢后并不加速，故计算传动力矩时忽略电机轴上的动力矩。因此电机轴上的总传动力矩为：（3-10）例如，第三道总力矩为：其余各道计算结果列于表3.2中。表3.2中厚板轧制压下规程设计（产品规格：14×4500×20000） 道次轧制方法机架型式轧制尺寸/mm压下量轧制速度/轧制时间/s间隙时间/s轧制温度/变形速度/平均单位压力/MPa/MPa系数变形区长度/mm总压力/总力矩/hblmm%稳速抛出0除鳞除鳞—1212001轧边立辊140215004195.3502.320203.6362纵轧四辊130215004475.7107.120203.916机后转90°开始横轧3横轧四辊11045002551.3201520202.022.511181.880.8701.1810538.24.824横轧四辊9045003061.2201820202.662.511162.192.8771.2210543.85.165横轧四辊7545003673.5151740201.672.511144.6105.11861.239144.14.566横轧四辊6045004591.8152040202.072.511115.6116.4901.359147.74.897横轧四辊5045005509.7101740202.47611055.6121.2941.417440.43.478横轧四辊4245006559.581640202.93610976.0127.6971.436637.92.419横轧四辊3445008102.481960201.996108819152.81091.466645.42.8610横轧四辊27450010203.772160202.466107721190.61191.536253.23.0711横轧四辊22450012522.551960202.974106619181.61201.575242.52.2212横轧四441880202.904105318200.81271.594742.42.0113横轧四辊15.5450017773.22.51480203.114103714181.51181.623730.21.2114横轧四71.51080203.404101910154.11051.552920.10.72第4章主要辅助设备的选择4.1电气设备4.1.1供电系统在供电系统设计中必须充分考虑电力负荷的特点：(1)有功负荷较大，一般在50～140MW之间；(2)有功和无功冲击负荷较大，一般在50～130MW之间；(3)非线性负荷较多，高次谐波分量较大。另外中厚板年生产量大，产品价值高，对公司来说有其重要的经济地位，负荷等级虽为二级，但必须有两路独立电源供电。4.1.2供电变压器供电变压器宜采用3台，比较用2台有明显优点，如变压器的备用容量减少，供电可靠性增加等。其详细比较见表4.1。表4.1变压器台数选择方案比较序号项目2台变压器3台变压器1运行方式分列分列2单台变压器容量最大，为负荷的100%较小，为负荷的50%3变压器总容量最大，为负荷的200%最小，为负荷的150%4备用总容量为负荷的100%为负荷的50%5二次短路电流最大，100%（为基准）较小，50%6供电可靠性高更高变压器容量选择需要浦足下列条件：变压器额定容量≥表观负荷容量；变压器额定容量＞尖峰负荷容量/1.5。综合考虑，选择3台变压器。4.1.3电压等级电源供电电压：110kV；一次配电电压：35kV；二次配电电压：6（10）kV；车间低压配电电压：0.38kV/0.22kV；200kW及以上电动机：6（10）kV。4.2加热炉4.2.1炉型的选择根据原料的规格和生产规模，我们选择中型三段连续加热炉。如图4.1。图4.1中型三段连续加热炉4.2.2供热方式的选择加热炉各种烧嘴的特性比较见表4.2。选择：侧烧嘴；燃料：重油、煤气。表4.2加热炉烧嘴特性的比较项目端部烧嘴侧烧嘴炉顶烧嘴1.炉内烧嘴位置2.燃料重油、煤气重油、煤气轻油、煤气3.烧嘴框架形式长框架式短框架式辐射式4.燃烧量的控制调节范围宽调节范围窄（1/2）调节范围比较宽5.加热负荷大容量烧嘴加热负荷大大容量烧嘴加热负荷大小容量烧嘴加热负荷不大6.炉内尺寸限制各段长度受限制路宽方向有限制无限定、下部不能燃烧7.炉内燃烧烟气的流动与炉气流动方向相同或相反与炉气流动方向相垂直在炉内自由流动8.烧嘴安装结构烧嘴位置炉体结构复杂无烧嘴位置、炉体结构简单炉体结构简单、烧嘴数量多、配置复杂9.加热均匀性能炉宽方向温度均匀炉长方向烧嘴处温度低炉宽方向不易均匀炉长方向容易均匀炉宽、炉长方向都容易均匀10.操作性能上加热比较好、下加热环境温度高，不好操作环境好环境温度高、烧嘴个数多、不便4.2.2加热炉参数的确定1）加热炉单位生产率，即（4-1）式中 p——单位生产率（炉底强度），为每平方米炉底布料面积上每小时的出钢量，kg/m²·h；G——炉子的小时产量，t/h;A——炉底布料面积。查表得 p=600kg/m²·h；2）加热炉尺寸炉宽根据钢坯长度确定 单排料 （4-2）双排料（4-3）式中 l——钢坯长度，m；c——料排间及料排与炉墙间的空隙，一般取c=0.15~0.30m。选择单排料，计算结果：B=4.4m。炉子的长度分为全长和有效长度两个概念，如图4-2所示。有效长度是钢坯在炉膛内所占的长度，而全长还包括了从出钢口到端墙的一段距离。炉子有效长度是根据总加热能力计算出来，公式为（4-4）式中 G——炉子的生产能力，；b——每根钢坯的宽度，m；——加热时间，h；n——坯料的排数；g——每根钢坯的重量，kg。计算结果：图4.2加热炉的基本尺寸4.3除鳞装置的选择1）一般在加热炉与粗轧机间设除鳞装置，该装置设有上下双排喷嘴，用水压达21MPa的高压水冲除板坯上、下面的一次氧化铁皮。在轧机上设高压水喷嘴，用来冲除轧件上的二次氧化铁皮。在高压水的喷射下，板坯表面激活，氧化铁皮破裂，高压水沿着缝隙进入氧化铁皮内，氧化铁皮破碎并被吹除，达到保证钢板获得良好的表面质量的目的。除鳞后，为了消除表面因清理缺陷而带来缺肉和剪断时引起的端部压扁的影响，需沿板纵向进行1～4道次的成形轧制，使展宽轧制前获得准确的坯料厚度，为提高展宽轧制阶段的板厚度精度和展宽精度打下良好的基础。2）除鳞方法采用高压水除鳞及轧机前后设高压水喷头以除鳞。3）优缺点投资小，效果好，可完全满足除鳞要求。4.4剪切机4.4.1滚切式剪切机滚切式剪切机是80年代发展起来的一种先进的中厚板剪切机。其结构如下（图4.3），通常上刀片由相位不同的双曲柄连杆机构传动。工作时，弧行上刀片首先下降并倾斜，直到与下刀片右端相交进行剪切。然后，上刀片沿下刀片滚动，当滚动到下刀片左端时，完成一次剪切。接着抬升，回到待剪位置。图4.3滚切式剪切机示意图钢板滚动式剪切机上刀片相对钢板的滑动量小，钢板划伤小，上下刀片的重叠量很小，可以保证钢板的平直度，切下的板边弯曲也较小；上下刀片的间隙可根据钢板的厚度进行调整，保证剪切断面质量好。4.4.2滚切剪剪切过程分析圆弧剪刃滚动式剪切机简称“滚切剪”。滚切剪目前已成为中厚板生产线上最具竞争力的钢板剪切设备。传统的中厚板剪切机多为斜刃剪，斜刃剪由于上下剪刃重叠量大，不均匀，导致钢板断面产生塌角缺陷。滚切剪采用非对称机构能够降低连杆力水平分量，增大最大剪切力时刻连杆的有效驱动力。降低上刀片的磨损，对提高钢板剪切质量和刀片使用寿命具有重要作用。如图4.4所示，安装圆弧形上刀刃的上刀架由两个偏心半径相同、转向相同、转速相同、偏心相位角不同的偏心轴带动。位置1为上剪刃的起始位置，两个偏心轴转动，圆弧剪刃的出口端（图示左端）首先下降，另一端相差一个相位下降，直到前缘（图示左端）下降到与下剪刃相切，即位置2，然后上剪刃沿假想线滚动。位置4上是剪刃滚动到与假想中部相切，一直到入口端（图示右端）相切，即位置5，之后升起恢复到原位置1，完成一次剪切。图4.4滚切剪剪切过程4.4.3滚切剪参数的确定剪切板厚5~200mm剪切板宽1500~4500mm剪切板长13000mm钢铁最大抗拉强度 厚度40mm时厚度20mm时年生产能力≥120万t滚切方式、负偏置、外对称最大剪切力8500kN理论剪切次数12次/min尺片长度3000mm剪刃开口度140mm剪刃间隙调整量0.25~4mm钢板输送速度0~1.5m/s挨刀小车移动速度0~0.25m/s挨刀时间性≤25min压板压力22t主电机（AC）N=355KW，h=980γ/min下剪刃工作标高+800mm4.5矫直机4.5.1矫直机的选择根据轧制产品的规格，选择9辊矫直机，矫直原理如图4.5所示。图4.5矫直机的矫直过程和作用4.5.2矫直机参数的确定1）辊距矫直机的辊距t可按下列经验公式确定： （4-4）（4-5）根据矫直材料的厚度为5mm～200mm，则辊距在200mm～1000mm之间，选用300mm，辊距定为t=380mm辊径辊径与辊距具有直接关系，经理论分析和生产实践，辊径与辊距具有如下关系：（4-6）——比例系数，取值为薄板,中厚板。由于矫直材料的是中厚板，故取系数。即辊径在266mm～342mm之间，选用D=320mm。3）辊数板材矫直机常用的辊数见表4.3。表4.3板材矫直机常用辊数轧件种类钢板厚度0.25~1.51.5~6>6辊数19~2911~177~9由上表选择矫直机辊数为9。4）矫直速度如表4.4所示表4.4常用板材矫直机的矫直速度矫直种类矫直规格矫直速度（）板材矫直机0.1~6.0；最高达7.0冷矫时0.1~0.3热矫时0.4~1.35由上表和年产量120万吨及全年维修时间等因素可以选择设计的矫直速度为v＝0.4～1.35m/s。4.6冷床4.6.1冷床的选择冷床的结构形式有滑轨式冷床、运载链式冷床、辊式冷床、和离线冷床五种结构形式。1）滑轨式冷床这种冷床一般由具有一定距离的钢轨(或灰口铸铁做成)和带有拨爪的拉钢机组成。拉钢机有钢丝绳的，有链条式的。链式拉钢机又有单拨爪和多拨爪之分。特点是结构比较简单，造价低廉，在比较老的中厚板车间使用。2）运载链式冷床这种冷床是在滑轨式冷床基础上，经改革而成。它的特点是：钢板下表面只与运载链接触，并保持相对静止，完全脱离滑轨，而运载链则托在滑槽内。这种冷床，虽解决了钢板下表面划伤问题；但链子很多很重，磨损严重，易发生故障，在我国使用不太广泛。3）辊式冷床辊式冷床由滑轨式冷床改造而成，分为小辊式和全辊式两种。前者仍用钢丝绳拖运，小辊是被动的，只起撑托钢板作用，改滑动摩擦为滚动摩擦，减轻了钢板下表面的划伤。全辊式冷床，各辊子都是主动同步转动的，顺作业线布置，辊呈圆盘状并相互交错布置，故称圆盘辊式冷床。4）步进式冷床图4.6所示为步进式冷床的工作原理。当钢板在冷床上不运行时，载运活动梁3与固定梁条同高，如图4.6(a)所示：当钢板在冷床上要运行时，载运活动梁将钢板从固定梁上治起如图4.6(b)所示；然后载运活动梁逐步地运送钢板，如图4.6(c)所示；当运送一定距离后，载运活动梁开始下降，把钢板放在固定的梁条上，如图4.6(d)所示；最后再移回至原来的位置上，又开始上升到与固定梁条同高，重新处于静止状态，如图4.6(e)和(f)所示。图4.6步进式冷床工作原理它可避免刮伤板面并具有良好的冷却条件，虽然设备稍重，但比圆盘式轻且容易制造，同时在冷床前输出输入机构采用提升移送装置代替钢绳推拉力式，也防止了板面划伤。滑条式冷床易使板面划伤及冷却不均，因之逐渐趋于被淘汰。现在冷却，为了提高冷床的冷却效果，轧后增加了喷水设备，并在冷床中设置了雾化冷却装置。目前，新的冷床有的安装了喷水强迫冷却的设备以强化冷却。5）离线冷床离线冷床不像在线冷床那样边传送边冷却钢板，而是固定在一个地方冷却钢板。用钢染或滑轨排列成一个平台，构造简单。钢板用桥式起重机或专用吊具搬入搬出。这种冷床主要用于冷却特厚钢板。考虑成品尺寸和形式，采用步进式冷床。4.6.2冷床参数的确定冷床的主要参数是冷床的宽度和长度。（1）冷床宽度主要取决于产品计划中钢材的最大成品长度。（4-7）式中：——冷床宽度，m；——轧后成品的最大长度，m，是20m。所以冷床的宽度为22m。（2）冷床长度冷床长度的决定比较复杂。（4-8）式中：——冷床长度，m；——冷床长度上的利用系数，取0.8；——每根刚才重量，kg；——轧机最大小时产量，；——冷床上相邻两根刚才之间中心距m，即每根钢材占有的水平宽度。取冷床长度是。第5章车间平面布置5.1轧钢车间平面布置5.1.1轧钢车间平面布置原则在确定轧钢车间平面布置时，注意应以下列原则为依据：1)满足工艺要求，使车间具有畅通的合理的金属流程线；2)满足产品今后在产量、质量和品种上发展的需要；3)设备的间距应满足上下工序工艺上的要求，互不干扰，并考虑到操作条件和劳动安全；4)路间组成和相互位置关系要合理，既要满足工艺要求，又注意节省车间占地面积和投资；5)使上下车间联系紧密，缩短运输距离,缩短管线铺设长度。5.1.2金属流程线的确定确定金属流程线是车间平面布置的重要内容，选取曲折式。这种布置形式节省厂房长度，当地形条件受到限制、厂房不能过长而跨间又较多时可采用这种形式，我过一些中小型轧钢车间也常采用这种型式。5.1.3设备间距的确定主要设备之间在位置上的相互关系和他们之间在距离上的确定是车间平面布置中的一个重要问题。在考虑它们之间相互关系和决定间距时应根据产量的大小轧制产品的长度和设备操作条件等因素。在保证满足生产要求的条件下，应尽量紧凑，以节省车间面积和投资.5.1.3.1加热炉的间距主要根据炉子的大小、劳动条件并配合厂房柱距模数决定。通常可作这样的考虑中小型轧机用加热炉，在加热长度不超过8m的钢坯时，当以煤为燃料，其加热炉中心距选定15m为好；当以煤气或重油为燃料时，则以12m为宜。大中型轧机用加热炉，当加热钢坯坯长度在5m以上时，其炉子中心距为15～18m为好。所以取16m。5.1.3.2加热炉到轧机距离加热炉到轧机的距离与加热炉的布置方式有很大关系。加热炉有两种布置方式。一种是加热炉中心线和轧机中心线平行，一种是加热炉中心线与轧机中心线相互垂直。采用第一种平行布置。当采取平行布置时，如果钢坯做原料，加热炉到轧机距离主要考虑第一架轧出的最大轧件长度再加上2～3倍的钢坯长度，然后再结合厂房柱距模数确定。一般此距离在25～30米的范围内。所以，取30m。5.1.3.3装料台与加热炉的间距主要根据炉子大小，劳动条件并合厂房柱距模数决定。一般不小两根坯料长度。初定