北科大车间设计工程设计实践(2012级)

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1、高等工程师学院工程设计实践摘要由于冷轧薄板具有很高的尺寸精度，表面质量和优良的综合性能，因此得到了越来越广泛的应用，成为国民经济中各生产建设领域所必须的材料，尤其是在家电板和汽车板的应用。本文结合唐钢冷轧薄板厂的相关资料，同时参考了多家现代冷轧厂的资料，设计了年产100万吨1550冷轧车间，典型钢种为SPCC，典型板带产品规格为厚度0.32.0mm，宽度7001400mm。设计内容包括选择轧钢机形式、确定布置形式、根据典型品种进行压下规程设计和有关计算（力能参数计算、轧辊强度验算和电机能力验算等）。主设备采用了酸轧联合机组，退火炉选择连续退火炉，轧机为板形调控灵敏CVC形式和HC轧机。本设计力

2、图设计出能生产高档家电板和汽车板的冷轧薄板厂，所采用的设备都是经参考相关资料对比后选取的最佳设备，以保证产品的质量和生产的顺利进行，从而实现优质、高产、低消耗、环保的目标。关键词： 冷轧薄板、SPCC、汽车板AbstractAs cold rolling sheet has high dimensional accuracy, surface quality and excellent overall performance,so it has been more widely used in all areas of production and constrcution,especiall

3、y in the household appliances and motor vehicle plates.this article combines with the information of Tangsteel Cold Mill Plant.At the same time ,it refer to other modern cold mill plant.So I design an 1550Cold Rolling Mill Plant with an annual output of 1 million tons.The component of design include

4、s the choice of rolling mill forms,the arrangement of mills,according to the typical varieties to design the reduction of order and calculation(the parameters of force and energy,the strength of roll and the capacity of electrical motor),the choice of auxiliary equipment(including galvanized line,co

5、lor coating line).The main equipment uses the continuous picking line coupled to tandom mill.The annealing furnace chooses continuous annealing furnace.The mills choose CVC rolls to control the shape of sheet. This article tries to design the Cold Mill Plant capables of producing high-grade househol

6、d appliances and motor vehicle sheet.Meanwhile,the equipment compared with reference to relevant information and then choose the best equipment to ensure production quality and prodution proceed smoothly,thus achieving the target of excellent qualilty,high productivity,low cost and environment prote

7、ction.Key Words： cold rolling sheet, SPCC, vehicle sheet- 3 -目录摘要1Abstract2引言11文献综述21.1冷轧生产发展史21.1.1国外冷轧生产的发展历史21.1.2国内冷轧生产的发展状况21.1.3我国冷轧薄板的发展方向51.2冷轧带钢生产特点61.2.1加工硬化现象61.2.2工艺冷却与工艺润滑71.2.3张力轧制111.2.4轧辊弹性压扁131.3冷轧带钢生产设备131.3.1HC轧机（High Crown Control Mill）131.3.2PC轧机（Paired Crossed Mill）141.3.3CVC轧机

8、(Continuously Variable Crown)151.4冷轧薄板带生产工艺流程162建厂依据和产品大纲182.1建厂依据182.2产品方案182.3原料要求192.4金属平衡203轧制工艺流程的制定223.1轧制工艺流程图223.2各部分工艺流程简介223.2.1酸洗冷连轧联合机组生产工艺223.2.2连续热镀锌机组工艺263.2.3连退机组工艺294主要设备选择与参数制定314.1机组组成314.2酸洗-冷轧联合机组314.3连续式退火炉机组354.4连续热镀锌机组374.5连续电镀锌机组414.6重卷检查机组444.7半自动包装机组454.8彩色涂层机组465轧制制度的制定48

9、5.1压下制度485.2张力制度495.3速度制度505.4辊型制度525.5轧制力计算526设备校核556.1轧辊各部分尺寸确定556.2咬入能力校核576.3工作辊强度校核586.4支承辊强度校核586.5工作辊与中间辊接触应力校核596.6支撑辊与中间辊接触应力校核606.7电机能力校核607产量的计算637.1轧机小时产量637.2轧机平均小时产量657.3轧机年产量668车间平面布置678.1车间设备平面布置的确定678.2仓库面积的确定688.2.1原料仓库面积计算688.2.2中间仓库面积计算698.2.3成品仓库面积确定698.2.4总面积确定708.3设备间距确定70参 考

10、文 献71附 录75总结与致谢82高等工程师学院工程设计实践引言由于冷轧薄板产品本身具有光洁的表面，精确的厚度、宽度允差，高的强度极限、疲劳极限和冲击韧性、良好的焊接、冷弯性能、低廉的价格等特点，应用面极为广泛。特别是随着现代化工业的飞跃发展和科学技术水平的不断提高，冷轧薄板在汽车制造、电子仪表、轻工、机电、农机、建筑、航空和国防等工业部门，更是占有极其重要的地位。同时，对其品种、规格、性能和质量也不断地提出了更高的要求。冷轧薄板的产品品种繁多，其性能、特点、用途及生产方法各不相同。冷轧薄板是对钢板的深加工，这就对上游的热轧，炼钢，炼铁提出了一些列要求。如炼钢时钢的纯净度和化学成分都要在一定的

11、范围内，在热轧过程也要求极高的厚度精度和平直度，以保证冷轧的顺利进行。冷轧出来的薄板会根据客户的要求和成品的适用范围，还可以进行镀锌、镀锡、彩涂等进一步的深加工。本设计借鉴了当代世界上先进的冷轧薄板生产厂宝钢1550冷轧厂的生产工艺，设计了年产100万吨1550冷轧薄板车间。由于本人水平有限，时间仓促，设计中肯定有很多不足之处，望老师给予批评指导。1文献综述1.1冷轧生产发展史1.1.1国外冷轧生产的发展历史钢的冷轧是在19世纪中叶始于德国，当时只能生产宽度2025mm的冷轧带钢。美国1859年建立了25mm冷轧机，1887年生产出宽度为150mm的低碳钢带。1880年以后冷轧钢带生产在美国、

12、德国发展很快，产品宽度不断扩大，并逐渐建立了附属设备，如剪切、矫直、平整和热处理设备等，产品质量也有了提高1。宽的冷轧薄板（钢带）是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的。首先是美国早在1920年第一次成功轧制出宽带钢，并很快由单机架不可逆轧制而跨入单机架可逆式轧制。1926年阿姆柯公司巴特勒工厂建成四机架冷连轧机。原苏联开始冷轧生产是在30年代中期，第一个冷轧车间建在伊里奇工厂，是四辊式，用单张的热轧板作为原料。1938年在查波罗什工厂开始安装从国外引进的三机架1680mm冷连轧机及1680mm可逆式冷轧机，生产厚度为0.52.5mm，宽度为1500mm的钢板。以后为了满足汽车工业的需求，该厂又建

13、立了一台2180mm可逆式冷轧机。1951年原苏联建设了一套2030mm全连续式冷连轧机，年产250万t，安装在新利佩茨克。日本1938年在东洋钢板松下工厂安装了第一台可逆式冷轧机，开始冷轧薄板的生产。1940年在新日铁建立了第一套四机架1420mm冷连轧机。1.1.2国内冷轧生产的发展状况我国冷轧宽带钢的生产开始于1960年，首先建立了1700mm单机架可逆式冷轧机，以后陆续投产了1200mm单机架可逆式冷轧机，MKW1400mm偏八辊轧机、1150mm二十辊冷轧机和1250mmHC单机架可逆式冷轧机，1988年建成了2030mm五机架全连续冷轧机。到2000年我国已建成8套冷连轧机，6套单

14、机架可逆冷轧机，主要生产碳素冷轧板卷及彩涂层板卷；并建成11套多辊冷轧机，生产电工钢及不锈钢冷轧板卷。我国现有主要生产企业及有关冷轧机的基本情况见下表1-12：表1-1 我国现有主要冷轧生产企业的基本情况地区企业名称投产年份轧机型式产品规格hbmmmm轧制速度mmin-1生产品种设计产能万tm-1东北鞍钢冷轧厂1989/20001680四辊4机架/六辊、四辊5机架CDCM0.303.0060016001400冷轧板15019621700四辊可逆0.353.007501500600冷轧板20/0本钢冷轧薄板厂19951676四辊4机架CDCM0.502.5070015001000冷轧板， 热镀锌

15、板70沈阳薄板厂19881200四辊可逆0.502.006001050360冷轧板6小计246/226华北太钢六轧厂1998二十辊ZR22B520. 507501200600电工钢10太钢七轧厂1971八辊U-MKW112-14000.253.006001300300不锈钢31971二十辊WV20SEH550.102.005001050140不锈钢31998二十辊ZR22B520.303.005001300600不锈钢5天津一轧冷轧厂19931420四辊可逆0.502.006001250720冷轧板15小计33华东宝钢2030冷轧厂19892030五机架无头轧制0.303.0085018501

16、900冷轧板，热镀锌板，电镀锌板，彩涂板210宝钢1420冷轧厂19981420四辊、六辊CVC五机架CDCM0.180.8070012001600冷轧板，镀锡板70宝钢1550冷轧厂20001550UCMW五机架CDCM0.302.0080014001200冷轧板，热镀锌板，电镀锌板，电工板100宝钢益昌薄板有限公司19901220五机架0.170.8060010501800冷轧板，镀锡板50/70SKS有限公司2001二十辊ZR22B-530.301.0010001350800不锈钢0/7.2无锡长江钢板有限公司19951200四辊可逆0.402.006001050冷轧板15南京冷轧板有限

17、公司19961200四辊可逆0.352.506001050480冷轧板5张家港浦项不锈钢有限公司1999二十辊2，ZR22B-520.303.006001300600不锈钢11宁波宝兴不锈钢有限公司1998十二辊CRM0.303.006001300800不锈钢8小计469/476.2中南武钢冷轧厂19781700五机架0.182.5060015001800冷轧板，热镀锌板11019901250六辊HC轧机0.190.5555010501200镀锡板，彩涂板10武钢冷轧硅钢片厂1978二十辊2，ZR22B-420.270.657501050450电工钢26.5/401997二十辊2，ZR22B-

18、420.200.757501050600电工钢海南腾达钢板联合公司19951420四辊可逆0.402.0060012501000冷轧板10小计156.5/170西南攀钢冷轧厂19961220六辊HC四机架0.252.5075011001200冷轧板，热镀锌板50小计50上表显示我国冷轧机组在布局上有明显的地域特点，冷轧板生产主要集中在华东、华北及中南地区，三地占我国冷轧板生产能力的91.3%，其中又以上海市、辽宁省及武汉市最多，占总冷轧板生产能力的86.2%。而西北、西南、华北地区冷轧板生产能力很小，其中西北地区尚没有冷轧板生产能力。近年来钢铁企业普遍认识到前工序对冷轧生产的重要性，因而为增加

19、铁水预处理、炼钢炉外精炼、取消模铸及初轧开坯、新建及改造热连轧机投入了大量资金，为冷轧板生产创造了条件。1.1.3我国冷轧薄板的发展方向近年来，冷轧带钢生产技术的发展主要有以下几个方面4：1）增加钢卷质(重)量。增加钢卷质量是提高设备生产能力的有效方法，因为冷轧带钢是以钢卷方式生产的，每一个钢卷在送到机组内轧制或处理前，都必须经过拆捆、开卷、穿带，然后加速到正常速度工作，在每一卷终了时又需要有减速、剪切、卷取及卸卷的过程，占用较多的生产时间。钢卷质量增大后，可相应地增加作业的时间，而且由于每卷带钢长度的增加，带钢在稳定速度下轧制的时间也相应增加，机组的速度才能真正得到提高，带钢的质量也才能得以

20、改善。然而，钢卷质量也不可无限制地增加，它受到开卷机、卷取机等机械设备的结构与强度的限制，也受到电动机调速范围的限制，而且卷重太大还会给车间内钢卷的运输和存放带来困难。目前，冷轧带卷的质量已达40t，个别的达到60t，以带钢单位宽度计算的卷重达到3036kg/mm5。2）提高机组和轧机的速度。以五机架轧机为例，20世纪50年代大都在20m/s左右，60年代以来已逐步提高到30m/s左右，最高轧制速度达37.5m/s。六机架冷连轧机的最高轧制速度已超过了40m/s。但是，轧制速度的进一步提高会受到工艺润滑材料与方式的限制。其他作业线(如单机架平整机组、双机架平整机组、各剪切机组、连续热镀锌机组、

21、酸洗机组、电镀锡机组等)的机组速度也都相应提高。3）提高产品厚度精度。为提高冷轧带钢的厚度精度，在冷轧机上采用了全液压压下装置，以便增加轧机压下装置的反应速度，并采用了带钢厚度自动控制装置。对于高速、高产量的带钢冷连轧机，实现了计算机控制。4）改善板形。在带钢冷连轧机上，广泛采用液压弯辊装置来改善板形。5）提高自动化程度。在生产操作自动化方面，普遍采用各种形式的极限开关、光电管等、对每个动作实行自动程序控制，实现了钢卷对中、带钢边缘纠偏、机组中带钢速度的自动调整、剪切钢板的自动分选等自动化操作和控制。6）改进轧机结构。1971年以来，出现了全连续式冷连轧机。这种轧机只要一次引料穿带后，就可实现

22、连续轧制。此时，后续带卷的头部通过焊接机与前一带卷尾部焊接在一起。为了保证带钢能够连续轧制，在连轧机人口端设置了活套装置。在冷连轧机组出口端没置了分卷用的飞剪机，并设置了两台卷取机，以便交替地卷取带钢。全连续式冷连轧饥即使在换辊时，带钢依然停留在轧机内。换辊一结束，轧机可立即进行轧制。采用全连续式冷连轧机，可以提高生产率3050，产品质量和收得率也都得到提高。7）改进生产工艺。不断采用新工艺、新设备，例如深冲钢板连续退火作业线和浅槽盐酸酸洗、HC轧机、和异步轧制等，以简化冷轧工艺过程，提高冷轧带钢的精度和节省能量。1.2冷轧带钢生产特点1.2.1加工硬化现象冷轧中金属产生剧烈的加工硬化现象。按

23、严格的定义，金属在再结晶温度以下进行轧制称作冷轧6。但是，习惯上将带钢不经过加热而在常温下进行轧制统称作冷轧。从宏观上看，经过冷轧过程产生的变形，轧件厚度被压薄，纵向上产生相应的延伸。由于不发生再结晶行为，金属内部冷变形的结果与特性被保留下来，与轧件的宏观变形相似，晶粒被压成扁平状，甚至被压成薄片状，在纵向上延伸成长条状，甚至呈纤维状。而且，在晶粒内部，除可出现滑移带、孪晶组织和变形带外，还可使晶内缺陷增加，出现新的压晶、位错、空位、间隙原子和层错等。同时，当变形量相当大时，各个晶粒的转动方向会趋于一致，出现择优取向而形成织构，以及晶粒和晶界的排列规则也有不同程度的破坏，等等。金属组织、织构的

24、变化，必然导致其性能发生变化，金属性能最大的变化，是力学性能的变化，一般的规律是强度极限b和屈服极限s随着变形程度的增大而增大，延伸率和断面收缩率随着变形程度的增大而减小。上述现象表明，即金属经过冷变形其强度指标（b和s）和塑性指标（和）随变形量变化而变化的现象，叫做加工硬化现象。在冷轧过程中，金属会产生剧烈的加工硬化现象，从而导致变形抗力增大而使能耗增加，以及当加工硬化超过一定的程度之后，由于轧件过分硬脆而容易产生裂边和难以继续轧制，而不得不进行软化处理。因此，很好地掌握各种金属材料的加工硬化特性，对正确确定总变形率和选取坯料规格，合理安排轧程和用尽可能少的轧程进行轧制，正确进行轧制力的计算

25、和制定压下制度和张力制度等，都有重要的意义。1.2.2工艺冷却与工艺润滑工艺冷却：冷轧过程中产生的剧烈变形热和摩擦热使轧件和轧辊温度升高，故必须采用有效的人工冷却7。轧制速度愈高，压下量愈大，冷却问题愈显得重要。如何合理地强化冷却成为发展现代高速冷轧机的重要研究课题。实验研究与理论分析表明，冷轧板带钢的变形功约有8488%转变为热能，使轧件与轧辊的温度升高。我们关心的是单位时间内发出的热量即变形发热率q，以便采取适当措施及时排除或控制这部分热量。变形发热率是直接正比于轧制平均单位压力、压下量和轧制速度的。因此，采用高速、大压下的强化轧制方法将使发热率大为增加。如果此时所轧的又是变形抗力较大的钢

26、种，如不锈钢、变压器硅钢等，则发热率就增加得更加剧烈。因此必须加强冷轧过程中的冷却，才能保证过程的顺利进行。水是比较理想的冷却剂，因其比热大，吸热率高且成本低廉。油的冷却能力则比水差得多。下表给出了水和油的一些吸热性能的比较资料。由此可知，水的比热比油大一倍，热传导率为油的3.75倍，挥发潜热大10倍以上。由于水具有如此优越的吸热性能，故大多数轧机皆采用水或以水为主要成分的冷却剂。只有某些特殊轧机（如20辊箔材轧机），由于工艺润滑与轧辊轴承润滑共用一种润滑剂，才采取全部油冷，此时为保证冷却效能，需要供油量足够大。表1-2 水与油的吸热性能比较项目种类比热J/KgK热传导率W/mK沸点挥发潜热J

27、/Kg油2.0930.146538315209340水4.1970.548471002252498应该指出，水中含有百分之几的油类即足以使其吸热能力降低三分之一左右。因此，轧制薄规格的高速冷轧机的冷却系统往往就是以水代替水油混合液（乳化液），以显著提高吸热能力。增加冷却液在冷却前后的温度差也是充分提高冷却能力的重要途径。在老式冷轧机的冷却系统中，冷却液只是简单地喷浇在轧辊和轧件上，因而冷却效果较差。若用高压空气将冷却液雾化，或者采用特制的高压喷嘴喷射，可大大提高其吸热效果并节省冷却液的用量。冷却液在雾化过程中本身温度下降，所产生的微小液滴在碰到温度较高的辊面或板面时往往即时蒸发，借助蒸发潜热大

28、量吸走热量，使得整个冷却效果大为改善。但是在采用雾化冷却技术时，一定要注意解决机组的有效通风问题，以免恶化操作环境。实际测温资料表明，即使在采用有效的工艺冷润条件下，冷轧板卷在卸卷后的温度有时仍达到130150，甚至还要高，由此可见在轧制变形区中的料温一定比这还要高。辊面温度过高会引起工作辊淬火层硬度的下降，并有可能促使淬火层内发生组织分解（残余奥氏体的分解），使辊面出现附加的组织应力。另外，从其对冷轧过程本身的影响来看，辊温的反常升高以及辊温分布规律的反常或突变均可导致正常辊型条件的破坏，直接有害于板形与轧制精度。同时，辊温过高也会使冷轧工艺润滑剂失效（油膜破裂），使冷轧不能顺利进行。综上所

29、述，为了保证冷轧的正常生产，对轧辊及轧件应采取有效的冷却与控温措施。工艺润滑：冷轧采用工艺润滑的主要作用使减少金属的变形抗力，这不但有助于保证在已有的设备能力条件下实现更大的压下，而且还可使轧机能够经济可行地生产厚度更小的产品。此外，采用天然油脂（动物与植物油脂）作为冷轧的工艺润滑剂在润滑效果上优于矿物油，这是由于天然油脂与矿物油在分子的构造与特性上有质的差别所致。冷轧润滑效果的优劣诚然是衡量工艺润滑剂的重要指标，但是一种真正有经济实用价值的工艺润滑剂还应具有来源广、成本低、便于保持（化学稳定），并且易于自轧后的板面去除，不留影响质量的残渣等特点。目前还只有为数不多的几种工艺润滑剂能够较前面地

30、满足上述要求。生产实际表明，在现代轧机上轧制厚度在0.35mm以下的白铁皮、变压器硅钢板以及其它厚度较小而钢质较硬的品种时，在接近成品的一、二道次中必须采用润滑效果相当于棕榈油的工艺润滑剂，否则即使增加道次也难于轧制出所要求的产品厚度。棕榈油来源短缺，成品高贵。事实上，使用其它天然油脂，只要配制适当，也可以达到接近天然棕榈油的润滑效果。例如，一些冷轧机就曾经使用过棉籽油代替天然棕榈油生产冷轧硅钢板与白铁皮，效果也不错；用豆油或菜籽油甚至氢化葵花子油做工艺润滑剂也同样能够满足要求。此外，国外有些工厂还使用一些以动、植物为原料经过聚合剂制成的组合冷轧润滑剂（如所谓的“合成棕榈油” ），其润滑效果甚

31、至优于天然棕榈油。实验研究表明，为保证冷轧顺利进行，钢板表面上只需带上很薄的一层油膜就够用了。这一必要而最小的油膜厚度因轧机的型式、轧制条件与所轧钢种的不同而异，可以通过实测大致确定。例如，国外某冷轧机根据实测结果，证明在冷轧马口铁时，耗油量只需达到0.51.0Kg/t左右，油量再多对进一步减小轧制中的摩擦来说已无显著效果。这样，实际上只需事先用喷枪往板面上喷涂一层薄薄的油层就能满足要求。尽管如此，在大规模的冷轧生产中，油的耗用量还是相当可观的，进一步节约用油仍然大有可为。通过乳化剂的作用把少量的油剂与大量的水混合起来，制成乳状的冷润液（简称“乳化液” ）可以较好地解决油的循环使用问题，在这种

32、情况下，水是作为冷却剂与载油剂而起作用的。对这种乳化液的要求是：当以一定的流量喷到板面和辊面之上时，既能有效地吸收热量，又能保证油剂以较快的速度均匀地从乳化液中离析并粘附在板面及辊面之上，这样才能及时形成均匀、厚度适中的油膜。油剂从乳化液中往板面及辊面的这一吸附过程受许多因素的影响，其中乳化剂或其它表面活性剂的含量便是重要因素之一。乳化剂含量过高将妨碍油滴的凝聚与离析。究竟用量以多少为宜则需要结合具体的轧制条件 通过生产实验确定。矿物油的化学性质比较稳定，不象动植物油容易酸败，而且来源丰富，成本低廉。如能设法使其润滑性能赶上天然油脂，则采用矿物油作代用品当不失为冷轧工艺润滑剂的一个重要发展方向

33、。纯矿物油的缺点是其所形成的油膜比较脆弱，不能耐受冷轧中较高的单位压力。加之适量的天然油脂与抗压剂（又称极压剂）之后，油膜强度增加了，润滑效果亦因之而有相应的提高。此外，也可在以矿物油为基础的冷轧润滑液中加入其他添加剂，以改善其综合性能。和天然油脂一样，以矿物油为基础的冷轧工艺润滑油也可以调制乳化液（一般采用含油量为25%），并保证循环使用。循环供应系统必须很好地解决乳化液的净化问题。在冷轧过程中，乳化液不断受到金属碎屑、氧化铁皮碎末等的污染，杂质含量愈来愈多。块度较大的杂质可以通过网眼或过滤器予以滤除。但约占杂质总量60%的较微细的物质透过过滤器而沉积在管道与喷嘴之中，还有一部分形成一种粘性

34、的泥状物沉积在滤网上，使液体难以透过，清除起来也异常困难，以致经常造成乳化液喷嘴堵塞，破坏正常操作的进行，而且要清除过滤器、导管及喷嘴的沉积物也需要较长时间停产，影响轧机产量。为此，近年来发展了一种采用离心分离与磁性分离相结合的高效净化系统，并且采用自动反冲式过滤器，当滤网因出现两面压差较大时，采用蒸汽反冲排污，从而大大提高了乳化液的净化效率。典型的五机架冷轧机有三套冷润系统。对厚度在0.4mm以上的产品来说，第一套为水系统，第二套为乳化液系统，第三套为清净剂系统。由酸洗线送来的原料板卷表面上已涂上一层油，足供连轧机第一架润滑之用，故第一架喷以普通冷却水即可；中间各架采用乳化液系统；末架可喷清

35、洗剂以清除残留润滑油，使轧出的成品带钢可不经电解清洗就可不出现油斑，这种产品因而亦有“机上净”板材之称。1.2.3张力轧制所谓“张力轧制”就是轧件的轧制变形是在有一定的前张力和后张力作用下实现的8。张力的作用主要为：1）防止带材在轧制过程中跑偏；2）使所轧带材保持平直和良好的板形；3）降低金属变形抗力，便于轧制更薄的产品；4）可以起适当调整冷轧机主电机负荷的作用。轧制带材在张力的作用下，若轧件出现不均匀延伸，则沿轧件宽向上的张力分布将会发生相应的变化，即延伸较大的一侧张力减小，而延伸较小的一侧则张力增大，结果便自动地起到纠正跑偏的作用。这种纠偏作用是瞬时反应的，同步性好，无控制时滞，在某些情况

36、下，它可以完全代替凸形辊缝法与导板夹逼法，使轧件在基本上平行的辊缝中轧制时仍有可能保证稳定轧制。这就有利于轧制更精确的产品，并可简化操作。张力纠偏的缺点是张力分布的改变不能超过一定限度，否则会造成裂边，轧折甚至引起断带。由于轧件的不均匀延伸将会改变沿带材宽度方向的张力分布，而这种改变后的张力分布反过来又会促进延伸的均匀化，故张力轧制有利于保证良好的板形。此外，在轧制过程中，当未加张力时，不均匀延伸将会使轧件内部出现残余应力，在加张力后，可以大大削减甚至消除压应力，这就大大减轻了在轧制中板面出现浪皱的可能，保证冷轧的正常进行。当然，所加张力的大小也不应使板内拉应力超过允许值。带材在任何时刻下的张

37、应力Z可用下式表示： （1-1）同理，设带材断面积为A，则总张力Q=AZ或 （1-2）若把a、b两点分别看作是连轧机中前架的出口点与后架的入口点，l0近似地视为机架间的距离，张力从一个稳定值（包括零值）变至另一个稳定值必须经历一个v由产生到消失的过渡过程。v的产生是张力赖以建立或发生改变的推动力；v0则是达到新的平衡状态（新的张力稳定值）的必要条件。由此可见，张力Z的产生与变化最终归结为v的产生与变化的规律。无论是单机可逆式轧机或多机连轧，甚至任何张力装置，其张力的产生与变化在实质上均与此相同。由于张力的变化引起前滑与轧辊速度的一定程度的反向改变，故连轧过程有一定的自调稳定化作用。但是这种作用

38、是有限的，不能代替轧制过程的自动控制。通过改变卷取机、开卷机、轧机的电机转速以及各机架的压下，可以使轧制张力在较大的范围内变化。借助准确可靠的测张仪并使之与自动控制系统造成闭环，可以按要求实现恒张力控制。配备这种张力闭环控制系统是现代冷轧机的起码要求，最好是用计算机对不同轧制条件下的张力设定和闭环增益进行计算。生产中张力的选择主要指平均单位张力Z ，从理论上讲，Z似乎应该尽量高些，但不应该超过带材的屈服极限S ，实际Z应取多大数值要视延伸不均匀的情况、钢的材质与加工硬化程度以及板边情况等因素而定。根据以往的经验，Z =（0.10.6）S ，变化范围颇大。不同的轧机，不同的轧制道次，不同的品种规

39、格，甚至不同的原料条件，皆要求有不同的Z与之相适应。一般在可逆轧机的中间道次或连轧机的中间机架上，Z可取（0.20.2）S ，一般不超过0.5S 。为防止退火粘结，卷取张力可小一些。开卷机则更小，几乎可以忽略。一般做法是先按经验选择一定的Z值，然后再进行校核。例如某厂5机架连轧机前张力分别为1、110、140、150及200N/mm2,卷取张力为30 N/mm2。1.2.4轧辊弹性压扁冷轧时变形区单位压力极高，轧辊将产生明显的弹性压扁，轧辊压扁一方面增加了轧辊与轧件的接触面积，同时又将使接触弧加长，加剧了外摩擦对轧制力的影响，并通过改变中性角而影响前滑；1.3冷轧带钢生产设备作为冷轧厂的主要设

40、备，冷连轧机组的发展经历过三机架、四机架、甚至采用六机架冷连轧，但目前广泛应用给的典型布置还是五机架冷连轧。近年来由于薄板坯连铸连轧的应用，热轧带钢成品厚度逐渐减薄，因此冷轧机组亦开出现新的强力单机架及而机架可逆连轧等方案。冷连轧轧机随着板型控制技术的发展，轧机在结构上有了许多变化。板型控制实际上是设定及控制各机架的有载辊缝形状使带钢延宽度方向获得均匀延伸，因此通过改变一下参数都能达到这一目的：（1） 在线改变轧辊辊型（凸度）；（2） 在线改变轧辊辊系的弯曲变形（弯辊装置）；（3） 改变轧辊辊系的横向刚度。目前常见的轧机设备有下面几种：1.3.1HC轧机（High Crown Control

41、Mill）HC轧机为高性能板形控制轧机的简称，是日立公司研制的一种新型六辊轧机5，它是在普通四辊轧机的基础上增加两个可轴向移动的中间辊其出发点是为了改善或消除四辊轧机中工作辊和支撑辊之间有害的接触部分。HC轧机利用轧辊轴向串动装置，就能适应带钢宽度变化的要求，使辊身接触长度作相应的改变。其辊系如图1-1所示。图1-1 HC轧机1支撑辊；2中间辊；3上工作辊；4下工作辊；5工作辊弯辊装置HC轧机的主要特点：1.具有大的刚度稳定性。轧机工作时可以通过调节中间辊的横向移动量来改变轧辊的接触长度，既改变压力分布规律，以此消除轧制力变化对横向厚度差的影响。2.HC轧机具有很好的控制性。中间辊一侧带有锥度

42、，在横移时能消除带宽外侧辊面上有害的接触段。这种接触段会使工作辊产生附加弯曲，使带钢边部减薄，薄带钢容易裂边。3.很好的控制性。HC轧机设有液压弯辊装置，配合中间辊横向移动就扩大了板形调节能力。4.压下量由于不受板形限制而可适当提高。HC轧机具有板形调节能力和改善带钢横向厚差的独特功能，所以其在高质量带钢生产中得到广泛应用。1.3.2PC轧机（Paired Crossed Mill）PC轧机为轧辊成对交叉轧机，其工作原理是相互平行的上工作辊，上支承轴中心线与相互平行的下工作辊，下支承辊轴中心线的交叉成一定角度，这一角度等同于工作辊凸度.通过改变这一交叉角度就能改变轧辊辊缝形状，从而达到控制带钢

43、凸度和平直度的目的。PC轧机能很好解决轧辊磨损和能耗的问题。PC轧机比单辊交叉所承受的轴向力要小，在PC轧机结构上设计有能够承受轴向力的止推装置来克服轴向力，止推装置安装在工作辊操作侧轴端。PC轧机的轧辊轴线交叉角一般为0.51.5度。因此，通过根据轧制条件设定适合的交叉角，可以得到任意的目标带钢凸度。PC轧机的优点：1.良好的板型与凸度控制能力；2.单一的轧辊原始辊型；3.压下率大；4.轧制计划的自由性。PC轧机的缺点：轧机结构略复杂，轴向力大（达到轧制力的8%10%）将使轴承寿命缩短，使维护工作量加大，并增加了轧制力的测量的滞后性。PC轧机虽然调整量大，轧辊磨削容易，但需要在每个牌坊内侧上

44、钻四个大孔，安装推进螺母，使工作辊和支撑辊轴承座在顶进螺丝的作用下水平微量移动，形成轧辊的交叉放置。对于牌坊立柱而言这要损失牌坊垂直稳定性，如果轴承座两侧没有空隙补偿，还使轴承座的约束减少，轧辊系的水平稳定性下降。在高速高压力大张力轧制情况下，容易振动失稳。而轧辊抽动的CVC方式正好相反，磨削曲线复杂，传动侧的抽动装置增加设备，但轴承座受牌坊内侧约束，水平稳定性丝毫不受影响，相比PC而言，优点更多一些。1.3.3CVC轧机(Continuously Variable Crown)CVC轧机是SMS公司在HCW轧机的基础上于1982年研制成功的。近年来广为采用的CVC轧机是德国技术和其他国家专利

45、的结合物，它被世界各国认为是一个能对辊型进行连续调整的理想设备。CVC辊和弯辊装置配合使用可调辊缝达600微米。CVC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辊主要控制平直度。CVC的基本原理是将工作辊辊身沿轴线方向一半削成凸辊型，另一半削成凹辊型，整个辊身成S型或花瓶式轧辊，并将上下工作辊对称布置，通过轴向对称分别移动上下工作辊，以改变所组成的孔型，从而控制带钢的横断面形状而达到所要求的板形。CVC轧机有很多优点：板凸度控制能力强，轧机结构简单，易改造，能实现自由轧制，操作方便，投资较少，轧辊辊面利用率高。CVC轧机的缺点是：轧辊形状复杂，特殊，磨削要求

46、精度高，必须配备专门的磨床;无边部减薄功能，带钢易出现蛇形现象。此外随着轧辊窜动，热辊型及磨损辊型亦将窜动。轧辊窜动也使设备复杂。1.4冷轧薄板带生产工艺流程冷轧板带钢的产品品种很多，生产工艺流程亦各有特点。具有代表性的冷轧板带钢产品是深冲钢板（以汽车板为最多）、不锈钢板、硅钢、涂镀层薄板（包括镀锡板、镀锌板、涂层板或复合钢板等）。成品供应状态有板或卷或纵剪带形式，这主要取决于用户要求。各种冷轧产品生产流程如图1-2所示6图1-2 各种冷轧产品生产流程图目前冷轧主要采用全连续轧制生产方法，主要分为三类，如图1-3所示：1-酸洗；2-酸洗板卷；3-酸洗轧制联合机组；4-双卷双拆冷连轧机；5-全连

47、续冷轧机；6-罩式退火炉；7-连续退火炉；8-平整机；9-自动分选横切机组；10-包装；11-交库图1-3 现代冷轧生产方法第一类是单一全连续轧机，就是在常规的冷连轧机前面设置焊接机、活套等机电设备，使冷轧带钢不间断的轧制。这种单一轧制工序的连续化，称为单一全连续轧制，世界上最早实现这种生产的厂家是日本钢管福山钢厂，于1971年投产。川崎千叶钢厂的四机架常规冷连轧，改造成单一全连续轧机，1988年投产。第二类是联合式全连轧机。将单一全连续轧机再与其他生产工序的机组联合，即为退火联合式全连续轧机；全连续轧机与前面的酸洗机组联合，即为酸洗联合式全连续轧机。这种轧机最早是在1982年新日铁广畑投产的

48、，目前世界上酸洗联合式全连续轧机较多，发展较快，是全连轧的一个发展方向。第三类是完全联合式轧机，是最新的冷轧生产工艺流程。单一全连续轧机与前面酸洗机组和后面的连退机组全部联合起来，即为全联合式全连续轧机。1-酸洗机组；2-冷轧机组；3-清洗机组；4-连续式退火炉；5-平整机；6-表面检查横切分卷机组图1-4 全联合式全连续轧机全世界已有两套这种轧机，最早的是新日铁广畑厂于1986年新建投产，第二条是美日于1989年合建的。全联合是全连续轧机是冷轧带钢生产划时代的技术进步，标志着冷轧板带设计、研究、生产、控制及计算已进入一个新时代。为使整个机组能够同步顺利生产，采用了先进的自动控制系统，投产后均

49、一直正常生产，板厚精度控制在1%以内。过去冷轧板带从投料到生产处产品需要12天，而采用全联合式全连续轧机只要20min。2建厂依据和产品大纲2.1建厂依据冷轧板带有极广阔的用途。汽车制造、拖拉机制造、电气产品、机车车辆、造船、航空及火箭、精密仪表、民用建筑、工业厂房、家用电器、食品罐头以及一些耐久制品都需要大量的冷轧板带。出于这些工业的发展，对薄板质量要求越来越高，产量要求越来越大，对冷轧板带生产提出了更高的要求，故冷轧薄板、带钢的产量增长很快。同时，随着人民生活水平及物质需求的提高，钢材市场的需求结构发生了巨大变化，特别是冷轧和镀涂层深加工产品的生产能力、品种质量与市场需求差距甚大，矛盾突出

50、。一方面，国产冷轧产品的市场占有率低仅为50%左右；另一方面，冷轧带钢品种规格不全、高强度、高附加值产品虽已部分试制成功，但产量低，还不能完全满足国内用户需求，此外，产品质量不能满足用户高精度要求。可见，建一座年产量高质量好的冷轧厂是有市场基础的。2.2产品方案冷轧年生产规模为100万t，其中冷轧连退产品45万t，电镀锌产品20万t，热镀锌产品35万 t。按品种分配的产品分类如表2-1所示。冷轧连退产品、热镀锌产品、电镀锌产品及电工钢产品均按国内以及国际上先进企业内控标准组织生产。所有产品按卷交货。卷状交货的成品钢卷卷重最大45t，最小10t。表2-1 产品品种分类序号名称规格品种产量/ta-

51、1百分比/%备注占小计占合计1冷轧产品厚度：0.31.6宽度：7001400CQ20250045DQ13500030 约67000t用IF钢， 其余用低碳铝镇静钢DDQ4500010用IF钢EDDQ/U-EDDQ225005用IF钢HSS4500010小计450000100452电镀锌产品厚度：0.32.0宽度：7001400CQ5200026DQ7800034 约60000t用IF钢， 其余用低碳铝镇静钢DDQEDDQ/U-EDDQ6000030用IF钢HSS2000010小计200000100203热镀锌产品厚度：0.32.0宽度：7001400FH140004CQ9450027 DQ91

52、00026低碳铝镇静钢DDQ12600036用IF钢EDDQ245007用IF钢小计35000010035GAGI=50：50合计10000001002.3原料要求本项目所需的原料钢卷由热轧厂提供，年需求量106.383万t。热轧钢卷钢种包括热轧低碳钢、超低碳钢（IF钢）、低合金高强度钢、电工钢（DW440DW1550）钢卷。热轧钢卷规格：带钢厚度： 2.24.5mm带钢宽度： 8301430mm钢卷内径 760mm钢卷外径 最大2150mm钢卷质量 最大26.5t单位质量 最大23kg/mm年需要量： 106.383万t2.4金属平衡（1）成材率定义：指成品重量与投料之比的百分数，亦即一吨原

53、料能够生产出的合格产品重量的百分数。用公式表示为：A=100% （2-1）式中 A成材率% Q投料量 W损失料量成材率的倒数就是金属消耗系数。成材率是车间生产中的一项重要指标、它的高低反映了生产管理和工艺技术设备等各方面的水平，直接影响企业的生产成本。因此产前必须对其进行正确估算。（3）影响成材率注意因素凡是造成废品的生产及销售因素都是影响成品率的因素。（a）烧损：氧化烧损15% 一般表面积愈大、加热时间越长、温度越高、气氛氧化性越强则烧损越大。（b）溶损：在酸、碱或化学处理等过程中的损失。0.11.0%（c）几何损失：切头、切尾、切边残屑消理（车皮、锯切、铲）110%（d）工艺损失：技术损失

54、、各工序由于设备、工具、技术操作及表面介质等问题造成的质量不合要求的产品。如轧漏、轧断、轧卡、卡钢、 超差、浪形、轧扭、腰薄、耳子、性能不合格等。由于成品率直接影响生产成本，因此实际生产中应尽可能采取措施提高成材率，主要应从工艺、设备、原料、管理（操作）四个方面入手。（3）金属平衡表见表2-2表2-2 金属平衡表产品名称原料量（t/a）成品量（t/a）切头尾、切边、酸损及轧废成材率（%）t/a%冷轧连退钢478723.445000028723.4694电镀锌钢212765.920000012765.9694热镀锌钢372340.435000015957.5694总计1063829.710000

55、0063829.76943轧制工艺流程的制定3.1轧制工艺流程图图3.1 总工艺流程图3.2各部分工艺流程简介3.2.1酸洗冷连轧联合机组生产工艺1）酸洗酸洗是用化学方法除去金属表面氧化铁皮的过程，因此也叫化学酸洗。热轧带钢在冷轧前必须进行酸洗，其目的是为了清除粘附在钢材表面的氧化层，为后续加工作好准备。从热轧厂运送来的热轧带钢卷，是在高温下进行轧制和卷取的，带钢表面在该条件下生成的氧化铁皮，能够很牢固的覆盖在带钢的表面上，并覆盖着带钢表面的缺陷。若将这些带着氧化铁皮的带钢直接送到冷轧机去轧制，将会导致以下情况：（1）在大压下量的条件下进行轧制，会将氧化铁皮压入带钢的基体，影响冷轧板的表面质量

56、和加工性能，甚至造成废品；（2）氧化铁皮破碎后进入冷却润滑的乳化液系统，会损坏循环设备，缩短乳化液的使用寿命；（3）会损坏表面粗糙度很低价格昂贵的冷轧辊。所以在冷轧前，必须清除带钢表面氧化铁皮。目前，世界上运行的酸洗机组大体上分为以下几种：（1）深槽酸洗，酸液深10001200mm；（2）浅槽酸洗，酸液深4001000mm；（3）浅槽紊流酸洗，酸液深小于400mm；深槽、浅槽、紊流三种酸洗方式的详细比较见表3-1。表3-1 三种酸洗方式的比较参数比较深槽浅槽紊流酸洗时间*，1008065酸雾量*，1006060电耗量*，1007070热传递*，100200700槽内带钢提升器有必要没必要没必要

57、槽内带钢位置控制不可能准确检测可以准确检测可以准确检测槽内断带事故处理困难，费时容易容易酸洗后带钢表面残留物*，mg/m2带钢30020015050随着冷轧带钢技术的飞速发展，带钢的酸洗技术也随之发展， 70年代中期在深槽酸洗的基础上发展了浅槽酸洗，70年代末期在浅槽酸洗的基础上又发展了浅槽紊流酸洗技术。紊流式酸洗（turbulent type pickling）技术是由德国MDS公司（Mannesmarm Demag Sack）研制成功的。此后MDS公司已向全世界提供了9条作业线，这些作业线的年产量从10万250万吨不等，材料的品质从软钢到不锈钢皆有。实践证明，紊流酸洗技术与深槽、浅槽酸洗技

58、术相比，具有缩短酸洗时间、减少废酸量、表面质量洁净、设备重量轻等优点。本设计采用浅槽紊流酸洗。2）连轧工艺5机架冷连轧机组采用西马克CVCplus六辊轧机，具有高响应的液压压下（HGC），厚度自动控制（AGC），中间辊和工作辊的正负弯辊以及中间辊轴向窜辊，轧制线自动调整等系统，可实现带钢高速轧制状态下的自动厚度控制和板型控制。整个轧制过程描述如下：(1)入口钢卷准备钢卷准备系统包括两台开卷机、一台具有先进设计的激光焊机、一台张力矫直式破鳞机、喷流酸洗槽、切边剪，活套的配置确保酸洗段和轧机段能够连续工作。入口步进梁式钢卷运输机直接通到热卷库取料。上卷时，利用天车将钢卷吊到步进梁的卷位上，从热卷跨

59、运到酸轧跨。在钢卷运输过程中，利用钢卷对中装置进行自动对中。利用钢卷旋转台将钢卷转向，以便于开卷。利用梭车将钢卷运输到No.1和No.2上卷小车上。（2）入口带钢准备为保证酸洗段满意的无间断协调生产，入口段设备2套开卷机、带头开卷器、直头机和一套双切剪及相关设备。在一台开卷机开卷过程中，另一台开卷机将上卷。一个开卷器包括一个压辊和拨爪，将带头打开并穿进夹送辊，直头机将弯曲的带头压直，以保证顺利进入入口剪。夹送辊和直头机拉住带头将带钢从开卷机送入入口剪，切掉一段后作为焊接位置。（3）焊机前一个钢卷的尾部和后一个钢卷的头部通过焊机进行焊接，实现酸洗线的连续生产。月牙剪用来剪切带钢带钢的角部突起的部

60、分，防止在焊接点处发生断带。（4）No.1活套设备利用活套车系统和机械传动带钢活套辊，保证平稳可靠地自动储存带钢。活套车总是沿着固定的轨迹到达预定的位置。一旦出现故障，限位开关将传输信息通知入口段或中间段降速和停车。（5）张力矫直机设备张力拉伸矫直机通过弯曲和拉伸带钢使带钢表面的铁皮疏松以达到良好的破鳞效果。这样会缩短酸洗时间，特别是对于难于去除铁皮的钢种。此设备可显著地改善带钢表面质量。而且有助于在中间段和出口段平稳地穿带。（6）酸洗槽和漂洗槽设备之后，带钢将进入酸洗槽和漂洗槽进行化学除鳞。此段三菱喷流式酸洗工艺将发挥很好的作用。酸洗段有三个酸洗槽，槽中通过独特设计的喷嘴充满HCL。每一个酸槽与独立的酸循环系统连接，达到良好的酸洗效果。新设计的喷流酸洗槽比现有的在施工方面更加容易。酸洗后的带钢通过漂洗槽，洗去带钢表面残留的酸液以防止带钢生锈，确保产品质量。漂洗槽采用四段漂洗。为降低带钢表面的氯离子含量和节约能源。（7）带钢穿带操作利用轧机入口张力辊、纠偏辊上的压辊和入口剪处的夹送辊，使带头通过轧机机架（轧辊打开）穿