轧钢厂设计

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1、轧钢厂设计轧钢厂设计(engineering design of rolling mill)轧钢厂井典和塑成轧駆厂总图布直簧点车简设计规摸和产品方案车间圳斜逸择车闾工茗扳程逸择原別车间氧钢机选择车间均热炉、加慈妒和热处理炉选择笨间生产舵力确絶车间平瓯肅覺车间仓库面积和库存天数确定军徇起董机选择车间仝用辅肋逛施组成车间主要技术经眸描标罠腿趋勢以炼钢厂提供的钢锭或连铸坯为原料，用轧制、拉拔、挤压、弯曲等塑性加 工以及焊接和表面处理方法，生产型板管带等钢材产品的工厂设计。轧钢厂(又 称轧钢系统)一般由若干轧钢车间组成，根据冶金厂总的产品方案和规模确定。 炼钢厂生产的钢，一般95%以上送轧钢厂轧制成钢

2、材，少量用来生产铸件或锻 件。所生产的钢材广泛用于建筑、机电、交通、石油、化工、矿山、轻工、农业、 海洋开发、航空航天、原子能等行业。工业发达国家各类热轧一次钢材产量占热 轧钢材总产量的比例为：板带材约60%，型、线材约30%，钢管和其他约10%。轧钢厂的工程设计范围主要包括：初轧车间设计、型钢轧钢车间设计、线材 轧钢车间设计、热轧板带钢车间设计、冷轧板带钢车间设计、冷轧电工钢带车间 设计、热轧无缝钢管车间设计、焊接钢管车间设计、石油管加工车间设计、冷轧 冷拔钢管车间设计、冷定径材车间设计、冷弯型钢车间设计、冷轧复合双金属带 车间设计等。简史1783年英国人亨利科特(HenryCort)发明了

3、二辊带槽轧机，开始了 近代轧机的设计。1769年，在英国人J瓦特发明蒸汽机以后，轧机的传动功率 大幅度提高，于19世纪设计建设了以蒸汽机为动力的各类钢材的轧机。19世纪 末出现的电动机用于驱动轧机，奠定了现代轧机的基础。20世纪初叶，美国建成宽带钢连轧机。60年代发展的连续铸钢技术和1961 年计算机用于轧钢车间，促进了轧机的大型化和高速化，轧钢车间的设计规模高 达600万t / a, 一套轧机的装机容量超过100000kW，轧辊直径达2400mm，轧机 出口速度达140m/s。70年代以后，轧钢厂设计重视节约能源、提高质量、降低消耗。发展了热 钢坯不经加热的直接轧制、工序连续化、高精度轧制、

4、自动检测和控制等一系列 技术，出现了完全自动化的轧钢车间。1971年日本建成第一个冷连轧带材无头 轧制车间。1974年日本用钢锭不经加热直接轧制成热轧宽带。1989年美国建成 第一个薄板坯连续铸钢机一连续热带精轧机组连接的直接热装轧制车间。在中国，1871年福州船政局建成第一个轧钢车间，生产厚度15mm的中板和 直径6120mm的棒材。1893年汉阳铁厂建成生产钢轨、钢板和中小型钢材的轧 钢车间。1936年在鞍山建成有初轧、薄板、无缝钢管和焊管等车间的轧钢厂。2 0世纪5060年代，中国设计建设了一批2300mm劳特式中板、1200mm叠轧薄板、 横列式中小型、复二重线材和中76mm无缝钢管车

5、间。60年代以后设计、建设了 一批较先进的轧钢车间，如1150mm初轧、1700mm热轧宽带、轨梁、轮箍、连续 小型、连续线材等车间。70年代以后建设了 2050mm、2030mm、1700mm热、冷连 续宽带钢，连续轧管，冷轧硅钢片（电工钢带）等现代化车间。到80年代，中国 已设计建设了门类比较齐全的轧钢厂。轧钢厂分类和组成新设计轧钢厂时要考虑产品的专业化和经济规模。轧钢 车间的个数不宜过多，产品品种不宜过分复杂。轧钢厂按产品种类可分为板带钢、 型钢、钢管、合金钢材和混合材等类型。板带轧钢厂 由一个中厚板车间和一个热轧带钢车间，或两个热轧带钢车 间组成。其后部工序的成品材车间可配置各种冷轧板

6、带钢车间和焊管车间。这类 厂便于配置冶炼、连铸系统，深加工产品多、用途广，吨材投资高，一般规模大 于 300 万 t / a。型钢轧钢厂由大型轨梁、H型钢、中小型钢、线材车间中的一个、两个或 多个车间组成，有的在上部工序设有供坯车间。线材车间后部工序可配置金属制 品车间。型钢轧钢厂生产各种类型的型材和线材，吨材投资低，适用于规模为1 00300万t/a的钢铁厂，单纯的型钢轧钢厂建得少。规模小于50万t/a的 型钢轧钢厂，可由一台电炉、一套炉外精炼设备、一台连铸机和一套棒材或线材 轧机的几个车间组成，生产建筑钢筋（材），产品就近销售。钢管轧钢厂由大、中、小型热、冷轧无缝钢管车间中的一个、两个或多

7、个车间组成，有的还设有供坯车间。这类厂生产各类无缝钢管，适用于规模小于100 万t/a的钢铁厂。合金钢材轧钢厂 通常由中小型棒材、线材或带材和供坯车间组成。这类厂 生产合金钢材，用于规模小于100万t/a的钢铁厂。也有专门生产不锈钢板、 电工钢带的轧钢厂，规模一般小于30万t /a。混合材轧钢厂由生产板、管、型材中两种以上的轧钢车间组成。这类厂生 产品种多，专业化程度低，在中小型钢铁厂建得较多。轧钢厂总图布置要点轧钢厂总图布置在于确定连铸（或初轧）车间与各成品 轧钢车间之间的位置。其布置原则包括：（1）适应工艺流程、地形、地质、全厂 总图布置和外部运输条件的要求；（2）热轧车间一般靠近炼钢厂（

8、连铸车间）和有 供坯关系的车间设置，以缩短运输距离，减少占地和管线铺设长度，争取实现直 接轧制或热装；（3）轧钢厂外部或车间之间的运输，一般采用火车、汽车或船只； 相邻车间之间可用辊道、运输链或专用小车；（4 ）产品质量要求高的成品车间尽 量布置在上风向。冷轧车间宜布置在热轧车间的上风向；（5）各轧钢车间可就近 单独设置或共用公用辅助设施，如变电站、水处理站等。其轧钢车间布置型式有顺列、并列和分列三种（图1）。顺列布置（也称串列 布置），用于初轧（开坯）车间和成品车间。并列布置（又称平行布置），其布置紧 凑、占地少、管线短、有利于共用公用辅助设施，广泛用于成品轧钢车间。分列 布置仅用于老厂改造

9、或运量很小的车间。图1轧钢车阿相互位置布豈型式应一顺列布置 b莽列布it申e务列布置车间设计规模和产品方案 车间设计的依据。设计时要适应市场需求，符合 供坯、供水、供电和总图运输等建厂条件，并结合轧机等设备性能，优化产品结 构，以获得经济规模。车间坯料选择 轧钢车间用的坯料是炼钢厂提供的连铸坯（钢锭）或上部工序 轧钢车间提供的钢坯。坯料选择包括坯料的种类、形状、尺寸、钢种、坯重等。 所选坯料应满足生产产品方案规定的全部产品的要求，符合本车间的生产工艺和轧机设备性能。车间工艺流程选择原则一般是：产品质量符合或高于技术标准；生产工序 少并尽量连续化；生产工艺流程最短；热轧车间尽量热装和直接轧制；工

10、艺技术 先进可靠；在满足生产要求的条件下，设备少、厂房面积小、消耗低；较好的劳 动条件和安全的生产环境；最低的投资和产品成本，经济效益好。车间轧钢机选择包括轧钢机选型及其布置型式选择。基本原则是：（1）保证 获得优良的产品质量；（2）满足对产品品种、规格、钢种和产量的要求；（3）充分 发挥设备效率，轧机负荷率合理；（4）能耗低，成材率高，技术经济指标好。轧钢机选型轧钢机有二辊、三辊、四辊和多辊等型式。轧制普通碳素钢小 型材和线材，常选用二辊轧机；轧制高碳钢和合金钢小型材和线材，常用平辊与 立辊相间布置的二辊轧机或三辊轧机；轧制大、中型钢常用四辊万能轧机、或二 辊、三辊轧机；轧制无缝钢管常用二辊

11、或三辊的平辊或斜辊轧机。轧制中厚板和 热、冷轧带钢常用四辊或六辊轧机；对于极薄带、不锈钢带和电工钢带常用六辊、 二十辊等多辊轧机。轧机机架有开口式、半开口式和闭口式。由于闭口式机架具有较高的强度和 刚度，产品精度较高，广泛用于轧制钢板、钢管和型材。各种高精度轧机（板型可控轧机），控制凸度、平直度的能力强，广泛用于中 厚板、薄板的轧制。短应力线轧机或预应力轧机，刚度大产品精度高，宜用于小 型材和线材轧制。轧钢机布置型式选择 轧机的布置型式有单机架式、横列式（分单列式和多列 式）、顺列式（分双机架式和越野式）、布棋式、半连续式和连续式等（图2）。可 根据具体条件优化选择其中的一种或几种。（1）横列

12、式布置。有单列式和多列式两种。轧件采用穿梭轧制或活套轧制。 每个机架可轧多道次，轧机少、设备简单、投资少，但轧制速度低、坯重小、生 产能力和成材率较低、产品质量较差，只用于低产量的开坯以及型钢和多品种、 小批量的合金钢生产。（2）顺列式布置和布棋式布置。顺列式布置有双机架式和越野式两种。顺列 式和布棋式布置的轧件只在一台轧机上轧制，每个机架轧叫蓖次（越野式和布棋 式）或多道次（双机架式），轧制速度逐架增加，生产能力较大，但轧制时间长、 温降大。双机架式广泛用于中厚板和重型H型钢等轧机的布置，越野式和布棋式 只用于中小型轧机的布置。岛羽3 孔钢机布置型式j-I &横列武蕈列h l，欖到式I歩列h

13、甘一，膜西式f凰机架A噸抑斗(輕年一韦常丸個一半建挂 2注淫式(3) 连续式布置。轧件在全部机架中轧制，轧制时间短、温降小、切头少、 生产效率高、能力大，但设备多、投资较大，广泛用于型材、线材和冷轧带钢轧 机的布置。(4) 半连续式布置。通常，粗轧机组为非连续式，精轧机组为连续式。半连 续式具有连续式的优点，且轧制道次灵活，设备少，轧线短，投资省，在一定条 件下，可与连续式媲美。轧机架数确定要考虑生产的品种、规格、钢种、产量、坯料尺寸、资金、 轧机速度及布置型式等。一般参照已投产的同类轧钢车间的实践经验，预选轧机 布置型式和轧机组成，编制轧制程序表，计算轧机生产能力，然后确定机架数。对于每架只

14、轧一道次的轧机，机架数不少于轧制道次，按下式确定：N 3 lgA*s/lg式中N为机架数；口g为由坯料到成品的总延伸系数；口P为各道次的平均 延伸系数。主传动电动机选择 主要是预选主传动电动机的型式、转速和容量。这些参 数受轧机的工作制度、产量、组成、性能和布置以及轧制的钢种、成品规格和原 料尺寸等因素的影响。轧钢机有调速和不调速两种。一般连续式、半连续式和可逆式布置要求调速； 顺列式、布棋式和单机不可逆式布置不要求调速；横列式布置一般不要求调速。 仅对那些轧件较长、咬入和轧制温度有严格要求的轧机（如大型轨梁轧机和一些 合金钢轧机）需要调速。不调速的轧机一般配用异步或同步交流电动机。调速的 方

15、式有直流、交流和差动调速三种。直流调速是传统调速方式、广泛用于轧机调 速。交流调速种类较多，具有节能、维护简便、飞轮力矩小、力矩范围大等优点， 应用日益增多。差动调速是一种以交流电机传动为主，用直流电机和差动齿轮配 合调速的一种机电调速方式，其调速范围较小，对电机功率和轧制速度有一定限 制，仅用于较小轧机的调速。根据生产工艺对轧制速度和轧制力矩的要求确定主电机转数，选择时要兼顾 轧制速度和力矩，最高转速与基速之比一般为22. 5。按计算法和经验对比法确定电动机容量。即根据轧制表计算出轧制压力和轧 制力矩，校验电机的发热和过载来预选电机容量。车间均热炉、加热炉和热处理炉选择（见轧钢车间均热炉设计

16、、轧钢车间加 热炉设计和轧钢车间热处理炉设计）。车间生产能力确定主要根据轧机生产能力确定。对于轧机与辅助设备分开 布置的车间车L机生产能力确定后，辅助设备的年生产能力不应小于轧机的年 生产能力；对于轧机和辅助设备在一条连续作业线上的车间，辅助设备的小时生 产能力不小于全部代表品种的轧机平均小时生产能力。已有现成轧机可供选择时，只需根据设计规模和产品方案核算所选轧机的负 荷率能否满足要求。确定轧机生产能力时要考虑能适应生产品种的变化，要留有 一定的富余能力。因此，轧机负荷率不宜过高，但也不宜过低，以免使生产费用 提高，造成浪费。一般，轧机负荷率宜为80%90%。当现成轧机的生产能力 稍差时，可适

17、当调整产品方案以适应轧机，使轧机能满足设计规模和规定的产品 方案要求；当核定的负荷率相差悬殊时，只能选用负荷量更大的轧机，或者设计 新的轧机。设计的轧机既要满足设计规模和产品方案的要求，又要留有适当的富 余能力。轧机负荷率计算确定各典型产品车间的小时生产能力之后，要核算年工作 小时，确定车间工作制度并计算轧机负荷率。（1）轧机小时生产能力计算。按产品方案选择若干具有代表性的产品，编制 轧制表（按理论计算法或能耗法，制订轧制道次、速度和温度制度等），计算出小 时生产能力。其计算公式为：-.3600 L 二A 式中A为某代表产品的轧机小时产量（按成品计），t/h；T为一根（卷）原料 钢坯（卷）的轧

18、制周期（节奏）时间，s； q1为一根（卷）原料钢坯（卷）的重量，t； k 1为轧机利用系数；k2为成材率。通常，当轧制线上辅助设备的小时生产能力大于轧机的小时生产能力时，可 用轧机的小时生产能力代表车间的小时生产能力；当辅助设备的小时生产能力小 于轧机的小时生产能力时，应以辅助设备的小时生产能力代表车间的小时生产能 力。（2）轧机完成设计年产量所需的年工作小时。其计算公式为：式中Tr为轧机完成设计年产量所需的年工作小时，h； Bn为某代表产品的 年产量，t； An为某代表产品的轧机小时产量，t /ho（3）车间工作制度和轧机计划年工作小时。车间工作制度分为连续工作制和 非连续工作制。连续工作制

19、是节假日（含星期日）不停工的三班工作制。非连续工 作制是节假日（含星期日）停工的一至三班的工作制。轧机计划年工作小时计算公 式为：T, - 24（A 一 Da） T,式中Tp为轧机计划年工作小时，h； D1为日历天数，d，D1=365d； D2为非 工作天数，包括法定节假日（连续工作制不计入此项），计划大修和计划检修天数, d； Ts为其他年停工时间，如生产准备（交接班、换辊、调整等）、事故、外部影 响的其他停工时间，ho（4）轧机负荷率。轧机完成设计年产量所需的年工作小时（Tr）与轧机计划年 工作小时（Tp）的百分比。即轧机负荷率=（Tr/Tp）X100%。轧机平均小时生产能力计算公式为：S

20、t式中Ap为轧机平均小时生产能力，t/h； an为某代表产品的年产量在总年 产量中的百分比，; An为某代表产品的轧机小时产量，t/ho车间平面布置包括主要生产设备的布置、主厂房尺寸的确定和辅助设施的 布置等。主要生产设备布置主要考虑：（1）生产工艺流程短且顺畅，工序之间衔接性 好；（2）各产品生产工艺流程自成体系，避免交叉；（3）品种多时，要以产量最大 的品种为主来布置生产工艺流程；（4）在满足生产工艺操作、检修、安全等要求 下，设备布置力求紧凑，适当预留发展用地；（5）适应全厂总图布置、地形、地 质和外部运输条件的要求；（6）合理安排桥式起重机、地面小车、叉车、辊道、 台架和运输链，方便车

21、间内部运输；（7）要考虑设置人行安全走道以及燃料、耐 火材料、轧辊、备品、工具、金属废料、废液、废渣和辅助材料等的运输通道。 （8）必要时可分两层布置，主要生产设备布置在离地面以上56m的第二层，大 部分辅助设施布置在地面一层上。主厂房尺寸确定主要包括厂房跨度和起重机轨面标高的确定。轧机和辅助设备跨间的跨度，主要根据设备的尺寸、布置以及换辊、检修， 运输通道和人行走道等尺寸确定，一般为1533m。原料和成品跨间的确定要根 据生产规模、坯料和成品长度以及堆料方式确定，跨度越大，面积利用效率越高， 一般为2442m，最大可达60m。起重机轨面标高主要根据设备安装和检修作业所需的最大高度、换辊作业高

22、 度、运输（设备和产品）和安全操作要求等确定。辅助设施布置包括：（1）操作室。可为地面式或高架式。操作室的设备、台 面标高和操作管辖范围，一般以能看清所操作的设备和轧件为宜。为了少占用生 产面积和避免碰撞，操作室要尽可能布置在起重机吊运区之外。（2）主电室。可 单设一跨，置于轧机跨间旁边，需配置大型起重机，有的也可设在轧机跨间内。 大厂的主电室面积大，可多层布置。（3）电气室。可设置在用电负荷中心的柱列 线区域。（4）计算机室。一般靠近被控制的轧机或设备布置。（5）仪表室。布置在 被检测设备附近，要避开震源。（6）轧辊间（用于轧辊车削或磨削等）。一般布置 在与轧机相对应，并靠近轧机的副跨间内，

23、要便于运送轧辊。现代化大型轧钢厂 换辊后，轧辊直接送到磨辊间。（7）稀油润滑站。一般布置在轧钢跨间轧机列传动侧，靠近人字齿轮机座和减速机。较大型的润滑站设在轧机传动侧的轧机附近 的地下润滑油库内。（8）液压站。应靠近用户设置。（9）空压站、铁皮沉淀池、水 处理站、水泵站等。一般设置在用户中心的主厂房外侧。（10）供酸、废酸处理和 废酸再生设施要靠近酸洗跨间布置。（11）调度室。宜布置在生产中心区。（12） 烟囱。加热炉烟囱一般布置在加热炉区厂房外侧，热处理炉的烟囱可从柱列之间 穿出厂房外布置。车间仓库面积和库存天数确定 车间仓库按其用途可以分为坯料库、中间品 库和成品库，按其建筑物结构形式有露

24、天、露天栈桥和带盖厂房三种，应根据产 品品种、气候等条件选择。仓库面积确定一般采用计算法，其计算公式为：r QdDq詞式中F为需要的仓库面积，m2； Q为每年进入仓库的坯料量（或中间品量或成 品量），t； D为规定的车间年工作天数，一般取290330d； d为存放天数；q2 为单位面积平均堆放量，要考虑堆放方式、钢材垛（卷）间距和通道等，t /m2； n为面积利用系数，要考虑起重机吊不到的面积和钢材装卸装置所占的面积等。仓库库存天数的确定包括坯料库、中间品库和成品库的库存天数确定。（1） 坯料库库存天数。要考虑供料车间的大修工期和库容量，一般取712d,有全 厂原料库的可酌减；现代工厂按市场订

25、货备料，坯料库容量也可酌减；本企业以 外供料的，根据距离远近和交通运输条件可适当增加。（2）中间品库库存天数。 要考虑热轧件冷却时间、上下工序生产能力的差额、再加工品的临时存放、品种 数量、工艺要求、下工序设备的故障等因素，一般为36d（3）成品库库存天 数。要考虑成品的品种、规格和批量以及用户提货状况、运输条件和成品检验时 间等，一般取715d。现代化工厂按市场订货生产，成品库存天数可酌减。车间起重机选择 包括起重机的型式、主要参数和台数的选择。起重机型式的选择轧机、辅助设备和辅助设施等跨间的检修、换辊用起重 机，一般选用带副钩的普通桥式起重机。原料、半成品、成品跨间，常选用带专 用吊具的桥

26、式起重机或采用门型、半门型、钳式、耙式、磁盘或其他型式的起重 机。起重机主要参数选择包括工作制度、起重量、起重机跨度、卷扬高度、驾 驶室位置和摩电道位置。（1）工作制度。坯料、半成品及成品等跨间的操作起重 机，采用重型工作制。轧钢、主电室、辅助跨间的换辊、安装、检修起重机，采用中型工作制。（2）起重量。安装、检修、换辊等起重机的起重量，要根据安装 检修的最重部件和更换的轧辊组合件的重量选择。原料、半成品和成品等仓库的 起重机的起重量，按钢材捆重（或卷重）和吊具重量决定。（3）起重机跨度。一般 小于厂房跨度1. 52m。（4）卷扬高度。除考虑轨面标高，还要考虑地坪以下物 件的起吊。（5）驾驶室位

27、置。通常设于起重机一端，不可驾设于加热炉等高温设 备上方。30m以上的大跨度或有特殊要求的跨间，可置于起重机中部或选用可移 动的驾驶室。驾驶室进门方向，以方便操作人员进出安全为原则。（6）摩电道位 置。通常，置于与驾驶室相对应的另一端。起重机台数选择 采用计算并给合类比的方法确定。其计算公式为：甘 （111咒480K= wt式中N为所需起重机台数；Tg为起重机每班的工作时间，min； K为起重机 作业系数，一般为0. 70. 8； W为每班需要的吊运次数；To为起重机吊运一 次的工作周期时间，min。车间公用辅助设施组成 轧钢车间的公用辅助设施由燃气、热力、供排水、 供配电、总图运输、机修、检

28、验、通风、电讯和生活福利等设施组成。这些设施 可在车间单独配置或几个轧钢车间共用，或全厂配置。车间主要技术经济指标包括生产规模、设备总重（含工艺设备和起重运输设 备）、装机容量（包括直流电动机、交流电动机和电热体）、主厂房面积、货物运 输量、年工作小时、轧机负荷率、人员、投资以及每吨产品的原料、燃料、动力 和材料的消耗。这些指标根据计算和参照类似车间的统计资料确定。发展趋势随着高新技术的发展，市场对钢材的品种、规格、性能和尺寸精 度的要求越来越高，轧钢厂设计将以提高产品质量、降低消耗为目标。主要包括：（1）采用接近成品规格的连铸坯，发展热装炉、直接轧制技术和实现工序连续化；（2）发展控制轧制、控制冷却及在线热处理，以提高钢材的性能，节约能源，降 低成本；（3）强化轧制设备刚度，改进轧机结构和控制设备，提高轧制精度，最 大可能地降低产品的尺寸偏差；（4）设置在线检测和探伤设备，实现生产过程全 盘自动化。