年产200万吨1700热轧带钢车间工艺设计

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1、河北联合大学轻工学院COLLEGE OF LIGHT INDUSTRY, HEBEI UNITED UNIVERSITY毕业设计说明书毕业设计说明书设计题目：年产设计题目：年产 200 万吨万吨 1700 热轧带钢车间工艺设计热轧带钢车间工艺设计 学生姓名：学生姓名： 学学 号号：专业班级：专业班级： 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 20 日日摘 要I摘摘 要要本设计为年产 200 万吨的 1700 多品种板带生产车间设计。本着多品种，多规格的原则制定了产品大纲，其中包括汽车大梁钢、船板钢、管线钢，汽车板用钢等，并以其为出发点，尽量从工艺上使

2、产品做到高质量、高附加值。根据产品规格和设计要求，确定轧机各主要部件的尺寸以及一些必要的工艺参数。本设计经过仔细比较，并结合现场使用情况，选用了 7 架 CVC 轧机，这对产品的板形控制起到了关键作用。对典型产品压下规程的设计包括压下量的分配、速度制度的确定、温度制度的确定以及力能参数的计算等等各方面参数的选定。再有就是校核轧辊与选择电机等问题，此外，本设计还对车间内的各种消耗和厚度控制等做了简要介绍。关键词：多品种；两架独立的可逆粗轧机；CVC 板形控制AbstractIIAbstractThis paper design for the work place which yearly pr

3、oduces 3 million tons various straps production. To the principle of more varieties and more specifications we develop a product program including automobile big joist steel, ship plate steel, pipe line steel, car plate steel and so on and taking it as the starting point make the products high grade

4、 and the high attachment value as far as possibl. According to product specifications and design requirements, we identify the major components of the mill size and the necessary parameters1. After careful comparison; combining with the field use situation we select seven CVC mills, which play a key

5、 role in the plate shape control of the product. The Drafting Schedule Design of the typical product is also includes reduction distribution, the speed system, the system of determining the temperature, calculating of the power parameters and parameters selected. Checking roll and choice electrical

6、are the key problems to normal production. In order to work smoothly, do not allow equipment full-load or overload of work for a long tinme. In addition, this design also made the brief introduction to each kind of consumption in workshop and thickness control2.Keywords: multiple products; two separ

7、ate reversible rolling mills; CVC plate shape control.目录III目录摘 要.IAbstract.II综 述.1第 1 章 引言.31.1 建厂依据 .31.2 产品大纲.31.2.1 原料规格选择.41.2.2 产品规格.41.2.3 钢种分类及比例.51.2.4 规格详细分类表.51.2.5 汽车板用钢介绍.7第 2 章 轧机设备比较与选择.112.1 轧钢机数量的选择 .112.1.1 道次选择.122.1.2 立辊选择.122.1.3 粗轧轧机.132.1.4 精轧机机组的选择.152.1.5 保温装置.18第 3 章 典型产品的压下

8、规程设计和辊型设计.203.1 压下规程设计 .203.1.1 坯料尺寸.203.1.2 粗精轧机组压下量分配.213.1.3 咬入能力校核.233.1.4 确定速度制度.233.1.5 轧制温度的确定.253.1.6 轧制压力的计算.263.1.7 计算传动力矩.283.1.8 轧辊辊缝和转速的设定.293.2 轧辊辊型设计 .30目录IV第 4 章 轧制图表与年产量计算.364.1 轧制图表 .364.1.1 研究轧制图表的意义.364.1.2 轧制图表的基本形式及其特征.364.2 轧钢机的产量计算 .384.2.1 轧钢机小时产量.384.2.2 轧机平均小时产量.394.2.3 轧钢

9、车间年产量计算.39第 5 章 轧辊强度的校核与电机能力验算.415.1 轧辊的强度校核 .415.1.1 支撑辊弯曲强度.425.1.2 工作辊的扭转强度校核.435.1.3 工作辊与支撑辊的接触应力校核.455.2 电机的校核.475.2.1 电机负荷图.475.2.2 主电机的功率计算.49第 6 章 辅助设备的选择.516.1 加热炉的选择 .516.1.1 步进式加热炉的发展.526.1.2 技术装备.536.2 除鳞设备的选择 .556.3 剪切设备的选择 .566.4 冷却设备的选择 .586.5 卷取机的选择 .586.6 活套支撑器 .59第 7 章 轧制工艺过程.637.1

10、 原料选择和加热 .637.1.1 原料选择.637.1.2 加热.647.2 钢的轧制过程 .65目录V7.2.1 除鳞.657.2.2 粗轧.667.2.3 精轧.677.3 轧后冷却及卷取 .68第 8 章 金属平衡与其他消耗.698.1 金属平衡 .698.1.1 烧损.698.1.2 切损.708.1.3 清理表面损失.708.1.4 轧废.708.1.5 加热、精整造成的缺陷以及钢号混乱所造成的损失.718.2 其他消耗 .718.2.1 燃料消耗.718.2.2 电力消耗.718.2.3 轧辊消耗.718.2.4 水的消耗.728.2.5 压缩空气消耗.728.2.6 润滑油消耗

11、.728.2.7 蒸汽消能.738.2.8 氧气消耗.738.2.9 耐火材料消耗.73第 9 章 板带精度控制.749.1 板带凸度的研究 .749.2 厚度控制 .769.2.1 压力 AGC 系统的动静态指标.779.2.2 压力 AGC 的研究和发展.779.2.3 新的压力 AGC 模型 RALAGC 模型.799.2.4 各种压力 AGC 列表分析.80结 论.81参考文献.82目录VI致 谢.83引 言1引引 言言最近十几年，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：典型的传统热带钢连轧机组，这种机组通常是 2 架可逆粗轧机，7 架精轧

12、机，2 台地下卷取机，年总产量 350550 万吨，生产线的总长度 400500m，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200250mm，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3。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，56架精轧机，12 台地下卷取机，生产线长度约 300m，年产量 200300 万吨。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)。新型的炉卷轧机机组，通常采用 1 台粗轧机，1 台炉卷轧机，12

13、 台地下卷取机，产量约 100 万吨，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。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 5090mm，产量 120200 万吨，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。国外发展的无头(半无头)

14、轧制技术，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。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，钢水在两个辊中铸成 56mm 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。现在热连轧机很多的技术发展依然集中在板形、厚度精度

15、、温度与性能的精准控制、表面的质量控制等方面，比如广泛使用的强力弯辊(WRB)系统、工河北联合大学轻工学院2作辊窜辊(HCW、CVC)和对辊交叉(PC)技术，工作辊的精细冷却、高精度的数学模型的不断改进等，都使热轧产品的质量不断提高。所有新建的轧机都有完善的检测技术和手段，如厚度、宽度、速度、凸度、平直度、表面等，使带钢的精度更高，质量更好平4。第 1 章 引言3第第 1 章章 文献综述文献综述1.1 建厂依据自 2011 年 5 月底以来，国际大宗商品期货价格大幅下跌，其中有关投资设厂所需的原材料，如钢铁，水泥，石油等的价格下降也十分明显。在这样的背景下，建厂成本将显著下降。但从长远来看，我

16、国的钢铁产能已经明显过剩，再加上以铁矿石为首的原料价格的定价权被主要的几个铁矿石生产企业所掌握，大大压缩了我国钢铁企业的利润空间。同时根据我国的经济政策，尤其是关于产业结构调整的相关文件，新建钢铁厂的审批难度将会有所加大。总的来说，随着我国汽车、家电、集装箱、输油(汽)管线、船舶制造等行业的迅猛发展，各类板材仍有较大的市场前景。与薄板坯连铸连轧相比，常规热连轧有其自身的优势。薄板坯连铸连轧技术晶粒较细，加上轧制的大压下，使产品硬度很高，不能按要求向冷轧供应强度低于 240MPa 的软带钢。1.2 产品大纲产品大纲是进行车间设计的主要依据，不同规格、不同品种、不同质量决定不同的生产工艺和设备选择

17、水平，即确定轧机形式和组成以及其他各项设备与水平。因而产品大纲是车间今后组织生产的依据，产品方案一旦确定，不但规定了车间的类型，同时也规定了车间生产品种的方向，产品大纲的主要内容包括：A、车间生产的钢种和生产的规模；B、各类产品的品种和规格；C、各类产品的数量和其在总产量中所占的比例等。所以编制产品方案时应注意以下问题：1. 满足国民经济发展对产品的需要，根据市场信息解决某些短缺产品的供应和优先保证国民经济重要部门对钢材的需要。2. 考虑各类产品的平衡，尤其是地区之间产品的平衡，要正确处理长远与河北联合大学轻工学院4当前，局部与整体的关系，做到供求适应，品种平衡，产销对路，布局合理。3. 考虑

18、轧机的生产能力的充分利用和建厂地区产品的合理分工。4. 考虑建厂地区资源的供应条件，物资和材料运输的情况。5. 要适应当前对外开放，对内搞活的经济形式需要，要使设计车间工艺与设备达到产品结构和产品标准的现代化，与国际标准接轨，为走向国际市场做好准备。本设计考虑以上几点，以唐山为基地，面向全世界，制定产品大纲如下：按照设计任务书，本车间设计年产 200 万吨/年。其中汽车板用钢 20%，优质钢 60%，管线钢 20%。1.2.1 原料规格选择板坯厚度：240mm板坯宽度：9001500mm板坯长度：12m1.2.2 产品规格带钢厚度：1.218mm 带钢宽度：9001500mm 钢卷内径：760

19、mm钢卷外径：10001950mm 钢卷重量：30t 单位宽度卷重：17kg/mm1.2.3 钢种分类及比例本车间的主要产品是汽车板用钢 IF 钢，其有自己的特性。介绍如下。IF 钢的特点是含碳量很低，加入 Ti和 Nb 之后，形成 Ti和 Nb 的 C，N 化合物，由于钢中无间隙原子，而使其具有优越的深冲性能。自 1949 年由 Comstcok 等人提出来之后，由于受当时冶炼水平的限制，钢中 C，N 含量较高，须加入的较多 Ti，而且价格昂贵，因此，在生产中受到了限制。20 世纪 60 年代，由于真空脱气技术在冶金生产中的应用，钢中 Ti含量可以降低到 0.01%以下，于是商用 Ti-IF

20、 钢面世，同时 Nb 在改善深冲性能方面的作用也被发现和应用。IF表表 1-1 钢种分类及比例钢种分类及比例钢种C 含量比例IF 钢C0.005%20%管线钢(X70，X80)C0.08%20%第 1 章 引言5优质钢-60%1.2.4 规格详细分类表表表 1-2 规格详细分类规格详细分类钢广泛应用于汽车制造业，尤其是汽车外板，内板，需要很好的深冲性能，以使其容易成型。深冲钢按冲压级别可分为：商用级(CQ)，普通冲压级(DQ)，深冲压级(DDQ)，特深冲压级(EDDQ)和超深冲压级(SUPER-EDDQ)，它们分别同深冲钢发展的几个阶段相对应。深冲钢的第一代产品的开发和应用，是 20 世纪50

21、，60 年代的普通沸腾钢，只能用于普通深冲件；低碳铝镇静钢为第二代产品，产生于 20 世纪 60，80 年代，具有较好的深冲性能；20 世纪 80 年代以后出现了以 IF 钢为代表的第三代超低碳超深冲钢。近年来在对 IF 钢的研究中发现，略微增加 Mn，P，Si 等元素的含量可以提高 IF 钢的机械性能，同时保持 IF 钢的良好的成型性能。Ti，Nb 和 B 也具有提高 IF 钢强度的作用，而钢板强度的提高对降低汽车自重，降低材料消耗有重要作用。因此，开发和应用高强度钢IF 成为深冲钢发展的新热点。深冲钢的技术特征主要反映在优良的成型性上，即高塑性应变比(r 值)，高均匀延伸率，低屈服强度，低

22、时效指数 AI，较高应变合计宽度mm厚度mm90010001001110011011200120113001301140014011500占比例产量1.21.52.84.47.21.56-8.0%15.961.512.09.527.729.24-14.2%28.462.13.010.0823.9620.4415.28-34.9%69.763.14.0-19.7611.9619.15.2-28.0%56.024.16.0-84.83.21.048.5%17.046.118.0-4.183.93.121.566.4%12.76占比例26.2%25.0%29.8%26.9%5.8%1.3%-合计产量

23、22.3850.1259.553.8811.522.6-200河北联合大学轻工学院6强化指数 n 值(n 值越高，板材成型加工过程中变形区材料强度越高，因此，变形越容易传播到邻近区从而使得变形趋于均匀化)。只有具备这些性能的钢材才能用于深冲复杂的汽车外壳及支撑筋板等零部件。IF 钢的特点是含碳量很低，加入 Ti和 Nb 之后，形成 Ti和 Nb 的 C，N 化合物，由于钢中无间隙原子，而使其具有优越的深冲性能。自 1949 年由 Comstcok 等人提出来之后，由于受当时冶炼水平的限制，钢中 C，N 含量较高，须加入的较多 Ti，而且价格昂贵，因 Ti此，在生产中受到了限制。20 世纪 60

24、 年代，由于真空脱气技术在冶金生产中的应用，钢中含量可以降低到 0.01%以下，于是商用 Ti-IF 钢面世，同时 Nb 在改善深冲性能方面的作用也被发现和应用 IF 钢广泛应用于汽车制造业，尤其是汽车外板，内板，需要很好的深冲性能，以使其容易成型5。70 年代石油危机以来，为了节约能源，国外汽车厂采取了一系列措施。其中之一就是大量开发高强度钢板用作车体达到“减重节能”，如冷轧含磷板、双相钢板等等。有资料表明：使用高强度钢板，厚度为 1.01.2mm，车身板可减薄至 0.70.8mm，车身重量减轻 15%20%，节油 8%15%。众所周知，由于强度和成型性是一对矛盾，随着强度的提高其成型性能下

25、降给加工带来困难，特别是对要求兼有高强度和高 r 值的零件，如汽车外覆盖件等，传统的以铝镇静钢为基的固溶强化钢系列很难满足要求。进入 80 年代后，由于冶金技术的不断发展，钢中的 C，N 含量可控制在很低的水平(C4010-4%，N3010-4%)，使高强度 IF(interstitialfree)钢的大批量生产成为可能，从而很好地解决了强度和成型性之间的矛盾6。下表是以铝镇静钢为基的固溶强化钢与高强度 IF 钢板的性能比较，从表 1-3 中可明显看出，在同样强度级别下，高强度 IF 钢具有高的 r 值、高的延伸率和低的屈强比。表表 1-3 铝镇静钢为基的固溶强化钢板和高强度铝镇静钢为基的固溶

26、强化钢板和高强度 IF 钢板的性能比较钢板的性能比较钢种级别MPaYP,MpaYS,MpaEL,%YP/TSNr340245372380.660.211.6370265402370.660.211.6390274421360.650.211.5铝镇静固溶强化钢440333470340.710.201.4340206353400.580.211.9370225382390.590.212.0390245412370.590.211.9高强度IF 钢440274461360.590.201.8第 1 章 引言71.2.5 汽车板用钢介绍随着高强度钢板的采用，汽车用钢板减薄，对钢板的防腐蚀性提出了更

27、高的要求，这就促进了高强度表面处理钢板的发展，特别是热镀锌钢板。目前，国外在高强度 IF 冷轧钢板的基础上又开发了一系列热镀锌高强度 IF 钢板(多为合金化热镀锌钢板)，它把 IF 钢的超深冲性、合金元素(P、Mn、Si 等)的固溶强化性和热镀锌的高耐蚀性三者融于一体，是一种理想的汽车用钢板，使强度深冲性耐蚀性达到较好匹配。但是由于热镀锌合金化工艺的特殊性，将造成成型性能的下降，表 1-4 是热镀锌镀层对 IF 钢性能的影响。因此和冷轧及热镀锌产品相比，为了获得高 n 值和高 r 值的合金化热镀锌钢板，必须对钢板的成分和工艺进一步优化。可以认为，能否生产这种钢板代表了一个钢铁企业的汽车用钢板的

28、生产水平。合金元素对钢板性能及热镀锌镀层的影响：同深冲 IF 钢一样，按微合金化元素种类的不同，高强度 IF 钢也分为三类，以 Ti-IF、Nb-IF 和(Ti+Nb)IF 为基的高强度钢。Ti-IF 钢虽然对生产工艺参数的变化不敏感，但力学性能的平面各向异性(r 值)大；Nb-IF 钢的平面各向异性小，但力学性能对生产工艺参数比较敏感，一般要采用高温卷取。近年来(Ti+Nb)IF 钢引起了人们的重视，其优点是：(1)力学性能对生产工艺不敏感，整卷性能均匀；(2)晶粒细化，降低钢的各向异性；(3)抗二次加工脆性好；(4)热镀锌合金化时，界面反应均匀，抗粉化性能较好，特别适合热镀锌用基板。以下的

29、讨论中所指的 IF 主要是(Ti+Nb)IF 钢。与深冲 IF 钢不同的是，高强度 IF 钢是在 IF 钢基础上又特意地加入一些固溶强化元素，而这些合金元素的加入势必对钢板性能和热镀锌镀层等带来一些影响，下面主要总结 340440MPa常用的合金元素(P，Si，Mn)。表表 1-4 热镀锌镀层对钢性能的影响热镀锌镀层对钢性能的影响镀层引起性能的改变热镀锌(Ti-IF)合金化(Ti-IF)合金化(Ti+Pb)-IFYP，MPa+2.8+4.1+3.5TS，MPa+3.5+5.5+6.2EL，%-0.1-0.28-1.9n-0.003-0.30-0.015r-0.10-0.56-0.291) P

30、的影响由于 P 是一种价格便宜而且强化能大的元素，每添加 0.1%的 P，强度可提河北联合大学轻工学院8高 77MPa(Si 提高 10MPa，Mn 提高 5MPa)；抗拉强度为 340400MPa 级的超深冲高强度钢板都离不开 P，其含量通常在 0.04%0.09%之间。然而在 IF 钢中由于 C，N 被固定，晶界清洁，P 向晶界偏析容易引起二次加工脆化，晶界处的P 含量可比基体中的 P 含量高 10 倍。为了防止 P 的晶界偏析，常采取的措施是加 B，它迁移到晶界，强化晶界并防止 P 的偏析，从而使脆性转变温度降低，如图 1.1 所示。但 B 有降低 r 值，提高再结晶温度的倾向，因此 B

31、 的含量不宜过高，一般在 1010%2010-4%之间。但 P 在提高强度的同时却使钢的 r 值降低，这主要是由于 P 含量的增加使111ND 取向织构减弱，100ND 取向织构加强造成的。图 1.1 加 B 与不加 B 时脆性转变温度和 P 含量的关系在热镀锌时，P 对镀层的相结构也有很大影响，特别是在合金化时，研究表明：P 虽然对钢板的浸润性没有多大影响，但它使合金化速度降低，抑制了合金化，如图 1.2 所示。进一步的研究表明，P 富集在表面和晶界上，加速了第一相的形核从而抑制了第二相的形成。图 1.2 P 含量与合金化时间的关系(700)2) Si 的影响Si 的强化能力仅次于 P，但在

32、浸镀性方面存在很多问题，故很少用于镀层第 1 章 引言9钢。这主要是由于 S 比 Fe 活泼，在热镀锌退火炉的直接燃烧加热段中，很容易在钢板表面形成一层 Si 的氧化物，在还原段中又不能彻底还原，从而形成了随机分布的岛状 Si 的氧化物，成为柱状组织的形核地，影响了镀层的附着力。当钢中的 Si 含量大于 0.3%时，镀层的附着力就会明显下降。Si 与 P 一样，使合金化反应显著推迟。3) Mn 的影响Mn 是比较贵重的元素，和 P，Si 相比强化效果低，提高同样的强度所需的量较大，其加入量通常在 0.2%1.6%之间，不能再高，否则会产生针状铁素体，使延伸率和 r 值急剧下降，但是用 Mn 强

33、化的 IF 钢对深冲脆性较不敏感。因此，强度级别在 390MPa 以上的多用 P，Mn 复合添加的方式，在添加 P 的钢中，Mn 会使再结晶开始温度降低。相对于 P，Si 来说，Mn 对镀层附着力的影响较小。但是，与 Si 一样，在退火时钢板表面也易形成一层富 Mn 的氧化物，由于这种不良影响不如 Si 那样明显，因而 Mn 常作为热镀锌高强度 IF 钢板的合金强化添加元素7。河北联合大学轻工学院10第第 2 章章 轧机设备比较与选择轧机设备比较与选择2.1 轧钢机数量的选择轧钢机是生产的设备，是完成金属轧制变形的主要设备，并且代表着生产技术的水平，造价极为昂贵。而且，轧钢机架的选择对车间生产

34、和投资有着非常大的影响，轧机多投资大，轧机过少，压下大，轧制稳定性差，难于控制。带钢轧机为平辊轧制，轧制力大，为了能控制良好板型，机架必须有较大的刚度，轧辊应有较大的抗弯挠度。以往粗轧为二辊轧机，尽管直径较大，但挠度还是较大，不能满足凸度控制要求。四辊轧机作为粗轧，又有工作辊辊径偏小，带来新的咬入问题。当选用中薄板坯或薄板坯后，绝对压下量大大减少，这一问题自然消失，所以现代板带轧机得粗轧与精轧都是四辊轧机。轧钢机选择的主要依据是：车间生产的钢材的钢种，产品品种和规格，生产规模的大小以及由此确定的产品生产工艺过程，对轧钢车间设计而言，轧钢机选择的主要内容是：确定轧钢机的结构形式，主要技术参数，选

35、用轧钢机的架数以及布置形式。在选择轧钢机时一般要注意考虑以下各项原则：在满足产品方案的前提下，使当前轧钢机组成合理，布置紧凑或为控制轧制及增加轧机留有余地；粗精轧轧制节奏时间接近相等，有较高的生产效率和设备利用系数；选择轧机能力和电机能力较大，保证大纲内产品生产顺利，易于控制操作，并获得质量良好的产品，也为更难品种生产留有余地；备品备件更换容易，并利于实现备品备件的标准化(如精轧前四架一样)；禁绝使用不成熟技术。下面比较几种轧制工艺：1)常规连轧工艺常规连轧工艺通常是采用 200250mm 厚板坯为原料，经过多机架连轧出1.2525mm 厚成品板带。常规连轧工艺又可分为全连轧工艺、3/4 连轧

36、工艺、半连轧工艺和炉卷工艺几种，目前以 3/4 连轧和半连轧工艺居多。常规板带轧制工艺已成熟，基本上实现了计算机在线控制下的高速化、连续化、大型化和高精度，在控制产品质量上，实现了在线板形、板厚和板宽的自动控制。这种常第 2 章 轧机设备比较与选择11规连轧工艺经济规模多在 200400 万 t/a。其优势是生产规格灵活、适应面广、高质量、高产量、多品种，但设备投资大8。2)薄板坯连铸+连轧工艺这种工艺在生产周期短、轧线占地少、减少投资，普钢带卷生产成本比常规工艺更有优势，一直得到世界钢铁界普遍关注，特别是美国的纽柯公司的薄板坯连铸连轧生产线 1989 年投产以来，在世界上掀起了采用新工艺热潮

37、，标志板带生产工艺进入又一崭新阶段，但该工艺吨钢投资比并不少，而且对钢水要求很高，浇铸钢种有限，本质细晶粒，适合超细晶钢类的产品生产，不适合用作冷轧的原料。压缩比小，许多钢种、规格受到限制。3)直接铸轧成成品宽带钢工艺本工艺是由日本金属与德国克虏伯公司联合开发成功的，1993 年在日本新日铁光厂正式投产。其采用电炉钢水直接铸轧成 1.65mm(厚)8001220mm(宽)带钢，代替常规连轧工艺。该工艺已铸轧出 SUS-304 不锈钢带及低碳钢带，用这种工艺生产的带钢既可作为成品销售，据报道可作为冷轧原料。4)采用常规连铸坯的紧凑式热轧带钢工艺(SCHSM)2.1.1 道次选择为简化连铸生产，前

38、面已经选择单一坯料(厚度 240mm)，由产品大纲已确定的典型厚度(2.3mm)可得最大总延伸系数如下： (2.1)104=240/2.3=F/Fn0选择42. 1p总轧制道次 =13 (2.1)plglgn取13道次。选定粗轧6道，精轧7道9。2.1.2 立辊选择由于连铸坯宽度不易改动，但产品宽度要求有些不同。为能少量控制坯料宽度，在粗轧之前一般配置立辊轧机 E1 进行侧边压下。E1 安装在 R1 粗轧机身前面，配有液压缸，主要用于控制宽度和边部质量加工，主要参数如下宽度压下量：最大 50mm(25mm/边)河北联合大学轻工学院12轧制力：最大 300 吨轧制速度：最大 22r/min主传动

39、电机：2-AC88KW0-150r/min 成对的水平电机 轧辊开口度：最大 1600mm，最小 800mm轧辊调整速度：通过液压缸调整，30mm/s轧辊调整装置：四个液压缸驱动轧辊：最大 764mm，最小 680mm，辊身长 500mm：立辊压下小，延伸极少，主要是边端双鼓形。故延伸计算时不予考虑。2.1.3 粗轧轧机1)全连续式全连续式轧机粗轧机由 56 个机架组成，每架轧制一道，全部为不可逆式，大都采用交流电机传动。这种轧机产量可高达 400600 万 t/年，适合于大批量单一品种生产，操作简单，维护方便，但设备多，投资大，轧制流程线或厂房长度增大。粗轧机组的利用率不是很高，或者说粗轧机

40、生产能力与精轧机组不相平衡。2)半连续式半连续式轧机有两种形式：图 2.1(c)粗轧机组由一架不可逆式二辊破鳞机架和一架可逆式四辊机架组成，主要用于单一生产成卷带钢。由于二辊轧机破鳞效果差，故现在已经很少采用。图 2.1(d)粗轧机组是由两架可逆式轧机组成，主要用于复合半连续轧机，设有中厚板加工线设备，既生产板卷，又生产中厚板。这样半连续式轧板粗轧阶段道次可灵活调整，设备和投资都较少，故使用于产量要求不高，品种范围又广的情况。但是经实践证明，这种形式轧出的中间坯有一定的缺点，不能很好的保证中间坯的厚度和凸度。3)3/4 连续式为了充分利用粗轧机，同时也为了减少设备和厂房面积，节约投资，而广泛发

41、展了一种 3/4 连续式新布置形式，它是在粗轧机组内设置 l2 架可逆式轧机，把粗轧机由六架缩减为四架。对绝大多数产品，轧机的薄弱环节不是在粗轧机组，3/4 连轧机已能够满足精轧能力的要求。3/4 连轧机的可逆式轧机可以放在第二架，也可以放在第一架，前者优点是大部分铁皮已在前面除去，使辊面和板面质量好些，但第二架四辊可逆轧机的换辊次数比第一架二辊可逆式要多二倍。这种形式最大的优点就是后边的两架四辊轧机，这两架轧机很好的控制了中间坯的参数。使中间坯的厚度，凸度等重要的指标得到了很大的改观。轧机第 2 章 轧机设备比较与选择13所需设备少，厂房短，总的建设投资要少 5%一 6%，生产灵活性也稍大些

42、，但可逆式机架的操作维修要复杂些，耗电量也大些。对于年产 200 万吨左右规模的带钢厂，采用 3/4 连轧机一般较为适宜。河北联合大学轻工学院14图 2.1 粗轧机组轧制六道次的典型布置形式4)两架独立可逆四辊轧机本次设计的形式属于半连续式，与上图不同的是都是四辊可逆轧机，随着制造轧机技术的提高，本设计的第一轧机的作用相当与3/4连轧中的二辊轧机和四辊轧机，先对板坯进行大压下。后边的轧机则是控制中间坯的厚度，凸度等。为后边精轧减轻了负担。有足够的能力轧出板形，凸度要求很高的汽车板用钢。本设计的粗轧机，驱动主要由调速电机，减速机齿轮机座及轧钢机接轴构成。两架粗轧机参数一样，粗轧机详细资料：R1

43、四辊轧机用途：按工艺要求将板坯轧制成规定厚度的中间坯。技术参数型式：四辊可逆式轧机，轧机压下采用电动压下+液压 AGC最大轧制压力：55000kN轧机最大开口度：270mm工作辊直径：1200工作辊辊身长度：1700mm肖氏硬度：HS69-75支撑辊直径：1550支撑辊辊身长度：1700mm肖氏硬度：HS65-71最大轧制力矩：23715.7kNm(2.5 倍过载)主电机：N9500kW，AC，二台轧制速度：1/5.34m/s2.1.4 精轧机机组的选择当今新型热带轧机主要有：HC 轧机、CVC 轧机、PC 轧机等。现在介绍如下：1)HC 轧机(High Crown Control Mill)

44、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，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。第 2 章 轧机设备比较与选择15HC 轧机的主要特点：(1)具有大的刚度稳定性。(2)HC 轧机具有很好的控制性。(3)HC 轧机由于上述特点因而可以显著提高带钢的平直度，可以减少板、带钢边部变薄及裂边部分的宽度，减少切边损失。(4)压下量由于不受板形限制而可适当提高。2)CVC(Continuously Varia

45、ble Crown)轧机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

46、达到所要求的板形。图 2.2 CVC 轧制原理图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。CVC 轧机的缺点是：轧辊形状复杂、特殊、磨削要求精度高，而且困难，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。3)PC(Paired Crossed Mill)轧机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。PC 轧机的缺点：轧机牌坊加工复杂，开出四个螺母孔，减少轧机立柱刚度。轴

47、承座由牌坊窗口平面约束变成螺丝端头点接触，在高压高速时稳定性下降。河北联合大学轻工学院16轧制结构复杂，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。而且轧制结构复杂，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，鉴于以上比较，本设计为：七架四辊精轧机纵向排列，间距为 6m；F1F7均为 CVC 轧机，并配有正弯辊系统。所有机架均设有 AGC 系统；工作辊轴承为四列圆锥滚动；平衡快中安装工作辊平衡缸。支撑辊采用油膜轴承并有静压系统；轧机工作侧工作辊轴承座配有加紧装置，用于保证轧制过程中辊系的稳定，为了保证轧制线水平，上下支撑辊轴承座上(下部)

48、装有调整垫进行补偿。F6F7 装有 ORG 系统用于工作辊表面的磨削；轧机进出口安装有上下导板及卫板；为保证带钢平稳输送 F7 轧机出口安装有机架辊。轧机出口侧均安装冷却水管，工艺润滑装在进口上下刮水板架上，除尘喷水安装在每个机架的出口侧。精轧机组：型式：七架，四辊不可逆式带钢连轧机组板形控制方式：CVC 轧机工作辊弯辊轧辊尺寸：工作辊：(F1F4)850/765mm(直径)1700mm(辊身长度)(F5F7)760/685mm(直径)1700mm(辊身长度)材质：高铬合金铸铁肖氏硬度：HS70-75支撑辊：1600/1440mm(直径)1700mm(辊身长度)材质：锻钢肖氏硬度：HS6571

49、 轧制力：F1F3 40000kNF4F6 40000kN开口度：50mm(最大辊径时)工作辊窜辊行程：150mm工作辊弯辊：1500kN(F1F7)主电机：F1 AC9500 kW150/340 r/minF2 AC9500 kW150/340 r/minF3 AC9500 kW150/340 r/minF4 AC8500 kW150/340 r/minF5 AC8500 kW300/650 r/minF6 AC8500 kW300/650 r/minF7 AC8500kW300/650r/min第 2 章 轧机设备比较与选择17AGC 液压缸：机架 F1F7AGC 液压缸：2 套/机架AG

50、C 力：19.6MN(2000t/液压缸)液压缸内径有效行程及压力：1000mm265mm 最大 30.9MPa(315kg/cm)液压缸速度：约 3mm/s传感器：磁尺(2 套/液压缸)2.1.5 保温装置1)保温装置的概述保温装置位于粗轧与精轧之间，用于改善中间带坯温度均匀性和减小带坯头尾温差。采用保温装置，不仅可以改善进精轧机的中间带坯温度，使轧机负荷稳定，有利于改善产品质量，扩大轧制品种规格，减少轧废，提高轧机成材率，还可以降低加热板坏的出炉温度，有利于节约能源。常用的保温装置主要有保温罩和热卷箱，其共同的特点是不用燃料，保持中间带坯温度。但设备结构大相径庭，迥然不同。分别叙述如下：保

51、温罩：布置在粗轧与精轧机之间的中间辊道上，一般总长度有 5060m，由多个罩子组成，每个罩子均有升降盖板，可根据生产要求进行开闭。罩子上装有隔热材料，罩子所在辊道是密封的。中间带坯通过保温罩，可大大减少温降。热卷箱：布置在粗轧机之后，飞剪机之前，采用无芯卷取方式将中间带坯卷成钢卷，然后带坯尾部变成头部进入精轧机进行轧制，基本消除带钢头尾温差。采用热卷箱，不仅可保持带坯的温度，而且可大大缩短粗轧与精轧之间的距离。热卷箱的优点有：(1)减少中间坯头、尾温差，确保带钢轧制温度；(2)均衡整体中间带坯的轧制温度，稳定精轧机的轧制负荷，从而提高轧制过程的稳定性，以确保成品精度；(3)缩短粗轧机至精轧机之

52、间的距离，节约工程投资；(4)热卷箱还具有挽救带钢报废的功能；(5)进一步消除中间带坯表面的氧化铁皮。热卷箱在卷取和反开卷过程中，可使粗轧阶段产生的二次氧化铁皮得以疏松，从而起到机械除鳞的效果。热卷箱也存在一些不足之处：(1)对带坯横向温度控制不是特别理想，横向温差可达40。河北联合大学轻工学院18(2)带钢出末架精轧机速度一般小于12m/s，限制了生产线的产量。(3)对于管线钢不能降低精轧机功率，不可实现恒速轧制，不能减少精轧机数量10。卷取箱选用的依据：(1)产量没有太高的要求；(2)对温度敏感性高的产品一般要选用卷取箱，如不锈钢；(3)轧制线长度受限制时可选用卷取箱。2)保温装置的选择本

53、设计考结合在首钢京唐公司的实际生产情况，综合考虑两种保温设备的特点，选用保温罩进行保温11。第 3 章 典型产品的压下规程设计和辊型设计19第第 3 章章 典型产品的压下规程设计和辊型设计典型产品的压下规程设计和辊型设计3.1 压下规程设计板、带轧制压下规程是轧制速度的基本核心内容，直接关系着轧钢机的产量和产品的质量。压下规程的中心内容就是确定出由一定的板坯轧成所要求的成品的变形制度，也就是确定轧制方法、轧制道次和每道压下量的大小，在实际操作中就是要确定各道次压下螺丝的升降位置，也就是辊缝的开度。与此相关联的，还要涉及到各道次的轧制速度、轧制温度及前后张力制度的确定及原料尺寸的合理选择，因而广

54、义的来说，压下规程的制定也应当包括这些内容。制定压下规程的方法很多，一般可以包括为理论方法和经验方法两大类。理论方法就是从充分满足前述制定轧制规程的原则要求出发，按预设的条件通过理论计算或图表方法，以求最佳的轧制规程。这当然是理想的和科学的方法。但是，在实际生产中由于变化的因素太多，特别是温度条件的变化很难预测和控制，因此虽事先按理想条件经理论计算确定了压下规程，但在实际中往往并不可能实现。因而在人工操作时就只能按照实际变化的具体情况，凭操作人员的经验随机应变地处理。这就是说，在人工操作条件下，即使花费很大力气把合理压下规程制定出来了，却也不可能按理想的条件得到实现。只有在全面计算机控制的现代

55、化轧钢机上，才有可能根据具体变化的情况，从上述原则和要求出发，对压下规程进行在线理论计算和控制。通常在板带生产中指定压下规程的方法和步骤：1)在咬入能力允许的条件下，按经验分配各道次压下量，这包括直接分配各道次绝对压下量或压下率、确定各道次压下量，分配率及确定各道次能耗负荷分配比等各种方法；2)制定速度制度，计算轧制时间并确定各道次轧制温度；3)计算轧制力、轧制力矩及总传动力矩；4)校验轧辊等部件的强度和电机功率；5)按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进 。3.1.1 坯料尺寸本设计为热轧带钢生产线，坯料规格如下：河北联合大学轻工学院20板坯厚度：240mm板坯宽度：900150

56、0mm板坯长度：12m3.1.2 粗精轧机组压下量分配1)粗轧机的压下量分配的基本原则根据板坯尺寸、轧机架数、轧制速度以及产品厚度等合理确定粗轧机组总变形量及各道次压下量，其基本原则是：(1)由于在粗轧机组上轧制时，轧件温度高、塑性好、厚度较大，故应尽量利用此有利条件采用大压下量轧制。考虑到粗轧机组与精轧机组之间的轧制节奏和负荷上的平衡，粗轧机组变形量一般要占总变形量的7080%。粗轧机组道次最大压下量主要受轧辊强度的限制。(2)为保证精轧机组的终轧温度应尽可能提高粗轧机组轧出的带坯温度。因此一方面应尽可能提高开轧温度，另一方面尽可能减少粗轧道次和提高粗轧速度，以缩短延续时间，减少轧件的温降。

57、(3)为简化精轧机组的调整，粗轧机组轧出的板厚的范围应尽可能小，并且不同厚度的数目也应尽可能减少。2)精轧机的压下量分配的基本原则精轧机组的主要变形是在5、6、7架连轧机上将粗轧带坯轧制成板形、尺寸符合要求的成品带钢，并且需要保证带钢的表面质量和终轧温度。精轧机连轧机组的压下量基本分配原则：一般也是利用高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几架，在后几架轧机上为了保证板形、厚度精度及表面质量，压下量逐渐减小。为保证带钢机械性能防止晶粒过度长大，终轧即最后一架压下率不低于10%，此外，压下量分配应尽可能简化精轧机组的调整和使轧制力及轧制功率不超过允许值。依据以上原则精轧机逐架压下量的分配规律为：F

58、1可以留有余量，即考虑到带坯厚度的可能波动和可能产生咬入困难等，使压下量略小于设备允许的最大压下量，中间几架为了充分利用设备能力，尽可能给以大的压下量轧制；以后各架，随着轧件温度降低、变形抗力增大，应逐渐减小压下量；为控制带钢的板形，厚度精度及性能质量，最后一架的压下量一般在1015%左右。精轧机的总压下量一般占全部的1030%。此外，也要参考现场生产的资料数据。3)压下量的计算典型成品板带厚度为3.0mm。轧件在变形前、后的厚度之比，本文称之厚度减第 3 章 典型产品的压下规程设计和辊型设计21缩系数，用符号表示，道次厚度减缩系数为(式中下标“i”为道次序数)：HKHiK (i=1，2，3n

59、) (3.1)iiHiHHK/1总厚度减缩系数为：HK (3.2)HnHHnHKKKHHK210式中H0为坯料厚度(mm)；Hn为末道次或成品的厚度(mm)。各道次的KHi的数列或与之对应的Hi数列，构成一个压下规程。Hi数列由下式计算得出： (3.3)HiiiKHH/1数列的计算式为：HiK (3.4)HinKKHpiHi21式中H为等差数列的公差，一般取0.0050.05；表表 3-1 粗轧机组各道次压下量粗轧机组各道次压下量道次序号道次修正系数 厚度减缩系数 KH入口厚度H/mm压下量H(mm)压下率(%)0H=0.02=1.360HpK240-R10.861.2772405522.9R

60、20.881.3951855630.5R30.891.3871295240R40.901.367772937.9R50.911.360481428.4R60.921.35134926.0表表 3-2 精轧机组各道次压下量精轧机组各道次压下量入口厚度压下量道次序号道次修正系数 厚度减缩系数 KHH/mmH(mm)压下率(%)F10.981.41025729.0F20.981.546186.435.5F311.45411.63.631.2F411.3208.01.924.2F511.2826.11.322.0F611.2584.81.020.5F711.2403.80.719.3为平均厚度减缩系数

61、：HpK河北联合大学轻工学院22 (3.5)nnHHpKK121/为道次修正系数，它是根据实际设备条件和工艺要求而凭经验选取的系数：in为制道次。根据式3.5计算粗精轧机组各道次压下量如表3-1：3.1.3 咬入能力校核热轧带钢时候咬入角一般为15度到22度，低速咬入时候可以取20度。按 (3.6)cos1 (maxDh公式式中：各道次的压下量/mm；h各道次轧辊的直径/mm；D各道次的咬入角/。对粗轧及精轧的最大值进行验算。咬入没有问题。h3.1.4 确定速度制度由于板坯较长，为操作方便，根据经验资料，第一道速度可取 1.5m/s，由于粗轧 6 个道次，轧制以后道次时轧件的延长很大，这样温降

62、很大，所以适当加大轧制速度。时间间隔取 3s，两架粗轧机的距离为 105m，第三四道次之间的时间为，轧制时间为:13.3=/5（38.4-105（(107.15s=13.3+25.5+18.6+12.8+9.2+7.75+8+431）粗轧延续时间表表 3-3 粗轧轧制时间粗轧轧制时间道次(粗轧)轧后厚度240mm压下量 hmm轧制速度m/s轧制时间s1185551.582129562.07.75377522.59.2448293.012.8534143.518.662594.025.52)精轧速度制度的确定第 3 章 典型产品的压下规程设计和辊型设计23确定精轧速度制度包括：末架的穿带速度和最

63、大轧制速度；计算各架速度及调速范围；选择加减速度等。精轧末架的轧制速度决定着轧机的产量和技术水平。确定末架轧制速度时，应考虑保证各主要设备和辅助设备生产能力的平衡；轧制带钢的厚度及钢种等，一般薄带钢为保证终轧温度而用高的轧制速度；轧制宽度大及钢质硬的带钢时，应采用低的轧制速度。本设计把终轧速度设定为25m/s。其他各架轧制速度的确定：当精轧机末架轧制速度确定后，根据连轧条件秒流量相等的原则，根据各架轧机出口速度和前滑值求出各架轧制速度。即由 (3.7)Cvhvhvhnn2211速度的计算：已预设末架出口速度为25m/s由经验向前依次减小以保持微张力轧制(依据经验设前一架出口速度为后一架入口速度

64、的95%)依据秒流量相等得： (3.8)smHhVVhH/1 .227 . 1/5 . 125/7777 (3.9)smVVHh/0 .211 .2295. 095. 076根据式3.9可依次计算得：表表 3-4 各机架轧机出口速度各机架轧机出口速度道次F1F2F3F4F5F6F7VH(m/s)1.42.247.111.316.222.1Vh(m/s)2.13.86.710.715.421.0253)精轧机组轧制延续时间精轧机组间机架间距为6米，各道次纯轧时间为Tzh=(240mm12m)/(1.5mm25m/s)=76.8s间隙时间分别为t12=6/2.1=2.86s；t23=6/3.8=1

65、.58s；t34=6/6.7=0.90s；t45=6/10.7=0.56s；t56=6/15.4=0.39s；t67=6/21.0=0.29s。则精轧总延续时间为： (3.10)stTjzh38.83各架轧机的速度的确定除应满足连轧关系外，还应具有较大的调速范围，以满足不同品种的要求。由经验数据可知末架极限速度为 7.6m/s30m/s，系数为 1.2。计算得各道次轧制温度为表 3-5：河北联合大学轻工学院24表表 3-5 各道次轧制温度各道次轧制温度道次F1F2F3F4F5F6F7速度范围(m/s)1.2225.343.08.04.514.06.019.07.5627.07.6363.1.5

66、 轧制温度的确定1)粗轧温度的确定为了确定各道次轧制温度，必须求出逐道次的温度降。高温轧制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可大致与变形功所转化的热量相抵消。由于辐射散热所引起的温度降在热轧板带时可按式3.11计算： (3.11)41)1000(9 .12ThZt 式中:Z辐射时间即该道次轧制延续时间前一道的绝对温度1Th前一道的轧出厚度由于轧件头部和尾部温度降不同，为设备安全考虑，确定各道次温度降时以尾部为准。根据板坯加热温度定为1200，出炉温度降取1180，粗轧前高压水除磷温度降为20，故确定开轧温度为1160，带入公式依次得各道次轧制温度：表表 3-6 各道次轧制温度各道次轧制温度道次R1R2R3R4R5R6T()1158115411431134110910612)精轧机组温度确定粗轧完得中间板坯经过一段中间辊道进入热卷取箱，再经过飞剪、除鳞机后，才进入精轧取中间辊道和热卷箱温降为 30，高压水除鳞温降 30，所以，进精轧的温度为：T1=1061-60=1001，大约 1000。， (3.12) 1(00iihhCttnnnhhhttC00)(式中：t