毕业设计（论文）年产300万吨热轧带钢厂车间设计

年产300万吨热轧带钢厂车间设计40板带钢是钢铁产品的主要品种之一，广泛应用于工业，农业，交通运输和建筑业。宽带钢在我国国民经济中的发展中需求量很大。世界各国近年来都在注重研制和使用连铸连轧等新技术和新设备来生产板带钢。本设计是年产300万吨的热轧板带钢车间工艺设计。产品规格为：1200*2.0mm。所用钢种为：普碳钢、合金结构钢、不锈钢。论文主要内容包括：原料的选择、生产工艺的制定、典型产品工艺计算、主要设备和辅助设备的选择，并且对主要设备（轧辊和电机）的能力进行了校核，对车间主要经济指标、生产车间布置和环境保护，进行了设计和规划目录摘要I目录II第一章 绪论11.1.前言11.2.热轧工艺装备技术现状11.2.1薄(中，厚)板坯连铸连轧工艺21.2.2 板形、板厚控制技术在新生产工艺中的应用31.3 除鳞技术的发展31.4热轧工艺装备技术发展目标31.4.1我国热轧带钢生产应做到以下几点：31.4.2热轧工艺装备的发展趋势及特点可以总结为以下几点。41.4.3热轧无头轧制及薄规格轧制技术41.5热轧工艺装备关键技术51.5.1无头轧制( EndlessWelding Rolling)51.5.2 ASR 技术51.5.3CVC(continuously variable crown）技术61.5.4在线制造61.5.5现代建模方法6第二章 产品方案及主要设备72.1坯料72.1.1产品规格72.2产品方案72.3金属平衡表8第三章 生产设备的选择93.1主要设备选择93.1.1板坯宽度侧压设备103.2粗轧机123.2.1.粗轧机布置形式及数量的选择123.2.2粗轧机的各种参数143.3 保温装置153.3.1保温装置的概述153.3.2保温装置的选择173.4 精轧机173.4.1.精轧机布置形式及数量的选择173.5压下装置193.6 活套装置20第四章 典型产品压下规程214.1 各道次出口厚度及压下量的确定214.1.1 粗轧机的压下量分配原则214.1.2 精轧机的压下量分配原则224.1.3综合分析224.2 轧机咬入的校核234.3 确定轧制速度制度234.3.1 粗轧机速度制度244.3.2 精轧机速度制度254.4 确定轧制温度制度254.4.1 粗轧各道次温度确定264.4.2 精轧各道次温度确定274.5 轧制力的计算和空载辊缝的设定274.6 轧制力矩的计算284.7动力矩的计算304.8 层流冷却对温度的控制及大致的冷却速率的确定31第五章 轧辊强度和主电机能力的校核315.1 轧辊强度的校核315.1.1支撑辊的校核325.2电机的选择33第六章 辅助设备的选择346.1 加热炉的选择346.1.1 炉子尺寸的确定346.1.2 炉子数量的确定356.1.3 加热能力的确定366.2 除磷装置的选择366.3 剪切设备的选择366.4 带钢冷却装置376.5 卷取设备的选择37第七章 年产量的计算387.1轧钢机年产量的计算387.2平均小时产量计算公式397.3 轧钢车间年产量的计算39第八章 结论40第一章 绪论1.1.前言随着我国国民经济的快速发展，城市化步伐的加快以及汽车产业的推动，钢材需求日益增长。在工业发达国家中，热连轧带钢以占板带钢总产量的80%左右，占钢材总产量的50%以上，因而在现代轧钢生产中占着统治地位。在这种形势下，由于热轧带钢产品用途广泛，国内已相继建设了上百条热轧带钢生产线以适应市场需求。随着企业的发展，对钢铁产品生产集约化、节能减排和调整产品结构的需求日益增加，有必要对以往传统的生产工艺进行优化，这既是热轧带钢产品继续不断发展、提高生命力的需要，又能够满足市场对高品质、高附加值、低成本、低能耗热轧带钢产品的需求。1.2.热轧工艺装备技术现状在国家调整振兴装备制造业政策的指引下，我国冶金机械及其自动化领域的发展迅速，冶金设备及自动控制系统总体上实现了由仿制向创新的转变，冶金装备自主集成和冶金装备的科学技术研究都取得重要进展。突出表现在大型宽厚板轧机基本实现了国产化，板带钢热、冷连轧机组的自主研制也开创了新局面，常规的大型热、冷连轧机组成套设备基本实现自主化。近年来，我国钢铁行业大型冶金成套装备工程建设成绩突出。其中，典型的大型热连轧成套设备有：鞍钢1780mm、武钢1580mm、邯钢2250mm、天铁1750mm、北台钢铁1780mm、建龙钢铁1780mm、鞍钢2150mm、迁安钢铁1250mm、莱钢1500mm等薄板热连轧成套设备。而且还出口1800mm、2250mm 薄板热连轧成套设备到印度波兰等国。热轧中宽带钢生产线也实现国产化。目前全国已有十几条中宽带生产线投产，以北台钢铁公司的850mm 中宽带钢生产线和川威钢铁公司的950 中宽带钢生产线为主要代表。传统的热连轧新技术，包括无头轧制技术、连铸板坯热送热装和直接轧制技术、铁素体轧制技术、热轧工艺润滑技术、自动化控制技术等得到了广泛应用和更深入研究。传统热连轧机分为粗轧和精轧两部分，使用的板坯厚度一般大于180mm，最小产品厚度为1.2mm。近年来传统热连轧新技术、新装备的出现推动了炼钢一连铸一轧钢生产的一体化，加速了钢铁生产向连续化、低成本和高质量方向发展，扩大了传统热带轧机的轧制范围，可批量生产0.8mm 的超薄带钢。先进的传统热连轧生产技术，是传统热连轧机组改造和发展关键.此外，对板带组织结构以及轧制过程中温度的预测和控制等因素进行分析，对于控制板形、精度和质量都有积极作用。对某些影响因素进行合理建模是研究分析的重要方法。1.2.1薄(中，厚)板坯连铸连轧工艺由于薄板坯 (厚度为50mm)连铸连轧时铸坯薄、拉速高,易产生纵向裂纹,因而造成板坯表面质量差,组织不均匀,限制了很多品种的生产。在对于表面光洁度要求不高的场合下，其产品能够部分取代冷轧产品，省去冷轧各个环节。尤其坯料连续铸造后，在轧制前仅有一次补热，生产过程得到简化，降低了成本。为了扩大生产品种,将出结晶器的铸坯厚度增加到90mm,经软压下后减薄到70mm ,形成中薄板坯连铸连轧的生产方式,可实现铁素体轧制,能生产包晶钢等。中厚板坯连铸连轧也是在薄板坯连铸的基础上,将铸坯厚度增至90150mm,轧制工艺和设备配置接近常规工艺,使带坯温度和性能更均匀,生产品种不断扩大,逐步接近常规工艺生产的品种范围。薄板坯连铸连轧生产工艺具有的特点是: (1)生产能力适中,适合中型钢铁企业生产板材, 2流连铸机经济规模可达250万t左右；(2)布置紧凑、设备重量轻、厂房面积小、流程短、能源和动力消耗较少、生产运行成本较低；(3)采用半无头轧制工艺 ,适合批量生产1.5mm以下薄规格热轧板 ,实现“以热代冷”；(4)生产一般用途板材和超薄带钢的市场竞争力较强。由于薄板坯连铸拉坯速度较高 ,因而铸坯易产生横向角裂和表面纵裂等缺陷 ,使带钢表面质量不及常规工艺产品水平；此外,也不利于生产要求压缩比较大的品种。目前,薄板坯连铸连轧生产的产品只能覆盖板材品种的70 %80 % ,还有相当一部分产品 ,如汽车面板、超深冲板和表面质量要求高的板材、高钢级管线板、奥氏体不锈钢板、部分高碳钢板等尚处于开发试验阶段。鉴于此,世界上已投产的40多条薄板坯连铸连轧生产线,中低档产品约占80%。中等厚度板坯连铸连轧工艺的拉坯速度处于薄板坯与传统厚板坯之间,连铸坯内在质量有很大提高,板材质量优于薄板坯工艺。因此学术界认为,该工艺在理论上生产的产品质量有可能与常规工艺接近,可达到传统厚板坯的水平。1.2.2 板形、板厚控制技术在新生产工艺中的应用板形控制是带钢轧机的关键技术，各轧机制造商在此方面都下大力气开发，呈现出多种板形控制技术。这些技术可大致分为工艺方法和设备方法。从设备方法来讲，主要有原始凸度法、液压弯辊法，调整轧辊凸度法，轧辊变形自补偿法，阶梯形支承辊法，抽动轧辊法,在线磨辊法，轧辊交叉法等。其中抽动轧辊法中的CVC、HC结合弯辊技术得到广泛应用，交叉辊法的PC轧机，其板形控制能力较强，综合性能优良，是目前发展较快的板形控制法，但交叉轧辊带来的较大的轴向力给设备设计带来不便，且交叉机构较为复杂，是其得到广泛应用的巨大障碍。板厚自动控制技术方面,液压AGC已得到普遍的认可,采用短行程压下缸，以减少油柱高度提高响应速度,已成为业界的共识。1.3 除鳞技术的发展热轧带钢在轧制过程中除鳞效果的好坏,直接影响到带卷产品的质量。传统热轧带钢生产,均采用高压水除鳞系统,水压达1518MPa，采用多次除鳞，即粗轧前、精轧前及机架间进行除鳞。随着薄板坯连铸连轧工艺的出现,给除鳞技术带来了一个新课题,薄板坯的氧化铁皮在板坯表面很薄且很粘,氧化铁皮很难去除,因此高压水鳞系统水压高达到35MPa,在奥钢联的实验机组上水压曾高达55MPa。提高水压对除鳞有一定作用, 但带来一些问题, 如高压系统的维修保养工作量增加,事故率增加。进一步优化除鳞机喷嘴到板坯表面的距离和角度,以达到更高的除鳞效果；开发新型高压水流量喷嘴,使水流压力高,且冲击到板坯表面的水量小,从而减少板坯表面温降,这是高压水除鳞设备的发展方向。1.4热轧工艺装备技术发展目标2007 年底，政府主导的大型冶金装备自主化实施方案出台。在该方案中，确定了“十一五”期间冶金装备的自主化目标，其中包含大型薄板冷热连轧成套设备。1.4.1我国热轧带钢生产应做到以下几点：1) 合理布局与淘汰落后产能，避免低水平产能重复建设。2) 注重研发，调整优化品种结构，提高产品附加值。3) 大力发展并开拓冷轧、涂镀等板带市场。4) 限制技术含量低、产品附加值较低的热轧宽带钢生产发展，避免低水平重复建设。5) 加强与下游产业用户合作和自身产业链延伸建设，替代窄带钢和中宽带钢。轧钢设备发展动向是大型化、连续化、高速化和自动化。1.4.2热轧工艺装备的发展趋势及特点可以总结为以下几点。1) 为了提高产量而不断提高速度，加大卷重和主电机容量、增加轧机架数和轧辊尺寸、采用快速换辊及换剪刃装置等，使轧制速度普遍超过1520m/s，甚至高达30m/s以上，卷重达45t以上，产品厚度扩大到0.825mm，年产可达300600万t.但到最近，大厂追求产量的势头已见停滞，而转向节约消耗，提高质量方向发展。2) 当前降低成本，提高经济效益，节约能耗和提高成材率成为关键问题，为此而迅速开发了一系列新工艺新技术突出的是普遍采用连铸坯及热装和直接轧制工艺、无头轧制工艺、低温加热轧制、热卷取箱和热轧工艺润滑及车间布置革新等。3) 为了提高质量而采用高度自动化和全面计算机控制，采用各种AGC系统和液压控制技术，开发各种控制板形的新技术和新轧机，利用升速轧制和层流冷却以控制钢板温度与性能。4) 在传统技术的基础上，为适应新的要求，更多新的技术方法被提出。例如，为提高热连轧生产组织灵活性和追求最大生产效率，实现自由规程轧制是其中的主要途径，作为其核心的板形控制技术得到深入研究。1.4.3热轧无头轧制及薄规格轧制技术1996年日本川崎制铁公司千叶厂3号机组在世界上首次实现热带钢无头轧制,在国际上引起轰动,被认为是近年来热带生产中最为引人注目的技术进步。无头轧制的通常做法是在精轧机之前把前后两块中间坯头尾焊接在一起,使精轧过程能够无头尾地连续进行。热带钢无头轧制的关键技术有:轧件运行中的焊接技术、焊缝周围去毛刺技术、确保各环节最小等待时间的高精度轧制节奏控制技术、动态变规格轧制技术、高速剪切、高速卷取技术等。川崎公司千叶厂无头轧制的主要参数是:板宽8001900mm ,中间坯厚度20-40mm,已稳定生产的产品最小厚度1.0mm ,最短轧制节奏45s ,操作效果见表1。表1.1 川崎公司千叶厂无头轧制的操作效果项 目 单卷轧制 无头轧制 收益质 量生产率成材率30厚度命中率/%宽度精度/mm卷取温度精度/提高生产率/%减少换辊时间/%减少板形封锁/%减少表面缺陷/%96 99.56 330 15120100 10100 20100 10提高3.5改善3.0提高15提高20减少90减少80减少90开发热轧薄规格产品是近年来国际上热带钢生产的一个热点。因为热轧薄规格能够替代部分冷轧产品,具有较高的附加值。目前热带轧机已轧出0.76的薄带钢,国外有的公司已把轧薄目标定到了0.6mm。1.5热轧工艺装备关键技术1.5.1无头轧制( EndlessWelding Rolling)无头轧制技术是随着日益剧烈的市场竞争和高质量的产品要求而产生的，所谓无头轧制就是将加热到开轧温度的钢坯，在加热炉及粗轧机之间用移动式焊机将钢坯头尾焊接起来，实现钢坯在轧机中的连续轧制。无头轧制的采用是为了满足生产各种热轧薄板的需要。与常规的分批次轧制工艺相比，无头轧制是一种具有成本效益的工艺。无头轧制具有以下有点：1 钢材全长以恒定速度进行轧制，生产率有较大提高；2 因对钢材全长施加恒定张力，使钢材断面形状波动减少，钢材质量改善，这点对热轧扁平材生产特别重要；3 由于成品长度不受限制，根据交货状态要求剪切，成品率显著提高；4 由于轧材运行稳定性提高，对热轧带钢来说，有利于生产薄规格带钢；5 和单块轧制不同，钢品啮入次数减少，减小对轧辊冲击，有利于提高轧辊寿命。1.5.2 ASR 技术无取向硅钢热轧板形控制的ASR 技术可用来满足冷轧硅钢片日趋严苛的板形质量要求，ASR 非对称自补偿工作辊偏摆控制功能开发与窜辊策略的实现是大型工业生产应用ASR 技术的重要条件。在分析提出ASR 板形控制技术应用要求基础上，在1700 热连轧机过程控制系统MAC 机新增了一系列寄存器和编制、修改梯形图程序，开发了记忆功能，实现了ASR 偏摆控制功能和特定窜辊策略，可适应多种宽度无取向硅钢连续编排的大工业生产方式。1.5.3CVC(continuously variable crown）技术在轧机机型确定的情况下，辊形是板形控制最直接、最活跃的因素。自20 世纪80 年代开始，我国引进的多套热连轧、冷连轧机采用国外提供的轴向移位变凸度工作辊辊形，如三次连续变凸度进行板形控制。事实证明，对辊形的特性进行分析研究并结合实际生产情况进行改进，对提高板形控制水平尤为重要。1.5.4在线制造连铸板坯宽度、热轧带钢宽度及平直度的在线测量非常重要。目前，板带轧制中的在线制造已经广泛应用于热轧主传动在线监测、热轧带钢表面在线检测和热轧钢板厚度在线测量以及板带轧制在线控制等环节。1.5.5现代建模方法热轧带钢产品质量受多方面因素影响，不同因素对板带质量的影响也不尽相同。对此，可以通过适当的建模方法对不同影响因素进行分析预测，进而控制轧制过程的不同环节，从而达到我们想要板带规格。通过合理的建模，我们可以对板带微观组织结构进行分析和预测。通过热轧中带钢温度的预测模型，可对生产速度和喷水压力等环节进行精确控制，并且对于加强预测轧制力模型的精确度有至关重要的作用。第二章 产品方案及主要设备2.1坯料 热连轧带钢所用的原料主要是连铸板坯和初轧板坯。由于连铸坯的诸多优点，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，其所占比重日益增大。热带连轧机所用板坯厚度一般150300mm，多数为200250mm，最厚达350mm。近代连轧机完全取消了展宽工序，以便加大板坯长度，采用全纵轧制，故板坯宽度要比成品宽度大，由立辊轧机控制带钢宽度，而其长度则主要取决于加热炉的宽度和所需坯重。板坯重量的增大可以提高产量和成材率，但也受到设备条件，轧件终轧温度和头尾允许温差，以及卷取机所允许的板卷最大外径等的限制。目前板卷单位宽度的重量不断提高，达到1530kgmm。综上本次设计选择的原料规格如下：板坯厚度：200300mm板坯宽度：8001600mm板坯长度 定尺坯510.0m2.1.1产品规格厚度：1.24.0mm宽度：8501480mm钢卷内径：759mm钢卷外径：12002025mm最大卷重：30t产量：年产300万吨2.2产品方案产品方案是进行车间设计、制定产品生产工艺过程、确定轧机组成或选择各项设备的主要依据，包括车间拟生产的产品名称、品种、规格几年产量计划。本车间依据设计任务书要求，经过对同类厂的调查和统计分析，选取具有代表性的品种和规格作为典型产品。本车间生产普通碳素钢、碳素结构钢、合金结构钢、钢管用热轧带钢及优质碳素结构钢。典型产品规格为2.01200碳素结构钢。产品方案见表2.1。表2.1 产品方案表序号钢种牌号规格/mmmm厚宽板坯规格/mmmm厚宽长年产量（万吨）占百分比1普通碳素钢Q2351.210301.41140200115010000220125010000353021.72碳素结构钢Q235-TZ2.012002.512002501300100002501300100005040303合金结构钢45Mn2.01250320135060007023.34钢管用热轧钢带3.014806501580600030105优质碳素结构钢10Mn1.41480320158050004515合计3001002.3金属平衡表金属平衡是反映在某一定时期，制品金属材料的收支情况。它是编制厂或车间生产预算与制定计划的重要数据。同时对于设计工厂或车间的内部运输与外部运输，以及平面布置都是极为重要的依据。因此，必须在确定成品率及金属损失率的基础上，编制出各种计算产品的金属平衡表。 成品率是一项重要的技术经济指标，成品率的高低反映了生产组织管理及生产技术水平的高低。影响成品率的因素是各工序的各种损失。金属损失主要有以下几种：（1）烧损：金属在高温状态下的氧化损失称为烧损。金属加热过程中的烧损与加热温度和时间有关系，加热温度越高，时间越长，烧损量就越大。（2）溶损：溶损是指在酸、碱洗或化学处理等过程中的溶解损失。本车间无此类消耗。（3）几何损失：分为切损和残屑。切损是指切头、切尾、切边等大块残料损失。钢材切损主要与钢种、坯料尺寸以及原料状况等有关。残屑指钢锭表面缺陷以及加工后产品表面缺陷清理所造成的损失。本车间产品切损为3%-4%。（4）工艺损失：各工序生产中由于设备和工具、操作技术以及表面介质问题所造成的不符合质量要求的产品。它与车间的技术装备、生产管理及操作水平有关。本车间轧废为1。参见表2.2表2.2 产品金属平衡表产品牌号年产量(万t)坯料规格(mm)废料量烧损(%)成材率(%)年需坯料(t)几何废料(%)工艺废料(%)废料总量(%)普通碳素钢Q235352001150100002.151.23.351.195.5536.63302201250100003.2514.251.194.6531.70碳素结构钢Q235-TZ502501300100002.21.13.31.295.552.36402701300100002.351.13.451.395.2542.0合金结构钢45Mn702501350100003.2514.251.294.5574.03钢管用热轧钢带302801580100003.031.34.33194.6731.70优质碳素结构钢50Mn452201580100003.21.24.41.394.347.72第三章 生产设备的选择3.1主要设备选择轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备,代表车间生产技术水平,这是区别于其他车间类型的关键。因此,轧钢机选择的是否合理对车间生产具有非常重要的影响。因为带钢轧机为平辊轧制,轧制力大,为了能控制良好的板形,机架和轧辊必须有较大的刚度才行.所以板带轧机主要是四辊轧机。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而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,确定其主要技术参数,选用轧机的架数以及布置形式。在选择轧钢机时一般要注意考虑下列各项原则:(1)在满足产品方案的前提下,使轧机组成合理,布置紧凑(2)有较高的生产效率和设备利用系数(3)保证获得质量良好的产品,并考虑到生产新品种的可能(4)有利于轧机机械化,自动化的实现,有助于工人劳动条件的改善(5)轧机结构型式先进合理,制造容易,操作简单,维修方便(6)备品备件更换容易,并利于实现备品备件的标准化(7)有良好的综合技术经济指标3.1.1板坯宽度侧压设备宽度精度与厚度精度、板凸度、平直度共同构成带钢的外形质量，其中宽度精度是带钢带钢产品外形质量的一个重要指标。精确的宽度可以提高热轧薄板及其后步工序的成材率，既可避免由于过宽造成切边过多，又可减少由于过窄给后步工序带来的生产安排混乱。需对成品带钢宽度进行控制，这里先介绍粗轧调宽。粗轧调宽可以通过独立的立辊轧机、粗轧机附属立辊、定宽轧机、大侧压调宽压力机（SP轧机）等设备实现。粗轧调宽在带钢宽度调整和精度控制中占有主要地位。1.立辊轧机为了进行宽度控制，传统热连轧机组都配有独立的立辊轧机或在粗轧机上装设附属立辊，有的精轧机前也设立了立辊。根据调宽量的大小，板坯可以进行多道次或一道次立轧。(1)立辊轧机位于粗轧机水平轧机的前面，大多数立辊轧机的牌坊与水平轧机的牌坊连接在一起。立辊轧机主要分为两大类，即一般立辊轧机和有AWC功能的重型立辊轧机。一般立辊轧机是传统的立辊轧机，主要用于板坯宽度齐边、调整水平轧机压下产生的宽展量、改善边部质量。其结构简单，主传动电机功率小、侧压能力普遍较小，而且控制水平低，不能在轧制过程中进行调节，带坯宽度控制精度不高。有AWC功能的重型立辊轧机是为了适应连铸的发展和热轧带钢板坯热装的发展而产生的现代轧机。其结构先进，主传动电机功率大，侧压能力大，具有AWC功能，在轧制过程中对带坯进行调宽、控宽及头尾形状控制，不仅可以减少连铸板坯的宽度规格而且有利于实现热轧带钢板坯的热装，提高带坯宽度精度和减少切损。有AWC功能的重型立辊轧机的结构。在R1前选择带AWC功能的重型立辊轧机RE1。其主要技术见表3.1。表3.1立辊轧机的各种性能参数轧辊640/580380毫米调宽范围8001700毫米调整速度30毫米/秒压下形式电动+液压轧制力最大100吨压下量板坯厚度为90毫米时最大7毫米(13.5毫米/边)板坯厚度为70毫米时为最大3035毫米(1517.5毫米/边)轧制速度最大22转/分(用新辊)主传动电机2AC88KW0150rpm成对的水平电机轧辊开口度最大1770毫米（换辊时1840毫米）最小800毫米AWC行程50毫米(2)立轧的变形特点与平轧完全不同，经立辊轧机的轧制后的板坯具有一下形状特点：板坯立轧的狗骨变形。板坯立轧是典型的超高件轧制过程，其突出特点是侧压时变形不深透，金属向厚度方向上的流动主要集中在板坯两侧的边缘部分，横断面出现明显的双鼓形，就是所谓狗骨变形。立辊的辊径越大，狗骨形越小。为增加调宽效率，现在普遍采用定宽压力机（SP Sizing Press）,可看做是用半径无限大的垂头替代了立辊，定宽压力机的狗骨形要比立辊调宽小得多。带有狗骨形的板坯经过后步平辊轧机轧制后，较厚的边部金属将向宽向流动，造成轧件继续宽展，因而影响宽度精度，降低宽度控制效果。“舌头”及“鱼尾”。经过侧压后的板坯，在头尾部分产生严重的宽度不均，板坯头尾在轧制方向金属流动阻力小于板坯中部，形成头尾两侧向中间的圆弧形，使头尾宽度收缩，最终形成端部内凹的形状，即所谓的“舌头”及“鱼尾”。这部分带材必须在后续工序中予以切除，造成了金属的浪费，如图2(b)所示。 而头尾之间的部分，由于金属沿轧制方向流动阻力加大，在长度方向的延伸受到限制，形成板坯两侧厚度方向的凸起高于头部。立轧时板坯拱起。板坯的宽厚比较大时，如果采用立辊轧机轧制，容易使板坯拱起，造成板坯失稳发生弯曲和扭转。2.定宽压力机压缩调宽技术是人们为了克服立辊轧制调宽的缺点，增大压缩工具与板坯的接触长度，改善板坯断面狗骨形，减少板坯头尾部的鱼尾和舌头及失宽，提高成材率而提出的。实现压缩调宽技术的设备是定宽压力机(SP Sizing Press)。定宽压力机位于粗轧高压水除鳞装置之后，粗轧机之前，用于对板坯进行全长连续的宽度侧压。与立辊轧机相比，SP轧机具有以下优势：(1)板带成材率提高。SP轧机具有较强的板坯头尾形状控制功能，金属切损少。(2)调宽能力提高。目前SP轧机的最大侧压量达到了350 mm，有效减轻了连铸机不断变换宽度规格的负担，提高了连铸机生产率和连铸坯质量及板坯的热装率和热装温度。(3)调宽实效提高。侧压变形更深透，板坯变形均匀，平轧是宽展回复减小。(4)宽度精度提高。SP轧机的锤头间距可严格控制，有很强的定宽作用。3.2粗轧机3.2.1.粗轧机布置形式及数量的选择粗轧区的布置形式是根据产量、板卷重量等诸多因素决定的。粗轧区的布置形式主要有全连续式、34连续式、半连续式和其它形式。由于全连轧生产线过长，目前广泛采用的是12连轧和34连轧。(1)全连续式全连续式粗轧机通常由4到6架不可逆式轧机组成，前几架为二辊式，后几架为四辊式。全连续式粗轧机的布置形式主要有两种：一种是全部轧机呈跟踪式连续布置；另一种是前几架轧机为跟踪式，后两架为连轧布置。典型的全连续式粗轧机的布置如图3.1所示。 R1 R2 R3 R4 R5 R6图3.1典型的全连续式粗轧机的布置 全连续式粗轧机在一、二代热轧带钢轧机中居多，因受当时的控制水平和机械制造能力的限制，粗轧机轧制速度较低，且都是以断面大、长度短的初轧板坯为原料，所以轧机产量取决于粗轧机的产量。全连续式粗轧机每架轧机只轧道，轧件沿一个方向进行述连续轧制，生产能力大，因此在当时发展较快。随着粗轧机控制水平的提高和轧机结构的改进，粗轧机的轧制速度提高了，生产能力增大了，粗轧机的布置形式也发生了很大变化，相继发展了34连续式和半连续式。相比之下，全连续式粗轧机的优点就不明显了，而且其生产线长、占地面积大、设备多、投资大、对板坯厚度范围的适应性差等缺点更加突出，所以近期建设的粗轧机已不再采用全连续式。(2)半连续式半连续式粗轧机由1架或2架不可逆式轧机组成。常见的布置形式有：1架四辊可逆式轧机组成，如下图2所示。由1架二辊可逆式轧机和1架四辊可逆式轧机组成，如图2所示。图3.2 两种半连续式粗轧机的布置由2架四辊可逆式轧机组成，如下图3.3所示。 1，2，3 4，5，6 图3.3 四辊可逆式轧机半连续式粗轧机与34连续式粗轧机相比，具有设备少、生产线线短、占地面积小、投资省等特点，且与精轧机组的能力匹配较灵活，对多品种的生产有利。近年来，由于粗轧机控制水平的提高和轧机结构的改进，轧机牌坊强度增大，轧制速度也相应提高，粗轧机单机架生产能力增大，轧机产量已不受粗轧机产量的制约，从而半连续式粗轧机发展较快。我国热轧宽带钢粗轧机采用半连续式布置的有宝钢1580mm鞍钢1780mm、攀钢1450mm、武钢2250mm3.2.2粗轧机的各种参数(1)材料的选择由于热轧的时候工作辊表面温度高，又受到水的激冷，表面冷热反复循环产生工作应力，热疲劳应力使得轧辊表面产生网状裂纹，工作辊选择以辊面硬度为主。四辊机座除了少数机座受辊强度和咬入条件限制采用铸钢轧辊以外，其他主要受到扭矩和压力，弯曲应力较小，轧制速度高，辊面要求光滑以保证板带的表面的质量而多采用铸铁轧辊（辊面硬）。支撑辊受压力大主要受的是弯曲应力，而且直径较大并要着重考虑强度和轧辊的淬透性，因此多采用含有铬的合金锻钢。R1安装在立辊轧机和除鳞机后，为四辊轧机，驱动主要由调速电机、减速机、齿轮机座及轧机接轴构成。电液伺服阀控制液压缸用于辊缝调整。四列圆锥辊子轴承安装在工作辊轴颈上，并安装在轴承座中，工作辊的平衡由液压缸控制。带静压的油膜轴承安装在支承辊轴颈上，用于低速轧制。轴承座夹紧装置安装在机架的操作侧，保证轧制时辊装配在机架上定位。上支承辊磨损的补偿量，由安装在上支承辊上部的垫片调整。进出口导辊的安装，用于板坯传送时输送平稳，轧机进出口上下安装了刮水板及导卫，工艺润滑油喷头安装在进出口上下刮水板上。上刮水板有气缸控制，以保证与工作辊的连续接触；下刮水板与导辊轴承座连接，靠液压力与下工作辊接触。工作辊冷却头安装在R1轧机的进出口侧。轧机上方安装了平台，平台与地面间装有梯子。其主要技术参数如表3.2。表3.2粗轧机的各种性能参数类型四辊可逆轧机工作辊尺寸1200/11001700mm支承辊尺寸1550/14001700mm轧制压力40000KN（max）由负荷传感器测量轧制速度2.82/5.34m/s轧制开口度270mm（最大辊颈）辊缝调节电动+液压AGC压下缸压力最大4000t主电机功率AC6600KW电机转速108/190 r/min(2)轧辊尺寸的选择轧辊是轧钢机的主要部分，在选取工作辊和支撑辊辊颈的时候要考虑以下几个方面：工作辊的辊颈可能减小的程度取决于工作辊径和万向接轴所传递的传动力矩。为创造良好的变形条件，强度高的带钢要求采用较小的工作辊径。所能传递的变形力矩受工作辊断面积的限制，要求工作辊有较大的传动大的变形力矩。辊身长度与辊颈的比值不能超过允许值，否则工作辊会弯曲，所以要求辊颈采用较大的值。辊颈直径和长度与轧辊轴承型式及其工作载荷有关。由于受到轧辊轴承径向尺寸的限制辊颈直径比辊身直径小的多，因此辊身与辊颈过渡处的圆角应该选择大些。使用滚动轴承由于轴承外径较大，辊颈尺寸不能过大，一般近似取d=（0.50.55）D。针对本次的设计要求，为了生产2.0mm带钢，选用的轧辊的尺寸是：R1：工作辊尺寸：12001700mm；辊颈尺寸：600mm支承辊尺寸：15501700mm；辊颈尺寸：775mm轧制力：4000吨；电机功率：AC6600KW3.3 保温装置3.3.1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：(1)保温罩。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。(2)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：减少中间坯头、尾温差，确保带钢轧制温度。热卷箱对中间坯有明显的保温作用。若不用热卷箱，成品厚度越薄，中间坯的头尾温差越大。精轧机可以采用恒速或加速轧制。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。缩短粗轧机至精轧机之间的距离，节约工程投资。尤其对原有热轧生产线的改造。热卷箱还具有挽救带钢报废的功能。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，大块氧化铁皮从带坯表面脱落，从而起到机械除鳞的效果，显著增强了精轧机组前除鳞箱的使用效果。采用热卷箱后，精轧机组开轧温度和终轧温度得到有效控制，仅用前馈方式即可得到较高的卷取温度控制精度。可以得到均匀组织和良好性能的匹配。采用热卷箱，使精轧温度变化小，轧制状态稳定，带钢外形尺寸得到良好控制，在轧制时，除了带钢头部几米由于穿带时建立张力引起的偏厚，以及带钢尾部由于抛钢降速和失去张力引起的少量偏厚外，其余部分通板均控制在较好范围内，大大提高产品质量。保证足够的事故处理时间，提高成材率。热卷箱可起到缓冲作用，延长精轧及卷板后部工序处理时间，降低了中间废品率。中间坯头尾温差减小，切头切尾量减少，综合成材率可提高。热卷箱也存在一些不足之处：对带坯横向温度控制不是特别理想，横向温差可达40C。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。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。不能充分体现卷取箱的优点。卷取箱选用的依据：产量没有太高的要求。对温度敏感性高的产品一般要选用卷取箱，如不锈钢。轧制线长度受限制时可选用卷取箱典型的热卷箱结构如图3.4所示。图3.4典型的热卷箱结构1-入口导辊；2-成形辊；3-下弯曲辊；4-上弯曲辊；5-平衡缸；6-开卷臂；7-移卷机；8-托卷辊。 3.3.2保温装置的选择综合考虑卷取箱的诸多特点，选用无芯轴隔热屏热卷箱。其基本参数如下：带坯厚度（mm）：2055（用于低碳钢）；2040（用于高强钢）； 带坯宽度（mm）：7501550（用于低碳钢）；带坯温度（C）：9001100；单位宽度卷重（kg/mm）：22.5（对于碳钢）；带卷内径（mm）：约650（额定值）；带卷外径（mm）：约2100（低碳钢额定值）；卷取速度（m/s）：2.55.0；开卷速度（m/s）：02.5。3.4 精轧机3.4.1.精轧机布置形式及数量的选择按照道次设计，应选6架精轧机。这样的布置对降低单架压下量起到很大作用，对减少跑偏稳定生产也有好处。6架轧组形成精轧连轧机。由于机架数目较多，在轧制薄规格产品时，为了保证头尾温差和卷取温度的控制，在精轧机布置方面，采用较快的轧制速度和稍小的间距。精轧机是成品轧机，是热轧带钢生产的核心部分，轧制产品的质量水平主要取于精轧机组的技术装备水平和控制水平。因此，为了获得高质量的优良产品，在精轧机组大量的采用了许多新技术、新设备、新工艺。精轧机组是决定产品质量的主要工序。例如：带钢的厚度精度取决于精轧机压下系统和AGC系统的设备形式。板形质量取决于该轧机是否有板形控制手段和板形控制手段的能力。新轧机是通过控制扳形的机构，在轧制过程中适时控制板形变化，获得好的板形。带钢的宽度精度主要取决于粗轧机，但最终还要通过精轧机前立辊的AWC和精轧机间低惯量活套装置予以保持。六架四辊精轧机纵向排列，间距为6000mm。F2F4为HC轧机，它可以通过调整中间辊的移动量来改变轧机的横向刚度，以控制工作辊的凸度, 压下量由于不受板形限制而可适当提高；F5F6采用CVC轧机,用于板型及凸度控制。F4F6均有弯辊系统。F1为普通四辊轧机。所有的机架均设有液压伺服阀控制的AGC系统。工作辊轴承为四列圆锥滚动，平衡块中安装工作辊平衡缸（正弯辊缸）。支承辊采用油膜轴承并配有静压系统。轧机工作辊轴承座上部（下部）装有调整垫片进行补偿，以保证轧制线水平。F5F6安装ORG系统用于工作辊表面的在线磨削。轧机进出口安装上下倒卫及倒板，轧机出口安装有倒辊，保证带钢平稳输送。轧机进出口均安装冷却水管。工艺润滑安装平台，平台与地面间装有梯子在进入精轧机前，轧件由于还具有一个较高的温度，并且带钢还较厚，所以F1轧机所要起到的作用是在高温有利条件下，在能保证咬入的条件下进行稍大的压下，此时由于轧辊的弹跳与带钢的厚度及变形量相比是很小的，所以F1使用普通的四辊轧机。F2-F4精轧过程中，为了增加对凸度的调节能力，并可以适当加大压下率，选择HC轧机。最后两道次主要调节板形和凸度选择了CVC轧机。各架轧机的参数见表3.3。表3.3 各轧机参数数量及类型6架四辊不可逆轧机工作辊尺寸F1 900/7501700mmF2F3 825/7351700mmF4F6 680/5801700mm支承辊尺寸1450/13001700mm轧制力（max）4000t开口度50mm（最大辊颈时）机架铸钢，封闭式机架柱面积约7400cm2（交叉部分面积6500cm2）辊缝调整缸面积最大3.0mm/s（当轧制力为3000t时）轧制线调整由几叠衬板调整，5mm的调整量，衬板与轴承座的连接在轧辊间进行轧机驱动F1F3工作辊由调速电机驱动齿轮及一对接轴驱动F4F6轧机工作辊由齿轮机座和一对接轴驱动为了生产2mm带钢，选用的轧辊的直径是：F1： 工作辊尺寸9001700mm；辊颈尺寸400mm支承辊尺寸14501700mm；辊颈尺寸725mm 轧制力4000t ；电机功率AC8000KWF2-F3：HC轧机工作辊尺寸6801700mm ；辊颈尺寸340mm支承辊尺寸13001700mm ；辊颈尺寸650mm轧制力4000t；电机功率AC5000KWF4-F6 ：CVC轧机工作辊尺寸8251700mm ；辊颈尺寸412mm支承辊尺寸13501700mm ；辊颈尺寸675mm轧制力4000t；电机功率AC8000KW3.5压下装置压下装置即上辊调整装置。1-压下螺丝2-牌坊；3-压力块；4-支撑辊轴承座；5-磁尺；6-液压缸；7-支承辊.就驱动方式看有三种形式：手动压下、电动压下和液压压下装置。手动压下装置结构简单、价格低，但体力劳动繁重，压下速度和压下能力小。电动压下装置可用于所有轧机，移动距离、速度和加速度都可达到一定要求，但结构复杂，反应时间长、效率低。液压压下装置主要用于冷热轧板带轧机上，具有较高的相应速度和调整精度，但费用高，控制形成有限。90年代建设的新热带钢轧机，多数采用液压压下装置，少数轧机采用电动压下加液压压下装置。液压压下装置直接通过安装在牌坊上的横粱与轴承座之间的液压缸进行轧辊位置控制。液压缸的行程有3种：短行程(小于50mm)、中行程(小于 200mm)、长行程(大于200mm)。短行程仅作为AGC功能之用。中长行程除了有AGC功能之外还承担辊缝预设定功能。液压压下比电动压下机构大为简化，而控制精度比电动压下大幅度提高。 综上所述，本设计中选择液压压下装置。3.6 活套装置活套装置设置在精轧机组两机架间，是热连轧机组必须配备的，活套装置类型有气动型、电动型、液压型三种形式，目前普遍使用的是电动型和液压型。它的作用是：(1)消除带钢头部进入下机架时产生的活套量；(2)轧制中通过调整活套维持恒张力轧制：(3)施加微张力保持轧制状态稳定。活套一个完整的起落周期包括起套、活套调整、落套三个部分。起套是带钢咬入下一机架后，活套臂从机械零角开始升起，按给定张力将带钢绷紧的过程。起套过程要求在1s内完成，以避免带钢在无张力控制状态下轧制产生厚度波动段过长。活套调整是轧制过程中根据机架间带钢长度的变化调整活套高度实现恒定微张力控制的过程。落套是带钢尾部离开前一机架是活套降回机械零位以避免带钢甩尾的过程。落套信号由热金属检测器发出，经延时后使活套电机反转落套。落套过程中的活套辊不应突然下降，应是带钢在轧机中顺利通过，落套过程时间要求小于0.5s。活套装置要求响应速度快、惯性小、起动快且运行平稳，以适应瞬间张力变化。气动型活套装置现已基本淘汰。电动型活套装置为减小转动惯量，提高响应速度，由过去带减速机改为电机直接驱动活套辊，电机也由一般直流电机改为特殊低惯量直流电机。有的厂家为进一步提高活套响应速度采用了液压型活套，由液压缸直接驱动活套辊，如武钢2250mm精轧机活套为液压活套。随着机架间张力控制技术的进步，部分机架采用微张力无套轧制和张力AWC控制。如宝钢2050mm精轧机组F1、F2机架就采用了上述张力控制技术。此设计中选用液压活套。第四章 典型产品压下规程板带钢轧制压下规程是板带轧制制度（规程）最基本的核心内容，直接关系着轧机的产量和产品质量。压下规程的中心内容就是要确定由一定的板坯轧制成所要求的板带成品的变形制度，亦即要确定所需要采用的轧制方法、轧制道次和每道压下量的大小，在操作中就是要确定各道次压下螺丝的升降位置（即辊缝的开度）。与此相关连的，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，因而广义的说来，压下规程的确定也应当包括这些内容。4.1 各道次出口厚度及压下量的确定4.1.1 粗轧机的压下量分配原则根据板坯尺寸、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。(3)为简化精轧机组的调整，粗轧机组轧出的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。根据不同的带钢厚度和精轧机组的设备能力，一般粗轧机组轧出的带坯厚度为2040mm(对六机架精轧机组，约为2032mm；对七机架精轧机组，约为2540mm)。许多热带钢连轧机，不论板坯及带钢厚度如何，粗轧机轧出的带坯厚度是固定的，当板坯厚度改变时，则改变粗轧机组的压下量，带钢厚度改变时，则改变精轧机组的压下量。4.1.2 精轧机的压下量分配原则精轧机组的主要任务是在57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，并且保证带钢的表面质量和终轧温度。拟订精轧机组压下规程就是合理分配各架的压下量及其确定各架的轧制速度。精轧机组压下量的分配原则：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、表面质量，压下量逐渐减少。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%，此外压下量分配尽量简化精轧机组的调整和使轧制力及其轧制功率不超过允许值。依据以上原则精轧逐架压下量的分配规律是：第一架可以留有余量，即考虑到带坯厚度的可能波动和可能产生咬入困难等，而使压下量略小于设备的允许的最大压下量，中间几架为了充分利用设备能力，尽量给以大的压下量轧制，以后各架，随着轧件的温降，变形抗力的增大，应该减小压下量，为控制带钢的板形，厚度精度和性能质量，最后一架为保证板型良好，压下量一般在10%15%左右。4.1.3综合分析针对本次设计的要求，目标是生产2.0mm带钢，综合上述分配原则，总结后所依据的分配原则主要是以下几个：(1)粗轧机的压下量占总变形量的70%80%；(2)末架轧机的压下率控制在10%17%之间；(3)F1轧机的变形量不宜太大，应留有余量以确保能顺利咬入；(4)F2F4进行稍大的变形，随后逐道次减少；(5)出粗轧机的厚度大致为2035mm之间。结合上述，确定每道次的变形量及出口厚度。设定铸坯的长度为10m,按体积相等可以推算出每道次的长度。并将这些数据列入表4.1。表4.1 变形量及出口速度架数连铸坯R1-1R1-2R1-3F1F2F3F4F5F6压下量h1/mm-454030108.06.53.01.70.8出口厚度H/mm1501056535251710.57.55.85.0压下率/%-30.038.146.128.632.038.2 28.622.713.8每道次长度L/m10.014.322.442.960.088.2142.9200258.0300.04.2 轧机咬入的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。在轧制过程中，压下量与咬入角的关系是(4-1)式中h各道次的压下量,mm；D 各道次轧辊的直径,mm；各道次的咬入角。将各道次压下量及轧辊直径代入可得各轧制道次咬入角为：表4.2各轧制道次咬入角轧制道次R1-1R1-2R1-3F1F2F3F4F5F6压下量（）454030108.06.53.01.70.8辊径（）120012001200900825825825680680咬入（）15.7414.4713.278.547.996.894.874.052.78根据计算结