内蒙古科技大学毕业设计设计年产量为280万吨的宽厚板厂之欧阳光明创编.docx
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内蒙古科技大学毕业设计设计年产量为280万吨的宽厚板厂之欧阳光明创编
内蒙古科技大学
欧阳光明（2021.03.07）
本科生毕业设计说明书（毕业设计）
题目：
设计年产量为280万吨的宽厚板厂
学生姓名：
王亭
学号：
0976105526
专业：
材料成型及控制工程
班级：
09成型5班
指导教师：
麻永林邢淑清陈重毅
设计年产量为280万吨的宽厚板厂
摘要：
设计以包头地区为条件，设计年产量280万吨的3800mm宽厚板厂，分析了在包头地区建造新的宽厚板厂的可行性和必要性。
并结合设计条件及年产量要求完成10个产品规格的产品方案编制和金属平衡表编制。
本设计用连铸板坯轧制3800宽厚板，典型产品为Q235船板钢，规格为10mm×3800mm，30mm×3800mm。
薄规格占年产量的15%，并以产品方案为对象进行了轧机布置形式、机架以及工艺流程的确定，以典型产品为对象进行了轧制规程、温度制度、速度制度、轧制压力以及轧制力矩的计算。
对轧辊强度和轧机主电机能力进行了校核，选择了主要设备和辅助设备，并进行了各设备性能参数的确定，轧钢机的生产能力和年产量的计算均满足了设计要求。
根据设计计算结果完成了车间平面布置图的绘制。
关键词：
宽厚板；车间设计；生产工艺；轧制
Abstract：
DesigninBaotouasthecondition,thedesignof3800mmheavyplateplantwithanannualoutputof2.8billiontons,analysisoftheconstructionofnewheavyplateplantfeasibilityandnecessityintheBaotouarea.Combinedwithproductdevelopmentandmetalbalancetabledesignconditionsandproductionrequiresthecompletionof10productspecifications.
Thedesignofcontinuouscastingslabrolling3800wideplate,typicalproductsasQ235steel,specificationsfor10mmx3800mm,30mmx3800mm.Thinaccountedfor15%ofannualoutput,Andthemilllayout,frameanddeterminetheprocesstoproductschemeastheobject,therolling,temperaturesystem,speedsystem,rollingforceandrollingtorquecalculationbasedonthetypicalproductastheobject.Onthestrengthoftherollerandtherollingmillmainmotorabilityischecked,selectthemainequipmentandauxiliaryequipmentandtheequipment,determinetheperformanceparameters,calculationofrollingmillproductioncapacityandannualoutputcanmeetthedesignrequirements.Accordingtothedesigncalculationresultscompleteddrawingworkshoplayout.
Keywords:
Heavyplate;plantdesign;productionprocess;rolling
第一章综述
我国板材生产的品种按厚度分为特厚板、厚板、中板、薄板和极薄带五大类。
将厚度大于60mm的钢板称为特厚板，厚度为20mm到60mm的钢板称为厚板，厚度为4mm~20mm的钢板称为中板，厚度为0.2mm~4mm的钢板称为薄板，厚度小于0.2mm的钢板称为极薄带。
目前我国的宽厚板生产的规格范围有4.5mm~200mm，宽度1200mm~5500mm，长度1200mm~12000mm。
1.1宽厚板发展概况
1.1.1国外研究现状分析
中厚板生产至今大约有200年的历史。
18世纪初，西欧在二辊薄板轧机上生产小块中板。
在1850年左右美国开始采用二辊可逆式轧机生产中板。
美国在1864年创建了第一套三辊劳特轧机，轧机不需轧辊正反转动而是利用升降台进行往复轧制，在当初盛行一时。
而在1891年，美国为了提高钢板厚度精度，投产世界上第一套四辊可逆式轧机。
美国钢铁公司科茨维尔厂为了满足军舰用板的需要，建成了一套5230mm四辊式轧机，这是世界上第一套5m以上的特宽厚板轧机。
1918年美国为满足军舰用板的需要，建成了一套5230mm四辊可逆式轧机，之后，为了提高表面质量，增加了一架二辊破鳞机。
后来发展成美国典型的二辊和四辊双机架厚板轧机。
1907年美国钢铁公司南厂为了轧边，率先创立了万能式厚板轧机，1931年南厂还建立了世界上第一台连续式中板轧机。
二次世界大战期间，日内瓦厂建了一套3350半连续式中板轧机，年产达到了188万吨，成为当时世界上产量最高的中厚板轧机。
1910年捷克投产了一套4500二辊厚板轧机。
1940年苏联投产了一套5300mm四辊厚板轧机。
在此期间，欧洲投产了一批4000-5000mm的中厚板轧机。
二战之后，机器制造、造船、建筑、桥梁、压力容器罐及大直径输送管线等部门的发展，特别是海上运输，能源开发与焊接技术的进步，对中厚板的需要量和品种质量方面提出了更高的要求。
1936年我国在鞍山建成了第一套2300mm三辊劳特式轧机。
1949年以前中厚板的产量只有几万吨，钢种少，质量差。
重钢的一套2440二辊式中板轧机，1951年恢复生产，采用蒸汽传动，生产出优质锅炉钢板。
1958年鞍钢和武钢先后从苏联引进、建成了2800mm半连续钢板轧机，太钢引进了2300/1700mm炉卷轧机。
这三台轧机都是二辊和四辊双机架形式。
投产后，生产了大量难度比较高的装甲、锅炉、高压容器、造船、桥梁钢板。
1958年开始，先后在全国大多数省市建造了13套2300mm三辊劳特式轧机。
1978年舞阳公司投产了我国第一套国产的4200mm轧机。
1987年首钢引进了一套二手3300mm宽厚板轧机。
通过引进中厚板热处理设备技术和装备，中国逐步掌握了高级别中厚板的热处理装备设计制造和生产技术。
目前，已经可以提供整套的宽幅、重型中厚板轧机机械设备和先进的高精度轧制控制系统，以及成套的生产工艺技术。
近年来，一些研究单位与相互企业合作，改行超快速冷却装备和新一代TMCP工艺的开发，使中国的轧后冷却技术及TMCP水平逐渐达到国际先进水平。
基于先进的装备和技术，中国中厚板产品开发取得了长足的进步。
1.1.2我国宽厚板发展趋势
宽厚板主要用于工程机械行业，经过2005年的适度调整之后，我国机械工业重新走上了发展的高速期，截止到2010年，机械行业总产值达到33423亿元，增幅为32.5%，创近三年来的最好水平。
机械行业的高速发展，为我国宽厚板市场创造了绝对需求。
随着国内基础设施建设的不断推进，宽厚板市场表现出良好的需求前景。
除国内市场外，宽厚板出口状况也十分景气，由于国际造船业以及制造业也都表现出旺盛特征，欧盟、韩国、东南亚等地对中厚板产生巨大需求，其中韩国市场因造船工业持续增长，即使日本扩大出口量也难以满足需求，不得不加大从中国的进口量。
世界宽中板生产的优势，60年代在美国，60年代以后被日本取代。
近十年以来，西欧、日本、美国等宽厚板生产都有不同程度的下降，大批中厚板轧机停产了。
梯森四套轧机只剩了一套，日本原有的15套只剩下8套。
世界上原有的200套中厚板轧机只剩下150套，其中宽厚板轧机约72套。
80年代以后，国外除了个别的大型轧机以外，很少再建中厚板轧机。
宽厚板通常占钢材总产量的10%左右，是重要的基础设施建设和大型工程、重型机械制造的基本原材料。
中厚板轧机是轧钢设备之中的主力，代表一个国家钢铁的水平。
世界上先近国家都拥有若干套，各国中厚板轧机和生产技术都各有特色。
目前日本的厚板轧机性能和生产技术在世界居领先地位。
1.2包头地区建厂可行性分析
设计说明：
设计任务为设计年产量为280万吨的双机架宽厚板车间，计算典型产品为10mm×3800mm、30mm×3800mm的Q235船板钢，占年产量15%，以包头地区选址建厂为参考依据进行设计与分析。
1.2.1包头地理情况
包头市地处内蒙古自治区西部，蒙古高原南端，南濒黄河，东西两侧有沃野千里的土默川平原和河套平原，阴山山脉横贯全市中部．市境北与蒙古国接壤，南与伊克昭盟的达拉特旗，准格尔旗隔黄河相望，西与巴彦淖尔盟的乌拉特前旗、乌拉特中旗毗连，东与呼和浩特市的托克托县．土默特左旗，武川县、乌兰察布盟的四子王旗相邻。
坐标为东经109°16′～110°25′，北纬40°15′～42°40′，总面积27691平方公里，其中市区面积140余平方公里。
包头是华北地区联结西北地区的交通枢纽。
历史上包头曾以中国西北地区的"水旱码头"、"皮毛集散地"闻名于世。
中华人民共和国成立后，经过50年的建设，已经成为一个以冶金，机械、化工、电力工业为主的包括钢铁、稀土、有色金属、机械制造、重型汽车、煤炭、电子、建材、皮革、皮毛、纺织、服装、食品、制糖、酿造、搪瓷、造纸、印刷、美术工艺、民族用品、日用杂品等门类比较齐全的新兴工业基地，是内蒙古自治区最大的工业城市，誉为"草原钢城"、"稀土之乡"。
境内的大青山，乌拉山、色尔腾山以及白云鄂博高地，地质作用强烈，变质岩和各种侵入岩广泛分布，矿产丰富。
已探明的矿种72个，产地近400处。
其中形成地区资源优势的矿种有铁、稀土、铌、黄金、珍珠岩、大理石、白云岩、石英、煤炭等。
铁矿资源丰富，巳探明总储量为13.08亿吨，大小产地50余处，目前已开发利用的白云鄂博铁矿（大型）、黑脑包铁矿（中型）、公益民铁矿（中型）三处，总储量为l0亿吨，是包钢的铁矿石原料基地。
稀土资源得天独厚，储量达1亿吨以上，占全国总储量的97％，占世界储量的81％。
包头稀土矿以轻稀土为主，钐、铕、钆等贵重金属含量多，为世界少见。
铌矿有3处大型矿床，集中在白云鄂博地区，已探明5氧化2铌储量为514万吨，居全国首位。
金矿是仅次于铁、稀土、铌的优势矿产，共有2个中型岩金矿床，1个小型岩金矿床、1个小型砂金矿床和17个矿点、矿化点，已探明表内储量约为15．5吨，分布在白云鄂博和固阳一带。
煤炭矿产主要分布大青山和固阳盆地，探明储量10亿吨，产地30余处，其中中型煤田3处，小型煤田25处。
1.2.2包头交通情况
包头是连接中国华北、西北的重要交通枢纽和中国西部重要的邮电通讯中心，现已基本形成了铁路、公路、航空综合交通网络，目前有内陆第一条高速公路——呼包高速公路，对101国道实行南北绕行，对210国道进行改造和立交建设，对机场进行扩建。
其中贯通华北、西北地区的大动脉京包、包兰、包神、包西铁路在包交汇，东行可连北京，西行可连兰州，南行可连太原、西安、上海等地；110、210国道穿越市区、呼包高速公路建成通车，27条公路干线通向全国地，形成了以丹东——北京——包头——银川——拉萨为东西南北州县和北海——西安——包头——白云为南北轴线，连接内蒙古自治区和近省、市、自治区的公路网络，密度超过了全国平均水平；现代化的民航机场实现了全国微机联网售票，机场连到了4C级标准，波音737等大型飞机可安全起降，基本上形成了覆盖华北、西北、华东、华中、华南等较为完善支线航空运输联络，为本市人民及外商旅游或经商提供了方便、迅捷的服务。
1.2.3包头地区水、土地资源状况
充足的水资源是包头经济赖以发展的重要条件。
包头市区可利用的供水水源有：
地下水资源、水库水和黄河水。
黄河流经包头境内214公里，水面宽130m~458m，水深1.6m~9.3m，平均流速为1.4m/s，最大流量每秒6400m3，年平均径流量为260亿立方米，是包头地区工农业生产和人民生活的主要水源。
包头市及近郊范围内的地下水多年平均补给资源量为1126×108m3/a；水库可向城市提供5×104m3/d，作为城市自来水公司季节性调节水源；目前包头市在黄河昭君坟段和磴口段取黄河水量为1157×108m3/a作为城市供水（包括包钢用水）。
综合地下水和地表水，现包间市区可利用的水资源量为3×108m3/a左右（含1×108m3/a的农业用水，可作为城市供水资源量约为2×108m3/a左右）。
此外，艾不盖河、哈德门沟、昆都仑河、五当沟、水涧沟、美岱沟等河流，水流量可观，也是可以利用的重要水资源。
包头土地总面积27768平方公里，其中，山地占14.49%，丘陵草原占75.51%，平原占10%。
已开发和利用的土地中，市区面积为140.5平方公里；耕地面积占土地面积比重14.3%；森林面积149.2千公顷，草原面积2086.5千公顷。
1.2.4包头地区能源情况
内蒙古地区预测煤炭储量达12250亿吨，居全国第二位。
包头地区有着良好的煤电产业发展基础，丰富的赋存和易于开采的煤炭资源。
包头周围煤炭资源主要集中在鄂尔多斯盆地，包含准格尔、东胜、卓资山三大煤田，保有资源储量达1217.85亿吨，约占全区保有资源总量的54.39%。
煤炭以长焰煤为主，煤质优良，具有低硫、低灰、高发热量的特点。
而且本地煤田规模大，宜于露天或大型机械化矿井开采，是理想的能源重点开发区。
包头及其周边地区电力工业发达，蒙西电网电力供应十分充足。
包头市拥有一电厂、二电厂、三电厂等三家大型火电厂，不仅充分供给市内用电而且电力远输北京河北，支援华北电力。
第二章产品大纲的制定和金属平衡表的编制
2.1产品方案的制定原则及编制依据
2.1.1制定原则
（1）国民经济发展对产品的要求。
根据国民经济各部门对产品数量、质量和品种等方面的需要情况，既考虑当前的急需，又要考虑将来发展的需要。
（2）产品的平衡。
考虑全国各地生产的布局和配套加以平衡。
（3）建厂地区的条件、生产资源、自然条件、投资等的可能性。
2.1.2编制依据
（1）根据金属与合金的品种、规格、状态及质量要求品种和规格不同，采取不同的生产方案，若产品质量要求不同，同一种合金品种与规格也可以采用不同的生产方案。
（2）年产量的大小产量不仅决定工艺过程的特点，同时也对设备选择、铸锭尺寸、产品规格有着直接的影响。
（3）投资与建设速度、机械化与自动化程度、劳动条件、工人与管理人员的数量比例以及将来的发展前景。
（4）满足市场和国民经济发展对产品的要求。
2.2产品大纲
产品大纲是进行车间设计时制定产品生产工艺规程，确定和选择各项设备的主要依据。
本设计为年产280万吨宽厚板生产车间。
产品大纲见下表2.1。
表2.1产品大纲
品种
代表钢号
钢板规格mm
执行标准
产量
万吨/年
比例%
低合金高强度板
Q295,Q345,Q390,Q420
5~100×900~3800
×300~25000
GB709
42
15
SM400,SM490,SM520,SM570
JISG4051
A572,A573,A633
ASTM
造船板
A32E40D36
5~100×900~3800
×300~25000
GB712-2000
28
10
管线钢材
X42~X80
5~100×900~3800
×300~25000
API5L
22.4
8
海洋石油平台用板
DH32,DH36,DH40,EH36,EH40,
FH32,FH36,FH40
5~100×900~3800
×300~25000
GB712-2000
14
5
工程机械用板
09CuCrNi,16CuCr,StE460
5~100×900~3800
×300~25000
ASTM
DIN17102
14
5
压力容器板
16MnR,15MnVR
5~100×900~3800
×300~25000
GB6654-1996
28
10
SPV355,SPV490
JSIG3115
A622,A203,A517
ASTM
锅炉板
20g,16Mng,15MnVg
5~100×900~38/00
×300~25000
GB713-1997
42
15
SB410,SB450,SB480
JISG3115（2005
A202,A299,A302,A516
ASTM
优质碳素板
08,20,45,55
5~100×900~3800
×300~25000
GB/T14975-2002
33.6
12
S45C,S50C,S58C
JISG4051
碳素板
Q195~Q275
5~100×900~3800
×3000~25000
GB/T3274-2007
42
15
SS330,SS440,SS490,SS540
Q/HG005-2004
桥梁及耐大气腐蚀板
Q235q，Q345q,Q370q,16Mnq,09CuPCiNn
5~60×900~3800×300~25000
GB/T714-2000
14
5
SM490,SM540,SM570
JSIG3106
A709，Grade50,50W,100,100W
ASTM
合计
280
100
2.3金属平衡
金属平衡表内容包括产品方案中每种产品的原料重量、烧损、切损、轧废的比例、成品重量、金属消耗系数、成材率等问题。
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。
烧损率一般在1%~3%之间。
（2）切损：
切损是指切头、切尾、切边和由于局部质量不合格而必须切除所造成的质量损失。
钢材切损主要与钢坯种类、坯料尺寸等有关。
产品切损率为4%~8%。
（3）轧废：
轧废是由于操作不当、管理不善或者出现事故造成的废品损失。
如轧漏、轧卡、超差、浪形、轧扭、性能不均衡等，轧废与坯料质量、加热质量、成型操作及均衡生产有关。
轧废率一般在1%左右。
金属平衡表内容包括产品方案中每种产品的原料重量、烧损、切损、轧废的比例、成品重量、金属消耗系数、成材率等问题。
表1.3金属平衡表
编号
产品
原料重量
t
成品重量
t
烧损
%
切损
%
轧废
%
成材率
%
1
低合金高强度板
462046
420000
1.6
6.0
1.5
90.9
2
造船板
307692
280000
1.6
6.0
1.4
91.0
3
管线钢材
246424
224000
1.3
6.0
1.8
90.9
4
海洋石油平台用板
154355
140000
1.4
6.2
1.7
90.7
5
工程机械用板
154696
140000
1.9
5.9
1.7
90.5
6
压力容器板
308370
280000
1.9
5.8
1.5
90.8
7
锅炉板
461539
420000
1.6
6.0
1.4
91.0
8
优质碳素板
368422
336000
1.7
6.1
1.0
91.2
9
碳素板
461538
420000
1.8
6.0
1.2
91.0
10
桥梁及耐大气腐蚀板
154355
140000
1.6
6.0
1.4
90.7
合计
3049437
2800000
91.8
第三章生产工艺流程的制定
制订生产工艺过程的首要目的是为了获得质量符合要求的产品，其次要在保证质量的基础上追求轧机的高产量，并能够降低各种原料材料消耗，降低生产成本。
3.1轧钢机的布置形式和轧机类型的选择
根据已制定的生产方案，在充分完成产品产量质量要求的前提条件下，用最大可能的低消耗、最少的设备、最小的车间面积、最低的劳动成本、并有利于产品的质量的提高和发展，有较好的劳动条件，最好的经济效益，具体的原则包括：
产品的技术条件，生产规模大小，产品成本和工人的劳动条件。
热轧板带生产的一般工艺流程是：
原料的清理准备，坯料的加热、轧制、扎后冷却、精整和质量检查等工序。
宽厚板车间的布置形式有三种，即单机架布置、双机架布置和半连续式布置。
本设计采用双机架布置，双机架布置的宽厚板车间是把粗轧和精轧分到两个机架上去完成，它不仅产量高，而且产品表面质量、尺寸精度和板型都比较好，还延长了轧辊的使用寿命。
双机架布置中精轧机一律采用四辊可逆式轧机以保证产品质量，而粗轧机可分别采用二辊可逆式轧机或四辊可逆式轧机。
本设计采用四辊可逆式轧机。
3.2轧辊主要参数的确定
3.2.1轧辊尺寸的确定
轧辊的主要的尺寸有辊身长度L、轧辊直径D、轧辊辊颈尺寸d和辊颈长度l。
（1）工作辊辊身长度：
工作辊的辊身长度代表轧机的规格。
（辊身长度L应大于所轧钢板的最大宽度bmax，即：
L=bmax+a。
式中a值视钢板宽度而定，对于宽度大于3000mm的轧机，轧件最大宽度b大于2500mm时，a取200mm~400mm。
）
由于机架和牌坊以及轧制能力，本设计选择轧机辊身长度为3800mm，支撑辊辊身长度取值同工作辊相同，即为3800mm。
（2）轧辊直径：
为了保证轧辊的扭转刚度，在选择轧辊直径时应该同时考虑辊身长度的影响。
轧辊辊身长度与轧辊直径之比通常取为：
L/D=2.5~4.0；
支撑辊辊径取值为:
Dz/Dg=1.6~2.5。
本车间设计选取L/Dg=3.4，Dz/Dg=1.9，计算得出：
工作辊直径为：
Dg=1120mm，
支撑直辊径为：
Dz=2000mm。
（3）轧辊辊颈：
现代宽厚板轧机工作辊辊颈直径取：
dg=（0.6~0.65）D，长度lg/dg=0.83~1.0；支撑辊辊颈直径取：
dz=0.75D，长度lz/dz=0.75~0.9。
本车间设计选取工作辊辊颈直径为dg=0.6D，长度选取lg/dg=0.85，支撑辊辊颈直径取dz=0.75D，长度取lz/dz=0.85即：
工作辊辊颈直径为：
dg=0.6×1120=670mm；，
工作辊辊颈长度为：
lg=570mm。
支撑辊辊颈直径为：
dz=0.75D=0.75×1120=840mm，
支撑辊辊颈长度为：
lz=710mm。
3.2.2立辊轧机及其技术参数
立辊轧机主要是用于钢板宽度和平面板型的控制，立辊轧边法控制钢板的平面形状，减少了切边量，提高了板坯的成材率，立辊轧机可将水平轧制钢板展宽量压缩回去，保持既定的板宽，并可消除凸凹板边，防止轧件边缘产生鼓形、裂变、边部折叠、边部减薄，形成边缘整齐的板材。
本车间设计根据已建宽厚板厂设备选取经验，采用舞阳钢厂3800mm轧机的立辊轧机技术参数：
传动方式：
上传式；轧制力/KN：
5000;
开口度/m
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