年产100万吨薄板连铸连轧车间工艺设计.docx

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年产100万吨薄板连铸连轧车间工艺设计

年产100万吨薄板连铸连轧车间工艺设计

　　　　　　　　目录　　1概述...........................................3　　近终形技术的兴起............................3薄板坯连铸连轧的发展........................4车间设计的任务和目的........................8厂址的选择..................................9　　2生产方案及坯料的选择..........................10　　生产方案的编制...............................10　　薄板坯连铸连轧的产品方案.....................11　　生产方案的选择...............................11　　3主要设备的选择................................12　　连铸区的设备选择............................13　　加热设备....................................20　　轧制设备....................................23　　4产品工艺设计..................................25　　产品压下规程................................25　　咬入条件较核................................26　　各道次轧制温度的确定........................27　　轧制压力的计算..............................27　　轧制力矩的计算..............................30　　附加摩擦力矩的确定..........................31　　　　1　　空转力矩的确定..............................34　　动力矩的计算................................35　　静力矩的确定................................35　　电机功率的较核.............................35　　轧辊强度的较核............................37　　金属平衡表编制..........................41　　5辊型设计....................................42　　辊型的磨削凸度............................42　　工作辊挠度与轧辊实际凸度的关系............43　　轧辊挠度的计算............................43　　后记..........................................46

　　　　　　3%）、不锈钢等。

同时，带卷的几何尺寸、材料技术参数及表面质量均得到稳定改进。

　　未来的第三代技术的发展趋势　　薄板坯连铸连轧工艺的目的趋完善，全套技术的发展方兴未艾。

从全球角度来看，它将挑战传统薄板坯连铸连轧工艺，一条两机两流生产线的产量必达到300万～350万吨/年，为此需要提高轧制速度、加厚铸坯断面至90～100㎜。

字这些前提下采用液芯压下技术，考虑F7机架的增设都有可能，当然其中轧机功率加大是必要的，同时F1～F3机架的压下量要增大，第一道次最后要能压下50%～60%，F1机架能咬入70～80㎜厚的铸坯。

产量的提高需要炼钢炉供应更多的钢水，第三代生产线极有可能与之相匹配的是150t转炉，于是也就需要有大高炉提供更多的铁水。

从品种和质量上来预测第三代技术，它将进一步扩大，不锈钢、含硅较低的硅钢等都将在薄板坯连铸连轧生产线上生产，而大量碳钢产品将向薄规格方向扩展。

　　可以肯定，第三代技术将向250㎜厚度的传统板坯连铸机、3/4连轧系列挑战，向3～4套加热炉的温度均匀化方式，向大部分传统轧机的产品氛围进行挑战，而且前景光明。

　　结合我国具体情况分析，国内众多钢铁企业现用的传统轧机多建于20世纪70年代末，一般情况下2010年已达到服务期限，下一步如何走，是面临的现实问题，总希望用较少的投资来实现更新换代；另一方面，作为发展中国家，我国钢铁工业需要进一步提高板带比，薄板产量定会继续上升才能满足需求，靠什么来实现呢？

从经济合理布局观点出发，应该靠300万吨/年产量的转型钢厂来完成此项任务，它们在转型过程中不要再采用传统轧机，以求避免过大的投资，采用第三代薄板坯连铸连轧技术增产板材无疑将是首选。

　　至于不锈钢热轧带卷的生产，薄板坯连铸连轧技术在我国也必占一席之地。

基于它的产量不可能太大，采用80t转炉为好，热轧带卷以～2㎜为佳，太薄的产品难以控制酸洗时的飘移。

　　从薄板坯连铸连轧技术的出现到如今不过十多年，它却引起了扁平材生产技术革命性的变化，并且将在今后十年内对传统的钢铁联合企业带来巨大的冲击。

到2010年，全球有可能建成75个薄板坯连铸连轧工厂，总生产能力达到亿t，即全球50%左右的热轧带卷会薄板坯连铸连轧来生产。

　　此可预见薄板坯连铸连轧技术的发展为：

　　几乎所有投资薄板坯连铸连轧的工厂都特别注意充分发挥轧机的能力。

因此，大部分薄板坯连铸连轧工厂的年产量都设计在　　　　6　　200万～300万吨/年之间。

这就要求炼钢炉的能力和薄板坯连铸机能力的匹配。

　　利用现有老厂高炉—转炉设备，匹配薄板坯连铸连轧生产线，专门生产薄规格和超薄规格的热轧卷。

可以得到两方面的好处：

1）可以用热轧超薄板替代相当一部分商品冷轧板，相应减少冷轧厂的投资，并可以提高热轧板的销售额。

2）可以依靠薄板坯连铸连轧装置专门分工生产薄规格热轧卷，来解放原有传统热轧带钢轧机的生产能力，促进轧机增产。

现在，北美、欧洲已有多家联合企业进行结构性调整。

例如，美国阿克梅钢公司是世界上第一家使用氧气转炉与薄板坯连铸连轧相配合生产的企业；加拿大的阿尔戈马公司，已投资建设新的薄板坯连铸机与原有的高炉—氧气转炉配合生产。

德国蒂森公司建设成薄板坯连铸与现有转炉配合，专门生产超薄规格的热轧卷。

据报道，荷兰霍戈文、德国沙尔兹吉特尔和赫斯等高炉—转炉钢厂也有投资薄板坯连铸的打算。

总的来看，传统的高炉—转炉联合企业将受到薄板坯连铸连轧技术的冲击，同时，在采纳这一技术后，企业将获得结构性的变化，获得新的竞争力。

　　通过适当增加铸坯的厚度和宽度，相应提高拉速，增加铸机流产量，争取实现一部铸机与一部连轧机配合生产，这也是人们注意开发的课题。

然后，进一步充分发挥轧机的生产能力，达到200万吨/年以上。

　　如果通过增加铸坯厚度，使铸坯长度缩短到40㎜以下，则有可能考虑采用步进式加热炉作为衔接铸机—轧机的缓冲装置，这有利于“储存活套”容量的增大，整个系统的灵活性、稳定性提高。

当然，也要考虑步进式加热炉的投资额，在此基础上才能做出综合评估与判断。

　　就技术参数而言，薄板坯连铸机在铸坯厚度—凝固时间—冶金长度之间关系的优化选择是十分重要的。

这不仅影响轧机的架数和布置形式，而且也将影响到铸机本身的结构。

如果铸坯厚度增加，则凝固时间延长，相应的冶金长度增加，立弯式铸机容易产生鼓肚，而立弧形薄板坯连铸机将得到发展。

　　其中凝固系数k的选择十分重要。

SMS公司选用k=25，这对厚度约50㎜的低碳钢是有利的。

但对于厚度大于80㎜的铸坯，对于裂纹敏感的钢种以及包晶钢等，则采用k=22是比较安全的。

　　为了薄板坯连铸机安全有效的运行，薄板坯连铸机的水冷系统正在向3个冷却系统的方向发展。

　　在轧制超薄规格热轧带卷时，于受到终轧机架处带坯温度的限制，将会引起某些企业对轧制过程中带坯再加热问题的关注。

　　7　　薄板坯连铸连轧技术的最新进展　　薄板坯连铸连轧工艺技术装置日趋完善，市场竞争中更具实力，其原因在于它的工艺优势：

投资低，约为传统热连轧的58%；能耗低，约低1/2；生产成本约为常规轧机的78%；成材率比常规轧机高%；而维修费用约为常规轧机的39%。

两流薄板坯连铸机与一套热连轧机相匹配，可生产热轧带卷160万～250万t/a，而且可分别与电炉或高炉—转炉流程相连接。

薄板坯连铸连轧技术越来越显示出它的生命力。

　　自1989年世界上第一台工业化的薄板坯连铸连轧生产线投产以来，在过去的十一年中已有36条生产线相继运作，2000年已形成年产量5000万t的生产能力。

截至2001年底，全球已有36条生产线投产，产能达到5500万t/a。

其中26条为CSP生产线共42流，生产能力达到4200万t/a；4条FTSRQ生产线，生产能力约为500万t/a；QSP生产线3条，生产能力约为500万t/a；CONROLL生产线3条，生产能力约为315万t/a。

　　中国引进了3条CSP生产线，在珠钢、邯钢、包钢已先后顺利投产，业绩不错。

唐钢引进FISR—三菱组合生产线均已投产。

马钢在2003年9月浇出第一炉钢轧出合格热轧带卷。

涟钢的两条CSP生产线均已签定合同。

加之鞍钢自行设计的一条ASP生产线于2001年投入正常生产。

此外，本溪钢铁集团公司、新丰钢铁有限公司、济南钢铁集团公司均拟建薄板坯连铸连轧生产线，2005年建成。

我国在2005年形成年产量大约1000万t热轧带卷的生产能力。

可见，未来的3～5年间中国的薄板坯连铸连轧工艺及其进步将会在国际上扮演重要角色；同时，它也将成为中国钢铁工业进步的重要标志。

　　车间设计的目的与任务　　车间设计的目的就是为了建设新的企业，扩建或建设老企业。

　　设计的任务就是对需建设的企业做出技术与经济的详细规划，确定出企业的生产经济状况，技术经济指标及施工的组织方法等。

设计文件是编制基本建设计划和拨付投资的依据。

因此，企业在建设中能否加快速度、保证质量和节约投资，在建成后能否达到最好的经济效果，设计工作是起决定性作用的。

　　要乡很好的完成一个工厂和车间的设计任务，除了要学习和掌握专业基本理论外，还要深入生产实际，总结和推广科研成果，并吸收国内外先进的技术，只有这样才能做出经济上合理，技术上先进的设计来。

　　8　　一个完整的金属压力加工车间设计，其内容包括生产工艺、设备、土建、供水和排水、供气、供电、运输、采暖与通风等设计。

它们之间是一个完整的不可分割的整体，要求各个不同设计部门互相协作，紧密配合，其中车间工艺设计是车间设计的主体。

工艺设计工程师是一个组织者，他的主要任务是根据上级机关确定的任务书，进行工艺设计，确定生产方案、选择设备、画出车间工艺平面布置图、确定车间劳动组织与技术经济指标等，并提出对水、电、动力、热力、通风、照明、采暖、厂房建筑等设计的要求及所需的资料。

　　车间设计的依据　　在进行车间设计之前，应从技术经济部门取得设计任务书，而设计任务书是有关部门根据国家计划经过充分讨论之后制定的。

　　设计任务书的基本内容：

　　车间的生产规模、生产品种；车间的生产方案；　　　　建厂地址、厂区范围和资源情况、水文地质、原材料、燃料、动力、供水以及供电等供应情况，还有运输情况等；　　要求达到的经济效益和技术水平投资以及劳动定员的控制数字环保情况　　设计任务书是进行车间设计的依据。

　　厂址选择　　厂址选择工作实际包括两个方面：

一是建厂地区的确定，一般上级主管部门在设计任务书中规定；二是建厂地址的选择，设计者会同有关部门共同进行实际调查研究，提出几个初步方案进行比较，然后选取最优方案。

　　建厂地址选择应考虑下述要求：

　　必须符合国家工业布局的基本原则。

充分利用各地区的丰富资源和各方面的有利条件，合理使用人力和物力，使生产出来的产品能够合理的分配，从而使所设计的厂在最少的投资条件下，获得最大的经济效果，并且使全国各大区的工业系统迅速建立起来，逐步改变我国工业布局不合理的状态；　　原料、燃料、动力的来源与运输条件。

要能够得到生产所需的足够原材料，要有能满足生产和生活的水质和水量；　　适当靠近产品销售地区；自然条件好，有适宜的气候环境；　　　　9　　2生产方案及坯料的选择　　产品方案的编制　　[3]　　产品方案是指所设计的工厂或车间拟生产的产品名称、品种、规格、状态及年计划产量。

　　产品方案一般是在设计任务书中加以规定的，或者设计者深入实际调查统计提出方案，然后经主管部门批准确定，产品方案是进行车间设计的主要依据，根据产品方案可以选择设备和确定生产工艺。

　　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。

为此，设计者必须进行产品的社会调查。

　　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。

　　在进行产品方案的编制时，要以上三点为依据，全面考虑，三者不可偏废。

如何选择计算产品：

1）有代表性　　将所有的各类产品进行分类编组，从每组中找出一至几种产量较大，产品品种、规格、状态、工艺特点等有代表性。

因此，可以从拟生产的所有合金品种中选出十几种或几十种有代表性的产品。

这些计算产品从全车间总体来说，在合金、品种、规格、状态、产量和工艺特点等方面有代表性。

　　2）通过所有的工序　　指所选的所有计算产品要通过各工序，但不是说每一种计算产品都通过各工序，而是对所有计算产品综合来看的。

若从拟生产的所有产品中应有某工序，而计算产品不通过此工序，在此情况下，就要重新选计算产品，还应指出所选典型产品的产量和为总产量。

　　3）所选的计算产品要与实际相接近4）计算产品要留一定的调整余量　　根据计算产品进行工艺计算、选择设备、确定工艺、确定车间人力与物力的消耗及技术经济指标等所获得的结果，应该与按所有品种进行设计和投产后的实际相一致或相接近。

因此，编制产品方案、确定计算产品及其产量分配乃是工艺设计中的主导。

　　　　10

　　　　　　薄板坯连铸连轧产品方案　　　　2—1表产品方案　　序号12345　　　　钢种代表钢号GB产品标准JIS产量/t比例30000030%50000050%50000500005%5%碳素结构钢Q195~Q235GB/T700—80优质碳素结构钢低合金高强度结构钢耐大气腐蚀钢船用集装箱钢合计　　Spa_H09CuTiKEGBQ345GB/T1591-9408al08GB/T3275-94JISG312510000010%1000000100%生产方案的选择　　采用薄板坯连铸连扎的生产方案　　大型高炉——铁水预处理——大型转炉——二次精炼——薄板坯连铸　　机——连扎机　　工艺流程　　钢水精炼→csp连铸→剪切机→均热炉→事故飞剪→高压水除磷→连轧机→　　层流冷却→卷曲→冷却→入库　　　　　　　　11　　3主要设备的选择　　连铸区设备CSP连铸总体描述　　[6][7]　　连续铸钢技术的发展趋势是近终型连铸技术的开发应用，上下连铸与轧钢工序的无缝连接，实现紧凑的生产工艺流程，最大限度的节能和减少环境污染，提高金属收得率，缩短从钢水到成材的生产周期。

　　本设计CSP连铸机为立弯式，铸机主要设备为蝶式钢包回转台、中间包车、漏斗型结晶器、液压振动台、扇形1、2、3、4段，带刚性引锭杆的顶弯夹送装置、拉矫装置、以及摆动剪，其核心设备是漏斗型结晶器。

　　在钢包回转台的两侧各有一个中包车和中包预热站，车上配有浸入式水口预热烧嘴。

每台中包车都配备有称重系统，以称量中间包钢水重量。

每个中间包在正常工作情况下，容量为26～28吨，溢渣情况下为30～32吨。

中间包钢水液位可采用自动和手动进行控制，钢水从中间包注入结晶器采用塞棒伺服机构控制，它和CO60放射源，闪烁计数器和PLC装置一起组成结晶器液位控制系统。

塞棒是整体式的，而塞棒机构采用压缩空气冷却。

结晶器液位控制系统可实现连铸机的自动开浇，即当液位控制系统检测到钢水液位的10%时，铸机振动台开始振动，夹送辊开始拉坯。

钢水从中间包注入结晶器，是通过一个扁平式的整体式浸入式水口，它的出钢口专门设计的，以适应结晶器形状结构要求。

　　结晶器是一个直的漏式结晶器，上大下小，在宽边铜板上部中心有一个宽的垂直、锥形的漏斗区域，以保证浸入式水口有足够的空间。

漏斗区域为从铜板上部向下大约850mm,以下便是结晶器下部平行出口部分。

下部结晶器模壁是平行的，从而形成最后铸坯的断面尺寸。

　　结晶器振动装置是一个短杆式的液压振动系统，可以产生正弦振动，本设计采用的是非正弦振动。

而结晶器下面则为铸坯导向的扇形1、2、3、4段。

打开结晶器后，可以允许刚性引锭杆的插入，也可以清除漏钢后形成的坯壳。

漏钢后通常影响到结晶器和扇形1段，他可以很容易的作为一个整体用吊车吊出更换。

结晶器的宽度和锥度可以远程调整，借助于主控室内驱动PLC方式进入预设定，在浇注期间，主控操作人员可以根据生产计划或轧制规格要求进行在线调宽，通常情况下还可以调锥来进行结晶器热流的控制，以稳定浇注状态，确保铸坯坯壳的均匀冷却。

本设计二次冷却有3条冷却曲线，根据不同钢种，选择不同的冷却曲线，随着拉速的增加，水量不断增大。

　　12　　铸坯出扇形段后，进入夹送辊顶弯装置，依靠液压，顶弯辊将铸坯与引锭杆分离，铸坯进入半径的弧形段，再通过拉矫机进行一点矫直。

夹送辊顶弯装置及拉矫装置的冷却为内冷。

然后铸坯进入摆动剪，在主控市HMI画面可进行铸坯长度的设定。

通常铸坯在摆剪处的温度为950～1050℃，主要于不同拉速所致。

　　连铸机械设备大包回转台　　大包回转台设备为带升降系统的Ｈ型回转台,它位于浇铸平台上。

主要包括：

大包回转台、事故回转驱动装置、称重系统、大包盖操作装置、回转锁定装置和大包滑动水口液压操作系统。

大包回转台的主要功能是将大包才能感装载位置运送到浇注位置，回转半径为5500mm，回转台承载能力为2×200t,回转速度为1r/min,设有电气滑环和旋转接头，用于传送电能和介质，能实现正、反向各360°无限地转动。

　　大包回转台能够移动两个装满的大包，并向连铸机连续地输送钢水。

在正常情况下，大包回转台的转动电动-机械系统实现，电机通过行星齿轮箱和锥齿轮来传递运动，电机配有编码器，以调整转速，实现回转臂的精确定位。

电机输出轴上设有1气动抱闸系统，以便回转臂停在合适的位置上。

在事故情况下可以用副驱动即气动驱动，来实现回转台的转动。

在任何时刻，均可实现从一种状态向另一种状态的转换，甚至在大包回转台正在转动时也可以。

装满钢水的大包天车吊运到回转台的双叉臂上，然后转动到浇铸位置。

设备的布局设计时就考虑到，当中间包液面处于最高位置时，大包、中间包车和中间包之间不会发生任何干涉。

　　中间包车　　中间包车为半门式结构，主要组成为：

行走系统、升降系统、水口对中机构、称重系统、塞棒液压控制机构、侵入式水口的事故闸板液压机构、连续测温系统机械手和大包长水口机械臂。

　　中间包车升降机构电动-机械螺旋千斤顶实现升降，有接近开关实现控制，升降行程为600mm，升降速度最大为30mm/s。

通过编码器实现对中间包位置和速度进行控制，能使侵入式水口自动地上下移动，均衡弯月面处的水口侵蚀，提高侵入式水口的寿命。

中间包行走驱动系统，主要2个带变频器和编码器的电机、2个正交轴齿轮减速机和4个车轮组成。

中间包车负载能力　　　　13　　为80t，最小行走速度为2m/min，最大行走速度为20m/min，可实现紧急制动和紧急事故行走。

通过液压装置实现中间包位置的横向调整和水口对中，通过流量分配器保持液压缸同步运动，调整行程为+75/-75mm。

通过传动拖链向电机供电，传递流体和电信号。

称重系统主要4个带放大器和空冷的称重单元组成，侵入式水口事故滑动闸板用于紧急切断中间包流出的钢水，切断速度为300mm/s。

带液压缸、伺服阀和位置传感器的液压驱动机构，用来驱动塞棒，可手动也可自动，垂直行程手动为140mm，自动时为100mm，最大速度大于100mm/s，塞棒液压控制机构和结晶器液位检测系统形成闭环控制，通过PID调节稳定控制结晶器液面。

连续测温系统机械手把持连续测温探头，用于浇注过程中中间包钢水温度连续测量。

大包长水口机械臂夹持大包长水口，带氩气封闭，机械臂可以实现旋转、水平移动和升降动作，升降气动驱动，以保证大包长水口和大包滑动水口的准确严密啮合及更换水口。

　　中间包烘烤装置　　每个中间包烘烤装置烧嘴数量为3个。

最高预热温度为1200±100℃，所用燃料为转炉煤气。

烘烤时间为90min,燃料消耗为1800m3/h,采用自动点火，PLC自动控制温度，加热曲线存于PLC中，盖上的热电偶提供反馈。

水口烘烤装置为负压抽风式，一个文式管气动产生负压，通过水口将中间包内的热量吸入烘烤炉，能把中间包水口预热到合适的温度。

　　二冷室及风机　　二冷室位于浇铸平台下。

包括一个封闭室和一套蒸汽排出装置，连铸平台和其下镀锌钢板制成的二冷室墙组成大型整体封闭室，用来容纳从浇铸平台到拉矫装置末端的水和蒸汽。

蒸汽排出系统包括2台离心风机用来排出二冷室的蒸汽。

　　H2漏斗型结晶器　　H2漏斗型结晶器主要包括：

两个漏斗型宽面铜板、两个多锥度窄面铜板、铜板背板、足辊、在线调宽装置。

结晶器支撑框架是焊接钢结构，安装在振动台上，结晶器冷却水自动进行连接，结晶器水套和振动台接水板通过O型密封圈进行密封。

冷却水的连接方式和对中销的设计，可以实现快速更换结晶器。

结晶器的固定面和松动面通过拉杆连接，带有弹簧的拉杆可以保证一套液压缸实现宽面打开。

铜板和背板设计成快速更换的结构，以实现磨损铜板的快速更换。

铜板材质为铜银合金，宽面铜板表面镀Ni，铜板长度　　　　14　　1200mm,结晶器冷却方式为在铜板上钻孔通水冷却。

结晶器预留安装电磁制动的空间。

足辊区冷却构成二次冷却的1、2、3环路。

　　结晶器的作用和基本组成:

　　结晶器是连铸机的心脏，中间包内的钢水注入到结晶器后，在结晶器内初步骤固成具有一定外形的铸坯，生成一定厚度的坯壳，并被连续地从结晶器下口拉出，进入二冷区。

　　结晶器的主要作用：

（1）在尽可能高的拉速下，保证出结晶器时形成足够厚度的坯壳，以抵抗钢水静压力而不拉漏。

（2）保证结晶器周边坯壳厚度均匀稳定地生长。

　　（3）结晶器内的钢水——渣相——坯壳——铜板之间的相互作用，对铸坯表面质量有决定性的影响。

　　上述第

（1）个作用决定了铸机的生产率，而第

（2）、（3）个作用决定了铸坯的表面质量。

　　结晶器的基本组成:

　　结晶器宽边安装有六个液压缸用来打开和关闭结晶器铜板。

其中固定侧有两个液压缸，单向阀和压力开关进行控制。

松动侧有四个液压缸，带有压力传感器的单向阀和比例进行控制。

当掉电和液压失效时有一个蓄能器进行结晶器的事故关闭。

松动策顶部的压力为120bar，底部的压力为140bar。

当进行结晶器在线调节时松动侧的压力将减小以阻止铜板表面刮伤。

当松动侧的压力降为63bar时自动尾出。

　　窄边的主要功能是进行结晶器宽度和锥度的调节，以保证板坯尺寸和浇注安全。

调宽是通过4个用于上下主轴驱动的伺服电机、4个齿轮装置、4个蜗轮装置、4个螺旋主轴实现的。

　　结晶器液位控制系统　　结晶器液位控制系统安装在结晶器上，液位控制系统包括：

射线型和涡流型两种。

　　射线型液位控制系统：

是在射线吸收和传递原理基础上建立起来的。

来自放射源的一束射线经过结晶器和板坯，到达检测器表面。

在这个过程中，一部分射线被它经过的物质吸收，一部分传递到检测器表面。

结晶器液位与吸收量成正比，与传递量成反比。

结晶器液位控制系统嵌入到结晶器宽面。

自动化系统可根据结晶器液