年产100万吨热轧板带钢车间设计.docx
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年产100万吨热轧板带钢车间设计
年产100万吨热轧板带钢车间工艺设计
摘要
钢铁业是一个国家基础工业中非常重要的组成部分，也是国家经济发展的重要支柱。
我国钢铁工业发展较快，工艺结构逐步改善，但生产专业化自动化程度低，技术不够先进等等，导致还有很多产品需要从国外进口。
这些年来，随着我国的经济发展，热轧板带钢在国内市场的需求空间越来越大，为弥补我国宽带钢供应不足而设计此热轧带钢车间。
根据设计任务书要求，本车间设计年产量热轧钢卷100万t；钢种有普碳钢，优质钢和低合金钢；产品规格为1.5~25.4㎜×1000~1900㎜。
设计内容主要包括：
产品方案，工艺流程，设备选择及生产能力计算，车间平面布置，环境保护等。
本车间采用常规半连轧工艺。
板坯全部采用连铸坯。
为减少坯料规格，简化轧制程序，采用定宽压力机。
为提高产品质量，精轧机各架全采用CVC轧机。
为提高设计效率和质量；采用VB语言编制了压下规程程序；采用CAD绘制车间平面布置图。
关键词：
车间设计，热轧带钢，CVC轧机
Annualoutputof4.13milliontonsofhotrolledflatsteelplantprocessdesign
Abstract
Steelisaveryimportantpartofthenationalbase-industry,itistheimportantpillarofnationaleconomicdevelopment.InChina,steelindustryisdevelopingfastandthesructuresoftheprocessisgraduallyimproving,however,thelowautomatic,insufficientspecializeddegree,unadvancedtechnologyandotherreasonshaveleadtothatmanyproductsneedimportedfromabroad.Theseyears,withthedevelopmentofeconomyinChina,thedemandofsteelineveryfieldhasbeengreatelyincreased.Inordertomakeupforawidestripinshortsupply,ahotrollingstripmillisdesigned.
Accordingtothedesignplandescriptionsoftherequirement,theannualproductionworkshopdesignaboutgradesofhotrolledsteelcoilsof4.13milliontons;Akindofcarbon-steel,high-qualitysteelandlowalloysteel;Theproductspecificationfor1.5~25.4㎜x1000~1900㎜.
Designcontentmainlyincludes:
products,process,equipmentselectionandproductioncapacitycalculation,workshoplayout,environmentprotection,etc.
Thisworkshophalftheconventionalrollingprocess.Alltheslabcontinuouscastingslab.Toreducestockspecifications,simplifytherollingprocess,USESthefixedwidthpress.Inordertoimprovetheproductquality,theframebyfinishingallCVCrollingmill.
Inordertoimprovethedesignefficiencyandquality.TheVBlanguageunderthepressureofrulesprogram;UsingCADdrawingworkshopfloorplan.
Keywords:
workshopdesign,strip,CVCrollingmil
目 录
1概述
1.1热轧板带钢发展史
在工业现代化进程中国，钢铁行业一直处于基础产业的地位，在国民经济中所起的作用很重要，是衡量一个国家的工业、农业、国防和科学技术的四个现代化水平的标志。
热轧带钢是重要的钢材品种，对整个钢铁工业的技术进步和经济效益有着重要影响。
热轧板带钢轧机的发展已有80多年历史，汽车工业、建筑工业、交通运输业等的发展，使得热轧及冷轧薄钢板的需求量不断增加，从而促使热轧板带钢轧机的建设获得了迅速和稳定的发展。
从提高生产率和产品尺寸精度、节能技术、提高成材率和板形质量、节约建设投资、减少轧制线长度实现紧凑化轧机布置到热连轧机和连铸机的直接连接布置，热轧板带钢生产技术经历了不同的发展时期。
热轧带钢产品主要以钢卷状态供给冷轧机作原料，同时也直接向用户和市场销售热轧钢卷和精整加工产品，即平整钢卷、分卷钢卷、纵切窄带钢卷、横切钢板，最近几年又有经过酸洗的热轧钢卷作为成品进入销售市场。
1.1.1热连轧板带钢的种类和用途
供给本企业和其他企业冷轧机作原料用热轧钢卷主要的钢种为低碳钢（包括超低碳钢）、一般碳素结构钢，供冷轧机生产取向硅钢、无取向硅钢、不锈钢薄板带用原料钢卷，也由热轧宽带钢轧机生产。
冷轧机原料钢卷的规格X围为：
厚度1.5～6.0mm、宽度600～1900mm。
直接供用户和向市场销售的热连轧板带钢的种类和用途如下：
（1）普通碳素结构钢板带。
用于制造建筑结构，起重运输机械，工程、农用和建筑机械，铁路车辆及其他各种结构件。
（2）优质碳素结构钢板带，包括按国外标准供货的焊接结构钢板带。
大量的用途同上，并用于制造汽车、拖拉机、收割机以及要求冲压性能和焊接性能优良的机械构件、石油储罐、压力容器、船舶、桥梁和各种工程的结构件。
（3）低合金高强度结构钢板带。
用于制造要求强度更高、成形性更好和性能稳定的机械制造、车辆、化工设备等各种设备的结构，大型厂房钢结构，重要工程及桥梁结构等。
（4）耐大气腐蚀和高耐候钢板带。
用于制造铁路客车、冷藏车、铁路货车、矿石车以及各种交通车辆的结构件，也用于船舶及铁路集装箱制造，石油井架、各种工程机械和交通运输机械的制造。
（5）耐海水腐蚀结构钢板带。
用于石油井架、海港建筑、采油平台、船舶制造，也用于化工、石油行业含硫化氢腐蚀性液体容器和铁路运输车辆的制造。
（6）汽车制造用板带钢系列。
（7）集装箱用钢。
专用于制造集装箱侧板、门板、顶板、底板、边框、立柱等构件。
（8）管线用钢。
石油天然气输送用管线，用于制造埋弧焊钢管以及直缝电焊钢管。
（9）焊接气瓶及压力容器用钢。
用于制造液化气钢瓶及乙炔气钢瓶、较高工作温度的压力容器及锅炉等。
（10）造船用钢板。
用于制造内河船体及上层建筑结构，远洋轮船的上层建筑及隔舱板。
（11）矿用钢板。
用于制造采矿用液压支架、矿用工程机械、矿用车斗、采矿刮板运输机，以及其他矿用机械耐磨结构件。
1.2板带钢生产技术发展趋势
（1）热轧板带材短流程、高效率化。
这方面的技术发展主要可分两个层次：
①常规生产工艺的革新。
为了大幅度简化工艺过程，缩短生产流程，充分利用冶金热能，节约能源与金属等各项消耗，提高经济效益，不仅充分利用连铸板坯为原料，而且不断开发和推广应用连铸板坯直接热装与直接轧制技术。
②薄板坯和薄带坯的连铸连轧和连续铸轧技术是近十年来兴起的冶金技术的大革命，随着这一技术的逐步完善，必将成为今后建设热轧板带材生产线的主要方式。
（2）生产过程连续化。
近代热轧生产过程实现了连续铸造板坯、连续轧制和连铸与轧制直接衔接连续化生产，使生产的连续化水平大大提高。
（3）采用自动控制不断提高产品精度和板形质量。
在板带材生产中，产品的厚度精度和平直度是反映产品质量的两项重要指标。
由于液压压下厚度自动控制和计算机控制技术的采用，板带纵向厚度精度已得到了显著提高。
但板带横向厚度（截面）和平直度（板形）的控制技术往往尚感不足，还急待开发研究。
为此而出现了各种高效控制板形的轧机、装备和方法。
这是近代板带轧制技术研究开发最活跃的一个领域。
（4）发展合金钢种及控制轧制、控制冷却与热处理技术，以提高优质钢及特殊钢带的组织性能和质量。
利用锰、硅、钒、钛、铌等微合金元素生产低合金钢种，配合连铸连轧、控轧控冷或形变热处理工艺，可以显著提高钢材性能。
近年来，由于工业发展的需要，对不锈钢板、电工钢板（硅钢片）、造船钢板、深冲钢板等生产技术的提高特别注意。
各种控制钢板组织性能的技术，包括对组织性能预报控制技术得到了开发研究和重视。
1.3轧钢的发展状况
1.3.1轧钢装备的发展状况
轧钢装备的好坏直接影响轧钢产品的好坏。
近年来，随着我国经济以及技术综合实力的不断提升，在轧钢装备方面也有了显著的进步，相关技术达到了国际先进水平，主要体现在以下几个方面[29]。
（1）开发的现代化热轧宽带轧钢生产线。
该生产线主要是由我国鞍钢等自主集成开发的，通过不懈努力，逐步开发，不断完善了中薄板坯连铸连轧技术。
该热轧带钢生产线流程的主要特点是完整、高效、节能、工业化、规模化等，而流程紧凑则是其最为凸显的优势，从而实现了连铸与轧钢工序完美的连接。
（2）集成宽厚板轧制生产线技术。
宽厚板轧制生产线主要是采取国内设计或者联合设计的方式，引进关键装备，针对国内的技术进行总和集成。
主要产品有管线钢板、结构钢板、石油储备用钢等。
（3）开发大型冷连轧生产线。
第一次由我国技术总负责设计的鞍钢1780大型宽带钢冷轧生产线于2005年成功投入运行，混合配置六辊四辊轧机，采用先进关键技术，酸洗冷轧联合生产技术、紊流盐酸酸洗技术等。
主要产品有高品质轿车板、高档次镀锌原板等。
此外，还发展了薄板坯连铸连轧生产线、三辊连轧管机组生产线等。
1.3.2轧钢工艺技术的发展状况
近年来，我国轧钢工艺技术主要是研发、改造轧制与控冷新装备以及发展高质量高性能新产品。
主要有以下较为突出的轧制技术[30]：
（1）半无头轧制技术。
集成创新了半无头轧制配套技术。
（2）超薄规格轧制技术。
部分以热代冷的目标实现。
（3）长尺钢轨轧制及在线热处理生产线技术。
实现了喷风强制冷却轧后高温钢轨。
（4）控制冷却技术。
基于传统集管层流冷却系统，混合配置喷嘴倾斜布置的压力喷射式超快速冷却系统，实现了热轧带钢的超快速冷却。
（6）轧制数学模型优化技术。
研发了调优宽带钢冷连轧数学模型系统,连续轧制过程中，钢冷连轧机柔性轧制得到最大程度的实现。
（7）板形控制技术。
拓展了极限规格，研发了高等级带钢表面质量控制技术。
1.3.3轧钢生产中节能技术的研究
目前，整个世界都在提倡节能环保，自从哥本哈根会议以后，全球各国都开始重视环保问题，人民的环保意识也越来越强。
在我国，钢铁行业能耗占我国总能耗高达12%[31]，而轧钢能耗又是我国钢铁行业能耗的“大头”，因此，开发研制轧钢生产的新工艺新技术的同时要着重加强轧钢生产中的节能技术。
而目前主要的
节能措施都是以技术进步为基础，如结构调整（改变各工序钢比系数）或直接节能（降低各工序能耗）等，生产节能的关键还是推进轧钢技术进步。
轧钢生产实现节能目的，可采取以下几种节能技术[32]。
（1）蓄热式燃烧技术。
该技术能最大限度地回收利用炉烟气的热量。
热量的回收利用能大幅度节约燃料，从而能够有效降低成本、提高产量,同时还能够减少有害气体（如二氧化碳、氮氧化合物等的排放），实现环境保护。
（2）加热炉绝热技术。
采用高温节能涂料，实现加热炉的绝热技术，这也是目前高性耐火材料的发展趋势。
（3）高温低氧燃烧技术。
无氧化加热和热轧的低成本手段一直都是热轧追求的目标。
高温低氧燃烧技术就是利用高温最大程度的实现低成本加热和热轧，并能回收利用大量的烟气余热，因此，该项节能环保燃烧技术在发达国家在不断推广应用。
（4）低温轧制技术。
该项节能技术措施主要是降低轧钢系统工序能耗，并且加热炉出钢温度的降低能够有效减少燃料消耗，而且轧制功率和变形抗力在一定程度上都会有所增加。
（5）轧制工艺润滑技术。
热轧工艺润滑技术的使用能够有效降低轧制力，从而降低轧制动力的消耗。
1.3.4轧钢技术发展前景
随着技术的不断完善，社会的不断进步，轧钢技术的主要发展方向[35]：
（1）前沿性轧钢工艺的研发，引领性新产品的开发。
自主创新，建立产学研相结合的技术体系，研发新工艺、新技术，采用低成本、高性能、节能环保的新材料，借鉴国外先进技术。
（2）智能化技术在轧钢领域的应用。
随着智能化技术的不断发展与完善以及日趋激烈全球竞争的，钢铁产品的产量和质量也需要更完美、更理想的设计方法，智能化技术已成为了发展的必然方向。
（3）着眼可持续发展，实现节能减排技术。
我国“十二五”规划已经明确提出建立环境友好型社会，实现绿色动力，在不久我国将会是一个绿色的国家，全球也要实现全球绿色化，因此，节能产品的研制已经非常明了，要不断推进节能减排，实现可持续发展。
1.4热轧带钢发展趋势及市场
热轧板宽带钢以深冲钢板、耐腐蚀高强度热轧钢板、成型性优异的高强及超高强钢板、超宽幅汽车钢板、热镀锌钢板、超细晶高强度钢板为发展目标。
由于将采用无头轧制技术、薄板坯连铸连轧工艺、控制冷却技术等轧制工艺生产热轧薄带钢，因此可以较好地控制热轧带钢的组织和性能。
在冷却技术方面，以温度预测模型为基础，采用细分的冷却箱和缓慢冷却装置，开发高精度的冷却系统，对钢材的组织和性能进行控制。
从超薄热轧带钢的市场需求和生产现状可看出“以热代冷”的钢铁市场走向决定了超薄热轧带钢生产总体趋势是供不应求，同时也表明了超薄热轧带钢将成为热轧宽带钢的另一个发展方向。
可以预见，采用无头轧制和低温轧制工艺将是薄板坯连铸直接轧制生产超薄带钢的主要发展方向。
板带钢是我国钢铁生产的主打产品，需求量大。
而且今后几年市场需求仍然会有较大增长。
另外板带钢的延伸产品还有一定市场空间，如装潢用的五金材料，发展十分快，不少五金产品出口到东南亚、欧美等国际市场，这拉动了国内的带钢生产[2]。
由于市场对板带钢的需求仍然很大，而且在近几年不会下降，因此大型生产车间的建立是可行的。
增大带钢产品的优质比，调整产品结构，开拓热轧窄带钢产品应用新领域。
目前热轧窄带钢生产厂在提高质量、降低消耗、降低成本、扩大品种的前提下，将小家电、小五金、家具、自行车零件等深加工企业所需多层次优质碳素结构钢、优质低合金钢、高锰钢、不锈钢等高质量带钢作为主导产品，彻底改变只以焊管为主要供货方向的局面，建设新热轧窄带钢生产线，所轧产品规格处于宽带轧机产品的下限之外，从而可以代替部分冷轧产品。
如用厚度小于1.5mm的热轧窄带钢替代冷轧带钢，可以减少冷轧轧程，大幅度降低生产成本，提高轧机的效率。
国内外热轧窄带钢市场需求大体相同，厚度大于25mm的产品基本饱和，厚度小于20mm的热带却供不应求。
我国宽带轧机虽然已经具有一定规模，但是我国的轻工、建筑行业等需要大量的薄规格窄带钢，主要用于生产薄壁焊接钢管、轻钢龙骨等，此外热轧窄带钢还要给冷轧窄带钢轧机及特殊用途的钢带轧机等提供原料，因而目前我国热轧窄带钢仍然不会为宽带钢所替代。
据资料统计，我国煤气管年产量已经超过3×106t，这也是窄带钢的一个大市场。
1.5本设计的目的和意义
本设计是年产100万t的热轧板带钢车间工艺设计。
产品规格为：
（1.5～25.4）mm×（1000～1900）mm。
所用钢种为：
普碳钢、低合金钢、优质钢。
本设计课题是年产100万t的板带钢生产车间。
这是一个大型的轧钢车间，其投资大，消耗大，生产量大。
板带钢是我国钢铁生产的主打产品，需求量很大。
今后几年市场需求仍然会有较大增长。
另外带钢的延伸产品还有一定市场空间，如装潢用的五金材料，发展十分快，不少五金产品出口到东南亚、欧美等国际市场，拉动了国内的带钢生产。
由于市场对板带钢的需求仍然很大，而且在近几年不会下降，因此该大型生产车间的建立是可行的。
带钢生产技术发展至今已有80多年的历史，现在已经是第四代轧机，板形控制技术目前也已经发展得较为成熟。
在相关技术比较完善的情况下，建立大型轧钢厂可以节约很多在技术改进上的投资，可以在建成时就采用目前最先进的技术，还可以借鉴其他车间的生产经验，少走一些弯路，一步到位。
综上所述，本设计的选题是有意义且可以实现的。
1.6本设计的相关问题
本设计的相关问题有热轧板坯热装热送问题。
连铸坯热送热装指的是把无缺陷的铸坯在热状态下送到轧钢加热炉加热，然后再送到轧机进行轧制。
连铸与热轧之间的连接方式有：
（1）冷装工艺（CHR）。
（2）连铸坯热装工艺（HCR）。
（3）连铸坯直接热装工艺（DHCR）。
（4）连铸坯直接轧制工艺（DR）。
该技术是一项集冶炼、连铸、判定、入库、转运、组批装炉、轧制成材等诸多技术和管理于一身的系统工程，连铸坯热送热装技术的实施，必须解决好如下几个主要问题：
（1）炼钢、轧钢工序厂址地理位置要邻近，工艺设备要适合热送热装要求。
（2）炼钢、连铸及轧钢工序的综合生产状况正常稳定，工序能力大致匹配。
（3）为保证冶炼、连铸和轧机的连续性生产，必须提高生产过程的可靠性。
（4）由于连铸坯缺陷难以在线清理，炼钢、连铸工序必须具备无缺陷连铸坯的生产技术。
（5）为保证连铸坯的热装温度，提高热装效果，连铸工序必须具有高温出坯能力和铸坯输送过程中的保温技术以及连铸坯的热装炉技术。
根据连铸坯热送热装的特点，设计中拟采用以下解决思路：
（1）连铸坯流转方式，连铸坯热送均采用辊道输送到热轧车间加热炉，辊道上采取了一定的隔热保温措施。
热装温度一般达600～700℃，有的高达800℃以上。
（2）连铸坯装炉及加热控制，当连铸坯热送到热轧生产线时，经验收及组批后，用长行程装钢机或辊道将热坯送入加热炉，由计算机在线控制加热炉的加热温度。
（3）组织无缺陷连铸坯生产，加强各类事故的管理。
例如：
铸坯表面纵裂是在结晶器内产生，并在二冷段进一步扩展形成的。
为了减少表面纵裂的发生率，在生产中应改进结晶器冷却和二次冷却工艺。
2车间产品大纲和金属平衡
2.1车间产品大纲
本设计车间年产量热轧钢卷100万t，车间生产计划如表2-1所示。
表2-1车间生产计划表
厚度
（㎜）
宽度（mm）
1000~1100
（1050）
1100~1300（1250）
1300~1500
（1400
）
1500~1700
（1600）
1700~19000
（1800）
产量
（104）
占比例
（％）
1.5~2.0
（1.8）
20
50
50
10
10
140
33.9
2.0~4.5
（3.0）
20
40
40
10
10
120
29.1
4.5~6.0
（5）
10
20
30
5
5
70
16.9
6.0~12.7
（10.0）
15
15
20
5
5
60
14.5
12.7~25.4
（20.0）
3
6
3
4
7
23
5.6
合计
产量
（104t）
68
131
143
34
37
100
∕
占比例
（％）
16.5
31.7
34.6
8.2
9.0
∕
100
2.1.1金属平衡图
2.2板坯及产品规格
2.2.1板坯
板坯﹑产品品种和规格见下表2-2。
板坯全部为连铸坯，使用连铸坯的优点[3]：
（1）简化生产及设备使成材率高金属节约6%~12%以上大幅降低能耗和成本。
（2）比初轧坯形状好，短尺少，成分均匀，节约投资和劳动力，易于自动化。
（3）可节约能耗，吨钢大致可节约热能14万大卡，降低成本可达10％。
（4）与铸锭相比，组织致密，成分偏析较小。
表2-2板坯和产品品种及规格
项目
参数
板坯
连铸坯
厚度∕㎜
230
宽度∕㎜
1000~2000
长度∕㎜
10000
最大重量∕t
35
产品品种
低碳钢、优质钢、低合金钢
带钢厚度∕㎜
1.5~25.4
带钢宽度／㎜
1000~1900
钢卷内径∕㎜
762
钢卷最大外径∕㎜
1180
单位宽度最大卷重∕㎏㎜-1
18
2.3产品特点
2.3.1产品质量标准
本车间产品生产执行GB-709-2006标准，尺寸偏差见表2-3和表2-4。
通常产品按产品标准供货，也可以根据用户要求供货。
产品标准[24]一般包括有品种（规格）标准、技术条件、试验标准及交货标准等方面的内容。
产品标准有川家标准、国际标准、部颁标准或企业标准。
轧钢工作者的任务是按产品标准组织生产，并不断提高生产技术水平以满足用户对产品质量的更高要求。
对不同用途的板带钢，产品的技术要求各不相同，但依其相似的外形特点及其使用条件，产品的技术要求可归纳为：
尺寸精确板形好，表面光洁性能高。
具体表现在如下四个方面：
（1）尺寸精度。
板带钢的尺寸精度主要是厚度精度，它不仅影响使用性能.而且厚度偏差对节约金属影响很大，是生产中控制难度最大的方面。
板带钢由于B/H很大，厚度的微小变化势必引起其使用性能和金属消耗的极大波动，故在板带钢生产中一般应力争高精度轧制和按负公差轧制。
（2）板型。
板型是板带钢的重要质最指标之一[22]。
无论是直接使用还是为了便于后道工序的生产，都要求有良好的板型，即要求板带平直，每米长度上的浪形、瓢曲、侧弯均不得超过产品标准中所允许的数值。
板型不良[25]是由于沿宽度上不均匀变形引起的，当轧制薄带钢时，其不均匀变形的敏感性更大，故要求在生产技术上保证其板形良好。
生产中要采取措施以减小轧制压力及其波动的影响，在轧制中要特别注意板型和辊型的控制。
板带越薄，则对不均匀变形的敏感性越大，要保持板带良好的板型的困难也就越大。
因此，板型的好坏与厚度精确度（尤其是横向厚度精确度）也有着直接的关系。
（3）表面质量。
板带钢的表面质量直接影响到钢材的使用性能、寿命及其美观，并且板带材又是单位体积的表面积最大的一种钢材，故必须保证板带材的表面质量。
无论是厚板或薄板，其表面都不得有气泡、结疤、拉裂、刮伤、折叠、裂缝、夹杂和压入氧化铁皮等表面缺陷，因为这些缺陷不仅损害板制件的外观，而且往往破坏性能或成为产生破裂和锈蚀的主要原因，成为应力集中的薄弱环节。
例如.硅钢片表面的氧化铁皮和表面光洁度就直接破坏磁性;深冲钢板的表面氧化铁皮会使冲压件表面祖糙甚至开裂，并使冲压工模具迅速磨拟；至于不锈钢板等特殊用途的板带材，还需对它们提出特殊的表面技术要求。
表2-3钢板长度允许偏差（mm）
公差厚度
钢板长度
长度允许偏差
≤4
≤1500
+10
＞1500
+15
≤2000
+10
＞4~16
＞2000~6000
+25
＞6000
+30
≤2000
+15
＞16~60
＞2000~6000
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