年产280万吨1780热轧带钢车间设计.doc

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学号：

200906040106

HEBEIUNITEDUNIVERSITY

毕业设计说明书

GRADUATEDESIGN

设计题目：

年产280万吨1780热轧带钢车间设计

摘要

板带材生产的技术水平不仅是冶金工业生产发展水平的重要标志，也反映了一个国家工业与科学技术发展的水平。

建设现代化的热轧宽带钢轧机要满足现代工业对热轧板品种质量的要求。

而最终产品的质量首先取决于连铸胚的质量，其次取决于轧钢工艺的设计，如轧机的刚度、轧机的布置形式等等。

所以工艺设计是否合理不仅关系到产量，还关系到最终产品的质量。

基于以上考虑，本次设计结合本钢1700mm、唐钢1700mm、莱钢1500mm、宝钢1580mm、鞍钢1780mm、梅钢1422mm热轧生产线设计了280万吨1780mm常规热连轧生产线，在此设计中详细的介绍了加热、粗轧、热卷取、精轧、冷却、卷取等一系列过程。

其中精轧机选取7架大断面牌坊和高吨位轧制力轧机，采用工作辊正弯辊（WRB）技术、CVC轧机和厚度自动控制（AGC）等技术来控制板型和提高厚度精度。

另外为提高轧件温度，减少头尾温差，节约轧制能耗，降低工程投资，在精轧前采用保温罩。

设计中涉及的技术参数大部分取自现场的经验数值，用到的部分公式也是用来自于实际的经验公式。

关键词常规热连轧；保温罩；层流冷却；液压AGC系统

-V-

Abstract

Thelevelofhotstripproductiontechniqueisnotonlyanimportantmarkingofthemetallurgyindustryproducedevelopment,butalsoreflectthelevelofthenationalindustryandsciencetechnique.Toconstructamodernhotwiderollingmillweshouldmeetthequalityrequestofmodernindustrytohotstripspecies.Thequalityofthefinalproductfirstlyreliesonthequalityofcontinuouscastingslab.whatismore,itdependsonthedesignoftherolling,forexamplethearrangementandthestiffnessofthemill.Sowetherthedesignisreasonableisnotonlyrelatetothequantitybutalsorelatetothequality.

Basedontheabovepremise,thisdesigncombineTangsteel1450,Bensteel1700,Baosteel1580andAnsteel1780hotrollingproductionlinetodesign2.8milliontontraditionalhotcontinuousrollingworkshop.Inthispaperitintroducedtheheatfurnace,theroughrollingindetail,theheatbox,thefinishrolling,thelaminarcooling,thecurlandsoon.Amongthem,Thefinishingmillstillselectedthebigcrosssectionmemorialarchandthehightonnagerollingstand,andchoseCVCmill,workrollbendtechniqueandautomaticgaugecontroltocontrolstripshapeandthickness.Moreover,inordertoraisethetemperatureofrollingmetalandreducethedifferencetemperaturebetweenthetailandtheheadofrollingmetal,Iestablishahotcurlboxbetweentheroughrollingandthefinishingrolling.Thecoefficientinthisdesignandpartsofformulascomefromactualexperience.

Keywordsconventionalcontinuousrolling,heatbox,laminarcooling,automaticgaugecontrol

摘要 I

ABSTRACT II

第1章绪论 1

1.1热轧板带钢的发展历史 1

1.1.1热轧板带钢的发展史 1

1.1.2我国热轧板带钢生产的发展史 1

1.2热轧轧技术的发展现状及趋势 2

1.2.1热轧板带钢的发展现状 2

1.2.2热轧板带钢的生产工艺及特点 3

1.2.3热轧板带钢的发展趋势 4

第2章建厂依据及产品大纲 5

2.1建厂依据 5

2.1.1可行性研究 5

2.1.2地理与资源 5

2.2产品大纲 6

2.2.1坯料 6

2.2.2产品规格 7

2.2.3钢种方案 7

第3章车间布置及主要设备的选择 9

3.1车间布置及设备选用的原则 9

3.2主要设备的选择 9

3.2.1除鳞设备 9

3.2.2板坯宽度测压设备 10

3.2.3轧制总道次的确定 14

3.2.4粗轧机 14

3.2.5保温装置 17

3.2.6精轧机 19

3.2.7压下装置 23

3.2.8活套装置 24

3.2.9卷取装置 25

第4章典型产品压下规程设计 27

4.1概述 27

4.2各道次出口厚度及压下量的确定 28

4.2.1粗轧机的压下量分配原则 28

4.2.2精轧机的压下量分配原则 28

4.2.3分配各道次压下 29

4.3轧机咬入的校核 29

4.4确定轧制速度制度 30

4.4.1粗轧机速度制度 30

4.4.2精轧机速度制度 31

4.4.3加减速度的选择 32

4.5确定轧制温度制度 33

4.5.1粗轧各道次温度确定 33

4.5.2精轧各道次温度确定 34

4.6力能参数的计算 34

4.6.1轧制力的计算和空载辊缝的设定 34

4.6.2轧制力矩的计算 37

4.6.3附加摩擦力矩的计算 39

4.6.4空转力矩的计算 41

4.6.5动力矩的计算 43

4.7板形控制技术 44

4.8层流冷却对温度的控制及大致的冷却速率的确定 45

第5章轧辊强度和主电机能力的校核 47

5.1轧辊强度的校核 47

5.1.1支撑辊的校核 47

5.1.2工作辊的校核 49

5.1.3工作辊与支撑辊间的接触应力 51

5.2主电机能力的校核 54

5.2.1轧制过程中静负荷图的制定 54

5.2.2主电机的校核 56

第6章年产量的计算及轧制图表 59

6.1轧钢机年产量的计算 59

6.1.1轧钢机年产量的计算 59

6.1.2轧钢机平均小时产量的计算 60

6.1.3轧钢车间年产量的计算 61

6.2轧钢机工作图表的制定 61

6.2.1轧制图表的基本形式及其特征 62

6.2.2轧机工作图表的制定 63

第7章辅助设备的选择 65

7.1加热炉的选择 66

7.1.1加热能力的确定 67

7.1.2炉子数量的确定 67

7.1.3炉子尺寸的确定 68

7.2除磷装置的选择 69

7.2.1除磷的必要性 69

7.2.2各种除磷方式的比较 69

7.2.3本次设计除磷装置的选择 70

7.3剪切设备的选择 71

7.4带钢冷却装置 72

7.5卷取设备的选择 74

7.6辊道的选择 76

7.7活套支撑器 79

7.7.1概述 79

7.7.2活套支撑器的相关参数的计算 80

7.8控制设备 81

7.8.1厚度控制技术 82

7.8.2板形控制 83

7.8.3宽度控制 84

第8章轧钢车间平面布置及经济技术指标 87

8.1轧钢车间平面布置 87

8.1.1轧钢车间平面布置的原则 87

8.1.2金属流程线的确定 88

8.2车间技术经济指标 89

8.2.1各类材料消耗指标 89

8.2.2综合技术经济指标 92

第9章设计总结及优势介绍 95

参考文献 99

谢辞 101

第1章绪论

1.1热轧板带钢的发展历史

1.1.1热轧板带钢的发展史

热轧板带钢轧机的发展已有70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[1]。

1960年以前建设的热带钢轧机称第一代热带钢轧机。

这一时期热带钢轧机技术发展比较缓慢，其中最重要的技术进步是将厚度自动控制（AGC）技术应用于精轧机，从根本上改善了供给冷轧机的原料板带钢的厚度差。

20世纪六、七十年代是热轧板带钢轧机发展的重要时期。

同时连铸技术发展成熟，促使热连轧机从最初使用钢锭到使用连铸坯，从而大幅度提高产量并能够为冷轧机提供更大的钢卷。

热轧板带钢轧机的生产工艺过程是钢铁工业生产中自动化控制技术最发达的工序。

60年代后新建的热带钢轧机很快采用了轧制过程计算机控制，将热轧板带钢轧机的发展推向一个新的发展阶段，这一时期新建的轧机称为第二代热带钢轧机。

1969年至1974年在日本和欧洲新建的轧机称为第三代热带钢轧机。

20世纪80年代，板带钢生产更加注重产品质量，同时对于低凸度带材需求量不断增长，这使板带钢板形控制技术成为热轧板带钢轧制技术重要课题之一。

90年代，热轧板带钢在工艺方面有重大突破，1996年日本川崎钢铁公司成功开发无头连续轧制板带钢技术，解决了在常规热连轧机上生产厚度0.8~1.2mm超薄带钢一系列技术难题。

热连轧生产线的产品规格最薄达0.8mm，但实际生产中并不追求轧制最薄规格，因为薄规格生产的故障率高，辊耗大，吨钢酸洗成本高等。

待技术发展到故障率等降低后，才能经济地批量生产[2]。

1.1.2我国热轧板带钢生产的发展史

我国热连轧带钢的发展大致可以划分为三个阶段[3]：

第一阶段为初期发展阶段，以解决企业的有无为主要目的，这个时期热轧板带钢轧机建设职能依靠国家投入，建设水平和技术设备参差不齐。

1989年投产的宝钢2050mm轧机代表了当时国际先进水平，采用了一系列先进的热连轧生产技术，但这个时期投产的二手设备则是国外五、六十年代的设备，整体技术水平相对落后，虽然在安装过程中进行了局部改造，但整体技术水平提高有限。

1980年投产的本钢1700mm生产线和1992年投产的攀钢1450mm生产线均采用国产轧机，其轧机整体水平不高，产品与国际水平差距较大，但这几套轧机在满足国民经济建设需求的同时也培养出了一批技术人才。

20世纪90年代以后是第二阶段，这是全面提高技术水平，新技术、新设备的引进阶段。

各大企业均以引进国外先进技术为主，如1999年投产的鞍钢1780mm轧机，1996年投产的宝钢1580mm轧机。

这一阶段的轧机除常规轧机所采用的先进技术外，还采用了连铸机和轧制线直接连接的布置形式，此外PC板形控制系统，强力弯辊系统，在线磨辊技术，中间辊道保温技术，带坯边部感应加热技术，精轧全液压压下及AGC技术都得到了广泛应用。

珠钢1500mm薄板坯生产线、邯钢1900mm薄板坯生产线、包钢1750mm薄板坯生产线的引进，使我国拥有了新一代热连轧带钢生产技术。

近几年开始的第三阶段是以提高效益、调整产品结构，满足市场需求和提高企业竞争能力为主的发展阶段。

由于近些年国家经济的快速发展，对钢材需求量不断增加，各个企业或引进或采用国产技术，或建设传统连轧生产线，或建设薄板坯连铸连轧生产线，同时也对原有生产线进行全面的技术改造，使其达到现代化水平。

目前，我国热连轧生产已摆脱落后状态，并已处于世界先进水平行列[4]。

-7-

1.2热轧轧技术的发展现状及趋势

1.2.1热轧板带钢的发展现状

现代热连轧技术的技术发展主要集中在板形、厚度精度、温度与性能的精准控制、表面质量控制等方面，例如强力弯辊（WRB）系统、工作辊窜辊（HCW、CVC）和对辊交叉（PC）技术、工作辊的精细冷却、高精度数学模型的不断改进等。

在热轧带钢轧机布置形式的发展方面，总结起来，主要有以下几种形式[5]：

典型的传统热带钢连轧机组，这种机组通常是2架粗轧机，7架精轧机，2台地下卷取机，年总产量350～550万吨，生产线的总长度400～500m，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200～250mm，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。

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，5～6架精轧机，1～2台地下卷取机，生产线长度约300m，年产量200～300万吨。

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，1～2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50～90mm，产量120～200万吨，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）轧制技术，日本是在传统的粗轧机后设立热卷箱，飞焊机，把中间坯前一坯的尾部和下一坯的头部焊接在一起，进入精轧机组时形成无头的带钢进行轧制，在卷取机前再由飞剪剪断，该生产线可以20m/s的速度轧制生产0.8～1.3mm厚的带钢。

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。

欧洲还在开发基于薄板坯连铸连轧技术的无头轧制技术，通过进一步提高铸坯的拉速，使连轧机和连铸机的速度得到匹配，实现真正的连铸连轧。

薄带直接连铸并轧制的技术，钢水在2个辊中铸成5～6mm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。

1.2.2热轧板带钢的生产工艺及特点

常规热连轧生产工艺具有诸多特点，主要在于：

生产能力大、自动化程度高；产品规格多、质量稳定；生产效率高、成材率高。

因此，这种生产工艺仍是钢铁企业建设热连轧带钢生产线的首选[6]。

连铸连轧工艺生产环节多、占地面积大、投资成本高，特别是生产优质高档产品时，需配备技术含量高的炼钢、精炼和连铸设施。

薄板坯连铸连轧生产工艺生产能力适中、设备布置紧凑、流程短、生产成本低，市场竞争力较强，但薄板坯拉坯速度较高，铸坯易产生横向角裂和表面纵裂等缺陷，使钢坯表面质量不及常规工艺产品水平。

1.2.3热轧板带钢的发展趋势

近代热轧板带钢生产技术发展的主要趋向在于[7]：

1.热轧板带材短流程、高效率化。

首先，为了大幅度简化工艺过程，缩短生产流程，充分利用资源，降低各项消耗，提高经济效益，不仅充分利用连铸坯为原料，同时不断开发和推广应用连铸板坯直接热装和直接轧制技术；其次，进一步完善连铸连轧和连续铸轧技术。

2.生产过程连续化。

3.采用自动控制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。

由于才哟个液压压下厚度自动控制和计算机控制技术，板带纵向厚度精度已得到很大的提高，但板带横向厚度和平直度的精度控制有待进一步提高。

4.发展控轧控冷与热处理技术以及合金钢种的开发。

利用硅、钒等金属元素生产低合金钢种，同时配合连铸连轧、控轧控冷和热处理工艺，提高产品组织性能和质量。

第2章建厂依据及产品大纲

2.1建厂依据

2.1.1可行性研究

1）首钢新建的2250mm宽带钢连轧生产线无论是轧机水平还是工艺水平在国内都是一流的，这为我们建设或改造本1780mm生产线提供了很好的参考。

2）由于我国汽车工业和家电工业的高速发展，冷轧板带材的缺口很大，建设一条可供冷轧的热轧板带生产线可为首钢在顺义新建的150万吨冷轧项目供料，进而提高我们的综合竞争力。

3）中国正处于经济发展时期，钢铁消费总体良好。

虽然我国的钢铁总产能过剩，但是很多中高档钢铁产品还需进口，究其原因主要是国内轧制生产线不是国外淘汰的二手线，就是国内自行研制的轧机、电气等设备。

我们的设备确实成为了生产的薄弱环节。

如何在原有设备能力的基础之上生产中高档产品，如何改进我们的工艺，使其具有先进水平，这些正是我们轧钢人要做的。

随着国家汽（轿）车、家电、集装箱、输油（汽）管线等行业的迅猛发展，将会进一步刺激各类板材品种的需求，市场前景很大。

4）与薄板坯连铸连轧相比，常规热连轧仍有其自身的优势。

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。

就向冷轧供料而言，常规热连轧仍有广阔的发展空间。

2.1.2地理与资源

1）广阔的市场

第2章建厂依据及产品大纲

唐山周围有许多中小型冷轧厂，我们的热轧卷可以为其提供原料；华北、东北地区有许多机械制造业，板带钢也可以作为成品供给这些企业；近几年国内实行城市大变样计划，许多城市建筑、桥梁都实行新建。

所以板带钢会有广阔的销售前景。

2）丰富的能源

（1）铁矿：

迁安和遵化有丰富的铁矿，并且京唐钢铁位于深水港曹妃甸港，便于澳矿运输；

（2）煤矿：

开滦集团可以提供充足的煤燃料；

（3）电力：

陡河电厂、唐山电厂可以提供充足的电力；

（4）水资源：

东北部有陡河水库可以提供充足的水资源，临海地带水资源是比较充裕的；

（5）石油：

华北油田，大港油田和刚发现的南堡石油为其提供足够石油。

3）便利的交通

唐山地处京津之侧拥有便利的铁路，京唐港和正在建设的曹妃甸港口提供了便利、廉价的水运，唐津高速公路、唐港高速公路以及107国道、205国道、102国道提供了便捷的公路运输。

4）丰富的人力资源

北京科技大学、东北大学、鞍山科技大学以及燕山大学、河北联合大学等冶金工科院校可以提供优秀的专业技术人员，其他各大学可以提供相关专业的技术人才。

2.2产品大纲

产品大纲是设计任务书中的主要内容之一，是进行车间设计时制订产品生产工艺过程、确定轧机组成和选择各项设备的主要依据。

产品大纲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。

所以编制产品方案时应注意[7]:

1）满足国民经济特别需要，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。

要正确处理长远与当前、局部与整体的关系。

作到供求适应、品种平衡、产销对路、布局合理、要防止不顾轧机特点和条件一哄而上、一哄而下的倾向。

3）考虑轧机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、对内搞活的经济形势，力争做到产品结构和产品标准的现代化。

2.2.1坯料

热带钢轧机一般采用连铸坯或初轧坯为原料。

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。

选择尺寸时，必须考虑轧机的工作条件，提高板坯厚度，可以增加板坯及钢卷的重量，但增加了轧制道次，使机架数目增多，轧制线增长。

因此坯料厚度应合理选择。

板坯厚度一般150～250mm，多数为200～250mm，最厚达300～350mm。

国产1700热连轧机采用连铸坯的厚度规格为160、210、250mm。

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。

目前板卷单位宽度的重量不断提高，达到15～30kg∕mm毛重准备提高到33～36kg∕mm。

综合上述考虑，最终确定原料规格如下：

板坯厚度：

150～250mm

板坯宽度：

800～1500mm

板坯长度：

9～10m

2.2.2产品规格

厚度：

1.5~12mm；

宽度：

750~1600mm；

钢卷内径：

Φ762mm；

钢卷外径：

Φ1200~Φ2000mm；

最大卷重：

30t；

产量：

年产280万吨。

2.2.3钢种方案

表2-1按钢种分配的热轧板带的产品

钢种

牌号

规格（mm）

年产量（万吨）

比例（%）

普碳钢

Q195，Q215

Q235，Q255

Q275

（1.5~12.0）×（1400~1600）

140

合金结构钢

12Mn2A，16Mn2A

30Cr，40Cr

45Cr，45Mn

（2.5~5.0）×（1400~1600）

不锈钢

1Cr13，0Cr18Ni9

1Cr18Ni9

1Cr18Ni9Ti

（2.0~6.0）×（1000~1600）

总量

280

按产品规格分配热轧板带方案见表2-2。

表2-2按产品分配的热轧板带

厚度（mm）

宽度（mm）

产量合计

比例

850~1050

1000~1200

1200~1400

1400~1550

1.5~2.2

10%

2.3~4

112

40%

4.1~6

30%

6.1~12

20%

产量合计（t）

280

比例

18.2%

30.7%

32.1%

18.9

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