280万吨1780热轧带钢车间设计说明书毕业设计.docx
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280万吨1780热轧带钢车间设计说明书毕业设计
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学号：
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
学生姓名：
专业班级：
学院：
冶金与能源学院
指导教师：
2010年05月28日
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
Abstract
Theleveloftechniqueisnotonlyanimportantmarkingofthemetallurgyindustryproducedevelopment,butalsoreflectthelevelofthenationalindustryandsciencetechnique.Toconstructamodernindustrytothequalityofcontinuouscastingslab.whatismore,itdependsonthedesignoftherolling,forexamplethearrangementandthestiffnessofthemill.Sowetherthedesignisreasonableisnotonlyrelatetothequantitybutalsorelatetothequality.
Basedontheabovepremise,thisdesigncombineTangsteel1450,Bensteel1700,Baosteel1580andAnsteel1780linetodesign2.8milliontontraditionalthispaperitintroducedthedetail,the.Amongthem,Thefinishingmillstillselectedthebigcrosssectionmemorialarchandtheordertoraisethetemperatureofrollingmetalandreducethedifferencetemperaturebetweenthetailandthetheroughrollingandthefinishingrolling.Thecoefficientinthisdesignandpartsofformulascomefromactualexperience.
Keywordsconventionalcontinuousrolling,，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]。
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（20ms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14ms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20ms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
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
50
合金结构钢
12Mn2A，16Mn2A
30Cr，40Cr
45Cr，45Mn
（2.5~5.0）×（1400~1600）
56
20
不锈钢
1Cr13，0Cr18Ni9
1Cr18Ni9
1Cr18Ni9Ti
（2.0~6.0）×（1000~1600）
84
30
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
5
6
10
7
28
10%
2.3~4
18
35
35
24
112
40%
4.1~6
20
25
25
14
84
30%
6.1~12
8
20
20
8
56
20%
产量合计（t）
51
86
90
53
280
比例
18.2%
30.7%
32.1%
18.9%
100%
第3章车间布置及主要设备的选择
3.1车间布置及设备选用的原则
首先，在粗轧机与精轧机之间设计保温罩或热卷箱等，主要是考虑产品的规格，实际现场的生产以及带钢内部组织性能的影响，而做出选择；其次，为了使得本次的设计更贴近实际，在选定轧机型号及确定轧辊、各架轧机之间的距离等方面，主要是依据鞍钢1780生产线的车间设计，并针对本次设计要求做一些改动；在确定轧机数目及布置上，考虑的是目前连铸机铸出的坯料质量、大压下导致跑偏、及整个轧制稳定配合等方面，而作出了本次的设计。
在设计中，选用的设备、技术、轧机数目、布置及选用的原因将在下面做具体的介绍。
3.2主要设备的选择
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、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[7]。
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。
3.2.1除鳞设备
现代热带钢连轧机都设有高压水除鳞箱来清除氧化铁皮。
除鳞箱是一个基本封闭的箱体。
箱内上下各装有两排集水管，其上下高压水喷嘴同时喷射高压水除鳞。
上排水管的高度可根据板坯厚度的变化来调节。
喷嘴的喷水方向迎着板坯的前进方向与水平呈15°角。
高压水产生水平分力，将氧化铁皮冲击到板坯边缘以外，链条的作用是防止高压水和氧化铁皮散射，使其只能落入地沟。
高压水的压力通常采用15~18MPa，每个高压水喷嘴水流量为91Lmin。
3.2.2板坯宽度测压设备
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[8]。
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。
①一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。
②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如图3.1所示。
图3.1有AWC功能的重型立辊轧机的结构图
表3-1立辊轧机的各种性能参数
轧辊
φ640φ580×380毫米
调宽范围
800~1450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30~35毫米（15~17.5毫米边）
轧制速度
最大22转分（用新辊）
主传动电机
2—AC88KW×0—150rpm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：
①板坯立轧的狗骨变形，如图3.2（a）所示。
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（SPSizingPress），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[10]。
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。
图3.2（a）立辊轧边图3.2（b）立辊轧后平轧
②“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3.2（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。
③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（SPSizingPress）[9]。
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350mm，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[10]。
定宽压力机的主要形式有长锤头和短锤头两种[11]。
①长锤头定宽压力机。
如图3.3（a）所示，特点是压缩模具长度略大于板坯长度，板坯遍布在全长上同时受到压缩。
操作过程是先由螺杆机构将压缩模具调整到略大于板坯宽度的间距，然后快速液压压下机构按规程进行侧压。
该定宽压力机是一次将板坯压缩至目标宽度，由于是整个板坯长度上同时进行压缩，所以需要特别大
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