年产260万吨热轧带钢车间设计

太原科技大学

材料科学与工程学院

课 程 设 计 任 务 书

专业班级： 机自0814

设 计 人： 李凯 同 组 人： 陈鹏 白雪鸿 段君伟

设计题目： 年产260万吨热轧带钢车间设计

设计参数：

板坯规格：厚度：160-220mm、宽度：900-1600mm、长度：5000-12000mm；钢种：碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢、管线钢、低碳钢、超低碳

钢等； 钢卷内径：Φ762mm；产品规格：厚度：1.6-12.7mm；宽度：900-1600mm

钢卷外径：Φ2150mm（max）；最大卷重：32t ；钢卷单重：19.8kg/mm(max)

设计要求：

1、确定生产工艺流程

3、设计压下规程 4、变形工具基本参数计算

设计时间： 2011年 12 月 19 日 至 2012 年 01 月06 日

设计者(签字)

指导教师(签字)教导主任（签字）

附注：本课程设计任务书由学生附入设计说明书内

摘 要

本设计叙述了我国宽带钢的发展状况，说明了年产260万t热连轧板卷的生产方案和生产流程；并依次选取了该方案中所设计到的坯料和设备，对主要设备进行了相关校核，并进行了车间的平面布置和设计。

关键字：热轧带钢；工艺流程；设备校核计算；车间平面设计

Abstract

This paper is described the development of wide strip in China, and the hot continuous rolling plate with annual capacity of 2.6 million the volume production plan and production process; And in turn select the blank and equipment, the main equipment are corrected in this paper , and the layout and design workshop are designed

Key words：Hot rolled strip ；Technological process; Equipment check

calculation; Graphic design workshop

目 录

第1章 热轧宽带钢生产概述 ............................................................................................... 4

1.1 我国宽带钢的发展概述 .................................................................................................... 4

1.2带材钢热连轧的发展趋势和特点 ..................................................................................... 6

第2章 制定工艺路线 ............................................................................................................. 9

2.1原料准备 ............................................................................................................................. 9

2.2板坯加热及设备组成 ....................................................................................................... 10

2.3粗轧机组 ........................................................................................................................... 11

2.4 中间保温设备 .................................................................................................................. 12

2.5精轧机组 ........................................................................................................................... 13

2.6轧后冷却及卷取 ............................................................................................................... 14

2.7剪切 ................................................................................................................................... 15

第3章 粗轧机组工艺设计 .................................................................................................... 18

3.1 确定各架压下率 .............................................................................................................. 18

3.2校核咬入能力 ................................................................................................................... 19

3.3确定轧制速度 ................................................................................................................... 19

3.4确定轧制温度 ................................................................................................................... 20

3.5计算平均变形速度 ........................................................................................................... 21

3.6求各道平均单位压力 ....................................................................................................... 22

3.7轧制力的计算 ................................................................................................................... 23

3.8轧制力矩的计算 ............................................................................................................... 24

3.9年产量计算 ....................................................................................................................... 24

3.10所有计算数据列表 ......................................................................................................... 25

第4章 辅助设备 .................................................................................................................... 26

4.1加热炉设备 ....................................................................................................................... 26

4.2 切头飞剪 .......................................................................................................................... 28

4.3 原料仓库面积的确定 ...................................................................................................... 29

4.4 成品仓库面积的确定 ...................................................................................................... 29

4.5设备间距的确定 ............................................................................................................... 29

第5章 车间布置设计 ........................................................................................................... 32

第6章 结论 ............................................................................................................................. 33 参考文献 ...................................................................................................................................... 34

第1章 热轧宽带钢生产概述

1.1 我国热轧宽带钢的发展概述

1959~1978年的20年间我国热轧宽带钢轧机及生产技术处于低水平阶段，已有的一套半连续式宽带钢轧机基本上是手动操作，人工设定的操作方式轧机的主要生产技术指标相当于第一代热带轧机技术装备水平

1978年武钢1700热连轧机组建设完成投产，我国热轧宽带钢轧机的生产工艺技术、技术装备很快提高到了国际先进水平，向前迈了一大步，使我国的热轧宽带钢生产的主要工艺技术指标超过了第二代热带轧机，我国钢铁工业开始拥有由计算机控制的完全自动化操作的现代化热轧宽带钢轧机，热轧宽带钢的产品质量、产品品种也都跨进了世界先进行列

热轧带钢产品主要以钢卷状态供给冷轧机作为原料，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。最近几年也有经酸洗处理后作为产品进入销售市场。

直接供给用户和市场的热轧钢板带的种类有：

（1）普通碳素结构钢板带。用于制造建筑结构、起重运输机械、工程农用建筑机械、铁路车辆和其他各种构件。

（2）优质碳素结构钢板带。其大量用途同上，并且可以用于制造汽车，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）低合金高强度机构钢板带。用于制造要求更高、成型性能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）耐海水腐蚀的结构钢板带、汽车制造用钢板带、集装箱用钢，焊接气瓶和压力容器用钢，造船用钢。矿用钢板带等。

热轧带钢是用热轧方法生产出来的成卷交货的钢，产品尺寸及规格要求见表

1.1。

表1.1 热轧带钢的尺寸规格

我国热轧钢卷的规格：

厚度： 1.2~25.4mm 宽度：

762mm

最大43.6t

表1.2 600~1900mm 2150mm 最大23kg/mm 钢卷内径： 钢卷质量： 钢卷外径： 单位宽度质量： 热轧钢板和带钢的厚度允许偏差

1.2带材钢热连轧的发展趋势和特点

材带钢热连轧的发展趋势和特点主要体现在以下几个方面：

1.2.1 综合改造

对我国原有的工艺落后、设备陈旧、自动化程度低、消耗大的带钢热轧机组，从计算机管理与控制、装备自动化水平、工艺参数水平、能耗最小化等各方面加以综合改造，使其达到或者接近现代带钢热连轧的生产水平。

1.2.2 控制冷却

采用高效层流冷却技术、以提高轧制速度和控制热轧带钢大组织性能。层流冷却是控制带钢卷取温度，提高热轧带钢性能的一种重要技术，已经在热轧带钢的生产中得到广泛应用。热轧带钢冷却技术的发展分为两个方面，一方面是工艺技术的发展，主要体现在各种冷却装置和冷却工艺的进步；另一方面是控制技术的发展，主要体现在控制策略、控制系统的进步。

层流冷却的控制，必须根据生产工艺的要求，采用不同的冷却模式，满足不同产品的要求。要求系统控制稳定、水耗量低，实现带钢冷却温度高精度控制。

层流冷却系统控制的基本原理主要是根据原始数据输入，计算带钢终轧温度、目标卷取温度，设定带钢冷却所需的空冷段长度和水冷段的长度。根据实测值调节冷却集管的开闭数量，调节水量和控制冷却温度精度。其中，通过分析研究，计算层流冷却水量调节与带钢温降是建立带钢冷却系统控制模型的关键环节。

近年来热轧带钢层流冷却系统普遍采用了冷却路径控制，可以实现前部快冷、后部快冷、稀疏冷却、间断式冷却等多种控制冷却模式。为了加强对带钢相变过程的控制，可以在输出辊道的前部或者后部采用超快速冷却装置。目前，该项技术已经应用于热轧带钢和中厚板的轧后快速冷却，如：Arcelor/Carlam，NKK/福山，TKS等热连轧机组，对于3~4mm厚度的钢板超快速冷却装置的冷却速

度可以达到每秒400℃以上。比利时科克利尔和日本的NKK通过应用超快速冷却技术，对热轧带钢轧后冷却过程进行精确控制，分别成功开发了700MPa级和800MPa级高强度汽车用热轧带钢，用于制造汽车车轮轮毂。热轧带钢层流冷却系统有的采用边部遮蔽技术，以实现带钢横向温度分布的高均匀控制，这一技术对于高强钢的横向组织均匀性具有重要的意义。

此外，一种叫做“双调节段的温度前馈控制”的新方式近来引起注意。

以往国内大部分钢铁企业在层流冷却控制上采取的是温度前馈加温度反馈的控制方式。为了提高控制精度，常规控制系统的设计中引入反馈控制，以弥补前馈控制的不足。这种反馈补偿，就是在带钢段到达卷取区高温计处时，根据实际落到带钢上的水量来计算温度变化，利用测量的卷取温度和预报的卷取温度的差别确认和修正参数。然而，这样的做法始终解决不了反馈的“时滞性”，因为在施加反馈控制时，此段及其后相当长的带钢已经过了冷却区域。

为了克服这个问题，新的控制理念引入了双调节段的温度前馈控制新方式。其关键点是在粗调段和精调段之间设置空冷中间段，设置多个高温计。用精轧出口高温计的测量值来控制粗调段的冷却，使带钢在经过中间段前就消化掉终轧出口温度、速度、厚度波动带来的影响，得到一个较为稳定的目标中间温度；同时，用中间段高温计的测量值来控制精调段的冷却。由于是在一个比较稳定的温度基础上进行微量调整，而且相对于粗调段，是个较短的工艺流程，因此成功地规避了反馈控制的“时滞性”，得到了理想的控制结果。

1.2.3精轧机板形控制

如采用交叉辊和在线磨辊，连续可变凸度、液压涨型等一系列技术，以提高精轧机组的板型控制精度。采用大型连铸板坯或者连铸连轧方式

热轧带钢轧机中 ,精轧机机架间带钢冷却控制系统是为精轧机终轧温度控制服务的 ,本系统能够保证带钢头部及全长的终轧温度在要求的范围内 ,同时又能以较高的轧制速度达到高速生产。热轧带钢的带尾到精轧机入口所需的运行时

间比带头长 ,带尾温度比带头温度低 ,这样的温度梯度能通过轧制中速度升高和机架间冷却来消除掉 ,由加速度产生的变形热量和机架间冷却的温度控制可以补偿带尾失去的辐射热量 ,在精轧机中能够实现较大的加速度和速度 ,提高带钢成品质量的同时提高生产能力。

第2章 制定工艺路线

带钢热连轧生产作业线，按生产过程划分为加热，粗轧，精轧及其卷取四个区域，另外还有精整工段，其中设有横切，纵切和热平整等专业机组，根据需要进行热处理。带钢热连轧生产流程，主要工序：

图2.1带钢热连轧生产流程

2.1原料准备

连轧机采用初轧坯或者连铸坯作为原料。

原料为连铸坯，其卷重大，可以提高轧机的产量和收得率。

坯料准备的内容包括表面缺陷的清理，表面氧化铁皮的清除和坯料的预先热处理等。

（1）表面缺陷清理

钢锭、钢坯或者连铸坯表面会存在各种缺陷（如结疤、折叠、裂纹、皮下气泡等），如不在轧制前加以清理去除，垂在轧制过程延伸、扩大、轻者造成钢材应力集中和腐蚀的起点，事故材料强度和耐腐蚀能力降低，严重的影响金属在轧制时塑性和成型，造成废品。所以坯料表面缺陷清理是提高钢材合格率，保证钢材质量的重要措施，也是轧钢生产分成二个阶段的重要原因。

清理表面缺陷的方法很多，常用的有：火焰清理、风铲清理、砂轮清理和机床清理等四种。不同的清理方法具有不用的经济效果，组织工艺过程时应根据车间具体情况考虑上述影响因素正确选用。一般碳素钢常用风铲清理和火焰清理的方法，对于合金钢，由于表面容易淬硬、开裂、常选用砂轮清理和机床清理。

（2） 表面氧化铁皮清除

氧化铁皮清除的目的在于暴露表面缺陷便于检查、光洁表面和减少下道工具的磨损。

清除表面氧化铁皮的方法有机械法和化学法两类。如线材生产的弯折、钢板

生产中喷砂均属于机械清除法。这种清除方法金属材料损耗少，劳动条件好，氧化铁皮也可回收，但表面清理不够彻底。对金属进行酸洗或碱洗属于化学法清除。其中酸洗式最常用的去除氧化铁皮的化学方法。这种方法是钢坯侵入酸液种靠酸的溶解和剥离作用清除氧化铁皮的。因此，酸洗效果与酸液浓度、酸液温度及酸洗时间有关，一般情况下，酸液浓度增大，酸液温度提高，则酸洗的速度加快，酸洗时间缩短。

钢坯一般选用硫酸。因为硫酸成本低，浓度高（可达到75%以上），便于运输、储存和回收。

用化学方法清除表面氧化铁皮保证了清理质量，但金属和其他材料消耗增加，劳动条件和工作环境也随之恶化，故一般只适用于合金钢生产国成品质量要求很高的情况。

（3）坯料预先热处理

坯料预先热处理的作用主要是：1）降低表面硬度，以便进行表面清洗；2）消除内应力，防止开裂；3）使成分均匀化并能去除钢中所含氢气防止白点产生； 破坏某些高合金钢粗大的树枝状结晶组织，加强其加工性能。

不同的目的可以采用不同的热处理工艺。坯料的预选热处理主要用于轧制高级合金钢生产，轧制普通碳钢是没有这种处理必要的。

2.2板坯加热及设备组成

板坯加热设备一般是由3到5座连续式或步进式加热炉组成。加热温度为1250到1280°С。

为了适应热连轧机产量增大的需要，现代连续式加热炉，无论是热滑轨式或步进式，一方面都采用多段(6~8段以上)供热方式，以便延长炉子高温区，实现强化操作快速烧钢，提高炉底单位面积产量另一方面尽可能加大炉宽和炉长，扩大炉子容量。为了增加炉长，最好采用步进式炉，它是现代热连轧机加热炉的主流。

采用三座步进式加热炉，其优点：

（1）可以加热各种形状相比的料坯，特别适合推送式炉不便加热的大板坯和异型坯。

（2）生产能力大，与推送式炉相比，加热等量的料坯，炉子长度可以缩短

10%~15%。

（3）炉子长度不受推送比的限制，不会产生拱料、粘连现象。

（4）炉子的灵活性大，在炉长不变的情况下，通过改变料坯之间的距离，就可以改变炉内料块的数目，适应产量变化的需要。而且步进周期也是可调的，如果加大每一周期前进的步距，就意味着料坯在炉内的时间缩短，从而可以适应不同金属加热要求。

（5）单面加热的步进式炉没有水管黑印，不需要均热床。两面加热的情况比较复杂，对黑印的影响要看水管绝热良好与否而定。

（6）由于坯料不在炉底滑道上滑动，料坯的下面不会有划痕。推送式炉由于推力震动，使滑道及绝热材料经常损坏，而步进式炉不需要这些维修费用。

（7）轧机故障或停轧时，能踏步或将物料退出炉膛，以免料坯长期停留炉内造成氧化和脱碳。

（8）可以准确计算和控制加热时间，便于实现过程自动化。

步进式存在缺点是，和同样生产能力的推送式炉相比，造价高15%~20%；其次步进式炉（两面加热的）炉底支撑水管较多，水耗量和热耗量超过同样生产能力的推送式炉。经数据表明，在同样小时产量下，步进式炉的热耗量比推送式炉高160kJ。

由于步进式加热炉特有的这些特点可以满足日益大型化轧机生产的需要，所以本文选择步进式加炉。

2.3粗轧机组

粗轧机组任务：

是将板坯轧成符合精轧机组所要求的带坯。其质量要求是：（1）表面清洁，彻底清除一次氧化铁皮。（2）侧边整齐，宽度符合要求尺寸。（3）带坯厚度达到精轧机组的要求，为此粗轧机组，应尽量用大压下量，一般要完成总变形量的70~80%。

本文选择当前工业生产最广泛的连续式粗轧机组。其主要布置形式有： 半连续式：粗轧机组由2架可逆式轧机组成

全连续式：粗轧机组由6架轧机组成，每架轧制一道，全部为不可逆式，后两架可（也可不）实现连轧,典型的全连续式粗轧机的布置见图2.2。

3/4连续式：粗轧机组由一架可逆式轧机和三架不可逆式轧机所组成,最后两个机架用近距离布置使轧件形成连轧。典型的3/4连续式粗轧机的布置。

为了充分利用粗轧机提高轧机利用率，也为了减少设备和厂房面积节约投资，而广泛发展起来的一种新形式。3/4连轧在粗轧机组内设置1-2架可逆式轧机，粗轧机组有六架减少到四架，可逆式轧机可放在第二架或者第一架，放在第二架的形式其优点是铁皮大部分除去，使辊面和板面质量好，但换辊次数比第一架二辊可逆式多二倍。目前倾向放在第二架并采用四辊可逆式。

粗轧机组采用四分之三连续式布置形式如图：

图2.2 典型的3/4连续式粗轧机的布置

a-可逆轧机在第二架；b-可逆轧机在第一架

特点：机架数目较全连续式少，投资省；可改变粗轧的轧制道次，以实现与精轧机组生产能力的平衡；生产灵活性大,能适应多品种和不同规格产品的生产；粗轧机组轧出带坯的头尾温差较全连续式和半连续式小，；可显著缩短轧制作业线的长度同时也减少了轧件的温降；但轧辊寿命比全连续式轧机粗轧机组的短；操作和维护较复杂和困难些。

设备组成： 大立辊，二辊粗轧机，带小立辊的四辊轧机，辅助设备有工作辊道、侧导板、测温仪、测宽仪等。

2.4 中间保温设备

中间保温设备的主要作用是减少轧件在输送辊道上的温降以节约能源。 保温设备主要种类有种类：

（1）绝热保温罩：安装在辊道的上方，利用逆辐射原理。 以耐火材料做成绝

热毡，受热的一面覆以金属屏膜，受热时金属膜迅速升至高温，然后做

为发热体将热量逆辐射返 回给钢坯。结构简单、成本低，可停留8min待轧。

（2）补偿加热炉（器）：主要进行边角补热。

（3）热卷箱：安装在粗轧机与精轧机之间。

本文选择绝热保温罩用于轧件出加热炉及进轧机之间输送距离的保温作用。

2.5精轧机组

本文的精轧机组选用六机架的连轧机组，其布置形式如图：

图2.3 精轧机组

2.5.1任务

控制成品的厚度精度、板形、表面质量和性能。

2.5.2主要设备组成

包括切头飞剪前辊道、切头飞剪侧导板、切头飞剪测速装置、边部加热器、切头飞剪及切头收集装置、精轧除鳞箱、精轧机前立辊轧机、精轧机、活套装置等精轧机进出口导板、精轧机除尘装置、精轧机换辊装置、测温仪（入出口）、测宽仪、测厚仪、厚度自动控制系统、板形控制系统等。

2.5.3 精轧机的速度图

(A)段：从F1至F6直至其头部到计时器设定点P点（0~50米）为止，保持恒定的穿带速度；

（B）段：从P点至进入卷取机为止,进行较低加速；

（C）段：前端进入卷取机卷上后（2~3圈）进行较高的加速。

（D）段：达到最高速度后，至带钢尾部离开减速开始机架Fi为止，维持最高速度；

（E）段：带钢尾端尚未出精轧机组之前（在第三架轧机上尾部抛钢时），提前减速到规定的速度进行抛钢，以防止带钢到达卷取机之前要使带钢停住时，若减速过急，则会在输出辊道上使带钢堆叠，同时防止带钢在辊道上产生漂浮（先

开上面的冷却水管）；

（F）段：带钢离开F6以后，立即将轧机转速回复到后续带钢的穿带速度。精轧机采取低速穿带，然后与卷取机同步升速进行高速轧制的办法以精确控制终轧温度。

图2.3 精轧速度图

2.5.4精轧机组采用六机架连轧工艺，其优点：

(1)无穿带问题，按一定速度及恒定张力进行轧制，不受传统轧法的速度限制，不仅可使生产率提高15%，而且提高厚度精度及改善板形，使成材率也提高0.5%~1.0%。

(2)无穿带、甩尾、瓢浮等问题，带钢运行稳定，可生产0.8~1.0 mm薄带材

(3)有利于润滑轧制、大压下量轧制及进行强力冷却，为生产表面与性能质量好的板带创造了条件。

2.6轧后冷却及卷取

图2.4 卷取机

从最后一架精轧机到卷取机只有120~190m的距离，由于轧速很高，要在5~15s之内急速冷到卷取温度曾经是一个限制着轧速提高的困难问题。并且对热

轧带钢组织和性能的要求也必须在较低的卷取温度和很高的冷却速度才能满足。 精轧机以高速轧出的带钢经过输出辊道，要在数秒钟之内急冷到600℃左右，然后卷成板卷，再将板卷送去精整加工。

近年出现了高冷却效率的层流冷却方法，它采用循环使用的，流量达200m3/min低压大水量的高效率冷却系统。

经过冷却后的带钢即送往2~3台地下卷取机卷成板卷。卷取机的数量一般是三台，交替进行工作。由于焊管的发展，要求生产16~20mm甚至22~25mm的热轧板卷，因此目前卷取机卷取的带钢厚度已达20mm带钢厚度不同，冷却所需要的输出辊道长度亦不同。

目前有的轧机除了考虑在距末架精轧机190m处装置三台厚板卷取机以外，还在60m近处再装设2~3台近距离卷取机，用以卷取厚度2.5~3mm以下的薄带钢也有不少轧机只在距精轧末架约120m处装设三台标准卷取机。卷取机形式按抱紧辊数量来分，有二辊式、三辊式或四辊式等多种。三辊式卷取机对厚带和薄带都很合适，而其结构与维修又比四辊式简易，故为人们所乐用。带钢出精轧末架以后和在被卷取机咬入以前，为了在输出辊道上运行时能够“拉直”，辊道速度应比轧制速度高，即超前于轧机的速度，超前率约为10%~20%。当卷取机咬入带钢以后，辊道速度应与带钢速度(亦即与轧制和卷取速度)同步进行加速，以防产生滑动擦伤。加速段开始用较高加速度以提高产量，然后用适当的加速度来使带钢温度均匀。

当带钢尾部离开轧机以后，辊道速度应比卷取速度低，亦即滞后于带钢速度，其滞后率为20%~40%，与带钢厚度成反比例。这样可以使带钢尾部“拉直”。卷取咬入速度一般为8~12m/s，咬入后即与轧机等同步加速。

考虑到下一块带钢将紧接着轧出，故输出辊道各段在带钢一离开后即自动恢复到穿带的速度以迎接下一块带钢。卷取后的板卷经卸卷小车、翻卷机和运输链运往仓库，作为冷轧原料，或作为热轧成品，继续进行精整加工。精整加工线有纵切机组、横切机组、平整机组、热处理炉等设备。

2.7剪切

剪切机是用于剪切金属材料的一种机械设备。在轧制生产过程中，大断面钢锭和钢坯经过轧制后，其断面变小，长度增加。为了满足后续工序和产品尺寸规