年产100万吨冷轧带钢厂工艺设计.doc

北京科技大学材控

年产100万吨冷轧带钢厂工艺设计

班级：****
姓名：****
指导教师：****

辽宁科技大学专科生综合实训-板形控制实训 第 I 页
摘要
本设计是参考上海宝钢冷轧厂而进行的冷轧带钢工艺设计，典型产品1.4×1800。
主体设备有浅槽酸洗机组、五机架全连续冷轧机组、罩式退火炉、单机架四辊式平整机组、横切、纵切及重卷机组等。设计产品的品种主要有冷轧带钢卷、冷轧窄带钢、冷轧板等。据此制定了轧制制度、并对轧辊强度进行校核。
关键词：板带钢；轧制制度；轧机。
第 21 页
目录
摘要 I
目录 II
1综述 1
1.1冷轧的定义 1
1.2冷轧带钢有哪些优点 1
1.3冷轧薄带钢生产的发展状况 1
2产品方案 3
3生产工艺流程及金属平衡计算 4
3.1金属平衡计算 4
3.1.1计算成材率 4
3.2轧制工艺过程 5
3.3各机组生产工艺流： 5
3.3.1酸洗机组工艺流程 5
3.3.2连续式五机架冷轧机工艺流程 5
3.3.3退火 6
3.3.4单机架平整机工艺流程 6
3.3.5电镀锌机组工艺流程 6
3.3.6纵切机组工艺流程 6
3.3.7重卷机组工艺流程 6
3.3.8横切机组工艺流程 6
4轧制制度制定 6
4.1压下规程的制定 6
4.2各道次轧制力计算 7
4.3速度制度 7
5设备参数的选择 10
5.1连续酸洗机组 10
5.1.1机组主要技术参数 10
（1）最高年产量能力： 10
（2）机组最大小时产量： 10
（3）原料和成品规格： 10
（4）机组速度： 11
（5）活套储量： 11
（6）开卷与卷取方向： 11
5.2五机架全连续轧机 11
5.2.1 原料和成品规格： 11
5.2.2机组数据： 12
5.3罩式退火机组 12
5.3.1原料规格和技术参数 12
（1）原料规格： 12
（2）技术参数： 12
5.4单机架平整机组 13
5.4.1 原料及规格 13
5.4.2平整机技术数据 13
5.4.3开卷与卷取方向 13
5.5四条横切机组 13
5.6电镀锌机组 13
5.6.1原料和成品规格 13
5.6.2产品品种 14
5.6.3 机组速度 14
5.6.4开卷与卷取方向 14
5.7连续退火机组 14
5.7.1钢卷尺寸 14
5.7.2钢卷重量 14
5.7.3机组速度 15
5.7.4机组产量 15
6设备校核 15
6.1 轧辊强度校核 15
6.1.1 轧辊各部分尺寸的确定 15
6.1.2校核公式如下 17
6.2支撑辊强度计算 17
6.3工作辊滚头强度计算 17
6.4工作辊辊头（带切口）强度按梅耶洛维奇经公式计算 17
6.5支撑辊与工作辊接触应力计算 18
6.6咬入角校核 18
6.7轧机生产能力校核 19
6.7.1轧机年生产能力校核 19
6.7.2轧机小时产量计算 19

1综述
1.1冷轧的定义
金属在再结晶温度以下进行轧制变形叫做冷轧，一般指带钢不经加热而在室温直接进行轧制加工。冷轧后的带钢可能烫手，但还是叫冷轧。
1.2冷轧带钢有哪些优点
冷轧生产可提供大量高精确度和性能优良的钢板和带材，其最主要的特点是加工温度低，同热轧生产相比，它有以下优点：
(1)冷轧带钢产品尺寸精确，厚度均匀，带钢厚度差一般不超过0.01～0.03mm或更小，完全可以符合高精度公差的要求。
(2)可获得热轧无法生产的极薄带材(最薄可达0.001mm以下)。
(3)冷轧产品表面质量优越，不存在热轧带钢常常出现的麻点、压入氧化铁皮等缺陷，并且可根据用户的要求，生产出不同表面粗糙度的带钢(光泽面或麻糙面等)，以利于下道工序的加工。
(4)冷轧带钢具有很好的力学性能和工艺性能(如较高的强度、较低的屈服极限、良好的深冲性能等)。
(5)可实现高速轧制和全连续轧制，具有很高的生产率。
1.3冷轧薄带钢生产的发展状况
薄板、带钢的生产技术是钢铁工业发展水平的一个重要标志。薄钢板除了供汽车、农机、化工、食品罐头、建筑、电器等工业使用外，还与日常生活有直接关系，如家用电冰箱、洗衣机、电视机等都需要薄钢板。因而在一些工业发达的国家中，薄钢板占钢材的比例逐年增加，在薄板、带钢中，冷轧产品占很大部分。
冷轧生产最初是在二辊轧机、四辊轧机上进行的。随着科学技术和工业的发展，需要更薄、质量要求更高的带材，尤其是仪表、电子、通讯设备上需要极薄带材。四辊轧机往往不能满足这一要求，这样便出现了新型结构的轧机，如六辊轧机、十二辊轧机、二十辊轧机、偏八辊轧机和其他复合式多辊冷轧机，如图1-1所示。

图1-1多辊冷轧机
a- 十二辊轧机；b-二十辊轧机；c-偏八辊轧机

冷轧带钢可以用单机和多机架连轧机来生产，目前主要采用三机架到六机架四辊冷连轧机，这种轧机的特点是生产率高，机械化、自动化程度高，产品质量好。
近年来，冷轧带钢生产技术的发展主要有以下几个方面：
(1)增加钢卷质(重)量。增加钢卷质量是提高设备生产能力的有效方法，因为冷轧带钢是以钢卷方式生产的，每一个钢卷在送到机组内轧制或处理前，都必须经过拆捆、开卷、穿带，然后加速到正常速度工作，在每一卷终了时又需要有减速、剪切、卷取及卸卷的过程，占用较多的生产时间。钢卷质量增大后，可相应地增加作业的时间，而且由于每卷带钢长度的增加，带钢在稳定速度下轧制的时间也相应增加，机组的速度才能真正得到提高，带钢的质量也才能得以改善。然而，钢卷质量也不可无限制地增加，它受到开卷机、卷取机等机械设备的结构与强度的限制，也受到电动机调速范围的限制，而且卷重太大还会给车间内钢卷的运输和存放带来困难。目前，冷轧带卷的质量已达40t，个别的达到60t，以带钢单位宽度计算的卷重达到30～36kg/mm。
(2)提高机组和轧机的速度。以五机架轧机为例，20世纪50年代大都在20m/s左右，60年代以来已逐步提高到30m/s左右，最高轧制速度达37.5m/s。六机架冷连轧机的最高轧制速度已超过了40m/s。但是，轧制速度的进一步提高会受到工艺润滑材料与方式的限制。
其他作业线(如单机架平整机组、双机架平整机组、各剪切机组、连续热镀锌机组、酸洗机组、电镀锡机组等)的机组速度也都相应提高。
(3)提高产品厚度精度。为提高冷轧带钢的厚度精度，在冷轧机上采用了全液压压下装置，以便增加轧机压下装置的反应速度，并采用了带钢厚度自动控制装置。对于高速、高产量的带钢冷连轧机，实现了计算机控制。
(4)改善板形。在带钢冷连轧机上，广泛采用液压弯辊装置来改善板形。
(5)提高自动化程度。在生产操作自动化方面，普遍采用各种形式的极限开关、光电管等、对每个动作实行自动程序控制，实现了钢卷对中、带钢边缘纠偏、机组中带钢速度的自动调整、剪切钢板的自动分选等自动化操作和控制。
（6）改进轧机结构。1971年以来，出现了全连续式冷连轧机。这种轧机只要一次引料穿带后，就可实现连续轧制。此时，后续带卷的头部通过焊接机与前一带卷尾部焊接在一起。为了保证带钢能够连续轧制，在连轧机人口端设置了活套装置。在冷连轧机组出口端没置了分卷用的飞剪机，并设置了两台卷取机，以便交替地卷取带钢。全连续式冷连轧饥即使在换辊时，带钢依然停留在轧机内。换辊一结束，轧机可立即进行轧制。采用全连续式冷连轧机，可以提高生产率30％～50％，产品质量和收得率也都得到提高。
(7)改进生产工艺。不断采用新工艺、新设备，例如深冲钢板连续退火作业线和浅槽盐酸酸洗、HC轧机、和异步轧制等，以简化冷轧工艺过程，提高冷轧带钢的精度和节省能量。
2产品方案
表2.1 产品方案
产品名称
产 品 规 格 /mm
产量
/万吨
所占比例/%
厚
宽
长

冷轧带钢卷
0.3～3.5
900～1850
-
25
25
冷轧窄带钢
0.3～3.5
900～1850
-
15
15
冷轧板
0.3～3.5
900～1850
1000～6000
35
35
电镀锌钢卷
0.5～2.5
900～1850
-
15
15
电镀锌钢板
0.5～2.5
900～1550
1000～6000
10
10
合计

100
100

3生产工艺流程及金属平衡计算
3.1金属平衡计算
是指生产车间在一定时期内（通常为一年）生产产品的收支情况，即投入与产出情况。编制金属平衡表目的是确定出为完成年计划产量所需的投料量。主要工作是计算产品的成材率、然后编制金属平衡表。
3.1.1计算成材率
（1）成材率定义：指成品重量与投料之比的百分数，亦即一吨原料能够生产出的合格产品重量的百分数。用公式表示为：
A=100%
式中 A─成材率%
Q─投料量
W─损失料量
成品率的倒数就是金属消耗系数。Error! No bookmark name given.
成品率是车间生产中的一项重要指标、它的高低反映了生产管理和工艺技术设备等各方面的水平，直接影响企业的生产成本。因此产前必须对其进行正确估算。
（2）影响成材率注意因素
凡是造成废品的生产及销售因素都是影响成品率的因素。
（a）烧损：氧化烧损1～5% 一般表面积愈大、加热时间越长、温度越高、气氛氧化性越强则烧损越大。
（b）溶损：在酸、碱或化学处理等过程中的损失。0.1～1.0%
（c）几何损失：切头、切尾、切边残屑消理（车皮、锯切、铲）1～10%
（d）工艺损失：技术损失、各工序由于设备、工具、技术操作及表面介质等问题造成的质量不合要求的产品。如轧漏、轧断、轧卡、卡钢、 超差、浪形、轧扭、腰薄、耳子、性能不合格等。
由于成品率直接影响生产成本，因此实际生产中应尽可能采取措施提高成材率，主要应从工艺、设备、原料、管理（操作）四个方面入手。
（3）金属平衡表
表2.2 金属平衡表
序号
钢种
溶损
几何损失
工艺损失
年产量
/万吨
成品率
/%
需坯量
/万吨
%
%
t%
1
冷轧带钢卷
0.50
7.55
1.45
25
90.50
30
2
冷轧窄带钢
0.50
7.70
1.30
15
90.50
15
3
冷轧板
0.50
7.02
1.45
35
91.03
16
4
电镀锌钢卷
0.50
7.65
1.45
15
90.40
16
5
电镀锌钢板
0.50
7.75
1.45
10
90.30
11
3.2轧制工艺过程
热轧板卷(原料)→酸洗→五机架连轧→退火→平整→剪切→成品交货。
3.3各机组生产工艺流：
3.3.1酸洗机组工艺流程
原料卷→开卷→焊接→拉伸矫直→酸洗和钝化→切边→卷取
3.3.2连续式五机架冷轧机工艺流程
开卷→焊接→活套→冷轧→剪切→卷取‘
3.3.3退火
原料卷→开卷→焊接→清洗→活套→连续退火→平整→拉矫→卷取
3.3.4单机架平整机工艺流程
开卷→入口张力辊组→平整→出口张力辊组→卷取
3.3.5电镀锌机组工艺流程
开卷→焊接→清洗→电镀锌→化学处理→冷却→活套→卷取
3.3.6纵切机组工艺流程
开卷→裁条→引带→剪切→卷取
3.3.7重卷机组工艺流程
开卷→剪边→飞剪→焊接→矫直→卷取
3.3.8横切机组工艺流程
入口段→飞剪→矫直→分选→垛板
4轧制制度制定
4.1压下规程的制定
典型产品为1.4×1800由经验资料及2030冷轧厂实际生产选择的原料规格为3.5×1850的热轧带钢。
本设计采用五机架连轧，制定压下规程如表4.1所示。
表4.1 压下规程
道次号
H/mm
h/mm
△h/mm
ε/(%)
1
3.000
2.870
0.630
21
2
2.870
2.345
0.525
18.3
3
2.345
1.820
0.525
22.4
4
1.820
1.505
0.315
17.3
5
1.505
1.4
0.105
7.0
4.2各道次轧制力计算
各机架摩擦系数的选取：第一道次考虑咬入不喷油，故取0.08，以后喷乳化液，取值0.05～0.06。具体选择如表4.2：
表4.2摩擦系数表
1#机架
2#机架
3#机架
4#机架
5#机架
0.08
0.05
0.05
0.05
0.05
本设计采用M.D.Stone公式：
(4.2)
式中：，摩擦几何系数；
—考虑轧辊弹性压扁的变形区长度；
—平面变形抗力；
—前后张力平均值， ：—前张力，—后张力；
—轧件宽。
4.3速度制度
冷连轧机最大特点是速度高，生产能力大，轧制板卷重。
轧制时先采用低速度穿带（1～3m/s），待通过各机架并由张力卷取机卷上之后，同步加速到轧制速度，进入稳定轧制阶段。在焊缝进入轧机之前，为避免损伤辊面和断带，一般要降速至稳定轧制速度的40%～70%。焊缝过后又自动升至稳定轧速。在一卷带钢轧制即将完成之前，应及时减速至甩尾速度，以通过尾部。
冷连轧的最高速度限制，主要是由轧制工艺润滑和冷却能否保证带钢表面质量和板型。
在实际生产中，冷连轧机各机架速度调节及设定皆采用轧辊速度。当压下规程制定后，则各架轧出厚度hi已知。
根据轧制时的秒流量相等条件方程：
(4.3)
式中：hi―第i架轧机出口处轧件厚度。
vi ―第i架轧机出口处水平速度。
由末架轧机出口处轧件水平速度可求出各架轧机出口处的轧件水平速度。再由公式： (4.4)
求出各机架轧辊速度。
首先是末机架出口处轧件水平速度的选取，根据经验，一般取末机架轧机出口处轧件水平速度为不大于22.5m/s。现取末机架轧机出口处轧件水平速度为=15m/s， =1.4mm，则可求得：
由秒流量相等，=0.63mm， =2.87mm。
求得： ==7.32m/s。
咬入角：＝2.59°=0.045 rad
中性角：=0.016rad
前滑值：=0.027=2.7%
第一架轧辊速度：=7.16m/s
第二架轧机：
由秒流量相等，=0.525mm， =2.345mm。
求得： ==8.96m/s。
咬入角：＝2.37°=0.0413rad
中性角：=0.012rad
前滑值：=0.019=1.9%
第二架轧辊速度：v2 =8.8m/s
第三架轧机：
由秒流量相等，=0.525mm， =1.820mm。
求得： ==11.54m/s。
咬入角：＝2.37°=0.0413rad
中性角：=0.012rad
前滑值：=2.4%
第三架轧辊速度：=9.31m/s

第四架轧机：
由秒流量相等，=0.315mm， =1.505mm。
求得： ==13.95m/s。
咬入角：＝1.83°=0.03rad
中性角：=0.011rad
前滑值：=0.025=2.5%
第四架轧辊速度：=13.6m/s
第五架轧机：
已知=15m/s，=0.105mm， =1.4mm。
咬入角：＝1.1°=0.019 rad
中性角：=0.0077rad
前滑值：=0.013=1.3%
第五架轧辊速度：=14.8m/s。

5设备参数的选择
5.1连续酸洗机组
5.1.1机组主要技术参数
（1）最高年产量能力：
2485000t
（2）机组最大小时产量：
500t
（3）原料和成品规格：
入口 出口
带钢宽度（mm） 900～1900 900～1850
带钢厚度（mm） 1.8～6.0 1.8～6.0
带卷内径（mm） Φ760 Φ760
带卷外径（mm） Φ1200～2150 Φ1200～2150
带卷最大重量（kg） 43600 45000
（4）机组速度：
穿带速度 30～60m/min
入口段速度（max） 780m/min
工艺段速度（man） 360m/min
出口端速度（max） 500m/min
（5）活套储量：
入口段 720m
出口段 450m
（6）开卷与卷取方向：
开卷 从上开卷 卷取 从上卷取
5.2五机架全连续轧机
5.2.1 原料和成品规格：
入口 出口
带钢宽度（mm） 900～1850 900～1850
带钢厚度（mm） 全连续轧制 1.8～4.5 0.3～2.0
常规轧制 1.8～6.0 0.3～3.5
带卷内径（mm） Φ760 Φ610
带卷外径（mm） Φ1200～2510 Φ1200～2470
带卷重量（kg） 45000 45000
5.2.2机组数据：
机组形式：全连续五机架串列式四辊冷轧机
工作辊规格：Φ615×550×2030
支撑辊规格：Φ1550×1425×2030
工作辊轴承：4列辊锥轴承
支撑辊轴承：静压油膜轴承54～72
轧制压力：最大公称压力30000kN
入口活套储量：720mm（入口最高速度为780m/min）
第5架出口速度：1900m/min（轧辊为Φ615时空载转速）
5.3罩式退火机组
5.3.1原料规格和技术参数
（1）原料规格：
带钢宽度（mm） 900～1800
带钢厚度（mm） 0.3～3.5
带卷内径（mm） Φ610
带卷外径（mm） 最大Φ2470和Φ2050
带卷重量（kg） 最大45000
（2）技术参数：
退火方式： 单垛罩式退火
最高退火温度： 750℃
最大装炉量： 155和99t
单位燃料消耗量： 0.18～0.22×105kc/t
机组燃料最大负荷： 24500m5n/h=184.4GJ/h
5.4单机架平整机组
5.4.1 原料及规格
入口 出口
带钢宽度（mm） 900～1850 900～1850
带钢厚度（mm） 1.8～4.5 0.3～2.0
带卷内径（mm） Φ610（760） Φ610（760）
带卷外径（mm） Φ1200～2470(2510) Φ1200～2470
带卷重量（kg） 45000 45000
5.4.2平整机技术数据
形式：单机架四辊式
工作辊规格：Φmax625/Φmin550×2030mm
支撑辊规格：Φmax1550/Φmin1425×2030mm
工作辊轴承：4列圆锥滚柱轴承
支撑辊轴承：静压油膜轴承
轧制压力：最大20000kN
平整速度：最大1700m/min
5.4.3开卷与卷取方向
开卷 从上开卷 卷取 从上卷取
5.5四条横切机组
两条纵切机组和一条重卷机组
5.6电镀锌机组
5.6.1原料和成品规格
原料：经过连续退火的冷轧带钢和酸洗平整的热轧带钢
入口 出口
带钢宽度（mm） 900～1550 900～1550
带钢厚度（mm） 0.5～2.5 0.5～2.5
带卷内径（mm） Φ610 Φ610
带卷外径（mm） Φ1200～2470 Φ1000～2120
带卷重量（kg） 45000 22500
5.6.2产品品种
双面镀层、单面镀层、差厚镀层、磷化、钝化和涂油处理。
5.6.3 机组速度
穿带速度 15～30m/min
入口段速度 30～120m/min
工艺段速度 15～90m/min
出口段速度 30～135m/min
5.6.4开卷与卷取方向
开卷 从上开卷 卷取 从上卷取
5.7连续退火机组
5.7.1钢卷尺寸
入口侧 内径Φ610 外径Φ1200～2470
出口侧 内径Φ610 外径Φ1200～2470
5.7.2钢卷重量
入口侧 最大45t
出口侧 最大45t
5.7.3机组速度
入口侧 30～320m/min
炉部 30～320m/min
出口侧 30～320m/min
5.7.4机组产量
年生产能力45万吨

6设备校核
6.1 轧辊强度校核
6.1.1 轧辊各部分尺寸的确定
五机架连轧机工作直径为Dg=555mm，辊身长度为Ls=2030mm，支撑辊直径为在DZh=1425mm，据此确定轧辊其他参数以备校核。
轧辊材质选用合金铸钢，许用应力=20kg/mm2，许用接触应力=240 kg/mm2，=73 kg/mm2。
工作辊辊颈直径d1=343mm
工作辊辊颈长度l1=343mm
支撑辊辊颈直径d2=1372mm
支撑辊辊颈长度l2= 988mm
辊头采用滑块式万向接轴辊头，其主要尺寸如下：
D=Dmin-（5～15）=555-（5～15）=540mm
辊头厚度S=(0.25~0.28)×D=0.28×540=150mm
辊头总宽度b0==519mm
断面系数=0.346
b=210mm
l=（0.415～0.5）D=0.5×540=270mm
x1=l/2=135mm α=2°
轧件宽度=1800mm
支撑辊压下螺丝间的中心距Lzh=3018mm
工作辊压下螺丝间的中心距Lg=2373mm
五机架连轧机各机架有关校核的具体数据如下：
第一架：
轧制压力 P=1400.5t
转速 n=157r/min
电机功率 N=2×1120kw
前后总张力差T=32.2t
第二架：
轧制压力 P=1618.2t
转速 n=200r/min
电机功率 N=2×1500kw
前后总张力差T=9.6t
第三架：
轧制压力 P=1799.4t
转速 n=260r/min
电机功率 N=4×1500kw
前后总张力差T=6.4t
第四架：
轧制压力 P=1686.5t
转速 n=317r/min
电机功率 N=4×1500kw
前后总张力差T=6.3t
第五架：
轧制压力 P=1326.5t
转速 n=351r/min
电机功率 N=2×1500kw
前后总张力差T=21.3t
6.1.2校核公式如下
6.2支撑辊强度计算
轧辊中央处承受最大弯矩：
辊身中央处产生的最大弯曲应力：=
辊颈危险截面在辊颈与辊身联接处，此处弯矩为：
该危险断面的弯曲应力为：=
6.3工作辊滚头强度计算

=0.5sinα+
6.4工作辊辊头（带切口）强度按梅耶洛维奇经公式计算

辊头接轴叉头的最大应力按下式计算：
= 其中：k=1+0.05α2/3=1.2
＜=20kg/mm2
6.5支撑辊与工作辊接触应力计算
=0.418
上式中： q——加在接触表面单位长度上的负荷，；
r1，r2——相互接触的两个轧辊（即支撑辊与中间辊）的半径，mm；
6.6咬入角校核
轧机要能够顺利进行轧制，必须保证咬入符合轧制规律，所以要对咬入条件进行校核。原料在第一架轧机咬入最困难，所以对第一架轧机进行咬入能力的校核。
第一架轧机：
时能实现咬入，
其中： ---咬入角，°
---摩擦角，°
根据=tan，得到：
=arctan
根据可得：
=arccos(1-Δhmax/D)
其中为咬入角；Δhmax为最大压下量/mm；D为工作辊直径/mm
由于<，
所以由上关系式得出咬入角满足要求，可以顺利咬入。
6.7轧机生产能力校核
6.7.1轧机年生产能力校核
（1）轧制节奏的确定
在连续轧机中各机架tzh相等
（2）轧机小时产量计算
μz=F0/F5, μ1=F0/F1, μ2=F1/F2, μ3=F2/F3, μ4=F3/F4, μ5=F4/F5
在连续轧机中各机架tzh相等，各道次纯轧时间之和
∑tzh=L0×μP/VP×（μZ-1）/（μP-1）
L0---原料长度，VP---平均轧速
VP=∑Vi/5，μp=∑μ/5
连续轧制，各机架的纯轧制时间相等tzh=∑tzh/5，间隙时间△t=10s
所以轧制节奏：T=tzh+△t
6.7.2轧机小时产量计算
轧机小时产量：A=3600QK1b/T
表6.1 小时产量分配表如下
产品名称
带厚
mm
小时产量
t/h
所占比例
%
成材率
%
年生产量
万吨
冷轧带钢卷
0.3～3.5
515.1
25
90.50
25
冷轧窄带钢
0.3～3.5
515.1
15
90.50
15
冷轧板
0.3～3.5
518.1
35
91.03
35
电镀锌钢卷
0.5～2.5
514.5
15
90.40
15
电镀锌钢板
0.5～2.5
514.0
10
90.30
10
（3）轧机平均小时产量
本设计轧机小时产量按轧制品种的百分比数计算。采用这种方法时，没有考虑不同产品及不同规格在生产中的难易程度，但在与产品方案相近的情况下，其计算结果还是接近实际的。
（4）车间年产量计算
车间年产量是指在年内轧钢车间各种产量的综合产量，以综合小时产量为进行计算。
T1，T2——年中计划大修及定期中大修时间，天；
T3————年计划换辊时间，天；
T4————每天规定的交替接班时间，小时；
24————每天的小时数。
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