产年120万吨冷轧带钢厂工艺设计-学位论文.doc

鞍山科技大学本科生毕业设计 第67页毕业设计年产120万吨冷轧带钢厂工艺设计摘要本设计是参考鞍山钢冷轧厂1780机组而进行的冷轧带钢工艺设计，典型产品为Q215，0.51000mm的冷轧带钢，本设计的目的是设计一个年产120万吨的冷轧带钢车间。主体设备有连续酸洗机组、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、连续热镀锌机组等。设计产品的品种主要有电工硅钢板、热镀锌板带等。产品具有使用规格范围宽、厚度精确、尺寸偏差小、表面光洁、板形好、性能稳定等特点。据此制定了轧制制度、并对轧辊强度进行了校核。另外，还校核了轧机年产量，计算了经济技术指标，并以连铸薄带夹杂物的品种与特性为专题进行了论述。【关健词】： 冷轧带钢，轧制制度，全连续轧制，轧机，连铸薄带夹杂物Design of a cold strip plant with annual capacity of1.1 millions tonsAbstractThe design of a cold strip plant has been introduced and analyzed in this paper, according to ANSCs Cold strip plant 2# line. Its typical product is Q215 1.81700mm.Its main equipments include shallow-tank picking train, 5-stand- fully-continuous cold rolling train, hood-type annealing furnace, single stand 4-high skin-pass train，6-zone pull-through type continuous annealing line，cross-cutting and slitting train and coiling train, ect. The products mainly include cold sheet and strip, hot-dip galvanized sheet and strip, hot-dip tinned sheet and strip. According to it, we established the rolling system, speed schedule and checked the rollers strength. Moreover, we checked the rolling mills productive capacity, cut-up units productive capacity and calculated the economic and technology index. A special topic about performance and productive characteristic of automobile leaf-spring illuminate existing state of automobile leaf-spring and momentum of development of manufacturing technique. At last, this design close a plant plan made with AutoCAD software, a literature in English and Chinese about dynamic recrystallization under warm deformation of a 304 type austenitic stainless steel , program about the rolling system, checked the rollers strength and the rolling mills productive capacity with Microsoft Visual C+.【Key words】sheet and strip, rolling system , fully-continuous cold rolling, rolling millDesign of a cold strip plant with annual capacity of 1.20 millions tons ABSTRACTThe design of a cold strip plant has been introduced and analyzed in this paper, according to A.S.Cs 1780mm Cold Strip Mill Plant. Its typical product is Q215，0.51000mm. The purpose is to design a 1.2 million Cold Strip Mill Plant.Its main equipments include continuous picking train,5-stand- fully-continuous Cold rolling train, cover-type annealing furnace,single stand 4-high skin-pass train,cross-cutting and slitting train, coiling train, etc. The products mainly include electrician silicon steel plate, hot-dip galvanized sheet and strip. Products with distinguishing features such as wide size, accurate thickness, small deviation in dimension, smooth surface, well flateness, stable property, etc.According to it, we established the rolling system and checked the rollers production ability. Moreover, we checked the rolling mills productive capacity,calculated the economic and technology index. A special topic about the species and characteristics of the mixture in continuous casting thin belt is explicated. 【Key words】:cold sheet and strip, rolling system, fully-continuous cold rolling,rolling mill, the mixture of continuous casting thin belt目 录摘要IABSTRACTII1综述51.1发展历史51.2产品品种规格51.3生产方法51.4主要工序61.5冷轧的技术进步71.6本设计的目的和意义82产品方案设计及金属平衡表92.1原料的技术要求92.2产品方案92.3产品技术要求102.4金属平衡表113 设备参数选择113.1连续酸洗机组113.2五机架全连续轧机133.3 罩式退火机组143.4平整机组153.5横切机组163.6纵切机组173.7重卷机组173.8热镀锌机组173.9电镀锌机组193.10连续退火机组204 轧制工艺过程及轧制制度的确定234.1轧制生产工艺流程图234.2各个工艺流程环节简介234.3轧制制度254.3.1 原料的选择254.3.2 压下规程制定255 轧辊强度校核285.1轧辊各部分尺寸285.2 轧机强度校核295.2.1支撑辊强度计算305.2.2工作辊强度计算305.2.3支撑辊与工作辊接触应力计算315.3轧机生产能力校核325.3.1轧机年生产能力校核325.3.2轧机小时产量计算335.3.3轧机平均小时产量335.3.4车间年产量计算335.4电机功率校核345.4.1.轧制力矩345.4.2.摩擦力矩345.4.3.电机传动力矩355.5车间年产量计算355.5.1工作制度的确定355.5.2横切线生产能力365.5.3平整线生产能力计算365.5.4纵切线生产能力计算366各项经济技术指标386.1概述：386.2各项经济技术指标387专题：连铸薄带夹杂物的品种与特性407.1夹杂物的分类及来源407.2 铸坯中显微夹杂物分析417.2.1显微夹杂物的类型特点417.2.2 铸坯中显微夹杂物的数量457.2.3 铸坯中大型夹杂物分析457.3.连铸薄带的电镜观察48致 谢55参考文献56附录A：编程571压下规程编程572编制轧辊校核程序583年生产能力校核程序624电机校核程序641综述1.1发展历史薄板、带材当其厚度小至一定限度（例如小于1mm）时,由于保温和均热的困难,很难实现热轧,并且随着厚宽比的增大,在无张力的热轧条件下,要保证良好的板型也非常困难。采用冷轧方法可以很好地解决这些问题,冷轧是指金属在再结晶温度以下进行轧制变形。首先,它不存在温降和温度不均的毛病,因而可以生产很薄,尺寸公差很严和长度很大的板卷。其次,冷轧板带材表面光洁度很高,还可以根据要求赋予各种特殊表面。我国冷轧宽带钢的生产始于1960年,首先建立了1700mm单机可逆式轧机,以后陆续投产了1200mm单机可逆式轧机,MKW1400mm偏八辊轧机,1150mm二十辊冷轧机和1250mmHC单机可逆式轧机等。70年代投产了我国第一套1700连续式五机架冷轧机,1988年建成了2030 mm五机架全连续式轧机。现在我国投入生产的宽带钢轧机有18套,窄带钢轧机有418套。主要生产的产品有低碳薄板、高碳钢、合金钢、高合金钢、不锈耐热冷轧薄板、镀锌板、涂层钢板、塑料复合钢板和硅钢板等1。 1.2产品品种规格冷轧板带钢的产品品种很多,生产工艺流程亦各有其特点。具有代表性的冷轧板带钢产品是金属镀层薄板（包括镀锡板、镀锌板等）、深冲板（以汽车板为最多）、电工硅钢板、不锈钢板和涂层（或复合）钢板。成品供应状态有板或卷或纵剪带形式,这要取决于用户的要求。其品种和规格国家标准做了相应的规定,见表1.1及表1.2：1.3生产方法冷轧板带钢生产方法分为单片轧制和成卷轧制：单片轧制最早采用二辊式轧机,目前多采用四辊式冷轧机；成卷轧制采用二辊轧机、四辊轧机、偏八辊轧机、十二辊轧机、二十辊轧机等不可逆式和可逆式冷轧机。其生产工艺流程基本相似,主要是：坯料酸洗冷轧带钢的轧制热处理精整产品性能检验剪切包装2。表1.1冷轧钢板的品种和规格冷轧钢板品种厚度范围/ mm宽度范围/mm普通薄钢板0.24.05001500合金结构钢板0.24.05001500深冲钢板0.83.0约2000弹簧钢板0.74.05001500不绣钢板0.54.05001500电工硅钢板0.11.06001000纯铁薄板0.24.05001500酸洗钢板0.252.04001000镀锌钢板0.351.54001000镀锡钢板0.150.555501100镀铅钢板0.50.86001000表1.2冷轧钢带的品种和规格冷轧钢带品种厚度范围/ mm宽度范围/mm普通冷轧钢带0.053.05200冷轧焊管坯0.54.050500冷轧冲压钢带0.053.64300碳素结构钢带0.13.04200弹簧、工具钢带0.13.04200不锈钢带0.052.520400热镀锡钢带0.080.52903001.4主要工序下面就其工艺流程中的主要工序做介绍：1)酸洗： 清除带钢表面氧化铁皮及切掉有缺陷部分的带钢,这一工序通常由连续酸洗机组来完成。目前的酸洗设备主要有半连续酸洗机组、连续卧式酸洗机组和连续塔式酸洗机组。酸洗是用化学方法除去金属表面氧化铁皮的过程。有酸法、碱酸法、氢化物法、电解法等,但在连续酸洗机组上绝大多数是使用硫酸或盐酸的酸洗方法3。2)冷轧：冷轧是带钢生产中的一个重要的工序。热轧带钢经过一定程度的冷轧变形获得了厚度很薄、尺寸精确、表面光洁和板形平直的冷硬状态带钢,再经过以后热处理和精整就能使带钢具有良好的力学性能和加工性能或优良的电磁性能,另外,镀涂层处理还可使得带钢具有良好的抗腐蚀性能,从而使冷轧带钢在汽车、仪表、家用电器、食品罐头、轻工和建筑等行业中得到了极为广泛的应用。由此,冷轧工序的工艺设备条件也就决定了该冷轧带钢厂的规模和技术质量水平。冷轧机按轧辊辊系结构分类有二辊式、四辊式和多辊式冷轧机,按机架布置形式分有单机架可逆式和多机架串列式冷轧机,为适应特殊品种和高质量冷轧带钢生产又有特殊形式的冷轧机。冷轧设备由入口侧钢卷接受及运送装置、开卷机、轧机、卷取机和 钢卷输出设备等机械设备以及各个设备的驱动、控制、检测仪表和润滑等装置所组成。3)热处理：再结晶退火是将经冷塑性变形的金属加热到再结晶温度以上,以下,经保温冷却的热处理工艺。因钢种不同退火分初退火、中间退火和成品退火。初退火主要用于45号碳钢以上和合金钢、高合金钢的热轧板卷。中间退火目的是为了消除第一次冷轧的加工硬化,消除内应力、降低硬度、恢复塑性,以便于继续进行冷轧。成品退火用于消除冷轧造成的内应力和加工硬化,使钢板具有标准所要求的力学性能及显微组织结构。4)精整：精整生产是使冷轧带钢成为交货状态产品的生产过程,它由带钢平整、横剪、纵剪或重卷、分选和包装等工序组成。平整工序的主要作用是把带钢加工成具有用户所需要的尺寸和单位重量的板、带、卷材,而分选、包装则是对质量分级材料进行捆扎包装,使之成为最终交货的产品.5) 平整:平整是冷轧生产的重要工序,其作用是：（1）消除退火带钢的屈服平台,调制好带钢的力学性能。（2）改善带钢的平直度。（3）使带钢表面具有一定的粗糙度。平整工艺的首要目的是通过工艺参数管理和操作管理确保带钢的性能和质量达到用户的要求,其主要内容和控制项目包括：（1）平整度、延伸率（2）带钢表面粗糙度、工作辊表面粗糙度、工作辊凸度、平整量（3）带钢平直度、工作辊及支持辊原始凸度、弯辊力、张力、平整温度（4）表面质量、换辊、轧辊研磨、平整液浓度。1.5冷轧的技术进步在板带材生产中,产品的厚度精度和平直度是反映产品质量的重要指标2。60年代至70年代中期液压AGC（厚度自动控制）的不断改进,使板带纵向厚度精度得到了基本解决。为了控制板形,70年代以来相继开发了各种新轧机与技术：VC轧机、HC轧机、CVC轧机、UPC轧机、PC轧机等。冷轧产品退火的技术进步主要有全氢罩式退火、连续退火4。1.6本设计的目的和意义本设计选择年产120万吨冷轧厂做为设计题目，专题是对连铸薄带夹杂物的品种与特性的分析，本设计的目的是结合实际生产,系统地运用所学基础和专业知识分析问题，提高解决问题的能力。相信通过本次设计的学习，我们将有能力设计出高质量、高效率、低消耗、低污染的冷轧厂。2产品方案设计及金属平衡表2.1原料的技术要求冷轧板带钢的原料来源于热轧车间生产的产品,要求： 1）钢卷不允许有破边和边裂。2）来料不允许有扁卷,内圈松3圈、外圈松1圈,层与层间缝隙10mm。3）头尾不规则长度:如下表2.1所示表2.1带钢原料规格项目标准1780料厚度,mm头尾不规则长度,mm4.07004.05001700料7004）带钢侧边的镰刀弯在2m内不应大于3mm。5）带钢边缘个别处不应有扭边、揉皱和大于90。的折角。6）在检查厚度和镰刀弯时,头尾两端不考核的总长度不大于20m。7）带钢表面不应有凸棱、汽泡、结疤、折叠、裂纹、夹杂、压入铁皮等对使用有害的缺陷,侧面不应有分层。8）带钢表面不应有超过厚度公差之半的麻点、凹面、划痕等局部缺陷。9）对于热轧没有机会切除的缺陷,允许带有若干缺陷部分,但有缺陷部分不得超过每卷带钢总长度的61。2.2产品方案根据轧机1780生产能力及产量要求(年产量120万吨),现制定以下产品方案,如表2.2：表2.2 产品方案钢种产品名称规格尺寸/mm产量/万t标准号比例厚度宽度长度K08Al08Al06Al P深冲钢板0.8-1.01000-15001500350015GB708-8812.5%1.0-1.22016.7%DW470DQ520电工硅钢板0.5-0.8500-15001500400030GB/T521225.0%0.8-1.0108.33%Q195Q215A(B)Q215A(B)FQ235A(B)碳素结构钢0.7-0.91250-15001500400010GB708-888.33%0.9-1.1108.33%Q215A(B)FQ215A(B)Q235A(B)FQ235A(B)镀锌板1.0-1.3800-10001500350015GB/T251812.5%1.3-1.5108.33%总计1202.3产品技术要求对于产品技术要求,根据GB708-88的规定,钢板的厚度允许偏差:A级精度条件下:厚度h为0.500.65,宽度b为0.05; 厚度h为0.650.90,宽度b为0.06; 厚度h为0.901.10,宽度b为0.07; 厚度h为1.101.20,宽度b为0.09;厚度h为1.201.40,宽度b为0.10;厚度h为1.401.50,宽度b为0.11;B级精度条件下:厚度h为0.50.65,宽度b为0.06; 厚度h为0.650.90,宽度b为0.07; 厚度h为0.901.10,宽度b为0.09; 厚度h为1.101.20,宽度b为0.10;厚度h为1.201.40,宽度b为0.11;厚度h为1.401.50,宽度b为0.12;1）深冲钢板:要求宽度大,钢板表面要求平滑洁净,对钢板厚度公差及板形要求要十分严格,在冷状态下,钢板应具有较好的加工和焊接性能.2）电工硅钢板: 含硅量0.55%。它是制造电机、电器和变压器铁芯的材料,以要求电磁性能为主(导磁率高和铁损失低),也要求板形好,尺寸公差小(得到较高的填充系数)及表面带有优良的绝缘薄膜。3）镀锌板:镀锌板抗大气腐蚀性好,表面美观,加工性能也较好,大多用于建筑工业、汽车工业及容器等日用品工业。2.4金属平衡表表2.3金属平衡表产品名称年产量 /万t成品率 / %消耗原料重量/万t溶损几何损失工艺损失/万t/%/万t/%/万t/%深冲钢板3596.440.5851.60.5421.50.1810.536.29电工硅钢板4096.570.5681.40.5971.450.2490.641.42碳素结构钢2596.670.3551.40.3861.50.1290.525.86镀锌板2096.430.3051.50.3301.60.1040.520.74合计12096.541.8131.471.8551.50.6630.525124.313 设备参数选择3.1连续酸洗机组1.简介本生产线采用一套高效浅槽盐酸酸洗机组本机组。具有如下特点：1)酸槽为串列式布置,采用刮酸辊和小收集槽间隔,使每一个酸洗槽的浓度保持一定的比例,保证了酸洗的效果4。2)酸洗段采用卧式浅槽酸洗结构,槽深1000mm,液面高300500 mm,带钢基本上沿槽底滑行。因此,可取消带钢垂直控制装置和带钢提升装置,克服了带钢在深槽内高速运行时摆动以及垂直方向难以控制的问题。3)酸洗槽配有一个再循环储罐与酸洗槽联合工作。当停车时间超过规定时间时,酸洗槽内的酸液可迅速排至储酸罐；同时在储酸罐内可进行小循环,以保持酸液的浓度不降低；当停车处理完毕,酸液就立即被注入槽内进行生产,即减少了机组停车时间又提高了机组工作效率。其中,所有热轧卷的开卷温度均40；拉伸矫直率不得超过板厚的3%；酸洗速度最大为360m/min；另外,不涂油或进行钝化；对切边的主要要求是：边部应光滑无毛刺,无边裂,无耳子和边丝附在边部上等缺陷,对于不切边的酸洗带钢,边裂不得大于10 mm,边部有对称边裂时,边裂长度之和不大于10 mm。2. 机组主要技术参数技术参数：1)最高年产量能力： 236.5mat2)机组最大小时产量： 500t3)原料和成品规格： 入口 出口带钢宽度/mm： 7301600 7301600带钢厚度/mm： 1.35.0 1.35.0 带卷内径/mm： 610 610带卷外径/mm： 11002100 11002100带卷重量/kg： 30,000 30,0004)机组速度：穿带速度： 3060m/min入口段速度（max)： 700m/min工艺段速度(max)： 330m/min出口段速度(max)： 450m/min5)活套储量：入口段： 700m出口段： 440m3.酸洗段参数1)酸洗介质： 盐酸2)酸洗槽内酸液的浓度、温度及槽的规格如表3.1所示：表3.1酸槽参数表 酸浓度序号铁含量/g/l酸含量/g/l酸槽温度/g/l槽规格(长宽高)1120407090302.51.0280907090302.51.03301407090302.51.03.2五机架全连续轧机1.简介轧制是冷轧带钢生产中、最重要的工序,对它的基本要求是使轧件较好的通过轧机,对轧辊的损伤尽量小,并能够生产出厚度在公差范围之内,具有良好板形和表面质量的产品。所有的这些与坯料状况、设备类型及其特性、轧制方式、工艺制度等一系列因素有关5。2.原料和成品规格 入口 出口带钢宽度/mm： 7301600 7001600带钢厚度/mm： 1.35.0 0.33.5 带卷内径/mm： 610 610带卷外径mm： 11002100 11002100带卷重量/kg： 30,000 30,0003.轧机数据机组形式： 全连续五机架串列式四辊冷轧机工作辊规格： 6155501700mm支持辊规格： 155014251700mm工作辊轴承： 圆锥滚动轴承支持辊轴承： 油膜轴承入口活套储量： 700m第五架出口速度： 400r/min4.主传动功率1开卷机： 21200kW2开卷机： 21200kW1机架： 42000kW2机架： 42000kW 3机架： 42000kW 4机架： 42000kW 5机架： 42000kW 1卷取机： 31200kW 2卷取机： 31200kW3.3 罩式退火机组本机组用于对冷轧后的低碳带钢卷进行退火处理,并对少量热镀锌带钢卷进行回火处理。1.规格罩式退火炉有HUGF2500-4900mm和HUGF5050-4900mm两种规格,其加热罩、内罩、冷却罩和炉台数量见表3.2：表3.2退火炉参数加热罩内罩冷却罩炉台HUGF2500-490046 764576HUGF5050-490032 6027 60合计78136721362.原料规格和技术参数1)原料规格：带钢宽度/mm： 7001600 带钢厚度mm： 0.33.5 带卷内径/mm： 610 带卷外径/mm： 11002100 带卷重量/kg： 30,000 2)技术参数：退火方式： 单垛式退火最高退火温度： 750最大装炉量： 155t和99t燃料： 混合煤气,发热值为1800cal/m单位燃料消耗量： (0.180.22)105kcal/t机组燃料最大负荷： 24500m2n/h=184.4GJ/h3.4平整机组本机组用于对罩式退火后的冷轧带钢卷进行适量平整,以改善带钢平直度,提高机械性能,并获得所需的带钢表面。该机组主要技术参数如下：1.原料和规格 入口 出口带钢宽度/mm： 7001600 7001600带钢厚度/mm： 1.35.0 0.33.5 带卷内径/mm： 610 610带卷外径/mm： 11002100 11002100带卷重量/kg： 30,000 30,0002.平整机技术数据形式： 单机架四辊式工作辊规格： mm支持辊规格： mm工作辊轴承： 四列圆锥滚动轴承支持辊轴承： 静压油膜轴承轧制压力： 最大20,000kN平整速度： 最大1700m/min3.主传动功率开卷机： 21200kW平整机： 22000kW卷取机： 21200kW4.开卷与卷取方向开卷： 从上开卷卷取： 从上卷取3.5横切机组四条横切机组中的1机组工艺速度高,用于剪切冷直带钢；2和3机组主要用于切冷轧带钢,并对部分镀层板进行加工；4专用于剪切镀层钢板。机组的主要参数见表3.3：表3.3横切机组参数机组名称1横切2横切3横切4横切剪切材料冷直带钢冷轧带钢冷轧带钢镀层板扩张强度/N/mm2412412412412带钢宽度/mm7001500700150070015007001500带钢厚度/mm0.33.50.33.50.33.50.33.5带卷最大重量/t30303030带卷内径/mm610610610610带卷外径/mm11002100110021001100210011002100入口剪切速度/m/min200200120120矫直机速度/m/min24024140120矫直机后速度/m/min260260155155穿带速度/m/min24242424垛板时皮带最大速度/m/min9090155155剪切长度/mm9002500900250090025009002500垛板最大高度/mm600600600600垛板最大重量/kg10000100001000010000平均垛重kg4000400040004000每小时最大连续堆垛数202020203.6纵切机组两条纵切机组的两条纵切剪1线专用于纵切窄带钢,2线除纵切窄带钢外,也可用于切边、重卷和分类。主要技术参数见表3.4：表3.4纵切机组参数机组名称1纵切机组2纵切机组剪切材料冷轧带钢冷轧带钢抗张强度/N/mm2412412带钢宽度/mm入口70015007001500出口10015001001500带钢厚度 /mm0.33.50.33.5带卷重量/t入口3030出口1515带卷内径/mm610610带卷外径/mm入口1100210011002100出口70015007001500机组速度/m/min带厚1.75 mm 400带厚1.75 mm 200带厚1.75 mm 400带厚1.75 mm 200穿带速度/m/min2424纵切能力1.75 mm以下 15条1.75 mm以上 6条1.75 mm以下 9条1.75 mm以上 6条3.7重卷机组本机组专用于冷轧带钢的拉伸弯曲矫直、切边、检查、分卷和重卷。该机组采用S型曲柄飞剪。主要技术参数见表3.5：3.8热镀锌机组表3.5重卷机组参数带卷宽度(mm)7001500带卷厚度(mm)0.33.5带卷最大重量(kg)入口 30出口 15带卷外径(mm)入口 7001500出口 1001500带卷内径(mm)610机组速度(m/min)带厚1.5 mm 400带厚1.5 mm 2001.简介本机组是一条采用大型立式炉的高速热镀锌机组。生产的热镀锌带钢主要用于建筑、运输业和容器、包装等行业6。2.原料和成品规格原料：冷轧低碳带钢和热酸洗带钢 入口 出口带钢宽度(mm)： 7001500 7001500带钢厚度(mm)： 0.33.0 0.333.0 带卷内径(mm)： 610 610带卷外径(mm)： 11002100 11002100带卷重量(mm)： 30,000 30,0003.产品等级和品种全硬占10%,退火占80%,常化占10%,(镀锌后经罩式炉低温回火)；双面镀层、厚差镀层、规则锌花、最小锌花、钝化。4.镀层重量 60600g/m25.机组速度穿带速度： 1545m/min入口段速度： 15238m/min工艺段速度： 15183m/min出口段速度： 15238m/min6.开卷和卷取方向开卷： 从上开卷卷取： 从上卷取7.机组活套储量入口和出口的塔式活套储量各为457m。8.机组小时产量全硬： 110.85t/h退火： 79.75t/h常化： 65.35t/h9.燃料焦炉煤气(列氧化预热段) 热值： 18.82MJ/m3n(4500cal/m3)混合煤气(辐射和管加热段) 热值： 7.53MJ/m3n(1800cal/m3)3.9电镀锌机组1.简介该机组是一条高速电镀锌生产线,可向汽车制造、电子电器、建筑和薄板加工等行业提供优质抗腐蚀材料。2.原料和成品规格原料：经过连续退火的冷轧带钢和经过酸洗平整的热轧带钢 入口 出口带钢宽度(mm)： 7001500 7001500带钢厚度(mm)： 0.33.0 0.33.0 带卷内径(mm)