中厚板轧机文献综述.doc

燕 山 大 学

本科毕业设计（论文）文献综述

课题名称：中厚板轧机压下规程及滚系结构设计
学院（系）： 机械学院
年级专业： 09级轧钢
学生姓名：
指导教师：
完成日期： 2013-03-24

一、 课题国内外现状
中厚板轧机是用于轧制中厚度钢板的轧钢设备。在国民经济的各个部门中广泛的采用，它主要用于制造交通运输工具（如汽车、拖拉机、传播、铁路车辆及航空机械等）、钢机构件（如各种贮存容器、锅炉、桥梁及其他工业结构件）、焊管及一般机械制品等。习惯于将厚度在4～20毫米范围内的钢板成为中板，将厚度为20～60毫米的钢板称为厚板。
1、世界中厚板轧机发展状况[1]
1864牛美国创建了世界上第一套三辊劳特式中板轧机，推广于世界。到了1891年，美国钢铁公司霍姆斯特德厂，为了提高钢板厚度的精度，投产了世界上第一套四辊可逆式厚板轧机。1918午卢肯斯钢铁公司科茨维尔厂，建成了—套5230mm四辊式轧机，这是世界上第一套5m以上的特宽的厚板轧机。
1907年美国钢铁公司南厂为了轧边，首次创建了万能式厚板轧机，在当时还是十分新奇的。南厂在1931年还建成了世界上第一套连续式中厚板轧机在精轧机组后设精整作业线，用于大量生产厚度为10mm左右的中板。欧洲国家中厚钢板生产也是比较早的。1910年，捷克斯洛伐克投产了一套4500mm二辊式厚板轧机。1913年，西班牙建成一套二辊式厚板轧机。 1937年英国投产了一套3810mm中厚板轧机。1940年，德国建成了一套5000mm四辊式厚板轧机。1939年，法国建成了一套4700mm四辊式厚板轧机。1940年，意大利投产了一安4600mm二辊式厚板轧机。这些轧机都是用于生产机器和兵器用的钢板，多数是为了满足二战备战的需要。第二次世界大战期间，美、苏、英、法、德、意、日、加等八国制造了军舰和坦克等武器，先后投产一批厚板轧机。20世纪50～60年代宽厚板轧机建设较多的是美国，当时以4064mm式厚板轧机为主，此期间美国建有3米级及3米以下轧机8台，4064mm厚板轧机7台，特宽轧机（≥5000mm）1台。
60年代后期至70年代初期厚板轧机的领先地位转向日本，这时期日本建有4724mm双机架四辊式厚板轧机5套。1976年～1977年间日本建设3套5500mm特宽厚板轧机，1974年住友鹿岛厂将5335mm粗轧机改造为5450mm轧机。建设这种特级厚板轧机主要是为生产Φ1626mm大直径UOE钢管用宽钢板和20～30万吨级油轮用钢板。
1984年底，法国东北钢铁联营公司敦刻尔克厂在4300mm轧机后增加一架5000mm厚板轧机，增加了产量，并扩大了品种。1984年底，苏联伊尔诺斯克厂新建了一套5000mm宽厚板轧机，年产量达10万吨，以满足大直径焊管和舰艇用宽幅厚板的需求。1985年德国迪林根冶金公司迪林根厂将4320mm轧机换成4800mm轧机，并在前面增加一架特宽的5500mm轧机，以满足1625mm大直径DOE焊管用板需求。1985年12月日本钢管公司福山厂新制一套4700mmHCW型轧机，替换原来的轧机，更有效地控制板形，以提高钢板产量。
近来电子计算机的应用使轧机提高了自动化控制程度。中厚板轧机普遍采用了液压AGC(钢板厚度自动控制系统)。中厚板的精度和生产效率大幅度提高。神经网络和遗传算法相结合的方法对中厚板轧制过程的轧制参数进行预测，进一步提高了轧制参数控制模型的预测精度和泛化能力[2-4]。
国外中厚板轧机发展主要有这几个特点：（1）从扩大产量型转向提高尺寸精度及表面质量，普遍采用二级过程控制系统。（2）对板型控制、平面形状提出了更高的要求。（3）普遍采用了控制轧制技术和加速冷却技术，TMCP工艺（热机械控制工艺）已成为当今国外中厚板生产的主要工艺技术[5]。
2、 国内中厚板轧机发展状况及趋势[6]
我国中厚板行业随着国民经济总体的发展而不断进步。纵观我国中厚板轧机的发展历史，大致可以分为3个阶段：
1）以解决企业从无到有为目的的初期发展阶段。我国的第1套中厚板轧机是2300mm的三辊劳特式轧机，于1936年在鞍山建成，产量只有几万吨，品种和规格都十分有限。为了提高装备水平，1970 年以后新建的中板厂，基本都采用四辊轧机。
2）全面引进世界新技术，自主研发提高水平阶段。1978年9月投产的舞钢4200mm宽厚板轧机，是我国自行设计和制造的第1套四辊宽幅厚板轧机，其特点是板宽大，达3900 mm；规格范围大，最厚可生产250mm；品种范围广，可生产结构板、舰船板、锅炉容器板、装甲板、不锈板等。20世纪80年代后期到本世纪初，欧洲、日本和美国几乎停止了新建中厚板工厂，而在亚洲尤其在我国，则进入了中厚板工厂建设的第2个高峰期，先后建成投产了近10条2800～4300mm级的中厚板生产线。
3）以提高产品档次，满足经济建设需求的发展阶段。最近几年，我国宝钢、鞍钢、山钢等单位采用自主集成和引进国外技术相结合的方式，建设了一批4000mm以上的大型中厚板轧机，继承了世界上一大批先进的中厚板生产技术和装备，同时采用了我国自主创新的关键技术和共性技术，使得我国中厚板的工艺、装备和产品等比以前有了较大的进步。特别是自动控制系统在中厚板轧机上的应用和基于CVC轧机热轧带钢板型控制系统的应用[7-8]极大地促进了我国中厚板轧机的发展。
发展前景[9-10]
2010年,全国在建中厚板轧机为12套,约新增生产能力2010万t ,其中中南地区新增生产能力760万t ,东北地区新增生产能力为330万t ,华东地区新增生产能力690万t ,西南地区新增生产能力230万t。2010年,全国淘汰中厚板轧机5套,淘汰生产能力370万t ,全国中厚板生产能力达到7000万t ,加上热连轧机组中厚板生产能力5000万t ,总产能达到12000万t 。中厚板消费量为11000万t(含特厚板) ,占钢材消费总量的21.1% ,中厚板消费量与12000万t生产能力相比,产品将供过于求。
但是总体来说，我国的中厚板轧机的装备水平不高，轧机的轧制力、板形控制、工艺控制、自动化水平与国外先进的现代化轧机相比，有较大差距，主要表现在以下几个方面：（1）轧机性能差，规格尺寸小。（2）板质量差，品种不全。（3）工艺落后，操作与管理水平差，金属消耗高、燃耗多。（4）自动化程度低，辅助设备陈旧[11]。
二、研究主要成果[12]
中厚板产品产品和规格较多，生产工艺过程复杂，不断涌现出新的生产技术。厚板生产工艺过程由原料及轧前准备、轧制和精整三大部分组成。
1、 厚板生产的原料及轧前准备
（1）原料
厚板的生产经历着钢锭—初轧坯—连铸坯的演变。其中，钢锭和初轧坯基本上不再使用。连铸坯是用板坯连铸机将钢水连续不断的注入其结晶器，一定厚度和宽度的板坯连续的被拉出，并切成一定长度。连铸坯的优点是：
1） 简化和缩短了叶金生产过程，减少了厂房和设备投资；
2） 节约能源，提高了金属收得率；
3） 物理化学性能均匀。
因此，采用连铸坯对于提高产品质量、降低生产成本是很有意义的。绝大部分中厚板长采用了连铸坯生产。
（2）板坯的轧前准备
为了提高塑性、降低变形抗力，使板坯便于轧制，根据板坯尺寸和材质性能不同，采用不同的加热规范加热板坯。连续式加热炉依据板坯在炉膛内前进方式不同分为推钢式加热炉和步进式加热炉两种。
a推钢式连续加热炉
板坯在炉膛内的前进是靠装料端的推钢机推动，缺点是：
1） 板坯加热后与水冷管道接触部分存在黑印，加热温度不均匀；
2） 板坯的下表面有划伤；
3） 炉膛内易产生起拱现象；
4） 炉膛内的板坯排空困难。
因此，推钢式连续加热炉正在逐步被步进式连续加热炉所取代。
b步进式连续加热炉
它由六个固定的水冷管道组成固定梁，沿炉子长度支撑板坯，另有四个水冷管道组成步进梁，步进梁支撑在步进机构的构架上，步进机构实现板坯的步进运动。
优点是：
1） 可以减少板坯的黑印。
2） 板坯下表面没有划伤。
3） 在炉膛内板坯不会产生起拱现象，炉长不受最小板坯厚度限制。
4） 炉膛排空容易。
2、轧制过程中的平面形状控制
国外已经采用的钢板平面形状控制技术有以下几个：
（1） MAS轧制法也称平面模型控制法，即在纵向展平的最后一道，沿纵向调整板坯的厚度，以改善钢板侧边形状；在宽展道次的最后一道，沿宽度调整板坯厚度，以改善钢板头、尾形状。
（2） 利用立辊机座改善平面形状。立辊轧制和MAS轧制法的结合，可以生产不切边钢板。
（3） 不同厚度宽展发。特点是：在横轧宽展道次后的厚板轧制，依据横轧和纵轧出现的端部不均匀变形，将轧辊作倾斜调整，改善钢板端部形状，可使成材率提高1.0%～1.5%。
（4） ALTS轧制法。这种方法是以轧制时测出轧辊两端的轧制压力为依据，通过两端的液压压下机构在中间道次作自动调整，达到平整钢板的作用，解决由于调整轧机时出现的左右压下偏差和板坯厚度偏差而出现的镰刀弯。
（5） 控制工作辊的热凸度控制板凸度。
3、 采用热机械控制工艺（TMCP工艺），是在合理的化学成分设计的基础上，通过控制板坯出炉温度、低温阶段累计压下率和温度、终轧温度、轧后冷却速度和终冷温度等工艺参数，以达到控制奥氏体状态、相变产物及组织状态、细化铁素体晶粒、减小珠光体片层间距，从而实现钢板高强度、高韧性和焊接性能的统一，生产出常用规格的轧制和热处理相结合工艺无法生产出的优质厚板。这种工艺由于是控制轧制和控制冷却的结合，所以也称控轧控冷工艺。
4、 厚板轧制板形控制方法
（1） 采用具有板形调节功能的新型厚板轧机，如PC轧机、HCW轧机和CVC轧机等。
（2） 采用板形快速调节方法，如液压弯辊、轧辊分段冷却和轧辊的倾辊调整等方法。
三、发展趋势[13]
发展趋势主要表现在以下几个方面：
1、 轧机生产能力的提高
1） 轧辊辊身长度增加
大直径的直缝焊管UOF成型生产需要更宽的厚板作为原料，大型舰船制造也需要提供更大面积的板料，以减少焊缝，最宽达到4500mm，最长达到25000mm.
2) 轧机刚度不断增加
现代厚板轧机工作机座的基本特点是具有高刚度，以满足板宽增加和控制轧制工艺所要求的较低变形温度。目前，世界厚板轧机刚度系数以高达9000～10600kN/mm。支承辊直径达到2100～2400mm,牌坊立柱断面面积达到10000～11000cm2，单片牌坊重达390t。
3）轧机力能参数在不断增大
由于增加辊身长度来轧更宽的厚钢板且实施控温轧制，使得轧制力也不断在增大，现在有的厚板轧机已达到100000～110000kN（最大达到130000kN）的轧制力。最大扭矩达到6000kN•m，工作辊直径在1130mm之上。厚板精轧轧制速度由6m/s，提高到7.85m/s。电机功率随着轧制力矩增大，轧制速度提高也在增大，最高达到2×12600kW。
2、开发新型厚板轧机
普通四辊轧机得到广泛地应用，已经取代了二辊和三辊劳特式厚板轧机。为了提高厚板轧机效率，更好的控制板形和提高钢板的尺寸精度，现已开发出HCW厚板轧机，PC厚板轧机和CVC厚板轧机。
3、 液压AGC厚度自动控制好液压弯辊板形控制系统[14]
利用厚板轧机设置液压AGC厚板控制系统，开发生产宽度和长度方向的楔形钢板或变断面钢板。设置液压弯辊系统进行轧机的倾辊调整，优化板形和消除镰刀弯，实现了板形动态自动控制。
4、 采用连铸坯为厚板轧制的坯料
大多数的厚板生产都以以连铸坯为坯料，同时普遍采用连铸坯热送、热装技术。
5、 普遍采用厚板平面形状控制技术
厚板在轧制过程中变形不均匀，轧完后不是矩形，造成切边过多影响成材率。日本率先开发了MAS平面形状控制法，通过给予变化的压下量对板坯厚度断面进行形状控制，使钢板成品为最佳矩形，可提高成材率4.4%。
6、 广泛采用钢板综合性能控制技术
控制轧制、控制冷却，进而发展成控制轧制与控制冷却相结合的热机械控制工艺（TMCP工艺），这种工艺方法也称控轧控冷工艺，可以生产出高强度、高韧性和良好的焊接性能为一体的钢板品种。
7、 采用计算机控制
现代化的厚板轧机都实现了计算机控制，包括基础自动化，完成程序压下、物料跟踪、事故检测和报警的控制。计算机管理和控制，使生产组织和生产过程高度自动化，在现阶段厚板生产发展的新技术，都与计算机相关联。
四、存在问题[15]
a 特厚板产能严重过剩
中厚板产能过剩已多年，但几年前国内中厚板主要采用连铸坯轧制。受铸坯厚度规格与压缩比的限制，大部分企业生产特厚板有困难。国内主要有舞钢、宝钢等以模铸钢锭、电渣重熔锭生产，曾出现求大于供的局面，市场竞争对手少，产品利润很高。高利润诱发了众多企业的追逐。2009年开始，国内众多企业在特厚板生产上下功夫，造成产能大大过剩，这种局面势必会导致一个缺口众多企业去填补、最终缺口会变成陷井的现象。
b 新建轧机试生产中出现的主要问题
1、设备制造精度欠缺及操作不当而引起的设备运行故障较多，经调查，新建中厚板轧机试生产中的常见设备故障有：
（１）轧机辊缝调节系统不能长时间保持正常工作，维护次数过多。
（２）经常出现两侧压下不一致，轧制线偏移，两侧不均，钢板产生镰刀弯。
（３）钢板经矫直机矫平后，放置１～２h又发生瓢曲。
（４）控冷系统ACC装置的设计大都是全自动的，但实际操作时经常出现故障，有些厂被迫改为半自动，甚至改为手动。
（５）热处理炉调试阶段就烧坏了辐射管。
（６）主轧机系统液压缸漏油、密封圈损坏的情况经常发生。
（７）有个别厂的直接淬火装备调试两年至今还不能正常工作，影响了新工艺的实施。
（８）粗除鳞机械运转不灵活，经常需手动调节。
（９）钢板加热时间过长，造成钢板的奥氏体晶粒长大，晶面结合力减弱，致使力学性能下降。
2、品种开发与生产效率方面的问题
一些新建轧机试生产了近两年，但生产的品种板与专用板的比例仍偏少，普碳板的比例过高。一些轧机试生产一年后产量已达150万t，而有些轧机试生产两年了，可产量还不到90万t。
新建的中厚板轧机设计的最薄规格是５mm或６mm，但实际上大多数轧机均未能达到，有些轧机试生产两年后最薄的规格仍在10mm以上。
3、产品结构和工艺路线雷同
经调查，新建轧机的产品大纲雷同，大多是造船板放在第１，管线板放在第２，中厚板八大品种全生产。另外，研究各级别的新轧机后发现，在同一级别中，工艺路线相近，技术手段差异少，装备水平雷同，差异性仅仅表现在有的新轧机一期工程就配齐，有的则在二期中配齐。这种现象很容易造成若干年后，产品雷同。业界近几年多抱怨生产中厚板无利润，有些人认为应该关注到市场上同质化的品种太多，卖方就缺少了定价的话语权。
五、主要参考文献
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[15]孙决定.新建中厚板轧机的先进性和值得关注的几个问题.武汉钢铁集团公司研究院,湖北.2011年,28卷（6期）：45-46

指导教师签字：

年 月 日