年产180万吨中厚板生产车间工艺设计毕业设计可编辑.docx

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年产180万吨中厚板生产车间工艺设计毕业设计可编辑

年产180万吨中厚板生产车间工艺设计毕业设计

设计说明

本设计为年产量180万吨的中厚板车间,通过对中厚板市场的调研,介绍了中厚板的发展状况,分析了中厚板的市场需求,并针对目前的技术状况,制定出了合理的产品大纲和金属平衡表。

以典型产品Q235（10mm×1700mm×6000mm、25mm×1000mm×6000mm、4010mm×1450mm×4000mm）钢板为基础,通过确定典型产品的工艺流程,确定了轧机的布置形式和车间各设备的选用,并制定出典型产品合理的压下规程,计算出轧制力能参数,如:

轧制力的计算、变形抗力的计算和传动力矩的计算等。

校核轧辊强度并计算电机的容量,以选用合适的轧辊和电机。

确定车间工作制度和年工作时间,计算了轧机的年产量,根据典型产品的工艺和轧件的尺寸等,确定车间平面布置,如合理的设备间距、仓库面积等,并画出车间平面布置图。

分析车间的综合经济指标。

并采取有效的环境保护措施,如车间的绿化、废气和废渣的再回收等。

关键词:

中厚板车间,产品大纲、金属平衡表、轧制力、传动力矩

DesignNotes

Thedesignfortheannualproductionof180milliontonsofplateplant,platemarketresearch,thedevelopmentoftheplate,theplatemarketdemand,andthecurrentstateoftechnology,todevelopaareasonableoutlineoftheproductsandmetalbalancesheet.TypicalproductQ23510mm×1700mm×6000mm,25mm×1000mm×6000mm,4010mm×1450mm×4000mmsteel-based,todeterminethetypicalproductsoftheprocess,todeterminethethemillarrangementofworkshopequipmentselection,andtodeveloptypicalproductsandreasonablereductionprocedurestocalculatetherollingforceparameters,suchas:

rollingforcecalculation,thecalculationofthedeformationresistanceandtransmissiontorquecalculation.Thecheckrollsintensityandcalculatethecapacityofthemotortotheappropriatechoiceofrollsandmotor.Todetermineworkshopworksystemsandworkinghours,calculatedtheannualproductionofthemill,accordingtothetypicalproductoftheprocessandthesizeoftherollingdetermineworkshoplayout,suchasdevicespacing,warehousearea,anddrawtheworkshopfloorplanAnalysisoftheeconomicindicatorsoftheworkshop.Andtotakeeffectiveenvironmentalprotectionmeasures,suchasthegreeningoftheworkshop,wastegasandwasterecyclingandsoon.

Keywords:

plateworkshop,outline,metalbalancesheets,rollingforce,deformationresistance,drivetorque

设计说明……………………………………………………………………………1

1前言………………………………………………8

1.1我国中厚板生产技术现状8

1.1.1中厚板轧钢生产线的工艺装备8

1.1.2中厚板的生产技术是产品的核心9

1.2中厚板轧机生产工艺的发展趋势9

1.2.1中厚板轧机生产工艺方案9

1.2.2产品质量及交货状态10

1.3我国中厚板轧机的发展方向12

1.4国内中厚板轧机的改造13

1.4.1围绕提高轧机的目能力水平进行改造13

1.4.2围绕提高装备水平进行改造14

1.4.3板坯连铸比15

1.4.4轧机15

1.4.5新技术和新工艺15

2中厚板产品方案………………………………………………………………….16

2.1编制产品大纲16

2.2编制金属平衡表16

2.2.1成材率概念16

2.2.2金属平衡分析17

2.2.3Q235钢板的化学成分18

2.2.4Q235钢板尺寸偏差19

3中厚板的生产工艺和轧制区的设备…………………………………………….21

3.1中厚板生产工艺流程21

3.2典型产品的工艺流程21

3.3轧制区设备选择25

3.3.1中厚板轧机型式25

3.3.2中厚板轧机的布置25

3.3.3轧机主机列26

3.3.4工作机座的结构26

3.3.5换辊装置29

3.3.6轧制区其它设备29

3.4辅助设备的选择29

3.4.1加热炉选择29

3.4.2剪切机选择31

3.4.3热矫直机选择33

3.4.4冷床设备选择34

3.4.5钢板修磨台架选择35

4轧机力能参数的确定…………………………………………………………37

4.1轧制力计算37

4.1.1确定变形制度37

4.1.2计算轧制力38

4.2传动力矩计算机及电机校核46

4.2.1各道传动力据计算47

4.2.2轧机主电机校核52

4.3轧辊强度校核63

4.3.1粗轧机轧辊强度校核63

4.3.2精轧机轧辊强度校核66

4.4四辊轧机轧辊接触应力的校核67

5轧钢机产量计算………………………………………………………………….70

5.1轧钢机工作图表70

5.1.1研究轧钢机工作图表的意义70

5.1.2轧机工作图表70

5.2轧钢机产量计算72

5.2.1轧机小时产量计算72

5.2.2轧钢机平均小时产量73

5.2.3轧钢机年产量74

6车间平面布置…………………………………………………………………….75

6.1车间平面布置原则75

6.2车间工艺平面布置75

6.3设备间距的确定76

6.3.1加热炉间距离76

6.3.2加热炉到粗轧机距离76

6.3.3粗轧机到精轧机距离76

6.3.4其它设备间距离的确定76

6.4仓库面积的确定77

6.4.1原料仓库面积的确定77

6.4.2成品仓库面积确定78

6.5车间其它设施面积的确定78

6.5.1厂方跨度布置78

6.5.2厂房跨度大小79

6.5.3柱距尺寸79

6.5.4吊车轨面标高79

7车间技术经济指标……………………………………………………………81

7.1各类材料消耗指标81

7.1.1金属消耗81

7.1.2燃料消耗82

7.1.3电能消耗82

7.1.4轧辊消耗82

7.1.5水的消耗82

7.2综合技术经济指标83

8轧钢厂的环境保护与综合利用………………………………………………….85

8.1轧钢厂的环境保护85

8.1.1绿化85

8.1.2各类有害物质的控制与防治85

8.1.3噪音的防治85

8.1.4水质的处理86

8.2轧钢厂的节能与综合利用86

8.2.1轧钢厂的节能86

8.2.2轧钢厂的综合利用86

参考文献…………………………………………………………………………….88

致谢………………………………………………………………………………89

1前言

近年来,我国中厚板轧机在品种开发、轧机改造、研究新工艺和新技术以及使用连铸坯等方面取得了较大的成绩,但据有关专家预测,7>2014年需中厚板约7000万t;目前我国现有的中厚板轧机的总生产能力为5300万t左右。

而且现有的轧机中现代化的大规格轧机少,装备水平较低的小规格轧机多;中板轧机多,宽厚板轧机少;低性能轧机多,高性能轧机少。

所以目前我国中厚板的产量、品种和质量水平仍与发展需求差距较大。

增加我国中厚板的产量和品种,提高钢板质量仍是一项艰巨的任务。

1.1我国中厚板生产技术现状

1.1.1中厚板轧钢生产线的工艺装备

中厚板轧钢生产线的工艺装备是在钢坯质量一定的前提下保证最终产品质量的重要环节。

以往的轧钢厂是以轧机为中心,其余的装备往往是因陋就简,尤其是在以普材为主的生产厂更是如此。

中厚板的生产尽管在加热和精整工序上考虑了一些如不产生划伤和剪切质量等因素,但是随着产品质量、品种规格、产品档次和用途等市场因素的变化,各生产厂已开始逐步重视并对整个工艺线进行分析、升级和改造。

由于历史原因,我国目前大部分中厚板轧机生产线的总体装备水平与国外先进水平存在一定的差距。

主要体现在:

1规模小,装备水平低;

2加热炉大部分为推钢式,加热能力和质量保证能力差;

3后部精整能力不足,因陋就简,如矫直机几乎没有冷矫,纵剪能力达到30mm以上的不多,且剪切质量差。

在线无损探伤线、热处理和喷丸等工艺大部分工厂没有配备;

4核心技术不精、不专,主要体现在控温、辊型设计、水冷和控制轧制等,尤其是独特的、具有自主知识产权的工艺、产品不多。

与国外先进企业比较,国内中厚板轧钢厂尽管在装备上存在着一定的差距,但近几年一些大钢厂正在逐步引进、消化和改造一批中厚板生产设备和工艺,如首钢和济钢的3500mm轧机、鞍钢的4300mm轧机和宝钢的5000mm轧机等陆续投产;首秦公司的4300mm轧机,天津、唐钢和福建三明的3500mm轧机等一大批即将投产的中厚板轧机,将逐渐参与中厚板的市场竞争,这对我国的中厚板生产企业提升整体装备水平、提升产品档次和质量将会起到极大的促进作用

1.1.2中厚板的生产技术是产品的核心

随着国内中厚板产能增加、工艺不断升级改造和引进新的工艺装备,产品档次的提升和质量的提高应源于工艺技术的开发和应用。

钢铁产品的现代技术主要有4个方面,即钢质洁净技术、微合金化技术、晶粒细化技术和尺寸、表面精准化技术。

这4方面的技术集成最终体现在钢材性能最佳和生产成本最低。

钢质洁净技术是冶炼专业的工作,但后3个方面的技术将与轧制工艺技术紧密相关。

微合金化的设计与轧制工艺紧密配合,形成细晶强化。

实践证明:

细晶强化改变了以往碳当量的强化机理;微合金元素V、N?

V、Nb和Ti等合金元素的不同组合,在一定的轧制工艺条件下,以析出强化、固溶强化的方式提高钢材的综合性能。

首钢在近几年的品种钢开发中,运用V、N?

V、Nb和Ti等合金化元素,与轧钢工艺结合,较好地开发了高强板、z向板、管线用钢和桥梁板等控轧控冷产品。

工艺升级改造后,强化了加热能力、轧制能力、快速冷却能力和AGC系统等,已上升为以生产中、高档产品为主的中厚板厂,即产品强度提高了,专用板以高强船板、桥梁、容器、高层建筑和管线X65以下为主,取消了普碳板和一般低合金板产品。

目前,国内新建中厚板厂和主要骨干企业均采用了一批新技术,开发了一批新产品,如舞阳厚板厂、鞍钢厚板厂和济钢中厚板厂等开发出了XT0管线、550D超低碳贝氏体高强结构钢等一大批技术含量高、质量等级高的产品。

这些产品的开发和更高级产品的开发研制,标志着中国的中厚板行业已经从规模效益型向品种质量效益型转变,标志着随着工艺装备的提高,工艺技术以微合金化和控轧控冷为主的结合日趋成熟,标志着随着冶炼、连铸、轧制技术的提高逐步可以满足高档产品的国产化。

1.2中厚板轧机生产工艺的发展趋势

1.2.1中厚板轧机生产工艺方案

一种是传统的常规中厚板生产线,如三辊式劳特轧机、单机架四辊轧机、双机架两辊粗轧+四辊精轧、双机架四辊粗轧+四辊精轧机组。

另外一种是20世纪80年代逐步发展起来的,即可单张钢板轧制,又可采用卷轧方式生产中厚板。

各自特点比较如表1-1。

从上表对两类轧机的工艺特点对比可以看出,宽炉卷轧机产品定位于中低档,适合单一品种、大批量、高效率,单机架宽炉卷轧机年生产规模110万吨,投资较高。

韶钢一期新建单机架3500mm轧机,生产规模80万吨,预留二期上热卷箱及卷取机的位置,总投资14亿元（外汇4200万美元）;安阳钢厂新建中厚板炉卷车间,生产能力110万吨,总投资约18亿元。

常规中厚板轧机产品定位于中高档,具有投资省、见效快、备品备件国产化率高等优点,如北台、济钢双机架3500mm中厚板轧机,年生产能力140万吨（生产普碳钢时）,投资约12~14亿元。

表1-1常规中厚板轧机与宽炉卷轧机工艺特点比较

项目常规中厚板轧机宽炉卷轧机

产品形式单张板单张板和板卷

工艺布置单张板生产线单张板和板卷两条精整生产线

轧制方式纵、横轧全纵轧而不能横轧

连铸坯料150~300mm（厚度）100~150mm

产品品种生产海洋平台用Z向钢不能生产海洋平台用Z向钢

产品规格5~100mm4.5~50mm

成材率92%左右98%

投资12亿人民币18亿人民币

1.2.2产品质量及交货状态

1.高压水除鳞

板坯在出炉后,未进入轧机前,要通过高压水除鳞,这是提高产品表面质量的关键措施。

目前我国中厚板的产品表面质量与国外比较有差距,是差在高压水除鳞上,国产高压泵压力难以在15Pma左右稳定运行,国外一般都在18Pma以上稳定运行。

由于压力不够,除鳞时间长了会降低坯料温度,除鳞时间短了,氧化铁皮鳞片又影响了产品质量。

所以,多采取在轧机前后再加高压喷嘴,对轧制过程中二次氧化铁皮鳞片进行处理。

2.产品交贷状态

1）横轧制状态交贷:

用短坯料〈长宽比等于一〉,可采用横向轧制方式生产中厚板,采取这种办法生产出来的钢板,叫做Z向钢板,它具有双向性能,如深海钻井平台、潜艇用板等。

2）控制控冷状态交贷:

所谓控制控泠,是指通过控制热轧钢材后泠却条件来控制奥氏体组织状态、相变条件、碳化物的析出行为以及相变后钢板的组织和性能等,从这些内容来看,控制轧制就是控制热轧后3个不冷却阶段的工艺条件或工艺参数,这三个冷却阶段一般称做一次冷却、二次冷却、三次冷却。

3个冷却阶段的目的和要求是不同的,有未再结晶型控制轧制、有再结晶型控制轧制。

为了解决好在控轧控冷中待温造成的产量损失,国内外厂家目前都采用多块轧件交叉轧制的手段,这就需要轧制线在空间上能满足交叉轧轧制的需要,一般采用增加旁侧待温辊道或加长机前后工作辊道作为待温辊道的方式,使其能够交叉作业,减少待温仃机时间。

所以一般劳特式轧机的工艺布置长度都会超过200米以上。

3）热处理交贷状态:

中厚板由于用途不一,对中厚板的热处理要求也不一样,与之配套的热处理工艺有:

固熔处理、正火处理、调质处理和淬火处理,因此各类工艺所需的炉子必须齐全

4）钢质洁净,有害元素成分低,S25ppm,P40ppm,H1.5ppm,020ppm,N10ppm,总量100ppm。

压缩比减小,一般大于2.5--3性能可合格,当为400MPa时,坯厚为250mm可轧制成厚100mm板。

内在无夹杂、分层、内裂及白点等缺陷,且不得有≥Ф2~5mm缺陷存在。

表面无缺陷,切割端不留毛刺,加热前均需清理干净。

5）钢板尺寸偏差:

厚度±0.05mm,宽度+4.8mm,长度±10mm,不平直度1~5mm/m,镰刀弯5mm/全长。

成材率94%,成品率99%,修磨率1%,再矫直率3%。

碳当量0.38-0.4,焊接裂纹敏感指数0.2。

3.中厚板生产技术发展将与下游产业紧密结合

中厚板产品用途广、规格多,重点工程用量大,而且随着下游产业的发展,必将对中厚板产品和技术提出更高的要求。

目前的造船业、油气输送管线、石油平台、石油储罐、桥梁、高层建筑和工程机械等都已提出了高强度、高韧性等高综合性能要求,为此,中厚板生产企业要更多地关注下游产业的发展,从而不断地满足市场需求。

造船业的规律是1O年1个周期,高峰期最长持续3?

5年。

目前,造船业的发展以亚洲的韩国、日本和中国为首带动了船板市场,据中国船级社的专家介绍,多数船厂已将订单排到了2014-2016年。

同时,船厂对船板的要求也发生了很大的变化,主要要求为:

增加高强度和超宽的产品,大线能量焊接指标在100kJ/cm以上,标识要详细列出炉号、顺序号和表面无缺陷允许0.01mm的缺陷存在等,因此要求中厚板企业能够稳定高强板生产工艺、保证表面质量的工艺配套,增加现代化的管理手段,并配备完备的精整工序,增加切割、热处理、喷丸甚至粗加工的加工配送手段,来满足船厂的细化要求。

桥梁、油气输送、建筑和工程机械等都在自身产品提升的同时,对中厚板这一初级产品提出了不同的新要求,故下一步中厚板生产技术的发展必须与下游产业紧密结合,才能够稳定发展。

1.3我国中厚板轧机的发展方向

1）为改变这种落后状况,应适当考虑和世界水平看齐的5000mm大型轧机,以生产高强度、强韧性和良好焊接性的低合金、微合金专用板,以替代每年需进口大量专用板。

同时应考虑与5000mm轧机组相配套切分剪切设备和热处理设备。

2应通过市场规律和国家政策干预等手段,淘汰一部分落后的中板轧机,使现有中厚板厂减少6?

8家。

为降低社会总成本,规范巾厚板生产,应形成优化品种结构、台理划分地域生产的良好格局。

在华北重点发展鞍钢、首钢、邯钢三太集团,且首钢应以建树为主,鞍钢以中板、卷板为主.邯钢以热卷板为主;在华东重点发展浦钢、济钢、马钢三大集团,浦钢、济锕以中厚板材为主,马钢则以H型钢、轮箍、中型、高线为主;在华南重点发展武钢、柳钢、重钢三大集团,应以工程机械、锅炉和压力容器、桥梁板为主;在西jt重点发展酒钢、舞钢、太钢三大集团,酒钢、舞钢应以核电站、军工用板、高台金结构板、耐候板为主,太钢则以不锈钢板为主。

这样才会形成具有中国特色的、合理的板材生产结构,避免因普碳板过剩,品种板结构、地域性生产结构不合理而造成在低层次上的价格竞争。

3对于现有3000mm以上的中厚板轧机,应在充分利用现有设备的条件下,采用改造更新牌坊或增大主电机功率等办法,尽量提高现有轧机的轧制力,以提高品种板的比例。

对于现有3000mm以下的中厚板轧机,应在现有设备条件下,重点抓好降成本工作,集中精力搞好普碳板生产。

同时,建议今后不再上30om硼以下的中厚板轧机;国内淘汰的三辊劳特式轧机不允许在异地安装生产。

4中厚板的上道工序应尽快完善精炼手段。

国家应在条件较好的企业中有针对性地选择几个企业,给予优惠政策,尽快上120t以上真空精练炉,落实TMcP等精炼措施,努力提高冶炼水平,严格控制钢卷取郝分一轧机出口采用一台回转盘式卷取机。

可旋转的回转韫r有二个卷筒,一个处于工作位置时,另一个处于卸卷准备位置。

卷取机前设一台滚筒式飞剪v20“s,用于分卷。

轧制部分的土要指标:

坯料厚度:

70mm,带钢厚度:

10?

25Ⅱun,带钢宽度:

750~J560mm,卷重:

213I.年产量130万t其宽度为1200mm时。

5中厚板产品的发展趋势是高强化、制品化、特殊专用板、洁净钢、可焊接性能大线能量焊接指标要求在100kJ/cm以上、抗裂、耐蚀、耐高温和耐高压等综合性能;

6国内中厚板生产企业的增加,已经在中低档板材上显现了供大于求的局面。

随着市场的发展变化,中厚板企业生产水平必将在3?

5年内有一个较大的提升,预计到2014年将有二十余家中厚板轧钢厂具备生产高档次中厚板的能力,我国可以做到基本自给或部分出口。

暂时的供大于求和过剩的生产能力最终将由市场经济的发展得以规范;

7中厚板生产技术的发展趋势必将随着下游产业的发展而发展,最重要的是将以满足产业的特殊需要为重点,形成相对固定的有序的产销关系。

生产技术上以TMCP为核心,不断提升微合金的优化、变形速率与温度的组合、在线快冷和热处理等工艺技术,以合理的成本生产满足用户个性化需求的产品。

1.4国内中厚板轧机的改造

1.4.1围绕提高轧机的目能力水平进行改造

据初步统计,新建或改建3500mm轧机有10套。

除宝钢5000mm轧机已开工建设以外,还有两地拟新建5m以上轧机宁波建龙和江苏沙钢,舞阳钢厂也筹划4800mm轧机建设工作。

宝钢的5米级宽厚板轧,一期建成一精轧机架,能力为140万t,二期建成后为180万t。

此外正在建设两个宽炉卷轧机南钢3500mm和安钢3500mm,能力分别为120万t和110万t。

改造之后,我国轧机的结构将发生重大变化,形成以4m以上的宽厚板轧机领衔中厚板行业的格局。

1.4.2围绕提高装备水平进行改造

1.加热炉

我国中厚板生产用加热炉,现有2座步进式加热炉、2座无氧化热处理辊底式炉,其余大部分是推钢式加热炉和蓄热式加热炉。

推钢式加热炉板坯加热不均,烧损大,并影响钢板的物理性能。

随着对节能降耗的要求提高和高附加值专用板生产的要求,有许多生产厂家开始对加热炉进行改造,蓄热式加热炉已经在许多厂家使用并取得较好效果如济钢中板厂、济钢中厚板厂等。

如果条件允许,可改造为步进式加热炉,使钢坯加热均匀,以提高加热速度,提高钢板质量。

2.精整设备

1）矫直机:

目前除鞍钢、舞钢、上海浦东钢铁、首钢4家中厚板厂使用四重式9辊矫直机外,大部分采用二重11辊矫直机。

这种矫直机对矫较厚或较薄的钢板不理想。

2）冷床:

目前我国中厚板厂中只有柳钢有1座步进式冷床,其它多数厂家使用的是辊盘式、轮盘式、链条式冷床,效果比较理想,有效的改善了钢板下表面划伤的现象,确保钢板的质量。

3）剪切机:

目前我国已有8家钢铁厂使用了先进的滚切式双边剪,其它厂家还在使用圆盘剪和斜刃剪,建议有条件的厂家改造成滚切式双边剪。

张晶波等浅析我国中厚板的生产现状及技改方向2004年增刊

4）监测装置:

中厚板的监测装置包括:

测压、测温、测厚、测宽、测长、测板形、表面质量检查及测平直度等。

目前我国大多数中厚板厂的监测系统不完善,绝大部分厂采用了远红外测温仪,效果较好;测厚,除了部分厂引进测厚仪外,许多厂在线测量仍采用人工卡量的方法;在线探伤是检测钢板内在缺陷的重要手段,尤其是由于随着市场需求的变化,对专用板质量要求越来越高,因此必须探伤,目前我国中厚板生产用超声波探伤装置较多,柳钢采用多通道在线超声波自动探伤装置,应用效果很好。

因此,建议尽早有计划地建设多通道在线超声波探伤线。

5）钢板收集装置。

建议新建和有条件的厂家采用电磁盘吊车上、下料和垛板。

1.4.3板坯连铸比

我国中厚板生产用连铸坯的比例在逐年增加,从9年前的40%。

50%提高到现在的70%,但是与国际先进水平差距仍然较大,国外大多数厂家除个别品