1700热轧带钢生产线及设备的设计毕业论文
1700热轧带钢生产线及设备的设计毕业论文
引言
板带产品的技术要求具体体现为产品的标准，包括四个方面：(1)尺寸精度高。板带钢一般厚度小、宽度大，厚度的微小波动将引起使用性能和金属消耗的巨大变化，板带必须具备高精度尺寸。(2)无板形缺陷。板带越薄，对板形不均的敏感性越大。
(3)保证表面质量。板带表面不得有气泡、结疤、拉裂、刮伤、折叠、裂缝、夹杂和氧化铁皮压入。(4)具备优良性能。板带钢的性能要求主要包括机械性能、工艺性能和某些钢板的特殊物理或化学性能。
目前传统热轧宽带钢轧机采用的特色技术有：
(1)连铸坯热装和直接热装。该技术要求炼钢和连铸机稳定生产无缺陷板坯；热轧车间最好和连铸机直接连接，以缩短传送时间；在输送辊道上加设保温罩及在板坯库中设保温坑；板坯库中要具有相应的热防护措施。
(2)板坯定宽压力机。可连续进行板坯侧压，运行时间短，效率高，板坯温降小，侧压后板坯头尾形状好，狗骨断面小，板坯减宽侧压有效率达90 %以上。
(3)粗轧机短行程控制和宽度自动控制。经立辊宽度压下及水平辊厚度压下后 , 板坯头尾部将发生失宽现象。根据其失宽曲线采用与该曲线对称的反函数曲线 , 使立辊轧机的辊缝在轧制过程中不断变化。这样轧出的板坯再经水平辊轧制后 , 头尾部失宽量减少。
(4)中间坯保温技术和边部感应加热技术。中间坯长度可达80～90m，进精轧机轧制过程中为减少带坯头尾温差，设置保温罩是简单有效的技术。精轧机组前的带坯边部电感应加热器是针对轧制薄规格产品和硅钢、不锈钢、高碳钢特殊品种设置的。
从我国目前板带市场需求情况和生产能力来看，热轧板的生产能力大大高于冷轧能力。采用常规板坯连铸、热送热装和直接轧制工艺,可稳定生产以汽车面板为代表的高档板材品种,除生产工艺成熟、效率高、产品质量高外,还可缩短工艺流程,降低生产成本。选择这种工艺方案,热轧板品种质量定位很高,品种齐全,尤其是生产超深冲钢、高强度钢、奥氏体不锈钢、高钢级管线钢等时适宜采用厚板坯常规热连轧工艺。
但由于连铸和热连轧生产线的投资比例一般约为连铸20%, 轧机80%,热连轧机是决定规模和投资的主要因素。从生产规模看, 要充分发挥热连轧机的生产能力, 必须配备足够生产能力的辅助设备和确保连铸坯的质量和供应量。采用连铸、炼钢、轧钢生产计划的计算机一体化管理系统，以保证物流匹配，使投资效益最大化。
1 文献综述
1.1热轧板带钢发展历史
1.1.1 热轧板带钢生产的发展史
热轧板带钢轧机的发展已有70多年历史，汽车工业、建筑工业、交通运输业等的发展，使得热轧及冷轧薄钢板的需求量不断增加，从而促使热轧板带钢轧机的建设获得了迅速和稳定的发展。从提高生产率和产品尺寸精度、节能技术、提高成材率和板形质量、节约建设投资、减少轧制线长度实现紧凑化轧机布置到热连轧机和连铸机的直接连接布置，热轧板带钢生产技术经历了不同的发展时期。
1960年以前建设的热带钢轧机称第一代热带钢轧机。这一时期热带钢轧机技术发展比较缓慢,其中最重要的技术进步是将厚度自动控制（AGC）技术应用于精轧机，从根本上改善了供给冷轧机的原料板带钢的厚度差。
20世纪六、七十年代是热轧板带钢轧机发展的重要时期。同时连铸技术发展成熟，促使热连轧机从最初使用钢锭到使用连铸坯，从而大幅度提高产量并能够为冷轧机提供更大的钢卷。热轧板带钢轧机的生产工艺过程是钢铁工业生产中自动化控制技术最发达的工序。60年代后新建的热带钢轧机很快采用了轧制过程计算机控制，将热轧板带钢轧机的发展推向一个新的发展阶段，这一时期新建的轧机称为第二代热带钢轧机。1969年至1974年在日本和欧洲新建的轧机称为第三代热带钢轧机。
20世纪80年代，板带钢生产更加注重产品质量，同时对于低凸度带材需求量不断增长，这使板带钢板形控制技术成为热轧板带钢轧制技术重要课题之一。
90年代，热轧板带钢在工艺方面有重大突破，1996年日本川崎钢铁公司成功开发无头连续轧制板带钢技术，解决了在常规热连轧机上生产厚度0.8～1.2 mm 超薄带钢一系列技术难题。热连轧生产线的产品规格最薄达0.8mm,但实际生产中并不追求轧制最薄规格，因为薄规格生产的故障率高,辊耗大,吨钢酸洗成本高等。待技术发展到故障率等降低后,才能经济地批量生产。
1.1.2 我国热轧板带钢生产的发展史
我国热连轧带钢的发展,大体经历了三个阶段:
第一阶段,以大企业为主,以解决企业有无为主要目的的初期发展阶段。这个时期热轧板带钢轧机建设只能靠国家投入,由于资金、技术等限制,轧机水平参差不齐。1989投产的宝钢2050mm轧机代表了当时国际先进水平,采用了一系列最先进的热连轧生产技术。但是,这个时期投产的二手设备则是国外五六十年代的装备 ( 1994年投产的太钢1549mm轧机、梅钢1422mm轧机) ,整体技术水平相对落后,在安装过程中进行了局部改造 ,但整体技术水平提高有限。还有两套国产轧机投产: 1980年投产的本钢1700mm轧机和1992年投产的攀钢1450mm轧机，这两套轧机的整体水平不高，产品与国际水平差距较大。但在当时条件下,这几套轧机满足了国民经济建设的需要，同时培养了一大批技术人才。
第二阶段,全面提高技术水平,瞄准世界最高、最新技术，全面引进阶段。20世纪90年代以后,各大企业均以引进国外最先进技术为主。如1999年投产的鞍钢 1780mm轧机、1996年投产的宝钢1580mm轧机 ,是世界传统热连轧带钢轧机最先进水平的代表,除通常现代化轧机采用的先进技术以外,还采用了轧线与连铸机直接连接的布置形式,板坯定宽压力机, PC板形控制系统,强力弯辊系统，轧辊在线研磨,中间辊道保温技术和带坯边部感应加热技术，轧机全部采用交流同步电机和GTO电源变换器及4级计算机控制，精轧机采用了全液压压下及AGC 技术。国还引进了三套薄板坯连铸连轧生产线,即1999年投产的珠钢1500mm薄板坯生产线、邯钢1900mm薄板坯生产线和2001年投产的包钢1750mm薄板坯生产线，这些生产线是当时世界最先进的薄板坯生产线。这些生产线的引进使我国拥有了新一代热连轧带钢生产技术。
第三阶段,这个阶段是近几年开始的,是以提高效益、调整品种结构、满足市
场需要和提高企业竞争能力为目的的发展阶段。由于近年国家经济快速发展,对钢材需求不断增加,因此除国营大中型企业外,中小型企业,甚至民营企业都把生产宽带钢作为今后发展的重点,或引进或采用国产技术,或建设传统热连轧宽带钢轧机或建设薄板坯连铸连轧生产线。同时,这个阶段对引进的二手轧机和原技术较落后的国产轧机进行了全面技术改造,使其达到了现代化水平。国外刚出现的半无头轧制技术、铁素体加工技术、高强度冷却技术、新型卷取机等,在一些轧机上也已应用。目前我国热连轧技术装备已完全摆脱落后状态,并已处于世界先进水平之列。
1.2 热连轧技术的发展现状
1.2.1 带钢生产技术的进步
最近十几年,热连轧技术有了很大的进步,在热轧带钢轧机布置形式的发展方面,总结起来,主要有六种形式：
1.典型的传统热带钢连轧机组,这种机组通常是2架粗轧机,7架精轧机,2台地下卷取机,年总产量350～550万t ,生产线的总长度400～500m,有一些新建的机组装备了定宽压力机( SP)。这类轧机采用的铸坯厚度通常为200～250mm,特点是产量高,自动化程度高,轧制速度高(20 m/ s 以上),产品性能好。
2.紧凑型的热连轧机,通常机组的组成为1架粗轧机,1台中间热卷箱,5～6架精轧机,1～2台地下卷取机,生产线长度约300m ,年产量200～300万t。采用的铸坯厚度200mm 左右,投资比较少,生产比较灵活,由于使用热卷箱温度条件较好,可以不用升速轧制(轧制速度14 m/ s左右) 。
3.新型的炉卷轧机机组,通常采用1台粗轧机,1台炉卷轧机,1～2台地下卷取机,产量约100万t ,其中有的生产线可以生产中板也可以生产热轧板卷,主要用于不锈钢生产,投资较小,生产灵活,适合多品种。
4.热轧带钢的另一生产形式是薄板坯连铸连轧,按结晶器的形式不同,分别有多种形式,如SMS开发的CSP、DANIELY开发的H2FRL等,由薄板坯铸机、加热炉和轧机组成,刚性连接,铸坯厚50～90mm,产量120～200万t ,轧机的布置形式有粗轧加精轧为2 + 5布置,1+ 6布置,也有7架精轧机组成的生产线。薄板坯连铸连轧的特点是生产周期短、产品强度高、温度与性能均匀性好,但是表面质量、洁净度控制方面比传统厚板坯的难度大。
5.国外发展的无头(半无头)轧制技术,日本是在传统的粗轧机后设立热卷箱,
飞焊机,把中间坯前一坯的尾部和下一坯的头部焊接在一起,进入精轧机组时形成无头的带钢进行轧制,在卷取机前再由飞剪剪断,该生产线可以20 m/ s的速度轧制生产。0. 8～1. 3 mm厚的带钢。德国发展的是半无头轧制技术,他们利用薄板坯连铸连轧的生产线,铸造较长的铸坯,如200m,进人精轧,并且轧后进行剪切,在精轧机组中形成有限的无头连轧。这种生产线的特点是适合于稳定生产薄规格的带钢,减少了薄规格带钢生产中的轧废和工具损失。欧洲还在开发基于薄板坯连铸连轧技术的无头轧制技术,通过进一步提高铸坯的拉速,使连轧机和连铸机的速度得到匹配,实现真正的连铸连轧。
6.正在开发的生产热带钢的技术是薄带直接连铸并轧制的技术,钢水在2 个辊中铸成5～6mm的带钢,经过1架或2架轧机进行小变形的轧制和平整,生产出热带钢卷。欧洲、日本和澳大利亚都进行过类似的试验,2004年美国NUCOR建立了工业试验厂,德国的THYSSEN-KRUPP也建立了相同的试验工厂,据介绍年产50万t的带钢厂已经试验成功,但是关于生产的稳定性、成本、产品质量、产品围和应用领域的进一步报道尚未见到。
1.2.2 热带钢装备技术进步
现在热连轧机很多的技术发展依然集中在板形、厚度精度、温度与性能的精准控制、表面的质量控制等方面,比如广泛使用的强力弯辊(WRB)系统、工作辊窜辊( HCW、CVC)和对辊交叉( PC)技术,工作辊的精细冷却、高精度的数学模型的不断改进等,都使热轧产品的质量不断提高。值得提出的新型轧机技术是日本2000年发明的在热连轧机组的最后3个机架上采用单辊驱动和不同辊径工作辊轧制技术(SRDD),该技术是轧制中驱动大直径的下工作辊(直径620mm),而较小直径的上工作辊从动,其优点是轧制中有剪应力产生,降低轧制力、减少边降和增大压下量。在国称为异步轧制技术,国的实验室实验也表明,该生产方法对降低轧制力有明显的效果。在目前的情况下用低温大变形生产超细晶粒钢和超高强度钢,这种设备是很有效的,但是关于质量、稳定性等方面尚无进一步的报道。所有新建的轧机都有完善的检测技术和手段,如厚度、宽度、速度、凸度、平直度、表面等,使带钢的精度更高,质量更好。
1.3 我国热轧板带钢发展趋势
1.3.1 近代热轧板带钢生产技术发展的主要趋向
1.热轧板带材短流程、高效率化。这方面的技术发展主要可分两个层次：(1)常规生产工艺的革新。为了大幅度简化工艺过程，缩短生产流程，充分利用冶金热能，节约能源与金属等各项消耗，提高经济效益，不仅充分利用连铸板坯为原料，而且不断开发和推广应用连铸板坯直接热装与直接轧制技术。(2)薄板坯和薄带坯的连铸连轧和连续铸轧技术是近十年来兴起的冶金技术的大革命，随着这一技术的逐步完善，必将成为今后建设热轧板带材生产线的主要方式。
2.生产过程连续化。近代热轧生产过程实现了连续铸造板坯、连续轧制和连铸与轧制直接衔接连续化生产，使生产的连续化水平大大提高。
3.采用自动控制不断提高产品精度和板形质量。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两项重要指标。由于液压压下厚度自动控制和计算机控制技术的采用，板带纵向厚度精度已得到了显著提高。但板带横向厚度(截面)和平直度(板形)的控制技术往往尚感不足，还急待开发研究。为此而出现了各种高效控制板形的轧机、装备和方法。这是近代板带轧制技术研究开发最活跃的一个领域。
4.发展合金钢种及控制轧制、控制冷却与热处理技术，以提高优质钢及特殊钢带的组织性能和质量。利用锰、硅、钒、钦、银等微合金元素生产低合金钢种，配合连铸连轧、控轧控冷或形变热处理工艺，可以显著提高钢材性能。近年来，由于工业发展的需要，对不锈钢板、电工钢板(硅钢片)、造船钢板、深冲钢板等生产技术的提高特别注意。各种控制钢板组织性能的技术，包括对组织性能预报控制技术得到了开发研究和重视。
1.3.2 我国热带轧机的发展趋势
1.热轧带钢轧机建设进一步发展。近年我国热连轧带钢生产发展极其迅速，邯钢、南钢、安钢、武钢、宣钢、承钢等也正在规划建设热带轧机。如果所有轧机全部建成,产能得到发挥,则带钢产量将很可观,我国钢材板带比低、薄板长期供不应求的状况将根本改变。
2.轧机的国产化率逐步提高。进入21世纪以后,除热连轧带钢产量大幅度提高、轧机建设快速发展以外,轧机国产化问题也有了长足进步。目前由国外总承
包的项目国产化率普遍达到70 %以上,有的达到90 %。而且一些项目已做到全部国产化,如鞍钢1700、2150mm轧机、济钢1700mm轧机、莱钢1500mm轧机、新丰1700mm轧机、唐钢1700mm轧机等,由国总承包,装备全部国设计制造,少量关键件在国外自主采购。国装备虽然在整体技术水平上与外国先进水平有一定差距,但已达到较高水平,以鞍钢1700mm轧机为例,其质量水平与其1780mm轧机相差不大。国产装备的另一优势是价格优势。如引进国外的薄板坯连铸连轧生产线一般需投资20～23亿人民币,但采用国产中等厚度薄板坯仅需15～17亿人民币,其产量与国外生产线基本相同。
3.世界最新技术不断被采用。目前国已建和在建热轧生产线中采用了许多最新技术,如半无头轧制技术,其在国外刚开发不久,国已有多条生产线采用或预留(唐钢、马钢、涟钢、本钢、通钢等)；如高性能控制器,西门子刚推出新一代闭环工艺与传动控制器 TDC,国已有太钢 1549mm轧机、武钢2250mm轧机采用,北京科技大学国家轧制中心承担的莱钢 1500mm轧机自动化控制系统也采用了该控制器,使我国紧跟国外最先进的技术发展。事实表明,在采用最新技术方面热连轧领域已处于国际前沿水平。
1.4 热轧板带钢的生产工艺及其特点
1.4.1 常规热连轧工艺
常规厚板坯热连轧生产工艺具有诸多特点: (1)生产能力大；(2)产品品种规格围宽、产品精度高、质量稳定,规格可覆盖全部板材产品,产品最宽可达2000mm 以上,可生产包括汽车板、家电板、硅钢、管线板、造船板、容器板等高纯净度、高精度和高强度的全部热轧产品；(3)生产效率高、成材率高、自动化程度高；(4)压缩比大于其他各种工艺；(5)近年来常规板坯连铸和热连轧工艺取得突破性进展,包括连铸坯热送热装和直接轧制技术、无头轧制技术、连铸板坯结晶器在线调宽技术、定宽压力机调宽技术等。因此目前这种生产工艺仍是大型或特大型钢铁联合企业建设热轧宽带钢轧机的首选。由于连铸连轧工艺生产环节多、工艺流程长、占地面积大、能耗较高,因此生产成本相对较高；生产优质高档产品时,需配备技术含量高的炼钢、精炼和连铸设施,投资相应增大；此外,生产超薄带钢的难度大,生产成本高。