1、 板带钢综合实训 年产 120 万吨冷轧板带钢车间设计 班 级： 金加 092 姓 名： 李 妙 指导教师： 孙 彬 斌辽宁科技大学专科生综合实训 板形控制试训 第 I 页 摘要 本设计是参考宝钢 1550 冷轧车间设计的，年产量为 120 万吨，典型产品为冷轧带钢， 钢种为 ST14， 产品规格为 1.21400mm。 按照车间设计要求，该车间设计主要包括：综述、产品大纲制定，金属平衡表的制定、设备选择、工艺流程及工艺制度的制定，其中工艺制度的制定中又包括了压下制度、速度制度、温度制度、张力制度、时 间制度、以及轧制力计算、设备能力校核、年产量计算等内容。 车间主体设备包括：酸洗 冷轧联合机
2、组、 连续退火机组、 连续热镀锌机组、连续电镀锌机组、电工钢退火涂层机组、 重卷检查机组、 电工钢重卷及宽卷包装机组 、 电工钢纵剪及窄卷包装机组、 半自动化包装机组、 2#彩色涂层机组。 关键词 ：冷轧板带、工艺设计 辽宁科技大学专科生综合实训 板形控制试训 第 II 页 目录 摘要 . I 目录 . II 1. 绪论 . 1 1.1. 冷轧板带工艺特点 . 1 1.2. 冷轧板带工艺发展历史 . 1 1.3. 国内冷轧板带工艺生产现状 . 2 1.3.1. 总体装备水平低 . 2 1.3.2. 单套冷轧机组产能低 . 2 1.3.3. 产品质量有待提高 . 3 1.3.4. 品种、规格不能
3、满足需求 . 3 1.4. 我国冷轧板带的市场需求 . 3 1.5. 冷轧板带生产的新技术及发展方向 . 4 1.6. 结语 . 7 2. 产品方案 . 8 3. 金属平衡表 . 9 4. 设备选取 . 10 4.1. 设备选取的主要内容 . 10 4.2. 设备选取一般原则是 . 10 4.3. 机组组成 . 10 4.4. 主要设备的选 择 . 10 4.4.1. 酸洗 冷轧联合机组 . 10 4.4.2. 连续式退火炉机组 . 12 4.4.3. 重卷检查机组（ 2 条） . 12 4.4.4. 半自动包装机组 . 13 5. 工艺流程 . 14 5.1. 生产工艺流程图 . 14 5.
4、2. 典型产品生产工艺简述 . 15 5.2.1. 酸洗 冷轧联合机组 . 15 辽宁科技大学专科生综合实训 板形控制试训 第 III 页 5.2.2. 清洗和退火 . 15 5.2.3. 平整 . 16 5.2.4. 横剪 . 16 5.2.5. 重卷 . 17 5.2.6. 检查和包装 . 17 6. 工艺制度 . 18 6.1. 轧制制度选择的依据 . 18 6.2. 典型 轧制制度的制定 . 18 6.3. 原料的选择 . 18 6.3.1. 原料规格 . 18 6.3.2. 热轧原料卷技术要求 . 19 6.3.3. 来料规格 . 20 6.4. 张力制度 . 20 6.5. 压下制
5、度 . 21 6.5.1. 常用的压下规程设计方法 . 21 6.5.2. 压下量的分配 . 21 6.5.3. 各道次轧制力的计算 . 22 6.6. 速度制度 . 26 6.7. 轧制规程表 . 29 7. 设备校核 . 30 7.1. 轧辊强度校核 . 30 7.1.1. 六辊轧机轧辊各部分尺寸的确定 . 30 7.1.2. 六辊轧机轧辊强度校核 . 31 7.2. 咬入角校核 . 34 7.3. 电机功率校核 . 34 8. 年产量计算 . 36 8.1. 轧机小时产量 . 36 8.2. 轧机平均小时产量 . 39 8.3. 轧机年产量的计算 . 39 西南交通大学本科毕业设计（论文
6、） 第 1 页 1. 绪论 1.1. 冷轧板带工艺特点 冷轧带钢的轧制工艺有以下特点： (1)加工温度低 轧制中将产生不同程度的加工硬化 当钢种一定时，加 工硬化的剧烈程度与冷轧变形程度有关。加工硬化达到一定程度后，就不能继续轧制，要经过软化热处理才可继续进行。成品冷轧板在出厂前也需要进行热处理，通常是再结晶退火处理。 (2)需要工艺冷却和润滑 冷轧过程中的变形热和摩擦热使轧件和轧辊的温度升高，辊面温度过高会引起工作辊淬火层硬度下降，甚至发生内部组织分解，使辊面出现附加应力而产生裂纹，还会破坏正常的辊形，影响轧制精度。同时，辊温过高也会导致工艺润滑剂失效（油膜破裂），使冷轧不能顺利进行。冷轧采
7、取工艺润滑的主要作用是减小金属的变形抗力，有助于在已有的 设备能力条件下实现更大的压下，生产厚度更小的产品。 (3)采用张力轧制 采用大张力轧制，张力的主要作用是防止带材在轧制过程中跑偏，保证带材平直和良好的板形和保持轧制过程的稳定，降低金属变形抗力适当调整轧机主电机负荷。采用的平均单位张力值为材料屈服强度的 10% 60%，一般不超过50%； (4)采用多轧程轧制。由于冷轧使材料产生加工硬化，当总变形量达到 60% 80%时，继续变形就变得很困难。为此要进行中间退火，使材料软化后轧制得以继续进行。为了得到要求的薄带钢，这样的中间退火可能要进行多次。两次 中间退火之间的轧制称为一个轧程。冷轧带
8、钢的退火在有保护气体的连续式退火炉或罩式退火炉中进行 (见冷轧板带退火 )。冷轧带钢的最小厚度目前可达到 0.05mm，冷轧箔材可达到 0.001mm。 1.2. 冷轧板带工艺发展历史 钢的冷轧是 19 世纪中叶始于德国，当时只能生产宽度 20-25mm的冷轧带钢。美国 1859 年建立了 25 mm冷轧机， 1887 年生产出宽度为 150mm 的低碳钢带。 1880 年以后冷轧钢带生产在德国、美国发展很快，产品宽度不断扩大，并逐步建立了附属设备，如剪切、矫直、平整和热处理设备等，产品质量也有了提高。 宽的冷轧薄板（钢带）是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的。首先是美国早在1920 年第一次成
9、功地轧制出宽带钢，并很快由单机不可逆式轧制而跨入单机可逆式轧制。 1926 年阿姆柯公司巴特勒工厂建成四机架冷连轧机。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页 原苏联开始冷轧生产是在 30 年代中期，第一个冷轧车间建在伊里奇冶金工厂，是四辊式，用单张的热轧板作原料。 1938 年在查波罗什工厂开始安装从国外引进的三机架 1680 mm 冷连轧及 1680 mm 可逆式冷轧机，生产厚度为 0.52.5 mm,宽度为 1500 mm的钢板。以后为了满足汽车工业的需要，该厂又 建立了一台 2180 mm的可逆式冷轧机。1951 年原苏联建设了一套 2030 mm全连续式五机架冷轧机，年产 25
10、0 万吨，安装在新利佩茨克。 日本 1938 年在东洋钢板松下工厂安装了第一台可逆式冷轧机，开始冷轧薄板的生产。 1940 年在新日铁广厂建立了第一套四机架 1420 mm冷连轧机。 我国冷轧宽带钢的生产开始于 1960 年，首先建立了 1700 mm单机架可逆式轧机，以后陆续投产了 1200 mm单机可逆式冷轧机， MKW1400 mm偏八辊轧机、 1150 mm 二十辊冷轧机和 1250 mm HC 单机可逆 式冷轧机等， 70 年代投产了我国第一套 1700mm连续式五机架冷轧机， 1988 年建立了 2030 五机架全连续冷轧机。现在我国投入生产的宽带钢轧机有 18 套，窄带钢轧机有
11、418 套。在这 30 多年中，我国冷轧薄板生产能力增加了 20 多倍，生产装备技术水平已由只能生产低碳薄板而发展到能生产高碳钢、合金钢、高合金钢、不锈耐热冷轧板镀锌板、涂层钢板、塑料复合薄板和硅钢片等。但随着经济建设的发展，无论在数量和品种质量上都远远满足不了经济建设的需要为此我们必须增建新轧机，改造现有冷轧机，大力发展冷轧生产。 1.3. 国内冷轧板带工艺生产现状 1.3.1. 总体装备水平低 宝钢的 3 套冷轧机设备装备水平较高，武钢冷轧厂也引进了在当时具有先进水平的装备，但经过 20 多年运转，需要全面技术改造。其余冷连轧厂在引进设备时，由于受资金限制，不同程度上引进了一些二手设备，需
12、更新改造。单机架四辊可逆冷轧机装备问题更多些，也急需改造。 1.3.2. 单套冷轧机组产能低 除宝钢、本钢外，已建成的冷连轧机多为串列式冷轧机组，不少冷连轧机还是二手设备，因此制约了每套机组的产能；而生产碳素冷轧板卷的单机可逆冷轧机多使用外购热轧原料卷，卷重小，速度低，产能低。生产规模小对提高成材率、降低能耗、减少定员、合理配置公辅设施、减少占地面积、解决环保问题都是不利的。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页 1.3.3. 产品质量有待提高 我国多数冷轧厂产品的板形、表面、尺寸公差及性能与世界一流产品相比还有差距。 1.3.4. 品种、规格不能满足需求 品种、规格方面还存在以下问题
13、： （ 1）缺少轿车面板 宝钢可供少量轿车面板， 1550 冷轧厂投产后会有较大改观。武钢在开发轿车面板方面也取得不少成绩。但与世界强国相比，差距还很大。 （ 2）缺少薄规格冷轧板卷 目前宝钢 1420 冷轧厂、宝钢益昌薄板有限公司、武钢 1250 单机架 HC 轧机能生产较多的薄规格冷轧碳素板卷，攀钢冷轧厂也能生产 一些薄规格产品，但不能满足市场需求的大量厚度 0.5mm以下的冷轧碳素板卷。目前已建成 10 余套电镀锡机组，总能达150 万 t/a ，仅有 4 套机组能自供镀锡基板，其余机组的原料卷多为进口。 （ 3）缺少涂镀层板 除镀锡板外，镀锌板及彩涂板产量也很低，国产板市场占有率仅为
14、40%50%。 1999年我国涂镀层板产量仅占钢材总量的 2.3%。美国、日本的钢材年产量均略低于我国，但其涂镀层钢板产量占钢材的总量分别为 20.8%21.5%与 15.8%16.5%，远远高于我国。此外，我国还缺少高品质的涂镀层板。 （ 4）冷轧不锈 钢缺少原料卷 除太钢能自供部分冷轧不锈钢原料卷外，国内其他不锈钢冷轧厂原料卷全部依靠进口，使冷轧不锈钢生产的效益受到影响。 （ 5）资金短缺 冷轧板厂进行现代化改造及扩建需要大量资金，现多数钢铁厂不同程度地受到资金困扰。 1.4. 我国冷轧板带的市场需求 目前，我国钢材自给率最低的是冷轧板带及涂、镀层板带。 1999-2003 年冷轧板的自给
15、率分别为 50.6%、 52.5%、 53.6%、 51.07%、 42.28%，平均不超过 51%，另一半靠进口， 2003 年进口 1663 万 t，占钢材进口量的 44.74%. 2003 年全国消费钢材 27140 万 t，冷轧板带（含涂镀层板）消费量为 2843 万 t，占西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页 消费总量的 10.47%； 2004 年按 GDP 增长 7%预算，钢材消费总额将超过 2.8 亿 t，还需进口 42%左右。 后 5 年，我国经济发展速度仍将高于世界平均水平，钢材消费还会持续增长，预计2005 年全国钢材消费总量将达到 2.9 亿 t， 2010 年
16、将达到 3.1 亿 t。 2005 年及 2010 年冷轧薄板需求预测量分别为 3200 万 t（其中镀锌板卷 1250 万 t，彩涂卷 480 万 t）、 5300万 t（其中镀锌板卷 1860 万 t，彩涂卷 800 万 t）。 从 1999-2003 年，我国钢材消费增长率平均为 20.2%，同期冷轧薄板消费率平均为24.5%，高于钢材消费增长率 4.3 个百分点。 发达国家如美国、日本、德国，其汽车、家电、建筑等行业对冷轧板的需求量很大，因此，冷轧板（含涂镀层板）的产量也大。 美国、日本在 1994-1998 年中， 冷轧板（含涂镀层）分别占钢铁总量的 34%以上和24%以上，而我国在
17、 1999-2003 年，冷轧板（含涂镀层）占钢铁生产总量的比例不到 10%，2003 年仅为 5%。 1990-1995 年，美、日、德 3 国将热轧板带转化为冷轧板带的转化率从 81.51%、 75.86%和 70.28%分别提高到 90.74%、 82.53%和 87.26%，增长比例达 10%。而我国从 1998 年至今转化率最多不超过 32%。显然，与发达国家相比，我国的冷轧板、涂镀层板的产量偏低，是目前产品结构调整中急待解决的问题，因该快速提高板带材的转 化率。提高冷轧产品的附加值，跟上经济发展的步伐。 1.5. 冷轧板带生产的新技术及发展方向 1.5.1. 冷轧带坯原料的无酸洗除
18、鳞工艺 冷轧带坯原料的酸洗除鳞一直是冷轧生产流程中最大的污染源。轧钢界多年来曾探索过喷丸除鳞、水流喷砂除鳞、电解除鳞等工艺，但均未能工业化经济应用，目前仅在棒线材拉拔加工时采用了喷丸除鳞工艺。最近 Danieli Wean United公司开发了新的无酸除鳞技术，第 1套工业规模年产 10万 t的机组于 2001年 4月在意大利威尼斯附近的 Ispadue带钢厂投入运行，渴望成为新的工业化的无酸除鳞工艺。该无酸除鳞技 术由 3步工序组成： 第 1步为加热工序。带钢在无氧化气氛中由燃气烧嘴喷出的火焰直接快速地被加热到某一最佳化学反应温度。 第 2步为反应工序。该工序在富氢气 (25%95% H2
19、 )的混合气氛中进行，带钢表面西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页 的氧化皮将与气氛中的氢气 (H2)反应而被还原成金属铁，具体的反应方程式随氧化皮的种类而异： 2Fe2O3+2H2= Fe3O4+ Fe+2H2O Fe3O4+ H2= 3 FeO+H2O FeO+H2= Fe+H2O 反应室分两段，从而能保证反应室内混合气体的组成。使用风机实现气体的混合并抽走反 应后的废气。 第 3步为冷却工序。此工序在含 H2和 N2的气氛中进行，以防止带钢冷却到室温前再次被氧化。 根据试验机组的运行结果，经无酸除鳞后带钢表面的洁净度远远优于传统酸洗的带钢表面，即表面全无氧化物、光滑及具有金属光泽
20、，但近年来未见进一步工业应用的报导。 1.5.2. 液氮冷却机用于带钢冷却 冷轧工艺润滑也是冷轧工艺中的另一污染源，冷轧工艺润滑的乳液随着带钢的移动带到冷轧车间地面，并存在废乳液的回收处理及防火等安全问题，因此开发水乳液或油润滑液的替代品具有重要的环保意义。近年来德 C D WalzholzTs公司开发出 一种新型的冷却技术，即采用液氮作为冷轧冷却剂替代水油乳化液，并成功应用于工业生产。该公司开发的冷却技术是使用喷嘴将液氮 (温度 -196 -170 )喷洒于咬人轧辊前的带钢表面，液氮的快速散热功能允许提高轧制速度，提高压下量，在该厂单机架轧机上生产某些钢种时，轧制速度可达 600mm min
21、。传统的润滑剂是通过减小摩擦来减少产生的摩擦热，而液氮几乎不具备润滑效果，其只是快速地将摩擦产生的热量散去，自身也蒸发，实际应用表明其安全性较好，消除了火灾和爆炸隐患，消除了有害的乳液蒸汽及对工作区的污染；同时，产品质量良 好，表面质量更加均匀一致，不会产生由于残余乳液造成的表面锈蚀，在高速轧制条件下亦可获得镜面加工表面。采用该技术，无需增添设备并可省去乳液循环设备、乳液购置等，降低了成本和电耗，并减少了换辊次数和磨削次数，使生产成本得到降低。上述介绍中没有提及推广到冷连轧机的可能性与问题，例如是否因摩擦系数增大而增加冷轧电耗，但这总是一种创新的开发，可在此基础上进一步开发降低摩擦系数的混和润
22、滑方式等。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页 1.5.3. 进一步开发多种轧制薄带的小辊径高精度轧机，以满足市场对薄带钢的需求，并实现冷轧薄带钢的灵活化、专业化生产 目前轧制薄带钢， 特别是轧制硅钢和不锈钢等硬钢种薄带钢，最佳的轧机仍是传统的二十辊轧机，但轧机结构已有较大突破，发展了双牌坊式二十辊轧机及无鞍座整体辊箱式二十辊轧机等，目的是简化制造精度和结构，便于操作与维护，节约制造成本，但均保留了二十辊轧机最大的优点一小工作辊径和产品的高精度。此外，各种新型轧机，如六辊 HC轧机、十二辊轧机 、 十六辊轧机的相继研制与应用，更增加了生产薄规格带钢时轧机的选择性。高精度轧制是这类轧机
23、的另一个特点，带钢厚度偏差仅为板厚的0.5，绝对精度达到 1um。在冷轧板带产量早已满足工业需求的欧洲与美国，近 些年仍陆续投产了多台二十辊轧机、六辊 HS轧机、十四辊 ZH轧机、十辊 4/$6轧机等，且均用于生产特殊的薄带钢，证明了为适应薄带钢生产的需要而发展高精度轧机的趋势。当然这些轧机不单是单机架可逆式轧机，为了增加产量，也有采用双机架可逆式轧机的，例如已有年产 100万 t镀锡板、制速度达 1600m/min的双机架轧机投产；还有双机架平整机兼作二次冷轧机，其冷轧压缩率达 20%50% ，用于生产薄规格镀锡板。当前，在冷轧带钢总产能过剩条件下，已不可能再建设 CDCM 冷连轧机组，而为
24、扩大生产的灵活化和产品专业化，单机架可逆 式薄带钢冷轧机会成为我国冷轧带钢生产建设的发展方向。 1.5.4. 扩大冷轧产品的深加工，扩展产业链，达到减量化 冷轧板带的深加工主要分两类，一类是服务营销型加工，即加工配送中心及专业配送中心，如汽车专业激光拼焊加工配送中心，德国蒂森克虏伯钢铁公司 2002年以年产3400万片拼焊板而居世界第一。我国的拼焊板生产已开始起步，武钢、宝钢和鞍钢已陆续与外商合资开办汽车拼焊公司。另一类深加工是产业型的冷轧板带应用的延伸，其典型例子如宝钢建立的宝翼制罐有限公司，其应用宝钢生产的镀锡板，几年来应用高质量DI材近 10万 t，自制罐 25亿只，促进了二片罐产业在我国的发展，占领了国内市场。此外，随着我国城镇化水平的不断提高，将会促进我国轻钢装配式住宅的发展，装配式住宅产业将会大量发展并替代砖混结构住房，其在建设周期和成本上均具有优势，因此冷轧薄板将会取代钢筋成为主要建筑钢材，这也是我国住宅建设的发展趋势。延伸产业链，发展钢材深加工是在新形势下产业增长的重要方式，从发展钢铁循环经济的高度，提高钢材使用效率，提高钢材生产竞争力的角度来审视和认识钢材深度加工的发展，并作为
