年產量80萬噸的中厚板車間設計

西安建筑科技大學本科畢業(yè)設計〔論文〕題目年產80萬噸熱軋中厚板車間工藝設計學生姓名學號院〔系〕冶金工程系專業(yè)材料成型及控制工程指導教師時間2023年3月10日設計說明本設計為年產量80萬噸的中厚板車間，通過對中厚板市場的調研，介紹了中厚板的開展狀況，分析了中厚板的市場需求，并針對目前的技術狀況，制定出了合理的產品大綱和金屬平衡表。以典型產品Q235,Q345,Q235GJ〔10mm×3000mm×6000mm、20mm×3000mm×9000mm、50mm×3250mm×6000mm〕鋼板為根底，通過確定典型產品的工藝流程，確定了軋機的布置形式和車間各設備的選用，并制定出典型產品合理的壓下規(guī)程，計算出軋制力能參數(shù)，如：軋制力的計算、變形抗力的計算和傳動力矩的計算等。校核軋輥強度并計算電機的容量，以選用適宜的軋輥和電機。確定車間工作制度和年工作時間，計算了軋機的年產量，根據(jù)典型產品的工藝和軋件的尺寸等，確定車間平面布置，如合理的設備間距、倉庫面積等，并畫出車間平面布置圖。分析車間的綜合經濟指標。并采取有效的環(huán)境保護措施，如車間的綠化、廢氣和廢渣的再回收等。關鍵詞：中厚板車間，產品大綱，金屬平衡表，軋制力，傳動力矩DesignNotesThedesignfortheannualproductionof80milliontonsofplateplant,platemarketresearch,thedevelopmentoftheplate,theplatemarketdemand,andthecurrentstateoftechnology,todevelopaareasonableoutlineoftheproductsandmetalbalancesheet.TypicalproductQ235,Q345,Q235GJ(10mm×3000mm×6000mm,20mm×3000mm×9000mm,50mm×3250mm×6000mm)steel-based,todeterminethetypicalproductsoftheprocess,todeterminethethemillarrangementofworkshopequipmentselection,andtodeveloptypicalproductsandreasonablereductionprocedurestocalculatetherollingforceparameters,suchas:rollingforcecalculation,thecalculationofthedeformationresistanceandtransmissiontorquecalculation.Thecheckrollsintensityandcalculatethecapacityofthemotortotheappropriatechoiceofrollsandmotor.Todetermineworkshopworksystemsandworkinghours,calculatedtheannualproductionofthemill,accordingtothetypicalproductoftheprocessandthesizeoftherollingdetermineworkshoplayout,suchasdevicespacing,warehousearea,anddrawtheworkshopfloorplan.Analysisoftheeconomicindicatorsoftheworkshop.Andtotakeeffectiveenvironmentalprotectionmeasures,suchasthegreeningoftheworkshop,wastegasandwasterecyclingandsoon.Keywords:plateworkshop,outline,metalbalancesheets,rollingforce,deformationresistance,drivetorque目錄1綜述11.1中厚板定義及分類11.2國內外中厚板開展現(xiàn)狀1我國中厚板開展現(xiàn)狀1國外中厚板開展狀況21.3國內外中厚板生產水平差距21.4我國中厚板軋機開展歷史21.5現(xiàn)代中厚板生產中的新技術31.6中厚板車間現(xiàn)狀及開展趨勢5主軋機的型式5加熱爐5快冷裝置6熱矯直機6冷床61.7中厚板行業(yè)存在的主要問題與對策61.7.1存在的主要問題71.7.2解決方案71.8建設中厚板廠的可行性和必要性分析7市場的需求情況7韓城簡介8資源狀況81.8.4交通狀況8總結91.9設計的目的及意義92產品大綱及金屬平衡表編制92.1生產規(guī)模92.2產品大綱的制定9制定產品方案的主要原那么9產品大綱其主要內容102.3產品方案10生產品種10典型產品112.4技術要求12尺寸及允許偏差12典型產品的化學成分及力學性能132.5坯料及金屬平衡表的編制15坯料尺寸15成材率概念163生產工藝流程173.1生產工藝流程的制定依據(jù)173.2生產工藝流程圖183.3中厚板的工藝流程簡述18坯料的選擇18坯料的檢查與清理18坯料的加熱18除鱗19軋制19二次氧化鐵皮的去除19軋后冷卻19熱矯直20鋼板冷卻20剪切20定尺后鋼板的外表檢查和修磨21成品鋼板的入庫、存放和發(fā)運214生產設備選擇214.1主設備的選擇21中厚板軋機型式21軋機的布置22中厚板軋機參數(shù)確定224.2軋輥尺寸及材質23軋輥的參數(shù)計算235軋制規(guī)程的制定245.1中厚板工藝計算245.2制定壓下規(guī)程25壓下制度25壓下量分配原那么25確定軋制方法25分配壓下量265.3確定速度制度26速度制度26加速時間計算27等速時間計算28減速時間計算28軋制時間計算28空轉加速時間計算29空轉減速時間計算295.4各道次軋制溫度確實定29開軋溫度29各道次軋制溫降計算295.5各道次計算30各道次平均變形速率30確定各道次變形抗力31各道次應力狀態(tài)影響系數(shù)32各道次平均單位壓力的計算33計算各道次總壓力345.6傳動力矩計算34軋制力矩的計算35附加摩擦力矩的計算36空轉力矩的計算38動力距的計算38各道次傳動總力矩的計算395.7典型產品1405.8典型產品2435.9典型產品3456軋輥強度及電機能力校核476.1咬入條件的校核476.2軋輥強度校核47工作輥強度校核48支承輥強度校核49工作輥與支撐輥的接觸應力校核506.3電機能力校核517軋鋼機產量計算527.1軋機小時產量計算52典型產品Q235碳素結構鋼小時產量計算53典型產品Q345低合金高強度鋼小時產量計算53典型產品Q235GJ建筑用鋼板小時產量計算537.2軋鋼機平均小時產量的計算537.3年方案工作小時數(shù)547.4軋鋼機年產量548軋鋼車間輔助設備的選擇548.1加熱爐的選擇558.2高壓水除鱗機的選取558.3剪切機的選擇568.4矯直設備的選擇578.5冷卻設備的選擇588.6起重運輸設備的選取598.7無損檢測設備的選擇599車間平面布置599.1車間平面布置原那么609.2生產設備的布置609.3金屬流程線確實定609.4設備間距確實定60加熱爐及前后設備間距61軋機后設備間距61其他設備間距619.5倉庫面積確實定61確定原料倉庫面積61確定成品倉庫面積629.6車間其它設施面積確實定62操縱臺的布置62主電室的布置63軋輥堆放場地63運輸通道639.7軋鋼車間廠房組成及立面尺寸確實定63廠房跨度布置64廠房跨度大小64柱距尺寸64吊車軌面高度6410車間技術經濟指標6510.1各類材料消耗指標65金屬消耗65燃料消耗65電能消耗66軋輥消耗66水的消耗66壓縮空氣消耗66潤滑油消耗67蒸汽消耗67氧氣消耗67耐火材料消耗6710.2綜合經濟技術指標67日歷作業(yè)率67成材率67合格率68勞動生產率6811軋鋼廠的環(huán)境保護與綜合利用6811.1環(huán)境保護6811.2軋鋼廠的節(jié)能與綜合利用69節(jié)能69綜合利用70參考文獻71致謝721綜述中厚板主要用于船艦、橋梁、鍋爐、容器、石油、化工、工程機械及國防建設等方面，其品種繁多，使用溫度區(qū)域較廣(-200～600℃)，使用環(huán)境復雜(耐侯性、耐蝕性等)，使用要求高(強韌性、焊接性等)，因此，中厚鋼板是國民經濟開展不可缺少的鋼材品種。由于國民經濟的高速開展，拉動了中厚板市場的需求并促進了中厚板行業(yè)的快速開展。雖然近幾年我國的中厚板軋機開展較快,產品和工藝裝備的升級也如雨后春筍。但要真正生產高檔次的鋼板,仍有一些差距。目前,國內外石油、天然氣系統(tǒng)需求的高強、高壓、耐候、耐蝕和抗裂等特殊要求的管線、石油儲罐和石油平臺用鋼等，仍不能滿足需求。所以我國的中厚板生產也同我國的鋼鐵工業(yè)一樣,需要有一個從量到質、從大到強的轉變。1.1中厚板定義及分類中厚板是工程中常用的一類厚度遠小于平面尺寸的板件。中厚板按尺寸規(guī)格可分為中板、厚板、特厚板等。其中，4-20mm者為中板；20-60mm者為厚板；60mm以上者為特厚板。按用途可分為結構、包容及特殊等三大類。其中，結構類包括船艦、建筑、工程機械、橋梁及采油平臺等；包容類包括鍋爐、容器、管線及罐等；特殊用途類包括坦克、防彈板、復合板、不銹板及工具模具板等。1.2國內外中厚板開展現(xiàn)狀1.2.1我國中厚板開展現(xiàn)狀隨著近年來改造或新建中厚板軋制生產線的相繼投產,目前國內中厚板軋線數(shù)量眾多,軋機規(guī)模和產能很大,且企業(yè)技術水平層次不一,導致國內普通中厚板產品,尤其是低檔次普通中厚板產品已趨向飽和,甚至過剩。而國民經濟開展和建設所需的很大一局部高強度高等級中厚板產品,如高強度艦船用板、壓力容器板、工程機械用板、管線用板等專用板、品種板卻供給缺乏,局部產品如儲罐用壓力容器板等高性能中厚板產品仍主要依靠進口。改變國內當前中厚板產品的低檔次競爭,解決中厚板生產在數(shù)量、質量及品種上的供需矛盾,開展重點必須由提高產量轉向改變產品結構,提高質量和擴大高性能、高附加值產品的生產,從而更好地滿足國民經濟和社會開展需求,提高產品參與國際競爭的實力。當前,國內中厚板企業(yè)在冶煉和軋制裝備及技術日益提高,與鋼鐵技術興旺國家根本無差距的背景下,中厚板軋后輔助工序及技術,尤其是提高鋼板強度和性能等級的軋后熱處理技術,已成為國內中厚板生產廠家提高產品檔次和競爭力的必然選擇。1.2.2國外中厚板開展狀況目前，國外中厚板生產和軋機建設已進入一個穩(wěn)定時期，新建軋機寥寥可數(shù)，產量那么有減無增，但品種增多，產量提高、本錢下降，自動化程度越來越高。世界上中厚板貿易比擬活潑，產量和消費量均約為8000萬噸。近幾年日本產量約為900萬噸，約占鋼材產量的10％，占板材產量的20％。世界上生產中厚板的大國已經完成了中厚板軋機的調整工作，使中厚板軋機的整體性能明顯提高。國外寬厚板生產技術的開展與國內相比，還采用了以下先進技術:采用板坯去毛刺機，保證了板坯質量；采用去磁機，保證了低溫用鋼板性能；采用在線磨輥，減少了換輥次數(shù)；除鱗設備能力提高，提高了鐵皮去除能力；軋制產品種類增多，增添了錐形、梯形、圓形、差厚、差寬、防撓及帶肋等異形板生產；整個車間的檢測手段齊全，為實現(xiàn)自動化生產奠定了根底。1.3國內外中厚板生產水平差距由于歷史原因，我國目前大局部中厚板軋機生產線的總體裝備水平與國外先進水平存在一定的差距。主要表達在：1)規(guī)模小，裝備水平低；2)加熱爐大局部為推鋼式，加熱能力和質量保證能力差；3)后部精整能力缺乏，因陋就簡，如矯直機(幾乎沒有冷矯)，縱剪能力到達30mm以上的不多，且剪切質量差。在線無損探傷線、熱處理和噴丸等工藝大局部工廠沒有配備；4)核心技術不精、不專，主要表達在控溫、輥型設計、水冷和控制軋制等，尤其是獨特的、具有自主知識產權的工藝、產品不多。與國外先進企業(yè)比擬，國內中厚板軋鋼廠盡管在裝備上存在著一定的差距，但近幾年一些大鋼廠正在逐步引進、消化和改造一批中厚板生產設備和工藝，如首鋼和濟鋼的3500mm軋機、鞍鋼的4300mm軋機和寶鋼的5000mm軋機等陸續(xù)投產；首秦公司的4300mm軋機，天津、唐鋼和福建三明的3500mm軋機等一大批即將投產的中厚板軋機，將逐漸參與中厚板的市場競爭，這對我國的中厚板生產企業(yè)提升整體裝備水平、提升產品檔次和質量將會起到極大的促進作用。1.4我國中厚板軋機開展歷史我國的第一套中厚板軋機于1936年在鞍鋼建成，屬于三輥勞特式軋機。新中國成立后，我國的中厚板生產裝備和工藝技術水平有了很大提高和開展。先后建成了重鋼2440mm中厚板軋機、武鋼2800mm中厚板軋機等13套三輥勞特式軋機，為我國板材生產奠定了堅實的根底。七十年代后，我國的中厚板軋機開始向寬板面方向開展，1978年在舞陽鋼廠建成了我國自行設計制造的第一套4200mm厚板軋機，首鋼引進了國外3300mm二手寬板軋機設備。這兩套軋機主要用于生產特殊鋼板，滿足了當時核動力設備、艦船、潛艇、大型工程機械和民用鋼制造船舶生產的需要。近年來，據(jù)初步統(tǒng)計，新建或改建3500mm軋機有10套。除寶鋼5000mm軋機已開工建設以外，還有兩地擬新建5m以上軋機(寧波建龍和江蘇沙鋼)，舞陽鋼廠也籌劃4800mm軋機建設工作。寶鋼的5米級寬厚板軋，一期建成一精軋機架，能力為140萬t，二期建成后為180萬t。此外正在建設兩個寬爐卷軋機(南鋼3500mm和安鋼3500mm，能力分別為120萬t和110萬t)。改造之后，我國軋機的結構將發(fā)生重大變化，形成以4m以上的寬厚板軋機領銜中厚板行業(yè)的格局。在工藝技術和裝備水平開展方面。二十世紀八十年代，國內中厚板生產企業(yè)屢次對原先建設的三輥勞特式中板軋機進行了不同方式的改造，改造后的軋機根本已以三輥加四輥或雙四輥軋機為主，根本解決了三輥勞特式軋機尺寸偏小，鋼板寬度窄，長度短，尺寸偏差大、板形差以及原材料和能源消耗本錢高、經濟效益差等問題。從我國中厚板軋機的開展歷程可以看出，我國中厚板軋機經歷了從三輥勞特式軋機為主到以四輥軋機為主的開展歷程。1.5現(xiàn)代中厚板生產中的新技術盡管金融危機影響到中厚板，但是現(xiàn)今中厚板仍在向前開展，在中厚板的生產中，國內外采用了一些新技術，根據(jù)資料查詢，中厚板采用的新技術舉例如下。采用了高水平的控制軋制和控制冷卻工藝。如在置于精軋機后的加速冷卻裝置上采用噴射冷卻和層流冷卻組合形式，使其可實現(xiàn)直接淬火〔DQ〕，具有冷卻速率調節(jié)范圍廣和高冷卻速率等特點。采用了多功能厚度控制技術。如高精度多點式設定模型、厚度液壓自動控制〔AGC〕〔包括高響應液壓AGC、監(jiān)控AGC、絕對AGC技術等〕、近距離布置的射線測厚儀，可以生產變厚度〔LP〕鋼板。采用MAS軋制法與近距離布置的立輥相結合，立輥采用寬度自動控制(AWC)短行程〔SSC〕技術，進行平面形狀控制，可大幅度提高成材率和鋼板寬度控制精度。采用了連續(xù)可變凸度〔CVC〕和垂直面雙軸承座丁作輥彎輥系統(tǒng)(WRB)配合的板形控制技術，可實現(xiàn)板凸度和板平直度的綜合控制，有利于提高鋼板的成材率和厚度的均勻性。采用了在線回熾熱處理新技術，近年，日本JFE公司開發(fā)了在線可進行回熾熱處理的新技術，HOP〔在線熱處理工藝：heattreatmentatonlineprocess〕。2004年世界首次福山厚板廠應用。HOP是將大容量感應加熱裝置和直接淬火裝置直接連接，可以進行在線淬火—回火處理，實現(xiàn)高級鋼的完全在線生產。因而，解除了傳統(tǒng)熱處理爐能力限制，高級鋼的生產能力得到了大幅度提高，交貨期也大大縮短。采用了細晶化高強度厚板生產技術，生產厚規(guī)格的細晶中厚板是中厚板生產的一個難度很大的問題，生產該產品采用控制軋制工藝，其特點是高溫奧氏體溫度區(qū)間大變形，通過再結晶，細化奧氏體晶粒，即實行再結晶控軋〔RCR〕；低溫奧氏體溫度區(qū)間，奧氏體晶粒累積形變〔或稱硬化未再結晶奧氏體〕，儲存形變能，即采用傳統(tǒng)控軋工藝〔CCR〕。控制冷卻工藝的特點為軋后快速冷卻，提高過冷度，提高相變驅動能，增加鐵素體形核率。采用低碳當量成分設計，新一代中厚板冷卻技術，在常規(guī)的軋制溫度范圍內完成軋制后，使鋼材由終軋溫度急速快冷，迅速通過奧氏體區(qū)，到達快速冷卻條件下的動態(tài)相變點，并同時停止超快速冷卻。利用復合技術生產厚板，主要有不銹鋼復合鋼板制造技術和連鑄坯復合生產超厚鋼板技術。用軋制法生產復合鋼板的制造工藝為：首先，利用軋制方法得到需要厚度的熱軋母材和不銹鋼包覆材料．用以組裝復合板坯。其次，對軋制后的坯料進行外表處理．包括修磨和酸洗。然后按需要將坯料疊臺，在真空室內將四周焊接，制成組裝板坯。然后以低速太壓下熱軋組裝板坯，使母材和包覆不銹鋼粘合，得到復合鋼板。采用了中厚板軋制過程基于灰色關聯(lián)度的厚度修正方法，由于中厚板軋制過程傳統(tǒng)道次修正方法穩(wěn)定性較差，提出了基于灰色關聯(lián)度的道次修正算法。通過灰色關聯(lián)度模型計算出最近生產的n塊鋼板所有道次以及當前正在軋制的鋼板前m道次與當前軋制道次軋制力自學習系數(shù)的關聯(lián)度，根據(jù)關聯(lián)度的上下來確定當前道次和后續(xù)道次的自學習系數(shù)，并通過道次修正對后續(xù)輥縫進行二次調整，以獲取精確的目標出口厚度。實際應用結果說明，產品目標出口厚度的命中率提高了2.5%~3.0%，具有很高的現(xiàn)場應用價值。采用了中厚板廠制造執(zhí)行系統(tǒng)的設計，中厚板廠MES系統(tǒng)以業(yè)務處理模型為核心，連接根底自動化、過程自動化、質檢、ERP等系統(tǒng)，建立了由數(shù)據(jù)庫、通信效勞器和客戶端組成的3層體系結構，滿足了系統(tǒng)高效、穩(wěn)定和可擴展等需求。上線以后，解決了工序間協(xié)調運作、生產信息及時傳遞、生產過程優(yōu)化等問題，將生產管理模式由人工粗放式管理轉變?yōu)橄到y(tǒng)精細化管理，提高了生產管理水平和生產效率。這些新技術的采用，使得現(xiàn)代中厚板軋機越來越趨于大型化，精密化，自動化。以滿足鋼板控制軋制技術的要求，能夠生產高強度的合金鋼板。電子計算機的應用使軋機提高了自動化控制程度。中厚板軋機普遍采用了液壓AGC〔鋼板厚度自動控制系統(tǒng)〕。中厚板的精度和生產效率也大幅度提高。1.6中厚板車間現(xiàn)狀及開展趨勢1.6.1主軋機的型式從機架的結構有二輥可逆式、三輥勞特式、四輥可逆式、萬能式和復合式，現(xiàn)代建設的軋機大局部是四輥可逆式和萬能式，二輥可逆式和三輥勞特式在現(xiàn)代已經很少。新建設的中厚板軋機寬度尺寸在三米以上，四輥軋機的結構趨于穩(wěn)定和成熟。二輥可逆式軋機于1850年前后最早用于生產中厚板。1864年美國創(chuàng)立了第一臺生產中厚板的三輥勞特式軋機。1891年美國鋼鐵公司霍姆斯特德廠，為了提高鋼板厚度的精度，投產了世界上第一套四輥可逆式厚板軋機。近年來中厚板的質量和生產技術都大大提高了，舊式二輥可逆式和三輥勞特式軋機由于輥系剛性不夠大，軋制精度不高，已被淘汰。四輥可逆式軋機是現(xiàn)代應用最廣泛的中厚板軋機，適于軋制各種尺寸和規(guī)格中厚板，尤其是寬度較大，精度和板形要求較嚴的中厚板。這種軋機兼?zhèn)涠伜腿佨垯C的特點，支承輥與工作輥分工合作，即降低了軋制壓力，又大大增強了軋機剛性。萬能式軋機是在板帶一側或兩側帶有一對或兩對立輥的可逆式軋機。由于立輥的存在，可以生產齊邊鋼板，不再剪邊，降低了金屬的消耗，提高了成材率。1.6.2加熱爐加熱爐按物料在爐內運動的方式可分為推送式加熱爐、步進式爐、輥底式爐、轉底式爐、鏈式爐等。推送式連續(xù)加熱爐仍是應用最廣泛的形式。根據(jù)爐溫制度又可分為兩段式加熱爐、三段式加熱爐、多點供熱式加熱爐。擋坯料厚度不大時〔一般小于200mm〕，可采用兩段式爐。但當坯料斷面較厚時，兩段式連續(xù)加熱爐就不能適應要求。三段式連續(xù)加熱爐采取預熱期、加熱期、均熱期的三段溫度制度。斷面尺寸較大物料的加熱多采取三段連續(xù)加熱爐。由于軋機產量的不斷增加，要求爐子產量相應增加，出現(xiàn)了多點供熱的連續(xù)加熱爐。這種爐子的爐溫制度扔屬于三段式溫度制度的特點，可根據(jù)材料品種不同靈活調整各段的供熱分配。步進式加熱爐被公認為當代最先進的爐型，也是各種機械化爐底爐中使用最廣、開展最快的爐型。和推送式連續(xù)加熱爐相比，步進爐具有以下優(yōu)點：可以加熱各種形狀的料坯，特別適合推送式爐不便加熱的大板坯和異型坯。生產能力大，爐底強度可以到達800~1000kg/(m2·h)，與推送式爐相比，加熱等量的料坯，爐子長度可以縮短10%~15%。爐子長度不受推送比的限制，不會產生拱料、粘連現(xiàn)象。爐子的靈活性大，在爐長不變得情況下，通過改變坯料之間的距離，就可以改變爐內料塊的數(shù)目，適應產量變化的需要。單面加熱的步進式爐沒有水管黑印，不需要均熱床。兩面加熱的情況比擬復雜，對黑印的影響要看水管絕熱良好與否而定。由于坯料不在爐底滑道上滑動，料坯的下面不會有劃痕。軋機故障或停軋時，能踏步或將物料退出爐膛，以免料坯長期停留爐內造成氧化和脫碳?？梢詼蚀_計算和控制加熱時間，便于實現(xiàn)過程的自動化。步進式爐存在的缺點是，和同樣生產能爐的推送式爐相比，造價高15%~20%；其次，步進式爐〔兩面加熱的〕爐底支撐水管較多，水耗量和熱耗量超過同樣生產能爐的推送式爐。經驗數(shù)據(jù)說明，在同樣小時產量下，步進式爐的熱耗量逼推送式爐高160kj〔以每1kg鋼計〕。1.6.3快冷裝置在生產高等級、高技術含量、高附加值產品時，一般都采用控制軋制技術工藝。此技術的應用必須有良好的冷卻系統(tǒng)相配合，新建和在建的生產線大多都裝備了先進的快冷系統(tǒng)。裝置一般都采用DQ+U形管層流的冷卻型式，一些老生產線近幾年也對冷卻系統(tǒng)進行了改造。1.6.4熱矯直機2005年以前大都采用輥式矯直機，此型式由于受輥徑和輥距的配合限制，所以矯直板厚有一定范圍，一般最后與最薄之比為4，新生產線中大都采用有張力機能的新型矯直機。其矯直最后與最薄之比可以到達25，而且矯直力也可以增加一倍。1.6.5冷床由于以前大多數(shù)生產線采用拉鋼冷床，非但容易劃傷鋼板，也容易造成鋼板冷卻不均勻。新建生產線的冷床大都采用步進格板式或盤輥式，也有足夠的面積放置鋼板，不需要在冷床前進行熱剪分段，對提高成材率有利。1.7中厚板行業(yè)存在的主要問題與對策有關調查顯示截止2023年5月，國內鋼鐵企業(yè)擁有中厚板產線77條，設計產能合計9242萬噸/年；其中并不包括工程擱淺以及暫未完工的產線。值得注意的是，目前國內有5家鋼廠7條中厚板生產線設計產能合計472萬噸/年處于停產狀態(tài)，其中5條產線設計產能合計372萬噸/年停產時間已經超過1年。換句話說，當前國內中厚板有效生產線為70條，設計產能為8770萬噸/年。中厚板市場的疲弱表現(xiàn)是許多生產企業(yè)停產、減產的主要原因，在2023年里，國內鋼廠中厚板生產線根本常年處于虧損狀態(tài)，許多企業(yè)不得不增加減產力度。1.7.1存在的主要問題品種規(guī)格多而到達國際先進水平的產品少。我國可以說是世界板帶材生產大國，但是中低檔產品過多，實物質量到達國際先進水平的產品很少，品種結構有待進一步優(yōu)化。工藝技術裝備水平低。除了幾家大中型骨干企業(yè)裝備較新，大多數(shù)小企業(yè)還是沿用50、60年代陳舊落后設備。不但能耗高、環(huán)保治理差、原輔材料消耗高、勞動生產率低，產品質量也很難到達標準要求，某些技術含量高的產品更是無法生產。重復引進的工藝技術裝備多，而消化吸收創(chuàng)新的少。企業(yè)中技術素質低的職工多，勞動生產率低。我國中厚板生產企業(yè)的職工中，文化程度不一，某些小企業(yè)，工程技術人員過少，只能生產老舊產品。1.7.2解決方案調整品種結構，開發(fā)新產品目前我國中厚板產品品種結構不盡合理，中低檔品種產量過剩；高附加值、高技術含量的品種又缺乏。應大力開發(fā)高附加值、高技術含量的產品，才可以在市場上占有一席之地。以人為本，銳意創(chuàng)新經濟的競爭，科技的競爭，歸根結底是人才的競爭。解決好員工隊伍的培訓，解決好人才的引進、培養(yǎng)、使用，要調整和完善人才結構，逐步形成一個素質高、懂管理、善經營的人才群體，這樣一個企業(yè)才能長遠的開展下去。強強聯(lián)合，實現(xiàn)企業(yè)集團大型化企業(yè)集團大型化的優(yōu)勢：第一是資金重組，資源可以重新配置，有利于統(tǒng)一規(guī)劃，產品合理分工，防止重復建設；第二是專業(yè)人才可以合理使用，能夠形成產、學、研一體化科技開發(fā)隊伍，企業(yè)自主開發(fā)能力增強，有利于企業(yè)開展精品名牌戰(zhàn)略；第三是企業(yè)大型化后，籌措資金渠道多，能進行較大規(guī)模技術改造，可以調整產品結構，進一步提高產品質量，降低生產本錢，有利于參與國內外市場競爭等。1.8建設中厚板廠的可行性和必要性分析1.8.1市場的需求情況近些年國內市場對中厚板的需求一直保持增長態(tài)勢,尤其是從2000年開始,這一需求攀升速度急劇加快,最主要的拉動因素是根底設施建設用鋼結構、造船工業(yè)、橋梁建設、油氣開發(fā)及輸送等行業(yè)的蓬勃開展。中厚板的市場需求主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)加強事關國家經濟平安的根底設施建設工程如能源工業(yè)建設的需要。(2)建筑鋼結構行業(yè)的需要。(3)中國造船工業(yè)異軍突起,已成為世界第三大造船國,對中厚板需求大量增加。(4)傳統(tǒng)行業(yè)開展的需要。(5)橋梁建設的需要。鑒于我國中厚板生產的現(xiàn)狀及需求，新建一套生產80萬噸具有世界先進水平的中厚板廠是非常必要的。1.8.2韓城簡介韓城是我的家鄉(xiāng)，古稱“龍門〞。陜西省所轄的副地級市。位于陜西省東部黃河西岸，關中盆地東北隅，是一座重要的能源工業(yè)城市?，F(xiàn)在是陜西省方案單列市，總面積1621平方公里，人口40萬。1.8.3資源狀況韓城能源工業(yè)開展迅猛，循環(huán)經濟占據(jù)主導地位，形成了煤炭、焦化、鋼鐵、電力等四大支柱產業(yè)，年生產能力分別到達700萬噸、500萬噸、600萬噸，電力裝機容量270萬千瓦，中國500強企業(yè)、陜西第一、生產能力300萬噸的龍門鋼鐵集團；境內有年產原煤400萬噸的陜西韓城煤業(yè)公司、總裝機240總裝機容量240萬千瓦的韓城二電廠、中國500強企業(yè)、陜西第一、生產能力300萬噸的龍門鋼鐵集團。韓城擁有足夠的能源而且韓城鋼廠主營鋼鐵、鐵礦，可以很好的提供原料，且韓城臨近黃河，水資源豐富。韓城土地資源豐富，更方便建廠，可以用同樣的資金建設更大的廠房。1.8.4交通狀況韓城108國道縱貫南北，市鄉(xiāng)公路根本普及，各干線四通八達。新建成的國家乙級韓城客運站日發(fā)車240輛，直達西安、太原、鄭州等省會城市。西安至侯馬鐵路與108國道并行，在韓城域內設有站臺5個，運輸專線40余里，年可向外運輸貨物800萬噸，韓城至北京的始發(fā)列車是全國首家縣〔市〕發(fā)往北京的唯一客運列車。由國家投資40多億元的閻禹高速公路全線貫穿，這一切帶動韓城社會經濟的迅速開展。截止2023年底，韓城建成過境高速公路全長37公里、國道67.8公里、省道34.4公里，境內縣道全長129.833公里，鄉(xiāng)道216.786公里，村道1776.579公里，專用車道69.068公里。而且韓城飛機廠正在籌備過程中，未來將會擁有便利的出行方式。而且作為多年前韓城以煤炭為主開展了大量線路，可以是貨物方便的運輸。1.8.5總結韓城擁有充足的原料，便利的交通，廣闊的土地，充足的勞動力和低廉的物價，特別是有強力的能源，可以使產品本錢降低，更方便的進行生產。綜上條件，在韓城建設中厚板廠是可行的。1.9設計的目的及意義本設計的目的是培養(yǎng)結合實際生產，系統(tǒng)地運用所學根底和專業(yè)知識分析問題，解決問題的能力。并對大學所學知識進行整理和檢驗，把大學四年學習的知識運用到實際中。通過本次設計可以更好地掌握所學知識，并且熟悉設計過程。相信在以后的工作中會帶來很大的幫助。2產品大綱及金屬平衡表編制2.1生產規(guī)模本次車間設計的目的是設計一個年產80萬噸的熱軋中厚板車間。2.2產品大綱的制定產品大綱是設計任務書的主要內容之一，是進行車間設計時制定產品生產工藝過程，確定軋機組成和選擇各項設備的主要依據(jù)。中厚板品種主要有以下幾種：碳素結構鋼，低合金高強度鋼，建筑用板，造船板，橋梁板等。2.2.1制定產品方案的主要原那么制定產品方案的主要原那么如下：1)滿足國民經濟開展對軋制產品的需要，特別是根據(jù)市場信息解決某些短缺產品的供給和優(yōu)先保證國民經濟重要部門對于鋼材的需要。2)考慮各類產品的平衡，尤其是地區(qū)之間產品的平衡。要正確處理長遠與當前，局部和整體的關系。做到供給適當，品種平衡，產銷對路，布局合格，要防止不過軋機特點，不顧車間具體工藝設備條件一哄而上，一哄而下的傾向。3)考慮軋機生產能力的充分利用和建廠地區(qū)的合理分工。有條件的要爭取軋機的專業(yè)化和產品系列化的開展，以利于提高軋機生產技術水平。4)考慮建廠地區(qū)資源及環(huán)境條件，物資和材料等到運輸?shù)那闆r，逐步完善和配套起我國自己獨立的軋鋼生產體系。5〕要逐步解決產品品種和規(guī)格老化問題，要適應當前對外開放，對內搞活的新的經濟形勢的需要，要根據(jù)車間工藝設備的情況，力爭做到產品結構和產品標準的現(xiàn)代化，有條件的要考慮生產的一些出口產品，走向國際市場。2.2.2產品大綱其主要內容產品大綱的主要內容包括如下：1〕車間生產的鋼種和生產的規(guī)模。2〕各類產品的品種和規(guī)格。3〕各類產品的數(shù)量和其在總產量中所占得比例。2.3產品方案2.3.1生產品種本車間生產的鋼種有：碳素鋼、低合金高強度鋼、建筑板、船用板和橋梁板。其產品分配見表2-1。表2-1按鋼種分配的產品方案表序號產品名稱鋼號尺寸(厚×寬×長/mm)國標產量萬噸/t比例%1碳素結構鋼Q195-Q275〔4.5-50〕×〔1600-3250〕×〔4000-18000〕GB70024302低合金高強度鋼Q345系列，Q390，Q420等〔4.5-50〕×〔1600-3250〕×〔4000-1800〕GB/T1591-9416203專用鋼板建筑用鋼板Q235GJ,SN490B〔4.5-50〕×〔1600-3250〕×〔4000-18000〕ASTM,JIS,G313312154造船用板AH32，DH32，AH36，DH36〔4.5-50〕×〔1600-3250〕×〔4000-18000〕GB71216205橋梁板Q345qC〔4.5-50〕×〔1600-3250〕×〔4000-18000YB168及YB(T)10GB/T714ASTM1215合計80100注：本車間所有產品均以熱軋態(tài)交貨。2.3.2典型產品本車間擬生產的產品品種、狀態(tài)、規(guī)格組合起來有很多種，在設計中并不能針對每一種產品進行詳細計算。所以將各類產品進行分類，從中選擇典型的產品〔在合金、品種、規(guī)格、狀態(tài)、產量、和工藝特點方面有代表〕作為計算產品。選擇計算產品應遵循以下原那么：有代表性；通過所有工序；所計算的產品要與實際接近；計算產品要留一定的調整余量。故本次設計選擇的典型產品如下：表2-2典型產品表鋼種鋼號尺寸〔厚×寬×長〕mm執(zhí)行標準產量〔萬噸〕比例〔％〕碳素結構鋼Q23510×3000×6000GB7002430低合金高強度鋼Q34520×3000×9000GB/T1591-941620建筑用鋼板Q235GJ50×3250×6000ASTM,JIS,G31334050合計80100注：本車間生產所有產品均以熱軋態(tài)交貨。2.4技術要求產品的技術要求就是為了滿足使用上的需要而對產品提出的在規(guī)格和技術性能，如外形、尺寸，外表狀態(tài)、力學性能、工藝性能、物理化學性能、金屬內部組織和化學成分等方面的要求。產品標準一般包括有品種標準、技術條件、試驗標準等方面的內容2.4.1尺寸及允許偏差鋼板的厚度允許偏差如下表。訂貨時需方應明確厚度偏差的控制類型。假設沒有規(guī)定時，一般按國家標準訂貨的鋼板按本標準表2-3的規(guī)定。表2-3厚度偏差〔mm〕鋼板厚度負偏差以下寬度的厚度允許正偏差≤1500＞1500～2000＞2000～2500＞2500～3000＞3000～3500＞3500＞5～80.600.200.200.400.500.600.80＞8～100.700.200.300.400.400.600.80＞10～160.750.250.250.350.450.550.85＞16～250.800.200.300.400.500.700.90＞25～400.900.200.300.400.700.801.00＞40～801.000.300.400.600.700.901.00＞801.500.300.500.700.901.001.00表2-4寬度及長度偏差〔mm〕寬度允許偏差切割狀態(tài)長度允許偏差鋼板長度﹢15剪切±20≤600000﹢25火焰切割﹢30＞6000002.4.2典型產品的化學成分及力學性能〔1〕碳素結構鋼Q235鋼的牌號和化學成分〔熔煉分析〕應符合表2-5規(guī)定表2-5鋼的牌號和化學成分〔熔煉分析〕牌號等級化學成分，%脫氧方法CMnSiSP不大于Q235A0.14～0.220.30～0.6510.300.0500.045F、b、ZB0.12～0.200.30～0.7010.045C≤0.80.35～0.800.0400.040ZD≤0.170.0350.035TZ注：Q235A、B級沸騰鋼錳含量上限為0.60%。成品鋼材、商品鋼坯的化學成分允許偏差應符合表2-6規(guī)定。表2-6鋼材的拉伸和沖擊試驗牌號等級拉伸試驗沖擊試驗屈服點б，N/mm2抗拉強度бbN/mm2伸長率б，s%溫度V型沖擊功〔縱向〕J鋼材厚度〔直徑〕，mm鋼材厚度〔直徑〕，㏕≤16＞16～40＞40～60＞60～100＞100～150＞150≤1616～40＞＞40～60＞60～100＞100～150＞150不小于不小于不小于Q235A235225215205195185375～500262524232221B2027C0D-20〔2〕低合金高強度鋼Q345Q345〔16Mn〕是一種鋼材的材質。它是低合金鋼，廣泛應用于橋梁、車輛、船舶、建筑、壓力容器等。Q代表的是這種材質的屈服，后面的345，就是指這種材質的屈服值，在345左右。并會隨著材質的厚度的增加而使其屈服值減小。

參考標準：GB/T1591-2023

《低合金高強度結構鋼》

注：Q345最新標準GB/T1591-2023

相對于老標準，最明顯的一個變化就是Mn元素含量的變化，從原來的1.0-1.60更正為≤1.70，取消了最小值的限定。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)現(xiàn)，科技的不斷進步，各種微量元素在鋼板中的應用也更加廣泛，Mn含量不再是影響鋼材強度和機械性能的唯一因素。所以中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會聯(lián)合發(fā)布實施的低合金高強度結構鋼標準，取消Mn含量區(qū)間的限定，只規(guī)定最大值。

對于Q345鋼材的檢測，一方面是鋼材的元素含量是否到達國標要求，最重要的一方面是通過專業(yè)機構檢測鋼材的機械性能〔屈服強度、拉伸試驗〕是否到達標準?；瘜W成分

Q345A：C≤0.20，Mn

≤1.70，Si≤0.50，P≤0.035，S≤0.035；Q345B：C≤0.20，Mn

≤1.70，Si≤0.50，P≤0.035，S≤0.035；Q345C：C≤0.20，Mn

≤1.70，Si≤0.50，P≤0.030，S≤0.030，Al≥0.015；

Q345D：C≤0.18，Mn

≤1.70，Si≤0.50，P≤0.030，S≤0.025，Al≥0.015；

Q345E：C≤0.18，Mn

≤1.70，Si≤0.50，P≤0.025，S≤0.020，Al≥0.015；

Q345A、B、C、D、E均含Nb≤0.07，V≤0.15，Ti≤0.20，Cr≤0.30，Ni≤0.012，Mo≤0.10。

類同命名Q345A，Q345B，Q345C，Q345D，Q345E。這是等級的區(qū)分，所代表的，主要是沖擊的溫度有所不同而已！

Q345A級，是不做沖擊;Q345B級，是20度常溫沖擊;Q345C級，是0度沖擊;Q345D級，是－20度沖擊;Q345E級，是－40度沖擊。在不同的沖擊溫度，沖擊的數(shù)值也有所不同。在板材里，屬低合金系列。在低合金的材質里，此種材質為最普通的。Q345過去的一種叫法為：16Mn。

Q345的外部執(zhí)行標準為：GB709，內部執(zhí)行標準為：GB/T1591-2023

由于執(zhí)行標準的原因，此種鋼板允許負公差交貨。(3)建筑用鋼板Q235GJQ235GJ是一種建筑結構用鋼，鋼板的尺寸、外形、重量及允許偏差應符合GB/T709的規(guī)定，負偏差限定為-0.3mm?；瘜W成分鋼的化學成分〔熔煉分析〕應符合表2-7的規(guī)定：表2-7鋼的化學成分〔熔煉分析〕質量等級厚度/mmCSiMnPSB6～100≤0.20≤0.55≤1.60≤0.025≤0.015C6～100≤0.20≤0.55≤1.60≤0.025≤0.015D6～100≤0.18≤0.55≤1.60≤0.020≤0.015E6～100≤0.18≤0.55≤1.60≤0.020≤0.015力學性能屈服強度ReH/〔MPa〕厚度6-16≥345厚度＞16-35345-465厚度＞35-50335-455厚度＞50-100325-445抗拉強度Rm/(MPa):490-610伸長率A〔%〕：≥22碳當量碳當量〔CE)CE〔%〕=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15焊接裂紋敏感性指數(shù)(Pcm)Pcm〔%〕=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/60+Mo/15+V/10+5B鋼板的碳當量〔CE)可用焊接裂紋敏感性指數(shù)(Pcm)替代交貨狀態(tài)規(guī)定厚度下的碳當量CE〔%〕規(guī)定厚度下的接裂紋敏感性指數(shù)(Pcm)≤50mm>50-100mm≤50mm>50-100mmAR、N、NR、N+T≤0.42≤0.44≤0.29≤0.29TMCP≤0.38≤0.44≤0.24≤0.26鋼板的包裝、標志、質量證明書應符合GB/T247的規(guī)定。2.5坯料及金屬平衡表的編制2.5.1坯料尺寸表2-8坯料來源及規(guī)格工程名稱厚度/mm寬度/mm長度/mm單重/t定尺坯定尺坯連鑄板坯100～5001400～23002500～36002.81～19.91自開坯≥120≥1200≥1500≥1.66用連鑄方法生產板坯，不僅縮短了冶金生產過程，更主要的是可以提高板坯的質量，因為連鑄坯的物理化學均勻性比初軋坯好，這對于提高成品率和降低生產本錢也是很重要的。連鑄板坯雖然受批量、材質等限制，但是具有單重大、成材率高、生產周期短、材質均勻、節(jié)能、節(jié)省人力等優(yōu)點。本設計選用連鑄坯作為原料。故本設計典型產品選擇的坯料如下表2-9所示。表2-9典型產品選擇的坯料序號鋼種鋼號規(guī)格〔mm〕坯料規(guī)格〔mm〕1碳素結構鋼Q23510×3000×6000100×1500×27002低合金高強度鋼Q34520×3000×9000150×1500×27003建筑用鋼板Q235GJ50×3250×6000200×2000×27002.5.2成材率概念用一噸原料軋制出合格產品重量的百分數(shù)稱為成材率。它反映了軋鋼生產過程中金屬的收得情況，其計算公式如下：〔2—1〕式中A—成材率，%；Q—原料重量，t；W—各種原因造成的原料損失量，t；成材率是一項重要的技術經濟指標，成材率的上下反映了生產組織管理及生產技術水平的上下。影響成材率的因素是各工序的各種損失。金屬損失主要有以下幾種：燒損：金屬在高溫狀態(tài)下的氧化損失稱為燒損。金屬加熱過程中的燒損與加熱溫度和時間有關系，加熱溫度越高，時間越長，燒損量就越大。燒損率一般在1%～5%。切損：切損是指切頭、切尾、切邊等大塊殘料損失。鋼鐵切損主要與鋼種坯料尺寸以及原料狀況等有關。本車間產品切損均為0.1﹪～6﹪.軋廢：軋件各工序生產中由于設備和工具、操作技術以及外表介質問題所造成的不符合質量要求的產品。如軋漏，軋卡，超差，軋扭，性能不合格等。它與車間的技術裝備、生產管理及操作水平有關。軋廢率一般在1﹪～3﹪。表2-10金屬平衡表編號鋼種單根原料重量/kg成品重量/kg燒損／％切損／％軋廢／％金屬消耗系數(shù)／％成材率／％1碳素結構鋼222320221.66.01.41.09991.02低合金高強度36.01.81.10090.93專用板建筑用86.11.01.09891.14造船46.21.71.10390.75橋梁95.81.51.10190.83生產工藝流程3.1生產工藝流程的制定依據(jù)制訂生產工藝過程的首要目的是為了獲得質量符合要求的產品，其次要在保證質量的根底上追求軋機的高產量，并能夠降低各種原料材料消耗，降低生產本錢。盡管由假設干工序組成的產品生產過程是比擬復雜的，但工序的取舍不是任意的。工藝設計的任務就是要掌握制訂工藝過程的原那么，正確選擇工序內容和確定各個根本工序的主要參數(shù)，以到達獲得產量高、質量好、消耗低的目的。制訂工藝過程的主要依據(jù)是：〔1〕產品的技術條件即產品的幾何形狀、尺寸精度、鋼的內部組織與性能及外表質量等要到達的某種要求。〔2〕鋼種的加工工藝性能鋼的加工工藝性能包括了鋼的變形抗力、塑性、導熱性及形成缺陷的傾向性等內容。它反映了金屬在加工過程中和難易程度，決定并影響了我們對金屬采用何種加工方式和方法，決定并影響了我們選擇工序內容和確定工藝參數(shù)?！?〕生產規(guī)模的大小一般生產規(guī)模包括企業(yè)規(guī)模的大小和品種批量的多少。企業(yè)規(guī)模的大小決定了工藝過程中采用作業(yè)還是冷錠作業(yè)的問題，是一次成材還是二階段生產的問題。批量的多少主要反映在選取設備的技術水平，產品本錢的上下上，而對產品的工藝過程無顯著的影響。(4)產品本錢本錢是生產效果的綜合反映，是各種因素影響的結果。一般鋼的加工工藝性能愈差，產品的技術要求愈高，其生產工藝過程必然就愈復雜，生產中的各種消耗就愈高，產品本錢必然會相應提高。反之，本錢下降。(5)工人的勞動條件工藝過程中所采用的工序必須保證生產平安，不危及勞動者的身體健康，不造成環(huán)境污染。上述制定工藝過程的各項依據(jù)是相互聯(lián)系，相互影響的，在確定工藝過程時必須綜合考慮。3.2生產工藝流程圖生產工藝流程圖如下3-1：圖3-1中厚板生產工藝流程3.3中厚板的工藝流程簡述3.3.1坯料的選擇本車間設計的坯料選擇選用連鑄坯。3.3.2坯料的檢查與清理〔1〕鑄坯常見缺陷連鑄板坯常見的缺陷有:外表縱裂紋、外表橫裂紋、星狀裂紋、皮下氣泡和夾雜、鼓肚、內部裂紋、中心偏析和中心疏松、非金屬夾雜等?！?〕坯料外表檢查鑄坯外表狀況檢查，傳統(tǒng)上都是由人工在切割前后，用肉眼進行直觀檢查，然而為了提高檢查精度，開發(fā)了熱外表缺陷檢測裝置。鑄坯坯的熱外表缺陷檢測裝置有使用探頭線圈的渦流探傷裝置和利用自發(fā)廣或照明光的光學探傷裝置。本設計采用人工檢查和超聲波探傷檢查?！?〕坯料的外表清理鑄坯外表存在的缺陷，除一些比擬輕的缺陷因其在加熱過程中被氧化掉，不會影響鋼板質量不需清理外，尺寸超過一定限度的缺陷都需要采用某種清理方法，將其去除掉，以免影響鋼板質量或造成廢品。常用的清理方法有火焰清理、風鏟清理、砂輪磨研、機床加工、電弧清理等。本設計采用火焰清理的方法。3.3.3坯料的加熱熱軋鋼材時，軋制前必須將原材料加熱到一定的溫度，其目的是提高鋼的塑形，降低其變形抗力，改善金屬內部組織與性能，以保證軋制工藝的順利進行。因此坯料加熱是熱軋鋼材生產中的重要工序。本車間接收的連鑄坯均為根據(jù)生產方案安排的合格定尺坯或倍尺坯，合格的定尺或可直接入爐的倍尺熱坯那么是通過連鑄車間的板坯熱送輥道將其逐塊送到本車間的板坯入爐輥道上，經稱重后由推鋼機(或裝鋼機)推至加熱爐內加熱。對于熱送熱裝的板坯，由于生產方案安排無法入爐加熱或當軋線出現(xiàn)故障無法入爐加熱時，熱板坯應進入緩冷坑中保溫。加熱的工藝操作包括對加熱溫度、加熱速度、加熱時間等工藝參數(shù)的控制以及對爐溫制度、爐內氣氛和爐壓等參數(shù)的控制。3.3.4除鱗除鱗是將在加熱時生成的氧化鐵皮〔初生氧化鐵皮〕去處干凈，以免壓入鋼板外表形成外表缺陷。初生氧化鐵皮要在軋制開始階段去處，因為這時氧化鐵皮尚未壓入鋼中，易于去處，同時去除面積小。本車間采用高壓水除鱗，加熱合格的板坯由出爐輥道送至高壓水除鱗箱。在通過除鱗箱時，由壓力約21MPa的高壓水噴除板坯上、下外表的氧化鐵皮，然后經粗軋機前輸入輥道輸送至四輥粗軋機處進行粗軋軋制。3.3.5軋制本車間是單機架生產，先將板坯展寬到所需的寬度并進行大壓縮延伸，再進行質量控制，包括厚度、板形、外表質量、性能控制。本車間采用綜合軋制法，即橫軋—縱軋法。首先縱軋1～2道次平整板坯，稱為成形軋制；然后轉90°進行縱軋成材，稱為延伸軋制。3.3.6熱矯直鋼板一般在600～850℃進行熱矯，較薄的鋼板溫度可能降低至500～550℃，較厚的鋼板可接近800～900℃。矯直速度是根據(jù)鋼板的矯直溫度、厚度及強度性能等因素確定的，速度范圍為0～2.5m/sec。矯直機的壓下量主要取決于鋼板的矯直溫度，一般在1.0～5.0mm的范圍內選取。對溫度較低的鋼板取較小值，對溫度較高的鋼板取較大值。此外，確定壓下量時還要考慮板厚的影響，厚度較薄的鋼板壓下量大，較厚者壓下量小。鋼板在矯直機上一般矯直1道，特殊情況下可采用3道。經過控制軋制和控制冷卻的鋼板，對其可能產生的不平直度，應消除到標準允許的范圍以內。3.3.7鋼板冷卻熱矯后的鋼板一般在600～900℃左右進入冷床。鋼板在冷床上逐塊排放，并可根據(jù)長度以1至4排的形式排放。一般情況下，鋼板在冷床上的橫向間隔為100～300mm；鋼板的橫向間隔應隨厚度或軋件單重的增加逐漸加大，將單位負荷控制在冷床允許的限度內。鋼板在冷床上，在無相對摩擦、不受劃傷的情況下通過，溫度下降至100～150℃左右時離開冷床。對于某些特殊用途的鋼種，如高等級管線鋼等，需要進行緩冷。需要緩冷的鋼板由吊車吊至緩冷區(qū)堆放，采用堆垛或堆垛后壓蓋方式緩冷，堆垛高度不大于1500mm，緩冷溫度約400～600℃。3.3.8剪切冷卻后的鋼板由輥道輸送，進入剪切線。為了標示試樣號，以及在后續(xù)剪切或下線處理時便于識別，在鋼板進入剪切區(qū)之前，將其在取樣位置上和“子板〞上自動標記出鋼板號和其它有關參數(shù)(在此設備建設之前，由人工完成)。小于50mm厚的鋼板首先經過切頭剪，切除頭尾“舌形〞和“魚尾〞局部，并視板長和板形情況進行分段處理，為后續(xù)的邊部剪切做好準備。鋼板在雙邊剪輸入輥道上經激光射線示位，并以升降橫移裝置或推板對中后，準備進行剪切。雙邊剪中的移動剪根據(jù)設定的成品寬度預先調定位置，左右剪機根據(jù)板厚調整剪刃間隙，鋼板由設于剪機左右前后的四對夾送輥，送入雙邊剪并以每分鐘最大30次的剪切頻率及每刀剪切長度max.1300mm的剪切步伐，剪切鋼板的兩邊。鋼板切邊后，送至定尺剪前，由升降橫移或擺動橫移裝置靠齊側邊，首先將鋼板前端切齊(成直角)，藉助剪機前后的測長輥，按要求剪成定尺長度。試樣在定尺剪上剪切，并由專用的輸送裝置送至試樣剪切區(qū)。由剪切間內的試樣剪(預留)切成毛樣，再通過輸送帶送入檢驗中心。試樣剪切過程中產生的廢料那么通過輸送帶送至廢料框或廢料坑內收集。各臺剪機切下的板邊廢料，均由其下方的輸送帶送至廠房外收集。大于50mm厚的鋼板在線外用火焰切割機和人工剪切和取樣。如不需進行熱處理(二期)，那么可通過橫移吊車返回到剪切線上，進行后續(xù)工序(外表檢查和修磨、標記)；如需要熱處理，那么通過預留的過跨平車送入熱處理跨。3.3.9定尺后鋼板的外表檢查和修磨為了確保成品鋼板的外觀質量，在剪切線后設有鋼板外表檢查站，對剪切標記后的鋼板進行最后的外觀檢查。鋼板在輸送過程中通過外表檢查站時，在良好的照明條件下，人工對上下外表、邊部、平直度和標記質量等進行目視檢查，如發(fā)現(xiàn)質量不合的鋼板，送至剪后橫移修磨臺架，根據(jù)缺陷類別，決定對鋼板進行修磨、矯直或其它處理。在檢查修磨臺架上，鋼板由人工直接進行外表檢查。先進行上外表的檢查和修磨，再經翻板機翻轉180，檢查下外表并修磨。0成品鋼板的入庫、存放和發(fā)運經剪切、檢查、修磨、標志后的合格產品，根據(jù)入庫方案，決定進入哪一個成品庫。鋼板通過輥道、橫移臺架、橫移吊車輸送至相應跨間后，由跨內吊車直接吊至指定堆存地點。4生產設備選擇4.1主設備的選擇4.1.1中厚板軋機型式用于中厚板生產的軋機有以下四種：二輥可逆式軋機、三輥勞特式軋機、四輥可逆式軋機和萬能式軋機。本設計中用了四輥可逆式軋機。四輥可逆式軋機1870年美國投產了世界上第一臺四輥可逆式軋機。它是由一對小直徑工作輥和一對大直徑支撐輥組成，由直流電機驅開工作輥。軋制過程與二輥可逆式軋機相同。它具有二輥可逆式軋機生產靈活的優(yōu)點，又由于由支承輥使軋機輥系的剛度增大，產品精度提高。而且因為工作輥直徑小，使得在相同軋制壓力下能有更大的壓下量，提高了產量。這種軋機的缺點是采用大功率直流電機，軋機設備復雜，和二輥可逆軋機相比方果軋機開口度相同，四輥可逆軋機將要求有更高的廠房，這些都增大了投資。四輥可逆式軋機用d/D×L表示，或簡單用L表示。D為支承輥直徑〔mm〕，d為工作輥直徑〔mm〕，L為軋輥輥身長度〔mm〕。四輥可逆式軋機的尺寸范圍：D=1300～2400mm，d=800～1200mm，L=2800～5500mm。四輥軋機是軋機中最大的，由于軋機生產出的鋼板好，已成為生產中厚板的主流軋機。軋輥棍身長度L應大于所軋鋼板的最大寬度bmax，即L=bmax+△式中△-棍身長度余量，由于本設計熱軋故取上限。當bmax＞2500mm時，△=200-400mm那么L=bmax+△=3250+250=3500mm。故本車間選用3500mm四輥可逆軋機。4.1.2軋機的布置中厚板車間的布置形式有三種：即單機座布置、雙機座布置和半連續(xù)式或連續(xù)式布置。我在本設計中用的是單機架軋機。一個機架既是粗軋機，又是精軋機，在一個機架上完成由原料到成品的軋制過程，稱之為單機架軋機。單機座布置的軋機可以選用任何一種厚板軋機，由于粗精軋在一架上完成，產品質量較差，軋輥壽命短，但投資省、建廠快，適用于產量要求不高，對產品尺寸精度要求較寬的中型鋼鐵企業(yè)。綜合各方面因素，本車間采用單機架布置。4.1.3中厚板軋機參數(shù)確定3500mm四輥可逆軋機參數(shù)選擇四輥可逆軋機用于將加熱后的板坯軋制到成品鋼板要求的尺寸和性能。該軋機主要有以下主要特點：(1)用于板形控制和平直的CVCPlus(2)工作輥彎輥和串輥；(3)快速工作輥換輥裝置；(4)快速機械壓下系統(tǒng)；(5)液壓AGC凋節(jié)；(6)入口和出口配有高壓水槍除鱗；(7)工作輥，支承輥輥身冷卻水系統(tǒng)：(8)軋機前后有水霧式煙塵抑制裝置。其主要技術參數(shù)如下表4-1：表4-13500軋機參數(shù)選擇工程參數(shù)工程參數(shù)軋機形式四輥可逆機械壓下速度0～40mm/s輥縫軋制力81450KN機械壓下電機AC23325KW軋制速度Max5.39m/s壓下螺絲S850360mm工作輥尺寸Φ103033500mm牌坊重量～300t支承輥尺寸Φ200033500mm牌坊中心距5400mm液壓壓下精度±10μm排放立柱斷面尺寸9003950mm軋機開口度～400mm排放高度～9120mm液壓AGC缸尺寸Φ145031350mm牌坊頸縮量～2318900KN/mm液壓AGC行程80mm主電機234500KW液壓AGC工作壓260bar主電機速度0～±40/100rpm液壓AGC響應時間～30ms額定力矩231180KNm液壓壓下精度±10μm最大過載力矩232385KNm機械壓下提升行程～680mm切斷力矩233283KNm4.2軋輥尺寸及材質4.2.1軋輥的參數(shù)計算軋輥的主要參數(shù)為輥身直徑、輥身長度、輥頸尺寸和輥頭尺寸。〔1〕輥身的直徑。中厚板軋機的輥身直徑應滿足以下條件:Dg≥式中Dg：軋輥工作直徑；△h為軋輥壓下量；α最大允許咬入角；α=15~22°根據(jù)經驗，四輥軋機的工作輥的棍身長L與棍身直徑D之比一般為2.5-4.0，這里取L/D=4，棍身長度為3500mm，故：D=3500/4=900mm重車率一般為5%--10%本次取其重車率為9％，那么工作輥的最小直徑D=0.9D=810mm，故工作輥直徑D=810-900mm，取900mm?！?〕軋輥的輥身長度由所軋鋼板的寬度確定。輥身長度由公式L=b+a確定，其中b－鋼板最大寬度，a－余量?！?〕工作輥、支撐輥尺寸輥頸尺寸為輥頸直徑d和輥頸長度l。由于采用滾動軸承，故：輥頸d=〔0.50～55〕D選d=0.5d=0.5×900=450mm，頸長度l與輥頸直徑之比為0.83～1.0，取l/d=0.85，那么l=382.5mm工作輥輥輥頭尺寸計算：由于采用萬向接軸的扁平型輥頭，故輥頭直徑D1=D-〔5～10〕=D-10=900-10=890mm支撐輥身輥尺寸計算:支承輥的棍身長L1=3500,L1/D1一般為1.30～2.50，取L1/D1=2.00，那么：D1=L1/2.00=1750mm取重車率為9%，故最小直徑D1min=1575mm，故支撐輥直徑D1=1575～1750mm，取1700mm。支撐輥輥頸尺寸計算：輥頸直徑d1=0.55D1=489.5mm，l1=0.85d1=416mm本設計選擇如表4-2.表4-2輥頸直徑和輥頸長度選擇軋機軋輥輥頸直徑〔mm〕輥頸長度〔mm〕單機架粗精軋工作輥450382.5支承輥489.5416(4)輥頭尺寸輥頭尺寸根據(jù)連接軸的型式而定。本設計采用萬向接軸的扁平型棍頭。其尺寸計算如下：D1=890mms=〔0.25～0.28〕D1=0.25×890=225mma=〔0.50～0.60〕D1=0.55×890=490mmb=〔0.15～0.20〕D1=0.15×890=135mmc=〔0.5～1.0〕b=0.8×135=110mm(5)軋輥材質工作輥支材質的選擇對硬度的要求是首位的。對工作輥主要要求有：良好的加工外表、抵抗局部變形的能力、高的扭轉強度和彎曲強度以及高壓高速下軋輥不致磨損而影響板厚和板型；在熱軋中厚板中工作輥材質以鑄鐵為主，硬度可到達Hs70~80。支撐輥材質的選擇:軋制中對支撐輥主要要求有：剛度要好，較高的疲屈服強度；好的應力狀態(tài)和抗裂紋擴展能力；好的耐磨性。本設計采用合金鋼作為支撐輥材質，其硬度可到達Hs50~55。5軋制規(guī)程的制定5.1中厚板工藝計算中厚板工藝計算包括壓下制度、速度制度、溫度制度。計算的中心內容是根據(jù)產品的技術、原料的條件、生產設備的能力，確定由一定的坯料軋制成所需鋼板的變形制度，確定所需采用的軋制方法、軋制道次及道次的變形量等制度。再進行設備強度和電機校核。5.2制定壓下規(guī)程5.2.1壓下制度壓下制度主要是確定軋制道次及每道次的壓下量。壓下規(guī)那么直接關系軋機的產量和產品質量，因此合理的壓下制度既要充分發(fā)揮設備潛力，提高產量，又要保證質量，并且要操作方便，設備平安。在設備能力允許條件下提高產量的途徑有提高壓下量、縮減軋制道次、確定合理速度規(guī)程、縮短軋制周期、減少換輥時間、提高作業(yè)率及合理選擇原料增加坯重等。主要是合理分配壓下量。提高道次壓下量，減少軋制道次。5.2.2壓下量分配原那么金屬塑性實踐證明，道次壓下率超過50%時，金屬塑性就不是限制壓下量的主要因素。咬入條件根據(jù)公式△hmax=D〔1-cosαmax〕，對于熱軋板帶時α=15°～22°，取α=20°?？傻密堉茣r，需滿足咬入條件：△h＜△hmax=D〔1-cos20°〕式中，△h為每道次壓下量；△hmax為最大壓下量；D為工作輥直徑。所以，△h＜△hmax=54mm軋輥強度軋輥強度通常是限制壓下量的主要因素，為滿足軋輥強度要求，金屬對軋輥總壓力必須小于軋輥強度所決定的最大允許壓力；在四輥軋機上由于支撐輥輥身強度最大，往往還需要考慮支撐輥輥頸的彎曲強度。5.2.3確定軋制方法由于采用單機架軋制，粗精軋在一個機架上完成。將板坯展寬到所需要的寬度并進行大壓縮延伸，再往成品方向軋制。本設計典型產品的軋制選擇綜合軋制法。綜合軋制法即橫軋一縱軋法。所謂橫軋即是鋼板的延伸方向與原料的縱軸方向相垂直的軋制。綜合軋制法，一般分為三步；首先縱軋1-3道次平整扳坯，稱為成形軋制；使板坯的寬度延伸到所需的板寬，稱為展寬軋制；接下來轉90度進行縱軋成材，稱為延伸軋制。綜合軋制法是生產中厚板中最常用的方法。其優(yōu)點是：板坯寬度不受鋼板寬度的限制，可以根據(jù)原料情況任意選擇。比擬靈活，由于軋件在橫向有一定的延伸，改善了鋼板的橫向性能。通常連鑄坯的規(guī)格尺寸比擬少，因此更適合采用綜合軋制法。5.2.4分配壓下量以Q235碳素結構鋼為例：坯料尺寸：100×1500×2700產品尺寸：10×3000×6000成品率為90%根據(jù)體積不變原理得出：10×3000×6000=100×1500×L×0.9L=1333取2倍尺取L=2700mm坯料尺寸為:100×1500×2700mm四輥可逆式中厚板軋制中厚板時，由于不受咬入條件的限制，在采用連鑄坯或初軋坯作為原料時，除鱗道次之后，可用大壓下量軋制，然后隨著鋼坯溫度降低，壓下量逐漸減小，最后1～2道次為了保證板形和厚度精度也要采用較小壓下量。軋制道次n：=8.7，單機架奇數(shù)道次，取n=9.按經驗分配壓下量如下表5-1。表5-1壓下規(guī)程軋制道次軋制方法尺寸〔mm〕壓下量△h〔mm〕壓下率△h%厚寬長0除鱗10015002700——1橫軋702700214330302橫軋50270030002028.63縱軋363000375014284縱軋27.5300049098.523.65縱軋21300064286.523.56縱軋16.5300081814.521.47縱軋13.530009999318.18縱軋11.5300011738214.89縱軋103000134991.513.05.3確定速度制度5.3.1速度制度中厚板軋機有兩種速度制度，三角形速度圖和梯形速度圖。本設計橫軋采用三角形速度圖，縱軋采用梯形速度圖。根據(jù)經驗，取平均加速度為a=40rpm/s，平均減速度為60rpm/s。由于咬入能力充裕，故采用高速穩(wěn)定咬入，軋輥咬入和拋出轉速一般在20～60rap和20～30rap范圍內。最末一道拋出速度可選用最高拋出速度〔可等于最高速度〕。故1到2道次咬入速度n1=25rap，穩(wěn)定軋制速度n2=40rap，拋出速度n3=25rap。3到8道次咬入速度n1=30rap，穩(wěn)定軋制速度n2=50rap，拋出速度n3=30rap。第9道次咬入速度n1=30rap，穩(wěn)定軋制速度n2=50rap，拋出速度n3=50rap。如下表5-2.表5-2速度表咬入速度n1〔rap〕穩(wěn)定軋制速度n2〔rap〕拋出速度n3(rap)1到2道次2540253到8道次305030第9道次305050其中，加速度a=40rpm/s2,減速度b=60rpm/s2。公式：t1=(n2-n1)/at2=[60L/πd+n12/2a+n32/2b-(a+b)n22/2ab]/n2t3=(n2-n3)/bt4=n1/bt5=n3/b其中，L-軋件長度〔mm〕；d工作輥直徑〔mm〕；t1-加速軋制時間；t2-等速軋制時間；t3-減速軋制時間；t4-空轉加速；t5-空轉減速。間隙時間取2到6s。5.3.2加速時間計算加速時間計算由公式：t1=(n2-n1)/a故：第一道次的加速時間為：t1=〔40-25〕/40=0.375s第二道次的加速時間為：t1=〔40-25〕/40=0.375s第三道次的加速時間為：t1=〔50-30〕/40=0.5s第四道次的加速時間為：t1=〔50-30〕/40=0.5s第五道次的加速時間為：t1=〔50-30〕/40=0.5s第六道次的加速時間為：t1=〔50-30〕/40=0.5s第七道次的加速時間為：t1=〔50-30〕/40=0.5s第八道次的加速時間為：t1=〔50-30〕/40=0.5s第九道次的加速時間為：t1=〔50-30〕/40=0.5s5.3.3等速時間計算等速時間計算由公式：t2=[60L/πd+n12/2a+n32/2b-(a+b)n22/2ab]/n2，其中工作輥直徑d=900mm。故：第一道次的等速時間為：t2={〔60×2143〕/900π+252/〔2×40〕+252/〔2×60〕-[(40+60)×402]/〔2×40×60〕}/40=0.633s第二道次的等速時間為：t2={〔60×3000〕/900π+252/〔2×40〕+252/〔2×60〕-[(40+60)×402]/〔2×40×60〕}/40=1.085s第三道次的等速時間為：t2={〔60×3750〕/900π+302/〔2×40〕+302/〔2×60〕-[(40+60)×502]/〔2×40×60〕}/50=0.925s第四道次的等速時間為：t2={〔60×4909〕/900π+302/〔2×40〕+302/〔2×60〕-[(40+60)×502]/〔2×40×60〕}/50=1.42s第五道次的等速時間為：t2={〔60×6428〕/900π+302/〔2×40〕+302/〔2×60〕-[(40+60)×502]/〔2×40×60〕}/50=2.06s第六道次的等速時間為：t2={〔60×8181〕/900π+302/〔2×40〕+302/〔2×60〕-[(40+60)×502]/〔2×40×60〕}/50=2.81s第七道次的等速時間為：t2={〔60×9999〕/900π+302/〔2×40〕+302/〔2×60〕-[(40+60)×502]/〔2×40×60〕}/50=3.08s第八道次的等速時間為：t2={〔60×11738〕/900π+302/〔2×40〕+302/〔2×60〕-[(40+60)×502]/〔2×40×60〕}/50=4.32s第九道次的等速時間為：t2={〔60×13499〕/900π+302/〔2×40〕+502/〔2×60〕-[(40+60)×502]/〔2×40×60〕}/50=5.33s。5.3.4減速時間計算減速時間計算由公式：t3=(n2-n3)/b。故：第一道次的減速時間為：t3=(40-25)/60=0.25s第二道次的減速時間為：t3=(40-25)/60=0.25s第三道次的減速時間為：t3=(50-30)/60=0.34s第四道次的減速時間為：t3=(50-30)/60=0.34s第五道次的減速時間為：t3=(50-30)/60=0.34s第六道次的減速時間為：t3=(50-30)/60=0.34s第七道次的減速時間為：t3=(50-30)/60=0.34s第八道次的減速時間為：t3=(50-30)/60=0.34s第九道次的減速時間為：t3=(50-5