冷轧带钢的工艺及车间设计毕业设计Word文档下载推荐.docx
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1.综述1
1.1冷轧综述1
1.1.1冷轧定义及优势1
1.1.2冷轧带钢生产的工艺特点2
1.1.3冷轧带钢主要产品3
1.1.4冷轧产品生产的发展4
1.1.5冷轧板带生产现状5
1.2冷轧板带生产技术6
1.2.1酸洗技术6
1.2.2轧制技术7
1.2.3平整技术8
1.2.4带钢涂、镀层技术8
1.3冷轧板带生产的新技术及发展趋势9
1.3.1冷轧带坯原料的无酸洗除鳞工艺9
1.3.2液氮冷却机用于带钢冷轧10
2产品方案及金属平衡11
2.1产品方案11
2.1.1编制产品方案的原则11
2.1.2产品方案表12
2.2金属平衡表12
3冷轧主要工艺流程14
3.1冷轧板带钢生产的工艺流程14
3.2冷轧板带钢各机组生产工艺流程15
3.2.1酸轧联合机组15
3.2.2清洗和退火16
3.2.3连续热镀锌17
3.2.4涂层机组17
3.2.5横剪机组18
3.2.6纵切机组18
327重卷机组18
328检查和包装18
4主要设备选择及参数的确定20
4.1设备组成20
4.2机组设备20
4.2.1酸洗一冷轧联合机组20
4.2.2罩式退火炉24
4.2.3单机架平整机26
4.2.4连续热镀锌机组29
4.2.5电镀锌机组32
4.2.6横切机组33
4.2.7纵剪机组33
4.2.8重卷机组34
5轧制制度的制定36
5.1轧制制度选择的依据36
5.2原料的选择36
5.3工艺制度的确定38
5.3.1压下系数的分配38
5.3.2张力制度40
5.3.3轧制速度制度41
5.3.4轧辊辊型制度44
5.4轧制力的计算46
5.4.1轧辊辊型、轧辊直径及摩擦系数选择46
5.4.2各道次轧制力计算48
6设备校核51
6.1轧辊校核51
6.1.1轧辊咬入能力校核51
6.1.2轧辊强度校核52
6.1.3轧辊参数的确定52
6.2轧辊强度校核53
6.2.1工作辊强度计算54
6.2.2支撑辊强度计算56
6.2.3支持辊与工作辊接触应力计算57
6.3电机功率校核58
7.车间年产量计算59
7.1轧机工作图表59
7.2轧机轧制节奏的确定60
7.3轧机小时产量61
7.4轧机平均小时产量计算62
7.5车间年产量计算63
8各项技术经济指标64
8.1技术经济指标64
8.2各项技术经济指标的确定64
8.3环境保护66
8.3.1轧钢厂主要生产工序污染物分析66
8.3.1有害污染物发生源主要部位69
8.3.2污染物的控制和处理70
9车间平面布置71
9.1仓库面积计算71
9.1.1原料仓库面积71
9.1.2中间仓库面积72
9.1.3成品仓库面积73
9.1.4其它面积73
9.2设备间距确定74
9.2.1轧机机列间的距离74
9.2.2轧机到切断设备的距离74
9.3车间跨距组成74
参考文献75
专题:
冷轧板表面纵向条纹缺陷成因分析76
1.宏观特征77
2.微观检验分析77
3.生产工艺分析78
3.1.热轧来料表面粗糙度测量78
3.2.冷轧工艺排查79
4.纵向条纹缺陷成因分析79
4.1.热轧来料原始粗糙度对纵向条纹缺陷的影响79
4.2.冷轧辊粗糙度对纵向条纹缺陷的影响79
4.3.冷轧轧制速度对纵向条纹缺陷的影响80
4.4.冷轧平整工艺对纵向条纹缺陷的影响80
5.结语80
参考文献81
致谢81
[
1■综述
钢铁作为基础的资料,在国民经济中有着举足轻重的地位。
在钢材加工过程中,除了少部分采用锻造或铸造等方法直接成材外,其余约80沖上都是经过轧
制成材。
而冷轧板带钢的生产工艺,避免了热轧中存在的温降和温度分部不均的弊病,可以生产出厚度更薄、尺寸更精确、表面更光洁、板形更平直的板卷。
在国民经济中,冷轧板带钢的生产占据着极其重要的地位。
本冷轧带钢轧制规程课程设计参考鞍钢冷轧厂2#线而进行。
本设计对冷轧
的生产特点以及主要工序作了简单的介绍,并制定了轧制制度,计算了轧制力,对轧辊强度、电机功率进行了校核。
力求通过本次课程设计能对冷轧带钢有更深层次的了解。
1.1冷轧综述
1.1.1冷轧定义及优势
冷轧是金属在再结晶温度以下的轧制过程。
冷轧时金属不会发生再结
晶,但会发生加工硬化现象。
加工硬化是金属在轧制过程中强度、硬度增加,而韧性、塑性下降的现象。
根据厚度不同,冷轧带钢还可大致分为以下几类:
普通带钢厚度为0.5mm以上;
薄带钢厚度在0.5〜0.15mm;
最薄带钢厚度在0.15〜0.05mm;
极薄带钢厚度在0.05〜0.001mm。
冷轧板带钢的优势:
1)可生产厚度更小的薄板
2)带材沿宽度和长度方向能获得均匀的厚度,板形更好。
3)冷轧时采用的轧辊表面光洁硬度大,可得到表面质量好,表面光洁
的产品
4)带材经冷轧后,进行不同的热处理,可以得到不同机械性能的产品。
因此冷轧带钢产品具有光洁的表面、精确的厚度、宽度可调、高的强度极限、优良的冷弯性能等特点,应用面极广。
特别是经济高速发展的中国,冷轧带钢将迎来前所未有的发展空间,在家电、汽车等行业尤为明显。
1.1.2冷轧带钢生产的工艺特点
热轧是最早出现的生产钢板的方法,其优点是钢在高温下塑性好而且变形抗力低。
但是,钢板在热轧过程中温度和温度降不均匀,使钢板厚度不均匀,性能不一致,更为重要的是,当厚度小至一定限度时,就根本不可能保持热轧所需的温度。
随着钢板宽、厚比值(B/H)的增大,在无张力的热轧条件下,要保证良好的板型也非常困难。
此外,热轧在目前还难以生产出表面光洁度较高的板带钢产品。
采用冷轧的生产方法较好的解决了上述问题。
首先,它不存在热轧的温降和温度不均的现弊病,因此可以生产出极薄、长度极长的带钢,。
其次由于原料经过了酸洗,去除了氧化铁皮,满足了带钢的光洁度要求。
较之热轧,冷轧板带钢的轧制工艺有以下三个特点[2]:
(1)加工温度低,钢在轧制过程中产生加工硬化;
加工硬化的影响:
(1)变形抗力增大,使轧制力加大。
⑵塑性降低,易发生脆裂。
(2)冷轧中采用工艺冷却与润滑(工艺冷润);
(1)工艺冷却:
冷轧过程中的变形热和摩擦热使轧件和轧辊温度升高,须采用有效的人工冷却。
(2)工艺润滑
工艺润滑的作用:
①减少金属的变形抗力(实现大压下和轧制更薄
板材);
②冷却轧辊;
③防止粘辊。
天然油脂(动、植物油脂)润滑效果优于矿物油。
常用冷润液-乳化液:
通过乳化剂的作用把少量的油剂和大量的水混合
起来,制成乳状的冷润液。
乳化液的冷却能力介于水和油之间,一般为水
的40~80%,随着乳化液浓度的增加,其冷却能力下降。
(3)冷轧中采用张力轧制:
张力轧制一轧件在轧辊中的辗轧变形是在有一定的前张力和后张力作用下实现的。
张力一作用在轧件轧制方向上的力。
前张力一作用方向与轧制方向相同的张力。
后张力一作用方向与轧制方向相反的张力。
张力的作用:
1防止带钢在轧制过程中跑偏(保证正确对中轧制);
2使所轧带钢保持平直(包括在轧制过程中保持板形平直以及轧后板形良好);
3降低轧件的变形抗力,便于轧制更薄的产品;
1.1.3冷轧带钢主要产品
(1)汽车板,如CQ(适用于制造形状简单的产品及机械咬合成型的产品)、DQ(适于制造拉延、冲压成型产品及厚度>
0.9mm的翻卷咬合产品)等深冲板。
我国作为目前世界上最大的汽车产销量国家,随着工业化和经济实力的提升,中
国汽车市场已成为全世界注意的焦点。
对汽车板的需求也达到了一个空前的高度,显然这也是目前冷轧发展的重点之一。
⑵高强钢板,如双相钢,复相钢等。
(3)电工用钢,如无取向,取向,高牌号到中低牌号硅钢片。
我国是电工钢
生产和消费大国,机电行业的快速发展带动了电工钢的消费快速增长,冷轧取向
电工钢是钢材品种中自给率最低的,显然具备很大的发展潜力。
另外,国家将加
大淘汰热轧电工钢的落后技术,为能源产业的高效节能、低碳经济作出更大贡献。
(4)建筑用钢板,如热镀锌板,电镀锌板,彩涂板等。
随着我国工业化和城镇化建设的快速突进,工业建筑、民用建筑对冷轧建筑板材的需求前景是十分广阔的。
(5)包装用钢板,如镀锡板,有机涂层板等。
优质薄规格的包装带材仍然是我国冷轧行业的薄弱环节。
目前已引起市场的注意。
(6)不锈钢板,如耐腐蚀板,装饰板,厨房用板等。
(7)家电用板,如洗衣机类,冰箱空调类等。
1.1.4冷轧产品生产的发展
根据目前我国冷轧产品的需求情况,一方面是解决国内自己需求的快速增长。
家电消费已进入每个中国家庭,车子、房子的需求高峰已经到来。
所以汽车板、建筑板等则是这类产品的典型代表。
另外一方面是替代进口,解决市场占有
率和自给率低的问题。
据有关资料介绍,在我国2010年进口的钢材中,板带材进口量占总进口量的比例超过80%,而其中进口量最大的品种依次为优质镀层板、高精度冷轧薄宽带钢、电工钢和不锈钢板带,总量占板带材进口总量的比例
超过70%。
我国冷轧宽带钢生产的产品厚度大多为0.25mm以上,可以轧制生产薄至0.18mm产品的大型设备屈指可数,大部分是单机架六辊或二十辊可逆式轧机可以生产这样的薄规格产品,但是目前有许多高新产品需要轧制更薄的规格,导致了目前冷轧带钢生产中薄规格产品缺乏的状况,例如,典型的镀锡板厚
度由0.18〜0.32mm向降至0.1〜0.18mm发展,还有一些电子用低碳深冲钢带如0.25mm厚的电阻帽冲压带,0.1〜0.2mm的电磁屏蔽材料,0.15mm的传统电视的荫罩材料等。
此外,电工钢的发展也需发展薄规格的高效电工钢,例如取向的Hi—B电工钢原生产厚度为0.27mm和0.23mm,现为了降低涡流损耗需将厚度减薄至0.15mm。
生产高效电机用的无取向电工钢同样为降低涡流损耗,板厚由原来通用的0.5mm和0.35mm厚减薄至0.1〜0.3mm。
同样,薄规格彩涂板也受到建筑业等领域的广泛欢迎,由典型的0.35mm和0.5mm
降至0.12mm、0.16mm和0.18mm,可节约金属消耗与成本。
所以薄规格彩涂板的基板也一直供应紧张,而且也限制了薄规格彩涂板生产。
据估计薄规格的需求量(0.15mm以下)每年超过200万吨,所以,生产薄规格、多品种的带材变得十分的需要,在一些冷轧厂已有CDCM冷连轧机组的基础上,增建一些高品质的单机架可逆式六辊轧机或多辊轧机,是尽快应对调整产品规格需求的重要措施。
1.1.5冷轧板带生产现状
近十年来,我国冷轧板带生产需求一直呈现非常旺盛的局面,产能扩张十分
迅猛,至2010年初步统计,已建和在建的冷轧板带产能达到9000万吨左右,其中建有宽带钢冷连轧轧机超过40台套,而单机可逆式宽带钢轧机100余套,冷轧宽带钢生产产能超过70%以上为冷连机生产。
近五年来我国钢材及冷轧带的生产增长情况见表1。
可以看出,我国钢材产量在2005年到2009年的得到快速增长,同时冷轧板带材产量逐年快速增长。
由于冷轧板占钢材总量的比例较低,虽然也逐年缓慢增长,至今仍不足12%,其增长的速度显然远远滞后于市场需求。
随着我国工业化进程和城镇化发展,汽车消费的普及,钢材的生产与消耗比例将会向发达国家靠近。
近年来我国钢材生产的实际情况也证明了这点。
因此,从长
远和发展的观点来看出,冷轧板带材需求与发展的前景是广阔的,发展的空间也是非常巨大的。
如果按照钢材总产能7亿吨计算,每年冷轧板带材产能增加1%,到2015年达到16%,则需增加产能3500万吨,还不到发达国家所占比例的一半。
冷轧带钢技术的发展
近年来,冷轧带钢生产技术的发展主要是增加钢卷重量,加快机组速度,提高产
品厚度精度,改善板形,提高自动化程度以及改进轧机结构和生产工艺等。
1)增加钢卷重量。
增加钢卷重量是提高设备生产能力的有效方法,因为冷轧带钢是以钢卷方式生产的,每一个钢卷在送到机组内轧制或处理前,都必须经过拆捆、开卷、穿带,然后加速到正常速度工作,在每一卷终了时又需要有减速、剪切、卷取及卸卷的过程,占用较多的生产时间。
钢卷重量增大后,可相应地增加作业的时间,而且由于每卷带钢长度的增加,带钢在稳定速度下轧制的时间也相应增加,机组的速度才能真正得到提高,带钢的质量也才能得以改善。
然而,钢卷重量也不可无限制地增加,它受到开卷机、卷取机等机械设备的结构与强度的限制,也受到电动机调速范围的限制,而且卷重太大还会给车间内钢卷的运输和存放带来困难。
目前,冷轧带卷的重量已达40吨,个别的达到60吨,以带钢单位宽度计算的卷重达到30公斤/毫米至36公斤/毫米。
2)提高机组和轧机的速度。
以五机架轧机为例,五十年代大都在20米/
秒左右,六十年代以来已逐步提高到30米/秒左右,最高轧制速度达37.5米/秒。
六机架冷连轧机的最高轧制速度已超过了40米/秒。
但是,轧制速度的进一步提高会受到工艺润滑材料与方式的限制。
其他作业线(如单机架平整机组、双机架
平整机组、各剪切机组、连续热镀锌机组、酸洗机组、电镀锡机组等)的机组速度也都相应提高。
3)为提高冷轧带钢的厚度精确度,在冷轧机上采用了全液压压下装置,以便增加轧机压下装置的反应速度,并采用了带钢厚度自动控制装置。
对于高速、高产量的带钢冷连轧机,实现了计算机控制。
4)在带钢冷连轧机上,广泛采用液压弯辊装置来改善板型。
5)在生产操作自动化方面,普遍采用各种形式的极限开关、光电管等,对
每个动作实行自动程序控制。
实现了钢卷对中、带钢边缘纠偏、机组中带钢速度
的自动调整、剪切钢板的自动分类等自动化操作和控制。
6)1971年以来,出现了全连续式冷连轧机。
这种轧机只要第一次引料穿
带后,就可实现连续轧制。
此时,后续带卷的头部通过焊接机与前一带卷尾部焊接在一起。
为了保证带钢能够连续轧制,在连轧机入口端设置了活套装置。
在冷连轧机组出口端设置了分卷用的飞剪机,并设置了两台卷取机,以便交替地卷取带钢。
全连续式冷连轧机即使在换辊时,带钢依然停留在轧机内。
换辊一结束,轧机可立即进行轧制。
采用全连续式冷连轧机,可以提高生产率30〜50%,产
品质量和收得率也都得到提高。
1.2冷轧板带生产技术
近20年来,我国冷轧板带生产技术得到了长足发展,并逐渐接近国际先进水平。
而就工艺技术而言,目前我国已达到国际先进水平。
1.2.1酸洗技术
20世纪70年代末,通过武钢生产实践和国外技术发展表明:
盐酸酸洗效率高,质量好,不浸蚀带钢基体,废酸可以再生。
随之国内几乎所有酸洗机组均采用盐酸酸洗而不再用硫酸酸洗。
国内普遍采用的酸洗工艺有半连续式和连续式(卧式、塔式)。
半连续式以推拉式酸洗为主,其设备简单、适应性强、操作方便、占地少、投资省,尤其适用于中、小型钢厂。
目前该设备已完全国产化,生产能力可
以超过50万吨。
连续式则以卧式机组居多。
其生产效率高、产量大,易于和其他机组结合形成联合工作形式。
目前效率高的酸洗机组都是间接加热酸液;
各槽独
立设置酸液循环系统,以保证槽间浓度差;
在线可检测酸液浓度,并能自动调节新酸的补充量;
密封的槽盖由机械开启。
20世纪80年代中期,国外在浅槽酸洗的基础上又发展了紊流酸洗。
酸槽结构按流体力学原理设计,槽内酸的流动在带钢表面形成紊流状态,明显提高了酸洗速度和酸洗质量。
故近几年,国内新设计的
酸洗机组都采用了(相类似的)紊流方式。
1.2.2轧制技术
20多年来,我国从仅有几台单机架轧机发展到现在,冷轧机组主要有以下2
种类型:
(1)连轧机组(四辊或多辊):
单卷连轧全连续冷轧机组、酸洗一冷轧联合机组。
(2)可逆轧机(四辊或多辊):
单机架可逆轧机、双机架可逆轧机。
全球2/3以上的冷轧板带产品是用连轧机组生产的,我国75%以上的冷轧板带产品也是用连轧机组生产的。
由于全连续冷轧机组和酸洗一轧机联合机组具有生产节奏快、成材率高、成本低、产量大、占地少、投资省、产品质量好等明显优势,武钢、本钢、鞍钢、益昌薄板公司、攀钢等已将单卷连轧方式改造为全连续方式。
现在,大型钢厂新建冷轧厂无一例外地均选取了联合机组。
1997年投入使用的双
机架可逆轧机利用了单卷轧制所具有的灵活性、多变性,但减少了可逆道次,提
高了产量,更适合生产薄带和特殊钢、高强钢等产品。
当产量在50〜80万吨时,
值得考虑使用。
济钢和江阴泓联、浙江龙盛冷轧厂正在进行这方面的有益尝试。
目前,我国四辊轧机应用最多,若辅以必要的弯辊、分段冷却、液压AGC等手段也能生产质量上乘的产品。
而六辊轧机由于控制手段多,因此生产对板形要求高、对凸度要求严的产品更有利一些。
目前我国实用的消除加工硬化的退火工艺主要有2种:
罩式炉(成批)退火和连续退火。
罩式炉退火工艺加热时间长,适用于深冲钢。
内罩里采用氮气、氮氢混合气体或全氢气体等方式,其中全氢保护方式已成为近几年罩式炉退火的首选方式。
这是因为H2的导热系数为N2的6倍(重度仅为N2的25%)。
并且在整个退火过程中几乎不对带钢产生氧化反应;
可提高钢卷加热速度和冷却速度40%〜
50%,使热处理时间节省约30%。
连续退火工艺克服了罩式炉退火周期长、人
力多、占地大等不足,以其产量大、生产稳定、效率高而得到飞速发展。
它将表面清洗、退火、平整、分卷剪切等工艺过程集于一身。
使产品沿纵向长度上的轧制性能更加一致、均匀,质量好,收得率高,生产周期也从1周以上缩短至1〜
2天。
通过与炼钢技术的结合,加上清洗技术以及控制退火后带钢的冷却速度,可以方便而经济地生产出不同强度级别和深冲等级、表面质量要求高的带钢,满足不同行业的要求,只是其对产品的厚度有一定限制。
目前大型连续退火机组尚未完全国产化,故以相同的功能比较:
连续退火工艺的一次性投资比罩式炉退火工艺的投资要高一些。
1.2.3平整技术
根据产品种类不同,国内的平整机多采用单机架四辊轧机;
双机架平整多用于镀锡板平整和二次冷轧。
轧辊采用毛辊或光辊,以满足不同用户对带钢表面粗糙度的不同要求。
安装在镀锌机组后面的平整机也称为光整机,它与拉矫机配合,可完成伸长率恒定或轧制力恒定的控制,以改善板形,进一步提高涂敷性和深冲
润滑性。
平整工艺有干平整和湿平整两种。
干平整时,辊面粘附的一点点杂质都会在成品带钢上产生周期性压痕,影响质量,因此需使用专用设施在负压作用下吸收带钢表面的碳化粉末及油污。
湿平整时,平整液的润滑作用使带钢的(微小)变形均匀、平整力下降,可阻止带钢表面产生压痕,对辊面的粗糙度也起到一定的保护作用,可延长轧辊寿命。
但要使带钢表面达到一定的粗糙度,毛面辊的粗糙度因使用湿平整液而需有所提高。
1.2.4带钢涂、镀层技术
国内带钢镀层大致可分成热(浸)镀、电镀2种。
应用多、产量大的主要是热镀锌。
20世纪80年代初,国内仅武钢有1条热镀锌机组,年产15万吨,目前全国有几十条机组,产能约600万吨。
热镀锌的生产工艺主要有森吉米尔、改良森吉米尔和美钢联工艺等。
20世纪90年代后,在NO炉前加化学清洗段的改良森吉米尔工艺以及在全辐射管前设化学清洗、电解清洗的美钢联工艺已占统治地位。
国
内已建和新建镀锌机组都注意了专业化、大型化、高速化的生产,并注重带
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