初轧工艺制度课程设计汇编Word格式文档下载.docx
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70年代末,已很少建造初轧机,几乎不再建造专门生产板坯的板坯轧机。
在连铸生产占比重高的工厂,有的在带有立棍的方坯—板坯初轧机后配置钢坯连铸轧机,克服了连铸机因经常更换浇铸规格而降低作业率的缺点,扩大了产品类型,与连铸生产相配合,可生产多种规格的板坯、方坯、和圆坯。
此外,为生产小断面的材料,也用初轧机将连铸坯制成小坯料。
用万能式板坯初轧机轧制方坯的主要措施是在水平轧辊两端各开一个箱型孔,立棍随推床同步横移,如果轧制更宽的板坯则要换上没有轧槽的轧辊,为了减少换辊耽误的时间,应设置快速换辊装置。
在多种品种的轧机上生产宽边工字钢用的异形坯的技术还在研究中。
目前,有些新型初轧机从均热炉加热到轧制、精整和冷却,整个生产过程都采用计算机控制,并配置与全厂生产管理相联系的计算机系统。
初轧机技术的发展,降低了能耗,提高了收得率。
最好指标已近97%。
主要措施有:
提高沸腾钢的比例,上铸钢锭时采用防溅桶以减少表面结疤;
镇静钢挂绝热板、加发热剂以切头;
钢锭采用凹底盘浇注;
沸腾钢锭用大头进钢轧制,改变轧制压下制度,以减少底部鱼尾段的长度;
沸腾钢采用瓶口膜和机械封顶以减少缩孔;
合理剪切以减少切损和发展半镇静钢等。
为了提高轧机产量普遍采用多锭串轧。
双锭串轧与单锭轧制相比,总轧制时间可缩短25~30%,轧机产量可提高10~30%。
此外,采用液芯装炉法,可节约均热炉的燃耗。
1.2钢锭的分类及钢锭模的设计
1.2.1钢锭的分类
因浇铸前钢液中含氧量的不同,钢锭分为镇静钢,沸腾钢和半镇静钢三种基本类型。
镇静钢
又称全脱氧钢,是凝固过程中钢液内含量低到不会与钢中碳反应生成一氧化碳起泡的钢。
铸前钢液须经充分脱氧(如用硅和铝脱氧,钢中硅含量在0.3%左右,铝含量在(0.02~0.06))。
镇静钢锭均有缩孔,必须用带保温帽的定模浇铸。
轧制后经过切头,钢锭成材率为85~89%。
要求成分均匀、组织致密的钢材采用这种钢锭。
镇静钢采用上大下小带保温帽的铸模。
近年广泛采用发热保温帽和隔热板保温帽等以提高成材率。
沸腾钢
钢液中含氧量较高(0.01~0.04%)、在锭模中发生强烈碳氧反应、生成一氧化碳气泡,是钢液在模中沸腾而得名。
这种钢凝固一开始,气泡酒形成并上浮。
钢锭表皮凝固成含铁较纯的壳层。
当表层达到多要求的厚度时,在钢锭顶部加上盖顶,使顶部凝固,阻止气泡继续溢出;
也可以在顶部加入硅铁、铝等脱氧进行化学封顶;
也有用瓶口式锭模进行封顶。
另一种方法是在钢液凝固成表面层后即向整体钢液中加铝脱氧,这种钢锭称为外沸内镇钢。
沸腾钢一般采用上小下大敞开式的瓶口式铸模。
沸腾钢锭成坯率高达90~92%,主要用于低碳钢。
半镇静钢
介于镇静钢和沸腾钢之间的钢种。
这种钢内部气体少,结构接近于镇静钢。
半镇静钢浇铸初期不产生气泡,当项目自然凝固封顶后(可采用瓶口模促进封顶),由于钢液中碳和氧的富集和温度降低,促使在钢锭顶部产生少量一氧化碳气泡,填充整个钢液的凝固收缩空间。
因此,可得到与沸腾钢相近的钢锭成坯率。
半镇静钢主要用于中等含量和中等质量的结构钢,所以铸模一般为敞开式上小下大型。
脱模、浇铸完毕的钢锭,需待内部完全凝固后方可脱模。
对裂纹敏感性强的合金钢锭,脱模后在应在热状态下(大于900°
C)放入缓冷坑中保温缓冷,或在不低于750°
C温度下热送入轧钢车间的均热炉或加热炉。
1.2.2钢锭模设计
钢锭模是炼钢厂模铸生产必备的,周转使用的大量铸锭设备。
它对钢锭表面和内部质量以及钢锭成本有重要影响。
钢锭模寿命(次)或钢锭模消耗(kg/t钢)是炼钢生产的一项主要技术经济指标。
由于连铸具有大幅度节约能源、提高铸还成材率,易于实现自动化和机械化、显著降低生产成本等优点。
在我国得到了迅速的发展,1999年底我国的连铸比已经达到70%左右的水平,即使在这样的情况下,我国的钢铁生产技术水平和连铸技术水平与国外先进水平比较也还有相当大的差距,钢铁生产原材料和能源等的消耗还较大,一些高合金钢、质量要求较高的钢材品种的连铸生产还有困难,由于我国的钢的总产量大,加之某些钢铁品种现在还相对比较适宜用模铸生产和一些小批量的特殊钢种的生产还只能用模铸方法进行,因此模铸钢的浇铸将在今后相当长的时期占据较大的产量。
我国钢锭模的模耗水平与世界先进水平相比,还具有较大的差距。
先进水平国家的模耗水平一般为5-6kg/吨钢,而我国最好的模耗水平为8-10/吨钢,个别小企业的模耗水平甚至达到了40-50/kg吨钢,上述数字说明了目前我国钢锭模的模耗比较高,使炼钢成本增加:
说明降低钢锭模的模耗还具有很的潜力,通过钢钉设计的优化,改进,可以将降低钢锭模模耗,从而降低生产成本、节约大量的原材料与大量的人力物力,并且能大大的缓解铸造厂家钢锭模的铸造压力,也有利于提高铸造厂工人的劳动质量和有利于环境保护工作。
2.原料的选择
2.1原料的选择
一般轧钢常用的原料为钢锭,轧坯和连铸坯,我们进行的是钢锭的初轧工艺制度制定,原料为钢锭,钢锭断面尺寸的选择主要考虑满足成品的要求,选择合适的钢坯尺寸十分重要。
坯料的选取原则:
1)坯料单重的选择:
尽量减少轧制过程中的金属消耗、轧件头尾断面尺寸差合乎标准、操作方便:
轧制后,切头尾,正好是成品的定尺倍数,避免短尺的出现:
成品孔出来的轧件不要太长,避免头尾温差过大而使尺寸超标。
此外,横列式炸鸡前后输送辊道的长短,纵列式轧机两个机架与热锯机的距离、翻钢操作等都是选择坯料单重时所要考虑的因素。
2)坯料断面形状的选择:
以轧制变形过程最合适为原则,因为使用的是钢锭,还得考虑铸锭工艺上的要求。
3)坯料长度的选择:
主要受加热炉的有效宽度限制。
当选择坯料长度时,在轧制可能的条件下,应尽量使加热炉的炉底面积得到充分利用,发挥设备的潜能。
4)在轧机设备一定的条件下,坯料断面尺寸主要决定于轧机可能布置的轧制道次以及每道最大可能的平均延伸系数。
在使用钢锭做坯料的地方,选择坯料断面尺寸时,还应保证从坯料到成材有一个足够的变形量。
变形量过小,表面缺陷不易消除,内部组织也得不到改善。
此外轧辊强度和轧件在轧制时能否咬入也是选择坯料断面尺寸时所应考虑的。
2.2原料的清理
尽管炼钢工艺的不断改进使坯料的表面质量不断提高,但是用户对轧件质量的要求也在不断提高,因此在轧制之前,特别是在对于表面质量要求很高的优质轧件清除坯料表面缺陷对提供产品质量仍起着重要作用。
大部分用户要求钢铁制品商提供“零缺陷”的钢材,坯料清理和成品的整理是满足钢材产品“零缺陷”要求的正确途径。
对于本次研究中的扁锭采用检查清理工序如下:
抛丸、超声波探伤、无损表面探伤、修磨。
抛丸处理即用一定质量的钢球通过外力作用撞击在钢坯上,使钢坯表面的氧化铁皮等污染物脱落,从而暴露钢坯表面缺陷的一种方法。
传统的清理方法就是采用酸洗。
由于在酸洗过程中对环境产生极大地污染,在各国对环境保护的日益重视的情况下,酸洗的基建投资和用于废酸处理的运行费用越来越高。
70年代后期逐渐以抛丸处理代替了酸洗处理。
探伤包括内部探伤与外部探伤。
一般采用超声波探伤和荧光磁粉探伤对坯料的内部质量与外部质量加以检测。
清理坯料表面缺陷的方法有:
人工火焰枪清理、火焰清理机清理、人工风铲清理、人工砂轮修磨清理、修磨机清理。
现在清理钢坯的主要方法是修磨机清理少量的巨擘缺陷辅助以人工砂轮修磨清理。
2.3根据产品选择原料
结合以上原料的选取原则,并参考依据:
1.炼钢能力;
2.加热炉尺寸:
1)炉型:
上不单侧烧嘴均热炉
2)炉坑尺寸:
3)空气预热温度450摄氏度
4)预热器受热面积:
37.5平方米
5)预热器前后烟气温度:
预热器前1100度,预热器后700~800度;
3浇铸只数12—14只;
我们所采用的钢种,原料重量,产品成品尺寸如下:
轧制钢种:
GCr15
原料重量:
3.2t吨扁锭
产品成品尺寸:
70×
370mm产品原来尺寸:
540×
610mm
坯料钢种的化学成分(WT%)
C
Mn
Si
P
S
Cr
Ni
Cu
V
Mo
1.45~1.70
≤0.40
≤0.03
11~12.5
≤0.25
≤0.30
0.15~0.30
0.40~0.60
Cr12MoV轧制开坯的生产方法,其特征是采用“均热炉家热钢锭+初轧机二火轧制”的开坯工艺:
(1)均热炉一火加热:
钢锭重≤1.5吨;
入炉温度≤500℃保温2小时;
升温速度≤80℃/h;
1180℃保温4小时;
保温时钢锭翻身,阴阳面温差≤30℃;
(2)初轧机一火开坯:
轧制前,关闭轧辊的冷却水;
轧辊预热,温度150℃;
辊速≤10转/分;
轧件的终轧温度≥1050℃;
轧制压下量≤20mm,且保持同方向轧制;
轧件回炉加热;
(3)二货加热:
1170℃保温1.5小时;
(4)二火开坯:
轧辊预热;
辊速≤10转/分;
轧件的终轧温度≥1050℃;
压下量≤40mm。
实施本发明专利对Cr12MoV进行加热开坯,具有工艺简单、生产周期短、钢坯表面质量优、成本低的特点,产品质量符合GB/T1299-2000标准要求,经济效益显著。
3轧制工艺制定
3.1加热制度
3.1.1加热炉
加热炉形式:
按其构造分:
连续式加热炉(步进式和推钢式)、室状加热炉(特重、特厚、特短的板坯,或多品种、少批量及合金钢,生产灵活)和均热炉(多用于钢锭直接轧制特厚板)三种。
推钢式:
优点:
设备简单、操作容易掌握、投资少。
缺点:
钢坯在水梁上滑动产生擦伤;
加热时间长,钢坯氧化,脱碳严重;
容易粘钢;
不能空出炉。
步进式:
靠动梁的上、下、前、后、平移动作而实现,故炉长不受限,操作灵活,易于空出炉。
不会造成钢坯划痕,加热效率高。
便于调整坯料间隙和
加热时间,易于调整出炉节奏,适应冷装坯,冷热混合坯在炉内的加热条件控制。
根据经验我们选择均热炉。
在初轧前把钢锭加热或保温一定时间,通过热扩散是钢锭内部温度均匀而适于金属塑性加工用的坑式炉。
炉膛为长方形,钢锭在炉内竖放。
通常由几个炉坑组成一组,共用一套控制系统。
多数使用气体燃料加热,也可用重油。
均热炉是周期性工作的,其温度制度和供热制度随时间变化。
均热炉主要用于均热脱模后的热钢锭,也可以加热冷钢锭。
在充分利用钢锭潜热的情况下,单位耗热可为(00.5-00.7)×
10千卡/吨。
按结构特点,均热炉可分为蓄热式,换热式(有中心供热的,四角供热的和上部双侧或单侧供热的)和电均热炉(见冶金炉)。
蓄热式均热炉炉坑两侧有蓄热室,预热空气和煤气,缺点是来回换向,温度不均匀,影响加热质量;
特别是炉坑长度受温度差容许范围的限制,不能适应大钢锭,大轧机的要求。
换热式加热炉中心供热换热式均热炉,炉坑内钢锭靠墙放置,烧嘴在炉底中央,火焰垂直向上。
在炉坑两侧有换热器,预热空气。
缺点是底部中心烧嘴及其围墙占用炉底面积,并易受钢锭碰撞和炉渣侵蚀;
陶制空气换热器漏风严重。
中国从60年代将许多这种均热炉改为上部四角供热的换热式均热炉,消除了中心烧嘴所带来的缺点,丹结构较为复杂。
上部单侧供热的换热式均热炉,烧嘴在长方形炉坑一个端墙上,火焰呈U形,烟气由供热烧嘴下面的排烟口排出,进入换热器。
优点是单位主跨间的生产率高,可缩短运锭距离,适合于初轧机大型化的要求,是60年代以来国际上新建均热炉的主要炉型,中国新建的均热炉多为这种炉型。
主要问题是较难保持沿炉坑长度上的温度均匀性,采用火焰长度和射程可调的烧嘴是解决这一问题的有效措施。
3.1.2加热的目的
1.把金属加热到单相奥氏体的温度范围内进行轧制,此时既无组织应力又无良好塑性的面心晶格,对变形特别有利;
2.提高原料的塑形,以便于压下,提高成品尺寸精度和表面光洁度;
3.在高于再结晶温度轧制时,不存在加工硬化现象,故变形抗力减小,故轧制能耗也降低;
4.使钢坯内外温度均匀,减少由于温差造成的内应力,有利于轧制的进行;
5.原料的加热可以使不均匀的组织借助于扩散而得到改善,改变其内部结晶组织或消除轧制中造成的内应力,提高其机械和物理性能;
6.原料加热良好能减少轧辊和其它设备零件的磨损,从而提高零件寿命,并能采用较大的压下量,减少轧制道次,增加轧机利用率。
3.1.3加热的要求
钢坯在轧制前加热的好坏直接影响轧机产量,产品质量和能量消耗,设备安全及其他技术经济指标。
对此,必须满足以下加热要求:
1.加热温度要准确,不产生过热和过烧;
2.加热时钢坯内外温度要均匀,尽量将温差限制在允许范围内,否则产生热应力;
3.尽量减少板坯加热时氧化损失,以降低成本,提高表面质量;
4.防止含碳量高的钢坯在加热时脱碳;
5.不同的钢种制定不同的合理的加热制度。
3.1.4加热温度的确定
热轧温度要根据有关塑性,变形抗力和钢种特性来确定,必须使金属在某一温度下内部组织状态最适宜压力加工。
由于各种钢的化学成分和组织的不同,所以热轧的温度范围也不同,而且还要考虑到热加工的要求,主扎线工艺,设备的特点,以求获得最佳的加热温度。
1.温度的上限和下限;
对低合金钢和碳钢,可根据Fe-C平衡相图确定加热温度的上限和下限,理论上应当是固相线AE,实际上加热温度上限一般低于100-150℃。
其下限理论上高于Ar3(高30-50℃),这个温度通常是1150-1250℃。
此外还要考虑到出炉到轧制终了时的全部温降情况。
2.加热温度必须考虑轧钢工艺的要求和设备布置的特点等;
3.合金钢的加热温度,尤其高合金钢中合金元素的种类,含量不同,故具体考虑。
3.1.5加热时间
是指金属装炉后加热到加工要求温度所需要的时间。
加热时间长短不仅影响炉子产量,也影响刚才质量。
所以合理确定加热时间对实现正确加热,提高炉子产量,保证加热质量和改善炉子的各种技术指标具有重要意义。
加热时间与钢种、皮料尺寸和形状、钢料在炉子摆法、炉型结构以及装炉温度等因素有关。
确定加热时间除惊醒理论计算外,还可根据生产实践进行估算的方法。
实际上运用经验公式和实际资料是当前设计中确定加热时间常用的方法。
连续式加热炉的加热时间计算的估算公式:
T=K1B
式中,T——加热时间,(h)
B——钢料厚度,(cm)
K1——考虑钢的化学成分和其他因素影响的修正系数。
系数K1的选择
钢种C
碳素钢0.1-0.15
合金结构钢0.15-0.20
高合金结构钢0.20-0.30
高合金工具钢0.30-0.40
3.1.6加热速度的确定
确定加热速度时,要考虑钢的导热性。
由于钢在500~600℃以下时塑性很差,为了避免加热过程中产生巨大热应力,应采用较小的加热速度,一般为9~11分钟/厘米。
3.2加热操作规程
1)钢锭加热的复温温度、升温温度、均热温度必须严格按钢锭加热工艺制度执行。
2)配坑的钢锭应按其中加热速度最慢,出炉温度最低的一种进行加热,低温钢出炉后,存炉钢再按规定升温保温。
3)对于装炉温度有限制的钢类,钢锭装炉完毕后,复温时间从装完加盖时算起,复温温度不能高于装炉温度,但不能低于装炉温度100℃,若未达到复温温度可开气升温到装炉温度,其升温速度不限。
4)装炉温度、复温温度、升温温度以仪表为准,保温温度以炉内钢锭温度部位的实际温度为准。
保温时间以仪表曲线显示为准。
3.3压下规程制定:
3.3.1压下规程
3.6吨锭型轧制80×
460压下规程
孔号
道次
指针数
H×
B
△h
△b
610
1
1
450
510
30
2
420
480
3
390
4
360
↙↙
5
330
6
300
7
270
8
250
305×
650
25
40
↙
2
9
455
620
10
425
590
11
395
560
12
365
530
13
335
500
14
310
475×
3
15
305
16
230
285
20
17
200
255
18
180
235
19
150
205
130
185×
520
45
4
21
345
495
22
325
475
23
24
280
430
405
26
385×
50
5
27
28
185
29
105
160
85
140
31
65
120
32
100
33
80
34
65×
440
55
6
35
299
36
279
400
37
259
380
38
244
365×
90
39
370
3.3.2轧制操作规程
1)各班开车前应认真检查轧机及各传动系统,传输系统,轧辊工作面不得存在影响产品表面质量的凹坑,凸包,结疤。
2)钢锭的温度应符合加热制度的规定,其温度应均匀,无黑根、黑心和明显阴阳面。
3)第一孔的咬入速度不得大于15~25r/min。
4)开始轧制第一块钢锭需卡量成品尺寸,得知第一成品尺寸后,方允许扎第二根钢,只有成品尺寸完全符合工差要求时方可进行正式生产。
5)为保证质量,在换炉坑、换钢种、换规格时,必须再卡量成品尺寸。
6)轧辊辊径,胶木瓦应提供足够的冷却水,棍身应根据实际情况供给适量冷却水。
7)推床矫直轧件时断面不得大于320*320mm,矫直速度必须缓慢,不得有冲击。
8)压下量应根据钢种、规格按相应的压下规程进行操作,如果刚温度低,或某些钢种变硬,电流过大时,应适应增加道次或改用压下量较小的规程进行操作。
3.4轧制温度制度:
为了计算轧辊和轧机其他各个部件的强度,以及校核和选择电动机的负荷,正确的制度压下制度,必须确定轧制力,而计算轧制力,首先需要确定各道次的温度。
出于钢锭轧制的工艺特性,轧制过程中的温度难以用公式来计算。
所以,在此以同类车间生产实际中采集的数据来大概确定各道次的温度。
钢锭开轧温度一般应在1100℃以上,否则应重新加热,各均热炉坑最后三块钢锭的开轧温度允许稍微降低约30℃。
终轧温度应在1000℃左右,不低于900℃,决定于钢锭及钢坯的断面大小及轧制道次,断面大温度高,道次多温度低。
根据图像和实际经验,我们选择的开轧温度为950℃,终轧温度为1145℃,每道次温降5℃左右。
3.5轧制速度制度
钢锭在初轧机上的轧制特点是,轧件往复轧制,轧辊正反转动,随着轧件的咬入,轧制,抛出,轧辊转速不断变化。
这种轧辊转速随轧制道次及在每一道次中随轧制过程而发生变化的规律称为初轧机的速度制度,如图1所示
图1初轧机的速度制度
图1中,n1为轧件咬入时轧辊转速,n为轧制时的最大轧辊转速,n2为轧件抛出时的轧辊转速,T1表示该道次的纯轧时间。
同样n'
1为下一道轧件咬入时的轧辊转速,n'
为下一道轧制时的最大轧辊转速,n'
2为下一道轧件抛出时的轧辊转速,T2表示该道次的纯轧时间。
T3是相邻道次间的间隙时间。
各类初轧机,因工艺设备条件不同而不同的速度制
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