冷轧车间设计

1综述

1.1冷轧薄板简介

金属在再结晶温度以下进行轧制变形叫做冷轧，一般指薄板不经加热而在室温直接进行轧制加工。冷轧后的带钢可能烫手，但还是叫冷轧[1]。

钢的冷轧是在19世纪中叶始于德国，当时只能生产宽度20~25mm的冷轧薄板。美国1859年建立了25mm冷轧机，1887年生产出宽度为l50mm的低碳钢板。1880年以后冷轧钢板生产在美国、德国发展很快，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(韧带)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年第一次成功地轧制出宽带钢，并很快由单机不可逆轧制而跨入单机可逆式轧制。1926年阿姆柯公司巴持勒工厂建成四机架冷连轧机。

我国冷轧宽带钢的生产开始于1960年，首先建立了1700mm单机可逆式冷轧机，以后陆续投产了1200mm单机可道式冷轧机，Mxw1400mm偏八辊轧机、1150mm二十辊冷轧机和1250mmHC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年建成了2030mm五机架全连续冷轧机。近年来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、不锈耐热冷轧薄板、镀锌板、涂层钢板、塑料复合薄板和硅钢片等。但随着四化建设的发展，无论在数量和品种质量上都远远满足不了四化建设发展的需要，为此我们必须增建新轮机，改造现有冷轧机，大力发展冷轧生产。

冷轧生产可提供大量高精确度和性能优良的钢板和带材，其最主要的特点是加工温度低，同热轧生产相比，它有以下优点：

1.冷轧带钢产品尺寸精确，厚度均匀，带钢厚度差一般不超过0.01~0.03mm或更小，完全可以符合高精度公差的要求。

2.可获得热轧无法生产的极薄带材(最薄可达0.001mm以下)。

3.冷轧产品表面质量优越，不存在热轧带钢常常出现的麻点、压入氧化铁皮等缺陷，并且可根据用户的要求，生产出不同表面粗糙度的带钢(光泽面或麻糙面等)，以利于下

道工序的加工。

4.冷轧带钢具有很好的力学性能和工艺性能(如较高的强度、较低的屈服极限、良好的深冲性能等)。

5.可实现高速轧制和全连续轧制，具有很高的生产率。

1.2冷轧薄钢板生产工艺特点

冷轧的生产方法较好的解决了钢板在热轧过程中温度和温度降不均匀，性能不一致的问题，保证良好的板型及表面光洁度。

冷轧带钢的轧制工艺特点有以下3点[2]：

1.在轧制过程中产生不同程度的加工硬化。加工硬化超过一定程度后，带钢因过分硬脆而不适于继续轧制。因此带钢经冷轧一定的道次(即完成一定的冷轧总压下量)之后，往往要经软化热处理(再结晶退火等)，使轧件恢复塑性，降低变形抗力，以便继续轧薄。

在冷轧生产过程中，每次软化退火之前完成的冷轧工作称为一个“轧程”。在一定轧制条件下，钢质愈硬、成品愈薄，所需的轧程愈多。

2.过程必须采用工艺冷却和润滑。冷轧带钢的变形功约有84％~88％转变为热能，使带钢与轧辊的温度升高，故须采用冷却措施。辊面温度过高会引起工作辊淬火层硬度下降，影响带钢的表面质量和轧辊寿命。辊温的升高和辊温分布不均匀会破坏正常的辊形，直接影响带钢的板形和尺寸精度。同时，辊温过高也会使冷轧工艺润滑剂失效(油膜破裂)，使冷轧不能顺利进行。

为了保证冷轧的正常生产，对轧辊和带钢应采取有效的冷却与调节辊温的措施。

水是比较理想的冷却剂，油的冷却能力则比水差得多。因此大多数生产轧机都用以水为主要成分的冷却剂。

冷轧采用工艺润滑的主要作用是减小金属的变形抗力，这样在已有的轧机能力条件下实现更大的压下，还可使轧机生产出更薄的产品。工艺润滑对降低轧辊的温升也起到良好的作用；采用工艺润滑还可起到防止金属粘辊的作用。常用的工艺润滑剂有乳化液、各种黏度的矿物油(机油等)和动、植物油(牛油、菜油、棕榈油等)。

3.采用X力轧制。X力轧制就是带钢在轧辊中轧制变形是在一定前X力和后X力作用下进行的。

1.3冷轧钢板的分类

表1-1 冷轧产品主要牌号、标准、规格及用途

品名牌号供货标准或

技术条件

规格

厚×宽（mm）

主要用途

普碳钢（CQ）Q195-235A.

B/F

GB11253 0.3~3.5×800~1550 一般成形加工用钢。如：自

行车配件、水箱外壳、制桶

等

St12 Q/ASB312

SPCC Q/ASB311

优结钢（DQ）

A08 Q/ASB 80 0.3~3.5×800~1550 冲压成形加工用钢。如：汽

车门、窗、档泥板、农机配

件等

08Al

10#-50#

Q/ASB 80

GB13237

St13 Q/ASB312

SPCD Q/ASB311

深冲钢（DDQ）

SC1 GB5213 0.3~3.5×800~1550 深冲压成形加工用钢。

如：汽车油箱、前车灯、门

窗、顶盖等。

St14 Q/ASB312

SPCE Q/ASB311

含磷钢06－08AlP Q/ASB89 0.6~3.0×800~1300 高强度冲压成形加工用钢。

如：汽车顶盖、挡泥板等10AlP Q/ASB264

耐候钢05CuPCrNi 鞍铁冷2000－1 1.5~3.0×800~1550 铁道车辆车箱板

09CuPCrNi 鞍铁冷2000－1

10CrNiCu(A) 鞍电协89－1 1.2~1.5×950~1050 锅炉空气预热器

1.4冷轧薄板钢生产的发展

薄板的生产技术是钢铁工业发展水平的一个重要标志。薄钢板除了供汽车、农机、化工、食品罐头、建筑、电器等工业使用外，还与日常生活有直接关系，如家用电冰箱、洗衣机、电视机等都需要薄钢板。因而在一些工业发达的国家中，薄钢板占钢材的比例逐年增加，在薄板、带钢中，冷轧产品占很大部分。

近年来，冷轧带钢生产技术的发展主要有以下几个方面：

1.增加钢卷质(重)量。增加钢卷质量是提高设备生产能力的有效方法，因为冷轧板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。钢卷质量增大后，可相应地增加作业的时间，而且由于每卷板带钢长度的增加，钢板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，钢卷质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X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，冷轧带卷的质量已达40t，个别的达到60t，以带钢单位宽度计算的卷重达到30~36kg/mm。

2.提高机组和轧机的速度。以五机架轧机为例，20世纪50年代大都在20m/s左右，60年代以来已逐步提高到30m/s左右，最高轧制速度达37.5m/s。六机架冷连轧机的最高轧制速度已超过了40m/s。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.提高产品厚度精度。为提高冷轧板带钢的厚度精度，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.改善板形。在板带钢冷连轧机上，广泛采用液压弯辊装置来改善板形。

5.提高自动化程度。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，实现了钢卷对板带钢边缘纠偏、机组中板带钢速度的自动调整、剪切钢板的自动分选等自动化操作和控制。

6.改进轧机结构。1971年以来，出现了全连续式冷连轧机。这种轧机只要一次引料穿带后，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没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。全连续式冷连轧饥即使在换辊时，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。

7.改进生产工艺。不断采用新工艺、新设备，例如深冲钢板连续退火作业线和浅槽盐酸酸洗、HC轧机、和异步轧制等，以简化冷轧工艺过程，提高冷轧带钢的精度和节省能量。

2 产品方案确定

2.1产品方案

1.产品方案的定义：

产品方案是指所设计的工厂或车间拟生产的产品名、品种、规格、状态以及年计划产量。产品方案一般在设计任务书中加以规定，产品方案是进行车间设计的主要依据，根据产品方案可以确定生产方案（工艺）及选择设备。

2.制定产品方案的依据

编制产品方案时主要从以下各点进行考虑的：

(1)满足国民经济发展对产品的需求，特别是要解决某些短线产品的供应和优先保证最重要的国民经济部门对产品的需求；

(2)考虑产品的平衡，即要考虑各种产品在全国X围内的平衡和各地区内的平衡问题，以及可能出口的问题；

(3)考虑轧机生产能力的充分利用和建厂地区纳的合理分工；

(4)专虑建厂地区资源及钢材的供应条件，物资和钢材等的运输条件；

(5)根据当前技术上的可能性，逐步解决产品品种规格的更新问题，力争做到产品结构和产品标准的现代化；

本车间产品方案如表2-1

表2-1产品方案

产品名称

产品规格产量/

万吨所占比例

/%

厚/mm宽/mm长/mm

Q235B 0.3-2.0 1000-1980 1200-3000 100 50

08Al 0.3-2.0 1000-1980 1200-3000 50 25

20 0.3-2.0 1000-1980 1200-3000 50 25

2.2 生产方案

生产方案就是生产方法。本设计主要参考XX钢铁股份XX1700mm冷轧厂的工艺设计。典型产品为0.80mm×1550mm薄钢板。生产方案是指为完成设计任务书中所规

定的产品的生产任务而采取的生产方法。根据设计的规模、产品质量及技术经济指标的要求，考虑当时当地的具体条件，找出合理的生产方案。生产方案选择的依据：生产方案的选择与设备的选择密切相关，二者应同时加以考虑，确定生产方案时主要考虑以下四点[3]：

1.金属与合金的品种、规格、状态及质量要求：品种和规格不同，所采用的生产方案就不同，那么设计的车间就有很大的差别，若产品质量要求不同就是同一种合金品种与规格也可以采用不同的生产方案。

2.年产量的大小：产量不仅决定工艺过程的特点，同时也对设备的选择、铸锭尺寸、产品规格有着直接的影响。

3. 投资、建设速度、机械化与自动化程度、劳动条件、工人与管理人员的数量以及将来的发展。

4.考虑经济效果，采用那种方案合理，适合建厂原则，在设计时可比照一个工艺比较成熟的厂。

根据以上所述的原则，参照现有的生产方法，选择的生产方案是五机架全连续轧制冷轧带钢生产方法。同时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。所以酸洗机组均采用盐酸酸洗而不再用硫酸酸洗。

2.3产品性质

为了更好的对产品进行轧制和热处理我们对产品的性质进行了分析，见表2-2。

表2-2典型产品钢牌号的化学成分，质量百分数wt.%牌号碳 C 硅Si 锰Mn 硫S 磷P 其他

Q235B 0.12～0.20 ≤0.300.30～0.70 ≤0.045≤0.045-

08Al ≤0.08≤0.03≤0.65≤0.030≤0.035

Al ≤0.02~0.07

20 0.17~0.23 0.17~0.37 0.35~0.65 ≤0.035 ≤0.035 Cr、Ni、Cu ≤0.25