年产300万吨1580热轧板带钢车间工艺设计_本科毕业设计

本科毕业设计资料

题目名称：年产300万吨1580热轧板带钢车间工艺设计

学院（部）：冶金工程学院专业：金属材料工程学生姓名：

班级：金属材料094 学号：

指导教师姓名：职称：

最终评定成绩：

湖南工业大学教务处

本科毕业设计资料

第一部分毕业设计说明书

本科毕业设计

题目名称：年产300万吨1580热轧板带钢车间工艺设计

学院（部）：冶金工程学院专业：金属材料工程学生姓名：

班级：金属材料094 学号：

指导教师姓名：职称：

最终评定成绩：

2013年6 月

湖南工业大学

本科毕业设计

诚信声明

本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目《年产300万吨1580热轧板带钢车间工艺设计》是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文章以明确方式注明。除此之外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的责任。

作者签名：

日期：年月日

摘要

本设计是参照首钢1580热轧车间而设计的年产300万吨热轧板带钢车间设计，产品规格为：（1.2～12.7）3（700～1450）mm，其典型产品为：Q235 2.031200，设计所生产的钢种是：碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢。

此次设计本着高效、高附加值、环保、技术先进的原则，以设计任务书为基础，市场发展需求为导向，同时参考借鉴国内外同类型热轧厂的相关资料，来进行车间工艺设计。

本设计完成了对从原料到成品的整个热轧生产流程的设计，以年产量为基础，结合产品的发展状况、市场前景分配产品产量。依次按顺序从制定产品方案和金属平衡，到典型产品的工艺流程、制定压下制度、速度制度、温度制度等一系列的轧制制度，再到轧机生产能力的校核，计算各项经济技术指标，绘制一车间平面图。

关键词：板带钢；热轧；车间工艺设计；工艺计算

ABSTRACT

That capital is designed is to consult 1580 hot-rolling workshops of Shoudu Iron and Steel Company but the annual output 3,000,000 tons of hot-rolled band workshop,Product specification: (1.2 ~ 1.2) x (700 ~ 1450) mm ,whose representative product designing that are: Q235(2.0mm 1200mm),Design production of steel grade: carbon structural steel, quality carbon structural steel and low alloy steel.

This design is in line with high efficiency, high added value, environmental protection, the principle of advanced technology, based on the design specification, market development demand as the guidance, and reference the same type at home and abroad for reference, the ReGaChang related information, process design for workshop.

This design completed the entire hot rolling production process from raw material to the finished product design, on the basis of annual production, combined with product development, market allocation products production. From in order to develop product solutions in turn and the metal balance to process this type of product, formulated under the pressure, speed, temperature and so on a series of rolling, and then to check rolling mill production ability, calculated the economic and technical indicators, rendering the workshop floor plan.

Keywords: Plate strip; Hot rolling; Workshop process design; Process calculation

目录

第1章综述 (1)

1.1 热轧板带钢生产状况 (1)

1.2 热轧带钢前景与需求 (1)

1.3 热轧板带钢的发展趋势及技术展望 (2)

1.4 世界先进的热轧钢厂简介 (2)

1.5 结语 (2)

第2章产品方案及金属平衡 (3)

2.1 产品方案的编制 (3)

2.1.1 编制产品方案的原则 (3)

.1.2 确定产品大纲 (3)

2.1.3 选择计算产品 (3)

2.2 产品的技术标准 (3)

2.2.1钢材的尺寸、外形及允许偏差 (3)

2.2.2技术要求 (4)

2.3 生产方案 (5)

2.4 坯料的选择 (5)

2.5 编制金属平衡表 (6)

2.5.1 确定计算产品的成品率 (6)

2.5.2 金属平衡表的编制 (6)

第3章生产工艺流程与车间平面布置 (8)

3.1生产工艺流程的制定 (8)

3.2车间平面布置 (9)

3.2.1车间平面布置方案 (9)

3.2.2仓库面积的确定 (10)

第4章车间设备及生产工艺 (12)

4.1 坯料加热及加热炉 (12)

4.1.1坯料加热 (12)

4.1.2加热炉 (12)

4.2 轧制设备及工艺 (13)

4.2.1轧机布置形式及数量的选择布置形式 (13)

4.2.2粗轧设备及工艺 (13)

4.2.3精轧设备及工艺 (16)

4.2.4轧辊主要技术参数确定 (18)

4.2.5 轧辊材质 (18)

4.2.6轧辊轴承 (19)

4.3 带钢冷却及装置 (19)

4.4 卷取机 (20)

第5章典型产品的工艺计算 (21)

5.1 压下规程 (21)

5.2 速度制度 (22)

5.2.1 粗轧速度制度 (22)

5.2.2精轧速度制度 (23)

5.3 温度制度 (26)

5.3.1 加热炉内温度控制 (26)

5.3.2 轧制时温度制度 (26)

5.4各道次平均变形速度的计算 (28)

5.5 各道的变形抗力 (28)

第6章典型产品轧制力能参数的计算与校核 (30)

6.1 轧制工艺计算 (30)

6.1.1 最大咬入角校核 (30)

6.1.2 确定摩擦系数 (30)

6.1.3 轧制力的计算 (31)

6.1.4 轧制力矩的计算 (32)

6.2 轧辊强度校核 (33)

6.3 电机校核 (36)

6.3.1 传动力矩计算 (36)

6.3.2 轧制图表 (37)

6.3.3 电机校核 (38)

第7章车间工作制度及生产能力的计算 (40)

7.1 车间工作制度 (40)

7.2 设备负荷能力计算 (40)

7.2.1 设备小时生产定额 (40)

7.2.2 年产量的计算 (41)

结论 (42)

参考文献 (43)

致谢 (44)

第1章综述

1.1 热轧板带钢生产状况

中国钢铁产量从建国初的几十万吨到今年的粗钢产量预计达7亿吨，60余年的时间中国钢铁行业取得举世瞩目的成就，就全球来看目前我国已是第一产钢国。当然取得成就的同时，也存在着不小的问题。

总的来看，中国钢铁行业存在总体产能过剩的问题，这其中还具有明显的结构性矛盾，一方面是高端产品远不能满足国内生产需求，生产力不足，需大量进口；另一方面由于过去钢铁企业粗放式发展导致低端产品产能严重过剩，浪费了国家资源。

热轧板带钢是重要的钢材品种，也是钢材产品中附加值高，技术含量高的产品，同时也是中国需大量进口的钢种。热轧带钢用途广泛，主要以钢卷形式供给冷轧机做原料，广泛用于汽车、化工、机械制造、造船等部门。热轧带钢是目前中国急需提高产能与质量的钢种之一，也是目前发展前景最好的钢种之一。而且热轧带钢生产是关键性的钢铁生产过程之一，90％以上的薄钢板是通过热轧带钢工序生产出来的。因此，加快发展热轧板带钢，特别是加快发展高附加值、高技术难度的板带钢产品是我国钢铁业一项十分艰巨的战略任务。

发达国家热轧带钢产量约占热轧钢材的50%以上，在国际市场竞争中一直居于领先地位。虽说今年了我国钢铁工业产量增长很快，但高附加值产品的产量和质量都比较低。我国一般热轧带钢产品厚度下限是1.8mm，但实际上只生产很少厚度小于2.0mm的热轧带钢，即使是窄带钢，产品厚度一般也大于2.5mm。因此，相当一部分希望使用厚度小于2mm带钢作原料的用户，只得使用冷轧带钢。如果能开发薄规格的热轧带钢，则可代替相当一部分的冷轧带钢使用，使生产成本大为降低。

1.2热轧带钢前景与需求

从热轧带钢市场调查可以看出：作为最终产品使用的厚度大于2mm的热轧带钢的需求量正在下降，而厚度小于2mm的热轧薄带需求量日益增加，从正在进行和准备进行的深加工线和冷轧机组方面的投资也可看出这种趋势。国内热轧薄板的市场空间巨大，特别是对2.0mm以下超薄热轧带钢的需求尤其旺盛。对于热轧窄带钢而言：国内外市场需求大体一样，厚度大于25mm的产品基本饱和，厚度小于20mm的产品却供不应求。

同时我国工业化进程还未完成，城镇化水平仍在提高，西部开发以及国家大

力发展基础建设，这些需要大量的钢材，而且板带钢市场消费比例不断上升，因此热轧板带钢的未来发展前景美好，且其市场需求不是一个短期行为。

1.3 热轧板带钢的发展趋势及技术展望

随着新技术和先进设备不断更新，市场对热轧板带钢的性能有了更高的要求，目前国内外生产厂家的产品也大多以深冲钢板、热镀锌钢板、耐腐蚀高强度热轧钢板、成型性优异的高强及超高强钢板、超宽幅汽车钢板、超细晶高强度钢板等高性能、高附加值的新型钢板作为发展目标。

国内外热轧板带钢研究新技术主要有高精度轧制技术、智能化轧制技术、薄规格轧制技术、自由程序轧制技术、热带无头轧制技术、组织性能控制技术等新技术。这些新技术将在提高产品质量、降低生产成本、增强竞争力等方面发挥重大作用。

1.4 世界先进的热轧钢厂简介

首钢1580mm热轧带钢厂，是世界上先进的轧钢厂之一，其工艺技术和技术装备，保持着世界第一流水平，产品质量也是世界第一流水平。

一期工程已于2004年10月竣工投产，年产方坯200万t；二期工程也于2006年12月完成，年产板坯450万t，配套完善工程预计2009年8月竣工，总体建设规模900万t钢。

设计产品厚度1.2～12.7mm，宽度700～1450mm，单位宽度卷重23kg/mm，最大卷重26.5吨，精轧机最高速度21.99m/s。

工程生产规模为年产热轧钢卷380万t（全部碳钢），300万t（有硅钢）。其中：高牌号无取向硅钢18.2975万t，取向硅钢23.6305万t，其它品种钢卷258.072万t。

工程所用板坯全部为连铸板坯，由迁钢炼钢车间提供，年需要量388万t（全部碳钢），308万t（有硅钢）。热轧厂生产的主要钢种有：碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢、高耐候性结构钢、汽车大梁用钢、焊接结构用耐候钢、桥梁用结构钢、高强度结构用热处理和控轧钢板、高牌号无取向硅钢、普通取向硅钢、高磁感取向硅钢、IF钢、双相（DP）及多相钢（MP）、相变诱导塑性钢（TRIP）等。

1.5 结语

目前，我国板带钢产品市场存在较大的缺口，国内产量不够，进口量大，近年来板带钢的消费比例不断上升，市场潜力大，又是高附加值产品，热轧带钢的发展前景是非常吸引人的。因此，尽快建设一批板带钢生产线是非常有必要的。

第2章产品方案及金属平衡

2.1 产品方案的编制

2.1.1 编制产品方案的原则

产品方案是指所设计的工厂或车间拟生产的产品名称、品种、规格、状态及年计划产量，是进行车间设计的主要依据，根据产品方案可以选择设备和确定生产工艺。

编制产品方案的原则：满足国民经济发展对轧制产品的需要，特别要注意保证某些短线产品的供应和满足重要部门对钢材的需要；考虑各类产品的平衡，正确处理长远与当前，局部与整体的关系，做到供求适应，品种平衡，产销对路，布局合理；考虑轧机生产能力的充分利用和地区产品的合理分工，便于轧机向专业化和系列化方向发展；考虑建厂地区资源及钢的供应条件和物资运输条件。

2.1.2 确定产品大纲

根据设计任务书要求和上述原则，确定车间产品大纲，见表2.1。

2.1.3 选择计算产品

本次设计选用的典型产品为：Q235 2.031200

2.2 产品的技术标准

2.2.1钢材的尺寸、外形及允许偏差

钢板和钢带的尺寸、外形及允许偏差见国标GBT/709-2006《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》

(1)带钢规格

带钢厚度： 1.2~12.7 mm

带钢宽度： 700~1450 mm

钢卷内径：Ф762 mm

钢卷外径：Ф1050~Ф2100 mm

钢卷重量：max. 27.7 t

单位卷重：max. 23kg/mm

板型：

应具有对称的凸度，其凸度和楔形如表2.2。

厚度公差应符合表2.3的规定。

宽厚允许偏差应符合表2.4的规定。

表2.4热连轧带钢的宽厚允许偏差

2.2.2技术要求

1)钢的牌号、化学成分和力学性能见表2.5 。

2)交货状态

钢材一般以热轧、控轧或正火状态交货，如有特殊要求，经供需双方协议，钢板和钢带的热处理方法可在合同中注明。

3)冶炼方法

钢由氧气转炉或电炉冶炼。除非需方有特殊要求并在合同中注明，冶炼方法一般

由供方自行选择。

表2.5典型产品的标准及化学成分

4)表面质量: 表面要缺陷少，需要平整，光洁度要好。

5)实验方法每批钢材的检验项目、取样数量、取样方法和实验方法应如下表的规定。

6)检验规则

钢材的检查和验收由供方技术监督部门进行，需方有权对本标准或合同所规定的任一检验项目进行检查和验收；

钢材应成批验收，每批由同一牌号、同一炉号、同一质量等级、同一品种、同一尺寸、同一交货状态的钢材组成；

钢材的夏比冲击实验结果不符合规定时，抽样产品应作废，再从该检验批的剩余部分取两个抽样产品，在每个抽样产品上各选取新的一组三个试样，这两组试样的复验结果都应合格，否则该批产品不得交货；

钢材其他检验项目的复验和检验规则应符合GB/T 247和GB/T 2101的规定。

2.3 生产方案

本设计为年产量300万吨的热轧带钢生产车间，其典型产品Q235 2.0mm 1200mm，采用半连续轧制，其布置方式为：SP定宽压力机+粗轧前立辊E1E2及粗轧机R1R2+精轧前立辊F1E+七机架精轧连轧机组。

2.4 坯料的选择

坯料的形式及尺寸：

坯料采用连铸坯。

坯料的尺寸厚度H=150～250mm ，长度L=5500～12000mm ，宽度900～2500mm 。

板坯尺寸按下述方法确定： 厚度 H=(100~150)h

宽度 B=b+(50~100)mm B max =(0.88~0.955)3辊身长度 长度

m a x L (200~300)B ≤-炉 mm

）（炉200~100A L m i n +≥ mm 炉B —加热炉内宽

炉A —加热炉两滑轨的中心距

本设计选择典型产品的坯料尺寸为：230? 1250mm

2.5 编制金属平衡表

2.5.1 确定计算产品的成品率

成品率是指成品重量与投料量之比的百分数。也就是指一吨原料能够生产出的合格产品的重量的百分数。其计算公式为：

Q-W A= 100Q

?% （2.1）

式中 A —— 成品率，%； Q —— 投料量，t ； W —— 金属的损失重量，t 。

2.5.2 金属平衡表的编制

金属平衡是反映在某一定时期内（通常是1年），制品金属材料的收支情况。它是编制车间生产预算与制定计划的重要数据，同时对于设计车间的内部运输与外部运输，以及车间的平面布置都是极为重要的数据。

综合本设计的计划方案，参考其他同类企业的金属平衡表，本车间设计方案的金属平衡表如表2.7。

湖南工业大学本科毕业设计表2.7金属平衡表

7

第3章生产工艺流程与车间平面布置

3.1生产工艺流程的制定

热连轧生产工艺流程如图3.1所示：

图3.1工艺流程图

3.2车间平面布置

3.2.1车间平面布置方案

板坯库布置成与主轧线相垂直的T字形式，由三跨组成，跨度为30m，长150 m，每跨设有3台80t板坯夹钳起重机，贯穿两跨设置两条与连铸车间相接的辊道，一条辊道和加热炉装炉辊道相通，另一条辊道通道轧制线。这三跨归炼钢连铸工程，热轧工程为从板坯库R线以后区域。

加热炉上料跨与主轧跨平行，跨度36m，长100 m，设有1台40t板坯夹钳起重机，轨面标高13.5m。跨间内设有装炉辊道，加热炉装料机等。

加热跨与主轧跨相邻平行，跨度21m，长100 m，设有1台20t单钩桥式起重机，轨面标高13.5m。跨间内设置四座步进梁式加热炉（分期建设，先建两座常规加热炉炉与一座高温硅钢加热炉，预留一座高温硅钢加热炉）。

加热炉出料端在主轧跨间，布置有加热炉出料机，输出辊道等。

主轧跨，跨度30m，长596 m，设有2台100/32t双钩桥式起重机，2台55/10t 双钩桥式起重机，轨面标高13.5m。跨间内设有定宽压力机一套，粗轧机两套，感应加热炉一套（预留一套），边部加热器一套，切头飞剪一台，精轧机七架，层流冷却装置一套，卷取机三台及其它轧线辅助设备等。

主电跨与主轧跨相邻平行，跨度24m，长89 m，设有1台100/32t双钩桥式起重机，轨面标高12m。跨间内设有精轧机主电机。

磨辊间跨与主轧跨相隔11m平行布置，跨度36m，长350 m，设有1台100/25t 双钩桥式起重机，2台63/25t双钩桥式起重机，1台30t半门型起重机，桥式起重机轨面标高11.5m，半门型起重机轨面标高6.3m。跨间内设有轧辊、剪刃磨床，轴承清洗等设备。

钢卷检查跨与主轧跨相邻平行，跨度36m，长66 m，设有1台35/10t钢卷夹钳桥式起重机，轨面标高11.5m。跨间内设有钢卷检查线。

钢卷转运跨在主轧跨尾部与主轧跨垂直布置，跨度28.5m，长90.75 m，设有1台35/10t钢卷夹钳桥式起重机，跨间内设有托盘运输设备、喷号机、称重装置等设备。

成品库一、成品库二与主轧跨平行，成品库一与主轧跨之间通过钢卷转运跨连接，成品库一与主轧跨之间布置有粗轧主电室、精轧主电室、卷取主电室及110kV变电站。成品库一设置有三跨，依次为备件库跨、钢卷库一跨、钢卷库二跨。钢卷库一跨、钢卷库二跨每跨跨度42m，长401 m，每跨设有4台35t钢卷夹钳双梁起重机，轨面标高10.5m；备件库跨跨度24m，长300 m，设有3台32/5t 钢卷夹钳桥式起重机，轨面标高10.5m。成品库二设置有钢卷库三跨、钢卷库四跨、钢卷库五跨、横切机组跨、横切成品跨。钢卷库三跨、钢卷库四跨每跨跨度

36m ，长250m ，每跨设有3台45t 钢卷夹钳双梁起重机。钢卷库五跨跨度36m ，长250m ，跨内预留平整分卷机组一套，设有2台t 钢卷夹钳双梁起重机，1台50/10t 双钩桥式起重机。横切机组跨跨度36m ，长250m ，跨内设有横切机组一套，设有1台45t 起重机，1台20+20t 钢板夹钳起重机。横切成品跨跨度36m ，长250m ，跨内设有3台20+20t 钢板夹钳起重机，1台20+20t 半门吊。

以下是各设备间距离确定的一般原则： 加热炉间的距离

主要根据炉子的大小、劳动条件以及结合厂房的柱距一并考虑。本车间加热炉中心间距取12m 。

加热炉到轧机的距离

加热炉有两种布置方案：一种是加热炉中心线与轧机中心线相平行；一种是加热炉中心线与轧机中心线相垂直。加热炉到轧机距离大小与加热炉布置方式有关，本设计加热炉与轧机中心线采用垂直布置，在满足工艺要求的前提下，还要结合厂房柱距模数而定，根据本车间的设计要求，加热炉到除磷机的距离为14米，到可逆式粗轧机的距离为48m 。

轧机机列间的距离

根据车间生产需要和建厂的客观条件确定。轧机间距与轧机布置形式有关，也与坯料大小、种类、成品规格有关。

柱间距离的确定

柱距是指相邻两立柱间的中心距离，常采用标准柱距，本设计柱距选为12m 。

3.2.2仓库面积的确定

3.2.2.1 原料仓库面积的计算

通常原料仓库面积计算可用下式：

qh k n 7.0A 24F ???=

（3.1） 式中 A ——设备（轧机和挤压机等）产量，t/h ； N ——存放天数，天； k ——金属综合消耗系数；

Q ——单位空间所能存放的原料重量，t/m 2； H ——每堆原料的堆放高度，m ； 则：

2

115715.24.27.09.05450247.0A 24F m qh k n =?????=???=

综合考虑各方面的因素，取原料仓库面积为15000m 2。

3.2.2.2 中间仓库面积的计算

确定中间仓库面积首先应该知道产品生产周转时间，然后根据中间仓库应堆放的中间再制料总数来确定。中间仓库堆放再制料总数为：

Q=(3.2)

A T u

式中Q——堆放量，t；

A——平均日产量，t/天;

T——生产周期时间，天;

u——轧机或挤压机等主要设备与各精整设备产量上的不平衡系数。

()54000

?

450=

=

Q吨

?

24

~

3

32400

5

~

取Q=50000吨。

中间仓库的面积为：

F=Q/q=50000/9=5556m2

考虑到今后发展计划和可能的产品品种的增加，取F=7000m2。

3.2.2.3 成品仓库面积的计算

成品仓库面积计算的基本上同原料仓库面积的计算。成品库钢材的存放量，当全场设有总成品库时，可以按轧机3~7天的平均产量计算。当全厂无总成品库时，则按7~10天的轧机产量考虑。在本设计中，成品仓库的面积与原料仓库大小差不多。

取F=7000m2

第4章车间设备及生产工艺

4.1 坯料加热及加热炉

4.1.1坯料加热

坯料加热设计主要是确定加热温度，加热速度，加热时间，燃料选择，炉型结构及辅助设备的选择。

4.1.2加热炉

热轧板带车间的板坯加热普遍采用推钢式连续加热炉和步进式连续加热炉。我国热轧板带车间过去大都采用推钢式连续加热炉。步进式连续加热炉是一种新型的加热炉，板带车间近来都采用这种加热炉进行坯料加热或中间加热。

与推钢式连续加热炉相比较，步进式连续加热炉虽然重量较大，造价较高。但它的优点在于：

(1) 采用电子计算机自动控制，加热温度均匀，加热时间快，产量高。每小时可加热板坯300吨左右，最大可达400吨；板坯在炉内运行时，相邻之间有50mm的间隔，不会产生粘结；板坯温度均匀，轧制时由于温差引起的厚度差也较小。

(2) 炉子长度不受板坯宽度厚度比的限制，不同厚度和宽度的板坯可以同时加热；还可以加热碳钢，合金钢，硅钢，不锈钢等多种板坯。灵活性很大。

(3) 板坯在炉内一步一步的前进，不会起拱；板坯烧损小，炉内氧化皮少，易于清理；炉子热惰性小，开炉时升温较快，停炉时降温也较快，可缩短停炉检修时间。操作方便。

由于步进式加热炉有以上一系列优点，而且目前国内外新建或改建的热连轧板带车间几乎全都采用这种加热炉。所以本次设计决定选用步进式连续加热炉。

加热炉基本尺寸：

装、出料辊道上表面标高：+815mm

装、出料辊道中心距：50000mm

加热炉砌体全长：45200mm

加热炉有效长度：43600mm

长行程装钢机最大工作行程：8000mm

加热炉砌体宽度：12200mm

加热炉内宽：11100mm