（冶金工程专业论文）中型轧钢厂技术改造及控制冷却研究.pdf

摘要 摘要 本文通过查阅国内外文献资料，以及对国内改造后及新建中型型材厂的参观学 习，了解国内外中型型材生产的新技术和生产现状、各自的技术特点以及国内型材 市场需求情况，根据中型型材生产工艺技术的主流发展方向，结合现场实际，做出 切实可行的唐钢中型轧钢厂技术改造方案。根据型钢控制冷却技术原理，针对国内 外型钢控制冷却概况，以及型钢控制冷却的特点，制定出符合实际的、可行的角钢 控制冷却试验方案，做好角钢控制冷却及在线热处理试验研究；并对角钢控制冷却 试验结果进行分析处理，为唐钢中型厂改造后角钢控制冷却工艺的工业化生产做初 步的基础性研究。主要研究结论如下： 轧机区的改造：新增加一台高压水除磷机，提高轧件的表面质量。轧机部分的 主要改动是原粗轧机由6 5 0 轧机改为庐7 5 0 轧机，精轧机6 3 0 x 3 横列式机列改为 毋6 5 0 3 ，其中第三架轧机单独驱动且为高刚度轴承轧机，最后增加一架万能轧 机，以保证轧制产品的外形尺寸精度。精整区的改造：冷床用于长尺冷却，形式为 步进式；实现两台矫直机在线布置。 定尺范围由6 1 2 m 整米进级，扩展到4 1 9 m 任意尺寸定尺。改造全部完成 后，坯料长度为2 6 m 6 8 m 可变，产品综合定尺率由7 8 提高到1 0 0 全定尺，综 合成材率提高约1 4 ，型钢产能出4 5 万吨年提高到6 0 万吨年。 角钢是通过控制冷却来保持其截面各部位的温度均匀，获得组织均匀细小，小 的内应力，不形成扭曲，同时达到提高精整工序冷却能力，释放轧机产能的目的。试 验证明，通过控制冷却( 轧后水淬快冷，6 0 0 左右自回火) 使角钢的屈服强度提高 8 0 1 1 0 m p a ，抗拉强度提高了3 0 0 m p a 左右，延伸率有所降低，但仍满足国家标准 的要求。经轧后的控制冷却，晶粒比自然冷却的晶粒细化，可以使晶粒尺寸减小约 5 1 叽m 。 经过工艺方案的改造，不仅实现了长尺冷却、长尺矫直，提高了产品的定尺 率、成材率及产品尺寸精度，在满足了市场需求的同时，为企业创造了良好的经济 效益且社会效益显著。 图3 1 表l o 参3 6 关键词：中型改造；长尺冷却；长尺矫直；角钢控制冷却 分类号：t g 3 3 5 2 ；4 5 0 3 5 9 9 河北理j ：人学硕卜学位论文 a b s t r a c t 弧i sa r t i c l e 也u 曲c o n s u l t m g 地ed o m e s l i ca n df o r e i 龄d 咖m e n a t i o n s ，v i s i t i n g 勰d s l 毽d y i n g | b e 赫e wa n df e b u l dm e d i u ms e c l l o l 掩lf a c t o f y ，l 漱o w i n g 氆ed o f n e s l ea n 莲f o f e g n n e wt e c h n o l o g y ，m a n u f a c t u r n gs t a t u s ，p a n i c u l a r l yt e c h n i c a lf e a t u r ea n dt h ed e m a i l d s i t u a t o no fs e c t i o n a lm a t e “a i ，a 渤r d i n gt ot h em a i nd e v e l o p i n gd i r e c t i o no fs c c t i o n a l m a 圭e 蠡lm 褫鞋稻c l u f l n gt 。c 融l q 辩a 蟠l o c 撞l 蠡c ，w ed o 疆e 岛a s 潮e 懿两e 珙萎。f m e d i u ms e c t i o ns t e e lm j l lo ft a n g s h a nl i o na n ds t e e l c o ， l t d a c c o f d i n gt ot h e n t r 0 1 l e dc o o l j i i gp r i n c i p l eo fs c d i o ns t e e l ，i nv i c wo ft l l ed o m e s t i c 粕df o r e i 弘s e c t i o n s l o e l n l 蕊l o 蠢c o o 嚣毽s 娃锣a sw e l la s 氇e 矗积l c t 确s l i c 醴t s e c | 鞠c o 拄缸静珏稿 c o o l i n 舀e s t a b l i s h e dl h ef c a s i b l ea n 舀es t e e l n t r o lc o o l i n gc x p e 面c n tp l a n ，c o m p l e t e dt h e a n 甜es t e e lc o n 们lc o o l i n ga n dt h ec x p e r i m e n t a ls t u d yo fo n l i n eh e a tt r e a t m e n t ，a l l d a n a l 筘e d n 拄o l o 嚣n g 耙s 托s 畦圭。睡e 黼霹es 耙e i 。矗d o e sm ep 瑶嚣m 抽箍翠罄至cf 嚣e 溅 f o rm ei n d u s 仃i a l i z a t i o no fa i l 甜es t e e lc o n t f o lc o o l i n gc r a f tf o ”e b u 澜m e d i u ms e c t i o ns t e e l m j j io f l 抽酗h a nl r o na n ds t 1c o ，i 。t d 帕em a i nr c s e a r c bc o n d u s j o nj sa sf o l l 0 聃惜： r o l 珏n gm 姓l 盯e at f a n s f o l i n a t i o n ：l n 嚣e a s e sah i g h 耳p f e s s u r ew a 妇d e s c a 嚣n gm a c h l 勰 f o ri n c f e a s i n g 蠕ep r o d n c s u 锺a c eq u 醛 垮下h em a i 珏m o 幽矗c a t i o no ff l i n gm i l la f e aa f e a sf o l l o w s ：t h e 庐6 5 0m i l li sc h a n g ei n t o 庐7 5 0r o l l i n gm i l l ，f i n i s h i n gm i l ll i n e 庐6 3 0 3 a r e 曲a n g ei n t o 妒6 5 0 3r o l l i n gm i l l s ，t h et h i r df o l l i n gm l lo fm er o wi sa h i g l lr i 磷d i t y b 髓矗珏g 巅l 嚣g 糯 l la n di 珏纛v 话u 蠢出主v e 玩氇ef n a l | ym j | | i sa 珏n v e f s a ll 珏 l ll ok e e p 氆e o u t l i n ed i m e n s i o n a la c c u r a c yo fr o l l i n g p r o d u c t s f i n i s h i n ga r e at r a i l s f o n n a t i o n ：，i 飘e 0 0 0 l i n gb e dj sa d o p t e dt ol o n gr u l e rc o o l i n 舀t h ef o 珊i st h es t e p w i s ec 0 0 1 i n gb e d t w o s 溉i 垂t e 瘟毽热a 穗i 辩sa f e 雠- 轴ea 辩n g e 撒e 嫩 t h es p e c i f i e ds c o p ef r o t h6 1 2m e t e r so n eb yo n em e t r et o4 9m i t e r sa n dm a k ec u t l e n 舀h sa tw i l l a n e rf i n i s h i n gt h em o d i f i c a t i o n ，t h es l a bc a l lc h a n g e 舶i n2 6m e t e r st o6 8 撼畦e 琏氇。p 妁麟e o 撩p 犯瓢黔婶e 躜灏礴缎bi s 藕鹪e d 勃| 珏7 8 毫。 嘲妇燃 s p e c i f i e ds i z e ，t h ec o m p r c h e n s i v er a t eo f 菇n i s h e dp f o d u c t si si n c r e a s e da b o u t1 4 ，t h i s f a c c o r y sa l l i l u a lo u t p u ti si n c r c a s e df 如m4 5 0 0 0 0t o n st o6 0 0 0 0 0t o n s 强r o u 曲赫g 睡e 珏l f o l l 嬉c o o l 诬w ec 鞭m a k e 幽ea 珏g l es l e e l 蚴b e p 氆。鞴i 鳓滋 t e m p e f a t u r ea 重d 诩凳f e n ls e c 童i o n a ls i t e s 曲l 蕊nu n i f 0 嘲s | n l c l u f ea 玎ds m 8 l is t r e s s ，a n dc a n n o tw a r p i n 舀a tt h es a m et i m e ，i ta c h i e v e dm ea i m so fi n c r e a s i n gt h ec o o l i gc a p a c i t yo f 1 l 一 摘要 f i l l i s h j n gp r o c e d u r ea n ds e t t i n gf r c er 0 1 l 曲gp m d u c t i o nc a p a c i t y t h et e s ta p p r o v e dt h a t t h r o u g hc o n t m l l e dc o o l i n 反w a t e rq u e n c h i n g ，a u t o t e m p e r i n ga ta b o u t6 0 0 ) ，i tm a k e st h e a n 掣es t e e l sy i e l ds t r e n g t ht oe n h a l l c e8 0 1 1 0m p a ，t h et e s i l es t r e n 百hi n c r e a s ea b o u t 3 0 0 m p aa n dt h e e x t e n s i b i l i t yi sd o w n ，b u t s t i l ls a t i s f i e dt h en a t i o a ls t a i l d a r dt h e r e q u e s t t h r o u g ht h ec o n t m l l e dc o o l i i l ga f t e rm l l i n g ，i tm a d et h ef a i n sb e c a m es m a l l e r t h a nt h en a t u r a l o l i n ga n dt h eg r a i nd i i i l e n s i o nd e c r e a s e d5 1 即ma p p r o x i m a t e l y a f t e r t h ec r a f ip l a nt r a n s f b 瑚a t i o n ，i tn o to n l yr e a l i z e dl a r g c l e n g t hc o o l i n g 柚dl a r g e l e n 薛hs t r a 远h t e n i n 岛e n h a n c c dt h em l e rr a t e ，c o n v e r t e dt i m b e rm t ea n dt h ep r c c i s i o n ，i tm e t t h em a r k e tn e e da tt h es a m et i m ec r e a t e dt h eg o o ds o d e t yb e n e f i ta i l de c o n o m yb e n e f i t f i g u r et h i n y o n e ；t a b l ct e n ；r e f c r e c cm i n y s i x k e y w o r d s ：m e d i u m - s j z e ds e c t i o n 仃a i l s f o i m a t i o n ；l _ a r g e l e n g t hc o o l i n g ；b r g e l e n 舀h s t r a i g h t e i n g ；址g l es t e e l n t r o n e dc o o l i n g 儿i 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：堵盈醢日期：卫赵年皇月碰日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：馨交迦导师签名：垫l 遨丝 日期：2 堕年月生日 引言 引言 课题来源于唐山钢铁集团( 股份) 有限公司中型轧钢厂。唐钢中型厂现有的工艺 设备是上世纪六十年代水平，产品质量已明显落后于近年新建的和改进的中型轧机 的产品，生产工艺及装备水平都相对比较落后，这是影响产品质量、生产能力、生 产成本、新产品开发的关键。要在未来激烈竞争的市场上占有一席之地，必须拥有 高质量、高效益的型钢产品、低廉的成本、先进的经济指标。 近年来，随着广大用户对产品尺寸精度要求和力学性能的不断提高，唐钢中型 厂现有的胶木瓦轴承轧机已难以保证用户对产品的精度要求及实现负偏差轧制；现 有热锯锯切定尺，链式和滑轨式冷床下钢，中间库堆垛冷却，离线矫直工艺，制约 了轧机产能的释放，增加了弯曲等废品的产生，限制了成材率、定尺率的提高：因 此，唐钢中型轧钢厂技术改造迫在眉睫。为了良好的解决生产中的实际问题，进一 步提高唐钢中型厂产品的市场竞争力，着眼于未来，根据厂方实际需要，确定了 “中型轧钢厂技术改造与控制冷却研究”这一课题。 型钢的长尺冷却、在线矫直和控制冷却等新工艺、新技术代表当今国内外热轧 型钢生产发展的主流方向，采用长尺冷却、在线矫直、冷锯锯切定尺工艺可以明显 提高产品质量，增强产品的适应性，在满足用户需要的同时，明显改善主要经济技 术指标，增创效益。近些年来，由于大幅度地提高型钢轧制速度，急需解决冷床面 积不足和终轧温度过高的问题，同时为了减少型钢在轧后冷却中的弯曲及应力，降 低矫直机负荷，丌发了各种控制冷却方法和冷却装置。随着控制冷却机理研究的不 断深化及其实践，目前，已将这一新工艺应用到中、高碳钢和合金钢的轧制生产 中，并取得了明显的经济效益和社会效益。 本课题研究的目的主要是提高中型轧钢厂产品质量，增加产量，增强产品的适 应性，在满足用户需要的同时，明显改善主要经济技术指标，增创效益。主要研究 内容有通过参考马钢二轧、莱芜、江阴兴澄特钢、涟钢中型、鞍钢中型等各厂的现 况和暴露的问题，制定出适合自己的改造方案及冷却制度。 河j b 理t 人学工程硕士学位论文 1 文献综述 1 - 1 中型型材生产新技术及国内外现状 随着连铸比的迅速提高，连铸坯热送热装技术和高压水除鳞技术在国内主要中 型型钢生产厂己被普遍采用。随着设备制造水平的提高，高精度轧机和万能轧机也 越来越被各大钢铁厂应用到新建或改造的中型型材生产线中，用以生产高质量的型 钢。同时，全连续轧制和长尺精整( 冷却) 工艺代表了型材生产的主流方向1 1 j o 近年来，型钢生产技术的发展主要表现在以下几个方面：1 连铸化的坯料； 2 直接热送热装；3 采用步进式加热炉；4 高压水除鳞；5 全连续化的轧制；6 在线温度控制：7 高精度轧机：8 长尺精整工艺；9 万能轧机；1 0 控轧控冷技 术吐 根据生产型钢钢种和生产条件的不同，其型钢的生产工艺过程也不同。但型钢 生产工艺中的最大的且共同的特点是采用孔型轧制法轧制。复杂断面型钢由于形状 比较复杂，成型过程基本确定，因而中型型材生产工艺技术发展比较缓慢；轧机布 置、轧机结构变化不大。中型材生产的主要技术进步有：成品轧机的轴承改造；精 整线的长尺冷却、长尺矫直改造；型材使用步进式冷床；冷锯切定尺。鞍钢中型 厂、马钢二轧厂等的改造可作为代表【3 1 。 1 1 1 国外型材生产现状 1 日本川崎钢铁公司水岛中型厂【4 l 水岛中型厂建于1 9 7 1 年1 1 月，它由两架二辊轧机和四架万能轧机组成，设计 年产量为4 8 万t ，全厂动力总功率为2 3 3 5 0 k w ，生产品种有规格从1 0 0 m m 7 5 m m 到4 0 0 m m 2 0 0 m m 的h 型钢、圆钢、方钢等。该厂设备由德马克与日立公司联合 制造。 轧机平面布置见图1 。 2 波兰卡特维茨中型轧钢厂【4 l 该厂是1 9 7 7 年投产的一座现代化轧钢厂，设计年产各种型钢8 5 万t ，整个厂子 长6 3 9 m 、宽1 6 2 m 、建筑面积9 8 8 万m 2 ，该厂平面布置如图2 所示。 该厂生产的产品主要有：普通工字钢8 0 2 2 0 m m ，i p e ( h 型钢) 8 0 2 2 0 m m ，i p b ( h 型钢) 1 0 0 1 6 0 m m ，t 型钢5 0 1 0 0 m m ，槽钢5 0 1 0 0 m m ，等边 1 文献综述 角钢5 0 m m 5 0 m m 1 5 0 m m 1 5 0 m m ，不等边角钢6 0 m m 4 0 m m 1 2 0 l m 1 8 0 m m 等约8 0 种。成品长度为5 1 5 m 。 上上 1 一加热炉2 一开坯机卜粗轧机4 一切头锯5 一万能粗轧机6 一轧边机7 一万能中轧机8 一万 能精轧机9 一轧边机1 0 一万能精轧机1 1 一切头锯1 2 一热锯 图1 川崎水岛中型厂轧机平面布置图 f i g 1l j a y o u tc h a r t0 f m e d i u mf a c i o r yr o n i n gm i l l si n ( m u 蛐q ib l 柚d 1 一上料台架2 一加热炉3 粗轧机4 、5 一中轧机6 、7 、9 、1 0 、1 2 1 3 、1 5 、1 7 一万能轧机 8 、“、1 4 、1 6 一轧边机1 8 一冷床1 卜矫直机2 0 一自动堆垛机2 1 一冷锯 图2 卡特维茨中型轧钢厂平面布置简图 f i g 2p l a n ea 删l g e 眦n td j a g r a mc a n e rv i e t sm e d i u mr o n i n gi i l l 钢坯原料规格主要有：1 4 0 x 2 0 0 m m ，2 0 0 2 4 0 m m ，2 0 0 2 5 0 m m 等。 该厂的主要设备包括：具有检验和清理设备的钢坯仓库、可逆式粗轧机和中轧 机组、连续式精轧机组、冷床、精整设备、成品仓库等。其轧机主要参数如表1 所 不。 垃忙 9，口各 ，“百扩“皓 晰 甲： 昌l 河北理l 人学t 程硕士学位论文 可逆式粗轧机设计有两套轧辊，一套轧辊用于生产5 0 8 0 m m 角钢、5 0 2 0 嘶m 槽钢和8 0 1 9 0 m m 碑n 和口e 工字钢；第二套轧辊只用于生产1 6 0 m m 、 1 8 0 m m 工字钢。 中轧机组的几套轧辊具有联合孔型，最多有三个成形孔型。具有箱型孔的轧辊 有4 5 个断面尺寸孔型。 表1 轧机主要参数 t a b l e1m a i np a r a m e t e r s0 fr o l l i n gm m s 连轧机组只设计了一种断面尺寸孔型，但轧边机架每架有两种断面尺寸孔型。 各种工字钢在粗轧机和中轧机都是采用闭口式孔型轧制。轧制角钢时，所有机架都 作为水平机架工作，全部采用闭口式孔型设计，锁口位置交替变换。成品孔则是采 用开口式孔型。 1 1 2 国内型材生产现状 1 莱芜钢铁股份有限公司中型型钢厂【5 】 莱芜钢铁股份有限公司中型型钢厂生产线的主要机械设备、全套电气和液压设 备是从日本引进的成套设备，技术、装备、自动化水平具有国际9 0 年代先进水平， 其中连铸一热送热装一连轧短流程生产线处于国内同行业领先水平。生产全过程由计 算机控制和管理，自动化水平高。工艺布置见图3 。 d 1 文献综述 l 一热迭辊遁2 一一步进式加热炉3 一退料苗架4 一晶爪水除瞬机5 一一辊叫理租轧机6 - 一热刨头 锯7 一精轧机组8 一水冷段9 一分段切头热锯1 0 一链式冷床l l 一矫直机1 2 编编台架1 3 一冷 锯1 4 _ 检查台架1 5 一堆垛台架1 6 一打捆机1 卜成品收集台架1 8 一废品收集台架 图3 莱钢中型型钢厂的工艺布置简图 f 螗3c r a f la r r 卸g e m e n td i a g r a mi ni m d i u ms e c i i o ns i e dm i l lo fl a j w ui m na n d s l e e lc o ，l t d 主要设备及工艺特点如下： 1 ) 加热炉为步进梁式炉，可热装也可冷装。有完善的测试仪表和基础自动化系 统，从而可实现提高产品质量、节能降耗和安全生产的目的。 2 ) 新型紧凑式万能轧机采用了无牌坊预应力机架和偏心套压下机构。换辊方式 为整机架更换，大大提高了换辊效率。整个生产过程全部采用计算机控制，从而使 轧制精度高、轧制节奏快，产品尺寸精度高。 3 ) 轧钢全线的电气系统采用全数字交变频技术，实现了管理自动化。 4 ) 长尺精整技术主要有长尺冷却，可以提高轧件的冷却质量，并充分有效地利 用冷床面积。冷锯锯切可保证定尺的高精度。 5 ) 成品定尺最佳化技术 根据成品材的定尺长度，管理计算机可精确计算出所需连铸坯的定尺长度和重 量，通过计算机网络，通知连铸机按规定的坯长与坯重供坯。铸坯入加热炉前进行 称重，并及时将坯重通知连铸机，以确保供坯精度。根据入炉钢坯和轧材断面尺寸 的精度，过程计算机计算并控制轧件切头切尾长度。此外，计算机过程自动化还具 有第2 种优化锯切功能，即根据实际轧出的轧件长度重新计算并安排轧件锯切方 式，以保证切头切尾损失最小。 目前该生产线轧机作业率己达6 0 2 。2 0 0 1 年上半年综合成材率为9 6 2 ，超 出原设计水平1 2 ，合格率为9 9 。但目前存在问题还有轧钢与连铸能力不匹配、 尚不能满足市场的供货需求、等边角钢冷却不均问题及部分轧件腹板波浪等问题。 2 江阴滨江中型轧钢车间1 6 j 江阴滨江轧钢车间为全连续式中型轧钢车间，产品种类多、规格范围广，产品 包括多种型材、合金钢棒材、扁钢及螺纹钢筋。车间的工艺装备水平、生产自动化 5 河北理【人学i ：氍硕士学位论文 水平均达到了世界型材轧机( 含合金钢棒材) 的较高水平和国内最好水平。车间工艺 布置见图4 。其工艺特点如下： 蹲时。 1 一坯料热送辊道卜热坯提升机3 一冷坯上料台架4 称重及不合格坯剔出5 一加热炉6 一 高压水除磷箱7 一不合格坯剔出8 一粗轧机组9 一摆式剪1 0 分段轧件收集台架1 l 一中轧机 组】2 一水冷装置】3 1 号曲柄剪1 4 精轧机组1 5 质量检测系统1 6 一水冷装置1 7 _ _ 2 号 曲柄剪1 8 一余料收集装置1 9 一齿条式冷床2 0 十辊式矫直机2 l 一缓冲布层台架2 2 移动金 属锯2 3 一固定金属锯2 卜砂轮锯2 5 一打印机2 6 一堆垛台架”一固定打捆机2 卜移动打捆 机2 9 一成品收集台架3 0 一短尺收集台架 图4 江阴滨江连续式中型轧钢车间工艺布置简图 f i g 4c r a f ia 珊m g e m e n td i a 鲫i nb i nj i 柚gc o n 廿肌o l l st y p em e d i 啪m m i nj i a l l g y i i l 1 1 轧线的上料系统通过热送辊道与连铸的出坯系统相连，可实现铸坯的热送热 装。 2 1 对坯料全线跟踪，直至成品入库。 3 1 采用两段步进梁式加热炉。其步进梁系统在炉长上被分为两段，从而可更好 地适应热装及冷装两种情况。 4 ) 全轧线共有1 6 架、4 种类型的轧机分为3 组，可适应多品种的轧制，所有规 格在整个轧制过程中均无需扭转。 5 1 在最后一架轧机出口布置有轧件表面检测装置和尺寸测量规，前者适用于圆 钢表面质量检查，后者适用所有品种规格的轧件。 为了保证合金钢产品的质量，采取了以下措施：精轧机组前后均配有穿水冷 却装置，用于对合金钢产品进行控轧控冷工艺；配有2 台砂轮锯，对合金钢轧件进 行定尺锯切；为了防止在后部精整热处理工序中混号，在砂轮锯下游布置有2 台打 印机，以对合金钢棒材及扁钢进行标记：车间预留精整热处理跨，以备安装辊底式 热处理炉，无损操伤等设备。 7 ) 冷床后配有长尺单根矫直机，以保证异型材的交货质量。 8 1 车间主要工艺设备布置为高架式。 6 l 文献综述 鳞考虑蠲威晶多晶稀多蕊格，换辍频繁，将主辘跨、税粲准备闻、辘辊闽并排 稚置，之f h 】由过跨小车懑接，使吊车谯吊运机架及轧辊时行走躐离最短，操作安全 方便。 江蕊中凌车酒是我溅第一套连续中瀣乾镧车阉，兼毒生产龠金锈棒耪、囊锈及 螺纹钢筋，它的建成对我国中型材技术水平的提高是一个促进，并且对用一濑轧机 生产几种不问类型的产品，也是一个尝试。 3 涟滚铺锾集霆中爨车瓣强 涟钢中激车间实现了1 2 0 m m x l 2 0 m m ，1 3 0 m m 1 3 0 m m 迤铸坯一火成材；提 高了年产量，最高年产量达2 4 力- t ；定尺率由2 6 4 提高到9 0 2 9 ，实现了负偏差 筑裁，全每斌耪率疆裹3 9 l ；解决了袈割羯期疑致阉题，转溺撵麓均黢羧潮在 1 0 0 s 以内。 加热炉为步进底式。 车l 极匆黉出横列式改沟跟踪式，事赫工艺毒覆觅霆5 。攫疑慕耀2 架5 3 0 m m 三辊车l 梳避行往复跟踪辛l 制。# 0 辊分2 列布置，辘剜闻采用交叉辘道，与传统的双 层辊道及升降台相比，既减少了轧制间隙时间，又节约了投资。中精轧采用3 台主 电机带6 絮轧枫，实现6 邋跟踪乳制。 l 一步避瘸式热热炉 一妒5 3 瓤l 规剜3 一5 3 艇n l 掇歹蓦4 一妒鞫溉2 机列卜乎4 0 0 m m 2 机列卜庐4 0 0 m m 2 s y 商刚度轧桃7 一庐1 0 0 翰h n 热锚8 1o 4 n 蛐 5 0 4 栅摆爪式冷床9 冷剪机l o 一定尺移钢机l l 一非定尺移钢机1 2 庐5 5 0 咖九辊矫直 租i 3 毋5 3 0 m m 七辍翳壹掘1 4 - 号包装台1 s 2 号包装台1 分3 号包装台 图5 改造蔚的车间工艺布麓简图 f i g 5r e v a m p e dw o r k s h o pc r a na r r a n 秽m e td i a g r a m 冷床为液压驱动的组合式冷床，该车间生产的较轨、槽钢、铁路扣件钢簿必须 建热镊锈翻，褥角镶、颡镄、臻绞钢簧l 瓣冷剪赘瑟。蘑缢冷床分成3 缱单蘩囊凌，辕 制冷剪产品时则整体驱动。 一乍 河北理j ：大学l ：科硕十学何论文 采用负偏差轧制，定尺定支咬合包装( 规则包装) 工艺。 保证稳定的轧制周期；提高导卫、轧槽寿命：k 1 、k 2 机架采用s y 2 4 0 高刚度 轧机：k 3 、k 6 机架采用半闭口式轧机；预留了在线长尺矫直、冷锯切生产线。 4 兴澄特钢中型型钢车问f 8 j 江阴兴澄特种钢铁有限公司是年产能力为6 0 万t 钢、5 0 万t 材的现代化短流程 钢厂。由s k e t 公司设计制造的该轧线工艺设备汇集了目前世界上型钢生产的最先 进技术，而由心晤a l d o 公司配套的电控设备和计算机系统，则使轧线生产操作实 现了高度自动化。该套轧机是国内第1 条按9 0 年代世界先进水平设计建造的中型型 钢轧机，可以轧制工字钢、槽钢、角钢、方钢、圆钢、扁钢、六角钢、h 型钢、t 型钢、u 型钢等十大系列数百个规格的型钢产品。 车间工艺平面布置见图6 。 1 熟送辊道2 一提升机3 一冷坯上料台4 一称重测长装置5 一步进式加热炉6 一高压水除磷 装置7 粗轧机组( 5 架) 8 一摆式剪9 中轧机组( 6 ) 架l 卜1 号飞剪1 卜1 号冷却线1 2 一 精轧机组( 5 ) 架 1 3 2 号冷却线1 4 2 号飞剪1 5 一齿条式冷床1 一十辊式矫直机1 心式 冷床1 卜金属锯锯切线( 含2 台钢锯和1 号定尺机) 1 邶轮锯锯切线2 卜链式移送台架 2 l l 号堆垛打捆线2 2 _ 2 号堆垛动打捆线 图6 兴澄特钢中型轧钢车间平面布置简图 f 培6w o r i 幽叩p l a n ea m j l g e m e n td i a 盯砌o fc h em e d j u mm i n g l i i i ix i g c h e n gs p e c i a ls c e e l 轧线由1 6 架短应力线高刚度轧机组成，其中粗轧机组5 架，中轧机组6 架，精 轧机组5 架。为了适应多品种生产的要求，轧机型式有水平轧机、立式轧机、平立 转换轧机和万能轧机4 种类型。 主要工艺技术特点有：连铸坯直接热装进炉；灵活的轧机型式可实现棒材和异 型材的连续无扭轧制，采用快速整体更换机架；国内独有的3 0 0 m m 大方坯一火成材 8 1 文献综述 工艺、温控轧制和轧后控冷技术；在线外形检测仪和表面质量检测仪；异型长材在 线矫直工艺；高速冷锯和砂轮锯锯切定尺；自动堆垛和打捆机及全轧线的“二级 半”计算机控制。存在问题有：轧机的排列还需优化，轧大规格合金棒材还需完善 工艺设备，张力轧制的调整手段要进一步改进及精整线的设备能力还受到限制。 该套轧机从热调试以来，已多方面显示出先进性。产品公差尺寸达到 o 3 m m 、且头中尾尺寸均匀；轧机能力已被证明，1 0 0 油的水平还有较大潜力。可以 预见，先进的江阴兴澄特钢中型型钢轧机必将显示出巨大的优越性。 目前，我国国内共有1 1 9 套中型型钢轧机，其中只有1 9 套以轧制中型型钢生产 为主，大多数仍是横列式布置、胶木瓦轴承轧机，唐钢中型厂与经过改造后鞍钢中 型厂和马钢二轧厂为其中代表。涟钢中型车间改造成为庐6 3 0 1 廿6 3 0 5 跟踪式布 置。最近投建( 引进) 了几套连续式中型轧机，具有2 0 世纪9 0 年代世界先进水 平，其中以兴澄特钢、通化钢铁公司、江阴滨江的中型连轧机为代表，三者均具有 控冷设备和能力【9 j 。 在大型和中型轧机，横列式还是比较多见的，我国目前的大型和中型轧机，基 本上都属于这一类型，与轨梁轧机相似，它主要为一列和二列两种类型。唐钢中型 厂目前有两列( 庐6 5 0 1 庐6 3 0 3 ) 横列式轧机。这两列横列式轧机由两台交流电机传 动。横列式布置的设备有加热炉、粗轧机组、精轧机组、升降台、热锯、冷床。横 列式轧机的生产能力低，主要工艺过程的机械水平低，不易自动控制，难以保证轧 件尺寸精度及轧件的性能。所以为了提高轧机的生产能力及产品质量，对中型厂的 改造势在必行。 1 1 3 型材生产新技术 1 长尺冷却、在线矫直、冷锯锯切技术【1 0 1 7 0 年代国外中小型轧机已广泛采用长尺冷却、长尺矫直的新工艺。它使热锯切 能力和矫直能力适应轧钢工序要求；它适应和配合了连续轧制的需要，能充分满足 用户对产品长度尺寸的要求，并有效的改善钢材端部外形质量。 2 型材连续轧制技术 随着连铸工艺的发展，即节省能源，又使成材率大幅度提高，能为中少型轧机 提供大断面坯料，进而出现了大压下量的紧凑式轧机。这样实现了连铸供坯，连轧 一次成材。为实现轧机布置的连续化，采用了双机驱动差动调速连轧技术。双机差 9 河北理工人学。埘￥硕十学位沦文 动诞速技术楚为了适丽我潜中，j 、墅黧獭连筑褫主传凌驱魂帮谪遵的技术丽繇躺成 的，它解决了不采用大功率直流电机调速的难题。遮种技术即出交流主电机和窟流 剐电机双机联合差动拖动的调速主传动系统。它怒一项融合了轧钢工艺、# l 钢机械 稻窀力黄动三个专韭宠逐技术予一薄静综合技术。 3 型材能轧制技术 6 0 年代以来，用四辊万能型钢轧枫轧制h 型钢解决了二辊孔型轧制工字钢腿长 羧拉缓熬难繇，茕出了交警嚣逮工字镄( 帮珏鍪镄) 。万笺致燮筑裁较二糍魏鍪 ( 轧边孔型) 轧制来说，在孔型中金属的变形眈较稳定，轧出的成品内外黪无斜 度。扩大了使用负公差轧制范围，减少了机架电机的电流负荷，并节约金属，同时 糅迁筑规具露较裹数生产黪力。塞予零学辊秘主缀琵对羲释夔羧越壹绩麓熬熬秀， 故可获得良好的表面质量。不仅h 型锄采用万能孔攫轧制，工字锏、槽钢等对称断 两的型钢也使用了万能轧枧轧制，并获得了比经验孔型法好得多的效果。万能孔型 工艺豹成型跫砖稼豹，两孔型毒l 到豹成墼捌是菲对称的。由于万怒魏囊l 法上下辩嚣 轧涮，减少了内部畸变，鼹决了孔登局部磨耗的问蹶，提高了产赫的表面质蘩。 4 连铸坯热送、热装和直接轧制披术 连铸坯热送、热装和媛接轧铡的主要目的是节怒，其次也裔测予减少坯料存储 璧，增加赭煞炉静葫燕黢力，降低襞纯铁皮损失和缭短工艺滚程簿。 5 型材的控制轧制和控制冷却技术 型材的控制轧制主要是进行变形溉度制度的控制，即控温轧制。因为生产各种 墅耪懿孑l 羹系统确定之嚣，各遥次熬变彩量羹本确定，谲整羹不大，瑟冀懑痰锈度 则根据组织、性能要求，可以进行调熬、控制。特别是控制终轧温度更为重辩。一 般采用粗轧、预精轧和精轧机组之间进行水雾冷却，以控制各邋次的轧制温魔和终 麓潼瘦。 轧后控制冷却不仅用于轧制非合念钢，微合金钢和低合金钢挺材，而且融经广 泛运用到合垒钢的轧制的嫩产工艺中，形成了变形强化与热处理强化相结合的新工 艺一形交热处理工艺。努撮蔫镄材性憩，开发瑟瑟耱开耱了瑟鳆途镪。 6 型钢精密轧制技术 近年来，由于生产自幼化程度的提高和各行业对产品质量的疆求越来越严格， 囡姥对型锻足寸精度戆要求越来越高。墅铜蓑密轧毒8 拣为紧公差城铡。 7 兔钢的热轧润滑技术 。l o 。 1 文献综述 为了在轧制角钢的过程中，保证轧件与尖角相接触的孔型部分润滑减磨的效果 显著，采用一种适于高温轧制的石墨水剂润滑剂，这种润滑剂以雾状方式喷涂到轧 件表面的润滑工艺与将油脂类润滑剂喷涂到轧辊上的工艺相比，具有润滑减磨效果 显著，不污染空气和水质，用量少及设备简单，操作方便等一系列优点。该润滑剂 可使摩擦系数降低。通过热轧润滑轧制，降低了角钢成品机架的轧制力，提高了孔 型寿命，实现了保证产品质量，提高轧机生产能力，降低轧机辊耗和电耗，提高效 益的目的。 8 孔型优化技术 轧制角钢的孔型系统，在向蝶式孔过渡时要经过切分孔型切出角部。采用开口 切孔型可以提高轧辊强度，减轻轧辊磨损，提高轧槽轧制量，降低轧辊消耗；采用 开口切分孔型轧件易于脱槽，轧件平直，可以减少轧制事故的发生，因此可以提高 机时产量；采用开口切分孔型可以降低主电机的轧制能耗，尤其适宜在主电机能力 不足或轧制负荷较大时采用；采用开口切分孔型能够使切分轧件形状正确，能够保 证后序的轧制过程轧出符合技术要求的角钢。开口切分孔型采用2 道次切分，然后 进入蝶式孔或再经l 道次立轧再进入蝶式孔。为保证开口切分孔型的稳定性，可先 在开口平底切分孔轧制，然后再用开口凸底切分孔，这样既可保证轧制的稳定性， 又町充发挥开口切分孔的优越性。 目前，国内中型材轧钢厂中，都对工艺设备进行了改造和全新建设。鞍钢中型 厂、杭钢中型厂、马钢二轧厂改造了精整工序，莱钢中型厂、兴澄钢厂、通钢小型 连轧厂采用了国外的先进工艺设备建成了全新的工艺生产线，它们都具备了生产高 质量产品的条件。 1 2 中型型材生产的地位及发展方向 中型钢材在型钢生产中占有十分重要的地位。中型轧机担负着丌坯和很大一部 分品种规格及数量的型钢生产任务，据不完全统计，我国中小型轧机约有6 0 0 多 套，遍布全图各地，其中绝大部分都是国外3 0 4 0 年代的陈旧横列式轧机。此 外，我国的经济随着对外开放的不断发展，在九十年代对中小型材的需求量也有大 幅度的增长，特别是现在，钢材的需求量更是r 益增长。进一步提高钢材质量，增 加产量，扩大品种范围，降低消耗，提高劳动生产率，充分挖掘生产内部潜力，丁l = 发新品种，推动中型钢材的标准化，是当前轧钢生产实现自动化的组成部分。 河北理i 大学一鼙硕士学位论文 型钢的用途十分广泛，如修建铁路，桥梁，矿山，工厂及造船，汽车，农机等 制造部门都需要大量的型钢。随着农业、工业、国防现代化的发展，无论在数量还 是在质量、品种、规格上，对型钢都提出了更高更严格的要求。以质量求生存，靠 信誉求发展，这是每个中型厂生存和发展的原则。因此，提高产量和产品精度是每 个中型厂的目标。唐钢中型厂f 是适应市场的需求，着手进行改造的。 我国中型轧机改造，必须顺应当前的形势。目前，我国钢铁工业正面临着3 个 巨大转变：一是从传统的计划经济体制向市场经济体制转变，企业由原来承担指令 性计划的地位转变为在市场竞争中自主经营，自负盈亏，自我约束，自我发展的法 人实体和市场竞争主体；二是钢材从供不应求的供求转变为绝大多数钢材品种供求 平衡，甚至有些品种供大于求，使部分生产能力闲置；三是国内钢材市场由我国钢 铁企业独家经营转变为国内外钢材市场逐步实现全面接轨。所以，我国的钢铁企业 必须适应由用户来选择钢材供应厂家的买方市场，必须靠与国外钢铁企业竞争才能 获得市场份额。目前，如何调整钢材结构，开发有市场前景的产品，是企业生存与 发展的关键。如果生产普通型钢产品，企业要获得利润，唯一的办法就是提高产品 质量，降低生产成本。所以，我国中型轧机改造必须从品种、质量、成本三方面下 功夫，同时兼顾环境保护。 我国的中型材除了工、槽、角钢及轻轨之外，还有中、小h 型钢和其它复杂断 面型材。国外复杂断面型材产品的发展趋势是向轻型薄壁化发展，生产经济断面型 材。其中h 型钢是典型产品。中型型钢轧机增加复杂断面产品的比例势在必行。在 欧洲，工、槽、角钢已经出现“超轻型”系列，其中，超轻型工字钢与标准系列比 较，可减轻重量2 5 4 5 ；出现了用万能热轧法生产通常用冷弯和焊接方法生产 的轻型型材。万能法的主要优点：一是轧材表面质量好，基本上可以避免轧材表面 有裂纹：二是轧材尺寸精度高，轧材尺寸精度一般可比孔型法提高3 0 ；三是轧辊 消耗低，并且轧辊的共用性增加。因此，随着产品的轻型薄壁化，为了提高质量， 降低生产成本，复杂断面型材的生产，孔型法必将被万能法所取代。各钢厂的中型 车间，可以把原有的中型轧机作开坯机，根据主要产品的品种和产量，在后面适当 增加万能机座，用万能法生产h 型钢或其它异型断面型材。 当今，国际、国内中型型材生产，长尺冷却、在线长尺矫直，冷锯切割定尺， 已经广泛应用，技术r 趋完善；连续轧制和半连续轧制成为中型型材生产的发展方 向；钢坯热送、热装，高效蓄热式加热炉技术日益成熟。 1 2 1 文献综述 1 3 钢材的控制轧制和控制冷却技术 控制轧制是在热轧过程中通过对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控 制，使热塑变形与固态相变结合，以获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力 学性能的轧制新工艺。控制轧制工艺就是在考虑如何有效细化碳素钢品粒的基础上 提出来的 1 1 1 2 l 。随着技术的成熟和设备的改良，在较低温度区( a r 3 附近) 实施大的 形变量、高的形变速率、缩短道次间停留时间和轧后采取快速冷却，可以在不加任 何合金元素的基础上使碳素钢中铁素体晶粒进一步细化到 4 5 pm ，该技术细化 晶粒的原理在于形变诱导相变和可能存在的铁素体动态再结晶【b 1 5 i 。 控制冷却是控制轧制后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目的。控制 轧制和控制冷却相结合能将热轧钢材的两种强化效果相加，进一步提高钢材的强韧 性和获得合理的综合力学性能。控制轧制和控制冷却是热轧生产中的新技术和新工 艺，是将轧制工程学、塑性加工理论、金属材料学、传热学和流体力学等学科结合 为一体的新学科，是金属塑性加工专业的前沿技术。 n b 、v 、t i 元素的微合金化钢采用控制轧制和控制冷却工艺将充分发挥这些元 素的强韧化作用，获得高的屈服强度、抗拉强度、很好的韧性、低的脆性转变温 度、优越的成型性能和较好的焊接性能【博切。 根据大量的研究资料表明，为了获得良好的微合金化钢材的低温韧性，比较合 适的加热温度应控制在1 1 0 0 1 2 5 0 。开轧温度为1 1 0 0 1 2 0 0 。 高温终轧的钢材，轧后处于奥氏体完全再结晶状态，如果轧后慢冷( 空冷) ，