新建年产212万吨宽厚板车间设计

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安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸

新建年产212万吨宽厚板车间设计

摘要

宽厚板是国民经济发展所依赖的重要钢铁材料之一，是工业化进程和发展过程中不可缺少的钢铁品种。世界钢铁工业的发展历程表明，宽厚板的生产水平及材料所具有的水平也是国家钢铁材料水平的一个重要标志。

本设计是年产量为212万吨的宽厚板生产车间，其典型产品为GB3531-09MnNiDR，代表产品规格为13×4000×9000mm。在整个车间设计过程中，简单介绍了宽厚板生产技术和产品的发展，国内外生产工艺的差距以及核心轧制的新技术；在本设计中，轧制需要先纵轧后横轧，还需要在轧制间隙进行转钢；轧制设备包括：两座步进梁式加热炉、翻转机装置、高压水除鳞装置、一台四辊可逆式轧机、PC轧机，还有各种附属设备。在设计时，以设定的年产量为基础，结合产品的市场前景，利用合理的设计方法和技术规则设计了产品方案，制定了金属平衡表；并以典型产品为例，制定了工艺流程和轧制制度，其中轧制制度包括：压下制度、速度制度和温度制度；并进行了轧制力计算、轧辊强度和电动机载荷的校核。设计中对年工作时间进行了合理安排，使车间的生产能力最大化。依据年工作时间和轧机生产能力计算出年生产量，并提出各项经济技术指标以及对环境保护的措施。通过严格和仔细的计算和验证，最终得出了科学合理的宽厚板车间设计方案。车间设计方案中包含了一张车间平面图，最后附有一篇外文资料及译文。本车间的设计特点包括：工艺领先，设备先进，产品强度高，机械性能好，并极大优化了对环保的保护。从总体上说，达到了高产低耗。

关键词：宽厚板；车间设计；压下规程；低压容器板

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The New design of a wide -thick plate workshop with

annual capacity of 2.12 million ton

Abstract：

Wide-thick plate is one of the important steel materials that the national economic development depends on. It is an indispensable steel variety in the process of industrialization and development. The development course of the world steel industry shows that the level of production and material of wide-thick plate is also an important symbol of the level of the national steel industry.

The design is the annual output of 2.12 million tons of heavy plate production workshop, the typical product for the GB3531-09MnNiDR, on behalf of the product specifications for 13x 4000x9000mm. In the design process of the whole workshop, the production technology and development, the gap between domestic and international production technology and the new technology of core rolling are introduced. In this design, the rolling need to longitudinal rolling, but also need to transfer steel in the rolling gap. Rolling equipment includes: two walking beam heating furnace, tumbling Machine, high pressure water descaling unit, a four-high reversing mill, PC rolling mill, and various ancillary equipment. In the design, based on a set of annual output, combined with the market prospect of the product, the product scheme was designed with reasonable design method and technical rules. Taking typical products as an example, the process flow and rolling schedule are established. The rolling system includes: systems of pressure, velocity and temperature system; rolling force calculation are carried out and the strength of the roller and the load of the motor are checked. In the design, the working time of the year is reasonable, so that the production capacity of the workshop is maximized. According to the annual working time and rolling mill production capacity, the annual production capacity is calculated, and the various economic and technical indicators and measures for environmental protection are put forward. Through strict and careful calculation and verification, finally come to a scientific and rational design of the generous plate workshop. Workshop design program contains a shop floor plan, and finally with a foreign language information and translation. The design features of the workshop include: process leading, advanced equipment, Products high strength, good mechanical properties, and greatly optimize the protection of environmental protection. Generally speaking, achieve high yield and low consumption.

Key words: Wide-thick plate; The design of workshop; Rolling schedule; Low pressure

container plate

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目录

1 概述 ...................................................................................................................................... 1

1.1 宽厚板的定义及用途 ............................................................................................... 1 1.2 宽厚板国内外发展状况 .......................................................................................... 1

1.2.1 国外宽厚板发展状况 .................................................................................... 1 1.2.2 国外厚板轧机的发展 .................................................................................... 2 1.2.3 轧制技术的发展现状 .................................................................................... 4 1.2.4 我国宽厚板发展概况 .................................................................................... 6 1.2.5 宽厚板生产的发展趋势 ................................................................................ 7

2 产品大纲及技术要求 ......................................................................................................... 9

2.1 产品大纲 ................................................................................................................... 9 2.2 金属平衡表 ............................................................................................................. 11 3 生产工艺流程及轧机的选择 ........................................................................................... 11

3.1 轧机的主要类型及布置形式 ................................................................................ 11

3.1.1 现代宽厚板的轧机设备 .............................................................................. 11 3.1.2 轧机的布置形式 .......................................................................................... 14 3.2 宽厚板的加热设备及高压水除鳞系统 ............................................................... 16

3.2.1 加热炉 ........................................................................................................... 16 3.2.2 高压水除鳞系统 .......................................................................................... 18 3.3 矫直机 ...................................................................................................................... 19

3.3.1 概述 ............................................................................................................... 19 3.3.2 宽厚板矫直机的类型 .................................................................................. 19 3.4 冷床 .......................................................................................................................... 20

3.4.1 概述 ............................................................................................................... 20 3.4.2 冷床的主要形式 .......................................................................................... 20 3.5 剪切设备 ................................................................................................................. 21

3.5.1 概述 ............................................................................................................... 21 3.5.2 宽厚板生产的剪切机类型 .......................................................................... 21 3.6 热处理炉 ................................................................................................................. 24

3.6.1 概述 ............................................................................................................... 24 3.6.2 热处理炉的分类 .......................................................................................... 24

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3.7 淬火机 ...................................................................................................................... 25

3.7.1 淬火处理 ....................................................................................................... 25 3.7.2 宽厚板淬火机 .............................................................................................. 25 3.8 车间自动化装置 ..................................................................................................... 26 3.9 四辊轧机电动APC和液压AGC ........................................................................ 26 3.10 在线检测措施及仪表........................................................................................... 27

3.10.1 在线检测的主要措施 ................................................................................ 27 3.10.2 在线检测仪表 ............................................................................................ 27 3.11 计算机控制系统 ................................................................................................... 28 4 工艺布置方案、流程及制度 ........................................................................................... 29

4.1 工艺布置方案 ......................................................................................................... 29

4.1.1 宽厚板生产的主要特点 .............................................................................. 29 4.1.2 宽厚板工厂平面布置概略 .......................................................................... 29 4.2 工艺流程 ................................................................................................................. 31 4.3 工艺流程简述 ......................................................................................................... 32 4.4 工艺制度 ................................................................................................................. 33

4.4.1 板坯准备制度 .............................................................................................. 33 4.4.2 板坯加热制度 .............................................................................................. 34 4.5 轧制制度 ................................................................................................................. 35 4.6 精整制度 ................................................................................................................. 36

4.6.1 矫直 ............................................................................................................... 36 4.6.2 冷却 ............................................................................................................... 37 4.6.3 剪切 ............................................................................................................... 37 4.6.4 检查打印 ....................................................................................................... 37 4.6.5 钢板收集和堆垛 .......................................................................................... 37 4.6.6 热处理制度 ................................................................................................... 38 4.7 入库 .......................................................................................................................... 38 4.8 热处理及涂漆线（预留） .................................................................................... 38 5 轧机主要参数的确定和生产能力计算 .......................................................................... 39

5.1 轧辊主要参数的确定 ............................................................................................. 39

5.1.1 轧辊材质及轧辊轴承的确定 ..................................................................... 39 5.1.2 工作辊辊身长度的确定 .............................................................................. 40

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5.1.3 工作辊辊身直径的确定 .............................................................................. 40 5.1.4 支撑辊辊身直径的确定 .............................................................................. 40 5.1.5 支撑辊辊身长度的确定 .............................................................................. 40 5.1.6 工作辊辊颈尺寸的确定 .............................................................................. 40 5.1.7 支撑辊辊颈尺寸的确定 .............................................................................. 41 5.2 轧机允许轧制力矩的确定 .................................................................................... 41 5.3 轧制速度和主电机主要参数的确定 .................................................................... 42

5.3.1 轧制速度的确定 .......................................................................................... 42 5.3.2 主电机型式的选择 ...................................................................................... 42 5.3.3 主电机额定转速nH的确定 ........................................................................ 42 5.3.4 主电机额定功率pH的确定 ....................................................................... 43 5.4 压下规程设计 ......................................................................................................... 44

5.4.1 宽厚板轧制各道次压下率 .......................................................................... 44 5.4.2 代表钢种坯料成品规格 .............................................................................. 45 5.4.3 代表钢种的计算过程 .................................................................................. 45 5.4.4 各代表钢种的压下规程表 .......................................................................... 47 5.5 轧机强度校核 ......................................................................................................... 49

5.5.1 支撑辊强度校核 .......................................................................................... 51 5.5.2 工作辊强度的校核 ...................................................................................... 51 5.6 电机校核 ................................................................................................................. 52

5.6.1 电机传动轧辊所需力矩的计算 ................................................................. 52 5.6.2 轧制力矩 ....................................................................................................... 52 5.6.3 摩擦力矩 ....................................................................................................... 52 5.6.4 空转力矩 ....................................................................................................... 53 5.6.5 动力矩 ........................................................................................................... 53 5.6.6 总传动力矩 ................................................................................................... 54 5.6.7 电机发热校核 .............................................................................................. 55 5.6.8 电机过载校核 .............................................................................................. 55 5.6.9 轧制工作图 ................................................................................................... 56 5.6.10 轧制速度和电机传动力矩........................................................................ 57

6 车间工作制度及年工作小时 ........................................................................................... 58

6.1 工作制度 ................................................................................................................. 58

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6.2 年工作时间 ............................................................................................................. 58

6.2.1 计划检修时间的确定 .................................................................................. 58 6.2.2 年工作时间 ................................................................................................... 58

7 轧机及辅助设备生产能力的计算 .................................................................................. 59

7.1 轧机生产能力计算 ................................................................................................. 59 7.2 加热炉主要参数确定及生产能力计算 ............................................................... 59

7.2.1 加热炉宽度的确定 ...................................................................................... 59 7.2.2 加热炉长度的确定 ...................................................................................... 59 7.2.3 加热炉生产能力计算 .................................................................................. 60 7.2.4 轧机负荷率 ................................................................................................... 61 7.3 矫直机主要技术参数及生产能力计算 ............................................................... 61

7.3.1 矫直机主要技术参数确定 .......................................................................... 61 7.3.2 矫直机生产能力及负荷率计算 ................................................................. 63 7.4 冷床主要参数及生产能力计算 ............................................................................ 63

7.4.1 冷床宽度的确定 .......................................................................................... 63 7.4.2 冷床长度的确定 .......................................................................................... 64 7.4.3 冷床生产能力计算 ...................................................................................... 65 7.5 剪切机主要参数确定及生产能力计算 ............................................................... 65

7.5.1 剪切机主要参数确定 .................................................................................. 65 7.5.2 火焰切割机主要参数确定 .......................................................................... 66 7.5.3 剪切机生产负荷率计算 .............................................................................. 67 7.6 热处理炉主要参数确定及生产能力计算 ........................................................... 67

7.6.1 热处理炉主要参数的确定 .......................................................................... 67 7.6.2 热处理炉生产能力的计算 .......................................................................... 68

8 车间平面布置与起重运输 ............................................................................................... 68

8.1 原料库面积计算 ..................................................................................................... 68 8.2 中间仓库面积计算 ................................................................................................. 69 8.3 成品仓库面积计算 ................................................................................................. 69 8.4 车间组成及厂房面积 ............................................................................................. 70

8.4.1 厂房面积 ....................................................................................................... 70 8.4.2 起重设备及吊车 .......................................................................................... 70 8.5 过跨小车 ................................................................................................................. 70

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8.6 辊道 .......................................................................................................................... 71 8.7 车间内主要设备间距 ............................................................................................. 71

8.7.1 轧机取主要设备间距 .................................................................................. 71 8.7.2 精整剪切区主要设备间距 .......................................................................... 72

9 主要经济技术指标 ........................................................................................................... 73 10 环境保护和综合治理 ..................................................................................................... 74

10.1 设计要点 ............................................................................................................... 74 10.2 主要污染物及其治理措施 .................................................................................. 74 全文总结 ................................................................................................................................ 76 致谢......................................................................................................................................... 77 参考文献 ................................................................................................................................ 78

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1 概述

宽厚板是冶金工业的一个重要产品。宽厚板的品种繁多，性能各异，质量要求高，应用范围广，无论在经济建设还是国防建设中都离不开宽厚板。因而世界各国都把宽厚板的品种、质量作为衡量一个国家钢铁工业综合水平的尺度。进入21 世纪以来，大型造船业，海洋工程，桥梁、大口径石油、天然气输送管线、大型压力容器和贮罐、重型建筑结构(特别是高层、防火、耐侯、大跨度和非对称的空间结构用途、机械工程的技术进步和旺盛需求，极大地拉动了宽厚板的发展，低合金、高强度的宽厚板的生产技术进步。

1.1 宽厚板的定义及用途

宽厚钢板主要由中厚板轧机生产，但对于部分厚度小于25mm、宽度小于2m，且钢板性能要求不太严格的中板，也可以用热轧宽带钢轧机生产。常用于中厚板生产的轧机有四种：二辊可逆式轧机、三辊劳特式轧机、四辊可逆式轧机和万能式轧机。 宽厚板不仅种类多，而且具有使用温度区域较广、环境复杂，要求高特点。既使相同用途的钢板，对材质要求也不尽相同。宽厚板主要用于船舰、桥梁、锅炉、容器、石油化工、工程机械及国防建设等方面。中厚板的品种繁多，使用温度区域较广（200℃～600℃），使用环境复杂（耐侯性、耐蚀性等），使用要求高(强韧性、焊接性等)。即使相同用途的钢板，对材质的要求也不尽相同，因此，可以说中厚板是多品种、用途广泛的代表性钢材，在国民经济发展中具有重要地位，对促进国民经济发展发挥着重要作用。

习惯上，宽厚板材按照厚度可以分为宽厚板、厚板、特厚板。通常厚度为4～20 mm的钢板为中板，厚度为20～60 mm为厚板，厚度大于60 mm的钢板为特厚板[1]。

1.2 宽厚板国内外发展状况

1.2.1 国外宽厚板发展状况

宽厚钢板用途很广，且使用几乎都需焊接加工。随着用户对钢板的质量和性能不断提出越来越高的要求，促使钢铁工业不断推出新技术和开发新钢种，以满足市场需要。由于微合金高强度钢逐步开发，控轧控冷工艺技术也随之开发并不断发展，促使很多国家的厚板轧机的技术装备也不断更新改造，同时竟相开发新品种，提高产品质量及收得率，在国际市场争夺大的份额。其中日本、德国、韩国尤为突出。

低合金、高强度的宽厚板的生产和技术进步是国际钢铁业发展热点。近几年在我国周边建成或正在建设的5m 和5.5m 的宽厚板轧机有：俄罗斯的MMK 和OMK 集团，

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韩国的浦项、现代制钢、东国制钢集团公司，印度的Essar、Jindal钢铁公司和泰国的Canadoil钢铁公司。

1.2.2 国外厚板轧机的发展

厚板轧机最重要的标志是轧机的辊身长度，它可体现一个国家制造船舶、舰艇和油气输送管线的实力。

1941年第2次世界大战以前，美国、德国、前苏联、日本分别建造了5230、5000、5300、5280mm 四辊式特厚板轧机，主要用于生产航空母舰、大型军舰用宽厚钢板。

50～60年代宽厚板轧机建设较多的是美国，当时以4064mm(160in)式厚板轧机为主，此期间美国建有4064mm厚板轧机7 套（8 台4064mm 四辊轧机）。

60年代后期至70年代初期厚板轧机的领先地位转向日本，这时期日本建有4724mm(186in)双机架四辊式厚板轧机5套（其中1 套的粗轧机为5335mm）。1971年意大利建设1 套4826mm 双机架厚板轧机，韩国建1 套4724mm 双机架厚板轧机（1989/1978 年）。

1976 年～1977 年间日本建设3 套5500mm特宽厚板轧机，1974年住友鹿岛厂将5335mm粗轧机改造为5450mm轧机。建设这种特级厚板轧机主要是为生产Φ1626mm(Φ64in)大直径UOE 钢管用宽钢板（宽度5100mm）和宽幅面、长定尺的造船钢板。

日本在两三年内建了4套5450mm～5500mm特宽厚板轧机，是对UOE 焊管市场和造船板的用户作了超前估计，而投产后至今的市场需求却有别于预计情况。长距离输送油气用UOE 钢管最大为Φ1422mm（Φ56in）。在世界造船业，日本具有最大的制造能力，原设想制造40 万t 以上的超级油轮（ULCC），但没有市场。现在各国普遍认为，制造28 万t～30 万t 的巨型油轮（VLCC）已可满足市场需求。制造Φ1422mm UOE 焊管用钢板和30万t 级油轮用钢板最大宽度为4500mm。

1985 年德国迪林根厂在4800mm 厚板轧机前面增建5500mm 四辊厚板轧机，这是当今世界上最强大的一台特宽厚板轧机。

宽厚板轧机从60年代末以来辊身长度从4064mm增大到4724mm以上，不仅轧制的钢板宽度增大，而且从技术经济意义上说，现代的4724mm以上宽厚板轧机所达到的各项技术指标是以往的厚板轧机所不可比拟的，主要体现在以下几个方面。

(1) 钢板最大成品宽度

4724mm厚板轧机的钢板最大成品宽度为4500mm，5500mm厚板轧机为5200mm～5350mm。

(2) 钢板最大轧制长度及定尺长度

厚板轧机一般为50m，而川崎水岛厂最长达58m，新日铁大分厂最长达63m。成品钢板最长为25m，而大分厂达30m。

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(3) 轧制钢板最大厚度

水岛厂5500mm厚板轧机轧制钢板的最大厚度为410mm，新日铁名古屋钢厂4800/4700mm厚板轧机为700mm。

(4) 最大板坯单重

大分厂厚板轧机设计最大坯重为42.8t，实际最大坯重为29.9t。鹿岛厂厚板轧机设计最大锻制板坯重50t，可轧制钢板最大单重为40t。

表1--1 世界5000mm以上宽厚板轧机概况

国家 美国 苏联 日本 苏联 美国 德国 法国 日本 德国 日本 日本 日本 苏联 俄罗斯 韩国 韩国 俄罗斯 俄罗斯 印度

厂名

Lukens科茨维尔厂 镰刀和锤子炼钢厂 室兰制铁所 下塔吉尔钢厂* 格里(Gary)钢厂 Mlhem米尔海姆厂 敦克尔克钢铁厂 住友金属鹿岛厂 Dillingen迪林根 新日铁大分钢厂 JFE仓敷厂 JFE仓敷厂 伊诺尔斯克厂 马格尼托哥尔斯克 东国制钢唐津厂 浦项制铁 联合冶金维克萨厂 新利佩茨克钢铁 埃萨Hazira中厚板

投产 日期/年 1918 1940 1941 1950 1952 1957 1963 1970 1972 1976 1976 1976 1984 2009 2009 — 2010 2010 —

轧机 规格 5300mm 5280mm 5000mm 5100mm

轧机 结构 4h 4h 4h 4h

最大 板厚 250mm 250mm — 260mm — — 300mm 200mm — — 200mm — 150mm 150mm 150mm

原料 单重 45万吨 80万吨 72万吨 — 45万吨 80万吨 — 40万吨 — 90万吨 60万吨 — — — — — — —

年产量

30万吨 50万吨 36万吨 50万吨 120万吨 70万吨 120万吨 200万吨 180万吨 190万吨 200万吨 180万吨 100万吨 150万吨 150万吨 150万吨 120万吨 150万吨 150万吨

3560+5230mm 3h+4h 380mm

350mm 145万吨

4064+5335mm 4h+4h

4320+5000mm 4h+4h 250mm 4830+5490mm 4h+4h 5500mm 5500mm 5500mm 5000mm 5000mm 5000mm 5500mm 5000mm 5000mm 5000mm

4h 4h 4h 4h 4h 4h 4h 4h 4h 4h

5500+4800mm 4h+4h 200mm

(5) 最大钢锭单重

日本钢管京滨厂最大钢锭单重为50t，德国迪林根厂为60t，日本名古屋厂为80t，水岛厂为110t，可生产最大单重为85t的特厚钢板。

(6) 钢板成材率（板坯到成品板）

水岛厂5500mm厚板轧机钢板成材率达94.9％。

随着技术的发展，世界上越来越多的宽厚板生产线建成，表1是世界5000mm以上宽轧机的概况。

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1.2.3 轧制技术的发展现状

（1）控制轧制技术

控制轧制技术是通过控制加热温度、轧制温度、变形制度等工艺参数来调整钢的组织状态，从而达到改善钢板性能的一项技术。此项技术20世纪60年代初由日本开始研究，70年代即已成熟。采用控制轧制工艺之目的是通过细化晶粒来提高强度和韧性，而细化晶粒的关键是控制950～600℃时的变形量，同时还需增大道次压下量以取得更好的效果，因而要求厚板轧机的轧制力要大，刚性要高，具备大传动力矩，在轧制过程中可随时调整道次和压下量。目前国外20套4700mm以上的厚板轧机都具备了这方面的要求，可成熟地应用控制轧制技术轧制出性能优良的钢种。

20世纪70年代初该项技术刚开发成功，日本新日铁大分厂用此技术轧制出具有良好韧性的X65钢板。

20世纪70年代末期，日本、美国、德国等厚板厂开发了X75和X85的低碳含铌的低合金高强度高韧性钢板。20世纪90年代，日本、德国等又利用该项技术开发了超低碳高锰铌系列的钢板，这种钢板具有细铁素体、贝氏体和岛状马氏体混合组织，具有更高的屈服强度和韧性。

（2）控制冷却技术

控制冷却技术是控制轧后钢板的冷却速度从而达到控制钢板组织性能的技术，也是由日本率先进行研究并在20世纪70年代中期在轧制管线板时获得成功的。控冷技术目前之所以在厚板轧机中得到广泛应用，是因为它比直接由再加热后的等轴奥氏体加速冷却产生更大的强韧化效果，并且在可以进一步细化铁素体的同时使珠光体分布均匀，消除带状珠光体并且有可能形成细贝氏体组织。此外，在控制冷却过程中阻止延迟了碳化物过早析出，使其在铁素体中弥散，提高钢板强度而不损害脆性转化温度。

将控轧技术和控冷技术结合使用，统称为TMCP技术，由于应用此技术可生产出综合力学性能和焊接性能均优良的钢板，因此被称为当今厚板生产中最关键的工艺技术。以前此工艺技术主要用于生产高强度船板、管线钢板。近年来又被用于开发高层建筑用厚壁钢板、海洋平台用钢板、储罐用板等，目前采用TMCP工艺技术生产的厚板占全部厚板的比例日本最高，在45 %左右。

（3）板形控制技术

板形控制的最终目的是能轧制出切头、切尾、切边极少、尺寸偏差极小、齐边、近似矩形的产品、从而最大限度地减少精整工序。它也是厚板生产过程中不可或缺的一项技术。

过去，厚板轧机上主要采用工作辊或支撑辊弯辊装置进行板形控制，两者各有优缺点，后来采用工作辊弯辊装置的较普遍。

目前，已普遍开始在采用工作辊弯辊装置的基础上将应用于热带轧机的PC(双交叉辊技术) 、CVC(连续可变凸度轧机)WRS(工作辊移动技术)应用于厚板轧机。如日本福

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山厂4700mm轧机和大分厂5500mm轧机，工作辊移动量最大达到1000mm，同时装有强力工作辊弯辊装置，WRS主要功能为均匀轧辊磨损，减少轧制板宽的约束。

瑞典奥斯陆厂已于1999年初将原来的厚板轧机改造成目前世界上第一台CVC厚板轧机。这台轧机主要轧制硬质钢板，轧制力为100MN，轧机配有很强的弯辊装置。有关资料显示，此轧机在板形控制方面取得了较好的效果。

20世纪90年代日本君津厂将4724mm厚板轧机改造成PC轧机；1997年新投产的韩国浦项4300mm厚板轧机也采用了双交叉辊技术，在板形控制方面取得不错的业绩。

（4）平面板形控制技术

为了减少钢板头与尾的鱼尾形与舌头形、边部的鼓肚、塌边及镰刀弯等不规整变形的损失，使之接近于矩形钢板，平面板形控制已成为提高中厚板成材率极为有效的措施。控制方式方面，不同的生产厂各有特点，但大多数是由日本川崎水岛厂开发的技术衍生发展起来的。

20世纪70年代末日本川崎水岛厂开发了MAS平面形状控制法，根据预测模型在成形和展宽轧制阶段对板坯厚度断面给予变化的压下量进行形状控制，使钢板在轧制终了时的形状接近矩形。自1978年此项技术应用以来，比传统方法提高成材率4.4 %。

1982年左右又开发了与MAS法大体相同的“狗骨轧制法”。即轧制开始时将板坯厚度断面头尾部分轧成斜形，然后展宽轧制和延伸轧制。

不仅日本几套主要的厚板轧机，如君津厂和京滨厂轧机应用了类似于水岛厂的MAS平面形状控制方法, 芬兰、英国、瑞典的厚板轧机也采用了MAS技术。

水岛厂在开发MAS基础上又于1985年研制出TFP技术，轧制“免切边钢板”（用铣削床铣边）也取得了不错的效果。

（5）超声波探伤

厚板厂绝大多数都有超声波探伤装置，日本大多数厚板厂还配有2台。探伤装置中通道最多的是大分厂，共有280个，以下依次为君津厂238个，名古屋厂216个，京滨厂130个。探伤装置的布置方式有：

1)在线布置。有的设在冷床出口处，让钢板直接通过。如德国的迪林根、米尔海姆、杜依斯堡、日本大分等; 也有设在定尺剪后面的，如日本的君津、鹿岛等。

2)离线布置。设在精整区后部，用起重机上卸料如韩国浦项厂。该装置的特点是钢板在辊道上不动，探伤装置沿钢板宽度方向来回探伤。

3)旁线布置。设在与剪切线平行的辊道上，如日本的君津、鹿岛、扇岛、水岛等。 德国几个厂除了在线布置、离线布置外，还有人工地面探伤，其型式均为连续波穿透式，探伤钢板温度为250℃左右。

目前超声波探伤装置和技术都比较先进，尤以日本为最，可检测出钢板的缩孔、分层、白点、气泡、偏析、内裂及严重的粗晶等内部缺陷，也可以发现表面裂纹，铁皮过厚等表面缺陷，并可检测出2mm厚度内的缺陷。

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1.2.4 我国宽厚板发展概况

在整个“十一五”期间，我国建设了14套宽度在4100mm以上的宽厚板机，增加产能2400多万吨。满足大型海洋工程和造船业、大型桥梁、大口径石油、天燃气输送管线、大型压力容器和储罐、重型建筑结构(特别是高层、防火、耐侯、大跨度和非对称的空间结构用途)、大型水利电力、核能和机械工程的技术进步和旺盛需求,极大地拉动了高等级宽厚板生产的发展。

高强度宽厚板钢材的屈服强度在345MPa以上, 用于重大钢结构的则有Q390、Q420和Q460，例如2008年奥运会主体工程—国家体育场(鸟巢结构)大量使用了我国舞阳钢铁有限责任公司生产的厚度为110mm的Q460EZ35钢板；为了提高安全性和整体性能、减轻自重、减少焊接量,造船和海洋平台则多用D36和E36以上的宽幅厚板；Φ1220mm以上的大口径石油和天燃气输送管线多用X70级或以上,甚至X100和X120等级的抗硫化氢腐蚀的宽厚板；这些用途的宽厚板往往还单独或综合要求具有良好的低温冲击性能，抗焊接热影响和裂纹敏感特性，或者试件断面收缩率达到25%或35%以上的抗层状撕裂的性能。（见表1-2）

表1-2 2013年末前我国新建投产的宽厚板轧机

企业 宝钢 首钢秦板 沙钢1# 舞钢2# 包钢 宝钢罗泾 鞍钢鲅鱼圈

莱钢 舞钢鄂城 营口五矿 沙钢2# 重钢 济钢 湘钢 兴澄特钢

轧机宽度 Mm 5000 4300 5000 4100 4100 4200 5500 4300 4300 4800 5000 4100 4300 5000 4300

设计产能 万吨/年 180 180 180 180 140 160 200 180 120/(160) 200 180 130 210 200 165

技术 来源 SMS-Siemag SMS-Siemag SIEMENS-VAI SIEMENS-VAI SMS-Siemag SMS-Siemag SMS-Siemag SIEMENS-VAI SIEMENS-VAI SMS-Siemag SIEMENS-VAI 中冶赛迪/二重 SIEMENS-VAI SIEMENS-VAI DANIELI

投产 年月 2004.12 2006.1 2007 2007.2 2007.1 2008.2 2008.8 2009.1 2009.4 2009.9 2009.9 2009.9 2010.4 2010.9 2010

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厚钢板产量从2004年的821.26万吨发展到2009年的1874.86万吨，增长了128.3%，而今年也继续保持增长趋势。特厚板的产量增长速度也比较快，从2004年的180.01万吨增至2009年的474.56万吨，增长幅度达163.6%，今天1-10月份的产量达393.1万吨。而在2000年的时候，我国特厚板产量仅为71.43万吨，从2003年以后，随着我国经济的高速发展，国内也相继投产了一批具有世界先进水平的特宽厚板轧机，之后一直到2007年我国特厚板的产量也以每年百分之三十几的速度增长。

图1-1 我国厚钢板产量统计（单位：万吨）

图1-2 我国特厚板产量统计（单位：万吨）

1.2.5 宽厚板生产的发展趋势

根据中国中厚板产品的生产现状及国民经济建设未来发展的需求，考虑发展趋势和需要解决的课题主要有：

1）X90及以上级别高强、高韧、耐腐蚀、易焊接、低温油气管线厚钢板工程化及配套技术；海洋油气管线用X70以上厚板；抗大变形X80／X100管线板工程化。

2)稳定生产高强度、高韧性中厚板板材，ReL≥600～900MPa、Rm≥700～1400MPa。

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3)屈服强度960MPa以上级别，厚度达到3mm的薄规格超高强工程机械用钢，屈服强度1100MPa级以上超高强工程机械用钢，NM600、NM700耐磨钢及抗延迟断裂超高强钢，以及厚度大于600mm的特厚钢板的开发。

4)开发并工程应用X70和X80抗大应变管线钢、40HIC 管线钢，X100～120超高强度管线钢稳定化，耐蚀X70厚壁管线钢产品。

5)开发适应于不同行业要求的大线能量焊接用钢、耐蚀及高抗止裂特性船板、低温用钢及其他特殊性能要求的中厚板产品。

6)特种条件用高均质性高强度超厚板（厚度≥250mm）稳定生产。

7)临氢设备用钢和9Ni钢稳定生产、形成用户使用技术、开发出高安全性低温用钢。

8)减少Q235～Q345级不同厚度的中厚板成分系列，并降低生产成本。

根据以上研究所要解决的问题，下一阶段宽厚板生产技术的发展应以品种、规格、专用板和特殊条件板为核心。具体表现为以下几个方面： 1.2.5.1 轧机生产能力的提高

（1） 轧辊辊身长度的增加

大直径的直缝焊管UOE成型需要更宽的厚板作为原料，大型舰船制造也需要提供更大面积的坯料，以减少焊缝。此外，随着滚切剪的出现，轧机可以生产双倍成品宽度的宽厚板，然后纵向剖切，可以提高金属回收率和成材率。

（2） 轧机刚度不断增大

现代厚板轧机工作机座的基本特点是具有高刚度，以满足板宽增加和控制轧制所要求的较低变形温度。目前，世界厚板轧机刚度最高已达到9000～10600 kN/mm。

（3） 轧机力能参数在不断增大

由于增大了辊身长度来轧制更宽的厚钢板，且实施控温轧制，使得轧制压力不断增大，现在有的厚板轧机已达到100000～110000 kN（最大已达到130000 kN）的轧制力。随着轧制压力的增大，工作扭矩也无疑随着增大。此外，轧制速度的提高可以缩短轧制周期，使轧机的生产率得到提高，减少钢板因头尾温差不均而引起的钢板厚度差，控制终轧温度，提高产品质量。厚板精轧机速度由6 m/s提高到7.85 m/s。 1.2.5.2 大力开发新型厚板轧机

普通四辊轧机已经得到广泛的应用，为了更好的控制板形、提高钢板的精度和提高厚板轧机的效率，需要不断的开发新型宽厚板轧机，如：HC（High Crown Control）轧机、PC（Pair Crossed）厚板轧机和CVC（Continuously Variable Crown）厚板轧机等。 1.2.5.3 液压AGC厚度自动控制和液压弯辊板形控制系统

采用液压AGC（Automatic Gauge Control）厚度自动控制技术可以减小产品厚度差，用于造船、桥梁等的建造，也可以减轻结构重量、节约工时。液压弯辊板形控制系统在提高板形质量的同时，也实现板形动态自动控制。

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1.2.5.4 采用连铸坯为厚板轧制的坯料

以连铸坯为厚板轧制的坯料，除少量有特殊用途的合金钢板采用钢锭为坯料外，大多数的厚板生产都采用连铸坯为原料。同时，普遍采用连铸坯热送热装技术。 1.2.5.5 普遍采用厚板平面形状控制技术

厚板扎制过程中变形不均匀，轧完后不是矩形，影响成材率。日本率先开发了MAS平面形状控制法，通过给予变化的压下量对板坯厚度断面进行形状控制，使钢板成品为最佳矩形，提高成材率4.4%。 1.2.5.6 广泛采用钢板综合性控制技术

控制轧制、控制冷却、进而发展成控制轧制和控制冷却结合的热机械控制工艺，简称TMCP（Thermo Mechanical Control Process）工艺。这种方法不仅对厚板轧制的终轧温度和低温阶段的压下率进行控制，而且对轧制后的冷却速度和终冷温度进行控制。因此，也称为控轧控冷。这种方法可以生产出高强度、高韧性和良好焊接性能为一体的钢板品种，生产出用常规轧制加上热处理组合方法所无法达到要求的造船板和管线钢板。 1.2.5.7 采用计算机控制

现代宽厚板轧机都实现了计算机控制，包括基础自动化、完成程序压下、物料跟踪、事故检测和报警的控制。有的实行包括生产管理级、生产控制级、过程控制级和设备控制级管理和控制。计算机管理和控制，是生产组织和生产过程高度自动化，在现阶段厚板生产发展的新技术，都与计算机相关。计算机控制给厚板生产带来了极大的效率。

2 产品大纲及技术要求

2.1 产品大纲

设计年产量：212万吨

产品规格：10～144032000～45003～32000mm 代表钢种规格：GB3531-09MnNiDR

品种：船板，管线材，桥梁板，锅炉板，容器板，建筑结构板 原料：厚度为200 mm、200 mm、300 mm的连铸坯 产品方案如下表2.1、表2.2，表2.3所示

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表2.1 按钢种分类产品大纲

产品名称 锅炉和压力容器

板 桥梁板 工程机械钢板 管线钢板 低合金钢板 造船板 建筑板 合计

代表钢种

09MnNiDR,18MnMoNbR,1

5GrMoR

Q420qC/D/E,Q460qC/D NM500,NM550,NM600

Q550 Q690 L245,L290，L360，L390 Q500A/D,Q550A/D/E AH500A32-F40，DH500，

EH500

Q420GJB/D/E,Q460GJB/D

执行标准 GB3531—2014 BG/T714—2008 GB/T24186—

2009 GB/T21237—

2007 GB1591—2008

GB712 GB/T19879—

2005

年产量 /万吨 37 25 21 16 41 47 25 212

百分比 /% 17.54 11.70 9.76 7.60 19.30 22.40 11.70 100

表2.2 产品按厚度分类大纲

产品名称 锅炉和压力容

器板 桥梁板 工程机械钢板 管线钢板 低合金钢板 造船板 建筑板 合计

10~14 10 2 3 1 5 4 3 28

16~20 12 6 4 2 10 6 9 49

22~28 5 10 6 8 10 8 6 53

30~39 4 4 3 5 7 17 5 45

41~62 4 2 3 0 6 10 2 27

63~140 2 1 2 0 3 2 0 10

合计/万吨 37 25 21 16 41 47 25 212

比例/% 17.54 11.70 9.76 7.60 19.30 22.40 11.70 100

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2.2 金属平衡表

产品名称 锅炉及压力容器板 桥梁板 工程机械钢板 管线钢板 低合金钢板 造船板 建筑板 合计

年需胚料/万吨 40.57 27.47 23.13 17.60 45.10 51.82 27.44 233.13

年产量/万吨 37 25 21 16 41 47 25 212

金属消耗系数/% 1.096 1.099 1.101 1.100 1.100 1.103 1.098 1.100

成材率/% 91.2 91.0 90.8 90.9 90.9 90.7 91.1 90.9

烧损及氧化率/% 1.7 1.3 1.9 1.7 1.3 1.4 1.8

切损/% 6.1 6.0 5.8 5.8 6.0 6.2 6.1

轧废/% 1.0 1.7 1.5 1.6 1.8 1.7 1.0

小计/% 8.8 9.0 9.2 9.1 9.1 9.3 8.9

3 生产工艺流程及轧机的选择

3.1 轧机的主要类型及布置形式

3.1.1 现代宽厚板的轧机设备

根据生产工艺的要求, 实现TMCP, 不仅要求轧机具有更大的轧制压力和刚性, 而且要求控制冷却系统要有较大的冷却能力。因此, 沙钢2#宽厚板生产线设置了1台四辊可逆式轧机, 并预留1台立辊轧机的位置。

国内目前在用的宽厚板轧机从机架结构上可分为二辊、三辊及四辊轧机，此外，还有PC轧机、HC轧机等新型轧机。根据生产工艺的需要，可以在轧机前或后设置立棍轧机。

3.1.1.1 二辊轧机

二辊可逆式轧机一般不单独作为成品轧机使用，常与一架四辊精轧机组成一台双机架中厚板轧机。这种轧机的工作辊直径相对较大，允许的咬入角大，轧制压力及传动力矩也相对较大，但轧机的刚度小、产品的厚度精度较差，因此不适用于精轧机使用。随着国内轧机的更新换代，这种轧机正在逐步退出历史舞台[6]。

3.1.1.2 三辊劳特式轧机

三辊劳特式轧机由二辊可逆式轧机发展而来，是由两个直径相同的上下支撑辊和一个直径较小的中间工作辊所组成，上下辊为不可逆传动，中间工作辊可以升降，靠上下

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辊摩擦带动。一般上下辊直径为700～800 mm，中间辊直径500～550 mm，辊身长度为1800～2300 mm。

三辊劳特式轧机生产时，轧件在中间工作辊上下往复轧制，靠摆动升降台上下递送，在上通道轧制时，上辊为工作辊，下辊兼作支撑辊。在下通道轧制时，下辊为工作辊，上辊兼作支撑辊。

与二辊轧机相比，尤其在可逆传动尚需要依赖直流电动机调速的年代中，三辊劳特式轧机可采用造价较低的交流电机驱动，实现往复轧制，并通过采用飞轮是电机容量减小，故设备简单，造价低，投资少。此中间辊受上下辊支撑，挠度较小，并且中辊易于更换，使得辊型配合较好，有利于提高钢板厚度的精确性。此外，由于采用小直径中间辊，可以显著的降低轧制压力和能耗并是钢板易于延伸。

但实际生产中，三辊劳特式轧机却表现出明显的缺点：中间辊直径小且不传动，因而咬入能力较小；轧机前后装有升降台，展宽轧制采用拨钢机以角轧方式实现，限制了原料的单重，轧制钢板长度较短，成材率较低；轧机刚度小，产品厚度精度差，不适用于轧制厚而宽的产品，常用于生产4～20 mm的中板。随着国内外四辊轧机的兴起，这种轧机也逐渐被淘汰[6]。 3.1.1.3 四辊轧机

四辊轧机是由两个直径较小的工作辊和两个直径较大的支撑辊所组成，上下工作辊由两台直流或交流变频电机可逆传动。与二辊轧机或三辊劳特式轧机相比，四辊轧机的刚度大、轧制规格范围广、产品尺寸精度高、在产品质量及产量等方面占有明显的优势，因此虽然这种轧机的设备重量及投资大，但仍然逐步成为国内外轧机的主要轧机形式，既可以用于粗轧机，又可以用于精轧机[6]。

四辊轧机规格一般按照工作辊的名义辊身长度来标称。

图3.1 二辊轧机轧制示意图 图3.2 三辊劳特式轧机轧制示意图

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图3.3 四辊轧机轧制示意图 图3.4 PC轧机

四辊可逆式轧机和立辊轧机的主要性能参数见下表：

表3.1 轧机参数表

最大轧制压力/ MN 100 45

工作行程/ mm 110

最大轧制速度/ m2s-1 7.3 7.3

主传动交流 电机功率/KW 2310000 231200

轧机名称（台数） 四辊可逆式轧机 附着式立辊轧机

工作辊规格/

mm Φ1600/15003

4900 Φ1000/9003

600

支承辊规格/

mm Φ3200/30903

4750

3.1.1.4 PC轧机

PC（Pair Crossed）轧机如图3.4所示，是1979年由日本三菱公司和新日铁联合研发的新型四辊轧机，其上下轧辊成对交叉。作为轧辊的交叉方式，主要有支撑辊成对交叉、工作辊成对交叉和工作辊及支撑辊成对交叉三种。前两种实际中很少应用，主要采用工作辊和支撑辊都成对交叉的PC轧机。其优点如下：

（1）由于其调整辊缝时不仅不会产生工作辊的强制挠度，而且也不会在工作辊和支撑辊间由于边部挠度而产生过量的接触应力，所以可获得很宽的板形和凸度控制范围，具有较大的控制能力。

（2）不需要工作辊磨出原始辊型曲线。

（3）配合液压弯辊可进行大压下量轧制，不受板形限制。 3.2.1.5 HC轧机

HC（High Crown Control）轧机（如图3.5所示），是20世纪70年代初日本日立公司和新日铁合作研发的六辊轧机。其原理为通过上下中间辊沿着相反的方向的相对横

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移，改变工作辊与中间辊的接触长度，使得工作辊和支撑辊在板宽范围之外脱离接触，从而消除有害接触弯矩，由此工作辊弯辊的控制效果得到了大幅度增强。

图3.5 HC轧机

HC轧机通过中间辊的横移，可以适应轧制时板宽的变化，实现轧机较大横向刚度，使得板形控制能力得到很大的提高，具有以下优点：

（1）热凸度的有效补偿。HC轧机可以通过中间辊的横移使得工作辊的热凸度得到有效补偿，消除了新辊上机所带来的麻烦。

（2）大压下的轧制实现。HC轧机中间辊的横移设计，使其具有传统四辊轧机所不能达到的横向刚度，从而保证了轧机板形控制的稳定性，可以采用小辊颈的工作辊轧制，进而为大压下轧制的可能创造了条件。

（3）边部减薄现象的缓解。HC轧机通过中间辊的横移可以减小工作辊的挠曲变形和压扁变形，同时HC轧机可以使用较小的工作辊直径，从而显著的减小了边部减薄现象。

（4）边部裂纹缺陷的减轻。由于HC轧机可以实现大压下轧制，减少了轧制道次，从而可以在材料硬化且边部开裂之前轧到所设定的厚度，抑制了边裂缺陷。

综上所述，本设计粗轧机和精轧机均选用PC轧机。

3.1.2 轧机的布置形式

目前，世界上宽厚板轧机的布置主要有单机架和双机架两种形式。

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3.1.2.1 单机架布置

在宽厚板轧机生产线上，采用一架轧机完成全部的轧制道次。采用的机型有二辊可逆式、三辊劳特式和四辊可逆式轧机。如上所述，二辊及三辊劳特式轧机已经逐渐被淘汰，目前单机架布置采用的轧机主要机型为四辊可逆式轧机。

与双机架相比，单机架布置设备投资低，轧线长度短，车间面积小，相对同规格双机架轧机而言，轧机产量较低。此外，由于单机架轧机需要兼顾开坯及成品轧制作用，辊耗高，设备维护量相对较大。

当轧制大钢锭等特厚坯料时，容易对成品轧制的质量、精度造成影响，如大块氧化铁皮的影响，轧制冲击及压下机构长期的长行程运动对设备零部件间隙的影响等，同时轧制开口度较大，轧机上无法配置与弯辊、窜辊等现代化板形控制系统，较难兼顾薄板和厚板轧制[6]。 3.1.2.2 双机架布置

双机架布置是指在轧制线上设置有粗轧机和精轧机，分别完成粗轧和精轧阶段的轧制工序。双机架组合形式通常有二辊可逆+三辊劳特、三辊劳特+四辊可逆、二辊可逆+四辊可逆或粗轧和精轧均为四辊可逆轧机等多种形式。随着用户对产品内在及外形质量要求的不断提高，以及设备、控制技术的不断进步，目前最广泛使用的机型已经转变为双机架四辊可逆轧机。

在双机架布置形式中，开坯与成品轧制的任务有粗轧机和精轧机分别承担。在设备配置上，粗轧机以大开口度、大扭矩及低速大压下为特征，所轧制的中间坯厚度较厚，因此可不用配置弯辊、窜辊等板形控制机构。而精轧机需实现最终产品内在质量和精度，因此需要配置完善的板形控制机构。此外两架轧机在工作辊直径、机械压下机构、传动装置方面也有所不同。

与单机架相比，双机架轧机中每架轧机的功能相对单一，故障率也相对较低，同时也有利于达到和保持产品的精度。

从国内外各种轧机布置的使用效果来看，尤其是在轧机产能、产品质量的实现等方面，双机架轧机均比单机架轧机略胜一筹，因此目前双机架布置占据主导地位。但如场地或设备投资等受到限制，或预定的产品结构单一时，单机架布置也能够实现预定目标，因此国内外也有很多中厚板工厂根据自身的需要选择单机架轧机[6]。

本设计综合各方面考虑，选择双机架布置。 3.1.2.3 轧钢机的选择原则

轧机是完成金属轧制变形的主要设备，是代表车间生产技术水平、区别于其他车间类型的关键。因此，轧钢车间选择的是否合理对车间生茶具有非常重要的作用。 轧机选择的主要依据是：车间生产的钢材的钢种，成品品种和规格，生产规模的大小以及由此而确定的产品生产工艺过程。对轧钢车间工艺设计而言，轧机选择的内容

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是：确定轧机的结构形式，确定其主要参数，选用轧机机架数即布置形式。在选择轧机时，一般要注意，考虑一下原则[9]：

（1）在满足产品方案的前提下，使轧机组成合理，布置紧凑； （2）有较高的生产率和设备利用系数；

（3）保证获得良好的产品，并考虑到生产新产品的可能；

（4）有利于轧机的机械化，自动化的实现，有助于工人的劳动条件改善； （5）轧机结构型式先进合理，制造容易，操作简单，维修方便； （6）备品备件更换容易，并利于实现备品备件的标准化； （7）有良好的综合经济技术指标。

目前，由于机械制造业的发展，轧钢生产的日益进步，现在的主要轧机除去一些特殊用途外，基本上都已经趋于系列化、标准化了。为我们选用轧机进行生产提供了方便的条件。

3.2 宽厚板的加热设备及高压水除鳞系统

3.2.1 加热炉

宽厚板车间为钢材热加工车间，原料的加热工序必不可少，加热工序主要设备就是加热炉。加热炉热工操作直接关系到坯料加热的质量和产量。加热炉的热工操作应严格按照操作规程进行。如在轧机正常生产时。轧制节奏较快，要求提高加热炉的产量，炉温可按上限控制。当轧机生产不正常时，不仅要控制炉温，而且要注意保持炉压，避免过热过烧以及严重氧化。

加热原料时要保证烧透，即保证加热时间。为使加热炉内温度分布合理应注意调节炉膛压力，保证出料端炉膛压力为零或微正压，以使炉内气氛保持畅通。

加热的目的： （1）降低变形抗力，提高钢的塑形，便于塑形加工。

（2）使坯料内外温度均匀，避免在轧件内部出现温度应力。 （3）改善金属的内部组织。

宽厚板——作为一种比较独特的轧制产品，因原料品种、规格较多，所以对加热设备也有一定的特殊要求。根据不同产品的产品大纲可选加热炉炉型主要有4种：推钢式连续加热炉、步进梁式连续加热炉、均热炉和车底式加热炉。

宽厚板车间原料板坯长度较短，钢种较多，连续式加热炉的主要特点是：多为两排或三排布料，炉子较窄且长，沿炉长方向分多段控制以适应多种加热制度的需要等。

虽然均热炉与车底炉从结构和布置上有很大区别，但两者的加热制度比较接近，都为专设装出料设备的间歇性加热炉，均热炉对板坯的规格范围和形状限制的比较严格，烧嘴数量较少，温度均匀性较差。

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3.2.1.1 炉型的比较

（1）对板坯尺寸、形状的要求

步进梁式连续加热炉对板坯的最短长度要求一般不小于1700mm，相应板坯的最大长度也比较长。

推钢式连续加热炉有一个推钢比限制，即推钢长度/板坯厚度小于200～250 mm，如果推钢长度要核算允许的板坯最小厚度。推钢式连续加热炉对板坯最小长度要求可以短到1600 mm，相应板坯最大长度也比较短。此外，在板坯厚度较厚、推钢长度较长时板坯侧面形状尽量呈凸状。

车底式加热炉对板坯尺寸、形状没有特殊要求。 （2）加热质量

步进梁式连续加热炉如果选用拖入机装出料，那么板坯在装出料及炉内输送过程中板坯与支撑块之间没有滑动，板坯下表面很少产生划伤。活动梁和固定梁交替变位支撑板坯，可以是板坯的水管黑印减少到最小。此外，板坯在步进梁式连续加热炉内与垫片之间几乎没有滑动，垫块磨损较轻，寿命较长，可以保持长时间的较小黑印。 推钢式连续加热炉采用推钢机装料并输送炉子全长的板坯，即便使用拖出机出料，板坯在装料及炉内输送过程中板坯和支撑块之间是滑动的，板坯下表面产生划伤不可避免。由于炉底梁垫块和板坯之间始终接触，板坯的水管黑印相对较大，板坯和垫块之间始终发生滑动，垫块磨损较重，寿命较短。

车底式加热炉中板坯有无水冷垫块支撑，几乎没有黑印产生，板坯温度均匀性最好。

（3）加热能力

在步进梁式连续加热炉和推钢式连续加热炉中，板坯的装出料及炉内输送都是连续的，无论是平均小时产量能力还是瞬时能力都较大。但推钢式连续加热炉为了减小黑印需要适当延长均热时间，另外受推钢比限制，炉长也不能太长，故在相同的坯料情况下，两种炉型的产能差距是明显的。

车底式连续加热炉为间歇性生产，其装炉和加热过程比较缓慢，所以其平均小时产量相对较少。但加热完成后，如车间出料设备能力足够，就可以连续出炉，其瞬时能力比较大。

（4）机械化和自动化程度

相比而言步进梁式连续加热炉的机械化和自动化程度最高，板坯的装出料、炉内运送均可以实现正反自动控制；推钢式连续加热炉的退料操作比较困难；车底式连续加热炉的装出料难实现自动化。

（5）单位热耗

步进梁式连续加热炉和推钢式连续加热炉单位热耗相近，车底式连续加热炉的单位热耗较高。

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3.2.1.2 炉型选择

宽厚板车间一般设两座或两座以上加热炉。

在板坯规格范围不大的情况下，建议采用步进梁式连续加热炉。因规格、品种范围不大，选用性能优越的步进梁式连续加热炉就能满足所有规格和品种的要求，几座炉子炉型、性能一样便于配合和调度。

如板坯规格范围较大，可同时采用步进梁式炉和推钢式炉。因坯料规格范围大，一种炉型很难满足坯料的加热要求，选择两座炉型是可以考虑的。但由于炉型要适应各种的坯料规格，在实际生产中可能会出现一些单一的炉型为轧机供料的情况，将影响轧机产能的发挥。

在板坯范围较大、又有少量小单重坯料或钢锭时，可同时采用步进梁式和车底式炉。原则上，凡是步进梁式炉不能加热的坯料，都可以在车底式炉上加热。两种炉型的配合一般不会影响轧机产能[6]。

综上所述，本设计采用步进梁式连续加热炉。

3.2.2 高压水除鳞系统

3.2.2.1 概述

板坯在高温下，其表面的铁元素会和空气中的氧气发生化学反应生成氧化物，即氧化铁皮。氧化物有三种，从内到外依次为氧化亚铁、四氧化三铁和三氧化二铁。

板坯表面的氧化铁皮如果不去除，在轧制过程中就会被轧辊压入产品的表面，直接影响产品的表面质量。随着中厚板轧制技术的发展和应用，先后开发了多种方法来去除板坯表面的氧化铁皮，其中以高压水除鳞效果最佳。目前宽厚板生产都采用高压水除鳞。

3.2.2.2 高压水除鳞机理

高温板坯通过除鳞机时，高压泵站产生的高压水经喷嘴形成高速射流，在水流冲蚀和剥离及热爆效应作用下，钢坯表面的鳞皮迅速从其表面脱落下来。高压水清除板坯表面氧化铁皮的过程中，主要经历了以下几个联合作用：冷却效应、破裂效应、爆破效应及冲刷效应。

3.2.2.3 高压水除鳞装置

宽厚板轧钢车间的高压水除鳞装置一般位于加热炉出口侧，安装在除鳞辊道区。高压水除鳞装置（如图3.4所示）为封闭机构，其箱体为焊接结构件。上箱体可快速拆装，下箱体固定安装在除鳞滚到的辊道架上。下箱体内侧设置导向板，用于板坯通过除鳞装置时的导向，防止板坯因跑偏而装机除鳞装置。除鳞装置的入出口都装有可快速拆装的挡水幕，以防止除鳞水外溅。除鳞装置设置两对除鳞集管，即可同时工作又可以单独工作。每对集管包括一个上集管和一个下集管。下集管固定安装在除鳞辊道的辊子之间。上集管的高度可调，以保证喷嘴与板坯表面的距离不变，即除鳞水对板坯表面的打击力保持恒定[6]。

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图3.4 高压水除鳞系统装置示意图

1—下箱体；2—下集管；3—入口侧挡水幕；4—上集管；5—上箱体；6—出口侧挡水幕

3.3 矫直机

3.3.1 概述

钢板在加热、轧制、精整、运输及各种加工过程中，由于温度不均、变形不均、轧后的冷却、剪切、运输以及其他因素的影响，往往产生不同程度的弯曲、瓢曲、浪形、镰刀弯或歪扭等塑性变形，表现为各种产品缺陷。要完全避免和消除这些缺陷是很难的，甚至是不可能的，因此轧后的产品必须按国家规定的相关质量标准进行矫直，以满足用户的使用要求。

3.3.2 宽厚板矫直机的类型

宽厚板产品在轧制、精整、运输及各种加工过程中会形成中浪、边浪、浪性、瓢曲、镰刀弯等各种缺陷，为了消除这些缺陷，宽厚板车间常用的矫直设备为辊式矫直机和压平机（即压力矫直机）。根据矫直机的功能不同，辊式矫直机分为预矫直机、热矫直机、冷矫直机及热处理矫直机。

预矫直机位于轧机下游加速冷却设备入口处，用于矫直轧制钢板的大缺陷，使钢板能够顺利进入加速冷却设备的上下冷却集管之间。通常预矫直机的矫直温度为700℃以上，矫直钢板厚度为8～50 mm，矫直速度为1～2.5 m/s，矫直辊数为5～7个。

热矫直机位于轧机区尾部与冷床之间，用于矫直精空冷或水冷降温后的热轧钢板。一般来说，热矫直机的矫直温度为550～1000℃，矫直钢板厚度为8～50mm，矫直速度为1～2.5 m/s。现代化的热矫直机为四重式结构，矫直辊的数量一般取11或9根。

冷矫直机布置在剪切线或精整区，用于矫直经热矫直还没有达到要求或在后部工序产生形状缺陷的钢板。一般来说，冷矫直机的矫直温度在常温～150℃之间，矫直钢板

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的厚度在4～25mm，矫直的速度在0.3～1.0～1.5m/s，现代化冷矫直机与热矫直机的结构形式基本相同，都为四重式，矫直辊数一般取9或11根。

热处理矫直机布置在正火或回火热处理线后面，用于矫直热处理后不平整的钢板，矫直温度为常温～500℃，所以热矫直机同时具有热矫直机和冷矫直机的功能。

对于厚度大于50mm或头尾部局部弯曲的钢板，用辊身矫直机矫直很困难，一般采用压力矫直机。

随着控轧控冷与直接淬火的采用，以及轧后板温降低、板形变坏、屈服强度增大、板厚范围加宽和用户对钢板加工自动化程度的提高，要求生产厂交货钢板的平直度也更加严格。因此，要求钢板矫直后平直度好，残余应力小且分布均匀，表面质量好且无压痕，矫直设备的矫直能力强，刚度大，自动化程度高，操作安全可靠，作业率高，换辊方便等。而全液压四重辊式矫直机能满足上面的要求[6]。

故本设计在轧制线上采用四重十一辊式矫直机，在热处理线上采用四重九辊式矫直机。

3.4 冷床

3.4.1 概述

宽厚板生产中，钢板出矫直机后，温度仍然较高，通常在550℃以上。为了防止矫直后的热态钢板在冷却过程中发生变形，保持钢板的平直度和满足钢板剪切的要求，钢板需要在冷床上尽可能冷却至规定温度。一般要求钢板冷却后的温度在150℃以下。此外，冷床还可以用来缓冲轧制作业区和剪切等后部作业区在某一时间内产能不平衡问题[6]。

3.4.2 冷床的主要形式

宽厚板冷床有多种类型，常用的有：链爪滑动式、链床移动式、运输链式、滚盘式及步进式。近年来，多采用滚盘式及步进式。

3.4.2.1 链爪滑动式冷床

链爪滑动式冷床由具有固定间距的轨梁和带爪的链式运输机组成。钢板置于轨梁上，通过带链爪的链条传动在轨道上滑动运输。其结构简单，造价低，缺点是钢板下表面与下轨道梁之间有滑动摩擦，导致钢板下表面易产生划伤，散热差，冷却效率低等，这种冷床已经逐步被淘汰。

3.4.2.2 运输链式冷床

运输链式冷床由固定梁和可升降链条梁组成，钢板移送时在链条拖板上随链条移动，钢板与链条之间没有相对滑动，避免下表面划伤。其缺点是由于钢板温度较高，与链条直接接触，链条润滑困难，导致磨损严重，链条的维护量大，故障频繁，故很少使用这种冷床。

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3.4.2.3 滚盘式冷床

滚盘式冷床由大量滚盘和传动轴组成，每根轴上固定有若干个支撑轮和一定数量的滚盘，相邻轴上的滚盘交错布置，以利于钢板下表面的均匀冷却。该种冷床适用于中等负荷、冷床面积小的工厂。

3.4.2.4 步进式冷床

步进式冷床由具有良好的平面性的多组固定梁及格栅、活动梁及格栅组成。活动梁及格栅可通过液压或电动升降传动装置及移送传送机构使其上下运动，达到钢板冷却及输送的目的。分为常规型和特厚型。常规型冷床可冷却钢板厚度在5～50mm，特厚型可冷却钢板厚度在40～250mm，甚至是400mm厚度的钢板。与其他几种冷床相比，该种冷床具有的优点：

（1）在运送钢板时，钢板与托架之间没有任何摩擦，因此钢板下表面不会产生划伤。

（2）冷床的冷却面积能适应各种不同宽度钢板的冷却要求，能得到充分利用。 （3）冷床平面是一个结构布置良好的机械平面，因此，钢板冷却后平直度较好，对钢板的剪切非常有利。

（4）步进式冷床不论是固定梁还是载运活动梁，在与钢板的接触面上，都有大量均匀密布的孔眼，冷空气可以通过这些孔眼冷却钢板的下表面；钢板与固定梁和载运活动梁的接触时间相同，所以钢板不但冷却速度快，而且冷却均匀，从而使钢板有较为均匀的组织和性能。

（5）钢板在冷床上既可以前行，又可以后退，便于生产操作和调整。 但步进式冷床也有自身的缺点：设备重量较大，造价昂贵，维修困难等。 综合考虑，本设计采用步进式冷床。

3.5 剪切设备

3.5.1 概述

热轧后的中板或宽厚板经过冷却和上下表面检查后即进入精整工序，首先是对钢板头部、尾部、边部进行剪切，然后定尺剪切和收集。其中切边、定尺工序经常成为制约整条生产线生产能力发挥的主要环节，其生产效率的高低，剪切质量的好坏、工序能力的平衡对钢板生产有重要影响。故合理选择和配置钢板剪切机是发挥精整线能力的首要条件。一般宽厚板厂的剪切设备包括：切头分段剪、双边剪、剖分剪、定尺剪等。

3.5.2 宽厚板生产的剪切机类型

在宽厚板生产中常用的剪切机有：斜刀片式剪切机（即铡刀剪）、圆盘式剪切机、滚切式剪切机三种类型。厚度大于50 mm的钢板一般采用火焰切割机[6]。

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3.5.2.1 斜刀片式剪切机

斜刀片式剪切机一般由传动部分、离合部分、机架部分、曲轴或偏心轴部分、上下刀架组成，用带飞轮的异步电动机驱动，经减速机或皮带轮以及开式齿轮传动，曲轴使上剪床沿着机架的滑道作往复运动来完成剪切过程。其特点如下：

（1）适应性强。对钢板的温度，无论热态还是冷态都能适应。对钢板厚度适应性强，40 mm以下的钢板均能剪切。

（2）剪切力相对较小，能耗低。

（3）通用性强，使用寿命长，剪刃便于安装，对于钢板的头部。尾部和边部都适用。

（4）但是剪切精度不高，由于间断剪切，剪切效率低；剪切速度慢，产量低。 3.5.2.2 圆盘式剪切机

圆盘式剪切机主要由传动系统、机箱、机座、调整系统、刀片和碎边剪系统组成。广泛应用与厚度小于20～30 mm的钢板剪切。其特点如下：

（1）利用电动丝杠式的移动机构进行剪切宽度调整，有利于不同宽度钢板的剪切。

（2）补偿刀盘磨损和重车，可根据被剪切钢板厚度对重叠量进行调节选择。

（3）主传动多采用直流双电机，经中间同步轴传动两对刀盘，可根据不同钢板的厚度和不同钢板的强度极限来灵活选择剪切速度，同时还可以低速爬行处理剪切事故，保持了电机功率的成分利用。

（4）采用螺旋刀刃的滚筒式碎边剪，可以提高剪切速度，效率高，质量好。 （5）但是只适用于剪切厚度不大于25 mm的钢板。 3.5.2.3 滚切式剪切机

该种剪切机是20世纪70年代初德国研制开发出来的。其剪切钢板的切口光滑、板材变形小、切边平直度高、能耗小、寿命长、产量高，特别使用适用于宽厚板的切边、切头尾及切定尺和纵向切分。

其剪切过程分为6个阶段：起始位置→剪切位置→左侧位置→中部剪切→右侧剪切→结束位置（起始位置），如图3.5所示：

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图3.5 滚切剪的剪切过程

1—起始位置；2—剪切位置；3—左侧剪切；4—中部剪切；5—右侧剪切；6—结束位置

滚切机的主要优点：

（1）滚切剪的上剪刃是半径很大的圆弧形状，在剪切过程中，沿钢板剪切方向上下剪刃的重合量变化较小，在开口度相同的情况下，滚切剪上剪刃行程比斜刃剪剪刃行程小30%～40%，而且滚切剪的偏心半径较小，剪切力一定时，剪切力矩小。

（2）滚切剪的上剪刃行程小，对被剪切钢板的压弯变形小，避免了钢板端部和棱边的弯曲，剪切质量好。

（3）滚切剪的剪切速率大，剪切效率高。 （4）滚切剪有快速换剪刃装置，换刀时间短。

（5）滚切剪剪切钢板的最大厚度达到50 mm，比其他剪切机大。

（6）滚切剪有上下剪刃间隙调整装置，上下剪刃的间隙可根据钢板厚度进行调整，间隙调整精度高，速度快，且切口干净毛刺少。

（7）滚切剪机组采用计算机控制，钢板运送和长度测量装置由夹送辊和测长辊或激光测长装置组成，定尺精度高，使用维修方便。

综上所述，本设计选择滚切式剪切机。 3.5.2.4 火焰切割机

厚度大于50 mm的钢板一般采用火焰切割的方式进行钢板的头尾剪切、边部剪切。在宽厚板厂使用的火焰切割机主要有移动式自动火焰切割机和固定架式火焰切割机，其基本装置是氧气切割器，以及安装切割器的电动小车或电动台车。火焰切割具有切割效率高、切割成本低、投资少、维护简单方便等优点，所以其在宽厚板生产领域得到广泛的应用。

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3.6 热处理炉

3.6.1 概述

所谓热处理，简言之就是对钢板进行加热和冷却的热处理过程。具体说“加热”是选择适当的加热温度和加热制度，冷却是指选择适当的冷却速度和冷却温度。由于加热和冷却而使钢板的性能得到改善的工艺就称之为热处理。

钢板热处理的目的是通过加热、保温和冷却使钢板获得所要求的金相显微组织，从而提高其力学性能。

3.6.2 热处理炉的分类

宽厚板热处理炉形式的选择是热处理工艺成功的关键。热处理炉按照加热方式可分为明火加热和辐射管无氧化加热两种；按照钢板运送方式分为辊底式、步进式、台车式、外部机械化式及罩式等5种，如下所示：

图3.6 宽厚板热处理炉分类

热处理各种炉型和加热方式的比较如下：

（1）热处理炉工作方式的比较。连续式热处理炉尤其是辊底式炉可用于钢板的正火、回火及调质等热处理。这种炉型产量大，机械化和自动化程度高，得到了广泛的应用，是宽厚板厂的首选炉型。周期式间歇性生产的热处理炉，主要用做钢板的正火、回火及调质等热处理。这种炉型生产效率低，燃耗大、成本高、自动化程度高，一般用于小批量和特厚板的热处理。

（2）明火与辐射无氧化加热方式比较。明火直接加热热处理的最大问题是氧化，表面氧化会造成钢板麻坑、氧化铁皮增厚，特别是燃料中的有害成分会在一定程度上影响钢板的表面质量。辐射管加热，炉内通入氮气等保护气体，在炉内形成惰性气体，可

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以防止钢板的氧化，提高钢板的表面质量。但辐射管加热受烧嘴功率的限制，为了获得均匀的炉温，辐射管加热的烧嘴布置数量较多，配置设备较复杂，维护量相对较大。

辊底式热处理炉的优点

（1）可以连续生产，机械化程度高。

（2）可以采用辐射管无氧化加热技术，减少了外界空气进入炉膛的可能性，最大限度的减少了钢板的表面氧化，从而有效的保证钢板的表面质量，实现了对钢板的无氧化加热。

（3）高精度的温度控制技术，可以按照不同产品规格要求，实施相应的温度。 （4）精确的跟踪技术，钢板在辊底式炉上的整个处理过程采用计算机全自动控制。

综上所述，本设计采用辐射管加热无氧化辊底式炉。

3.7 淬火机

3.7.1 淬火处理

淬火工艺是将钢加热到AC3或AC1点以上某一温度，保温一定时间，然后在水或油等介质中快速冷却的热处理工艺。

淬火的主要目的是把加热后的工件快速冷却，将其组织由奥氏体转变为马氏体，并在随后经适当温度回火处理，获得所需要的综合性能。

3.7.2 宽厚板淬火机

宽厚板崔淬火机按照结构形式可以分为压力式和辊式两种。 3.7.2.1 压力式淬火机的特点

（1） 淬火时钢板静止，处理钢板的最大规格为（36～100）34000316000mm，冷却速度高，淬火后钢板的均匀性较差，钢板头尾无温差。

（2）淬火后钢板的平直度、表面质量较好，淬火效率较高。 （3）设备结构简单，操作方便，能耗相对较低。 3.7.2.2 辊式淬火机的特点

（1）辊式淬火机淬火时钢板连续移动，处理钢板的最大规格为（8～150）353003125000 mm，冷却速度高，并且淬火后钢板的均匀性较好，钢板头尾温差为40～100℃。

（2）淬火后钢板的平直度、表面质量较好，淬火效率较高。 （3）设备结构、操作复杂，能耗较大。

根据本设计实际情况，选择辊式淬火机。

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3.8 车间自动化装置

目前，世界宽厚板轧机的形式已经向着高刚度、高自动化和低消耗的方向发展。因此，为了适应这一发展趋势，本车间除工艺、设备等方面的改进外，也考虑了计算机控制系统的采用和加强。

本设计考虑到目前的自动化水平，并结合国内外的现有技术，主要考虑了相关设备之间工艺操作控制及安全保护方面的要求，同时以提高产品质量、提高劳动生产率及节约能源为目标，采取以下措施：

（1） 四辊粗轧机采用辊缝自动设定APC（Automatic Position Control），四辊精轧机采用液压厚度自动 控制（AGC），并在轧机上采用计算机控制轧制。

（2） 步进梁式加热炉采用计算机自动控制燃料燃烧、炉温和人机对话及报 表，对节奏进行控制，使之与轧制节奏匹配。

（3） 轧线上配以完善的检测设。

（4） 水、电、燃油等能源动力方面必要的自动计量装置。

3.9 四辊轧机电动APC和液压AGC

电动压下装置用于轧制过程中辊缝的调整。其特点是调整范围比较大，启动制动频繁。因此电动压下装置应采用低惯量的传动系统，以适应频繁启动制动；压下速度采用调速系统满足工作需要，一般为3～25～50mm/s，压下时采用3～25mm/s，快速提升采用25～50mm/s

液压AGC（Automatic Gauge Control）用于载钢精确调节辊缝，也可智能精确设定辊缝，还能进行变截面的IP（Image Plate）板轧制以及厚度自动控制、变刚度控制、压力控制及多重过载保护和过行程保护；下置式的液压AGC还能对轧线标高进行调整，对下辊系修磨量进行补偿。

液压AGC主要有以下特点：响应速度快，控制精度高，惯性小；过载保护简单、可靠；根据需要可改变轧机的当量刚度，实现对轧机从恒辊缝到恒压力的控制，以适应各种轧制工艺要求；较机械压下的传动效率高；实现平面形状(MAS)轧制，通过改变边部断面形状并配合转钢轧制生产出的矩形钢板切边量减少；实现纠偏及镰刀弯控制，保证正常轧制，减少损失；进行支撑辊及油膜轴承偏心补偿，提高钢板厚度精度。

计算机控制的电动APC和液压AGC应具有以下功能： （1）轧制规程的在线设定及在线计算； （2）安全保护（过负荷与过行程等）；

（3）机架刚度、轧辊偏心度及支撑辊轴承油膜变化的补偿； （4）道次间辊缝给定精度的自动修正；

（5）轧辊辊缝位置的设定及自动控制（APC）； （6）钢板厚度（纵轧后阶段）自动控制（AGC）；

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（7）轧辊的自动调零； （8）人机对话及报表。

3.10 在线检测措施及仪表

3.10.1 在线检测的主要措施

（1）板坯的外形尺寸检查一般通过测量装置或人工测量方式进行测量，高等级钢种还需要对板坯进行人工表面捡查。

（2）轧后钢板的外形尺寸检查一般借助测厚仪、测宽仪和钢板外形仪等自动化仪表完成测量。

（3）在生产线冷床或检修修磨台架处，对于厚度超差的钢板用千分尺、游标卡尺或超声波测厚仪进行侧厚检查。

（4）在精整区域，要用自动或手动超声波探伤仪，采用离线或在线方式进行内部质量检测。

（5）对于剪切或切割后的钢板，要进行钢板外形尺寸的检测，一般采用人工或三点式测厚仪、仪等成品检测仪表。

（6）对于入库前的成品钢板，在良好的照明条件下，人工对上下表面、进行目视检查。

（7）对于厚板的修磨补焊，根据需要进行磁粉探伤或者渗透探伤。平直度和标记质量等。

（8）精整剪切或切割后的钢板需送入检验中心（或检验室等处）进行试样检化验。

3.10.2 在线检测仪表

宽厚板生产线上的仪表配置应能满足自动控制的需要，同时避免仪表功能重复造成浪费。典型仪表配置如下：

（1）冷、热金属探测器——用于检测冷态和热态金属的位置，控制有关设备的运转操作，分别位于加热炉上料辊道、出料辊道、除鳞箱、轧机及矫直机、冷床、减切线，要求反应迅速，环境适应性强，工作性能稳定。

（2）测压仪——用于四辊轧机的轧制压力检测，具有常规过负荷能力，要求反应迅速，精度高，工作特性稳定，可靠耐用，自动显示记录。

（3）测温仪——用于检测坯料或轧件温度，分别位于由加热炉出炉至矫直机区域，部分参加轧机及AGC等系统工作，要求温度范围适当，工作精确稳定，反应迅速，能自动显示记录。

（4）平面形状检测仪——平面形状检测仪主要安装在轧机前或者剪切线上。安装在轧机前后的检测仪用于将平面形状信号反馈给轧机过程设定规程，从而控制轧件的平直度。安装在剪切线上的检测仪用于计算最佳检测量。从检测原理上来讲二者基本相

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同，由于在轧件前后轧件温度非常高，本身发光，不需要另加电源。而剪切线上的钢板温度较低，本身不能发光，需要在辊道上安装电源。测量单元系统由钢板上侧安装的CCD（Charge-Coupled Device）摄像头测量单元和钢板下侧背光照明用下部光源构成。钢板边部位置分别设置两个摄像头，呈三角方式测量，用于修正钢板的上下变动量。形状测定钢板速度测量仪与用户及其上安装的激光测速仪或测量辊的脉冲信号相对应，可在速度测量仪发生故障时切换为辊道脉冲信号后测量。

（5）测厚仪——用于四辊轧机前后轧件厚度检测，射源CS137，要求反应迅速，精度高，工作可靠稳定，防护性好，自动显示记录。

（6）在线超声波探伤UST（Ultrasonic Testing）装置——设置在定尺剪前输入辊道上，可对厚度允许范围内的钢板进行全面超声波探伤。其优点有利于在定尺剪前检查出钢板缺陷，提高成材率。但要求有较大冷却能力的冷床，使被检查的钢板温度降到足够低。另外要配置较多探头，以保证UST能适应生产节奏的要求。

（7）板形检测仪——目前宽厚板生产中较为常用的板形检测仪一般是基于光学原理开发的。根据光学投影原理，光线通过遮光板沿钢板纵向投射到钢板钢板表面，会形成界限分明的明暗两个区域，而明暗的分界线会因钢板表面形状的变化而异。利用这样的装置，运动钢板的板形可以通过分界线所呈现的变化而间接得到反映。使用激光三角法、激光莫尔法等激光检测法成为该类版型仪的主流。

3.11 计算机控制系统

计算机控制系统是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。本宽厚板车间设计采用四级计算机控制，即生产管理、生产控制、工艺控制和设备控制。其工艺控制如下：

（1）板坯库计算机控制——板坯库采用位置图控制方式的计算机自动控制。位置图控制方式是利用计算机程序来表示具体过程各部分之间在时间和空间上相互关系的位置或符号。首先各计算机终端收集连铸坯或锻坯的有关数据，并对其中的各有关事件及其结果进行通讯联系，并对来料和库坯的板坯进行定位堆垛、加工处理和轧制选定等多种作业的管理与控制。

（2）加热炉的跟踪控制——加热炉区域的板坯跟踪控制是在轧制线过程控制计算机的直接参与下，根据设置在各自炉内板坯的跟踪控制和操作人员在系统中给定的称量、装炉、出炉记录，自动设定推钢机推钢。

（3）轧制线的跟踪控制——轧制线的跟踪控制是依靠高速热金属检测器和轧机的测压仪表来实现对特殊的轧制方法和复杂的轧件能准确、迅速的完成跟踪控制。 （4）精整线的跟踪控制——钢板在精整线实现控制所需的信息在板坯入炉时就传递给生产控制计算机。精整线的跟踪采用冷金属检测器CMD（Cold Metal Detector）和光电开关等仪表进行控制，同时可在各操作室显示器上显示作业指标及上道工序的实际数据，如发现异常可改变作业指示

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成品库的管理——成品库的管理是依靠生产控制计算机的联机数据库，根据在线生产的加工进展情况和用户的合同信息，自动协调下线垛位的选定、产品替换、废次品补偿等事项，确定钢板的垛位及转入出厂系统。

4 工艺布置方案、流程及制度

4.1 工艺布置方案

4.1.1 宽厚板生产的主要特点

（1）轧钢车间主作业线长；

（2）品种繁多，性能各异，质量要求高； （3）需要展宽轧制、往返轧制；

（4）工厂内临时库区多，物流瓶颈变化频繁，难以预测； （5）精整区域工序及工艺路径多，往复物流、交叉物流多；

（6）铸坯及钢板都是逐块、逐张堆垛的，库位、库区管理与行车作业复杂； （7）潜在的瓶颈多，且瓶颈常随品种、规格的变化而“漂移”。

4.1.2 宽厚板工厂平面布置概略

车间平面布置主要指设备和实施按选定的生产工艺流程确定平面布置。平面布置的合理与否对于设备生产能力的发挥、工人操作安全、生产周期的长短及生产率的高低有着很大的影响，在平面布置时应当从实际出发求得最大合理的布置。

优良的工厂布置可以获得长期的经济运行效果。摩尔评价工厂布置的标准主要有以下几点：

（1）最简化的生产物流； （2）最少的物料搬运费用； （3）最快捷的改变工艺流程； （4）最有效的利用空间；

（5）最安全、舒适和称心的工作环境； （6）避免不必要的投资； （7）激发员工的劳动热情。

可以归纳为“物流顺畅、过程均衡、生产高效”这一通用原则。

我们把从加热炉开始、经过轧制、轧后加速冷却、热矫直、冷床冷却、表面检查和修磨、剪切、标记，一直到成品收集为止的连续生产线成为主生产线。主生产线的布置方式，从本质上说可以分为两类，即“直线型”或“贯穿型”与“折返型”。典型的“直线型”布置工厂如图4.1所示。典型的“折返型”布置工厂如图4.2所示。

采用“直线型”布置，轧制钢板和成品钢板的头尾方向不发生改变。而采用“折返型”布置，轧制钢板和成品钢板的头尾方向是否改变，取决于折返数：一次或三次（也

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有作业线达到5次）折返时，将改变头尾方向（即轧制钢板的头部成为成品钢板的尾部）；两次或四次折返时，不会改变头尾方向。

图4.1 直线型布置

“直线型”布置要求场地有足够的长度，而“折返型”布置对场地的要求较广泛，可视场地的长度和宽度以及合理选择生产线上的折返位置，通过一次或多次折返进行布置。选择一次折返时，折返位置通常选择在冷床出口处；选择多次折返时，折返位置可以灵活掌握，可安排在剪切线入口处、剪切设备之间或剪切线出口，还可以安排在剪切后的精整线上。

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从上述可以看出，“直线型”布置具有生产流程通畅、生产线和辅助设施布置简单紧凑、内部物料搬运效率和场地利用率高等特点。这种布置使车间长度长，建设投资大。“折返型”布置可减少车间长度和面积，节省投资，轧制流线比较合理，可满足生产工艺的要求。

本设计选择“直线型”布置方案。

4.2 工艺流程

图4.3 宽厚板生产工艺流程

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宽厚板生产的主要工艺流程如下：坯料准备→加热→高压水除鳞→粗轧→二次除鳞→精轧→层流冷却→矫直→冷床冷却→超声波探伤→切头、切尾→定尺→检查→包装→入库

有时候根据用户的要求，钢板的交货状态相应的不同。一般钢板质量要求高时，往往需要热处理。宽厚板生产工艺流程[27]如图4.3所示。

4.3 工艺流程简述

首先选择合理的原料种类、形状、尺寸及表面清理,为宽厚板生产提供合格的坯料，除特厚板用钢锭或锻坯外，一般均用连铸坯。在连铸车间经火焰清理、标记、测长、称重后的合格连铸板坯和表面质量、内部质量合格的热连铸板坯由辊道运送到板坯库。

从卸料辊道上用吊车按计算机在吊车操作室终端上显示的位置进行堆放，其堆放形式有三种：

（1）热的连铸板坯可存放在保温坑内；

（2）当连铸机和热轧机的生产计划相匹配时，热坯也可以从来料辊道经中间 辊道直接送到加热炉的装料辊道进行热装炉；

（3）在技术成熟时，热坯也可以从来料辊道经设在中间辊道上的边部加热器进行加热后直接送至轧机辊道进行轧制。

在锻压厂经冷却、清理、标记后的合格锻坯用载重汽车运入本厂板坯库，同样由吊车按终端上显示的位置进行堆放。

根据生产计划的要求，计算机对选用板坯进行最佳化处理，使板坯库吊车以最小的工作量进行装炉操作，板坯由吊车吊到上料辊道按装炉顺序由辊道将板坯运到指定的加热炉后，再用推钢机将板坯推入步进梁式加热炉进行加热。

板坯在加热炉内加热到1100～1200℃出炉，输送至高压水除鳞装置，除掉氧化铁皮再送到锥形辊道，用推床夹正后，送入四辊可逆轧机粗轧。纵轧、横轧均能在锥形辊道上以旋转形式来实现。

在粗轧机上获得精轧所需的钢板宽度与厚度，送往PC精轧机上轧成所需要的钢板尺寸，其终轧温度不低于800～850℃。

为确保轧制精度和控制板形，在精轧机组上设立了动作灵敏、控制精度高的液压AGC厚度自动控制系统，并选用了PC轧机。

成品毛坯经精轧机后输出辊道上的层流冷却系统冷却后，送入四重十一辊热矫直机进行矫直，终矫温度不低于600℃。出矫直机后，进入冷床进行冷却。当钢板冷至150℃左右，下冷床进行上表面检查，检查合格的板坯经翻板后进行在线超声波探伤；检查不合格的钢板在修磨辊道上进行修磨。修磨合格后经翻板送下一道工序。厚度在50 mm以上的钢板翻板后经探伤送火焰切割区进行火焰切割，然后再进行下表面检查，收集入库。

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钢板经在线超声波探伤后，送至双边剪进行切边，然后用切头剪进行切头、取样；对于成品宽度在2000 mm以下的钢板采用剖分剪切，使轧机能力得到充分发挥，同时减少切边损失，提高金属收得率。然后由定尺剪根据产品规格进行定尺剪切。再经打印机打印后送至垛板机成垛，再用吊车吊到成品库堆放，其试样检验合格的钢板装车发货，用汽车运出车间；检验后机械性能不合格以及按交货条件要进行热处理的钢板送往热处理车间进行热处理，超声波探伤不合格的钢板进行改尺或作普板处理。

需热处理的钢板由吊车吊到装料辊道上，入热处理炉进行热处理，高强度钢板再由淬火机进行淬火。再由矫直机进行矫直，矫直后经冷床冷却，并对冷却后的钢板进行下表面检查，合格的钢板由输出辊道送至垛板机成垛，由吊车吊到成品库堆放，然后装车发货；需改尺的钢板由布置在后面输出辊道上的改尺剪进行改尺，然后收集入库；上下表面检查不合格的钢板由吊车吊走进行其他处理。

4.4 工艺制度

4.4.1 板坯准备制度

4.4.1.1 坯料的验收

（1）验收必须严格执行按炉送钢制度，在输送时，没有输送单或输送单中记录不清者，不得验收。

（2）对于从炼钢厂送来的钢锭和连铸坯应先按表4.4的外形和尺寸公差要求验收，并按原料的输送单逐项对钢号、炉罐号、规格、数量、重量、化学成分等进行验收，并建立卡片，作为以后工序加工时质量验收及金属平衡的依据。

（3）表面质量应全部为无缺陷的合格板坯。

表4.4 外形和尺寸公差要求

项目 公差mm

厚度 ±5

宽度 ±15

长度 ±30

镰刀弯 长坯≤40，短坯≤20

上下弯（平面弯） 长坯≤40，短坯≤20

（4）板坯堆垛：验收合格的板坯按下表4.5标准执行，并按炉罐号堆放整齐。需

切断的倍尺原料和需表面处理的原料，经切断和清理后，仍按原炉罐号堆放在一起。

（5）板坯热装要求：HCR（Hot Charge Rolling）坯目标温度平均600℃；DHCR（Direct Hot Charge Rolling）坯目标温度平均为800℃。

（6）板坯装炉规定：包括上料检查和装炉顺序等方面。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/my2g.html