中厚板轧钢车间设计

中厚板轧钢车间设计
创建时间：2008-08-02
中厚板轧钢车间设计 (design of plate mill)
以板坯或扁锭为原料，经加热轧制生产中厚钢板的车间设计。

中国规定，钢板厚度大于4～20mm 的为中板，厚度大于20～60mm的为厚板，厚度大于60mm的为特厚板，统称为中厚板，中厚钢板主要用于造船、建筑、机器制造、交通运输以及军事工业等部门，还可用作制造螺旋焊管，UOE焊管与焊接钢梁的原料。

在工业发达国家，中厚钢板的产量占钢材总产量的10％～20％。

厚度为4～25．4mm的中厚钢板也可以在带钢热轧机上生产。

车间设计的原则及方法见轧钢厂设计。

简史 18世纪初，西欧开始用二辊轧机轧制出小块中厚钢板。

1854年欧洲建成用蒸汽机传动的二辊可逆式中厚板轧机。

1864年美国建成三辊劳特式中厚板轧机。

1891年美国建成世界上第一台四辊可逆式中厚板轧机，1918年美国又建成主要生产装甲钢板，其辊身长5000mm以上的宽厚板轧机。

以后，世界上又陆续出现了双机架、半连续式、连续式中厚板轧机。

20世纪70年代是中厚板车间建设得最多的时期，不少轧机是4000～5500mm的双机架宽厚板轧机。

1871年中国福州船政局已开始轧制造船板，1907年汉冶萍公司建设了2440mm中板轧机。

1936年在鞍山建成了第一套2300mm三辊劳特式中板轧机。

1958年及1966年鞍山钢铁公司和武汉钢铁公司分别建成了2800mm中厚板轧机，其粗轧机为二辊式、精轧机为四辊式。

1978年设计建成了舞阳钢铁公司4200mm宽厚板车间，1990年上海第三钢铁厂的4200／3300mm厚板车间投产。

坯料选择有扁锭、初轧板坯、连铸板坯和锻坯。

在满足轧制压缩比的条件下，尽可能采用连铸板坯为原料。

某些特殊钢种，根据需要采用锻坯。

设计规模和产品方案设计规模主要取决于轧机和辅机性能、设备组成、市场需求和坯料条件等。

轧机尺寸、组成与设计规模的关系见表1。

产品方案根据市场需要、坯料条件和设备条件确定。

中厚钢板的厚度范围一般为4．0～1 50mm(最厚达300mm)，宽度范围为1000～5200mm，宽度大于2800mm的中厚钢板有时称为宽厚板。

中厚钢板的定尺长度为3000～30000mm。

交货状态有热轧状态和热处理状态如常化、退火、调质和固溶化等。

工艺流程根据产品方案和坯料条件选择。

在满足压缩比条件下，宜采用连铸坯或初轧坯为原料，并尽量采用连铸坯热装和控制轧制、控制冷却技术。

控制轧制是在钢中加入微量合金元素(如铌)，控制好轧制条件，使钢的结晶组织细化的方法，可提高钢板的屈服强度及韧性。

控制冷却是把控制轧制后的钢板，以适当的冷却速度冷却到预定的温度的方法。

除控制轧制外，还有热机轧制，它是通过控制板坯的加热、轧制和冷却工艺，以控制钢的显微组织，提高钢板的强度及韧性，改善钢板的焊接性能。

中厚钢板轧制一般分为三个阶段：首先沿板坯长度方向或斜向轧制1～4道次；接着将轧件旋转90。

展宽轧制到成品规格所要求的宽度；最后将轧件再转90。

，沿长度方向轧制到成品板所要求的厚度。

厚度小于40mm的钢板需进行热矫直，平直度不符合要求的冷钢板还需要进行冷矫直。

钢板经切头切尾、切边后剪切成定尺，并根据钢板质量标准要求进行无损探伤、热处理、抛丸和涂层。

最后，经检查、修磨后打印入库。

其生产工艺流程见图1。

工艺设备选型主要包括加热炉、除鳞装置、轧机、热矫直机、冷床、剪机、超声波探伤装置、热处理设备和其他辅助设备等的选择。

一般根据产品方案、原料条件、工艺流程及建厂条件进行选择。

(1)加热炉。

有步进梁式和推钢式加热炉。

步进梁式加热炉加热质量好，适合多品种、小批量，特别是合金钢坯的加热，但投资较大，应尽量采用。

当采用扁锭作原料时，可采用均热炉。

(2)除鳞装置。

多采用水压达20MPa的带有双
排喷嘴的除鳞箱清除一次氧化铁皮，在轧机上设高压水喷嘴冲除二次氧化铁皮。

(3)立辊轧机。

轧制压力为1000～7000kN，机架有开口式和闭口式、上传动和下传动之分。

当采用扁锭为坯料时，可设立辊轧机。

(4)主轧机。

以四辊为主。

辊身长度根据板宽和产量确定。

双机架轧机与单机架轧机相比产量高、产品质量更好。

轧机的轧制压力、力矩和刚度系数应满足控制轧制和板形控制的要求。

现代厚板轧机每毫米辊身长度的轧制压力达15～20kN，轧机刚度系数为8000kN／mm以上，精轧速度已提高到7．5m／s，并设有液压厚度自动控制仪和测压、测温、测厚、测宽仪以及和计算机等自动化设备。

为实现控制轧制，在轧机前设有等温设备。

为满足控制冷却要求，机后设有快速水冷装置。

此外，轧机还配有快速换辊和轧件快速转向装置。

中厚板轧机的主要性能见表2。

(5)控制轧制和控制冷却装置采用控制轧制技术可生产低温冲击韧性好的中厚钢板。

控制轧制与随后的控制冷却配合，有时可以代替钢板的热处理。

控制冷却一般是根据轧后钢板的厚度、温度、化学成分，用计算机控制喷水量和喷水时间，以达到快速冷却钢板的目的。

控制冷却装置的形式和特点见表3。

(6)热矫直机。

矫直机的辊数一般为9～11个，并有液压过载保护、预应力框架结构。

当前多采用成组更换矫直辊方式。

(7)冷床。

有步进格板式、辊盘式、运输托链式、小辊爪链式和格板爪链式等。

其优缺点列于表4。

冷床除冷却钢板以外，还起平衡轧制线和剪切线能力的作用。

(8)剪机。

有切头切尾剪、切边剪和定尺剪。

切头切尾剪和定尺剪一般采用铡刀剪或滚切剪。

切边剪有双边剪、圆盘剪和铡刀剪等。

双边剪是两台剪机相对布置，间断剪切钢板两边；圆盘剪可连续剪切钢板两边；铡刀剪则为两台剪机相对错开布置，交替剪切钢板两边。

当钢板较宽时，可配置剖分剪，将宽钢板切成两块较窄的钢板。

现代化剪切机组多采用双边剪与滚动剪接近布置的联合剪。

圆盘剪的剪切厚度为25mm以下，其他剪机可剪切厚达40mm的钢板。

当板厚超过40mm时，一般采用火焰或等离子切割。

(9)超声波探伤装置。

有单通道和多通道，在线和离线之分。

需要探伤的钢板数量较大时，应设置多通道在线超声波探伤装置。

特殊用途钢板的全面探伤，可采用离线探伤装置。

(10)热处理设备。

中厚钢板的热处理炉有辊底式炉、双步进梁式炉、附有装出料机的室式炉、车底式炉和罩式炉等，应根据热处理工艺要求进行选择。

淬火炉配有淬火设备；有特殊要求的钢板，可在有保护气体的炉内加热。

车间组成和平面布置中厚钢板车间由原料跨间、轧钢跨间、精整和成品跨间、轧辊间、主电室等组成。

根据工艺流程、设备组成和总图位置进行车间布置。

原料和成品仓库，可与轧钢跨间成平行布置或垂直布置。

剪切线分直线和折线两种布置。

常化热处理炉可在线布置和离线布置。

轧辊间应尽量靠近轧机，以便轧辊直接运入轧辊间。

剪切线所产生的钢板头尾和废边，集中收集后运出厂外。

图2为中厚钢板车间平面布置图。

车间各跨间为平行直线布置。

轧机由立辊轧机及双机架四辊轧机组成。

因设计产量较高，设有两条剪切线，且为平行直线布置。

常化炉为离线布置。

消耗指标与轧机类型、原料条件、产品品种、产量有关。

每吨中厚钢板的主要消耗指标为：板坯1．08～1．12t；燃料1．2～1．5GJ；电力约80kw·h。

发展趋势采用滚切式双边剪和滚切式切头剪或剖分剪接近布置而组成的联合剪；全面推广控制轧制和控制冷却技术，以改善钢板性能；采用板形控制，提高钢板的尺寸精度和成材率，可使钢板的切头尾和切边量降至4％以下。

厚度4mm以上的钢板材称中、厚板，简称中厚板。

用于造船、建筑构件、机器制造、交通运输、军事工业等部门，以及用于制造大口径焊管、容器、锅炉等。

工业发达国家的中厚板产量占钢材总产量的10～22％。

轧制中厚板的轧机全世界约有260套,其中将近一半是轧辊辊身长3米以上的宽厚板轧机。

此外带钢热轧机也能生产厚4～25.4mm的中厚板（见轧机）。

18世纪初，西欧出现了二辊轧机，轧制出小块中厚板。

1854年欧洲建成用蒸汽机传动的二辊可逆式中厚板轧机。

1864年美国建成三辊劳特式中厚板轧机，曾经盛行一时。

1891年美国建成世界上第一台四辊可逆式中厚板轧机。

后来又出现了双机架、半连续式和连续式中厚
中厚板轧机使用的原料有初轧板坯、连铸板坯、钢锭和锻坯。

初轧坯最宽达2300mm，最厚达610mm，最重达45吨。

连续铸钢技术的发展，不但提高了中厚板车间的成材率，降低了生产成本，而且使钢板的质量也提高了。

所以中厚板轧机采用连铸坯的比例不断上升,有
的已达100％。

加上新工艺的采用,中厚板轧机从板坯到成品钢板的成材率有的已达94.2％。

中厚板除按尺寸区分外，还有按强度、化学成分、用途和交货状态分类的。

按强度分类一般以抗张强度的下限分级，抗张强度50kgf/cm2以上的称高强度钢板。

按化学成分分为普通钢板和特殊钢板，后者包括不锈钢板和复合钢板。

按用途大致分为造船钢板、焊接结构钢板、锅炉和压力容器钢板、低温钢板、耐腐蚀钢板、焊管用钢板以及特殊用途的钢板等。

按交货状态分为轧制钢板、热处理钢板和抛丸、涂层钢板三种，因大型结构和造船的需要，抛丸、
中厚板的生产流程通常为配合控制轧制，采用低温出炉的加热制度，可节省燃料消耗。

轧制工艺分三个阶段：①成形轧制，消除板坯表面的影响和提高宽度控制的精度，沿板坯长度方向或斜向进行1～4道轧制。

把坯料轧至所要求的厚度。

②展宽轧制，这是中厚板不同于其他种类板材轧制的重要工序。

为达到轧制成品规格所要求的宽度，板坯转90°、沿板宽方向轧制。

③精轧，展宽轧制后再转90°，转回原坯料长度方向，轧制到成品板厚度。

妥善制定中厚板轧制工艺能提高轧机的生产能力、钢板的质量和成材率。

要确保钢板的平直度，除采取各种保证板形的措施外，对厚度40mm以下的钢板每块均需经过热矫直，对不平直的冷钢板进行冷矫直。

为冷剪切成品板，钢板要冷至150℃以下，冷却要均匀，冷却速度应适宜；自从采用滚切式剪机剪切后，基本上解决了剪弯缺陷问题；调整剪刃间隙可以大大提高钢板剪切断面的质量。

根据钢板质量要求，用超声波进行不同深度的探伤，对焊管用板的四个板边要全面进行探伤。

热处理时除了保证板的机械性能外，还要保证板形良好。

抛丸涂层法多用于生产造船和桥梁用板，抛丸去除氧化铁皮后，再涂层防锈，涂层后应快干。

钢板
中国制造的宽厚板轧机60年代中期，中国设计建造了一套4200mm厚板轧机（见彩图）。

成品钢板尺寸:厚度8～250mm,宽度1500～3900mm，长度达18米（特殊的达27米）。

原料用钢锭或锻坯,最大单重为40吨。

轧机为单机架四辊可逆式,工作轧辊直径为980mm，辊身长度为4200mm,支承辊直径为1800mm,采用油膜轴承。

主电动机共2台，容量各为4600kW,转速为40/80rpm。

立辊轧机的轧辊直径为1000mm,辊身长度为1100mm,开口度为800～4200mm。

加热炉有三种,均热炉和车底式炉用于加热钢锭和锻坯；推钢式炉则专用于加热板坯。

用钢锭生产厚度较薄的钢板时，先开成坯，再加热，后轧成板。

生产某些品种（如不锈钢）时，板坯在修磨机上全面修磨，清除缺陷。

轧出的钢板，一般经热矫直和冷却后进入剪切线，切成用户要求的尺寸。

车间内还设有辊底式、外部装出料式和车底式等热处理炉，根据品种和交货状态的要求,可进行常化、淬火、回火、退火和调质等金属热处理。

中国设计建造的一套4200mm厚板轧机
中厚板轧机的发展60年代以来，宽厚板轧机有了较大的发展。

这种轧机的宽度越来越大，新建的宽度小于3米的已不多见。

日本在60年代后期，为满足造船等大型结构的需要，建成了6套4.7米级的双机架宽厚板轧机，每套年生产能力已达到200多万吨。

70年代，日本为了生产直径1626mm焊管和特大油船用的宽板，又建成4套5.5米级宽厚板轧机，并大量采用新技术。

这类轧机的年生产能力很大,单机架的就高达180万吨。

目前世界上有10套5米以上的宽厚板轧机，日本占一半,其余分别建在美国、苏联和联邦德国。

现代化宽厚板轧机用的板坯，最大重量已达80～110吨、最高轧制速度已达每秒钟7.5米,轧件的最大长度达65米，钢板最大宽度达5300mm，一套双机架宽厚板轧机的年生产能力已从200万吨增至300万吨以上。

在板形控制方面,随着轧件的加长,采用了液压自动厚度控制、弯辊装置、轧辊偏心控制和加大支承辊直径，减少了钢板纵向厚度偏差和横向厚度偏差，采用了各种平面板形控制技术后，使钢板成材率大大提高。

控制轧制已广泛应用于厚板轧机，提高了钢板的机械性能，减少了热处理量，节省了能耗。

在加热炉方面，广泛采用步进梁式加热炉。

这种炉子虽设备费和维修费较高，但加热质量好、黑印少、下表面无划伤、炉长不受坯厚的限制、操作灵活，能更适用于小批量多品种生产的要求。

为了有效地去除铁鳞，普遍采用水压达170～200kgf/cm2的高压水除鳞装置。

轧后钢板的精整设备，多数采用四重式矫直机、步进格板式冷床、连续自动超声波探伤装置、滚切式双边剪以及自动打印机等，使钢板的尺寸偏差、平直度、表面和内部质量等得到了保证。

在热处理方面，采用双步进梁式炉，解决了下表面的划伤，并以辊式代替了压力式淬火机，提高了淬火质量。

在自动化方面，除轧机上采用计算机过程控制外，加热炉和剪切线也开始实现了计算机过程控制。

这样,从板坯仓库到成品板发货,一般采用若干台过程监控机，过程控制机和1～2台专用管理机构成三级计算机系统，实现了全车间的综合自动控制，并已收到效益。