轧钢厂设计

轧钢厂设计轧钢厂设计(engineering design of rolling mill)以炼钢厂提供的钢锭或连铸坯为原料，用轧制、拉拔、挤压、弯曲等塑性加工以及焊接和表面处理方法，生产型板管带等钢材产品的工厂设计。

轧钢厂(又称轧钢系统)一般由若干轧钢车间组成，根据冶金厂总的产品方案和规模确定。

炼钢厂生产的钢，一般95％以上送轧钢厂轧制成钢材，少量用来生产铸件或锻件。

所生产的钢材广泛用于建筑、机电、交通、石油、化工、矿山、轻工、农业、海洋开发、航空航天、原子能等行业。

工业发达国家各类热轧一次钢材产量占热轧钢材总产量的比例为：板带材约60％，型、线材约30％，钢管和其他约10％。

轧钢厂的工程设计范围主要包括：初轧车间设计、型钢轧钢车间设计、线材轧钢车间设计、热轧板带钢车间设计、冷轧板带钢车间设计、冷轧电工钢带车间设计、热轧无缝钢管车间设计、焊接钢管车间设计、石油管加工车间设计、冷轧冷拔钢管车间设计、冷定径材车间设计、冷弯型钢车间设计、冷轧复合双金属带车间设计等。

简史 1783年英国人亨利•科特(Henry•Cort)发明了二辊带槽轧机，开始了近代轧机的设计。

1769年，在英国人J•瓦特发明蒸汽机以后，轧机的传动功率大幅度提高，于19世纪设计建设了以蒸汽机为动力的各类钢材的轧机。

19世纪末出现的电动机用于驱动轧机，奠定了现代轧机的基础。

20世纪初叶，美国建成宽带钢连轧机。

60年代发展的连续铸钢技术和1961年计算机用于轧钢车间，促进了轧机的大型化和高速化，轧钢车间的设计规模高达600万t／a，一套轧机的装机容量超过100000kW，轧辊直径达2400mm，轧机出口速度达140m／s。

70年代以后，轧钢厂设计重视节约能源、提高质量、降低消耗。

发展了热钢坯不经加热的直接轧制、工序连续化、高精度轧制、自动检测和控制等一系列技术，出现了完全自动化的轧钢车间。

1971年日本建成第一个冷连轧带材无头轧制车间。

1974年日本用钢锭不经加热直接轧制成热轧宽带。

1989年美国建成第一个薄板坯连续铸钢机一连续热带精轧机组连接的直接热装轧制车间。

在中国，1871年福州船政局建成第一个轧钢车间，生产厚度15mm的中板和直径6～120mm的棒材。

1893年汉阳铁厂建成生产钢轨、钢板和中小型钢材的轧钢车间。

1936年在鞍山建成有初轧、薄板、无缝钢管和焊管等车间的轧钢厂。

2 0世纪50～60年代，中国设计建设了一批2300mm劳特式中板、1200mm叠轧薄板、横列式中小型、复二重线材和中76mm无缝钢管车间。

60年代以后设计、建设了一批较先进的轧钢车间，如1150mm初轧、1700mm热轧宽带、轨梁、轮箍、连续小型、连续线材等车间。

70年代以后建设了2050mm、2030mm、1700mm热、冷连续宽带钢，连续轧管，冷轧硅钢片(电工钢带)等现代化车间。

到80年代，中国已设计建设了门类比较齐全的轧钢厂。

轧钢厂分类和组成新设计轧钢厂时要考虑产品的专业化和经济规模。

轧钢车间的个数不宜过多，产品品种不宜过分复杂。

轧钢厂按产品种类可分为板带钢、型钢、钢管、合金钢材和混合材等类型。

板带轧钢厂由一个中厚板车间和一个热轧带钢车间，或两个热轧带钢车间组成。

其后部工序的成品材车间可配置各种冷轧板带钢车间和焊管车间。

这类厂便于配置冶炼、连铸系统，深加工产品多、用途广，吨材投资高，一般规模大于300万t／a。

型钢轧钢厂由大型轨梁、H型钢、中小型钢、线材车间中的一个、两个或多个车间组成，有的在上部工序设有供坯车间。

线材车间后部工序可配置金属制品车间。

型钢轧钢厂生产各种类型的型材和线材，吨材投资低，适用于规模为1 00～300万t／a的钢铁厂，单纯的型钢轧钢厂建得少。

规模小于50万t／a的型钢轧钢厂，可由一台电炉、一套炉外精炼设备、一台连铸机和一套棒材或线材轧机的几个车间组成，生产建筑钢筋(材)，产品就近销售。

钢管轧钢厂由大、中、小型热、冷轧无缝钢管车间中的一个、两个或多个车间组成，有的还设有供坯车间。

这类厂生产各类无缝钢管，适用于规模小于100万t／a的钢铁厂。

合金钢材轧钢厂通常由中小型棒材、线材或带材和供坯车间组成。

这类厂生产合金钢材，用于规模小于100万t／a的钢铁厂。

也有专门生产不锈钢板、电工钢带的轧钢厂，规模一般小于30万t／a。

混合材轧钢厂由生产板、管、型材中两种以上的轧钢车间组成。

这类厂生产品种多，专业化程度低，在中小型钢铁厂建得较多。

轧钢厂总图布置要点轧钢厂总图布置在于确定连铸(或初轧)车间与各成品轧钢车间之间的位置。

其布置原则包括：(1)适应工艺流程、地形、地质、全厂总图布置和外部运输条件的要求；(2)热轧车间一般靠近炼钢厂(连铸车间)和有供坯关系的车间设置，以缩短运输距离，减少占地和管线铺设长度，争取实现直接轧制或热装；(3)轧钢厂外部或车间之间的运输，一般采用火车、汽车或船只；相邻车间之间可用辊道、运输链或专用小车；(4)产品质量要求高的成品车间尽量布置在上风向。

冷轧车间宜布置在热轧车间的上风向；(5)各轧钢车间可就近单独设置或共用公用辅助设施，如变电站、水处理站等。

其轧钢车间布置型式有顺列、并列和分列三种(图1)。

顺列布置(也称串列布置)，用于初轧(开坯)车间和成品车间。

并列布置(又称平行布置)，其布置紧凑、占地少、管线短、有利于共用公用辅助设施，广泛用于成品轧钢车间。

分列布置仅用于老厂改造或运量很小的车间。

车间设计规模和产品方案车间设计的依据。

设计时要适应市场需求，符合供坯、供水、供电和总图运输等建厂条件，并结合轧机等设备性能，优化产品结构，以获得经济规模。

车间坯料选择轧钢车间用的坯料是炼钢厂提供的连铸坯(钢锭)或上部工序轧钢车间提供的钢坯。

坯料选择包括坯料的种类、形状、尺寸、钢种、坯重等。

所选坯料应满足生产产品方案规定的全部产品的要求，符合本车间的生产工艺和轧机设备性能。

车间工艺流程选择原则一般是：产品质量符合或高于技术标准；生产工序少并尽量连续化；生产工艺流程最短；热轧车间尽量热装和直接轧制；工艺技术先进可靠；在满足生产要求的条件下，设备少、厂房面积小、消耗低；较好的劳动条件和安全的生产环境；最低的投资和产品成本，经济效益好。

车间轧钢机选择包括轧钢机选型及其布置型式选择。

基本原则是：(1)保证获得优良的产品质量；(2)满足对产品品种、规格、钢种和产量的要求；(3)充分发挥设备效率，轧机负荷率合理；(4)能耗低，成材率高，技术经济指标好。

轧钢机选型轧钢机有二辊、三辊、四辊和多辊等型式。

轧制普通碳素钢小型材和线材，常选用二辊轧机；轧制高碳钢和合金钢小型材和线材，常用平辊与立辊相间布置的二辊轧机或三辊轧机；轧制大、中型钢常用四辊万能轧机、或二辊、三辊轧机；轧制无缝钢管常用二辊或三辊的平辊或斜辊轧机。

轧制中厚板和热、冷轧带钢常用四辊或六辊轧机；对于极薄带、不锈钢带和电工钢带常用六辊、二十辊等多辊轧机。

轧机机架有开口式、半开口式和闭口式。

由于闭口式机架具有较高的强度和刚度，产品精度较高，广泛用于轧制钢板、钢管和型材。

各种高精度轧机(板型可控轧机)，控制凸度、平直度的能力强，广泛用于中厚板、薄板的轧制。

短应力线轧机或预应力轧机，刚度大产品精度高，宜用于小型材和线材轧制。

轧钢机布置型式选择轧机的布置型式有单机架式、横列式(分单列式和多列式)、顺列式(分双机架式和越野式)、布棋式、半连续式和连续式等(图2)。

可根据具体条件优化选择其中的一种或几种。

(1)横列式布置。

有单列式和多列式两种。

轧件采用穿梭轧制或活套轧制。

每个机架可轧多道次，轧机少、设备简单、投资少，但轧制速度低、坯重小、生产能力和成材率较低、产品质量较差，只用于低产量的开坯以及型钢和多品种、小批量的合金钢生产。

(2)顺列式布置和布棋式布置。

顺列式布置有双机架式和越野式两种。

顺列式和布棋式布置的轧件只在一台轧机上轧制，每个机架轧叫蓖次(越野式和布棋式)或多道次(双机架式)，轧制速度逐架增加，生产能力较大，但轧制时间长、温降大。

双机架式广泛用于中厚板和重型H型钢等轧机的布置，越野式和布棋式只用于中小型轧机的布置。

(3)连续式布置。

轧件在全部机架中轧制，轧制时间短、温降小、切头少、生产效率高、能力大，但设备多、投资较大，广泛用于型材、线材和冷轧带钢轧机的布置。

(4)半连续式布置。

通常，粗轧机组为非连续式，精轧机组为连续式。

半连续式具有连续式的优点，且轧制道次灵活，设备少，轧线短，投资省，在一定条件下，可与连续式媲美。

轧机架数确定要考虑生产的品种、规格、钢种、产量、坯料尺寸、资金、轧机速度及布置型式等。

一般参照已投产的同类轧钢车间的实践经验，预选轧机布置型式和轧机组成，编制轧制程序表，计算轧机生产能力，然后确定机架数。

对于每架只轧一道次的轧机，机架数不少于轧制道次，按下式确定：式中N为机架数；μξ为由坯料到成品的总延伸系数；μρ为各道次的平均延伸系数。

主传动电动机选择主要是预选主传动电动机的型式、转速和容量。

这些参数受轧机的工作制度、产量、组成、性能和布置以及轧制的钢种、成品规格和原料尺寸等因素的影响。

轧钢机有调速和不调速两种。

一般连续式、半连续式和可逆式布置要求调速；顺列式、布棋式和单机不可逆式布置不要求调速；横列式布置一般不要求调速。

仅对那些轧件较长、咬入和轧制温度有严格要求的轧机(如大型轨梁轧机和一些合金钢轧机)需要调速。

不调速的轧机一般配用异步或同步交流电动机。

调速的方式有直流、交流和差动调速三种。

直流调速是传统调速方式、广泛用于轧机调速。

交流调速种类较多，具有节能、维护简便、飞轮力矩小、力矩范围大等优点，应用日益增多。

差动调速是一种以交流电机传动为主，用直流电机和差动齿轮配合调速的一种机电调速方式，其调速范围较小，对电机功率和轧制速度有一定限制，仅用于较小轧机的调速。

根据生产工艺对轧制速度和轧制力矩的要求确定主电机转数，选择时要兼顾轧制速度和力矩，最高转速与基速之比一般为2～2．5。

按计算法和经验对比法确定电动机容量。

即根据轧制表计算出轧制压力和轧制力矩，校验电机的发热和过载来预选电机容量。

车间均热炉、加热炉和热处理炉选择 (见轧钢车间均热炉设计、轧钢车间加热炉设计和轧钢车间热处理炉设计)。

车间生产能力确定主要根据轧机生产能力确定。

对于轧机与辅助设备分开布置的车间’车L机生产能力确定后，辅助设备的年生产能力不应小于轧机的年生产能力；对于轧机和辅助设备在一条连续作业线上的车间，辅助设备的小时生产能力不小于全部代表品种的轧机平均小时生产能力。

已有现成轧机可供选择时，只需根据设计规模和产品方案核算所选轧机的负荷率能否满足要求。

确定轧机生产能力时要考虑能适应生产品种的变化，要留有一定的富余能力。

因此，轧机负荷率不宜过高，但也不宜过低，以免使生产费用提高，造成浪费。