1、选题背景 1.1我国热轧带钢的发展现状及发展趋势和特点 1.1.1发展现状 建国以后很长时期，我国热连轧带钢生产技术相对较落后，1958年鞍钢建成第1套1700mm带钢半连轧机组，1978年武钢建成第2套1700mm带钢热连轧机组。而20世纪80年代后期，随着宝钢2050mm热连轧机投产，我国热连轧带钢生产进入快速发展轨道。纵观近20年来我国热连轧带钢的发展，经历了3个阶段[1]~[3]： 第1阶段，以大企业为主，以解决企业有无为主要目的的初期发展阶段。以宝钢2050mm、攀钢1450mm、本钢1700mm、太钢1549mm、梅钢1422mm轧机为代表。这个时期热连轧带钢轧机建设只能靠国家投入，由于资金、技术等多方面限制，轧机水平参差不齐。1989投产的宝钢2050mm轧机代表了当时国际先进水平，采用了1、2级计算机控制、CVC板形控制、强力弯辊、控制轧制与控制冷却、自动宽度和自动厚度控制等一系列当时最先进的热连轧生产技术，这些技术装备即使在今天仍不落后。但是，这个时期投产的二手设备则是国外50~60年代的装备（1994 年投产的太钢1549mm轧机、梅钢1422mm轧机），整体技术水平相对落后，在安装过程中进行了局部改造，但因资金限制整体技术水平提高有限。 这个时期还有2套国产轧机投产：1980年投产的本钢1700mm轧机和1992年投产的攀钢1450mm轧机。由于当时国内对热连轧带钢轧机的设计、制造等技术未完全掌握，加上当时国内制造水平的限制，所以这两套轧机的整体水平不高。产品与国际水平差距较大。但在当时条件下，这几套轧机和宝钢、武钢的先进轧机一起满足了国民经济建设的需要；同时，培养了一大批技术人才，为我国全面掌握现代热连轧技术做出了贡献。 第2阶段，全面提高技术水平，瞄准世界最高、最新技术， 全面引进阶段。以宝钢1580mm、鞍钢1780mm、包钢1700mm薄板坯、邯钢1900mm薄板坯、珠钢1500mm薄板坯轧机为代表。20世纪90年代中期以后，由于经多年生产实践对国内技术装备设计与制造水平认同度不高，加上国外薄板坯连铸连轧技术的突破，所以各大企业均以引进国外最先进技术为主。如1999年投产的鞍钢1780mm轧机、1996年投产的宝钢1580mm轧机，是世界传统热连轧带钢轧机最先进水平的代表，除通常现代化轧机采用的一系列先进技术以外，机组采用了轧线与连铸机直接连接的布置形式，从而可实现直接热装，并有实现直接轧制的可能；机组还采用了板坯定宽压力机，大大减少了板坯宽度规格；精轧机采用了全液压压下及AGC技术；采用了PC板形控制系统，该系统与强力弯辊系统一起工作使板形调控能力大大增加；另外，还采用了轧辊在线研磨，中间辊道保温技术和带坯边部感应加热技术；轧机全部采用交流同步电机和GTO电源变换器及4级计算机控制，并在国内首先采用了吊车跟踪系统。隔离桩 在这个阶段国内还捆绑引进了3套薄板坯连铸连轧生产线，即1999年投产的珠钢1500mm薄板坯生产线、邯钢1900mm薄板坯生产线和电子鸽钟2001年投产的包钢1750mm薄板坯生产线。这些生产线采用第1代薄板坯连铸连轧技术，是当时世界最先进的薄板坯生产线。其采用近终形连铸技术，使用漏斗形结晶器铸造50mm厚的薄板坯；并采用了铸坯软压下，结晶器液压振动，隧道式加热炉。在轧机上采用高刚度轧机，新型板形控制技术、液压AGC技术和新型除鳞技术等，从而使能耗、投资和生产成本降低，生产流程大大缩短，产品质量提高。这些生产线的引进使我国拥有了新一代热连轧带钢生产技术，也使我国目前成为世界上拥有薄板坯连铸连轧生产线最多的国家；我国更多的大型钢铁企业，开始从只能生产普通低技术产品而转为向生产高层次产品迈进，在技术上上了一个台阶。 第3阶段，这个阶段实际上是近1~2年开始的，是以提高效益、调整品种结构、满足市场需要和提高企业竞争能力为目的的发展阶段。由于近年国家经济快速发展，对钢材需求不断增加，因此除国营大中型企业外，中小型企业，甚至民营企业都把生产宽带钢作为今后发展的重点，或引进或采用国产技术，或建设传统热连轧宽带钢轧机或建设薄板坯连铸连轧生产线。这个阶段以鞍钢1700、2150mm（国产）， 唐钢1780mm薄板坯和1700mm（国产）、马钢1700mm薄板坯和2250mm、涟钢1700mm薄板坯、莱钢1500mm（国产）、本钢薄板坯、济钢1700mm（国产）、新丰1700mm（国产）、宝钢1880mm、首钢2250mm、武钢2250mm、太钢2250mm轧机为代表。同时，这个阶段对引进二手轧机和原技术较落后的国产轧机进行了全面技术改造，使其达到了现代化水平。 这个阶段新建的传统带钢轧机，有以武钢2250mm轧机为代表的当代最先进的宽带钢轧机，有以唐钢、马钢和涟钢为代表的新一代生产超薄带钢的薄板坯连铸连轧机，有采用国产技术生产中等厚度薄板坯的连铸连轧生产线，还有一些炉卷轧机投产和建设。现在建设和投产的所有轧机都具有现代化水平，如计算机1、2级控制系统、液压AGC系统、板形控制系统、交流传动、控轧控冷技术、热送热装技术等等。国外刚出现的半无头轧制技术、铁素体加工技术、高强度冷却技术、新型卷取机等，在一些轧机上也已应用。目前我国热连轧技术装备已完全摆脱落后状态，并已处于世界先进水平之列[11]。 1.1.2发展趋势和特点 (1)热轧板带材短流程、高效率化。这方面的技术发展主要可分两个层次：① 常规生产工艺的革新。为了大幅度简化工艺过程，缩短生产流程，充分利用冶金热能，节约能源与金属等各项消耗，提高经济效益，不仅充分利用连铸板坯为原料，而且不断开发和推广应用连铸板坯直接热装与直接轧制技术。② 薄板坯和薄带坯的连铸连轧和连续铸轧技术是近十年来兴起的冶金技术的大革命，随着这一技术的逐步完善，必将成为今后建设热轧板带材生产线的主要方式[4]。 (2)生产过程连续化。近代热轧生产过程实现了连续铸造板坯、连续轧制和连铸与轧制直接衔接连续化生产，使生产的连续化水平大大提高[5]。 (3)采用自动控制不断提高产品精度和板形质量。在板带材生产中，产品的厚度精度和平直度是反映产品质量的两项重要指标。由于液压压下厚度自动控制和计算机控制技术的采用，板带纵向厚度精度已得到了显著提高。但板带横向厚度(截面)和平直度(板形)的控制技术往往尚感不足，还急待开发研究。为此而出现了各种高效控制板形的轧机、装备和方法。这是近代板带轧制技术研究开发最活跃的一个领域[4]。 (4).发展合金钢种及控制轧制、控制冷却与热处理技术，以提高优质钢及特殊钢带的组织性能和质量。利用锰、硅、钒、钛、铌等微合金元素生产低合金钢种，配合连铸连轧、控轧控冷或形变热处理工艺，可以显著提高钢材性能。近年来，由于工业发展的需要，对不锈钢板、电工钢板自制自慰器(硅钢片)、造船钢板、深冲钢板等生产技术的提高特别注意。各种控制钢板组织性能的技术，包括对组织性能预报控制技术得到了开发研究和重视。 1.2热轧带钢的应用性 热轧带钢是重要的钢材品种,对整个钢铁工业的技术进步和经济效益有着重要影响。热轧带钢产品主要以钢卷状态供给冷轧机做原料，同时也直接向用户和市场销售热轧钢卷和精整加工产品，即平整钢卷、分卷钢卷、纵切窄带钢卷、横切钢板，最近几年又有经过酸洗的热轧钢卷作为成品进入销售市场。 供给本企业和其他企业冷轧机做原料用热轧板卷主要的钢种为低碳钢（包括超低碳钢）、一般碳素结构钢，供冷轧机生产取向硅钢、无取向硅钢、不锈钢薄板带用原料钢卷，也供热扎宽带钢轧机生产。冷轧机原料钢卷的规格范围为：厚度1.5～6.0mm、宽度600～1900mm[8]。 直接供用户和向市场销售的热连轧带钢的种类和用途下面作详细地介绍。 1)普通碳素结构钢板带。用于制造建筑结构，起重运输机械，工程、农用和建筑机械，铁路车辆及其他各种结构件。 2)优质碳素结构钢板带，包括按国外标准供货的焊接结构钢板带。大量的用途同上，并用于制造汽车、拖拉机、收割机以及要求冲压性能和焊接性能优良的机械构件、石油储罐、压力容器、船舶、桥梁和各种工程的结构件。 3)低合金高强度结构钢板带。用于制造要求强度更高、成形性更好和性能稳定的机械制造、车辆、化工设备等各种设备的结构，大型厂房钢结构，重要工程及桥梁结构等。 4)耐大气腐蚀和高耐候钢板带。用于制造铁路客车、冷藏车、铁路货车、矿石车以及各种交通车辆的结构件，也用于船舶及铁路集装箱制造，石油井架、各种工程机械和交通机械的制造。 5)耐海水腐蚀结构钢板带。用于石油井架、海港建筑、采油平台、船舶制造，也用于化工、石油行业含硫化氢腐蚀性液体容器和铁路运输车辆的制造。 6)汽车制造用板钢系列。 7)集装箱用钢。专用于制造集装箱侧板、门板、顶板、底板、边框、立柱等构件。 8)管线用钢。石油天然气输送用管线，用于制造埋弧焊钢管以及直缝电焊钢管。 9)焊接气瓶及压力容器用钢。用于制造液化气钢瓶及乙炔气钢瓶、较高工作温度的压力容器及锅炉等。 10)造船用钢板。用于制造内河船体及上层建筑结构，远洋轮船上层建筑及隔舱板。 11)矿用钢板。用于制造采矿用液压支架、矿用工程机械、矿用车斗、采用刮板运输机，以及其他矿用机械耐磨结构件。 1.3题目来源 热轧板带钢轧机的发展已有80多年历史,汽车工业、建筑工业、交通运输业等的发展,使得热轧及冷轧薄钢板的需求量不断增加,从而促使热轧板带钢轧机的建设获得了迅速和稳定的发展。280万吨1780热轧带钢生产车间设计来源于市场需求。由于当前的中国市场对高附加值产品的板带钢需求增加，尤其是汽车板带钢，船舶钢等的需求增加，所以我选择了280万吨1780热轧带钢生产车间设计课题。 2、设计方案 2.1主要研究内容 1.热轧带钢的生产现状，前景，建厂的目的和意义，产品的范围和产品规格。 2.典型产品道次选择（产品厚度3mm），轧机布置选择比较，粗轧机、精轧机形式对比。 3.压下分配，轧制规程计算，温降计算，轧制力计算。 4.电机校核，轧辊强度校核，年产量计算。 5.辅助设备校核：加热炉形式选择，卷取机校核。 6.金属平衡、燃料消耗计算。 2.2方法手段 设计年产280万吨1780热轧带钢生产线。通过设计方案比较，选择连铸机、轧钢机以及各种辅助设备的形式，确定布置方式；根据典型产品规格（厚度为3mm）进行压下规程设计和计算（力能参数计算、轧辊强度验算和电机能力校核）；并对选取的新工艺和技术进行简要说明。 2.3主要的工序概述 2.3.1生产工艺流程图 连铸板坯→步进式加热炉→炉后高压水除鳞→粗轧机→保温罩→飞剪切头尾→高压水除鳞→精轧机组轧制→带钢层流冷却→卷取机卷取、分卷、横切→打包→称重→打标计→进库 2.3.2加热区 不同生产工艺相应采用了不同加热设备，传统热连轧生产线采用步进梁式加热炉。对于传统工艺由于提高板坯热装率和热装温度是最有效的节能措施，因而配置上下两面多段供热的步进梁式加热炉是最佳选择。为配合轧制区的高速度轧制，保证前后工序生产节奏的一致，通常选多座加热炉。 本设计与选定两座加热炉，预留第三座的位置。 2.3.3轧制区 古籍扫描仪轧钢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。 轧钢机选择的主要依据是：车间生产的钢材的钢种，产品品种和规格，生产规模的大小以及由此而确定的产品生产工艺过程。对轧钢车间设计而言，轧钢机选择的主要内容是：确定轧钢机的结构形式，确定其主要技术参数，选用轧机的架数以及布置形式。 1）粗轧区 粗轧区中设备包括粗轧除磷设备、定宽压力机、立辊轧机、水平轧机、保温罩、热卷箱等。在粗轧机最后机架后设有带坯测温仪、测宽仪及头尾形状检测系统，以此数据作为计算机对精轧机组、粗轧机和加热炉进行控制的依据。粗轧阶段的宽度控制不用展宽，而要采用立辊对宽度进行压缩，以调节板坯宽度和提高除鳞效果。 粗轧区的布置形式是根据产量、板卷重量等诸多因素决定的。粗轧区的布置形式主要有全连续式、¾连续式、半连续式和其它形式。由于全连轧生产线过长，目前广泛采用的是半连轧和¾连轧。 电风扇扇叶为了减少输出辊道上的温降以节约能耗，生产中常采用在输出辊道上安装保温罩或补偿加热器，或在轧件出粗轧机组后采用热卷箱技术进行热卷取。 2）精轧区 精轧区设备布置比较简单，一边由切头飞剪、边部加热器、精轧高压水除鳞箱、精轧机组、机架间活套、快速换辊、轧辊在线磨削装置等。 带坯进入精轧机之前，首先进行测温、测厚并直接用飞剪去头尾。钢坯切头以后即进行除鳞，然后进入精轧机轧制。精轧机是热连轧带钢连轧线上的核心设备，主要进行对带钢的厚度减薄和板型控制，精轧是决定产品质量的主要工序。轧机的各种先进技术几乎都集中在精轧机组上，如精轧高压水除磷、液压AGC系统、弯辊系统、新型板形控制手段（PC轧机、CVC轧机、WRB轧机等）、机架间活套、在线磨辊装置（ORG）、工作辊轴移技术（WRS）等。 3）轧辊在线磨辊装置主要功能是消除轧辊表面在服役期中的不均匀磨损，以利于自由程序轧制的实现。它一般设置于精轧机各机架上下轧辊轧件入口出口处，在轧制间隙或轧制过程中用来在线修磨轧辊辊型，以使其保持较高的辊型精度和表面粗糙度。 4）活套装置设置在精轧机组两机架间，是热连轧机组必须配备的，活套装置类型有气动型、电动型、液压型三种。 2.3.4轧后冷却装置 热轧带钢卷曲温度是影响成品带钢性能的重要工艺参数之一。为使带钢获得良好的组织性能，选用层流冷却作为带钢轧后控制冷却，使带钢的卷曲温度在550～700℃[6]。 2.3.5卷取设备 热带钢卷曲机分地上式和地下式，地下式卷曲机的机型主要差别在助卷辊的数目、分布情况、控制方式以及卷筒方式的不同。现代热连轧生产线上主要采用具有三个助卷辊的地下式卷曲机组成[7]~[13]。 2.4 预期达到的目的 了解热轧带钢的生产现状，前景；明确建厂的目的和意义，产品的范围和产品的规格。 选择典型产品，并设计出典型产品的轧制道次，轧机布置。 完成压下分配，轧制规程计算，温降计算，轧制计算。 完成电力校核，轧辊强度校核，年产量计算。 完成辅助设备的选择：加热炉形式的选择和卷取机的校核。 完成金属平衡、燃料消耗计算，环境保护与综合利用的规划 3、进度安排 我的设计计划进程是： 1~4周 开题论述，寻英文专业资料，翻译； 5~9周 所建厂产品范围，应用领域，产品特性，建厂经济依据；典型产品延伸计算，道次选择，轧机布置选择比较；压下量分配，轧制规程计算，温降计算，轧制力计算； 10~12周 轧制图表，年产量计算；轧制力计算；轧辊强度校核，电机校核；辅助设备校核；加热炉形式选择，卷取机校核等； 13~14周 金属平衡，消耗计算。撰写论文、段落清楚、内容合理，表达规范； 15周 修改论文，准备答辩。 4、参考文献 [1] 于贤朝，杨晓明，黄庆学．热轧带钢生产状况分析及发展趋势预测[J]．机械工程与自动化，2005，25（2）：12-14． [2] 朱长华．我国板带钢生产状况及发展趋势[J]．湖南冶金，2001，3（4）：3-10. [3] 李世俊．我国钢铁工业产品结构调整的现状及展望[J]．中国钢铁业，2004，4（3）：22-27． [4] 王廷溥,齐克敏.金属塑性加工学[M].北京:冶金工业出版社，2001：208-220． [5] 陈连生，朱红一，任吉堂.热轧薄板生产技术[M]．北京：冶金工业出版社，2006：11-12． [6] 彭力，李擎．热轧带钢轧后层流冷却控制系统[M]．北京：冶金工业出版社，2009：38-41． [7] 赵辉．带钢轧制过程中材料性能的优化[M]．北京：冶金工业出版社，1996：1-4． [8] 刘文，王兴珍．轧钢生产基础知识问答[M]．北京：冶金工业出版社，1994：1-4． [9] 刘阶，孙一康．带钢热连轧计算机控制[M]．北京：机械工业出版社，1997：123-137． [10] 宋佩莼，韦光．板带钢生产工艺学[M]．西安：西安交通大学出版社，1989：26-30. [11] China Iron and Steel Association Forecast on Chinese Steel Demand and Suggestions on Development Strategies of Chinese Steel Industry[J].CHINA STEEL，2003，1（5）：1-11． [12] 袁康．轧钢车间设计基础[M]．北京：冶金工业出版社，1986：59-64． [13] Hutchinson B.Microstructure Development during Cooling of Hot Rolled Steels [J].Ironmaking and Steelmaking，2001，28（2）：15-27． | 
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