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(完整word)年产160万吨的中厚板厂车间设计

年产160万吨的中厚板厂车间设计
摘 要 本设计是以唐山地区为条件，设计了年产量160万吨的4100mm中厚板厂，分析了在唐山地区建造新的中厚板厂的可行性和必要性。结合设计条件及年产量要求完成了10个产品品种、10个产品规格的产品方案表和金属平衡表.以钢种为Q195的连铸坯（500mm×1500mm×4100mm)轧制中厚板，典型产品规格为40mm×3100mm,
整个设计分十一章进行详细讲解，第一章为中厚板的国内外发展概况及建厂可行性分析，总结了当前世界上中厚板生产技术的先进水平，包括设备、技术及理念等，然后详细进行了建厂的可行性分析；第二、三章是对设计任务、生产品种及工艺流程进行了确定,制定了产品方案和生产工艺；第四、五章介绍了车间平面布置,确定设备的间距、生产流线及设施面积的计算;第七章进行力能参数的计算，内容包括轧制表的计算、工具设计及强度校核；第八章进行主辅设备选择，根据产品的要求，合理的确定设备参数；第九章是对车间产量进行了计算，包括各设备的生产能力、车间平均小时生产能力及车间年生产能力；第十章编制了技术经济指标，确定了车间内各项设备、原材料、动力等利用程度的指标。最后根据设计参数，绘制出了车间平面布置图。
关键词 中厚板；车间设计；生产工艺
Abstract This design that take the Tangshan area as a condition, has designed the annual yield of 1,6 million tons 4100mm new medium and heavy plate factory， analysed the feasibility and necessity of the construction of a new plate factory in Tangshan area. Combined design conditions and the requirements of annual yield, the design completes 10 product varieties， 10 product specifications and metal balance sheet table。 A cogged ingot （500mm × 1500mm × 4100mm） of Q195 is used for the rolling medium plate， and a typical product specifications is 40 mm × 3100mm.
This design involves eleventh chapters, the first chapter describes the products， equipments and the developing situations of main medium plate enterprises about the internal and external. The plans of the products， the sorts of the products， the process flow and technological demand are described in the second and third chapter。 The fourth and fifth chapter is about the plane dispose of the workshop， fixing the space between flown line and the equipment areas。 The senventh chapter is about the calculation of the steel rolling, equipment capability， tool designing and intensionverifying. The eighth chapter is about the choice of mostly and assistant equipment which according to equipment parameter。 The outputs of workshop， which involve the average output of per hour and the whole year outputs were calculated in the ninth chapter. The tenth chapter is about the technical and economic targets including the use of equipments, raw materials and power. At last， the layout of workshop was drawed according to designing parameters.
Key words medium plate ； Workshop designing； Production technics
1 总论 中厚板主要用于建筑工程、机械制造、容器制造、造船、桥梁等行业，并且随着国民经济建设其需求量非常之大，范围也十分广。
 （1）造船钢板:用于制造海洋及内河船舶船体。要求强度高、塑性、韧性、冷弯性能、焊接性能、耐蚀性能都好。
(2)桥梁用钢板用于大型铁路桥梁。要求承受动载荷、冲击、震动、耐蚀等。 
（3)锅炉钢板：用于制造各种锅炉及重要附件，由于锅炉钢板处于中温(350℃以下）高压状态下工作，除承受较高压力外，还受到冲击，疲劳载荷及水和气腐蚀,要求保证一定强度,还要有良好的焊接及冷弯性能.
 （4）压力容器用钢板：主要用于制造石油、化工气体分离和气体储运的压力容器或其它类似设备，一般工作压力在常压到320kg/cm2甚至到630kg/cm2，温度在—20～450℃范围内工作，要求容器钢板除具有一定强度和良好塑性和韧性外,还必须有较好冷弯和焊接性能.
 （5）汽车大梁钢，用于制造汽车大梁（纵梁、横梁）用厚度为2。5—12.0mm的低合金热轧钢板.由汽车大梁形状复杂，除要求较高强度和冷弯性能外，要求冲压性能好。
日本中厚板生产为世界之冠，约占钢板生产的20%以上。中厚板生产日益趋向合金化和大型化。轧机日趋重型化、高速化和自动化,绝大多数是大轧制力、大功率、高刚度的最新一代中厚板轧机， 为实现其真正意义上的控轧控冷工艺、生产出性能优良的中厚板产品创造了装备上的有利条件。到2009 年6月， 我国已建成和正在规划建设的中厚板生产线共有55 条[1］， 其中轧机尺寸3.5m 的9 条、2。8m 的4 条、3。8m 的2 条、4.3m 的1 条、5。1m 的2 条( 未计算正在设计中的鞍钢在营口鲅鱼圈的5。5m 生产线） 18 条生产线能释放产能2000 万t。
目前唐山首钢京唐中厚板应大部分销售到唐山周边地市和华北、东北地区， 因为周边地区中厚板生产厂家较少， 因此在这些地区有一定的优势。近几年钢板需求量不断增加，首钢京唐中厚板在这些地区钢板销售量会逐年增长.但是从长远来看,曹妃甸建设的是国际化大港口，而首钢京唐建设的是精品钢铁基地，产品的销售应当定位在海外市场，特别是韩国、欧美市场，而中东地区的基础设施建设,印度及非洲新兴国家的需求量会更大.所以二期及三期的产业投资应重点放在产品结构优化上，开发高纯净度、高附加值的中厚板,届时必将会迅速占领海内外市场。从另外方面来讲，世界上著名的的钢铁企业几乎都是选则临海港建厂，像国外比较成功日本的新日铁、韩国的浦项制铁，我国即将建设的千万吨级广东湛江、广西防城港精品钢铁基地等。因此,在华北地区选择唐山曹妃甸建厂是非常合适的.
唐山京唐中厚板工程采用双机架四辊可逆轧机的布置型式，其中一边设置一立辊,预留一粗轧机，粗、精轧机均为4100mm,生产规模为160´104t/a。

表2.1 产品大纲

序号
产品名称
代表钢号
执行标准
原料规格（厚×宽×长/MM）
产品规格(厚×宽/MM)
产量
万T/A
％
1
碳素结
构钢
Q195
GB700
500×1500×4100
40×3100
24
15
2
造船板
A， B,
D, E
GB712
500×1500×3000
50×3200
20。8
13
3
管线钢
X80
API SPEC 5L
250×1500×3000

20×2600
19。2
12
4
低合金高强度钢
Q295,
345
GB1591
500×1500×3000
60×2800
12.8
8
5
建筑结构板
Q235GJ
SN490B
YB4104-2000
JIS G3136
500×1500×3000
50×3200
17。6
11
6
锅炉板
16MNQ
20Q
GB713
300×1800×3200
20×3500
16
10
7
压力容器板
20R
SPV235
GB6554
JIS G3115
250×1500×3000

10×3600

12.8
8
8
汽车大梁板
06TIL
16MNL
GB3273
500×1500×3000
12×2600
9.6
6
9
工程机械用钢
STE460
DIN17102
500×1500×3000
70×4100
16
10
10
耐候钢
Q235NH
GB/T4171
300×1800×3200
28×3100
11.2
7

合计

160
100

成品率是指成品重量与投料量相比的百分数.其计算公式［5］为
（2—1)
式中 A-—成品率,％；
Q——投料量(原料重量）,t ；
W -—金属的损失重量,t 。
成品率是一项重要的技术经济指标，成品率的高低反映了生产组织管理及生
产技术水平的高低。影响成品率的因素是各工序的各种损失.金属损失主要有以
下几种：
1)烧损：金属在高温状态下的氧化损失称为烧损。金属加热过程中的烧损与加热温度和时间有关系,加热温度越高,时间越长,烧损量就越大。烧损率一般在1％~5%。2）切损：切损是指切头、切尾、切边等大块残料损失。钢材切损主要与钢种坯料尺寸以及原料状况等有关。本车间产品切损均为0.1％～6%。3）轧废:轧件各工序生产中由于设备和工具、操作技术以及表面介质问题所造成的不符合质量要求的产品。
表2。3 金属平衡表
编号 产品 单根原料 成品 烧损/％ 切损/％ 轧废/% 金属消耗 成材率/％
重量/kg 重量/kg 系数/％
1 碳素结构钢 2223 2022 1。6 6。0 1.4 1。099 91.0

2 造船板 17550 15917 1。4 6.2 1。7 1。103 90。7

3 管线钢 8775 7976 1。7 5。8 1.6 1.100 90.9

4 低合金结构板 17550 15953 1.3 6。0 1.8 1.100 90。9

5 建筑结构板 17550 15988 1.8 6。1 1。0 1。098 91。1

6 锅炉板 1769 1396 1。6 6。0 1。4 1。099 91。0

7 压力容器板 8775 8002 1。7 6。1 1。0 1.096 91。2

8 汽车大梁板 17550 15925 1.3 6.0 1。7 1.099 91。0

9 工程机械用钢 17550 15935 1。9 5。8 1。5 1.101 90。8

10 耐磨钢板 13966 12709 1.8 6.0 1。2 1.099 91。0

3 生产工艺流程的制定
检查修磨台架
双边剪和剖分剪

成品库
横移检查磨模台架

涂漆线（预留）

压力矫直机

超声波探伤

热处理线（预留）

切头剪

冷矫直机
板坯二次切割线
步进式加热炉

高压水除鳞

4100mm四辊粗轧机（预留）
4100m四辊精轧机
加速冷却装置
热矫直机
冷床
控制轧制
控制冷却
立辊轧制

图3。1 生产工艺流程图
4 车间的平面布置和轧机的选择
综合考虑车间的长度及空间布局，特别是精整跨与加热跨的合理布置，所以车间的金属流动形式采用直线移动式。

图4.1 车间平面布置简图
1原料库 2 步进式加热炉 3辊道4轧机 5 冷床 6剪切机 7修磨台架
8 矫直机9 成品跨10轧辊跨 11 热处理跨(预留）
5 主要设备距离的确定 根据产品大纲的要求，通过计算粗轧机轧出的最大长度约为：20m，精轧机第一架机前轧出长度：38m，并考虑未来发展的需要故轧机机架间距选择为100m。
从加热炉到轧机之间有高压水除鳞装置,故计算轧钢机与加热炉距离应由坯料的最大长度加上粗轧机轧出的最大长度，并且在加上一定的余值即可。
Lmin=L轧max+（2~3）L坯 (5-1）
Lmin：加热炉和轧机的最小距离
L轧：第一架轧机中轧件长度
在充分考虑二期建设需要的基础上，故选择粗轧机与1＃步进式加热炉的纵向距离为55m，精轧机与1#步进式加热炉的纵向距离为155m [11］。
选定轧机到热矫直机距离为：126。
7 典型产品工艺计算 本设计采用粗轧和精轧两个阶段轧制，即采用综合轧制法与立辊轧边法相结合，先在粗轧阶段用立辊轧制一道次，然后转90°，进行宽展轧制6道次，使坯料的宽度等于成品的宽度，然后再转90°纵轧9道次成型。并且立辊在横轧过程中控制板坯的长度，使其在长度方向上保持不变。在精轧阶段,立辊轧边控制板坯的宽度,直至纵轧成形.
分配压下量，编制压下规程表，采用按经验分配压下量再校核、修正的方法。取最大压下量为max等于43mm，轧制道次n＝16。各道次具体压下量具体见表7-1轧制表。
速度制度由于轧件较长，为操作方便，采用梯形速度图.采用高速稳定速咬入，低速抛出， 咬入速度为18—42—62 r/min,抛出速度为18—20 r/min；各道次的纯轧时间和间隙时间见表7—1 轧制表。
轧件在加热炉中加热到1200℃，经高压水除鳞设施和传送过程的空气冷却后开轧温度为1150℃。
各道次的轧制温度、各道次的变形程度和变形速度、变形抗力、变形区长度、各道次平均单位压力、各道次总压力、各道次的轧制力矩以及个道次的静力矩见表7-1轧制表.

表7—1 规格403100中厚板轧制程序表
道次
轧制方法
机架形式
轧件尺寸/mm
压下量/mm
轧制速度/r.min-1
轧制时间/s
间隙时间/s
轧制温度（A端)
ºC

变形程度%
变形速度
σsp
/Mp

变形区长度/mm
总压力
/MN

总力矩
/KNm

h
b
l
Δ h
Δh%
稳速
抛出
0
坯料
508
1525。3
3864
—-
——
——
——
-—
——
--
——
—-
—-
——
——
——
1
L1
侧轧
二辊
511
1465.3
3998。6
3
3。93
18
18
4。12
3
1150
3.93
0。22
24
175.78
6。3
632。8
立辊侧轧一道次后，转90°进行宽展轧制

2
P1
横轧
四辊
可逆
473
1583。02
3998。6
38
7。44
18
18
1.63
3
1149.34
7。44
0.38
36
139.89
25
1965.14
3
P2
横轧
四辊
可逆
429
1745。38
3998.6
44
9。30
18
18
1.80
3
1148。83
9.30
0.45
40
150.53
31。2
2525。2
4
P3
横轧
四辊
可逆
382
1960.13
3998。6
47
10.96
42
20
0.68
6
1148。24
10.96
1.2
42.8
155.58
36.5
3038。97
5
P4
横轧
四辊
可逆
334
2241.82
3998。6
48
12。57
42
20
1.08
6
1147.3
12.57
1。37
45。5
157.23
41.3
3681。62
6
P5
横轧
四辊
可逆
287
2608.95
3998。6
47
14。07
42
20
1.25
6
1146.14
14。07
1.56
49.6
155。58
47.1
3175。74
7
P6
横轧
四辊
可逆
241.5
3100
3998.6
45。5
15.85
42
20
1.46
6
1144。73
15.85
1.8
52.5
153.08
52。5
3468
8
F1
纵轧
四辊
可逆
201
3100
4805.05
40。5
16。8
62
20
2。22
6
981。66
16.8
3。0
101
144.42
49。3
3110。15
9
F2
纵轧
四辊
可逆
163
3100
5925.25
38
18.9
62
20
2.71
6
979.78
18.9
3.53
110
139。89
53。6
3280

10
F3
纵轧
四辊
可逆
138
3100
6998.67
25
15。3
62
20
3。18
6
977。84
15.3
3.46
102
113。47
40。2
2016。54
11
F4
纵轧
四辊
可逆
114
3100
8472。07
24
17。4
62
20
3.84
4
973.72
17。4
4
109
111.18
43。4
2158.03
12
F5
纵轧
四辊
可逆
92
3100
10498
22
19。3
62
20
4.73
4
970.66
19。3
4.74
115
106.44
45.5
2164.22
13
F6
纵轧
四辊
可逆
74
3100
13051。56
18
19.56
62
20
5。86
4
963.84
19.56
5。32
121
96。28
44.6
2148。07
14
F7
纵轧
四辊
可逆
61
3100
15833。05
13
17。57
62
20
7.09
4
954.88
17。57
5。56
117
81.82
37。1
1407。18
15
F8
纵轧
四辊
可逆
49
3100
19710.53
12
19.67
62
20
8.8
4
940。58
19.67
6.38
137
78。61
43.8
1589.72
16
F9
纵轧
四辊
可逆
40
3100
24145。40
9
18.36
62
20
10。6
4
930
18.36
7
139
68.08
39.4
1264.37

图7。6 轧机轧制速度与主电机负荷图

图7。7 轧机工作图表
注：以上图表的时间均以s为单位。

8 主辅设备的选择及性能参数的确定 本车间主辅助设备主要选择了4100mm四辊可逆轧机粗、精轧，一期只设精轧机，而加热炉、剪切机、矫直机、冷却设备、起重运输设备。加热炉选择了3座，其中一座推钢式加热炉，两座步进式加热炉，剪切设备分别选择了切头剪、双边剪、定尺剪、火焰切割机。矫直设备选择了目前比较普遍的辊式矫直机,矫直辊数为4上5下，矫直辊尺寸为Æ280´3900mm。冷却设备选择了层流冷却和3座冷床，其中一座特宽厚板冷床、两座宽冷床(其中一座一期预留）。起重运输设备有天车、过跨小车、电动平跨车,每个跨间均有天车和电动平跨车，天车运输吨位比较大的设备和板坯，电动平跨车运输吨位较小的设备.
9 工作时间和年产量及仓库面积计算
9。1车间工作制度和工作时间的确定
本车间采用四班三运转连续工作制，节假日不休息.计划每年安排大修一次，每次14天.计划检修每周一次，一次8小时.具体如表9。1所示.

表9.1 工作时间表
日历
时间
(h/a)
年维修时间 （h/a）
操作时间(h/a）

换辊及换剪刃
时间 (h/a)
计划生产时间
(h/a）
机械和电气故障停产时间
(h/a)
总计有效
工作时间
(h/a）
日历作业率
%
年修

计划
检修
合计

换支承辊
换工作辊及剪刃
8760
336
(14d)
400

736
8024
（334d)
21
228
7780
580
7200
82。1
注： (1) 支承辊每轧制150000t更换1次,每次2.0小时，换支承辊时间:1600000t/a ¸ 150000t/次´2.0h/次»21h/a;
(2)工作辊每轧制3500t更换1次，每次0.5h,换工作辊时间： 1600000t/a ¸ 3500t/次´0.5h/次»228 h/a。
（3） 各剪机剪刃每2班更换1次,每次0。5h，剪刃更换与工作辊换辊同时进行。
9。2轧钢机产量计算
9.2.1 轧机小时产量计算
轧钢机单位时间内的产量称为轧钢机的生产率.分别一小时、班、日、月和年为时间单位进行计算。其中 小时产量为常用的生产率指标。轧钢机技术上可能达到的小时产量可以用下式［5]计算:
(9-1)
式中 A-—轧机小时产量,t/h；
Q——原料重量，t；
T-—节奏时间,T＝484。12s；
K1——时间利用系数，成品轧机为0。80～0.85，取0。80；
b-—成品率，b＝91%.
轧机节奏时间:T=Tz +Δt=252.21+4=256。21s，计算典型产品，坯料尺寸为：500mm×1500mm×4100mm，则Q＝1。5×0。5×3。8×7。8t/m3＝22.23t.

9.2。2轧钢机平均小时产量
以上所述只是单品种小时产量计算.当一个车间生产若干个品种时，每个品种或由于选用坯料断面尺寸不同，或由于轧制道次不同，因而具有不同的小时产量.为考核一个车间的生产水平和计算年产量，就需要计算各种品种所占不同比例的小时产量。这个产量称为平均小时产量，也称产品综合小时产量。计算轧机平均小时产量采用按劳动量换算系分数计算：
（9—2）
式中 —-不同品种占产量中的百分数;
——标准产品小时产量；
—-不同品种的劳动换算系数。
现各品种的小时产量如表9 。2

表9。2 产品小时产量表
编号
钢种
产品规格/mm
所占比例/％
小时产量t /h
劳动换算
系数
1
Q195
40×3100
15
227。39
1
2
EH32
50×3200
13
175
1。3
3
X80
20×2600
12
162。42
1。4
4
Q295
60×2800
8
203。02
1。12
5
Q235GJ
50×3200
11
210。54
1.08
6
16Mnq
20×3500
10
187.92
1。21
7
20R
10×3600
8
172。26
1。32
8
06TiL
12×1600
5
151。60
1。5
9
StE460
70×3800
10
145.76
1。56
10
Q235NH
28×3100
7
216。56
1.05

代入公式9—2,可得平均小时产量＝124.38t/h。故年产量为:124.38×7200＝1615536t＝161。5536万t。
9.3仓库面积的计算
轧钢车间原料仓库面积可用下列公式计算：
(9—3)
式中 F——原料仓库面积m2;
A-—轧机小时产量，t/m；
n——存放天数，本厂供料,存放天数取为15天；
K——金属综合消耗系数；
q——每m2空间所能存放的原料重量，q=6.5t/m2；
h—-每堆原料的高度，h=2.5m;
24——每天小时数；
0。7—-仓库利用系数.
计算的本车间原料仓库面积 m2。
而成品仓库面积的计算主要考虑的因素,金属消耗系数取为1，存放天数n取为16天，堆放高度查阅资料取为3m，每m2空间所能存放的产品重量为13.5t.则成品仓库的面积：
m2。

10 经济技术指标
轧钢车间内各项设备、原材料、燃料、动力以及劳动力、资金等利用程度的指标称之为技术经济指标。这些指标的高低反映了车间生产技术水平和生产管理制度执行的情况，是鉴定车间设计水平和工艺过程制订质量好坏的重要标推,是评定车间工作优劣的主要依据。因为通过对同一类型不同车间的技术经济指标的分析和对比,可以找出相互之间的差距,存在的问题，从而分析原因，寻找提高指标、改进生产的措施，故而研究和分析各项技术经济指标也就成了研究和分析轧钢车间工作情况的重要方法之一。
在轧钢生产过程中，有多种多样的技术经济指标.其中包括：综合技术经济指标、各项材料消耗指标、车间劳动生产率指标以及车间资金利用与消耗等方面的指标。而其中尤以产品的产量、质量、各项材料消耗、劳动力使用、资金利用以及轧机作业率等指标最为人们所重视和关心，因而这些反映生产水平的主要指标是人们分析和研究的主要内容。
11 中厚板厂的环境保护
钢铁企业尤其是大型的现代化的钢铁联合企业是一个完整的冶金生产过程的组合体。由于其生产工艺过程的长期性、连续性和复杂性的特点所决定,由于和其产品产量大、规格品种的多样想联系，钢铁企业既是各种金属材料等产品的生产场所,又是某些有毒、有害物质的发生地，处产生危害自然环境、影响生态平衡因素的发源地.因此在合理组织钢铁生产的同时,有意识、有计划地对这些有毒、有害物质进行收集，控制或消除，加以治理和利用，以保障劳动者的安全和社会环境的卫生，是作常必要的轧钢厂环境保护的内容在于对生产过样产生的各种有毒、有害物质加以有效的控制和利用。使其控制在规定的标准范围之内，以防止或减少这些物质对人的危害和对环境的污染。
轧钢厂产生的各种有毒、有害物质主要有:各种废气、废液、各种发生物（灰尘、氧化铁皮、废油、炉渣等）以及噪音等.
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