年产80万吨棒材车间工艺设计说明书

年产80万吨棒材车间工艺设计说明书内容摘要：

............................................................................................................... 63 附 录 .......................................................................................................................... 64 太原科技大 学 课 程 设计 引言 1 引 言 钢铁材料以其所具有的特性 ——较高的强度、韧性、易加工成型性、绿色可循环性在未来很长一段时期内仍将是重要的结构材料。 我国是一个发展中的大国，消 费市场巨大，对钢铁的需求，特别是对线棒材需求量仍然很大。 工业发展的历史表明，钢铁工业是整个工业发展的基础，钢铁生产状况是衡量一个国家工业水平的重要标志。 我国棒材的总产量在钢材总量中的比例超过 40%，在世界上是最高的。 这是国内经济建设和出口需要所决定。 棒材的断面形状简单，比起线材一般断面大很多，因此散热慢，允许轧制时间长，头尾温差大的问题不突出，但上限产品容易压缩比不足。 与其他热轧一样，为能轧制高尺寸精度的产品，必须保证加热均匀一致，轧机刚度尽可能的高，轧制中，做到冷却一致。 轧制中还有磨损带来孔型的变化，影 响轧制的持久稳定。 棒材以直条交货，轧制单根棒条可以使用最小坯料，轧制道次也不是很多，降温不是主要考虑问题，因而把棒材轧制是所有轧材中最容易实现的品种，它可以有多种方式。 从三辊横列式，到扭转二重式，从各种半连续式到全连续式，都能生产棒材，但其产量、尺寸精度、成材率、合格率却都大不一样。 三辊轧机刚度低，加热温度的波动必然带来严重的产品尺寸波动，加上横列式速度慢、轧制时间长，导致轧件头、尾温差加大，容易尺寸不一致，并且性能不均，产量很低，质量波动很大，优质率极低。 全连续轧机一般采用平立交替，轧件无扭，事故少、 产量高，可以实现了大规模的专业化生产和组织性能控制 .同时轧机采用高刚度，控制自动化程度较高，使尺寸精度和合格率得到很大提高，尤其成材率提高，减少回炉炼钢的浪费。 合金棒材在机械轴类零件中有广泛的应用，在轧制加工的基础上，热处理性能极为优良，可以经过淬火，达到相当高的强度和韧性。 但合金钢热塑性差，加工性能差，轧制变形要求减少道次压下。 本设计按照任务书要求，设计年产 90 万 t 全连续式棒材车间。 选择 Φ16 mm的圆钢作为典型产品的孔型设计。 太 原科技大 学 课 程 设计 说明书 2 第 1 章 文献综述 在现代社会的国民生产中，棒材作为钢铁产品的组成部分，即 便是在当前国际经济危机的大环境下，由于我国采取扩大内需，建设基础设施，鼓励发展房地产业的政策，棒材的生产仍然十分重要。 由于钢铁材料的用途十分广泛，不论农业、工业、国防建设，都需要有质量优良，品种齐全，数量足够的钢铁，因此钢铁工业的发展有着非常重要的意义 [1]。 我国是一个发展中国家，住房尚需大量发展，建筑用钢的需求在很长一段时间内都将是很高的。 另外随着人民生活水平的提高，相应汽车用钢的需求也会越来越多。 我国线棒材发展现状 钢铁材料以其所具有的特性 ———较高的强度和韧性、易加工成型性、绿色可循环性在未来 时期内仍将是重要的结构材料。 随着我国汽车制造、电气机械、船舶制造工业的发展 ,板材、管材在钢材中所占的比例将逐渐提高 ,线棒材所占比例将有所下降 ,但其绝对值仍在上升。 而且线棒材生产结构将发生很大的变化。 我国目前线棒材生产有如下特点 [2]。 产能高 我国线棒材无论是轧机数量 ,还是产量均居世界第一位 ,而且其产量还在以较快速度增长 (年平均增长速度为 15 %左右 ),目前我国线棒材占钢材总产量的48 %～ 50 %。 与此同时 ,美国同期线棒材产量占钢材总产量的 22 %左右 ,日本同期线棒材产量占钢材总产量的 27 % 左右 ,而且几年来产量相对平稳。 因此我国线棒材无论是所占钢材总产量的比例还是绝对产量均高于美国和日本。 生产装备参差不齐 近年来我国小型轧机向连续化发展 ,线材生产则趋向采用高速线材轧机 ,到2020 年 6 月底 ,全国共投产连续及半连续小型轧机 70 套 ,设计产能超过 2 100 万t/ a ,其中国产化设备超过 40 %。 到目前为止 ,全国共投产高速线材轧机约 70 台套(含线棒材复合轧机 ) ,设计产能超过 1 700 万 t/ a [2]。 国产化设备最高精轧速度可达 90 m/ s。 与此同时 ,我国目前尚有一些落 后的小型线材轧机再生产。 据调查 ,约有 40 %的小型型钢 (线棒材 ) 生产线属于落后淘汰设备 ,约 30 %的落后线材生产线应被淘汰。 太 原科技大 学 课 程 设计 说明书 3 管理水平逐年提高 近年来 ,我国线棒材厂总体生产管理水平不断提高 ,一般连续小型及高速线材轧机投产后 2 年左右即能达到或超过设计产量。 2020 年以后 ,不少小型线材轧机的成材率达到 97 % ,一些实行负偏差轧制的轧机 ,成材率约在 98 %以上。 另外 ,由于注重产品质量的提高 ,开发了 400 MPa Ⅲ 级带肋钢筋。 并且 ,不少企业努力增加硬线生产比例 ,特别是在扩大高强度低松弛预力钢丝 、钢绞线生产份额 ,改善冷墩钢质量 ,扩大产品规格上采取了多项措施。 最近新投产的几套高速线材轧机 ,可提供 Ф5～ 25 mm线材 ,直径公差达 177。 mm ,椭圆度达 mm,可满足不同用户的需求。 棒材的种类和用途 棒材是一种简单断面型材，一般是以直条状交货。 棒材的品种按断面形状分为圆形、方形和六角形以及建筑用螺纹钢筋等几种，后者是周期断面型材，有时被称为带肋钢筋。 棒材的断面形状最主要的还是圆形。 国外通常认为，棒材的断面直径是 Φ9~300 mm。 国内在生产时约定俗成地认定为：棒材车间的产品范围是断面直 径为 Φ10~50 mm。 棒材的用途非常广泛，除建筑螺纹钢筋等可直接被应用的成品之外，一般都要经过深加工才能制成产品。 深加工的方式有热缎、温锻、冷锻、拉拔、挤压、回转成形和切削等，为了便于进行这些深加工，加工之前需要进行退火、酸洗等处理。 加工后为保证使用时的机械性能，还要进行淬火、正火或渗碳等热处理。 有些产品还要进行镀层、喷漆、涂层等表面处理。 市场对棒材的质量要求 由于棒的用途广泛，因此市场对它们的质量要求也是多种多样的，根据不同的用途，对力学强度、冷加工性能、热加工性能、易切削性能和耐磨耗性能等也各有所偏重 [3]。 总的要求是：提高内部质量，根据深加工的种类，材料本身应具有合适的性能，以减少深加工工序，提高最终产品的使用性能。 用作建筑材料的螺纹钢筋，主要是要保证化学成分并具有良好可焊性，要求物理性能均匀、稳定，以利于冷弯，并有一定的耐蚀性。 棒材的生产特点 棒材的断面形状简单，用量巨大，适于进行大规模的专业化生产。 我国棒材太 原科技大 学 课 程 设计 说明书 4 的总产量在钢材总量中的比例超过 40 %，在世界上是最高的。 预计随着我国经济现代化程度的逐渐提高。 棒、线材在钢材总量中的比例将会逐步降低。 棒材的断面尺寸比线材要大，但仍是热轧 材中较小的。 棒材的特点是断面较线材大的多，散热慢，可轧时间长，但压缩比不很大。 长度定尺交货，使得可有多种生产方式进行轧制。 但随着尺寸精度和表面质量要求增加，横列式已经多数被淘汰。 因为，三辊横列式速度慢、轧制时间长，导致轧件终轧温度下降过多，头、尾温差加大，结果造成轧件头、尾尺寸公差不一致，并且性能不均。 采用平立交替轧机提高轧制速度可以解决上述矛盾，滚动导卫的使用也可减少事故，这些都推动了棒材生产技术的发展。 棒材的生产工艺 坯料 棒材的坯料现在各国都以连铸坯为主，对于某些特殊钢种有使用初轧 坯的情况。 为兼顾连铸和轧制的生产，目前生产棒材的坯料断面形状一般为方形，边长120~200 mm。 连铸时希望坯料断面大，而轧制工序为了适应小直径、长尺寸，保证终轧温度，则希望坯料断面尽可能小。 从压缩比上看希望断面大些，以提高变形比。 生产棒材的坯料一般较长，最长达 22 m。 一些车间为扩大产品上限，有时也选两种坯料，这时粗轧第一架的能力要加大，同时设备作业率降低。 一个车间最好一个坯料规格，这样轧机有最大的利用率 [5]。 连铸可以明显节能、提高产品质量和收得率，有巨大的经济效益，这已经在普通钢种上得到广泛应用，也 正在向高档钢材和特殊钢种的生产迅速扩大。 对机械结构用钢，由于中心偏析和延伸比等问题，连铸质量较难保证，由于电磁搅拌、低温铸造等技术的显著进步，使这些钢种也可以采用连铸进行生产。 当采用常规冷装炉加热轧制工艺时，为了保证坯料全长的质量，对一般钢材可采用目视检查，手工清理的方法。 对质量要求严格的钢材，则采用超声波探伤、磁粉或磁力线探伤等进行检查和清理，必要时进行全面的表面修磨。 棒材产品轧后还可以探伤和检查，表面缺陷还可以清理。 采用连铸坯热装炉或直接轧制工艺时，必须保证无缺陷高温铸坯的生产。 对于有缺陷的铸坯，可 进行在线热检测和热清理，或通过检测将其剔除，形成落地冷坯，进行人工清理后，再进入常规工艺轧制生产。 太 原科技大 学 课 程 设计 说明书 5 加热和轧制 棒材加热和轧制的工艺流程如下： 冷坯加热 粗轧 中轧 精轧 冷却 精整 连铸坯热装加热 1) 加热。 在现代化的轧制生产中，棒材的轧制速度很高，一般在 12m/s 以上时，轧制变形时的温升较为明显，与散热抵消以后，甚至还出现升温。 棒材断面大，轧制时间短，而且冷床散热慢，故一般棒材轧制的加热温度较低，出口速度也不太高。 加热要严防 过热和过烧，要尽量减少氧化铁皮。 对易脱碳的钢种，要严格控制高温段的停留时间，采取低温、快热、快烧等措施。 对于现代化的棒材生产，一般是用步进式加热炉加热，由于坯料较长，炉子较宽，为保证尾部温度，采用侧进侧出的方式。 为适应热装热送和连铸直轧，有的生产厂采用电感应加热、电阻加热以及无氧化加热等 [4]。 2) 轧制。 为提高生产效率和经济效益，适合棒材的轧制方式是连轧。 连轧时一根坯料同时在多机架中轧制，在孔型设计和轧制规程设定时要遵守各机架间轧件出入口速度相等或稍有速差的原则。 在棒材轧制的过程中，前后孔型应该交替地压 下轧件的高向和宽向。 轧辊轴线全平布置的连轧机在轧制中将会出现前后机架间轧件扭转的问题，扭转将带来轧件表面易被扭转导卫划伤，轧制不稳定等问题。 粗轧速度慢，一些车间在粗轧采用平辊轧制，平立交替的中精轧采用椭圆圆孔型。 尽管粗轧速度低，只要有扭转，事故还是增加，对塑性差的钢种也有限制，容易出现角裂。 3) 控制轧制。 为了细化晶粒，减少深加工时的退火和调质等工序，得到产品的特殊机械性能，可以采用控制轧制或低温轧制等措施，这时轧机能力更要有富裕。 棒材轧制的发展方向 连铸坯热装热送或连铸直接轧制 由 于实现了连铸，棒材生产可以不经过开坯工序。 目前，即使是对于高档钢材也可以使用连铸坯生产，但是连铸还是无法保证提供无缺陷坯料，为了保证产品质量，需要在冷状态下对坯料进行表面缺陷和内部质量检查。 因此加热炉还要对冷坯重新加热再进行轧制。 今后随着精炼技术、连铸无缺陷技术、坯料热状态表面缺陷和内部质量检查技术的发展，连铸坯热装热送将会很快应用于生产实太 原科技大 学 课 程 设计 说明书 6 践，以充分利用能源。 对于一般材质以及高档钢材的棒材连铸坯直接轧制技术仍在研究之中。 连铸坯以 650～ 800℃ 热装热送，可提高加热炉的能力 20%～ 30%，比冷装减少坯料的氧化 损失 %～ %，节约加热能耗 30%～ 45%。 同时可减少钢坯的库存量，减少设备和操作人员，缩短生产周期，加快资金周转，可见有巨大的经济效益。 继续提高轧制速度 目前，先进的棒材轧机的终轧速度一般为 17～ 18m/s ，随着飞剪剪切技术及控制冷却等技术的完善，棒材的终轧速度还会继续提高。 然而，对于较大断面的棒材，不能盲目的提高终轧速度，因为其断面大，冷却较慢，若终轧速度过高，冷却将成问题，这必将导致产品质量下降，或者导致冷床过大，增加辅助投资。 在本设计中，自动化程度极高，从坯料上料到成品，一 线全部自动化，无需人工操作。 坯料选用连铸坯取代初轧钢坯，提高了成材率，简化了工艺过程，降低了生产成本。 同时，设计采用全连轧生产线，缩短了轧制周期，提高了轧机产量、轧制精度和成品质量，降低了成本。 并且在轧制的精轧部分采用平立辊交替轧制，减少轧制事故的发生，提高了生产效率。 太 原科技大 学 课 程 设计 说明书 7 第 2 章 建厂依据和产品大纲 坯料选择 目前，轧钢生产用坯有三种：即用连铸坯、钢坯、钢锭。 钢锭是炼钢生产的最终产品，也是钢材生产的原料。 钢锭质量的优劣、重量的大小及钢锭的类型对钢材产品生产有很大的影响。 钢锭经开坯轧制成不同规格的钢坯。 可根据不同的产品特点，选择与成品钢材形状相近似的钢坯。 连铸坯是直接将钢水铸成轧机所需要的各种规格和断面形状的钢坯的生产过程，省去了初轧生产过程。 随着冶炼技术的不断发展，连铸和棒材轧机之间的连接的合理优化，从连铸坯考虑采用较大的断面，大连铸坯在连铸过程中有利于夹杂物上浮，更能保证质量，同时，在压缩比一定的情况下，较大断面的连铸坯有利于生产更大规。