《板带材生产工艺》PPT课件.ppt

轧钢工艺学板带生产工艺,材料成型与控制工程系,2,主要内容,板带材生产概述,中厚钢板生产,热轧薄板带钢生产,冷轧板带钢生产,板带材高精度轧制及板形控制,3,参考书,板带钢生产、赵家骏板带钢生产工艺学、宋佩莼板带生产工艺学、冯光纯板带材生产原理与工艺、王廷溥电子资料中文：CNKI，超星数字图书管英文：ELSEVIER、EBSCO、Springer,4,第一章 板带材生产概述,98%的钢铁材料是采用轧制方法生产的,轧材中30%60%以上是板带材板带钢产品薄而宽的断面决定了板带钢产品在生产上和应用上有其特有的优越条件生产上:板带钢生产方法简单,便于调整、便于改换规格应用上:钢板的表面积大,是一些包覆件(如油罐、船体、车厢等)不可缺少的原材料,钢板可冲、可弯、可切割、可焊接,使用灵活。板带钢在建筑、桥梁、机车车辆、汽车、压力容器、锅炉、电器等方面得到广泛应用,5,一、板带产品特点、分类及技术要求,1、板带产品的外形、使用与生产特点 外形特点：板带产品外形扁平,宽厚比大，单位体积的表面积很大 使用上的特点:(1)表面积大，故包容覆盖能力强，在化工、容器、建筑、金属制品、金属结构等方面都得到广泛应用,6,使用上的特点:,(2)可任意剪裁、弯曲、冲压、焊接、制成各种制品构件，使用灵活方便，在汽车、航空、造船及拖拉机制造等部门占有极其重要的地位(3）可弯曲、焊接成各类复杂断面的型钢、钢管、大型工字钢等结构件，故称为“万能钢材”,7,板带材的生产特点,（1）板带材是用平辊轧出，故改变产品规格较简单容易，调整操作方便，易于实现全面计算机控制的自动化生产（2)带钢的形状简单，可成卷生产，且在国民经济中用量最大，故必须而且能够实现高速度的连轧生产（3）由于宽厚比和表面积都很大，故生产中轧制压力很大，可达数百万至数千万牛顿，不仅使轧机设备复杂庞大，而且使产品厚、宽尺寸精度和板形控制技术及表面质量控制技术变得十分困难和复杂,8,2、板带材的分类及技术要求,一般将单张供应的板材和成卷供应的带材总称为板带板带材产品分类分类：按材料种类：钢板钢带、铜板铜带和铝板铝带等按产品尺寸规格：一般可分为厚板（包括中板和特厚板)、薄板和极薄带材（箔材)三类,9,板带材产品分类,我国：中厚板：厚度在4.0mm以上(其中420mm者为中板，2060mm者为厚板，60mm以上者为特厚板,特厚板可厚至500mm以上，最宽可达5000mm)薄板：4.00.2mm极薄带钢（箔材）：0.2mm以下,目前箔材最薄可达0.001mm日本:规定36mm为中板，6mm以上为厚板,10,热轧钢板的分类,11,板带材产品分类,按用途可分为：造船板、锅炉板、桥梁板、压力容器板、汽车板、镀层板（镀锡、镀锌板等)、电工钢板、屋面板、深冲板、焊管坯、复合板及不锈、耐酸耐热等特殊用途钢板等有关品种规格可参看国家标准,12,包钢板厂产品大纲,13,14,15,16,板带材技术要求,对板带材的技术要求具体体现为产品的标准板带材的产品标准包括：品种(规格）标准、技术条件、试验标准及交货标准等根据板带材用途的不同，对其提出的技术要求也各不一样，基于其相似的外形特点和使用条件，其技术要求归纳起来：“尺寸精确板型好，表面光洁性能高”,17,(1)尺寸精度要求高,尺寸精度主要是厚度精度,因为它不仅影响到使用性能及连续自动冲压后步工序，而且在生产中难度最大厚度偏差对节约金属影响很大。板带钢由于B/H很大，厚度一般很小，厚度的微小变化势必引起其使用性能和金属消耗的巨大波动。故在板带钢生产中一般都应力争高精度轧制,力争按负公差轧制（在负偏差范围内轧制，实质上就是对轧制精确度的要求提高了一倍，这样自然要节约大量金属，并且还能使金属结构的重量减轻）,18,(2)板型要好,板型要平坦，无浪形瓢曲：对普通中厚板，其每米长度上的瓢曲度不得大于l5mm，优质板不大于10mm，对普通薄板原则上不大于20mm。板带钢既宽且薄，对不均匀变形的敏感性特别大，所以要保持良好的板型很不容易。板带愈薄，其不均匀变形的敏感性越大，保持良好板型的困难也就愈大。板型的不良来源于变形的不均，而变形的不均又往往导致厚度的不均，因此板型的好坏往往与厚度精确度也有着直接的关系,19,（3）表面质量要好,板带钢是单位体积的表面积最大的一种钢材，又多用作外围构件，故必须保证表面的质量无论是厚板或薄板表面皆不得有气泡、结疤、拉裂、刮伤、折叠、裂缝、夹杂和压入氧化铁皮，这些缺陷不仅损害板制件的外观，而且往往败坏性能或成为产生破裂和锈蚀的策源地，成为应力集中的薄弱环节例如：硅钢片表面的氧化铁皮和表面的光洁度就直接败坏磁性，深冲钢板表面的氧化铁皮会使冲压件表面粗糙甚至开裂，并使冲压工具迅速磨损，至于对不锈钢板等特殊用途的板带，还可提出特殊的技术要求,20,(4)性能要好,主要包括机械性能、工艺性能和某些钢板的特殊物理或化学性能一般结构钢板：具备较好的工艺性能，例如，冷弯和焊接性能等，而对机械性能的要求不很严格甲类钢钢板：要保证性能，有一定的强度和塑性重要用途的结构钢板：要求有较好的综合性能，除要有良好的工艺性能，甚至除了一定的强度和塑性以外，还要求保证一定的化学成分，保证良好的焊接性能、常温或低温的冲击韧性，或一定的冲压性能、一定的晶粒组织及各向组织的均匀性等等,21,性能要好,特殊用途的钢板：如高温合金板、不锈钢板、硅钢片、复合板等，它们或要求特殊的高温性能、低温性能、耐酸耐碱耐腐蚀性能，或要求一定的物理性能如磁性)等,22,四、板带轧机,1、按辊系分类（最常用、最基本）常用的轧机：二辊、三辊、四辊、六辊、八辊、十二辊、二十辊以及偏八辊、非对称式八辊、行星式轧机等特点：由一对工作辊和多个支持辊构成。一般而言,随辊数增加,工作辊径减小。特殊 行星轧机：多个工作辊按行星方式布置在支持辊的周围。这是一种特殊形式的轧机,能将板坯一次轧制成薄板,23,行星轧机机组,张力控制辊,行星轧机,24,辊系的演变：,板带钢轧件宽而薄 轧制压力大,轧制压力大的结果影响到轧辊的刚度和强度,使轧辊产生弯曲变形影响到产品的尺寸精度,以致发生断辊。增大辊径：可提高轧辊的刚度和强度,但是轧制压力也因辊径的增大而增大,同时轧辊的弹性压扁增加,难以轧制薄轧件减小辊径：能降低轧制压力,减小弹性压扁,有利于轧制薄轧件为防止细而长轧辊的弯曲变形和断辊,可采用增设支撑辊的方法。从防止工作辊的垂直弯曲和水平弯曲的目的出发,演变出各种板带钢轧件的辊系。,25,26,27,2、按轧辊驱动方式分类,最基本的驱动方式：直接驱动一对工作辊。由于轧制更薄、更硬材料的需求增加,为了降低轧制压力,工作辊的辊径变小,传递轧制力矩的辊头尺寸小,受轧辊强度、刚度限制不能直接驱动工作辊,因此发展了传动辊径大的支持辊的间接传动方式和其他驱动方式间接驱动方式带来的问题：在水平方向上对工作辊作用有切向力,使工作辊产生水平弯曲。因此要有防止工作辊水平方向挠曲的装置。像十二辊、二十辊轧机结构具有防止工作辊水平方向挠曲的作用,而轧辊垂直布置的四辊、六辊轧机没有防止工作辊水平方向挠曲的作用,在工作辊径小时要考虑添加防止工作辊水平方向挠曲的装置,28,29,30,3、按轧机组成分类,单机架可逆式轧机：在单一的机架上完成多道次往复轧制。在开坯和厚板轧制时,轧件通过轧前辊道和轧后辊道将轧件输送到轧机中进行往复轧制,在轧制薄轧件时,轧前和轧后设置有卷取机,进行往复轧制用途：带有卷取机的可逆式带钢轧机是冷轧带钢用轧机的主要形式之一,而在热轧带钢轧制时使用的炉卷轧机,轧前、轧后的卷取机安装在加热炉内,用于生产变形温度区间窄的不锈钢、硅钢等产品多机架连续式板带轧机：当今热轧带钢和冷轧带钢生产的主要轧机,31,炉卷轧机,1、保温炉 2、卷筒 3、夹料辊 4、导入板,32,轧机组成分类,33,4、按轧机用途分类,（1）开坯轧机采用钢锭生产钢板时,要将钢锭轧制成板坯,作为成品轧机的原料。由于开坯时一般压下量大,所以使用大辊径的二辊开坯轧机。近年来板坯连铸生产技术发展很快,采用开坯机生产板坯的量已很少,34,（2）中厚板轧机,中厚板生产多采用板坯为原料,经粗轧和精轧轧制成成品板材。主要形式：双机架轧机布置方式粗轧和精轧分别在粗轧机(二辊或四辊轧机)和精轧机(多为四辊轧机)上完成也有在一台轧机上完成粗轧和精轧全部轧制过程,35,（3）热轧带钢轧机,一般轧制过程分为粗轧和精轧两个阶段可逆式带钢轧机:粗轧机使用四辊轧机,精轧机使用四辊或六辊轧机,由于单机架轧制速度低,钢板温降大,特别是钢板边部温降大,采用把卷取机放在加热炉内的炉卷轧机生产连续式轧机:粗轧机组可使用二辊、四辊轧机或全部使用四辊轧机,精轧机组多使用四辊轧机行星式轧机:现在已很少使用,受轧制产品质量的影响,通常不作为成品轧机使用,而是作为粗轧机使用,轧后要配置一台四辊或六辊轧机作为精轧机生产成品,36,(4)冷轧带钢轧机,单机架可逆式和连续式两种方式单机架可逆式轧机:多使用四辊、六辊和二十辊轧机,轧机前后设置有卷取机,在单机架上完成多道次轧制。连续式轧机:多采用46架轧机连轧,一般多使用四辊或六辊轧机。,37,(5)平整机,为改善钢板的平坦度和表面质量,有时为了调整力学性能,在钢板轧后或钢板热处理后,在平整机上进行一道小压下量轧制。不同规格的钢板平整机有二辊、四辊、六辊等不同形式的轧机,38,按用途分类,39,40,5、高精度板带轧机,随着对板带材表面质量,特别是板厚和板形的要求越来越高,以及板厚和板形在线调控的需要,传统的调控手段如原始辊凸度、轧辊倾斜、弯辊及轧辊工艺冷却等已无法满足轧机高速、高精度和自动化要求多种高精度现代化轧机不断投入生产,其中HC轧机已形成系列家族。新一代轧机主要是在板形控制方面进行了改进,具体表现在对轧辊辊形和辊缝的控制,41,高精度板带轧机,包括HC轧机(HighCrownControl)系列UC轧机(UniversalCrownControl)CVC轧机(ContinuouslyVariableCrown)UPC轧机(UniversalProfileControl)PC轧机(PairCrownControl)以及VC辊(VariableCrownRoll)IC辊(InflatableCrownRoll)FFC轧机：Flexible Flatness Control Mill轧机，即平直度易控制轧机UC轧机：Universal Crown Control Mill万能凸度控制轧机，除具有HC轧机功能外，增加了工作辊偏置布置和侧支撑辊及中间辊弯辊装置。,42,一些高精度轧机形式、特点及用途,43,44,五、世界板带生产工艺开发现状,世界上按常规工艺生产板带材己有70多年历史由于家电、汽车、电子、建筑、船等行业的需要而得到巨大发展，板带比已成为衡量一个工业化国家钢铁工业水平的重要标志之一，板带材的产品质量档次的高低又成为制约相关行业发展的重要因素，世界先进工业国家钢铁工业的板带比一般在40%-60%左右 当今世界板带材生产工艺主要有如下几种：,45,1、常规连轧工艺,常规连轧工艺通常是采用200-250mm厚板坯为原料，经过多机架连轧出1.25-25mm厚成品板带常规连轧工艺又可分为全连轧工艺、3/4连轧工艺、半连轧工艺和炉卷工艺几种，目前以3/4连轧和半连轧工艺居多常规板带轧制工艺己成熟，基本上实现了计算机在线控制下的高速化、连续化、大型化和高精度，在控制产品质量上，实现了在线板形、板厚和板宽的自动控制常规连轧工艺经济规模多在200400万t/a，其优势是生产灵活、适应面厂、高质量、高产量、多品种，所不足的是设备投资大,46,半连轧工艺(鞍钢1700、攀钢1450、上钢一厂1200)采用全连轧工艺(梅山1422)采用3/4连轧工艺(武钢1700、宝钢2050、宝钢1580、太钢1549、本钢1700)采用炉卷工艺(太钢1549、首钢1200、首钢2030)板带轧机标称：以轧辊（四辊或多辊轧机则指工作辊）辊身长度作为轧机标称的组成部分辊身长度能直观地反映出轧机所能生产的最大板宽，而板宽反映了板带材的使用范围和生产板带材的难易程度。,47,2、近终形连铸+连轧工艺,优势：节能、降耗、减少投资和生产成本上比常规工艺更有优势，一直得到世界钢铁界普遍关注，特别是美国的纽柯公司的薄板坯连铸连轧生产线1989年投产以来，在世界上掀起了采用新工艺热潮，标志板带生产工艺进入又一崭新阶段近终形连铸+连轧工艺：以实现连铸机与连轧机之间直接轧制为目标。,48,分类,四种：CSP工艺、ISP工艺、炉卷工艺、行星工艺共同点：均采用电(转)炉+连铸机所生产的薄板坯(80-50-25mm厚)为原料，直接热轧成1.2mm以上厚度板带卷，其节能效果显著，一般比常规热装工艺节能30%(而常规热装比冷装节能40%)不同：连铸后采用不同轧制工艺。,49,（1）CSP工艺,由西马克公司开发，采用超高功率电炉+LF炉+直弯型连铸机，在铸速2.5-6m/min下铸出5Omm厚薄板坯，薄板坯通过一座近2OOm长隧道式炉均热后，送到6机架4辊式热连轧机上轧制产品：1.2mm以上(厚)*1259-156Omm(宽)的成品热板带，卷重达30t，通常生产规模在80200万t/a，其钢水到成品收得率达97.5%，能生产低碳钢、结构钢和微合金钢1998年4月在墨西哥的海尔萨(Hy/Sa)厂投产的CSP工艺生产线采用7个机架连轧，己生产出厚度O.91mm带钢,50,工艺特点,采用隧道式均热炉作为连铸和连轧之间缓冲，大约有1116min缓冲时间该炉长达200m,其后配置6机架连轧机，轧机配备了AGC、CVC等控制板厚及板型手段，其精轧机出口速度达9m/s，最大轧制力35MN。CSP工艺生产线全线一般长300m不足：作业线长，炉子维护困难，投资较大。成品表面存在氧化铁皮和夹杂，造成一定数量二级品。,51,几条典型的薄板坯连铸连轧生产线,52,53,54,55,56,（2）ISP工艺,德马克公司开发，采用超高功率电炉+连铸机生产出5Omm厚连铸坯，然后将5Omm厚连铸坯先经大压下量轧机(组)轧成25mm厚中间带卷，放到克雷莫纳炉(Cremona)内均热保温，最后在4架4辊式精轧机上一次轧成成品1992年在意大利的Ar-Vedi厂投产，现已能生产成品尺寸为1.2mm(厚)*150Omm(宽)钢卷，卷重达6.6t，其所生产钢种除与CSP相同外，还有不锈钢,57,主要特点,先对连铸坯进行大压下量铸轧成25mm厚毛带坯卷，存放到克雷莫纳炉内，大压下量轧机(组)配置有液压AGC，其轧制力可达1300OkN，这样就使成品轧机减少机架克雷莫纳炉具有热卷箱作用，既可保温又可起生产调节作用，这样就使ISP工艺线长度缩短，大约175m左右，比CSP短，因而投资也比CSP少,58,（3）炉卷轧制工艺,采用超高功率电炉+连铸机将钢水铸成5Omm厚板坯，并在大压下轧机上轧成25mm厚板卷毛坯，放到热卷箱内保温均热后，送到双机架炉卷轧机上进行可逆轧制成成品产品尺寸2-12mm(厚）*12O0mm(宽)年产50-80万t，奥地利的奥钢联，采用该工艺生产线年产达50万t缺点：维持恒定轧制温度困难，表面质量不理想,59,（4）行星轧制工艺(Plantary Rollng Process）,由德国克虏伯公司开发，克虏伯公司的Messrs厂己有20年行星轧机操作经验采用超高功率电炉十连铸机将钢水铸成8Omm厚板坯，经隧道式炉保温均热后，先在立式轧机上除鳞，然后再到行星轧机上一次轧成成品热带卷产品尺寸2mm(厚）1425mm(宽)，可生产钢种为碳钢，合金钢，其规模适合100万t/a以下工艺特点：由于采用行星轧机，一次压下量可达98%，即一道次可完成从板坯到成品的轧制过程，这就减少轧机设备、缩短工艺线长度、通常生产线仅200m，大大降低了投资,60,（5）FTSR连铸+连轧工艺（Flexible Thin Slab Rolling）,意大利达尼利公司和美国联合公司共同开发成功，设计出一种新型结晶器和软压下技术，可以在的铸速下拉出35-90mm厚铸坯，可铸轧包晶钢和深冲钢等多钢种据介绍美国纽柯公司准备采用FTSR（柔性化薄板坯连铸连轧）工艺改造其生产线现已在加拿大的Aegoma厂建成投产一条该工艺生产线，己生产出厚度为11.6mmx800156Omm带钢,61,3、直接铸轧成成品宽带钢工艺,日本金属与德国克虏伯公司联合开发成功，1993年在日本新日铁光厂正式投产采用电炉钢水直接铸轧成1.65mm(厚)8001220mm(宽)带钢，代替常规连轧工艺，己铸轧出SUS-304不锈钢带及低碳钢带，用这种工艺生产的带钢既可作为成品销售，又可作为冷轧原料原理：采用双滚筒式铸机，两个滚筒直径不等，上辊是小直径，下辊是大直径，两个铸辊采用水冷，两铸辊间距在铸轧过程中保持恒定，其间隙仅几毫米到十几毫米合格钢水是通过中间罐水口进入铸辊辊缝后，立刻受到两个旋转铸辊压轧作用，钢水首先凝固是与铸辊接触的表面，在辊子压力下轧成带状，离开铸辊时的温度大约1200，然后被继续冷却到600后，切去毛边卷取成成品钢卷,62,63,铸轧速度已达20-130m/min，卷重10t。对于高合金钢、电工钢等难轧钢种，该工艺有推广价值优势：生产线长度短，成品性能好，但由于受铸速限制，其生产规模目前还不大，约1万t/月，其铸轧出的成品带毛边，还需切边，对收得率有一定影响,64,4、采用常规连铸坯的紧凑式热轧带钢工艺(SCHSM),采用200mm厚连铸坯为原料，生产1mm以上厚度、卷重30t钢带，它可以生产全部钢种其主要设备是一座步进式加热炉，一套五机架四辊式连轧机组，一个带卷热卷箱,65,工艺流程,连铸坯经表面检查和处理后热(冷)态装入步进式加热炉，在炉内加热到1150后出炉，经轧边机除鳞和高压水除鳞，送到五机架连轧机轧制，在连轧机组经2个轧程轧制后，200mm板坯先被轧成1255mm厚半成品后，在机前被卷成钢卷，送到热卷箱中保温或均热，然后再送到连轧机组上接常规热连轧工艺轧成1mm以上带钢，经水冷、卷取成成品钢卷。,66,工艺特点,仅用一个五机架连轧机组，完成常规带钢的粗轧、中轧和精轧机组功能。由于该工艺厚度压下率比采用薄板坯连铸连轧工艺每道次要小5%-10%，其结果是改善了带钢表面质量，降低每架轧制压力和轧制能耗。由于其工艺是综合了常规工艺与薄板坯连铸连轧工艺各自优点，生产线布置紧凑，从连铸到卷取全线总长250m，设备投资少，年产规模可达70-160万t，可生产所有钢种,67,六、几种宽带钢生产工艺投资情况,1、常规多流连铸机+连续热带钢轧制工艺(供200mm厚板坯，80%热装率)其最经济规模是年产280万t以上，其设备的基建投资包括机械、电气等是全厂总投资的48%。2、采用薄板坯连铸工艺，可以省掉粗轧和节能，这样可减少投资和降低生产成本。若保证连轧机组经济规模，则必须至少2-4台薄板坯连铸机供坯才能满足，这样就会因增加连铸机台数和保温炉而与前面因省掉粗轧和节能减少的投资相抵消。因此若采用薄板坯连铸工艺，其后需配单线连轧才能显现其经济性，而单机单流薄板坯连铸机能力一般80-120万t/a。为其经济性，整个生产线一般是按连铸能力平衡。,68,续投资情况,3、采用CSP工艺，产量为80万t/a，其单位投资是常规工艺的78%。4、采用ISP工艺，产量为80万t/a时，其单位投资为常规工艺的60%。5、采用行星轧制工艺，在同样产量时，其单位投资为常规工艺的56%6、采用炉卷工艺，在同样产量时，其单位投资为常规工艺的65%7、采用超紧凑轧制工艺，其单位投资为常规工艺的73%。,69,七、板带材轧制技术的发展,1、围绕降低金属变形抗力(内阻)演变发展2、围绕降低应力状态系数（外阻）的演变发展3、围绕减少和控制轧机变形的发展演变,70,问题：,板带产品生产特点？板带按厚度规格分类？板带产品的技术要求？,