连续热轧宽带钢车间设计(design of continuous hot wide strip mill)

以板坯为原料，经加热、连续轧制生产宽带钢的车间设计。热轧宽带钢轧机(简称热带轧机)是指辊身长度不小于1000mm的热带钢轧机，是最主要的轧钢设备之一。热轧宽带钢产量在工业发达国家占热轧钢材总量的40％～50％。通常热轧钢卷有60％以上供冷轧机作原料，有10％～20％供焊管用，有20％～30％剪成钢板。热轧宽带钢和板材也应用于船舶、车辆、汽车、容器和各种机械制造业等。热轧宽带钢车间的设计原则和方法参见轧钢厂设计。

简史1924年美国轧钢公司(American Rolling Mill Co．)建成世界上第一套连续式热带轧机，1926年美国阿姆科钢公司(Armco steel Corp．)建成第一套1220mm半连续式热带轧机，1927年美国国家钢公司(National Steel Corp．)建成1372mm连续式热带轧机。热轧宽带轧机的发展已经经历了三代。第一代热带轧机能力一般在200万t／a以下，带钢厚度为1．8～10mm，最大卷重在10～12t以下，单位宽度卷重11kg／mm以下，精轧机最高速度为12m／s。1961年美国国家钢公司大湖分公司(National Steel Corp．Great Lakes Steel DiV．)投产的2032mm连续热带轧机，采用穿带之后升速轧制的方式，使精轧机速度达到15．2m／s，单位宽度卷重达到17．8kg／mm，最大卷重达到32t，轧机能力达到326万t／a。精轧机升速轧制技术对促进热带轧机的发展有重大突破，此时的热带轧机被称之为第二代热带轧机。此后由于连铸技术的发展，计算机的应用，于1969年日本新日本制铁株式会社(Nippon Steel Corp．)君津(Kimitsu)厂建成的2286mm连续热带轧机，将热带轧机推向大型化、大卷重、高速度、高产量、大功率，并扩大了产品厚度。在欧洲相继建设了三套这样的热带轧机。在这一时期热轧带钢卷重达到45t，轧机能力达到600万t／a，精轧机每架最大功率达到12000kw，最高速度达到27m／s，单位宽度卷重达到36kg／mm，带钢厚度范围为1．2～25．4mm，由于轧机各项工艺特性数据均超过了第二代热带轧机，称之为第三代热带轧机。

热轧宽带钢轧机按粗轧机的型式和组成的不同有半连续式、全连续式和3／4连续式三种布置型式。前两种型式建于发展初期，3／4连续式出现于60年代。半连续式粗轧机有1～2架轧机，其中至少有一架为可逆式。全连续式粗轧机为4～6架二辊和四辊轧机，3／4连续式粗轧机有3～4架轧机，其中必有一架为可逆式，图1为三种热带轧机粗轧机组的布置型式。

20世纪60年代美国首先在精轧机上开发应用了厚度自动控制(AGC)，70年代联邦德国在热带轧机上采用液压AGC取得显著效果，而后AGC为现代热带轧机所广泛应用。80年代普遍重视板形控制技术，相应开发有HCMW(6 high working roll and intermEDIate roll shift type mill)工作辊、中间辊均可轴向移动的六辊轧机、HCW(4 high workingr shift type mill)工作辊可轴向移动的四辊轧机、CVC(continuouly vatiable crown mill)连续可变凸度轧机、和PC(pair-crossed mill)轧辊成对交叉式四辊轧机。

中国鞍山钢铁公司1959年建成的第一套2800／1700mm半连续式热带轧机，属第一代热带轧机。本溪钢铁公司于1980年设计建成的1700mrn热带轧机和武汉钢铁公司1978年建成的1700mm热带轧机属第二代热带轧机，设计产量为300万t／a。上海宝山钢铁总厂1989年建成的2050mm3／4热带轧机属第三代热带轧机，产品厚度为1．2～25．4mm，最大卷重为43．6t，单位宽度卷重为23kg／mm，最高速度为25m／s，设计产量为400万t／a。

设计规模与产品方案热带轧机的产品规格和产量范围比较大，厚度为1．2～25．4mm，宽度为600～2540mm，卷重为6～45t，轧机能力为50～600万t／a。同一规格的热带轧机因组成型式不同其产量差别亦很大。各种规格热带轧机设计采用的年产量与产品范围见表。

供冷轧机作原料的热轧带卷厚度为1．5～6．0mm。开卷剪切成钢板的厚度为1．2～25．4mm，宽度随轧机而异，钢板长度一般为2～12m，纵切带钢厚度为1．2～12．7mm，平整带钢厚度为1．2～6．35mm，分卷带钢厚度为1．2～8．6mm。热轧钢卷90％以上为碳素钢，主要是低碳钢，少量的为低合金钢。而热带轧机也用来轧制不锈钢和电工硅钢等特殊钢钢卷供冷轧作原料。

工艺流程选择热轧宽带钢生产普遍以连续铸钢(简称连铸)板坯为原料。板坯厚度为150～250mm，宽度依轧机规格而定，长度为4～15m(一般在12m以内)，最重达45t。以往的工艺流程为冷板坯经加热炉加热到1200℃送去轧制。由于连续铸钢技术的发展，已采用连铸坯热装炉和直接轧制的新工艺，前者又有直接热装炉和保温后热装炉两种方式；后者是从连铸机来的热板坯经边部加热后送去轧制。为适应直接热装和直接轧制工艺，采用调宽轧机和自由(schedule free)轧制，在宽度和厚度上可自由变换。

板坯经粗轧机组轧制4～7道次(一般为5～6道次)轧制成精轧机所要求厚度的中间带坯，经切头后进入精轧机组，连续轧制5～7道次车L制成厚度为1．2～25．4mm的带钢。带钢终轧温度一般为850～880℃，深冲钢为850～910℃。带钢经喷水冷却到600～690℃后卷取成钢卷。钢卷由卷取机卸出并翻转到钢卷运输链上被输出轧制线。供冷轧用的钢卷可直接由运输链或钢卷小车送至冷轧车间原料跨间。在热轧车间进行精整的钢卷卸在中间钢卷库堆存和冷却后，根据订货送至横切机组剪成钢板，经纵切机组剪成窄带钢卷，经

平整机组平整、分卷为小钢卷。图2为热轧宽带钢生产工艺流程示意图。

工艺设备选型主要包括加热炉、破鳞箱、粗轧机组、卷取箱和中间机架、切头飞剪、精轧机组、带钢冷却装置、卷取机和精整线等的选择。

(1)加热炉。以步进式加热炉为主，加热炉的能力，座数根据产品组成计划、各代表规格的轧机小时产量确定。加热采用计算机进行自动燃烧控制和炉区设备的顺序控制。加热炉要尽量采用节能和提高加热质量的技术，并且还要能适应热装的要求。

(2)破鳞箱。在粗轧和精轧机组前均设有14．7MPa以上压力的高压水破除初生的和二次氧化铁皮的破鳞箱。

(3)粗轧机组。为了将板坯轧制成中间带坯。和将板坯按所要求生产的带钢宽度进行侧压和控制宽度，设置重型立辊和液压短行程控制装置。近来又出现对板坯可连续进行侧压的定宽压力机。其组成取决于产量和板坯厚度，全连续式轧机型式轧机生产能力高，操作简单，但轧制线较长和设备较多已不再采用。也不再采用四机架3／4连续式轧机的组成型式，而是采用单机架或双机架半连续式轧机。在粗轧机组都设有一架带重型立辊的四辊可逆式粗轧机。四辊粗轧机工作辊直径达1250mm，可逆式粗轧机传动功率为2×5000～2×6000kw，最大达2×8000kw。现代宽带钢轧机要求设粗轧机宽度自动控制装置(RAWC)，以提高轧制带钢的宽度精度。

(4)卷取箱和中间机架。改造旧轧机时为增大卷重和进精轧机的带坯厚度，在粗轧机组和精轧机组之间设卷取箱(coll—box)或中间机架。在新建轧机且产量不太高时也可采用卷取箱，以便在不进行升速轧制条件下增大卷重。为减少中间带坯在中间辊道上的温度连liar1降和带坯头尾温度差，可设置保温罩。

(5)切头飞剪。主要有转鼓式和曲柄式两种。转鼓式飞剪应用较广泛，最新设计的转鼓式飞剪，其圆周各点的速度是可变的，剪切带坯厚度可达60mm。转鼓剪上下两个转鼓设有两对剪刃分别用于切头和切尾。

曲柄式飞剪剪切断面质量好，适于剪切厚度为50～65mm的带坯。飞剪只装一对剪刃，既切头又切尾。

(6)精轧机组。机组前设精破鳞箱，其进出口设夹送辊。根据需要机组前设置立辊。精轧机组由5～7架四辊轧机组成，轧制带钢最小厚度：五机架为2．0mm，六机架为1．5mm，七机架为1．2mm。设带钢厚度自动控制(AGC)装置，有电动AGC和液压AG(：两种，宜采用后者。为提高带钢板形质量，采用。HCW、CVC或PC型轧机，并配备工作辊弯辊装置。为了使连铸板坯的直接热装和直接轧制，要求能进行自由轧制，因而至少要有3～4个机架是采用工作辊移动型的轧机。采用卷取箱的车间，精轧机的轧制可不选用升速轧制方式。

单位宽度卷重、精轧机最高速度和速度锥的选择，要根据产品计划和规格范围研究确定。第三代热带轧机设计的单位宽度卷重达36kg／mm，精轧机最高速度达27m／s，一台轧机传动功率达12000kw。但实际生产表明，最大单位宽度卷重为23kg／mm，最高速度为23m／s，已能满足高产量热轧宽带钢车间的需要。

(7)带钢冷却装置。带钢冷却采用无压力层流水冷却，有水幕式、集管式两种方式，根据需要选用。

(8)卷取机。60～70年代普遍采用斜楔胀缩式卷筒的地下卷取机，设2～4个气动助卷辊，卷取带钢厚度为1．2～12．7mm，已成为第二代热钢带轧机标准型的卷取机。现代的卷取机可卷取带钢厚度为1．2～25．4mm，最大单位宽度卷重达36kg／mm，最大卷重达45t，最大钢卷外径达2600mm。卷取机有固定式和可退出轧制线的移动式，后者维修方便。为防止卷取厚带钢时助卷辊对带钢表面造成的压痕和避免冲击对设备的损害，采用由液压缸驱动的助卷辊，即全液压卷取机，设有带头跟踪检测和助卷辊自动跳越控制(automatic jumping control)系统。

(9)精整线。包括横切机组、纵切机组、平整机组和分卷机组。根据产品方案选用。

车间组成和平面布置热轧宽带钢车间主要由板坯库、加热炉跨间、轧钢跨问、主电室、计算机室、轧辊间、钢卷库、精整跨间和成品库组成。板坯库分平行轧钢跨间和垂直轧钢跨间两种布置型式。为了满足板坯的直接轧制和热装炉的需要，热轧带钢车间宜与连铸厂接近布置，并采用垂直布置。钢卷库、精整线、成品库的布置也有平行或垂直于轧钢跨间两种布置方式，以平行布置占多数。某厂2050mm热轧宽带钢车间和厂区平面布置如图3所示。

消耗指标每吨热轧钢卷的主要消耗为；板坯1．023～1．032t，燃料1．55～2．26GJ，电力85～110kW•h。

特殊要求热轧宽带钢车间与连铸车间、冷轧带钢车间之间的原料和产品运输量大，应分别采用辊道和地下运输链运送板坯和钢卷。宽带钢热轧机主传动总容量达80～105Mw，建厂地区要有足够的电网容量，以承受高达97～167Mw的冲击负荷。

发展趋势(1)普遍以连铸板坯为原料，并采用热装炉和直接轧制技术。为实现高水平的直接热装和直接轧制工艺，将从炼钢、连铸到热轧各工序的连续物料流程作为一个整体，建立集中的生产管理和质量控制体系。(2)轧机组成和车间布置，主要向紧凑型发展，粗轧机采用1～2架轧机，精轧机一般采用6个机架，并缩短粗轧机与精轧机之间的中间辊道。(3)薄板坯连铸连轧技术已日臻完善并广泛推广。(4)连续热轧薄规格宽带工艺中采用无头轧制是引人注目的新技术。