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年产200万吨中厚板生产工艺车间设计

[日期:2012-08-26]   来源:28毕业论文网  作者:28毕业论文网   阅读:309[字体: ]
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本科毕业设计(论文)开题报告(综述)

材料与化学工程学院 材料成型及工程专业 

题  目:年产200万吨中厚板生产工艺车间设计

一、题目来源

本题目是指导教师根据学生就业情况,结合毕业实习厂家实际情况拟定的综合性工程设计题目,目的是综合训练并全面考核学生运用专业知识解决系统工程问题的能力。

二、国内外发展现状1.国内外钢铁产量现状

钢铁是国民经济建设最重要的基础原材料,我国钢铁产量已近6亿吨,轧钢生产是钢铁企业终端,是核心,今后的发展方向是提高技术装备水平、优化生产工艺以提高产品质量并实现节能降耗。2009年,世界粗钢产量已经达到了12亿多吨,是1990年产量的1.67倍,其中中国的发展速度令其他国家望尘莫及。2000年年产量1.26亿吨,到2009年5.68亿吨,我国粗钢产量平均增长率达到了18%以上。进入2010年以后,随着全球钢铁工业的逐步回暖,中国钢铁工业也保持了快速增长的局面。

2.国内外轧制技术及设备现状

近年国内外在轧钢技术和设备、控轧控冷、新钢种开发以及产品尺寸、形状与组织精确控制方面取得了长足发展。以下对这几方面进行简要介绍:

2.1 轧钢技术与设备现状

在轧制技术与理论方面,高精度轧制、高速轧制、无头轧制、柔性轧制 轧制过程中的形变、相变与析出的综合控制理论与技术,现代轧制过程分析、控制及应用等技术越来越广泛地应用在轧钢生产中。特别是无头轧制技术的发展近年来取得质的飞跃,在轧制设备方面,除了大型化、高刚度化、高效率以及更加灵活精确的板形、板厚和板宽控制方式外,设备的紧凑化、灵活方便的换辊系统开发等也取得了较大的进步。

2.2 控轧控冷

在控轧控冷技术方面,快速冷却、超快速冷却、在线热处理等技术的开发和应用,大大提高了冷却效率和温度与组织的均匀性,不仅为高质量、高性能和高强度新品种开发提供了极其有效的手段,而且为节约合金元素、降低生产成本提供了新的可能性。特别是超快速冷却和在线热处理技术近年来业界极为关注,国内宝钢和沙钢5000mm宽厚板生产线配备了加速冷却和直接淬火装置。

2.3 新钢种开发

在新钢种开发方面,用于汽车、大型建筑结构、桥梁、海上运输与能源输送等方面设备的轻量化、高性能和长寿命、高强与超高强、细晶和超细晶钢越来越受到重视。目前,国内外对超细晶钢进行了广泛研究。日本在发展超细晶钢时,重点是采用强力变形。通过多轴变形、大变形量轧制,并配以动态再结晶轧制等方法获得高强度、高韧性的亚微米级超细晶钢。日本住友金属工业公司开发了在奥氏体区进行轧制来生产超细晶薄钢板的超短时间间隔多道次轧制技术,成功试制了铁素体晶粒为1μm左右的0.15%C-0.7%Mn超细晶薄钢板。我国在发展超细晶钢时,除了采用强力变形和动态再结晶轧制外,主要发展了形变和相变耦合以及研究纳米析出相在超细晶钢中的作用两个方向。超细晶化理论及技术是21世纪新一代钢铁材料的重要发展方向,它不仅是材料物理的重要课题,也是材料化学和材料制备过程的重要课题。

2.4 产品尺寸、形状与组织精确控制

在对产品尺寸、形状与组织精确控制方面则是向着尺寸超薄、超厚、形状高精度及组织均匀化发展;另外,轧钢智能化技术已逐渐成为复杂轧制过程控制的重要手段。随着对产品尺寸精度、力学性能和表面质量要求的不断提高,传统的轧制力计算公式已不能适应更高精度的要求,数学模型则是一种较理想、用于轧制过程控制和轧机设备设计的方法。由于轧制过程影响因素众多,如应变硬化、摩擦、轧辊压扁、温度等及其之间的相互作用,使得轧制过程的模型理论分析变得困难复杂,神经网络等方法在轧制过程中的应用提高了预报精度和生产的控制水平。通过建模以及对工艺过程定量和定性方面的优化,为钢铁工业提供了低成本的优化策略。另外,软计算作为一门新兴技术也应用于轧制系统设计优化,主要包括进化计算、模糊逻辑、神经计算和概率计算。软计算把人类知识和求解方法论相结合,为处理现实中问题的不确定性和模糊性提供了途径。

总之对于轧钢技术的发展,要把资源、能源与环境问题作为轧钢技术创新和进步的战略任务;应更加关注成熟、先进以及前沿技术的应用与推广。开发具有高强度甚至超高强度、优良耐蚀性能、成形性能和高表面质量等性能的钢铁产品,节约能源、节省合金元素、减少工序、降低成本仍是未来轧制技术的重要研发方向。

3.国内中厚板地位

中厚板是重要的钢材产品,一般占钢材总量的10%左右。中厚板广泛应用于基础设施建设、造船、工程机械、容器、能源、建筑等各行行业,在国民经济中占有重要的地位。我国是一个发展中国家,正在进行大规模的基础设施建设,对于中厚板的需求一直非常强劲。2008年我国中厚板产量为5971万吨,占我国当年钢材产量的10.26%。

中厚板生产的特点是小批量、多品种、产品性能要求高、生产过程复杂。我国中厚板行业随着国民经济的总体发展而不断进步,现在已经成为中厚板生产大国。我国成立初期,只有鞍钢拥有一台3辊劳特式2300中板轧机,产品也只有最初的碳素结构钢板。以后,随着我国经济建设需求的增长,我国引进了一批2000~2500mm的中板轧机。但是,其技术内涵和产品的质量水平与国际先进水平有很大的差距。改革开放以来,我国钢铁工业迅速发展,通过技术引进和自主创新,我国中厚板生产技术、设备和产品也日新月异,发展迅猛。20世纪90年代,鞍钢首先引进了二手的4300mm中厚板轧机,同时酒钢、舞钢也分别引进了3000mm和3800mm中厚板轧机,我国的中厚板生产开始向国际水平靠近。到世纪之交,首钢率先利用国产化技术,建设了具有我国自主知识产权的3500mm中厚板轧机,开发的高强度轧机、自动控制系统、控制冷却系统、矫直机等辅助设备具有鲜明的特色和优良的性能,开始了我国自主研发大型中厚板轧机的先河。最近几年,我国宝钢、鞍钢等单位采用自主集成和引进国外技术相结合的方式,国际先进水平。据不完全统计,我国已经建成和正在建设的4m级的中厚板轧机15套,5m级的中厚板轧机8套。全部建成后,我国将具备中厚板生产能力近1亿吨。

我国新近建设的这一批中厚板轧机,集成了世界上一大批先进的中厚板生产技术和装备达到了国际先进水平。主轧机实现了强力化和高强度,采用了厚度自动控制、板形控制、平面形状控制等先进、实用的计算机控制系统。我国自主开发了控制冷却系统,其中包括反映世界控冷技术最高水平的超快速冷却技术和DQ技术,与轧机配合,实现了TMCP技术的创新发展。在辅助设备方面,我国引进和自主研发的强力矫直机、滚切式剪切机、超声波探伤、热处理设备等都达到了国际先进水平。 利用这些先进的设备和工艺技术,我国开发了经济建设急需处理设备等都达到了国际先进水平。利用这些先进的设备和工艺技术,我国开发了经济建设急需的高档次中厚板产品,例如我国西气东输使用的高级别管线钢,大型储油罐用钢,高强度、高韧性、耐腐蚀、焊接性能优良的高级船板,高速铁路桥梁用高强度钢板,奥运场馆和高层建筑用高强、低屈强比、优良焊接性能的建筑用钢,等等。这些钢材已经在我国经济、社会发展中发挥了重要作用,对拉动我国经济发展,推动我国西部、北部、南部地区的社会进步提供了强力支撑。

三、设计内容

1. 文献调研、现场调研,提出产品方案;

2. 确定生产方案、计算产品;

3. 确定生产工艺,进行设备选型;

4. 计算并编制轧制规程表、设备负荷表、金属平衡表;

5. 绘制车间平面、立面布置图;

6. 撰写毕业论文;

7. 翻译一篇相关英文文献。

四、设计方案1.产品方案、生产方案、计算产品表4-1产品方案列表

产品

名称

钢种

规格范围

(mm)

 产量

(万吨)

比例

(%)

技术

标准

碳素结构钢板

Q195~Q275

(5~40)×(900~4800)×(12000~18000)

30

15

ISO

ASTM

JIS

高强度合金板

Q345、Q390 Q420 、 Q460

(5~40)×(1500~4100)×(20000~5000)

20

10

ASTM

ISO

船  板

A32 、 A36

D32、 D36

(5~40)×(1500~4100)×(20000~25000)

25

12.5

ZC

GB

优质碳素钢板

45# 、  50#

30Mn2

(5~40)×(1500~4100)×(12000~18000)

40

20

YB

ASTM

锅炉

钢板

20g 、 16Mng

12Cr1MoVg

(5~40)×(900~4500)×(2000~25000)

15

7.5

ASTM

YB

容器

钢板

20R 、16MnR

15CrMoR

(5~40)×(900~4800)×(12000~18000)

20

10

ASTM

ISO

JIS

桥梁用钢板

Q235q、Q345q

Q420q

(5~40)×(1500~4100)×(20000~25000)

20

10

ASTM

ISO

汽车大梁板

16MnL 16MnREL

(5~20)×(1500~4100)×(12000~18000)

15

7.5

ASTM

GB

ISO

管线钢

X65 、 X70

X80

(5~40)×(1500~4800)×(12000~18000)

15

7.5

ASTM

GB

表4—2计算产品列表

产品

名称

钢种

规格

(mm)

执行标准

产量

(万吨)

比例

(%)

碳素结构钢板

Q235

10×4800×20000

JIS G3101

40

20

高强度板低合金板

Q390

5×2000×25000

ASTM

50

25

船板

A36

20×3000×20000

中国船

级社

50

25

桥梁用钢板

16Mnq

30×4100×25000

ASTM

30

15

容器钢板

15CrMoR

40×3500×12000

JIS G3115

30

15

2.生产方式采用块式法轧制。3.生产工艺

中厚板生产工艺基本为:连铸坯 →加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→在线快速冷却→热矫直→冷床冷却→检查修磨切头、切尾取试样、切定尺和切边→喷印(热处理)→收集入库。

3.1 原料

轧制中厚板所用的的板坯,都是宽高比较大的矩形坯。中厚板生产采用的原料经历了钢锭、初轧坯到连铸坯的历史演变。随着冶金生产技术的发展,连铸坯得到了广泛的推广,连铸坯已成为现代中厚板生产的主要原料。主要有以下优点:

(1)简化和缩短了冶金生产过程,减少了厂房和设备投资;

(2)节约能源,提高了金属收得率;

(3)物理化学性能均匀。

3.2加热

加热可降低金属的变形抗力,提高钢的塑性,使坯料内外温度均匀,改善金属的内部组织,加热温度、加热速度、加热制度是加热工艺的重要环节。

3.3  除鳞

钢坯在高温下,其表面的元素与空气中的氧气发生化学生成氧化物。氧化物形式有三种,从内向外依次为氧化亚铁、四氧化三铁和三氧化二铁。在板坯表面形成氧化铁皮,如果该氧化铁皮不去除,在轧制过程中就会被轧辊压入板坯,直接影响产品的表面质量。为了改善成品质量,满足用户要求,必须采用一定的手段除掉氧化铁皮,在现代的中厚板生产中,一般都采用高压水除鳞,它具有适应钢种范围广、除净率高和综合成本低的优点。

3.4  轧制

轧制是将加热后的板坯压到要求的厚度和宽度的过程,它一般包括粗轧和精轧两个环节。

3.4.1 粗轧

粗轧阶段的主要任务是将板坯展宽到所需的宽度并进行大压缩延伸。根据原料的条件和产品要求,可以采用不同的轧制方法,如全纵轧发、综合轧制发、全横轧发、角轧—纵轧发。

2.4.2  精轧

精轧阶段的主要任务是质量控制,包括厚度、板形、表面质量、性能控制。在轧制过程中,粗轧与精轧并无严格的界限,通常把双机座布置的第一台轧机称为粗轧机,第二台轧机称为精轧机。对两机架压下量上的分配要求是两机架的轧制节奏尽量相等,这样才能提高轧机生产力。一般的经验是在粗轧机上的压下约占80%,在精轧机上约占20%。

4.主体设备

主体设备有加热炉、轧机、矫直机、双边剪和剖分剪、定尺剪、快速冷却装置、热处理炉等。

4.1  加热炉

本设计采用步进式加热炉,有效炉长51.9m、炉宽10.7m,加热能力265t/h,加热板坯规格(150~320)mm ×(1300~2300)mm×(2600~4800)mm,最大坯重26t。

4.2  轧机

本设计轧机分为粗轧机和精轧机,其中粗轧机工作辊尺寸为:φ1240/1140mm×5100mm,支撑辊尺寸为:φ2300/2100mm×4950mm,轧制力为108MN;精轧机工作辊尺寸:φ1210/1110mm×5300mm, 支撑辊尺寸为:φ2300/2100mm×4950mm.轧制力108MN,最大轧制速度7.3m/s。

4.3  热矫直机

热矫直机的主要参数如下:

型号:HPL360/380×5200/9/6-6

矫直钢坯尺寸

厚度                   最小 10mm(最大厚度根据钢板屈服点确定)

宽度                   1300~4900mm

长度                   52m

最大输送厚度           250mm

矫直温度               400~1100℃

公称矫直力             40000KN

最大矫直力             44000KN

最大弯辊力             2800KN

主传动电机             3×650KW,0~600/1500r/min

上矫直辊               4×φ360 mm×5200mm

下矫直辊               5×φ360mm×5200mm

矫直辊辊距             380mm

4.4 双边剪

主要技术参数如下:

形式                   滚切式

剪切钢板厚度           5~50mm

剪切钢板宽度           1300~4900mm

钢板温度               最大150℃

切边量                 20~150mm

上剪刃尺寸             厚 ( 50~100)mm×高(158~170)mm×长2080mm

下剪刃尺寸             厚 ( 50~100)mm×高(136~160)mm×长2075mm

4.5 切头剪

切头剪主要技术参数:

剪切钢板厚度          5~50mm

剪切钢板宽度          1200~5000mm

最大剪切力             1100KN

上剪刃尺寸             170/138mm×100mm×2500mm

下剪刃尺寸             150mm×100mm×2500mm

4.6  定尺剪

定尺剪主要技术参数:

形式                  滚切式

剪切钢板厚度          5~50mm

剪切钢板宽度          1300~4900mm

剪切温度              最大150℃

上剪刃尺寸            100/50mm×高190/166mm×长5200mm

下剪刃尺寸            100/50mm×高150/126mm×长5200mm

4.7  热处理炉

热处理炉主要尺寸:

全长                  63.22m

有效长度              60.11m       

内宽                  5100mm

内高                  3025mm

辊道数量              109根

辊道外径              380mm

辊道壁厚              30mm

辊道长度              6915mm

辊道间距              580mm

4.8  快速冷却设备

快速冷却设备的主要尺寸:

冷却形式              U形管层流流冷却

冷却装置尺寸(宽×长)5000mm×24000mm

冷却钢坯的尺寸   

(厚×宽×长)mm   ( 10~100)×(1300~4900)×最长52000

冷却速度(℃ /s)    5~40

钢板通过速度(m/s)     0.5~2.5

五、时间安排

1~3周 文献检索,确定任务,毕业实习,收集资料;

4~5周 开题报告,翻译文献;

6周: 产品方案,生产方案,计算产品;

7周: 生产工艺,设备选型;

8~10周 轧制规程计算,孔型设计,中期报告;

11周 设备负荷、金属平衡;

12~13周 绘制车间平面、立面图;

14~15周 撰写设计说明书;

16周 答辩。

六、论文提纲

1. 可行性研究报告

2. 产品方案与计算产品

3. 生产方案与工艺流程

4. 主辅设备选择

5. 工艺计算与金属平衡

6. 设备负荷计算

7. 车间平面布置与立面尺寸

8. 劳动组织与经济指标

9. 厂房设计

10. 车间电力设施

11. 车间辅助设施

12. 环境保护

参考文献

附录与附图

主要参考文献和书目:

温景林.金属压力加工车间设计[M].北京:冶金工业出版社.

王廷溥.金属塑性加工学——轧制理论与工艺[M].北京:冶金工业出版社.

王廷溥.轧钢工艺学[M].北京:冶金工业出版社.

曲克.轧钢工艺学[M].北京:冶金工业出版社.

张景进.中厚板生产[M].北京:冶金工业出版社.

王国栋.中国中厚板轧制技术与装备[M].北京:冶金工业出版社.

崔风平.中厚板生产与质量控制[M].北京:冶金工业出版社.

指导教师审核意见:

             指导教师签字:      年  月  日

             教研室主任签字:     年  月  日

注:本表可自主延伸。

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