中厚板轧机的选型

·综述· 中厚板轧机的选型 陈　瑛 (北京首钢设计院) 　　摘　要　本文就中厚板轧机大小, 组成及型式等三个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 , 对中厚板轧机的选型和系列提出了一些看法。 关键词　中厚板轧机　选型　系列　大小　组成　型式 Type Selection of Heavy and M ed ium Plate M ill Chen Y ing (Beijing Shougang D esign Inst itu te) 　　Abstract　Concen trat ing on the size, componen ts and type of heavy and m edium p late m ill, the paper reveals som e ideas abou t type select ion of heavy and m edium p late m ill. Keywords　H eavy and M edium P late m ill, T ype Select ion, Series, Size, Componen ts, T ype 1　前言 中厚板轧机选型是一项非常重要的工作, 过 去曾发生过多起中厚板轧机选型失笔之憾。 1976 年日本大分厂新建厚板轧机时, 原设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 选用3 800 mm 双机架轧机, 并已做了大量前 期工作, 之后毅然决然改成 5 500 mm 单机架轧 机, 耽误工期近3 年之久。1970 年德国迪林根厂新 建成 4 300 mm 精轧机, 并预留出粗轧机位置, 而 1985 年扩建时把尺寸放大, 增建 5 500 mm 粗轧 机, 发现粗精轧机尺寸差太大, 于是又把 4 300 mm 换成 4 800 mm , 组成 5 500 mm 加 4 800 mm 双机架轧机, 精整线也做了相应修改, 这是选型不 慎的后果。1962 年法国敦克名克厂新建成 4 320 mm 单机架轧机, 1984 年为了增产和生产更宽钢 板扩建时, 新建一架5 000 mm 精轧机, 组成4 320 mm 加5 000 mm 双机架轧机, 由于布置距离和粗 精轧机尺寸差太大, 至今轧机能力得不到充分的 发挥。 上述列举例子, 主要是轧机选型不当所造成 的, 不但在经济上造成很大的损失, 而且也给生产 发展带来很大困难。因此, 轧机选型工作越来越受 到建厂者的重视。 轧机选型包括轧机的大小、组成及型式等 3 个问题, 笔者对中厚板轧机的选型和系列提出了 一些看法, 供作参考。 2　轧机大小问题 新建和改建工程前期工作中, 首当其冲是确 定轧机大小问题。几乎所有厂都论证过这个问题, 多方面加以比较, 应该说, 确定轧机的大小, 不仅 取决于钢板宽度, 还应当考虑其它多种因素。 2. 1　板宽 板宽取决于用户和轧机的大小。一般来说, 轧 机工作轧辊辊身长度减去 200 mm (以前是减去 300 mm ) , 即为生产成品的最大板宽。特别情况减 去150 mm 也能轧出来, 如5 500 mm 轧机曾生产 出 5 350 mm 宽板, 4 200 mm 轧机生产出 4 050 mm 板宽时, 轧制板宽实际已达4 150 mm , 几乎碰 到机架牌坊, 因此, 操作上需要非常小心。 造船和长输管线是由中厚板轧机大批量提供 宽板的用户。船用钢板最宽达4 500 mm , 选用 4 800 mm 轧机已能满足。日本和德国建成 5 500 mm 轧机, 主要是满足 1 626 mm 大直径UO E 焊 ·1·　第12 卷第3 期　　2006 年6 月　　　 宽厚板 W ID E AND H EAV Y PLA T E V o l. 12. N o. 3　 　June　2006　 管用板的需要, 这种大焊管机组日本有 2 套, 德国 有1 套, 目前, 全球铺设天然气远输管线的最大管 径只达1 422 mm , 至今还未建设过1 626 mm 直径 管线, 因此, 5 500 mm 轧机也未大 批 量 生 产 过 1 626 mm 管用板。UO E 焊管机组必须由宽厚板 轧机供板, 其搭配关系如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1 所示。 表 1　UOE 焊管直径与宽厚板轧机的搭配关系 UO E 焊管 外径ö mm 最大板宽ö mm 宽厚板轧机 工作轧辊身长ö mm 生产最大板宽ö mm 914 2 850 3 300 3 100 1 067 3 330 3 800 3 600 1 210 3 830 4 300 4 100 1 422 4 470 4 800 4 600 1 626 5 110 5 500 5 300 　　另外, 板宽除满足镜板、桥墩板、机器结构用 板及大型建筑用板以外, 尚需供应特大军舰用板。 二次大战前 , 1 9 1 8年美国留肯司公司科 茨维尔厂建成 5 230 mm 轧机, 1940 年前苏联莫 斯科厂投产5 300 mm 轧机、德国多特蒙德厂投产 5 000 mm 轧机, 1941 年日本制钢公司室兰厂投 产一台用蒸汽机驱动的 5 280 mm 轧机, 随后英 国、法国及西班牙等国又相继投产许多台宽厚板 轧机。这些轧机主要是为了供应航母用板。航母 用板板面及单重大, 又长又宽, 焊缝少。因此, 需要 建设大的宽厚板轧机。 2. 2　产量 中厚板轧机生产能力取于决轧机的大小、组 成与型式。轧机愈大产量愈高, 如要求产量200 万 t, 轧机应选用4 800 mm 以上。如产量要求为60～ 70 万 t 的话, 可以选用 2 300 mm 双机架轧机, 也 可选用 2 800 mm 单机架轧机, 后者投资省, 厂房 短, 设备吨位小, 且板宽大500 mm , 市场覆盖面也 大, 一般应优选。 选用轧机大小与年产量的关系如表2 所示。 表2 所列是采用控制轧制和板型控制后的数 据, 一般来说, 采用这两项 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 后产量会有所下 降。 表 2　轧机大小与年产量的关系 序号 轧机大小ö mm 年产量ö万 t 4 h 单机架 4 h+ 4 h 双机架 1 2 300 40～ 50 60～ 70 2 2 800 60～ 70 80～ 100 3 3 300 70～ 80 130～ 150 4 3 800 80～ 110 150～ 170 5 4 300 90～ 130 170～ 190 6 4 800 120～ 150 190～ 250 7 5 300 150～ 180 260～ 320 2. 3　钢板单重 轧机越大, 钢板单重也越大。要求钢板单重大 的产品有高压锅炉、容器、桥梁、水坝、舰船、海上 平台、原子能设备、火箭外壳、高炉炉壳、机器结构 件及大型建筑等。目前, 国内生产30 万kW 发电机 组用高压锅炉板单重达 43 t, 这类钢板舞钢生产 也有困难, 宝钢5 000 mm 轧机可以轧制。 当年建设九江大桥时, 桥梁板厚50 mm , 长达 18 m , 单重有11 t 多, 由鞍钢2 800 mm 轧机生产, 因单重与尺寸满足不了, 只有铁道部增加焊缝, 修 改钢板尺寸; 当年宝钢高炉用钢板因单重和尺寸 太大, 舞钢也承担不了, 最后也只好修改结构。 连铸板坯厚度与宽度的调节范围不大, 一般 最厚达340 mm , 最宽达2 400 mm , 唯一能调节的 是长度, 而长度又受轧机大小的限制, 一般板坯最 大长度比轧机工作轧辊身长短 200 mm , 如 5 500 mm 轧机用坯的最大长度达5 300 mm 时, 则原料 最大单重为24 t。若采用4 300 mm 轧机时原料重 不到19 t, 两者差5 t。如果要求生产24 t 以上钢板 的话, 只有采用大的钢锭或压制坯作为原料。可 见, 钢板单重是受轧机大小制约的。 2. 4　纵横向性能 随着用户要求的提高与技术的进步 , 对 钢板的同板性能差的要求越来越小, 甚至要求供 应均质板。目前, 热带的纵横向 бb 之差达 27. 2 M Pa, ∆之差达2. 46% , aK 之差达6. 1 J , 而中厚板 бb 只2. 65M Pa, ∆只0. 97% , aK 只2. 4 J , 比热带钢 小一倍以上。由于横向性能小于纵向性能, 用户都 ·2·　 宽厚板 第12 卷　 按最低性能取料。因此, 钢板性能差越大, 材料损 失也越大。 目前, 除中厚板轧机生产中厚板以外, 还有传 统热带轧机, CSP 机组和炉卷轧机也能生产中厚 板。前者多采用纵横轧结合工艺, 因此纵横向性能 差比较小, 而后3 种轧机基本上采用纵轧到底, 因 此, 纵横向性能差比较大, 用途方面必然受到一定 的限制。 2. 5　成材率 轧机越大 , 轧制成钢板宽度越大 , 而通常 用途钢板宽度在 1 600～ 2 400 mm 之间的比较 多, 如果用5 000 mm 轧机的话, 可以轧制成宽度 3 200～ 4 800 mm 钢板, 经剪切线纵向剖分两块 1 600～ 2 400 mm 钢板, 或者剖分成两张不同宽 度钢板, 成材率可比单倍尺钢板高3%～ 4%。若以 年产 100 万 t 双倍尺宽板计, 每年可多产钢板约 3 ～ 4 万 t, 收益达 5～ 6 千万元以上, 即使不采用剖 分生产, 而生产宽厚板的成材率也比生产窄板高 很多, 如日本水岛厂5 490 mm 轧机的成材率已达 到96% 以上。 另外轧机越大, 原料也越大, 还可以按多倍尺 长度生产, 减少切头尾量, 大大提高成材率。 2. 6　规模经济 轧机越大, 越符合于规模经济效益, 不仅单位 产量的投资少, 而且生产成本较低。 轧机小, 技术含量少, 国外都把小的轧机先淘 汰掉, 留下来都是大的轧机。目前我国小轧机还有 很多, 应逐年淘汰掉一部分。 3　轧机组成问题 传统中厚板轧机的组成, 基本上只有单机架 和双机架两种型式, 目前, 全球宽厚板轧机单机架 约占 2ö3, 双机架约占 1ö3, 但两者的产量相差不 多。 选用单机架还是双机架轧机, 主要取决于产 量, 其次是一次投资, 而质量的差别不大。在产量 和投资不受限制的条件下, 采用双机架轧机是比 较经济的。一般地说, 双机架轧机的设备吨位比单 机架轧机重 20%～ 30% , 而产量却可增大 60%～ 100%。 中厚板生产工艺分为粗轧和精轧两个阶段轧 制。粗轧阶段主要是完成成型和宽展工作, 而精轧 阶段主要是完成伸长轧制及性能与板型控制。宽 展轧制需要90°转钢进行横轧, 这是中厚板生产所 固有的特色。对单机架轧机来说, 粗、精轧只能在 一个机架上完成, 而双机架轧机则在粗轧机和精 轧机上分别完成。将两种不同操作的工艺分配到 两个机架上完成是比较合理的, 而且粗、精轧机的 主电动机功率与转速、轧辊材质、压下调整等均可 合理匹配。 目前中厚板轧机采用HA GC 和计算机自动 控制已很普及。在双机架轧机上将粗、精轧合理地 分配到两个机架上完成, 因此在精轧机上实施自 动化操作就比较容易, 而单机架轧机实现自动化 操作的难度就比较大。 双机架轧机由于规模与投资的限制, 可以先 建一架, 预留第二架。一般都先建精轧机, 预留好 粗轧机。如果先建粗轧机的话, 粗轧机至除鳞箱距 离应满足成品板前一道次轧件长度的要求, 其距 离必然会拉大。若考虑控轧待温整块中间板的要 求, 其距离需更大, 使轧制作业线长度增加。当二 期精轧机投产后, 除鳞箱至粗轧机距离就太大, 增 加炉子至粗轧机的送钢时间, 也浪费了一大段辊 道设备。另外, 粗轧机用的板型装置和机后快冷装 置, 二期就有被闲置或搬家的可能, 会造成一定的 浪费。 还有粗、精轧机主电动机的功率, 转速及轧机 开口度、压下调整速度也不一样, 一般来说, 精轧 机功率大、转速高、开口度小、压下调整速度低。粗 轧机上轧制一些薄而硬的产品会受到一定的限 制, 而且对钢板精度也有一定的影响。 如采用大钢锭和大单重的原料时, 对先建的 精轧机也会造成影响。开口度加大后, 轧机刚度会 降低。一般做法是一期不吃大原料, 精轧机性能保 持基本不变, 必要时, 开口度适当地加大一些, 以 不降低刚度为准则。 预留做法在日本比较普遍, 川崎水岛一厂 1967 年建 4 080 mm 精轧机, 1969 年增建 4 700 ·3·　第3 期 陈　瑛: 中厚板轧机的选型 mm 粗轧机, 发现精轧机小了, 因此将粗轧机加大 了; 神户加古川厂 1968 年建 4 724 mm 精轧机, 1970 年增建4 724 mm 精轧机, 两架完全一样; 新 日铁名古屋厂 1968 年建 4 700 mm 精轧机, 1975 年增建4 800 mm 粗轧机, 把粗轧机加大100 mm ; 日本钢管福山厂 1968 年建 4 700 mm 精轧机, 1970 年增建 4 700 mm 粗轧机; 住友金属鹿岛厂 1970 建4 800 mm 精轧机, 1974 年增建5 350 mm 粗轧机, 粗轧机加大比较多; 川 崎 千 叶 厂 1960 年建4 216 mm 精轧机, 1973 年增建3 500 mm 粗 轧机, 粗轧机小很多, 这种情况比较少, 现已停产 了。 另外, 韩国浦项厂 1978 年建 4 724 mm 精轧 机, 1989 年增建4 724 mm 粗轧机, 长达11 年之久 才组成双机架轧机; 德国迪林根厂1970 年建4 300 mm 精轧机, 机前厂房和辊道都未建, 加热好板坯 用小车运至轧机前受料辊道上, 1985 年增建5 500 mm 粗轧机, 因两架尺寸差太大, 于是将4 300 mm 精轧机改成4 800 mm 精轧机, 组 成 全 球 最 大 5 500 mm 加4 800 mm 双机架轧机, 以满足UO E 大口径直缝焊管机组用板的要求。 法国敦克尔克厂在1962 建成4 320 mm 单机 架轧机, 为了增产更宽钢板, 1984 年改建时, 在机 后增设一架 5 000 mm 精轧机, 将原有 4 320 mm 作为粗轧机, 组成为 4 320 mm 加 5 000 mm 双机 架轧机, 可作为先建粗轧机后建精轧机的一个特 例。 轧机组成中还有附设立辊轧机的问题, 存在 东西方两种不同的风格, 以德国和俄罗斯为代表 的西方派, 不主张附设立辊轧机。以日本、韩国及 中国为代表的东方派, 不但在粗轧机上采用, 也在 精轧机上附设。主要用于平面板型控制, 一般成材 率可提高约 1%～ 3% , 但由于轧边道次间歇时间 增加, 一般会使轧机生产能力降低约10%～ 20%。 日本11 台4 200 mm 以上轧机中有 6 台附设 立辊轧机, 其中水岛厂5 490 mm 轧机后近接立辊 轧机, 实现了M A S 和T FP 相结合的新工艺, 成为 全球性能最高的一台立辊轧机。 韩国浦项厂4 724 mm 加4 724 mm 双机架轧 机在粗轧机和精轧机前近接附设各一台立辊轧 机, 这是全球双机架精轧机上附设的第一台立辊 轧机。另外该厂4 300 mm 轧机前也近接附设一台 立辊轧机, 共有3 台近接立辊轧机。 我国宝钢 5 000 mm 轧机先建精轧机后近接 有立辊轧机, 预留粗轧机后也附设立辊轧机; 新余 厂3 800 mm 双机架轧机粗、精轧机后也各设一台 立辊轧机。我国新建3 800 mm 以上轧机大部分都 附设有立辊轧机, 立辊轧机总台数已超过日本, 占 全球第一。 德国杜伊斯堡3 900 mm , 迪林根5 500 mm 加 4 800 mm 及埃森博格 3 700 mm ; 俄罗斯下塔吉 尔5 000 mm , 伊尔诺斯克 5 000 mm , 莫斯科镰刀 和锤子5 300 mm 及与格尼托哥尔斯克5 000 mm , 两国主要轧机都不附设立辊轧机。另外, 德国为伊 朗阿瓦士厂建设 4 800 mm 轧机也不附设立辊轧 机, 而为瑞典奥克塞洛森德厂新建 3 800 mm 轧 机, 因是炉卷轧机粗轧机, 故设有立辊轧机。 4　轧机型式问题 单机架中厚板轧机国外只有一种类型, 即四 辊式。国外二辊式和三辊劳特式多数已被淘汰掉, 我国也正在淘汰中。 双机架轧机有三辊式加四辊式, 二辊式加四 辊式及四辊式加四辊式等 3 种型式。前一种已趋 淘汰, 第二种也不新建, 第三种是目前采用的主要 型式。 三辊式加四辊式轧机的主要缺点是三辊劳特 式轧机的薄弱环节依然没有克服。因此, 与三辊劳 特式单机架轧机一样, 同属全球上被淘汰轧机之 列。目前, 我国还有 2 台, 应加速淘汰或改造的步 伐。 四辊式加四辊式与二辊式加四辊式轧机相 比, 前者生产钢板质量好、产量高、灵活性大, 备品 备件少, 但设备吨位重, 投资大。后者的优缺点恰 好相反, 且适合于轧制钢锭。因为二辊式轧机工作 轧辊直径比四辊式轧机大, 允许咬入角也大, 便于 轧制钢锭时的咬入。然而, 连铸生产的迅速发展, 大部分中厚板轧机已不再采用钢锭作为原料, 故 ·4·　 宽厚板 第12 卷　 ·5·　第3 期 陈　瑛: 中厚板轧机的选型 ·6·　 宽厚板 第12 卷　 不存在轧制钢锭时四辊式轧机受咬入角限制的问 题。在主电动机功率与轧制力矩相同的条件下, 四 辊式轧机工作轧辊直径比二辊式轧机小, 而道次 压下量比二辊式轧机大, 轧制道次可减少。因此, 轧机生产能力大。另外, 二辊式轧机刚度低, 轧辊 挠度大, 钢板横向厚差较大, 形成有较大的舌头、 鱼尾及镰刀弯等不规则的板型, 不但成材率显著 下降, 板型急剧恶化, 而且还对精轧机操作和自动 化控制带来极大不利。 5　系列问题 为便于设备的标准化, 中厚板轧机系列分为8 个级别, 优 先 数 为500 mm、分成为1 800 mm、 2 300 mm、2 800 mm、3 300 mm、3 800 mm、4 300 mm、4 800 mm 以及5 300 mm 共8 个级别。每级 上下波动幅度为200 mm。 济钢2 500 mm 轧机是由2 300 mm 轧机发展 起来的, 邯钢 3 000 mm 轧机原来就是 2 800 mm 轧机, 现在大批新建3 500 mm 轧机是由3 300 mm 轧机放大的, 宝钢 5 000 mm 轧机是与 4 800 mm 轧机同属于一个等级的轧机, 日本 3 台 5 500 mm 轧机也是从室兰5 280 mm 和鹿岛5 335 mm 两台 轧机发展起来。 表 3 为中厚板轧机系列的基本性能, 1 800 mm 轧机在我国广钢原有一台, 淘汰后全球基本 上没有。 系列化后不会限制大家的选型, 但有一个规 范可以遵循, 特别是为工厂设计和设备制造带来 很大的方便。 6　结束语 随着国民经济建设的迅猛发展, 全球第 3 次 中厚板轧机的建设高潮在我国掀起, 我国中厚板 轧机的选型工作已逐步走上正规的轨道。一大批 新建现代化高刚度、大功率、大轧制力中厚板轧机 正在全国各地如雨后春笋般建起。 这次, 2 300 mm 级中板轧机已不再选用, 极 大多数都选用3 500 mm 以上轧机, 其中5 000 mm 轧机有 3 台、4 300 mm 有 7 台 (现有 3 台)、3 800 mm 有4 台、3 500 mm 有15 台 (已投产有10 台, 含 有3 台单炉卷轧机)。因此, 轧机尺寸已加大多级。 轧机组成方面极大部分是4 h+ 4 h 双机架组 合, 而且 3 800 mm 以上轧机都附设有立辊轧机, 不但在粗轧机上附设, 还在精轧机上附设, 这有利 于生产厂发挥其功能。 轧机型式方面已不再采纳二辊式和三辊劳特 式, 几乎是清一色四辊式。 另外, 原有 23 台轧机中 2 300 mm 级占一半 之多, 现已经过不同程度的技术改造, 落后的三辊 劳特式将会减少或淘汰掉, 将使我国中厚板轧机 阵容面目一新。 目前, 全球中厚板生产的重点已转向于中国, 现在我国已成为全球中厚板生产的大国, 不远的 将来会成为全球中厚板生产的强国。 陈瑛, 男, 1950 毕业于北京钢铁学院轧钢专业, 教授。 收稿日期: 2006- 04- 13 ·7·　第3 期 陈　瑛: 中厚板轧机的选型