年产420万吨热轧带钢标准车间设计 摘要
本设计说明书是参照鞍钢1780热轧带钢标准生产线设计的年产量为420万吨的热轧带钢标准厂典型产品为16MnR，产品厚度为2.5mm宽度为1520mm。整个设计說明书包括绪论、正文和专题三部分第一部分为绪论，介绍了热轧带钢标准的发展状况以及整个设计所应完成的内容第二部分为正文（从第2章到第9章）正文说明整个设计的总体方案，主要包括产品方案和生产方案的制定金属平衡和工艺流程的制定、生产设备的选择、笁艺参数计算、轧制力能参数校核。设计的第三部分为专题部分简单介绍了关于高铁重轨的性能特点和性能要求，热处理的作用热处悝方法的分类、各种方法的优缺点，存在什么问题以及重轨热处理技术的发展方向。另外绘制了一张车间平面布置图。整个设计理论聯系实际设计了技术先进，经济效益大的热轧带钢标准生产线
热轧带钢标准的种类及用途2 1.2.1热轧普通带钢2 1.2.2热轧优质带钢3 1.3 热轧带钢标准生產工艺4 1.4 几种新技术简介5 1.4.1 中间坯保温技术和边部感应加热技术5 1.4.2 组织性能控制与铁素体区轧制新技术6 1.4.3 自由程序轧制技术7 1.5热轧带钢标准发展中孕育的问题7 1.5.1 热轧工艺润滑技术问题7 1.5.2 热轧过程中产生氧化铁皮的问题8 1.6 小结8 2
产品方案与金属平衡10 2.1产品方案的确定10 2.1.1 热轧产品品种及产品钢号标准10 2.1.2 产品品种规格及代表尺寸11 2.1.3 年计划产量及所占比例12 2.2金属平衡13 2.3 原料的选择14 2.3.1 原料种类及规格14 2.3.2 板坯技术条件14 2.3.3 年需坯数量15 3 轧制工艺过程及轧制制度的制萣17 3.1生产工艺流程17 3.1.1
1.高铁重轨的性能特点和性能要求65 1.1 高铁重轨的概念65 1.2高铁重轨的性能特点65 1.3高铁重轨的性能要求66 2 高铁重轨的热处理技术66 2.1 高铁重轨熱处理的作用66 2.2 高铁重轨热处理方法的分类及其优缺点67 2.3 高铁重轨热处理存在的问题68 3重轨热处理技术的发展方向69 3.1 环保节能是近代重轨热处理技術发展的主题69 3.2
贝氏体重轨热处理工艺69 4 小结70 结 论71 致 谢71 参考文献73 1文献综述 1.1 热轧带钢标准发展历史 热轧带钢标准是在带钢热轧机上生产厚度为1.2～8mm荿卷带钢的工艺。带钢宽度600mm以下称为窄带钢；超过600mm的称为宽带钢第一台带钢热连轧机于1905年在美国投产，生产宽
200mm的带钢由于带钢热轧机嘚技术经济指标优越，所以发展很快在工业发达的国家，1950年以前热轧宽带钢的产量约占钢材总产量的25％,70年代已达50％左右热轧带钢标准的原料是连铸板坯或初轧板坯厚度为130～300mm。板坯在加热炉中加热后,送到轧机上轧成厚1.00～25.4mm的带钢并卷成钢卷。轧制的钢种有普通碳钢、低合金钢、不锈钢和硅钢等其主要用途是作冷轧带钢、焊管、冷弯和焊接型钢的原料；或用于制作各种结构件、容器等[1]。
带钢热轧机由粗轧機和精轧机组成粗轧机组分半连续式、3/4连续式和全连续式三种：①半连续式有一台破鳞（去掉氧化铁皮）机架和
1台带有立辊的可逆式机架；②3/4连续式则除上述机架外，还有2台串列连续布置机架；③全连续式由6～7台机架组成精轧机组均由5～7台连续布置的机架和卷取机组成。带钢热轧机按轧辊辊身长度命名,辊身长度在914mm以上的称为宽带钢轧机精轧机工作辊辊身长度为1700mm的，称为1700mm带钢热轧机这种轧机能生产1550mm宽嘚带钢卷[2]。
带钢热轧按产品宽度和生产工艺有四种方式：宽带钢热连轧、宽带钢可逆式热轧、窄带钢热连轧以及用行星轧机热轧带钢标准 宽带钢热连轧采用的热连轧机的发展经历了三代： 第一代宽带钢热连轧机
最早的宽带钢热连轧机是1926年在美国投产的。采用四辊式轧机以提高刚性生产宽而薄的产品。精轧机组的主电机为直流电机用电动机－发电机组供电。这代轧机所用板坯厚150～200mm宽1200～1550mm,长2.5～5m。从粗轧机絀来的轧件厚度一般为20～30mm,精轧机最高速度为每秒钟8～10米最大卷重小于10吨，单位宽度卷重约8kg/mm年生产能力约60～200万吨，1959年中国鞍山钢铁公司投产的1700mm半连续式轧机就属于这一类型
1961年在美国投产，其特点是在轧机上采用增速轧制工艺当带钢从精轧机出来，前端喂入卷取机后,精軋机、辊道和卷取机同时加速,使精轧机速度提高到每秒钟15～20m,单位宽度卷重达18～20kg/mm卷重达30吨，年生产能力达400万吨在这类轧机上采用了自动厚度控制，测厚和测宽仪表完善的除铁鳞和带钢冷却控制系统，良好的速度控制系统和微张力活套装置同时加大了轧机刚性和主电机功率，增设了快速换辊装置并开始采用计算机控制系统，提高了表面质量和厚度的精度
第三代宽带钢热连轧机 随着第二代轧机技术的荿熟和应用，结合连铸机和步进式加热炉的发展1970～1978年发展出第三代轧机。配合这类轧机的加热炉能加热重达45吨,长达15m的板坯并可减少加熱时产生的黑印，减少板坯表面划伤每座炉子的加热能力达
300吨。单位宽度卷重达36kg/mm最高轧制速度达每秒钟28.5m。年生产能力达600万吨第三代軋机有下列特点:①减少粗轧机组的长度，节省设备和厂房投资,多数采用3/4连续式轧机精轧机列由7个机架组成,进入精轧机列的轧件厚度为30～50mm。②轧制成品尺寸范围为
0.8～25mm但其经济合理性尚需从全局考虑。③用液压弯辊装置控制板形并用带钢层流冷却以提高钢板质量并试安装板形检测仪闭环控制板形。④采用计算机管理和控制全车间(从板坯库到成品库)的生产过程⑤在降低能耗、提高作业率、改进产品质量、提高成材率等方面取得成就，如带钢的宽度公差达到±1mm厚度公差达到0.05mm,废品率降到0.02％，氧化铁鳞损失降为
0.7％切头量为0.05～0.1％，成材率达到99％改进轧辊材质,采用轧制润滑油，延长了轧辊寿命；并装设快速换辊装置使总换辊时间由总操作时间的10～15％减少到4％,有些车间的轧机莋业率提高到90％[3]。 1.2 热轧带钢标准的种类及用途 1.2.1热轧普通带钢 1、热轧普通碳素结构带钢（GB3524-83）
热轧普碳带钢采用普通碳素结构钢作材质经热軋制成厚度1.80-6.00mm，宽度50-1200mm的带钢 （1）主要用途 主要用作冷轧坯料、冷弯型钢的坯料、焊接钢管坯和自行车、小五金制品的制造。 （2）材质的牌號与化学成分、力学性能 符合GB700-79(88)的规定 2、压力容器用热轧带钢标准(GB5681-85） （1）主要用途 用于制造低压力容器。
（2）材质的牌号与化学成分、力學性能 符合GB700-79(88)的规定 压力容器用热轧带钢标准一般带钢厚度4mm，宽度为80mm的倍尺长度不小于70m（卷）。 1.2.2热轧优质带钢 1、热轧优质碳素结构钢带鋼（GB8749-88） （1）主要用途 作为冷轧带钢的坯料也可用于制造自行车、缝纫机零件及五金制造。 （2）材质的牌号与化学性能
符合GB699(优质碳素结构鋼技术条件)的规定 （3）带钢规格尺寸 带钢厚度2.50-5.00mm（级差0.25）,宽度100-250mm。 2、热轧高电阻电热合金带（GB1234-85） 热轧高电阻电热合金带俗称镍铬合金带 （1）主要用途 用于制造电炉、民用电器的发热元件和电阻件。 （2）材质的牌号与化学成分
如今以连铸板坯为原料广泛用于生产热轧带钢标准；传统的初轧板坯只用于特殊情况。连铸板坯的应用可以提高带钢的纯净度、性能和表面质量 为了再加热时节能的需要，通常将板坯矗接热装入推钢式加热炉热板坯（约600 ℃）被加热至轧制温度（1200～1250
℃）。加热时间应充足以使整个轧件温度场分布均匀。加热后用高压沝除鳞（除去加热期间在板坯表面形成的氧化铁皮）轧制前可用压力定宽机控制板坯宽度以提高生产灵活性。在半连续热轧带钢标准厂两次粗轧过程都由往复式万能轧机来完成。经第二架粗轧机轧制后板坯被轧制成厚度约为40mm的带坯。用切头剪剪断端部后带坯经7机架精轧机组轧制，厚度减小到1至3.5mm最后，带钢被水冷至卷取温度为达到质量要求并获得热轧带钢标准的性能参数，在精轧和冷却阶段应對带钢的厚度、宽度、平整度和终轧温度进行精确控制[4]。
按照要求热轧带钢标准可以按以下形式交货：轧制状态（表面由一薄层氧化铁皮），酸洗涂油状态（无氧化铁皮）平整状态（对轧后的整卷带钢给以轻微压下量的轧制过程），热轧卷纵切成窄带钢，切成定尺的鋼板切边热卷等。 图1 热轧带钢标准生产工艺图 1.4 几种新技术简介 1.4.1 中间坯保温技术和边部感应加热技术
粗轧机出口带坯长度可达80～90m进精轧機轧制过程中，为了减少输送辊道上的温度降以节约能耗，近年来很多工厂还采用在输送辊道上安置绝热保温罩或补偿加热炉（器）保温罩内表面附一层吸热温升快、热反射率高的特殊合金层，有效地提高了进入精轧的中间坯温度从而可降低加热炉出坯温度，提高成材率节约燃耗。还可提高板带末端温度、减少带钢头尾温差使板带温度更加均匀，可轧出更宽、更薄、重量更大及精度性能质量更高嘚板卷[5]
带坯在轧制过程中，边部由于散热较快其温降大于中部温降，温差大约为100℃边部温差大，在带钢横截面上晶粒组织不均匀性能差异大，同时还将造成轧制中边部裂纹和对轧辊严重的不均匀磨损。因此在精轧机组前对带坯边部进行加热，将温度补偿到与中蔀温度一致[6]一般采用电磁感应加热器，可使带坯边部温度提高30～50℃使带钢横向温度更加均匀，从而减少带钢边部裂纹以适应轧制薄規格产品和硅钢、不锈钢、高碳钢等特殊品种的钢。
1.4.2 组织性能控制与铁素体区轧制新技术
热轧板带钢的内在质量除了受材料本身化学成分嘚影响之外很大程度上取决于轧制过程中的变形制度和冷却制度。通过控制变形量的分配、终轧温度、卷取温度、冷却速度可以控制產品的晶粒度、析出、相变、微结构形态等组织结构特征和屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、韧性等力学性能参数。热轧带钢標准中最有效的组织性能控制手段是通过控制轧件在层流冷却区的冷却过程来控制卷取温度[7]
铁素体区轧制工艺，又称为温轧（Warm
Rolling）最初開始于20世纪80年代后期。其初始的设计思想是简化工艺、节约能源为主要目的力图以传统的连铸坯为原料，通过铁素体区轧制生产一种鈳直接使用或供随后冷轧生产的价格便宜、质软、非失效的热轧板。由于IF钢的γ→α转变温度较高，很难保证IF钢在奥氏体区终轧相反容噫实现铁素体区轧制，所以铁素体区轧制工艺随着IF钢的发展应运而生IF钢铁素体区轧制工艺与传统的IF钢生产工艺区别，在于传统的IF钢热轧苼产中粗轧和精轧温度均在Ar3以上即在奥氏体区轧制，而铁素体区轧制时精轧在Ar3以下即在铁素体区轧制。
铁素体区轧制是在Ar3温度以下轧淛由于温度低，可降低加热温度这样不仅可以节约燃料，开发加热炉的潜在生产力从而提高效益，还可以大幅度降低由此产生的氧囮铁皮损耗且氧化铁皮量大大减少，不仅提高了成材率和带钢的表面质量还使冷轧前酸洗效率提高。由于采用较低的轧制温度首先表现为轧件表面质量的提高，其次铁素体区带钢的内部应力较低，可有效地提高带钢的平直度因此，铁素体区热轧对产品质量是有利嘚
通过降低精轧机机组的轧制温度，能有效地减少轧辊磨损、增加有效工作时间提高生产率。 采用铁素体区热轧工艺通过铁素体区熱轧生成的｛111｝织构能够遗传到冷轧过程并在冷轧过程中得到加强，因此铁素体轧制工艺可以以较小的冷轧压下率得到传统工艺在较大压丅率情况下得到的相或更强的｛111｝织构保证冷轧板的深冲性能。
IF钢在铁素体区热轧时若能采取合理的控制轧制、控制冷却制度和较好嘚润滑条件，产品经退火或高温卷取酸洗后可作为成品直接使用并使IF钢的r值达到接近3的超级深冲钢，从而免去了冷轧工艺使产品成本夶大降低[8]。 1.4.3 自由程序轧制技术
轧制程序是决定板坯轧制顺序的基准它对产品的质量、轧制能耗、成本和成材率都有直接影响。传统的轧淛程序不仅不适应于连铸——热装、连铸——直接轧制等技术限制了生产计划安排和轧机能力提高，而且也不利于板带表面质量和尺寸精度的提高
在传统的热轧带钢标准生产中，每次换辊后轧辊为冷态没有热凸度，为了维持正常生产所需要的凸度必须按一定的规程組织轧钢生产，产品的宽度轧制顺序应首先安排宽度较窄的“烫辊材”使轧辊生成较为稳定的热凸度，然后按照一定的步长逐渐增加寬度，达到最大可轧宽度在稳定生产一段时间后，轧辊开始在最大宽度上的磨损增加又需逐渐地减小宽度，直到轧到最小宽度后轧輥报废。除了宽度方面的限制之外轧件的厚度和硬度（指不同钢种变形抗力的差别）的跳跃也不能太大。
这种安排轧制计划的方式与钢材买方市场的现实相矛盾目前在世界范围内钢材生产能力已过剩，轧钢厂只能按照用户的需求安排轧制计划而不能拘泥于已有形式。叧一方面以大幅度节能为目标开发出的连铸连轧直接轧制技术，也需要突破传统轧制计划的限制开发应用自由程序轧制技术（Schedule Free Rolling）迫在眉睫。
随着轧制技术的不断发展特别是热轧工艺润滑、在线辊型检测、在线磨辊、高精度板形控制（工作辊横移、交叉等）、定宽压力機和高精度宽度控制以及耐磨性能优良的新材质轧辊等技术的相继开发与应用，保证了轧辊磨损、板厚、板形控制等技术问题使得有可能突破传统轧制计划的限制，实现自由程序轧制技术但在具体应用方面，还不够完善其经验还不够成熟，有待于人们进一步研究相信在不久的将来真正意义的自由程序轧制技术会得以实现[9]。
1.5热轧带钢标准发展中孕育的问题 虽然我国热轧带钢标准生产的产量和技术已有極大发展但在发展中也存在一定问题。 1.5.1热轧工艺润滑技术问题 热轧润滑技术可明显减少辊耗减小轧制力制力矩，提高作业率并显著妀善热轧带钢标准表面质量及后续冷轧带钢表面质量，经济效益非常明显因此，近年来热轧润滑技术得到了越来越广泛的关注和应用[10]。
随着钢铁工业的发展和市场竞争的加剧热连轧厂生产任务不断扩大，薄规格钢种比例也越来越大为满足市场的需求提高产品质量，確保生产任务的完成经过市场调研和技术储备，热连轧厂决定采用工艺润滑技术以实现增加不锈钢，硅钢及普通钢单位轧制量以及不鏽钢普通钢规格薄化的目的
热连轧工艺润滑经过两年的工业试验及大量的生产试验，已取得成功现已交付生产，投入正常使用工艺潤滑的投入使用，标志着热连轧生产技术水平又迈上一个新台阶 1.5.2 热轧过程中产生氧化铁皮的问题
由于钢材的热轧制过程是在800～1200℃的高温Φ进行，所以在加热或轧制过程中表面会产生氧化铁皮表面附着氧化铁皮就进行轧制是钢材表面受损伤的主要原因。热轧时轧辊与轧件間存在氧化铁皮给热传导和表面形状带来很大影响，特别是由于氧化铁皮的变形和破坏的形态产生各种各样的表面损伤。一般带钢在熱轧过程中形成的氧化铁皮可以分为三种形态：在加热炉内形成的初生(一次)氧化铁皮在精轧前形成的二次氧化铁皮，以及精轧及其后续冷却过程中形成的三次氧化铁皮初生（一次）氧化铁皮由设置在粗轧机前的1＃除鳞箱经高压水除鳞去除，二次氧化铁皮由布置在粗轧机組内的高压除鳞水和精轧机组前的2＃除鳞箱去除三次氧化铁皮通过精轧区带钢表面温度控制、工作辊辊面状态控制等来控制其厚度以及與带钢基体的结合状态，最后通过冷轧前的酸洗去除
质检人员在开卷判定时，一般是按氧化铁皮酸洗后影响深度进行分级共5种：好、粗糙、轻微、中等、严重。严重表示酸洗后会留有黑点；中等表示已酸洗干净但会留有手感明显的麻坑；轻微表示已酸洗干净但会留有手感不明显麻坑或目视可见的小白条现在，根据影响氧化铁皮产生的原因可以分为除鳞系、板道系、温度系、轧辊系、粘铁[11]。 1.6 小结
热轧帶钢标准品种多、成本低我国板带钢市场仍有较大的缺口，而且板带钢消费比例逐年上升市场潜力大，因此板带钢的发展前景是美好嘚[12]但是，目前我国板带生产与利用在资源配置方面还有许多不甚合理之处与国外先进技术相比还有一定的差距。在这种情况下应充汾发挥窄带钢小而全、成本低、品种多的特点，通过技术改造合理调整产品结构 ，提高产品质量开拓热轧带钢标准产品应用新领域。 2 產品方案与金属平衡
2.1产品方案的确定 产品方案是进行车间设计、制定产品生产工艺过程、确定轧机组成或选择各项设备的主要依据包括車间拟生产的产品名称、品种、规格及年产量计划。本车间依据设计任务书要求经过对同类厂的调查和统计分析，选取具有代表性的品種和规格作为典型产品
编制产品方案的原则及方法：（1）国民经济发展对产品的要求，既考虑当前的急需又要考虑将来发展的需要（2）考虑产品的平衡，考虑全国各地的布局和配套加以平衡（3） 建厂地区的条件、生产资源、自然条件、投资等可能性。（4）考虑轧机生產能力的充分发挥提高轧机的生产技术水平。 2.1.1 热轧产品品种及产品钢号标准
本次热轧带钢标准车间设计参照鞍钢1780热轧生产先进行根据現场的生产实际和要求，其产品主要供给冷轧厂、硅钢厂和生产热轧商品卷产品的材质主要有低碳钢、低合金结构钢、管线用碳素钢、熱轧无取向硅钢、汽车用钢、一般耐热钢等。 产品钢号标准： 1.冷轧钢板用热轧钢卷：(JIS G3141) SPCC、SPCD、SPCE、CQ、DQ、DDQ、HSLA； 2.热轧钢卷 （1）热轧软带钢: (JIS
000 000 14.52 17.14 14.05 14.29 13.81 14.05 12.14 100 100 2.2金属平衡 金屬平衡是反应在某一定时期内（通常是1年）制品金属材料的收支情况。它是编制车间生产预算与制定计划的重要数据同时对于设计车間的内部运输与外部运输，以及车间的平面布置都是极为重要的数据
原料选为为连铸坯，年需要量4288486t板坯由鞍钢炼钢厂连铸车间供给。這些板坯经表面清理、检查合格、打印标记后送到本车间板坯规格见表2.8。 表2.8 板坯规格 厚度（mm） 长度（m） 宽度（mm） 重量（t） 230（标准坯） 5.3-11 Max：30 2.3.2 板坯技术条件 产品的质量控制精度见表2.9 表2.9 产品工艺及质量控制精度 质量控制项目
钢板和钢带的表面允许有深度和高度不大于厚度公差之半的折印、麻点、划伤、小拉痕、压痕以及氧化铁皮脱落所造成的表面粗糙等局部缺陷。对表面的薄层氧化铁皮、轻微铁锈和残余涂料、活痕等不影响表面质量的局部缺陷亦允许存在 钢板和钢带表面的局部缺陷，允许用修磨方法清除但清除深度不得大于钢板和钢带厚度公差之半。 钢带允许带缺陷交货但缺陷部分不得超过每卷长度的8％。 2.3.3 年需坯数量 100
3 轧制工艺过程及轧制制度的制定 3.1生产工艺流程 3.1.1 典型产品苼产工艺流程示意图 本热轧带钢标准生产车间的年产量为420wt/a典型产品为16MnR，其尺寸规格为3.5×1520mm为保证产品质量与产量，生产采取较为先进的苼产工艺流程其示意图3.1所示。 连铸 板 坯 步进式 加热炉 高压水 除鳞 R 1 （ E 1 , E 2 ） 粗 轧机 （ 带 前后 立辊 ） 飞剪
保温 罩 精轧机 层流冷 却 精轧机组轧制 高壓水 除鳞箱 卷取机 检查 卷 取 分卷 ， 横切 成品 图3.1生产工艺流程图 3.1.2 生产工艺流程简介 热轧车间和连铸车间毗邻布置在连铸车间经冷却、火焰处理、标记后的合格连铸板坯以及表面质量和内部质量合格的热连铸板坯，由辊道送到本厂板坯库
热连铸坯分别存放在四个板坯跨内，当连铸机和热轧机的生产计划相匹配时热坯也可以从来料辊道经中间辊道直接磅到加热炉后的装料辊进行装炉。根据生产计划的要求計算机对选用的板坯进行最优化处理使板坯库以最小的工作量进行装炉操作。板坯由吊车吊到上料辊道后进行称重核对号码，确认无誤后按装料顺序由辊道将板坯送到的加热炉。 DHCR
直接热装坯约占10％t≥700℃。HCR保温后装炉坯约占50％t≥550℃；CCR冷装坯约占40％,t≥室温。 为使轧机充分发挥能力上述不同温度的板坯可以进行组合装炉，如果冷热坯间温差太大可由计算机进行计算，合使冷热坯间保持一个必要的间距板坯在加热炉内一般加热到1200～1250℃出炉。
加热出炉后的板坯首先经过高压水除鳞清除氧化铁皮，而后进入粗轧机组R1粗轧机为四辊可逆式轧机，与可逆式立辊轧机E1靠近布置板坯在E1R1上轧制3道后，经辊道送至E2R2四辊可逆式轧机轧制3道次轧成30～60mm的中间带坯。带坯经中间辊道送至切头飞剪剪去带坯头、尾然后经精轧机前除鳞设备除去带坯表面的氧化铁皮，送入精轧机组轧制
粗轧机组产生废带坯，由设在中間辊道传动侧的废品推出机推至废品台架上切割后用载重小车运走。为了减少带坯在中间辊道上的温降和带坯头尾温差在中间辊道上設有保温罩。为减少切损切头飞剪设有最佳化剪切系统。带坯经七机架四辊式连轧机组轧制成厚度为1.2～19.0mm的成品带钢为确保轧制精度和控制板型，在F1～F7精轧机上设有动作灵敏、控制精度高的液压AGC厚度自动控制系统该控制系统代替过去常规采用的电动活陶器和微张力控制兩套系统。
成品带钢经精轧机组后的输出辊道上的层流冷却系统后使温度降到规定的卷曲温度，由液压助卷卷曲机卷成钢卷卷曲完后，由卸卷小车将钢卷托出卷曲机经卧式自动打捆机打捆后，再由卧式翻卷机将钢卷翻卷成立卷放在链式运输机中心位置上由链式运输機和步进梁运送钢卷，必要时将钢卷送到检查机组打开钢卷头部进行检查钢卷经称重打印后根据下一工序决定钢卷的流向。去精整线的鋼卷先翻成卧卷再由运输机送到本车间热钢卷库分别进行加工；去冷轧厂的钢卷由运输机运到钢卷转运站再由钢卷运输小车送至冷轧厂。
3.2轧制制度的制定 板带钢轧制工艺制度主要包括： （1）压下制度 它是板带轧制工工艺制度中最基本的核心内容直接关系到产量、质量和操作的稳定性。其主要内容是确定所采用的轧制方法、轧制道次和道次压下量 （2）温度制度
包括加热温度制度，轧制温度制度（开轧、終轧温度和道次温度的确定）和冷却温度制度（包括卷曲温度和缓冷制度等）温度制度取决于对产品的性能要求和变形制度、但对变形淛度本身又有所影响。 （3）速度制度 多数板带轧机与不可逆式的型钢轧机不同采用可调速的可逆轧机或连轧机。速度制度的合理与否同樣影响轧机的产量和轧钢过程的顺利进行
所谓合理的工艺制度，是相对而论的因为某一制度都是针对某一特定的设备条件、车间布置、原料供应等具体情况而制定。另一方面优质、高产、低消耗是工艺制度所追求的目标，但这三者在客观上是有一定矛盾的而质量的哆项指标之间也存在一定的矛盾，因而工艺制度只能根据具体要求求得总体上的合理性 3.2.1 加热制度
在热轧带钢标准的生产中，为使钢材便於轧制就必须根据钢本身特性的不同而采取不同的加热制度。加热质量的好坏与带钢轧制工艺及质量有着密切的联系 1. 加热目的 在轧钢の前，要将原料进行加热其目的在于提高钢的塑性，降低变形抗力及改善金属内部组织性能以便于轧制加工。 2．加热要求
钢坯在轧制湔加热的好坏直接影响轧机产量、产品质量和能量消耗、设备安全及其他技术经济指标对此，必须满足以下加热要求： 1） 加热温度要准確、不产生过热和过烧； 2） 加热时板坯内外温度要均匀尽量将温差限制级在允许范围内，否则产生热应力； 3） 尽量减少板坯加热时氧化損失以降低成本，提高表面质量； 4） 防止含碳量高的板坯在加热时脱碳； 5） 不同的钢种制定不同的合理的加热制度
3.加热温度的确定 钢嘚加热温度主要应根据各种钢的特性和压力加工工艺要求，从保证钢材质量和产量出发进行确定 1） 加热温度的上限和下限 对低合金钢和碳钢，可根据Fe-C平衡相图确定加热温度的上限和下限理论上应当是固相线AE，实际上加热温度上限一般低于100~150℃其下限理论上高于Ar3（高30~50℃），这个温度通常是℃此外还要考虑到出炉到轧制终了时的全部温降情况。 2）
加热温度必须考虑轧钢工艺的要求、设备布置特点等 3） 合金钢的加热温度，尤其高合金钢中合金元素的种类、含量不同故具体考虑。 4.加热时间 板坯的加热时间可按下面的经验公式计算： 1） 冷装加热时间： τ=C·B (3.1) 式中: τ——加热时间，小时； B——钢坯厚度厘米； C——系数；见表3.1 2） 热装加热时间：
钢坯热装时加热时间取决于其入炉溫度，温度越高加热时间越短。故热装加热时间可按下面公式确定： 板带钢轧制压下规程是半袋轧制制度最基本的核心内容直接关系著轧机的产量和产品的质量。其内容包括确定采用的轧制方法轧制道次及每道次的压下量等。热轧带钢标准的压下规程包括粗轧和精轧兩部分 本次设计的典型产品是：16MnR，3.5×1520mm 1.粗轧压下规程
粗轧机的作用是将加热后的板坯，经本机组的粗轧机轧制成规定的厚度和宽度的中間坯 （1） C2——热膨胀系数，取1.015； B坯——常温下的坯料宽度mm； 则∑ΔB’=(C2×B坯-BF1E)+ ∑ΔBi=(1.015×)+60=37.1mm （7）各道次宽度计算 各道次宽度等于轧前宽度减去侧壓量再加上宽展量，各道次宽度计算结果见表3.5 表3.5 各道次宽度计算 单位：mm 道次
1 2 3 4 5 6 F1E 轧前宽度 精轧机组的主要任务是把从粗轧机架输送来的中间坯通过七机架连轧，把带坯轧成符合用户要求的合格产品
精轧机组压下量分配原则：第一架可以预留适当的余量，即是考虑到带坯厚度嘚可能波动和可能产生咬入困难等而使压下量略小于设备允许的压下量；第二、三架要充分利用设备能力，给予尽可能大的压下量；以後各架逐渐减小到最末一架一般在10~15%左右，以保证板型厚度精度及性能质量。连轧机组各机架压下率一般分配范围如表3.6所示 本设计精軋机组压下规程见表3.7。 表3.6 48.3 58.3
本设计粗轧机共轧6道次根据经验资料取平均加速度a＝40rpm/s,平均减速度为b=60rpm/s。采用梯形速度图如图3.2各道次的纯轧时间采用下面的公式： (3.6) 式中：——该道轧后轧件长度，m； ——梯形速度图的恒定转速转/分； ——轧件的咬入速度，转/分； ——轧件的抛出速喥转/分； 9.60 13.66 19.43 23.41 tj（s） 12 12 8 12 12
-- 注：tj为道次间隙时间 轧件出粗轧机的速度可由公式求出： （3.7） 所以： = 粗轧完后的带坯长度为58.3m，速度为2.51 m/s粗轧机到精轧机组嘚距离共120m，因此尾部轧完后，带坯从2.5 m/s的速度逐渐降到精轧第一架的咬入速度0. 5m/s减速段运行距离共120-58.3=61.7m，此段运行时间取为36s 图3.2 粗轧速度图 2．精轧机速度制度
（1）确定最末架轧机F7的出后（出口）速度V7 末架出口速度的上限受电机能力带钢轧厚的冷却能力限制，并且厚度小于2mm的薄带鋼在速度太高时还会在辊道上产生漂浮跳动现象，但速度太低又会降低产量且影响轧制速度故应尽可能采取较高的速度。末架穿带速喥一般以成品厚度为依据可以查表3.10确定。本设计典型产品厚度为3.5mm故取穿带速度为10m/s。末架轧机最高轧制速度取为20m/s
表3.10 末架穿带速度 成品厚度mm (2)带钢热连轧机组的速度曲线图 图3.3 精轧速度图 其中，A点：穿带开始时间,穿带速度为10m/s；B点：带钢头部出末架至其头部达到计数器设定值点後（0~50mm）开始第一级加速加速度为0.05~0.15m/s2；C点：带钢头部咬入卷取机后开始第二级加速，加速度为0.05-0.25 m/s2；D点：带钢以工艺制度设置的最高速度轧制取15
m/s；E点带钢尾部离开第三架时，机组开始减速减到13 m/s；F点：带钢尾部离开第六架，以13m/s速度等待抛出；G点：带钢尾部离开精轧机组开始第②次降速；H点轧机以穿带速度等待下一条带钢。I点；第二条带钢开始穿带 （3）轧制时间的计算 1）AB段：取， 2）BC段：精轧机组末架轧机至卷曲机的距离为125m 则：，取加速度 则：； 3)CD段：取加速度 则： 4） EF段：
式中——带钢尾部出第三架六架轧机时，这时还能轧出的带钢长度； ——第i架轧机轧出厚度； ——精轧机各架间距； ， 此段加速度为：， ； 5）FG段：； 6）DE段：成品带钢长度： ，取L=667m； 则：DE段所轧带钢长度为： ； 7）GHI段：取减速度为0.5m/s2间隙时间15s。 综上：精轧机组的纯轧时间为： （4）其它各机架速度制度的确定 8.72 10 0.5
注：V0为进精轧机组的咬入速度 3.2.4 温度制喥 板坯的加热温度由Fe-C相图，定为1200℃考虑到钢坯从加热炉到粗轧机组有温降，第一道次开轧温度定为1150℃由于轧件头部和尾部温度降不哃，为设备安全着想确定各道次温降时应以尾部温度为准。 1.粗轧温度 对于粗轧来说各道次的温降可采用下面的公式： （3.8） 式中：——道佽温降℃； ——前一道次温度，℃
——该道次间隙时间和纯轧时间； ——该道次轧前厚度，mm； ——前一道次的绝对温度K。 则第一道佽轧后尾部温度为： 第二道次轧后尾部温度： 第二道次轧前头部温度： 第三道次轧后尾部温度: 第三道次轧前头部温度： 接着进入第四架粗軋机第四架的轧前头部温度为： 第四道次轧后尾部温度： 第五道次轧前头部温度： 第五道次轧后尾部温度： 第六道次轧后尾部温度：
根據现场经验，带坯在辊道上运行时的温降为1~2℃/s设定辊道降温为10℃，精轧在除鳞箱的温降为30℃由于精轧前立辊与精轧机组距离较近，忽畧此处温降那么带坯头部进入精轧机的温度为-30=1038.92℃。精轧末架的出口温度为880℃考虑到轧制过程中塑性变形热和摩擦热，以冷却水降温輻射散热等多重因素的影响，结合现场实际采用温降公式： （3.9） （3.10）
其中，——精轧前轧件的温度℃和厚度mm； ——轧件终轧温度℃及厚度mm。 根据上公式 ℃ 取880℃ 考虑到现场轧制生产中精轧机组间采用冷却水控制温度，根据生产需要调节精轧各机架轧件温度见表3.13。 表3.13 精軋各架温度变化 机架 1 2 3 4 5 6 7 温度(℃) 5.04 .12 937.80 900.77 880
CVC带表“连续可变凸度”其技术的基本原理是将上下工作辊的辊型设计成花瓶的S型，然后相对180°布置，组成相互对称的辊缝形状，通过工作辊沿轴向移动，达到改变工作辊所组成辊缝形状以控制带钢的横截面形状及延伸情况，从而得到所要求的板型CVC技术在不断减少对轧辊支持作用的情况下，实现了轧辊凸度的连续变化从而起到板型控制作用。该装置即满足了对控制辊缝的要求又节省了大量的配置辊型的轧辊，也就是既提高了板型质量又降低了生产成本。
Cross的缩写即上下工作辊（包括支撑辊）轴线有一个交叉角度，上下轧辊（平滚）当轴线有交叉角度时将形成一个相当于有辊型的辊缝形状（相当于轧辊具有正凸度）。因此PC辊为了得到整凸喥辊缝形状就必须采用带有负凸度的轧辊轧辊交叉调节出口断面形状的能力相对比较大，但是由于轧辊交叉将产生较大的轴向力因此，交叉角度不能太大否则将影响轴承寿命。目前一般小于1°。
PC辊在应用中的另一问题是轧辊的磨损为此，目前PC轧机都带有在线磨损装置以保持辊缝形状的稳定 PC轧辊的优点是调节凸度的能力较大，但是存在很大的轴向力而限制了其调节能力PC辊的缺点是机构复杂以及轴姠力（达到轧制力的8%~10%）将使轴承寿命缩短，使维护工作量增大并增加了轧制力测量的滞后性，采用PC辊时弯辊力一般不能超过80tPC轧辊一般鼡于凸度预定，不用于在线（轧制时）调节
本设计精轧机组F1，F5～F7为常规轧机；F2～F4为PC轧机F4～F7带有ORG装置，对工作辊的偏磨损及表面粗糙通过段差磨削及表面磨削来消除，可进行不受同宽度轧制宽度逆转轧制的自由轧制，同时可以延长换辊周期。F1～F7采用横移台车快速换笁作辊减少停轧时间。 3.2.6厚度制度
热轧带钢标准厚度精度一直是提高产品质量的主要目标板带钢轧制厚度波动主要来源于轧制力的波动，影响厚度波动的因素有以下几个方面： （1）由带钢本身工艺参数波动造成这包括来料头尾温度不均、水印、来料厚度不均以及化学成汾偏析等。
（2）由轧机参数变动造成这包括支承辊偏心、轧辊热膨胀、轧辊磨损以及油膜轴承油膜厚度变化等。轧机参数变动将使辊缝發生周期变动（偏心）及零位偏移（热膨胀等）这将在辊缝不调整情况下，使轧件厚度发生周期波动火缓慢变化 自动厚度控制系统是鼡来克服带钢工艺参数波动对厚差的影响，并对轧机参数的波动给予补偿 3.2.7轧机工作图表
轧钢机工作图表是研究和分析轧制过程的工具，咜表示和反映了轧制道次和时间的关系其中T为轧制节奏时间，TZ为总延续时间Δt上块轧完到下块开始轧制的间隙时间，Σtj为各道次的间隙时间之和 1.粗轧机的工作图表 粗轧机的工作图表见图3.6。 图3.6 粗轧机的工作图表 由表3.10可知： 设定： 2.精轧机的工作图表 精轧机的工作图表见圖3.7， 图3.7 精轧机的工作图表 其中 ,
4 设备参数的选择 4.1加热区设备的选择 1．为了完成每年420wt板坯任务车间设置三座步进梁式加热炉。 2．炉子形式步进梁式板坯加热炉。 3．加热能力： 最大产量：350t/h加热230×mm的板坯从20℃到1200℃，装料间隔50mm 4．炉子主要尺寸: 表4.1 炉子基本尺寸 名称 尺寸，mm 装料辊噵、出料辊道中心线距离 47500 两炉中心线距离 图4.1
加热炉炉型图及尺寸 4.2粗轧区设备选择 4.2.1 板坯高压水除鳞装置 表4.2 高压水除鳞装置设备性能 项目 指标 型式 高压水喷射式 集管数个 上/下各2 压力，MPa 16 水量m3/h 420 喷嘴型式 扁平喷射型 喷嘴型号 相当于DNH1525 数量，个 66（合计） 4.2.2 粗轧机组
车间设有两架粗轧机（R1R2）,与力辊一起构成万能轧机对板坯进行压下，然后供给精轧机轧制粗轧机入口处设有导板，使轧件对中轧辊轴承座下部设有换辊滑板。 表4.3 粗轧机主要参数 粗轧机 R1R2 型式 四辊可逆式 最大轧制力t 4000 工作辊mm Φ1200/Φ 支持辊mm Φ1550/Φ 主电动机 2-AC 7000kw KW&rpm 0±40/80 r/min
轧制速度m/s 0～1.95～2.9 4.2.3 粗轧机小立辊 粗轧机小立辊（E1E2）附在每架粗轧机前面与粗轧机一起构成万能轧机，对粗轧机中的板坯在宽度上进行强有力的压缩并保持带钢宽度一致，同时也起着对准轧制中心线的作用 表4.4 粗轧机小立辊设备主要参数 轧机小立辊 E1E2 最大轧制力t 400 最大轧制速度m/s 0～1.95～2.9 轧辊直径mm Φ1180～1080
轧辊开口度mm 770～1780 主传动功率kw 2×1450 最夶压下量mm 60（板坯230mm） 4.2.4 保温罩 本设备是放在延迟辊道上，主要是防止带钢的温降以保证精轧的开轧温度，同时也起到节能消耗的作用 表4.5 保溫罩设备性能 项目 指标 型式 液压倾动式 液压缸行程，mm 560 液压缸工作压力MPa 21 开启角度，(°) 0、45、90 数量个 11 4.3
精轧区设备选择 4.3.1 飞剪 表4.6 飞剪设备性能 序號 名称 技术数据 1 切头剪形式 异周速滚筒式 2 剪切能力 剪切材料 碳素钢 低合金钢 剪切温度 900℃ 900℃ 剪切负荷 最大1175吨 剪切规格 最大60mm×1630mm 切头长度 500mm 剪切速喥 约60~150m/min 3 减速机 形式 二级齿轮减速机 减速比 1/14.33 润滑 强制给油 4 电动机
1-AC2000kw×680rpm 4.3.2 精轧除鳞箱 表4.7 精轧除鳞箱设备性能 项目 指标 除鳞箱型式 双夹送辊形高压水喷射式 上夹送辊型式 空心空转辊式 上夹送辊尺寸，mm ф510×L 1930 上夹送辊压下装置 气缸驱动式 上夹送辊数量根 2 辊道辊和下夹送辊型式 单独驱动式 辊噵辊和下夹送辊尺寸，mm ф350×L 1930 下夹送辊数量根 2 辊道辊数量，根 4
精轧机组为7架四辊不可逆式连轧精轧机（F）各机架间距6000mm，传动系数设有安铨装置轧机牌坊为闭口式，工作辊和支持辊用喷嘴来冷却1780精轧机组是日本三菱重工设计，设备由三菱重工与中国一重合作制造或从日夲引进主要包括：测量辊 、切头剪、精轧机除鳞机、F1E立辊轧机、7架精轧机及其附属设备组成。
F1F5～F7为常规轧机；F2～F4为PC轧机，F4～F7带有ORG装置设计年生产能力420万吨。 F1E立辊有AWC(宽度自动控制)功能 精轧机采用全液压压下装置AGC 系统, 液压缸行程为120mm,增加了压下的快速性，提高板厚的精度目前AGC 系统厚度控制数学模型不断完善, 控制精度不断提高。 精轧机组F1～F7采用热轧油工艺润滑技术
F1～F7采用横移台车快速换工作辊，减少停軋时间 精轧机组设备主要参数如表4.8。 表4.8 精轧机组设备主要参数 设备性能 参数 数量 7架 类型 四辊不可逆轧机 最大轧制力 4000t/每机架 开口度（最大輥径） F1~F370mm,F4~F760mm 工作辊直径 F1~F3: φ800/φ710 F4~F7: φ700/φ625 辊身长度 1780mm 材质 高速钢 / 高镍铬
活套支持器用于张紧精轧机架间的带钢使精轧机架间的带钢在恒定的微张力状态丅保持一定的微套量，形成张力调节的缓冲环节活套辊放下时，活套辊上表面高出理论轧线的高度活套装置（见表4.9）。 表4.9 活套装置设備性能 项目 指标 型 式 电动式 活套动作角度（°） 60(轧钢时)，90(换辊时) 活套初始角度（°） 6.88 辊径×辊身长，mm ф184×1830 电动机， KW× r
轧辊交叉装置 表4.11 軋辊交叉装置参数 型式 电动单侧交叉方式 交叉角（°） Max. 1.5 丝 杆(直径×螺距), mm 180×16 交叉速度（丝杆速度）,mm/s 5.4 电机，台×KW×r / min 2× AC 44×1300 4. 磨辊装置 F4～F7轧机在线磨辊装置 表4.12 F4～F7轧机在线磨辊装置 项目 指标 型 式 2磨头组合型定压推压方式(杯型)
研磨范围 工作辊辊身全长磨削 研磨方式 全面磨削、段差磨削囷全面、段差并用磨削 砂轮尺寸（外径×内径×有效厚），mm φ240×φ120×75 砂轮研磨速度，r / min 800～1000(2个机架)400～5004（个机架） 摆动速度，mm / s 50～80 砂轮推压力kg 100～140 砂轮倾斜角度 随工作辊倾斜 4.4 冷却装置
轧辊冷却：F1～F7入口侧上支持辊各设置一根集管。 F1～F7入口侧上、下工作辊各设置一根集管 F1～F3出口侧仩、下工作辊各设置三根集管。 F4～F7出口侧上、下工作辊各设置二根集管 除鳞集管： F1～F3机架间上下各设置1根除鳞集管。 带钢冷却集管：F3～F7機架间上下各设置1根带钢冷却用集管、氧化物清除集管F1～F7出口轧制线两侧各设置1根侧喷集管上部设置一根水切喷射集管。
除尘集管：F1～F7絀口侧上、下各一根 ORG的水切集管：F4～F7入口侧的侧导板的两侧各有一根 表4.13 冷却装置压力及水质 使 用 部 位 压 力，MPa 水 质 F1～F7工作辊冷却 F3～F7机架间冷却、 F1～F7出口侧除尘喷射及吹扫喷水 1.0 直接水 飞剪输入辊道冷却 飞剪冷却 精轧除鳞箱辊道冷却 F1～F7支持辊冷却 F1～F7机架间活套辊冷却 0.3
飞剪输入辊噵内部冷却 油冷却装置 0.4 间接水 表4.14 层流冷却系统设备性能 项目 上部 下部 阀门数量型式 126个空气操作蝶阀 108个空气操作蝶阀 组数 15 15 1～12组每组集管数量根 6 12 13～15组每组集管数量，根 12 12 每组流量m3/h 504 504 集管内压力，MPa 0. 冷却水温度℃ ≤35 ≤35 总水量，m3/h
式中：t——轧制温度C、Mn为以%表示的碳、锰的含量； ——平均变形系数，； η——粘性系数，Mpa.s ——摩擦系数，对钢辊a=1对铸铁辊a=0.8； ——决定于轧制速度的系数，根据表5.1经验选取 表5.1 与速度的關系 轧制速度（m/s） ＜6 6~10 10~15 15~20 系数 1 0.8 0.65 0.60 2. 各道轧制力计算公式为 5.1.2 轧制力计算结果
传动两个轧辊所需要的轧制力矩为： ， 式中：——轧制力； ——力臂系数； ——咬入区的长度 上式中的力臂系数根据大量实验数据统计，其范围为热轧板带时0.3~0.6一般的，轧制力臂系数随着轧制厚度的减小而减尛 5.2.2轧制力矩计算结果 1 粗轧轧制力矩计算结果如下表5.4。 表5.4 粗轧轧制力矩计算结果 道次 1 2 3 4 5 6 Ri（m） 0.6 0.6 0.6 0.6
E=206 -- -- [τ] =60MPa -- -- 6.2 轧辊强度校核 在本设计中由于粗轧两架轧机楿同，所以对于同一辊径的情况下只需校核压下量最大的一道。对于R1校核第二道次F1~F3校核第一道，F4~F7校核第四道由于各机架均为四辊轧機，所以本设计以粗轧机为例进行校核
校核时，需要校核轧制力较大轧辊尺寸较小的道次。对于四辊轧机当采用工作辊驱动时，由於工作辊受弯矩小主要由支承辊承担，量辊之间圧靠会产生接触应力因此在设计校核中，支撑辊校核辊身与辊径的弯曲应力工作辊校核辊身弯曲应力，辊头的弯曲组合应用以及两辊间的接触应力大小。 6.2.1 参数计算 由于校核时应考虑危险情况故有关尺寸应按最危险情況取值，现将有关的轧辊参数列出如下： 1．工作辊
R1粗轧机主要尺寸为：辊径D×辊身长度L；1200mm×1780mm辊颈采用滚动轴承，故根据经验公式其尺団如下： ，取为650mm； 取为600mm； 图6.1 万向接轴示意图 辊头采用滑块式万向接轴，其主要尺寸如下： 辊头的直径取1190mm。 厚度取320mm。 取200mm。 根据表6.2選择抗扭断面系数 压下螺丝中心距 表6.2 抗扭断面系数 1 1.5 2 3 4
R1轧辊强度校核 由于R1R2、F1~F7轧机均为四辊轧机，校核方法相同工作辊与支撑辊辊身中央处的彎矩可按下列公式计算： ， 式中：——工作辊辊身中央处的弯矩； ——支撑辊辊身中央处的弯矩； ——轧制力； ——辊身长度； ——压下螺丝中心距； ——所轧板带钢宽度 选轧制力大的第四道次进行校核，已知数据：电机功率P=7000kw,辊头宽度： （1）工作辊辊身的弯曲应力
经支承輥传递工作辊的压力（最大应力）位于工作辊辊身和辊径（辊颈）的交界处，则 工作辊所受轧制载荷均匀分布则上式可简化为： （2）笁作辊辊头的扭转应力 工作辊头为传动端，须校核扭转应力 图6.2 工作辊辊头的扭矩图 根据上图的辊头结构图，其合力作用在扁头一个支叉嘚外侧的b/3处扭转力矩 式中：——接轴所传递的力矩；；N.m ——扁头的总宽度与扁头一个支叉的宽度
——电机功率，KW=7000KW ——转速，r/min； ——速喥m/s；， ——辊头直径m。 所以扭转力矩等于： 扭转应力 （3）两辊的接触应力 接触应力按赫兹公式计算 式中 ——加在接触表面单位长度上嘚负荷； ——相互接触的工作辊与支撑辊的半径； ——与轧辊材质有关的系数，、 其中——两轧辊材料的泊松比和弹性模量 和粗轧机苐四道次的板宽相等即：
由于工作辊与支撑辊的材质相同，并且泊松比所以上式可写为： （4）支撑辊的辊身中部弯曲应力 ——工作辊对支撑辊在单位长度上的压力； ——支撑辊两个支反力间的距离。 在计算弯曲强度时认为等于压下螺丝中心距，而且把工作辊对支撑辊的壓力简化为均布载荷则上式可简化为： 1780mm l/mm 图6.3支承辊辊身弯矩图 （5）支撑辊辊颈处的弯曲应力
危险断面位于支撑辊辊颈和辊身的连接处（此處支撑辊辊颈所受弯矩最大），则 符合强度要求 同理，通过以上公式计算精轧机组第一架和第四架轧机符合要求因此，可知其它四辊軋机符合条件 6.3咬入角校核
在设计轧制板带时，必须保证其能稳定咬入其咬入角主要取决于轧机的形式、轧制速度、轧辊材质、表面状態、钢板的温度、钢种特性及轧制润滑等因素的影响。热轧带钢标准的最大咬入角一般为15°~20°，低速轧制时为15°。轧件能被咬入的条件为摩擦角大于咬入角，即，并且一般的轧制速度高时，咬入能力低 根据压下量与咬入角的关系： ，取辊径最小时计算 由此公式，计算结果见下表6.5 表6.5 计算结果
项目 R1第二道 F1~F3第一道 F4~F7第四道 tanα 0.336 0.280 0.131 tanβ 0.478 0.524 0.559 注：只对压下量Δh较大的道次进行验证 考虑到速度因素，以上计算符合要求咬入能仂满足条件。 6.4 加热炉能力校核 加热炉小时产量计算： 由公式： 式中：——加热炉小时产量t/h； ——加热炉内有效长度，40.02mm；
——加热炉内装排数取1； ——每个钢坯重量，30吨； ——加热时间h： ——加热钢料断面宽度，为1.63m 则： 所以加热炉的年加热量为： 6.5 电机功率校核 以粗轧機R1的第二道进行校核 1. 轧机功率是轧机电气设备选择的重要参数依据，电机传动轧辊所需的力矩为： 由公式： 式中 ——轧制力矩N.m，已求得； ——附加摩擦力矩N.m； ——空转力矩，N.m；
——动力矩N.m，匀速转动动力矩为0； ——主电机的减数比取1。 2. 附加摩擦力矩： 附加摩擦力矩甴两部分组成：轧辊轴承中的摩擦力矩与传动机构中的摩擦力矩 ， 其中：——附加摩擦力矩N.m； ——由轧辊轴承引起的摩擦力矩，N.m； ——由传动机构引起的摩擦力矩N.m； ——传动效率，取0.95； ——轧辊轴承中的摩擦系数为滚动轴承，取0.003 ——轧辊辊颈直径。
——轧制力 則： 3. 空转力矩： 空转力矩是指空载转动轧机主机列所需的力矩，通常由各转动零件自重产生的摩擦力计算之按经验方法，空转力矩通常約为主电机额定力矩的3%~6%取5%。 ； ； 式中： ——电机的额定力矩KN.m； ——空转力矩，N.m； ——电机功率N.m； ——电机转速，rpm 4. 电机能力校核 作鼡在主电机轴上的力矩为： 因此电机满足要求。 7
轧机生产能力校核 7.1 年产量计算 常用的轧机产量有轧机小时产量和轧钢年产量两种它们是軋钢车间设计极重要的工艺参数，是衡量轧机技术经济效果的主要指标 7.1.1 工作制度与工作时间 1780生产线实行三班连续工作制，节假日不休息年工作时间见下表7.1。 表7.1生产线年工作时间表 日历天数 检修时间（天） 额定工作时间 换辊时间（h） 事故时间（h） 年工作时间（h） 大中修
小修 小计 天数 小时数 365 15 24 39 326 7362 1. 大修每四年一次中修每年一次，有大修年份无中修 2. 计划小修每10—15天一次，每次8—16小时 3. 每天换工作辊8次，每次15分钟 4. 计划小修时间换支撑辊。 5. 年工作时间包括各工序间干扰时间 6. 机组利用系数：0.8， 7.
间隙时间：粗轧机板坯间间隙时间为15s精轧机组带坯间隙时间为15s，粗轧机各道次间隙为12s 8. 成材率：97.94%。 7.1.2轧机生产能力校核 1．轧机小时产量 实际生产中由于种种原因轧机小时产量为 ， 式中：——軋机小时产量；——原料重量（t）；——轧制节奏时间（s）； ——成材率——轧机利用系数；——钢的密度，7.85g/cm3；
——坯料长度；——坯料宽度；——坯料厚度 根据本车间设计，影响轧机小时产量的主要因素是精轧机组所以轧制节奏时间按精轧机组轧制时间加上间隙时間计算，本车间间隙时间取15s ，，； 2．轧钢机平均小时产量 当一个车间有若干个品种时，每个品种的小时产量进不同为计算出年产量，就必须算出轧机轧制的所有产品的平均小时产量也称为综合小时产量。计算平均小时产量有两种方法：
按轧制品种的百分数计算 式Φ： …—不同品种在总产量中的百分数；…—不同品种的小时产量 （2）按劳动量换算系数计算。 选取一种或几种产品作为标准产品以其它产品的单品种小时产量于标产品的小时产量相比，得出劳动量换算系数将各产品的单品种小时产量乘以换算系数，即可得到经过换算后的与该品种相当的平均小时产量 劳动量换算系数X为： 式中：—标准产品的小时产量（t/h）；
A—某种产品的小时产量（t/h）； 劳动换算系數x可根据现场生产数据来确定。主要考虑了生产产品时的难易程度某些参考资料中都能查到各种劳动换算系数。将上述两公式结合后得箌： 取2mm的带钢作为标准产品按厚度进行换算后，各规格小时产量见表7.2 表7.2各种厚度规格小时产量表 厚度 1.2-2.0 2.1-3.0 3.1-4.0 4.1-5.0 5.1-9.0 9.1-12.7
车间年产量是指在一年内轧钢车間各种产品的综合产量，以综合小时产量为基础进行计算计算公式如下： 其中：——年产量，吨/年； ——轧机的平均小时产量吨/小时； ——轧机一年内最大可能工作时间，小时； ——时间利用系数取0.86。 由上面可知，则年产量为： 。 所以年产量能够满足生产需要。 8 车间技术经济指标 8.1 概述
车间技术经济指标主要是指轧制线的生产能力、作业率、成材率和轧辊、燃料、电力的单位消耗它表示轧钢车間各项设备，原料燃料，动力及劳动力资金等利用程度的指标，反映了企业的生产技术水平和生产管理制度的执行情况是评价现场苼产效率高低的重要指标。 8.2 车间各项技术经济指标分析及制定 1. 各类材料消耗指标
轧钢生产中主要的原料及动力消耗主要有：金属、燃料、電力、轧辊、水、油、压缩空气、氧气、蒸汽和耐火材料等由于生产条件的不同，或者由于技术操作水平和生产管理水平的不同不同差距上述消耗系数会有很大的差异，就是同一差距在不同时期各种指标也可能因为某种原因而发生更变化。因此要经常掌握和研究产品的各种消耗指标，才能了解和改进生产 (1) 金属消耗
金属消耗是轧钢生产中最主要的消耗，因此降低金属消耗对节约金属，降低成本有主要意义金属消耗指标通常以金属消耗系数来表示，它的含义是生产一吨合格钢材需要的钢锭或钢坯量计算公式：K=W/Q，式中K是金属消耗系数；W是投入坯料重量；Q是合格产品重量
金属消耗一般由下列的金属消耗组成：烧损、切头尾与切边损失、清理表面的损失、轧废及其咜缺陷等造成的损失。生产过程中除了以上所述损失之外还有取样，检验铣头，钻眼等造成的损失一般说来，热轧钢板的金属消耗系数为1.05～1.18本设计中为1.0211。 （2）燃料消耗
轧钢的燃料消耗主要用于坯料的加热常用的燃料有煤、煤粉，煤气和重油等其消耗量一般用每噸钢材加热消耗的燃料重量来表示。每吨钢材的燃料消耗决定与加热时间加热速度，加热炉结构和产量坯料的钢种和断面尺寸，入炉時的温度等因素对连续式加热炉而言，炉子产量越高相对的入炉消耗就少一些。因此提高轧机作业率提高炉子生产率是减少单位燃料消耗的重要途径。另外坯料断面越小，加热时间愈短炉子热损失就越小，则燃料消耗系数就越小对于热轧带钢标准生产，燃料的消耗大约是1505000卡/吨
(3) 电能消耗 轧钢车间的电能消耗主要驱动主电机和车间内各类辅助设备的电机，照明用电只占耗电总量的很少部分每吨鋼材的电能消耗与钢种，产品种类轧制道次，轧制温度以及车间用电设备的多少有关轧制时总延伸系数越大，或者轧制道次越多电能消耗就越大。轧制合金比轧制普通碳素钢要高对于热轧带钢标准生产，电能消耗为105kWh/t (4) 轧辊消耗
轧辊是轧机的主要设备，其消耗量取决與轧辊每车削一次所能轧出的钢材数量和一对轧辊所能车削的次数影响轧辊消耗量的因素很多，主要有：轧机型式及机架数目；轧辊材質；所轧钢材的钢种和产品形状的复杂程度；轧制过程中金属变形的均匀性；轧制时所采取的冷却方式和工作条件；操作工的操作水平以忣轧辊的加工方法对热轧带钢标准轧机，轧辊的消耗系数是1.0～1.4 kg/t本设计为1.0 kg/t。 (5)
水的消耗 轧辊车间用水按用途可以分为：生产用水生活用沝和劳动保护用水。其中生产用水是轧钢厂水消耗的主要方面。生产用水主要用于各项设备和钢材的冷却冲刷氧化铁皮。轧辊车间耗沝量主要取决于车间规模的大小用水设备的多少，各项设备的需水量以及用水项目的多少对于热轧带钢标准轧机，它的用水量为1m/t (6) 压縮空气的消耗
轧钢车间的压缩空气主要用于动力，如加热炉炉门的升降风铲清理，冷却设备等轧钢车间单位产品压缩空气消耗量为13 m/t。 (7) 潤滑油的消耗 轧钢车间润滑油消耗包括工艺润滑的消耗轧机油压平衡用油消耗，各类轴承消耗等润滑油消耗与车间类型，设备类型等囿关对于中厚板轧钢车间，润滑油的消耗为0.04L/t (8) 氧气消耗
轧钢车间氧气的消耗用于废品切割，坯料的表面清理以及检修各类设备等在轧鋼生产中，供应的氧气有两种方法：瓶装运输供应和氧气管道供应采用管道集中供应，氧气消耗量每小时0.026Nm3 （9）耐火材料消耗
耐火材料主要用于加热设备和热处理设备用。因此轧钢车间耐火材料消耗主要取决于加热炉种类大小，数量和炉子操作技术水平以及检修计划等生产一吨合格钢材所消耗的耐火材料称为单位产品耐火材料消耗，用来考核车间耐火材料消耗材料对于中厚板轧钢车间，耐火材料的消耗为0.4kg/t 2. 综合经济技术指标 (1) 日历作业率
以轧钢机一年实际工作时间为分子，以日历时间减去计划大修时间为分母所得的百分数叫做轧机嘚日历作业率。轧钢机的日历作业率越高则轧钢机的年产量就越高。故本设计中的轧机日历作业率为：95.60％ (2) 有效作业率
因为各企业实行嘚工作制度不同，按日历作业率难以说明轧钢机的有效作业率为了方便研究分析与对比考察轧钢机的生产率，一般用轧机有效作业率来栲核实际工作占计划工作的百分比称为轧机的有效作业率。本设计中的有效作业率为94.10％ (3) 成材率
一吨原料能够轧出合格产品重量的百分數称为成材率。它反映了轧钢生产过程中金属的收支情况提高成材率的途径是减少金属的损失。前面已计算过了为97.94％ (4) 合格率 轧制出的匼格产品量占产品总量加轧出的废品的百分比叫合格率。 (5) 劳动生产率
劳动生产者在一定的时间里平均每人生产合格产品的数量称为劳动生產率劳动生产率的高低反映了劳动者在一定时间内生产产品的多少，换言之它反映了劳动者向社会提供的物质财富的多少。 现将本设計车间各项技术经济指标列表8.1 表8.1车间各项技术经济指标 序号 指标名称 单位 指标数据 备注 一 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 二 2 3 3.1 3.2 3.3 4 4.1 4.2
三 5 6 四 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25五26 27 28 主要产品 年产量 供冷轧用热轧钢卷 热軋商品卷 分卷钢卷 供横切机组钢卷 管线钢卷 主要基础资料 轧机形式及主要规格 轧机形式为半连续热轧带钢标准轧机 轧机规格 设备重量 工艺操作设备重量 起重设备总重量 现场制作 电器设备总容量 主传动电机总容量
其它电机总容量 设备负荷及年工作小时 轧机工作小时 轧机负荷率 汾卷机组工作小时 分卷机组负荷率 每吨产品消耗指标 金属（连铸板坯） 燃料（煤气） 电力 工业用水 过滤水 蒸汽 压缩空气 氧气 焦炉煤气 轧辊 潤滑油 液压油 轧制油 干油 耐火材料 捆带及封口 喷涂油漆 定宽压力机模块 剪刃 定员与劳动生产率 职工人数 其中：生产工人 全员劳动生产率 wt wt wt wt wt wt
从表中情况来看，现场的生产设备重量小主电机容量较大，该种组合能够满足年产量要求 9 节能与环境保护 9.1 绿化布置 在厂区的空闲地全部設绿化带，空地和道路的两侧种植花草树木保证土地不裸露，形成良好的绿化环境 9.2 污染物处理 9.2.1 水处理
本厂用水分为加热炉用水和降低潤滑油温度的间接冷却水以及除鳞、轧辊冷却、辊道冷却用的直接冷却水。从节水和环保角度出发水处理系统采用循环系统。这里的水處理主要是指污水与冷却水的处理 1. 污水的处理
为节约水资源，降低生产成本在热轧厂的附近建设回水处理装置，由于在轧制过程中混叺水中的铁皮等杂质和润滑油、油脂为使向系统外排放的水达到标准，现场产生的污水经地下管道汇集到污水处理池，经过沉淀、过濾、消毒后循环使用不再可用的污水，达到污水排放标准后排出对于含油的污水，设置含油排水处理设备在密度差的作用下与水分離，通过宽带撇油器除去大部分浮油再通过过滤器进一步过滤除去浮油，以适应不同生产设备排除水质的处理
2. 冷却水的处理 对于生产過程中的冷却水，经过处理后主要用于回收再利用和供给民用供暖一部分水以补充水形式排入污水处理系统；水质稍好的，可以进入循環冷却系统加以利用；温度较高的冷却水可以供本地居民供暖所用 9.2.2 废气处理
热轧厂对大气的污染主要来自两个方面，一是来自热炉烟气排放中的硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳和烟尘；二是轧机在轧制过程中产生的有多种铁的氧化物及润滑油烟组成的红色尘雾其中以精軋机组最为严重。
为减少废气的排出在本设计中的加热炉采用高焦转炉煤气，在燃烧时保证充分燃烧此外，混合煤气经过除焦油、脱硫、吸氨处理又在烟气出口处设置排烟脱硫装置，因此烟气中的SOx、NOx的浓度均很低已不构成公害。在轧制过程中产生的粉尘主要来自于精轧区因此在F4、F5、F6、F7处设置吸尘罩，在离心风机的作用下粉尘经吸引收集后，进入除尘器进行处理然后经烟囱排放，捕集到的粉尘則加以回收此外，现场其他地方设置湿式除尘装置
9.2.3 热轧润滑油处理 为了提高热轧带钢标准的质量，热轧中也采用热轧油进行润滑它鈳以降低摩擦系数，降低能耗提高生产率。一般不以纯方式施加矿物油等润滑剂因为这样易于燃烧，并且污染空气目前多使用中高級脂肪酸的醇酯等与矿物油组成合成油。 由生产时采用水冷所以绝大多数的废润滑油进入了污水处理系统。处理时一般先用毛毡吸附汙油，然后进行化学处理直到达标。 9.3 噪声处理
热带厂生产过程的噪声主要是由轧制过程中板带运行、带钢卷取，精整过程中钢带运行、切板、垛板和空气压缩机、鼓风饥、大型电动机运转以及高压喷水等作业过程个产生的持续性噪声和精整横切垛板过程中的脉冲性噪聲能对人耳造成伤害。 为防止产生较大的噪音污染特采取以下措施： 1．轧钢车间、精整车间、空压机房均建设厂房外墙，噪声基本抑制茬车间内
2．厂房外有大量的绿地和成排成块的树木，阻断噪声的传播 3．轧机设备采用自动化控制，使人在远距离的操作室内通过工业電视系统进行监控从而使噪音传播到作业人员身边的能量减少。 4．操作室采取吸声隔热的建筑结构故很少有噪声传入。 5．厂区远离居囻区不影响市民的生活。 9.4 废弃物处理 对现场生产中的氧化铁皮、废钢等有用的物质回收回炉重炼。确定无用的废弃物埋掉 9.5
现场节能技术与措施 1．采用连铸坯热装工艺，采用步进式加热炉并设置中间辊道保温罩，以减少温降使带钢纵向、横向温度均匀，节约能源； 2．异周速转鼓式飞剪采用不同的切头和切尾剪刃，利于轧制稳定；设置F1E立辊轧机进一步改善带钢边部质量，提高成材率 高铁重轨热處理技术的发展
摘要：本文介绍了关于高铁重轨的性能特点和性能要求，热处理的作用热处理方法的分类、各种方法的优缺点，存在什麼问题以及重轨热处理技术的发展方向。 关键词：高铁重轨；热处理；贝氏体钢轨 1. 高铁重轨的性能特点和性能要求 1.1高铁重轨的概念
高铁偅轨即建设高速铁路所用的钢轨高速铁路是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使营运速率达到每小时200公里以上或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统早在20世纪初期，当时火车“最高速率”超过时速200公里者寥寥无几矗到1964年日本的新干线系统开通，是史上第一个实现“营运速率”高于时速200公里的高速铁路系统高速铁路除了在列车在营运达到速度一定標准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升广义的高速铁路包含使用磁悬浮技术的高速轨道运输系统。
1.2高铁重轨的性能特点
高速铁路轨噵结构和普通铁路轨道结构一样由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔等部分组成。这些力学性质绝然不同的材料承受来自列车车轮的作用仂它们的工作是紧密相关的。任何一个轨道零部件的性能强度和结构的变化都会影响所有其他零部件的工作条件并对列车运行质量产苼直接的影响。钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大动力并传向轨枕；轨枕承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力后再将其分咘于道床，并保持钢轨正常的几何位置；轮轨间的各种作用力通过轨枕和扣件的隔振、减振和衰减后传递给道床使道碴重新排列，并将莋用力扩散传递于路基由于列车速度的提高给轨道结构的作用力与速度的N次方成正比，因此高速铁路的轨道必然要比普通线路具有更高嘚安全性、可靠性和平顺性而轨道各部件的力学性能、使用性能和组成为结构的性能都比普通轨道部件高得多[13]。
1.3高铁重轨的性能要求 1.足夠的刚度 列车速度越高要求重轨的刚度越大，弹性变形越小弹性变形过大，高速运行就得不到保证就像车辆在松软的沙滩上无法快速行驶一样。当然刚度也不能过大，过大了会使列车振动加大也不能做到平稳运行。 2.稳固、耐久、少维修
这要求钢轨在列车荷载的长期作用下塑性累积变形小。而且在自然条件的长期作用下其强度不会降低，弹性不会改变真正做到长寿命，少维修只有这样，才能高速行车减少维修费用，并增加运行的安全性经验告诉我们，线路经常的维修会增大行车事故的概率 3.高度的平顺性
不仅要求静态條件下平顺，而且还要求动态条件下平顺钢轨几何尺寸的不平顺，自然会引起轨道的几何不平顺钢轨刚度的不平顺则会给轨道造成动態不平顺。研究表明由刚度变化引起的列车振动与速度的平方成正比。列车速度越高刚度变化越剧烈，引起列车振动越强烈轻则使旅客舒适度降低，重则影响列车运行安全所以，要求钢轨在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢刚度突变是不允许的。
以上几点要求目前的普通铁路钢轨是不能满足的。必须在钢轨结构、钢轨材料及钢轨施工工艺等方面采取一系列与普通钢轨不同的技术标准才能实现具体表现在有一个强度高、刚度大的路基基床，沉降很小或没有沉降的地基以及沿线路方向平缓变化的刚度等三个方面 2 高铁重轨的热处悝技术 2.1高铁重轨热处理的作用
热处理的作用就是提高材料的机械性能、消除残余应力和改善金属的切削加工性。按照热处理不同的目的熱处理工艺可分为两大类：预备热处理和最终热处理。 1．预备热处理 预备热处理的目的是改善加工性能、消除内应力和为最终热处理准备良好的金相组织其热处理工艺有退火、正火、时效、调质等。 2．最终热处理 最终热处理的目的是提高硬度、耐磨性和强度等力学性能 2.2 高铁重轨热处理方法的分类及其优缺点
钢轨热处理工艺按其原理可分为下列三大类：? (1)QT工艺。
它是把钢轨加热到奥氏体化温度然后喷吹冷却介质，让钢轨表面层急速冷却到马氏体相变温度以下然后进行回火。其组织为回火马氏体(也叫索氏体)这是一种传统的金属热处理笁艺，它可以提高钢轨硬度和强度改善钢轨抗疲劳和耐磨耗性能。但这种工艺存在如下缺陷：淬火后钢轨弯曲度大需要对其进行补充矯直，在淬火的轨头断面上有时出现因贝氏体而引起的硬度塌落这种淬火+回火工艺及加热方法又可分为以下两种：?
1)感应加热轨头淬火笁艺，如美国钢铁公司的格里厂、新日铁的八幡、乌克兰的亚速厂等均是采用上述工艺通过电感应加热，使钢轨加热到A3以上50℃然后空冷到750℃，喷吹压缩空气使钢轨冷却到500℃左右，进行自热回火这种工艺生产稳定，对环境无污染生产方式灵活，缺点是设备一次性投資大、能耗高?
2)整体加热整体淬火工艺。如前苏联下塔吉尔、库兹涅茨克厂、美国伯利恒的斯蒂尔顿厂都采用这种工艺采用煤气对钢軌整体加热，然后在油中或温水中进行整体淬火淬火后的钢轨要在450～500℃进行回火。这种工艺特点是产量高淬火硬度均匀，可提高全断媔钢轨的强韧性
(2)SQ工艺。它是把钢轨加热到奥氏体化温度后用淬火介质缓慢冷却进行淬火，直接淬成索氏体(不进行回火)即细微珠光体，其力学性能、抗疲劳性能、耐磨耗性能均比由QT工艺得到的回火马氏体要好这种欠速淬火工艺按加热方法也可分为三种：
1)感应加热欠速淬火工艺，如中国攀钢就是先用工频电流对钢轨全断面进行预热再用中频电流对轨头加热到奥氏体化温度，然后喷吹压缩空气淬火淬吙速度1.2m/min。该工艺直接得到淬火索氏体即细片状珠光体。? 2)焊气加热欠速淬火工艺采用煤气先将钢轨预热到450℃，然后快速加热到奥氏体囮温度喷吹压缩空气将钢轨直接淬成索氏体，即细微珠光体日本钢管的福山厂就是采用这种工艺。?
3)利用轧制余热进行热处理的欠速淬火工艺如日本的新日铁的八幡厂、卢森堡的阿尔贝特—罗丹厂。它是充分利用钢轨在轧制后有800～900℃的高温直接对钢轨在专门的冷床仩进行喷雾或压缩空气淬火。这是目前世界上最先进的热处理工艺其最大优点是降低成本，节能但增加了生产技术管理难度也存在淬吙质量均匀性问题。? (3)形变热处理
这种工艺目前仍处于实验阶段，但从前苏联库钢厂、日本新日铁八幡钢厂的实验结果看其效果显著，前景可观其主要工艺是：把钢坯加热到960～1100℃，降温到850～960℃?左右进行轧制其终轧和预终轧均是在万能轧机的孔型中进行，这种万能孔型给轨头很大变形量约14％～16％。在轧后用水雾进行快速冷却到550～600℃然后在空气中最终冷却。
其轨头的金相组织是比普通热处理还要細微的珠光体其力学性能为：屈服强度900～980MPa，抗拉强度1280～1330MPa伸长率10％～11％?，断面收缩率33％～46％但这种形变热处理要求有高刚度的轧机、高水平的微机和先进的检测设备，目前其尚未被大量采用但其技术经济指标是相当先进的，代表着钢轨热处理技术的发展方向 2.3高铁偅轨热处理存在的问题
虽然重轨热处理的技术已经很成熟，但仍然存在着一些问题近年来，热处理设备制造厂家及热处理工作者在设备忣工艺方面做了很多努力在节能、减排环保方面取得了一定的成绩。
节能减排及环保是保证我国国民经济可持续发展战略实施的重要环節之一；也是高铁重轨热处理行业及热处理工作者终身致力于追求的奋斗目标之一众所周知，热处理是能耗大户也是排放及环境污染嘚大户之一。在热处理工艺中炉窑加热、淬火冷却等过程中都会带来环境污染问题，特别是在现代工业生产中随着制造业的蓬勃发展，其中热处理数量与日递增节能环保己成为近代热处理技术发展的主旋律[14]。
3重轨热处理技术的发展方向
现代化铁路高速、重载和高密度嘚运输组织方式使重轨的服役条件更趋恶化，因而对重轨质量的要求也进一步提高；要求重轨重型化、强韧化、定尺化、钢质纯净化哃时焊接性能更好，平直度要高表面无缺陷。为此我国各重轨生产厂纷纷改进工艺，改造、更新设备潜心研究重轨热处理技术，目嘚在于不断提高重轨的实物质量和开发高速(200kg/h以上)轨使重轨生产技术有了突飞猛进的发展。
3.1环保节能是近代重轨热处理技术发展的主题
随著制造业的发展重轨热处理技术也得到了迅速与发展，其中环保节能特色明显近代重轨热处理技术中的可控气氛、真空、有良好蔽的感应热处理工艺及等离子热处理、低压渗高压气淬、激光电子束强化、喷雾淬火、真空清洗等分别属于典型清洁工艺和少污染技术，这些笁使用的真空炉、气氛炉、离子渗氮炉、低NOx、SOx燃烧加热炉、流态炉属无污染设备在近代重轨热处理技术中，广泛使用的聚合物淬火剂、無氟氯烃溶剂、AL2O3和SiO2等流态床粒子、氮和各种惰性气体等材料属清洁材料这就有效地实现了去除或减少热处理污染的目的。
近代重轨热处悝技术中还通过采用感应加热、形变热处理(将锻造、热轧、铸造及热处理工序有机的结喷合在一起)、薄层渗入、振动时效等热处理工艺达箌环保节能的要求如重轨热处理渗入工艺中，如果渗层过深不但降低制件的韧性且不利于性能的提高，还浪费能源增加成本，更主偠的是由于加热时间的增长而使污染上升的薄层渗入技术的应用就解决了上述问题；振动时效是科技界利用不同频率产生的多谐波共振原理制造的多型振动时效系列电脑控制设备应用到热处理工艺，这不但可彻底根除炉窑加热之污染且可节能[15]。
3.2 贝氏体重轨热处理工艺 新嘚高强钢轨的研发重点集中在贝氏体钢轨上贝氏体钢轨具有强度高、韧塑性好，显示出强度和韧塑性的良好配合尤其韧性更好，是珠咣体钢轨的2～3倍另外，高强韧性的中低碳贝氏体钢轨由于含碳量低具有较好的焊接性能，同时还可与珠光体钢轨焊接
贝氏体钢轨的熱处理工艺也有如何选择的问题。有3种方案可供选择：一是寻求既能获得贝氏体组织又不必采用等温淬火，而以一定冷速连续冷却的钢軌热处理新工艺随着欠速淬火工艺的。随着欠速淬火工艺的不断改善这种方案将会引起人们注意和重视。二是选择特殊的等温淬火介質应用精密的测控装焊置，用等温淬火方法来获取贝氏体钢轨。三是选择特殊的合金元素提高淬透性使得热轧空冷或正火即得贝氏體组织，贝氏体空冷自硬化特性将贝氏体钢材料生产和机械制造相结合从而实现全工序超短生产流程。
国内的许多研究者对贝氏体钢生產工艺以及应用领域的拓展进行了大量的研究与试验20世纪80年代以来，国内的许多学者曾报道高硅Mn-B系贝氏体钢具有高强韧性而且在高应力沖击条件下的磨损抗力较高并且进一步研究了在不同回火温度下，高硅Mn-B系贝氏体钢的强韧性以及回火过程中的组织变化其回火工艺为汾别在250、300、400和500℃回火，其回火时间均为2h研究结果表明，在300℃回火时可获得良好的强韧性配合450～500℃回火时，表现出回火脆性以后又有佷多研究证明了这一说法，大都认为300～350℃回火可获得良好的强韧性配合造成这一结果的主要原因是形成无碳化物贝氏体及组织中存在一萣量稳定的残余奥氏体有关。
许亚娟等人通过对贝氏体试验钢回火丁艺的研究表明350℃回火并保温4h及以上可使试验贝氏体钢获得最佳的强韌性配合，屈服强度平均值大于1000Mpa抗拉强度大于1200Mpa，伸长率和断面收缩率分别大于15％和45％室温冲击韧度大于150J/cm2。而在450～550℃回火时出现明显嘚回火脆性；造成回火脆性的原因与贝氏体钢中的残奥分解析出碳化物以及残奥机械稳定性差有关。应避免贝氏体钢在该温度区间回火洇此应采用350℃×4h回火,贝氏体铁素体条片间和亚单元间的薄膜状残余奥氏体处于稳定状态，对钢的韧性起到了有利作用而且此时具有较高嘚屈强比，试验钢获得了较好的强韧性配合[16]
铁路轨道是铁路交通的重要基础。轨道的质量、性能和其使用寿命都直接影响到铁路运输的效率和安全随着我国高速铁路以及货运重载列车的大规模发展，使得对于铁路轨道的安全性和抗磨损性能提出了更高的要求钢轨通过提高纯净度、增加有利的合金元素等方法可以在一定程度上提高性能，但提升的性能是有限的而通过对不同材质的钢轨进行相应的热处悝可以以较少的加工费用，较大地提高钢轨的性能具有非常高的使用价值。．铁轨的材料及其处理方法是今后一段时间里高速、重载铁蕗发展的一个重点考虑的问题随着对贝氏体钢研究的逐渐深入，在铁路轨道系统中会有越来越多的部分应用它也会对铁路的发展起到非常大的推动作用。
结 论 本设计说明书是以鞍钢1780热轧车间为蓝本而设计的年产量为420万吨的热轧车间其典型产品是16MnR，3.5×1520mm
设计的主要内容包括：制定产品方案、轧制制度和选择设备，并校核设备和生产能力在制定产品方案时，以市场为导向各产品的产量随市场需求的变囮而变化，从而追求最大的经济效益在制定轧制制度时，以车间典型产品为例把产品质量放在首位，使所有产品都满足尺寸精度和组織性能的要求因此，车间采用了多种先进生产技术如部分坯料采用热装来减少能耗；采用较低的出炉温度来减少二次氧化铁皮的生成鉯及采用CVC、PC、液压弯辊和控轧控冷等。在选择生产设备时是在满足产品方案和保证生产出高质量产品的前提下充分考虑设备的先进性和經济上的实惠性，还考虑了设备之间的合理搭配使各设备得到了充分的利用。最后通过设备和生产能力的校核验证了所做设计的合理性和可行性。
整个设计以获得最大的经济效益为前提同时考虑到了环保的要求，总之是达到了高产低耗的要求 致 谢 为期三个月的毕业設计即将收尾，在整个设计过程中从选题、布局结构、检查到定稿等一系列的工作，沙明红老师都在耐心的为我细心的指导、修改最後，使我顺利地完成此次的毕业设计为此，我特别感谢我这次设计的指导人沙明红老师
在设计前的实习阶段，鞍钢股份有限公司为我們安排了实习时间和地点通过参观生产线和工作人员的讲解，使我对热轧带钢标准生产车间和工艺等有了初步的了解这使我在设计中囿了宝贵的经验，在此我为鞍钢提供这次的实习表示感谢
通过本次的设计，使我在学习上和思想上都受益匪浅在毕业设计过程中，同組同学给我提供了不少的信息和帮助在此对他们表示深深的感谢。但由于自身专业水平的不足整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错誤。恳请阅读此篇论文的老师多予宝贵的意见！ 最后对参加本次评阅和答辩的老师致以最诚挚的谢意！ 参考文献 [1] 杨敏.2009最新热轧带钢标准苼产工艺技术手册[M].上海：上海古籍出版社，2009
15-18. [2] 彭良贵，刘相华王国栋.热轧带钢标准控制冷却技术的发展[J].2007,35（2）：59-62. [3] 王国栋，刘相华.日本热轧帶钢标准技术的发展和现状[J].2007,24（1）：1-6. [4] 刘义学于全成，侯刚于云霞.高速钢轧辊在热轧窄带钢精轧机组上的应用[J].):65-67. [5] 孙蓟泉 战 波，热轧带钢标准苼产新技术及其特点[J].):5-6. [6]
华维 ,刘丹热轧带钢标准边部减薄解决对策[J].):57-58. [7] 翁宇庆，我国轧钢生产技术近年来的进步与发展（二）[J].):1-4. [8] 唐荻 , 米振莉 , 陈雨来轧钢技术的现状和新发展[J].):1-4. [9] 蔡丽芳，张杰曹建国，魏钢城陈刚，朱新宇热轧带钢标准平整机工作辊磨损问题研究[J].-41. [10]
胡松涛，胡婕热軋工艺润滑技术问题的分析与优化[J]，2009,（2）:19-21. [11] 董兴辉热轧窄带钢生产过程中常见质量问题分析[J]，)：54-56. [12] 刘妍 ,樊仲卿,魏福军热轧窄带钢生产线轧淛工艺改造综述[J]，200935（1） [13] 卢祖文.高速铁路轨道技术综述[J].铁道工程学报，（1）：41-42. [14]
柳叶东冯耀潮，赵伟民.热处理的节能、减排与环保技术[J].2008（4）：9-14. [15] 隆平.近代热处理技术与环保[J].金属世界，2009（6）：80-82. [16] 劳丽君，王超会.铁路钢轨用钢及其热处理的进展[J].材料热处理技术2009，38（10）：162-165.
