二四辊热轧冷温轧制实验机组技术方案0405教材Word格式.docx
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7.4.4.冷-温轧工艺流程15
7.4.5.冷-温轧机主要技术参数15
7.5.检测仪表16
7.6.工辅介质16
8.轧制设备供电回路及电压等级17
9.液压、润滑、气动系统18
9.1.AGC液压站18
9.2.辅助传动液压系统18
9.3.油脂润滑系统18
9.3.1.干油润滑系统18
9.3.2.稀油润滑系统18
9.4.气动系统18
9.5.三废及其处理18
9.5.1.废渣18
9.5.2.废水、废气19
10.电气控制系统19
摘要
钛，作为重要的战略金属，钛合金加工技术在国内外保密措施严格，能够直接借鉴的技术资料极其有限。
钛及钛合金价格昂贵，生产成本高，工艺过程控制复杂，技术难度大。
因此，国内大型钛材加工企业均建立的专门的研发机构。
国内的宝钛、西部钛业、宝钢等钛材龙头企业均具有钛合金熔炼、轧制、热处理等工艺全流程的实验装备，具有多种规格热轧、冷轧、温轧以及热处理设备。
作为国内最大的钒钛资源的企业，攀钢要做大钛加工材产品，也必须建立自己专门的研发机构并建立相应的实验手段与研发平台，在满足钛材生产工艺研发和新产品开发的基础上兼顾钢铁材料板带材成型生产工艺和产品研发能力和实验研究手段。
攀钢集团属于传统的钢铁生产企业，钛材研究开发与生产经验少，目前能够生产的钛及钛合金仅局限在工业纯钛以及TC4等为数不多的钛合金牌号的棒及板材上，品种单一。
而钛材生产工艺技术目前封锁严重，难以从现有文献中获取对生产有指导作用的信息。
建立钛材实验室，首先立足于研发常用牌号钛合金的生产工艺，摸清并掌握钛及钛合金的成分-加工-组织性能的关系，为攀钢10000吨钛材项目顺利达产达效提供技术保障。
在此基础上，发挥实验室研究的连续性及深入性特点，逐步开展高技术钛合金的生产工艺研究以及新型钛合金品种开发和新型工艺的研究，从而使攀钢具备自主开发的能力，为进入高端钛材市场应用领域巩固基础。
建立钛钢联合实验室的目的就是以钛材产品研发、钢铁新材料和新工艺研制，充分发挥攀钢钒钛资源共享与合作的优势，为集团公司钛材及钢铁新材料研究及生产服务。
依据钛钢联合实验室建设需求，就二/四辊热轧、冷/温轧制实验机组的建设技术方案作一基本介绍。
二/四辊热轧、冷/温轧制实验机组是用于攀钢（集团）攀枝花钢铁研究院现有生产装备热轧、冷轧新产品开发和冷轧新工艺研发的最接近生产过程的中试研究设备。
本实验研究设备的特点是将热轧、控制冷却、卷取式冷/温轧制工艺设备复合在一套实验设备环境中，在同一轧机机架上通过改变不同工作辊系，可实现高刚度、大压下热轧扁平材、小直径棒材、冷轧和温轧轧制功能；
同时，在热轧工艺环境下还具有强大的控制冷却功能，冷却速度可以在空冷到直接淬火的范围内进行调整，可以对冷却开冷温度、终冷温度、冷却速度等工艺参数进行精确的控制。
在冷轧工艺环境下，通过液压自动控制抬起轧机两侧的辊道系统，通过设置在辊道下面的左右卷取机组实现带钢成卷轧制功能，也可通过左右卷筒上的专用引带焊接小块单片试件来实现带张力单片带钢试样轧制。
本轧机利用独特的带钢在线加热技术和轧辊在线加热专利技术，实现对钛板和高强钢等难变形薄带材料进行温轧轧制。
温轧工艺对于高端冷轧薄带材产品轧制过程的组织性能和表面质量具有重要作用，是金属材料特种轧制工艺性能研究和高端产品研发有着其它材料成型过程无法比拟的工艺技术优势。
本实验机组具有精确的工艺数据检测功能，可以提供详实可靠的实验过程技术数据，以适应工艺开发和研究的需要。
本实验机组应用了多项近年来东北大学所开发的独特的工艺技术，对钛板、钢板（带）轧制过程工艺研究和新产品研发提供了强有力的手段。
该实验机组的建设对攀钢研究院自主研发能力的提高、创新人才培养，特别是攀钢现有生产工艺的优化、生产成本的降低以及产品质量和性能的提高具有重要的作用，将极大地提高企业的竞争力，必将创造巨大的经济效益。
1.设计依据
攀钢（集团）攀枝花钢铁研究院钛钢联合实验室建设项目的技术需求和相关文件。
2.设计原则
攀钢（集团）攀枝花钢铁研究院钛钢联合实验室建设项目中的“二/四辊热轧、冷/温轧制实验机组”主体实验设备应具备高可靠性、先进性和实用性。
主体实验设备的装备水平应达到国内外先进水平，实验设备必须可靠实用。
在充分满足轧制工艺及控制冷却性能实验的基础上，尽可能节省建设投资。
3.技术标准
1）设计标准：
按国家有关设计规定、规范；
2）施工标准：
按国家现行有关技术规范和施工验收规范；
3）验收：
按合同有关设计要求、行业标准及国家标准；
4）标准的优先次序依次为：
行业标准、国家标准。
4.主要设备功能
1）实验室建设以钛及钛合金产品开发、工艺研究为主，同时考虑钢铁新产品开发和工艺研究的需要，从而充分发挥实验室功能和设备的共用；
2）实验室建设以满足钛和钢铁产品关键工艺研究的需要为主要目的。
对于钛及钛合金，主要满足钛及钛合金板材（包括钛/钢复合板）、棒材、锻材产品的熔炼、锻造、轧制及热处理等关键工艺研究；
3）实验机组主体机架（牌坊）为一组，通过更换不同材质的辊系来实现二辊热轧（板材和小直径棒材）或四辊冷-温轧的轧制功能。
二辊平辊热轧工艺环境下可实现：
试样加热、除鳞、可逆热轧、快速控制冷却和试样剪切和模拟卷取全部热连轧工艺过程。
也可更换二辊孔型辊热轧工艺环境下可实现27mm以下小直径棒材加热和热轧工艺研究。
四辊冷-温轧工艺环境下可实现：
无张力单片轧制、有张力单片轧制，成卷恒张力冷轧和温轧轧制工艺研究和材料成型性能研究；
4）能满足控轧控冷的要求，设有加速冷却系统。
冷却方式、冷却速度可跟据要求调整，可以进行轧后超快冷、管层流组合式冷却控制和直接淬火实验研究；
5）本轧机吃料厚度与生产现场的连铸坯料厚相一致，可以实现生产轧机的轧制压缩比；
6）上下轧辊由二台直流电机通过复合式齿轮箱分别驱动，可实现同步轧制和异步轧制，通过强烈的异步剪切变形，细化晶粒，提高轧件厚度方向的组织均匀性和材料的冲击韧性，同时还能保证良好板形；
轧机具有机架间冷却功能，可以随时对轧件进行冷却，控制析出等组织转变。
上述异步轧制和机架间冷却功能对材料性能的提高和轧制工艺的创新具有十分重要的作用；
7）实验工艺过程控制计算机系统具备控轧控冷开发研究能力。
轧机装备了高水平的自动化系统和高精度的传感器，应用工艺过程控制计算机和基础自动化二级控制技术，轧机采用全数字可控硅直流传动，控制轧制和控制冷却过程完全基于计算机控制实现，过程机可进行轧制、冷却过程的设定、优化和实验数据处理，预留实验过程数据管理网络接口；
8）设有轧制力、轧制速度、压下位置、轧件温度、轧制扭矩、主电机电流和主电机功率等检测仪表，可以检测、记录、存储、显示、打印工艺和实验数据。
5.工艺设备布置图
二/四辊热轧、冷/温轧制实验机组工艺布置图，详见下图。
二/四辊热轧、冷/温轧制实验机组工艺布置图
6.主要材料
1）钛及钛合金处材料：
纯钛（TA0）、钛合金（TC4、TC18、TA15等）。
2）钢铁品种：
铁基（高强及超高强钢；
高合金钢；
重轨钢；
洁净钢等）、镍基合金（GH系列、Monel系列等）。
7.二/四辊热轧、冷/温轧制实验机组
二辊热轧工艺与设备
坯料种类
热轧扁平材实验坯料、小炉炼钢实验室扁锭，小直径金属棒材坯料。
热轧扁平材坯料规格
1）厚度：
30－200mm
2）宽度：
100－250mm
3）长度：
200－500mm
成品规格
Hmax=50-100mm，Hmin=2-12mm
100－350mm
500－5000mm
热轧工艺流程
根据热连轧轧制钛材、钢铁材料热轧生产工艺过程确定整个实验工艺过程：
坯料加热除鳞二辊可逆轧制组合式控制冷却在线剪切模拟卷取/热处理试样收集数据整理/存储。
二辊热轧机工艺参数（针对板材轧制）
1#电加热炉
加热炉炉膛尺寸：
550（H）×
1000（W）×
1500（L），可容纳200（h）×
350（w）×
500（l）mm的钢坯4块，加热炉炉内最高温度1400℃。
为了减少氧化铁皮的生成，该炉使用氮气保护。
加热温度的高低和升温曲线取决于钢种。
采用液压机械手上下料，加热后的钢坯用液压机械手移送到轧制线的上料辊道上。
1）型号：
RX4-60-13
2）额定功率：
65KW
3）额定电压：
380V
4）最高温度:
1400℃
5）炉膛尺寸：
长1500mm，宽850mm，高400mm（需定制）
6）控温精度：
±
1℃
7）炉温均匀度：
2℃
8）提温时间：
室温到1400℃加热时间在4.5小时
9）控制：
PLC全自动控制：
可编程多段，自动升温、自动保温、自动降温；
升温速率可调，具备DP数据总线通讯接口。
2#电加热炉（利旧）
500（H）×
650（W）×
820（L），加热炉炉内最高温度1280℃。
采用人工装料，人工与滑板配合将坯料移送到热轧机前的炉前辊道上。
加热炉控制系统增加现场DP数据总线通讯接口。
高压水除磷机
对试件坯料加热后的氧化皮的清理，在机前辊道上需要一台除鳞机，对于热轧实验轧机一般采用高压水除鳞和机械除鳞两种形式，较为常用的是高压水除鳞，除鳞范围大、效果好，更重要的是其贴近于生产现场环境，但对于实验用的较薄试件有温度损失，且造价高。
机械除鳞温度损失小，造价低，对于实验轧机用的厚、短试件的除鳞难以进行，除磷过程危险性较大其除鳞效果不好。
所以，基于上述情况，我们特殊设计了一套新型高压水除鳞机组，特别是针对汽车板等材料表面要达较高的轧件除磷效果很好，该设备已经在宝钢、鞍钢、太钢以及河北钢铁研究院成功应用。
高压水除鳞系统包括水箱、高压水压力发生装置、控制系统以及除鳞箱等组成，考虑坯料厚度不同，除鳞喷嘴高度可手动调节，保证对不同厚度试样在最大程度减少温降条件下的除鳞效果。
技术数据如下：
1）高压泵流量为：
330L/min
2）工作压力：
10－18.5MPa
3）最高水温：
60℃
4）进水压力：
1.5—3bar
5）驱动功率为：
130kW
6）控制及通讯：
独立控制系统，DP网络通讯形式
7）除鳞机喷射宽度：
350mm
8）喷嘴调节高度范围（手动）：
80-400mm
9）水源流量：
大于400l/min
10）水质：
自来水（自带水箱）
11）配电要求：
AC380V/50Hz，140kW
上料机械手
机械手主要用于较大的冷、热试样装炉和出炉，同时也可用于试验车间相关试样、设备的移动和摆放，本机械手最大夹持重量为600kg，最大抬升重量为1.5t，最小移动半径为2.7m。
该上料机械手为多功能专用工具，出上料中外可完成实验车间的设备材料摆放等多种工作任务。
二辊热轧机设备参数
1）轧制力max：
6800kN；
2）辊面宽度：
500mm，轧辊辊径：
600-560mm；
3）轧辊最大开口度：
220mm；
4）主机电机功率：
2×
400kW，DC440V；
5）电动压下速度：
6mm/s，液压压下速度：
8mm/s；
6）牌坊断面：
500×
400mm；
7）最大轧制力矩：
400kN-m；
8）压下电机：
22kW，DC440V；
9）辊道电机：
10×
AC5.5kW，380V；
10）轧制速度：
0～±
2.0m/s，无级调速；
11）机前、机后对中导板开口定位控制精度：
3mm；
12）轧制形式：
同步或异步轧制、单向或可逆轧制、楔形轧制等。
轧机的传动（冷-热轧制共用）
轧机主传动由2台直流电机通过复合减速机、十字轴式联轴器分别传动上下轧辊，轧制速度可在0-2.0m/s的范围内调整。
上下轧辊的速度比可以通过计算机和传动装置固定比值，此功能用于调整轧件向上下弯曲的弯曲方向。
轧辊平衡
由于上轧辊及其轴承座重力的作用，在轴承座与压下螺丝之间，压下螺丝与螺母之间均会产生间隙。
这样当轧件咬入轧辊时会产生冲击，影响轧件轧制质量，为防止这种现象的产生，设置轧辊平衡装置，以消除上述间隙。
平衡装置设置一个液压缸，平衡上述零件的重量。
压下系统工作过程
本轧机的压下系统为电动压下（APC）＋液压压下（APC+AGC）。
在轧机牌坊上部，安装压下直流电机2台，分别通过蜗轮－蜗杆机构驱动左、右2个压下螺丝，在安装于牌坊上部的压下螺母内转动，实现电动压下位置的调整。
电动压下的电机通过直流电机传动。
电动压下位置利用安装在压下螺丝杆上部的2台位置传感器（辊缝仪）测量。
两侧的压下螺丝可以单独调整，也可以通过离合器连在一起，同时调整。
电动压下和液压压下速度6mm/s。
为了实现低温大压下轧制，进行超细晶粒钢、低温高韧性钢、位错强化钢等的研究，轧机为可逆式高刚度2辊轧机，该二辊轧机设计成强力型轧机，最大轧制力设计为6800kN。
由于采用大压下量轧制，轧制力大，同时咬入弧比较长，轧制力臂比较长，因此轧制力矩较大，设计额定轧制力矩为320kN-m，可以满足低温大压下的要求。
为了达到30－40％单道次的大压下率，必须设法增大轧辊的咬入角，因此应当增大轧辊直径；
同时，轧辊直径的选取应当保证可以轧制出1.8mm厚的热轧带钢，所以本轧机的轧辊直径取作600-560mm，基本可以满足这种要求。
液压压下系统（冷-热轧共用）
液压压下可以用于厚度自动控制的微调、轧辊水平纠偏和平面形状控制实验，该轧机在电动压下丝杠与上辊轴承座之间装有液压缸系统。
液压压下速度可达10mm/s，以保证轧机反转时间内完成轧机的压下调整及进行平面形状控制。
轧机具有较高的频率响应性。
AGC液压系统数据如下：
轧机AGC液压控制采用独立液压系统。
1）系统压力：
25MPa
2）油缸压力：
21.5MPa
3）液压缸缸径：
ф560/460mm
4）液压缸行程：
50mm
5）液压缸状态检测：
位移：
MTS磁尺，轧制力：
油压测量轧制力。
组合式控制冷却系统
经过轧制的钢板，进入组合式冷却系统进行冷却，高冷却能力和精确控制的加速冷却系统是必须的，对冷却系统的要求是高冷却能力和高冷却精度，冷却能力指轧件可以达到的冷却速度。
冷却精度指终冷温度、冷却速度命中目标值的状况和温度均匀性的控制，为满足不同规格、不同钢种和不同性能要求产品对于冷却速度的要求，组合式冷却系统具有六种冷却控制策略：
1）超快速冷却模式；
2）常规按管层流冷却模式；
3）超快速冷却与常规冷却模式；
4）气雾冷却模式。
冷却系统由超快速-层流冷却-气雾冷却装置组成组合冷却系统。
超快速冷却装置和气雾冷却装置采用上下喷嘴独立加压供水控制，层流冷却装置采用上下层流喷嘴高位水箱压力和独立加压供水控制。
这种组合式控制冷却具有对带钢和钢板实行加速冷却（ACC）和直接淬火（DQ）两种冷却功能，冷速可以在空冷和淬火的冷却速度范围内进行无级调节和控制。
在温度400～800℃范围，对于超快速冷却装置：
板厚10mm时最大冷却速度70～120℃/s，板厚20mm时最大冷却速度50～85℃/s，板厚30mm时最大冷却速度30～65℃/s，板厚50mm时最大冷却速度15～23℃/s。
对于常规冷却装置：
厚度≤3mm的轧件，气雾冷却能力为150℃/s，板厚10mm时最大冷却速度50～80℃/s，板厚20mm时最大冷却速度30～40℃/s，对于50mm时最大冷却速度8℃/s，并能保证较小冷却速度时的冷速稳定。
在加速冷却系统中，轧件的冷却方式可以是通过式冷却，也可以是摆动式冷却，这依轧件的厚度和长度等选择确定。
轧件的终冷温度、冷却速度、冷却均匀性等可以通过快速阀门的开闭、水量调整、辊道速度及加速度调整进行控制。
快冷系统主要参数
1）型式：
UFC快速冷却＋ACC层流冷却
2）控冷钢板厚度范围：
5~60mm（常规），最小板厚：
2mm，最大板厚：
80mm；
3）带钢宽度：
300mm，冷却区长度：
5200mm；
4）冷却辊道线速度：
0.1～1.5m/s；
5）每组超快冷装置流量：
20-70m3/h；
6）每组ACC常规装置流量：
10-30m3/h；
7）UFC供水泵电机功率：
AC200kW；
8）冷却水压力：
1.0MPa；
9）UFC冷装置数量：
8组；
10）ACC冷装置数量：
11）UFC冷装置上部喷嘴调整范围：
100~300mm；
12）ACC冷却系统供水：
采用高位水箱或恒压泵供水，水箱容积：
20m3；
13）整个控制冷却系统的供水均为自循环供水（即：
不需要外部提供大水量，只需要定期向系统补充新水）；
14）压缩空气压力：
6.0kg（考虑瞬时供气流量的稳定性，建议工厂设计考虑一台2.5-3m3储气灌）。
15）冷却风、水系统：
自来水自循环系统（需要定期向系统补充新水，新水补水量：
30m3/h）
16）UFC冷却装置供水方式：
地下水池，容积：
60m3。
地下水池和高位水箱组成一套自循环供水系统，可以满足ACC+UFC的冷却工艺实验过程的用水量。
17）快冷用水水质
序号
项目
指标
1
PH值
6～8
2
碳酸盐硬度
>
3odH
3
铁含量
<
0.2mg/L
4
氧含量
4~6mg/L
5
腐蚀性碳酸
6
氨含量
7
硫化氢含量
8
氯化物含量
100mg/L
9
碳酸盐含量
500mg/L
10
蒸发残留
11
进水压力
0.3～0.5Mpa
12
进水温度
30℃
13
轧机液压站冷却水耗量
15m3/h
14
剪切机液压站冷却水耗量
10m3/h
注：
1oDH代表水中碳酸钙含量0.06毫克/升，为德国单位。
模拟卷取炉
用于热轧钛板或钢板的模拟卷取过程。
在模拟热连轧过程中，考虑试件成品为单片形式，故要通过液压剪将其单片试样切成短料的试件送到模拟卷取炉中进行冷却，带材在模拟卷取炉中以设定的冷却速率进行冷却，以模拟热带卷取后的实际冷却过程。
冷却制度可控，轧件冷却速度（平均值）：
0.2～1.0℃/min。
1）数量：
1台
2）型号：
RXH4-40-17
3）额定功率：
35kW
4）额定电压：
380V/50Hz
5）最高温度:
900℃
6）炉膛尺寸：
长1000mm，宽800mm，高400mm
7）控温精度：
8）炉温均匀度：
微电脑全自动控制：
操作方便，可编程多段，自动升温、自动保温、自动降温；
升温速率可调。
液压剪切机
热带轧制的中间料（热料）和冷却后的低温轧件（冷料），需要进行剪切。
冷、热液压剪机布置在控冷辊道后，热剪切厚度：
30mm，剪切温度：
800℃以上，冷剪切厚度20mm，最大板宽：
400mm，并配有下料收集装置。
剪后辊道上设置1个手动定尺挡板，用于定尺剪切。
剪切机技术参数：
1）剪切材料：
钛板，钢板
2）冷剪：
最大剪切厚度：
20mm
3）最大剪切宽度：
400mm
4）热剪：
（800℃以上）
5）最大剪切厚度：
30mm。
6）最大剪切宽度：
7）剪切力：
1600kN
8）单位剪切阻力：
＝700MPa
9）剪切速度：
5次/min
10）剪刃开口度：
135mm
淬火槽
采用动力搅拌循环水，冷却介质选用水。
淬火槽尺寸：
800mm宽，长2000mm，高500mm。
缓冷槽
缓冷槽主要用于季节性和对于一些非冷却热轧试样进行保护性缓冷处理，本设备为轮式箱型不锈钢结构，可以根据需要移动位置。
缓冷槽外形尺寸：
600（H）500（W）4000（L）
二辊棒材热轧机工艺设备（针对小直径棒材轧制）
棒材坯料和成品规格
1）坯料尺寸：
27500mm
2）成品尺寸：
10-121500mm
二辊棒材热轧实验轧机
通过更换二辊孔型辊热轧工艺环境下，可实现27mm以下小直径棒材加热和热轧工艺研究。
考虑棒材轧制过程中的轧辊孔型与对应导位工艺布置，将原轧辊辊身宽度由500mm调整至600mm，轧辊辊缝中心线高度上移60mm，考虑轧制速度较低和机架内侧宽度限制，导位采用固定式整体结构，采用人工夹持喂料方式，机架内侧原始宽度不变。
棒材热轧工艺流程
根据棒材热轧生产过程的工艺特点确定。
常规实验过程如下：
选定并排序待轧棒材试样选择棒材轧制工艺操作方式手动钳夹试样至相应孔型进行可逆轧制观察工艺数据（此时已自动纪录）试样手动标识试样选取和数据整理。
二辊棒型材热轧机设备参数
30×
400mm棒材坯料或30×
400mm矩形材坯料
2）成品试样尺寸：
12×
1200mm棒材料或10×
1200mm矩形材
3）轧制力max：
1800kN；
4）轧辊尺寸（帮型材孔型轧辊）：
400-360×
600mm；
5）轧辊最大开口度：
50mm；
6）主电机需用功率：
100kW，DC440V；
7）压下形式：
液压压下速度：
8）轧制速度：
0-±
1.0m/s
9）辊缝位置调节：
全液压轧制
10）出入口导位及材料：
固定式整体结构，材料：
耐磨钢
11）冷却形式：
利用板材控制冷却机组
12）导位形式：
整体固定式导位，人工送接料。
13）轧件温度测量：
手持红外测温仪
四辊冷/温轧工艺与设备（针对单片或成卷冷轧材料轧制）
冷轧坯料规格
1－4mm
100－300mm
产品规格
1）最薄可轧厚度：
0.15mm
2）带材宽度：
100-300mm
四辊冷-温轧实验轧机
无张力单片轧制、有张力单片轧制，成卷恒张力
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