高线轧线工艺控制要求概述.docx

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高线轧线工艺控制要求概述

高速线材工程

轧线工艺控制要求

高速线材工程

轧线工艺控制要求

部门负责人：

主任工程师：

审核人：

主任设计师：

设计师：

1概述

四川省####钢铁集团有限责任公司新建50万t/a高速线材生产线，场地西南侧为####公司办公大楼及11kV变电所，场地东北侧为金山寺社区，场地东南侧为####厂区内运输主干道，场地西北侧与公司职工宿舍相邻。

场地标高介于283.1m～305.3m之间。

1.1生产规模及产品大纲

本车间年产Φ5.5～16mm的光面线材盘卷和Φ6.0～16mm的螺纹钢线材盘卷（并预留Φ5.0～22mm线材盘卷的生产能力），共计50万t。

生产的钢种主要有碳素结构钢、低合金钢、优质碳素结构钢、预应力钢丝钢铰线、焊条钢、冷镦钢、弹簧钢和轴承钢等。

车间产品大纲见表1。

表1产品大纲

序号

钢种

代表钢号

规格范围（mm）

合计

比例

Φ5.0～6.5

Φ7～12

Φ13～16

Φ17～22

碳素结构钢

Q235

20000

10000

60000

12.0

低合金钢

20MnSi,30MnSi

20000

10000

30000

6.0

HRB335,HRB400

10000

20000

10000

40000

8.0

优质碳素结构钢

45～65

20000

30000

10000

5000

65000

13.0

预应力钢丝钢绞线

82B

30000

50000

80000

16.0

焊条钢

H08

15000

10000

25000

5.0

冷镦钢

SWRCH8A

30000

50000

20000

10000

110000

22.0

弹簧钢

65Mn

10000

40000

8.0

轴承钢

GCr15

10000

20000

10000

50000

10.0

合计

115000

210000

130000

45000

500000

23.00

42.0

26.00

9.00

100

盘卷参数：

外径Φ1250mm

内径Φ850mm

卷高~1800mm（压紧打捆后）

卷重~2.04t（极限最大卷重~2.19t）

1.2原料及金属平衡

车间所用原料为####连铸车间提供的合格连铸坯。

连铸坯规格为：

150×150×12000mm，单重2079kg。

连铸坯执行标准YB/T2011-2004，弯曲度每米不得大于20mm，总弯曲度不得大于总长度的2％。

车间年产线材盘卷50万t，年需连铸坯52.083万t，综合成材率96％，金属平衡见表2。

表2金属平衡

序号

钢种

原料量（t）

成品量

烧损及氧化

切头轧废

金属消耗系数

t/a

碳素结构钢

62500

100

60000

96.0

620

1.0

1880

3.0

1.042

低合金钢

72920

100

70000

96.0

730

1.0

2190

3.0

1.042

优质碳素结构钢

67710

100

65000

96.0

680

1.0

2030

3.0

1.042

预应力钢丝钢绞线

83330

100

80000

96.0

830

1.0

2500

3.0

1.042

焊条钢

26040

100

25000

96.0

260

1.0

780

3.0

1.042

冷镦钢

114580

100

110000

96.0

1150

1.0

3430

3.0

1.042

弹簧钢

41670

100

40000

96.0

420

1.0

1250

3.0

1.042

轴承钢

52080

100

50000

96.0

520

1.0

1560

3.0

1.042

合计

520830

100

500000

96.0

5210

1.0

15620

3.0

1.042

1.3生产工艺流程

线材生产工艺过程包括原料准备、加热、轧制、控制冷却及精整等工序，整个生产工艺过程是连续的、自动化的。

由连铸车间供给的合格钢坯，用汽车运入原料库按炉号钢种堆放。

根据生产指令，磁盘吊车将钢坯从垛位上成排吊到上料台架并逐根移送到入炉辊道上，钢坯在此经表面质量检查并核对钢种、炉号后，将不合格钢坯剔出到废料收集台架上，合格钢坯在入炉辊道上经称重、测长后送入步进梁式加热炉加热。

钢坯在加热炉内加热到950℃～1150℃，由炉内出炉辊道逐根送出炉外，经快速高压水除鳞、保温辊道后进入轧机轧制。

轧件在粗轧、中轧、预精轧、精轧共28个机架中进行连续轧制，轧成Φ5.5～16mm光面线材及Φ6.0～16mm螺纹钢线材。

根据轧制规格不同，轧制道次和使用机架数也不同。

成品最大保证轧制速度90m/s。

预留的减定径机组实施后，成品最大保证轧制速度可达105m/s。

为使轧制顺利进行，减少事故及处理事故时间，在6＃、12＃机架后设有切头、切废飞剪，在精轧机组前设有切头飞剪和废品碎断剪；在预精轧间、精轧机组前设有事故卡断剪。

为获得好的产品表面质量，轧件全线无扭轧制，并在椭圆断面轧件进入下一轧机前采用滚动导卫诱入。

为获得好的产品尺寸精度，在1＃～12＃机架间采用微张力轧制，在12＃机架至精轧机组间采用立活套或水平活套装置实现无张力轧制。

为获得好的产品冶金性能，在预精轧机组后和精轧机组后分别设有水冷段对轧件进行控制冷却，将进入精轧机组的轧件温度控制在800～950℃，以实现低温高速控制轧制。

为控制产品尺寸精度和表面质量，在预精轧机组后和精轧机组后设有在线测径装置，并预留减定径机组及其后水冷段，以便对轧件尺寸精度和表面质量进行连续监控，快速反馈。

从精轧机组轧出的轧件，经水冷至800～900℃，由吐丝机将直线运行的线材形成线圈并平铺到延迟型大风量散卷冷却运输机上进行冷却，以获得最终用途的金相组织和冶金性能。

线圈到达运输机末端时，已冷却至600℃以下，然后落入双芯棒集卷筒内，将互相搭接的线圈收集成松散盘卷。

当一卷收集完后，芯棒旋转到水平位置，由运卷小车将盘卷运到积放式钩式运输机并挂到C型钩上。

盘卷在运输机（P/F线）上继续冷却，并进行检查、修剪、取样。

在压紧打捆机处进行压紧打捆，然后运至盘卷称重设备处称量、挂标牌，最后将盘卷运到成品库卸卷站卸下，用电磁挂梁起重机吊运，将盘卷按钢种、炉号或规格等要求堆放在成品库内，发货时用汽车运出。

生产工艺流程见图1。

图1生产工艺流程图

1.4工作制度

采用三班连续工作制，节假日不休息，轧机年工作时间6500小时，车间每年大修或中修一次，每次平均为15天，小修每星期一次,每次平均8小时。

具体时间分配见表3。

表3车间年工作时间

日历天数

非工作日

规定工

作时间

其它停工时间

年工作时间

大、中修

小修

合计

交接班

换辊及其它

合计

365

333

7992

500

992

1492

6500

1.5轧机能力

轧机负荷率约87.1%。

1.6轧机选型及组成

根据钢坯断面、产品规格及其尺寸精度的要求，全线采用连续无扭轧制。

共分5个机组，由粗轧6架、中轧6架、预精轧6架、精轧10架及减定径机4架（预留）组成，共32个机架。

粗轧机组（1H～6V）由4架Φ610/520mm和2架Φ480/420mm轧机组成；中轧机组（7H～12V）由4架Φ480/420mm和2架Φ380/320mm轧机组成；预精轧机组前2架（13H～14V）由Φ380/320mm轧机组成。

上述机架均为短应力线轧机，呈平立交替布置，每架轧机采用直流电机经组合齿轮箱单独传动，立式轧机为上传动。

1H～14V轧机由南京联强设计及供货。

预精轧机组后4架（15H～18V）由Φ285/255mm悬臂辊环式紧凑型机架组成，呈平立交替布置，每架轧机采用直流电机经组合齿轮箱单独传动。

精轧机组由5架Φ228.3/205mm和5架Φ170.7/153mm轧机组成，顶交45°超重型无扭轧机，由一台交流调速电机经联合齿轮箱集中传动，轧辊为悬臂辊环式，轧辊轴线与地平面呈45°，相邻两机架间轧辊轴线互成90°布置，使用碳化钨辊环。

15H～18V及线材精轧机组等由哈飞机电设备制造公司设计及供货。

减定径机组预留。

轧机组成及主要技术参数见表4。

表4轧机组成及参数

机组

机架

轧辊尺寸（mm）

主电机

备注

最大辊径

最小辊径

辊身长度

基速

高速

类型

粗轧机组

610

520

750

500

700

1400

南京联强

610

520

750

500

700

1400

610

520

750

500

700

1400

610

520

750

500

700

1400

480

420

650

500

700

1400

480

420

650

500

700

1400

中轧机组

480

420

650

600

700

1400

南京联强

480

420

650

600

700

1400

480

420

650

600

700

1400

10V

480

420

650

600

700

1400

11H

380

320

600

700

1400

12V

380

320

600

700

1400

预精轧机组

13H

380

320

600

700

1400

南京联强

14V

380

320

600

700

1400

15H

285

255

600

700

1400

哈飞机电设备公司

16V

285

255

600

700

1400

17H

285

255

600

700

1400

18V

285

255

600

700

1400

精轧机组

228

205

71.7

5500

1000

1500

哈飞机电设备公司

V型

228

205

71.7

228

205

71.7

228

205

71.7

228

205

71.7

171

153

171

153

171

153

171

153

171

153

减定径

预留

注：

H－水平机架，V－立式机架，V型－顶交45°。

最终的轧机及其主电机技术参数等以订货后返回的资料为准。

1.7

车间工艺平面布置

车间工艺平面布置详见附图。

主轧线从上料台架至集卷站的设备均布置在+5.0m高架平台上。

+5.0m平台下设有液压站、润滑站、高压水除鳞泵站、各种介质管线、电缆桥架、切头切废收集装置等。

2操作室及操作点

2.1操作室设置及控制范围

a）CS1：

装炉操作室

控制范围：

上料台架、炉前废坯剔除装置、入炉辊道一、入炉辊道二（含称重装置和测长辊）、升降挡板、炉内定位推钢机（由上海嘉德确定）、炉门升降装置（由上海嘉德确定）等。

b）CS2：

出炉操作室（加热炉仪表室/计算机室）

控制范围：

步进梁式加热炉（由上海嘉德确定）、出钢机（由上海嘉德确定）、炉门升降装置等（由上海嘉德确定），高压水除鳞装置、出炉保温辊道、炉后废坯剔除装置。

c）CS3：

主操作室

控制范围：

粗轧前夹送辊、粗轧机组、中轧机组、预精轧机组、精轧机组、减定径机组（预留）、吐丝机前夹送辊、吐丝机、风冷线、风冷线风机、粗轧后飞剪、中轧后飞剪、精轧前切头飞剪、卡断剪、碎断剪、立活套、水平活套、水冷段、轧机与液压润滑站的联锁、与水系统的联锁。

d）CS4：

集卷操作室

控制范围：

集卷站、运卷小车、与PF线的联锁、与集卷液压站的联锁。

e）CS5：

打捆操作室

控制范围：

打捆机、盘卷升降及气动加紧、与PF线的联锁、与打捆液压站的联锁。

f）CS6：

称重操作室

控制范围：

PF线相关设备、称重装置、称重液压系统、标牌打印机、与PF线的联锁。

2.2操作点

说明：

以下操作点（机旁箱）的设置仅从工艺角度考虑，供电气专业参考。

具体数量及控制范围等可与我专业协商。

CD1：

1#～3#轧机机旁操作箱，就地控制粗轧前夹送辊及1#～3#轧机；

CD2：

4#～6#轧机机旁操作箱，就地控制4#～6#轧机、粗轧后飞剪等；

CD3：

7#～9#轧机机旁操作箱，就地控制7#～9#轧机等；

CD4：

10#～12#轧机机旁操作箱，就地控制10#～12#轧机、中轧后飞剪、飞剪后活套等；

CD5：

13#～14#轧机机旁操作箱，就地控制13#～14#轧机及活套等；

CD6：

15#～18#轧机机旁操作箱，就地控制15H前水平活套、卡断剪、15#～18#轧机及其保护罩、活套、精轧前水冷段等；

CD7：

精轧机组机旁操作箱，就地控制精轧前切头飞剪、飞剪后转辙器、碎断剪、水平活套、卡断剪、线材精轧机组及其保护罩、精轧后水冷段等；

CD8：

吐丝机机旁操作箱，就地控制吐丝机前夹送辊、吐丝机、风冷线及风机等；

CD9：

风冷线平台上操作箱，就地控制风冷线辊道、保温罩等；

CD10：

集卷站机旁操作箱（平台上），就地控制集卷站上部设备、风冷线末段辊道升降及平移、风冷线入口辊道升降等；

CD11：

卸卷站机旁操作箱，就地控制卸卷站及其与液压系统、PF线等的连锁；

CD12：

轧机翻转装置机旁操作箱，就地控制立式轧机翻转装置。

平台下的液压站、润滑站、高压水除鳞泵站等机旁操作箱由相关专业或单位提供。

3控制方式的选择

对轧线控制应有四种方式，在选择了其中的任意一种控制方式后，其余三种控制方式自动锁闭。

●自动控制

根据各工艺设备的运行状况，自动地完成全线各工作程序及设备之间的运行和联锁等功能，此时全线为自动控制。

●半自动控制

根据各工艺设备的运行状况，自动地完成区域或局部设备各工作程序及设备之间的运行和联锁等功能，对个别难以实现自动控制的设备采用手动控制，此时全线为半自动控制。

●手动控制

操作员通过操作台、机旁操作箱对工艺设备进行单项操作，主要用于设备维修、更换或故障时的紧急操作。

●设备锁闭

检修和停产时使用，防止发生人身和设备事故。

4控制要求

整条轧线分为上料至出炉区域、粗中轧区域、预精轧区域、精轧区域、吐丝机及风冷线区域、集卷区域、精整区域。

4.1上料至出炉区域

该区域工艺控制要求详见“上料系统及出炉辊道区域工艺控制要求”。

4.2粗中轧区域

包括粗轧前夹送辊、粗轧机组1H～6V、粗轧后飞剪（1#飞剪）、中轧机组7H～12V、中轧后飞剪（2#飞剪）等设备。

工艺流程简述：

钢坯由粗轧前夹送辊送入粗轧机组轧制，经1#飞剪切头、中轧机组轧制，再经2#飞剪切头后，送入预精轧机组。

当1#飞剪或2#飞剪下游机组出事故时，可对轧件进行连续碎断。

粗轧机组采用箱-椭圆-圆孔型系统，中轧机组采用椭圆－圆孔型系统，粗中轧机组采用微张力轧制。

4.2.1粗轧前夹送辊

4.2.1.1设备组成及技术参数

主要由电机、机架、减速机、夹送辊子、润滑系统、夹紧气缸及夹送辊前的一对手动可调导板等组成。

主要技术参数

●下辊电机驱动，上辊气动夹紧；

●辊子尺寸：

Φ295×450mm；

●电机功率：

30kw；

●开口度：

115～229mm；

●夹送钢坯速度：

0.2～1.5m/s。

4.2.1.2机械功能

用于向1H轧机输送轧件，帮助轧机咬入轧件。

4.2.1.3操作及控制地点：

CS3；CD1。

4.2.1.4控制方式

a）自动模式

夹送辊通常处于打开状态，在加热炉根据主操作室CS3发出的“要钢”指令把加热好的钢坯输出后，当夹送辊前的热金属检测器检测到轧件时，夹送辊开始运转，在轧件头部进入夹送辊的同时，夹送辊上辊压下将轧件夹住送入1H轧机，在1H轧机咬入轧件后，夹送辊打开停转处于待料状态。

b）手动模式

在生产故障及设备维修时，可以操作夹送辊开闭、正转、反转及停止。

4.2.1.5工艺联锁及启动运行条件

自动模式

夹送钢坯速度与粗轧机组1H的入口速度保持一致。

在1H轧机咬入轧件后，夹送辊打开停转处于待料状态。

4.2.2粗轧和中轧机组1H～12V

4.2.2.1设备组成及技术参数

详见表4，具体轧机参数由南京联强提供。

4.2.2.2机械功能

将150×150mm的方坯轧制成Φ32～35mm的中间圆。

4.2.2.3操作及控制地点：

CS3；CD1～CD4。

4.2.2.4控制方式

a）自动模式

见粗中轧区域工艺流程简述。

在CS3上人工手动设定轧机轧辊转速（包括单机架速度设定和调用轧制成序表）。

正常生产时，自动控制系统根据各架轧机主电机电流（或轧制力矩、轧制力等参数）变化情况，自动逆向调节（级联调节）各架轧机轧辊转速，实现微张力轧制。

要求自动控制系统具有自学习功能。

CS3可切断自动控制系统对其的控制。

b）手动模式

在CS3上人工手动控制轧机主传动开车、正反运转、爬行运转、点动、停车、机架横移、轧速单调及级联调节。

各机架轧辊转速在CS3上人工手动设定，并配有速度微调装置和速度显示仪表。

轧速单调是指只调节某架轧机的轧辊转速，其它机架轧辊转速不变；而轧速级联调节，要求所调轧机及“上游”各架轧机轧辊转速均按规定比例同时升降，“下游”轧机轧辊转速不变。

轧机换辊或设备检修时，在CD1～CD4上人工手动控制轧机主传动开车、正反爬行运转、停车、点动、机架横移、机架锁紧及打开，要求各架轧机单动。

CS3可切断CD1～CD4对轧机及主传动的控制。

具体见南京联强提供的电控任务书。

4.2.2.5工艺联锁及启动运行条件

a）机组的启动

●液压系统正常；

●稀油润滑系统正常；

●干油润滑系统正常；

●轧辊冷却水系统正常；

●净环水系统正常；

●压缩空气等介质正常；

●无其它电气及设备故障。

b）机组的运行

控制系统对轧线的设备、电气及各种公辅介质系统的状况进行实时监控，并根据其是否正常以及产生异常情况的程度，作出相应的响应。

c）轧机主电机的启动

粗轧机组、中轧机组和预精轧机组共18架轧机，以主传动电机为单元，可以任意组合启动或单独启动。

d）主电机的紧急制动功能

1H～12V轧机主电机需有紧急制动功能，可以单独制动也能成组紧急制动，制动时间拟定为2～3秒。

成组紧急制动要求所有电机的停止时间一致，以免发生新的事故。

e）连轧机组速度的调节方式

以主电机为单元，控制系统对电机速度的调整方式有三种：

点动、单独调节和级联调节。

●点动

为当任一机架需要微调时，可使该轧机正向或反向点动。

●单独调节

轧机速度的单独调节即是指某架轧机速度的升高或降低（不带负荷），事故时，轧机可单独正、逆向转动。

●级联调节

轧机速度的联调为逆调，即当轧制某一规格的成品机架的速度一经设定后，在轧制过程中如无人工介入即不再变更其设定值，并由PLC根据延伸关系（即秒流量相等的原则），确定出上游各机架的轧制速度（一般由轧制表直接确定）。

当轧制过程中任何机架间发生堆、拉钢时，PLC自动调整堆、拉机架间上游机架的速度（无论自动或手动干预），则上游各机架的速度依次按延伸关系进行升速或减速，下游机架的轧制速度将不受影响。

轧机速度级联控制还对轧机各机架的速度进行监控，当某机架的速度超过可能导致设备损坏的限定值时，PLC将发出报警并且使轧线紧急停车。

操作人员在轧制过程中可以对某机架的轧制速度进行调整，但是轧机速度设定控制功能将对操作人员每一次的调整幅度有限制。

f）微张力轧制

粗轧机组和中轧机组的两两机架间采用微张力轧制，允许张力值为2～5MPa。

微张力控制按照下述过程进行：

当轧材穿过“N”机架，动态速降恢复并且“N＋1”机架将要咬钢时，PLC检测“N”机架的电动机力矩并将其存储起来，当“N＋1”机架咬钢后，微张力控制功能对“N”机架的电动机转速进行调整并使“N”机架力矩恢复到与存储的力矩值保持一个预设定的微小差值，这两个机架间力矩的微小差值就是两个机架间轧材上所受到的微张力。

“N”机架和“N＋1”机架之间的微张力控制必须在“N＋2”机架将要咬钢之前完成，因此要求PLC的执行速度和精度必须很高。

在前后两根轧材之间，微张力控制对机架速度的调整将被记忆，即上根轧材的调整“经验”可以被用于下一根轧材。

微张力控制功能执行后的机架间速度调整将由轧机速度级联控制来实现。

g）接轴定位控制

所有轧机在换辊停车时，以爬行速度（基速的10％）制动，其主传动接轴需设置停止位置的定位装置，使轧辊扁头的停止位置垂直地面，其允许的角度偏差值为1.5度。

注：

以上仅为工艺控制要求，设计时需与南京联强提供的电气任务书统一考虑。

4.2.3粗轧后飞剪

4.2.3.1设备组成及主要技术参数

由1台直流电机、联轴器、主减速机、传动齿轮箱、曲柄（四杆机构）、刀刃等组成。

主要技术参数（详细技术参数由南京金鑫提供）：

●型式：

曲柄式，起停工作制；

●功能：

粗轧后切头、碎断；

●剪切断面：

Φ72～75mm；

●剪切轧件速度：

V=0.5~1.2m/s（Φ72～75mm）；

●剪切温度：

≥900℃；

●剪切轧件钢种：

碳素结构钢、低合金钢、优质碳素结构钢、预应力钢丝钢铰线、焊条钢、冷镦钢、弹簧钢和轴承钢等。

4.2.3.2机械功能

切头、切尾、碎断。

4.2.3.3操作及控制地点：

CS3、CD2。

4.2.3.4操作过程

a）自动模式：

在生产中，当粗轧后飞剪前的热金属检测器检测到轧件的头部时开始计时，并根据粗轧机组出口速度计算延时剪切时间，启动飞剪切头。

同理完成切尾。

在中轧及中轧后的轧线设备出现故障时，自动启动飞剪对后继轧件进行碎断。

b）手动模式：

在中轧及中轧后的轧线设备出现故障时，手动启动飞剪对后继轧件进行碎断。

在生产故障及设备维修时，可以操作飞剪正转、反转及停止。

4.2.3.5联锁关系

自动模式：

与粗轧机组的联锁：

飞剪切头、碎断时的剪切速度要适应粗轧机组的出口速度。

与中轧机组的联锁：

飞剪切尾时的剪切速度要适应中轧机组的入

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