現(xiàn)代大型鋁板帶熱軋生產(chǎn)線平面布置設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

薛春江，彭 慧，金玉成，張 巍

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，內(nèi)蒙古 包頭 014010； 2.包頭市供電局，內(nèi)蒙古 包頭 014010； 3.中冶東方工程技術(shù)有限公司，山東 青島 266000)

一條現(xiàn)代化的大型鋁板帶熱軋生產(chǎn)線的生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品方案、工藝技術(shù)和工藝計(jì)算確定以后，工藝布置即成為決定產(chǎn)能發(fā)揮、產(chǎn)品質(zhì)量、操作維護(hù)、未來發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。合理的工藝布置應(yīng)當(dāng)綜合考慮總圖情況、工藝流程、物料流向、主要設(shè)備組成、節(jié)能經(jīng)濟(jì)、安全健康等方面的因素。

1 主要設(shè)備及輔助設(shè)施布置

關(guān)于鋁板帶熱軋線主體設(shè)備的間距、主軋跨跨度、軋制中心線至傳動(dòng)側(cè)柱列線的距離等關(guān)鍵工藝布置參數(shù)的確定有關(guān)文獻(xiàn)已做了較為詳細(xì)的論述[1]，以下重點(diǎn)對鑄錠銑面機(jī)、軋輥磨床和熱軋線輔助流體系統(tǒng)的工藝布置設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 銑面機(jī)

銑面機(jī)作為鑄錠熱軋前表面加工的專用設(shè)備，依據(jù)項(xiàng)目總體規(guī)劃、具體工藝要求以及用戶的使用習(xí)慣等的不同，在工藝分區(qū)和平面布置上不盡相同。有的廠布置在熔鑄車間，與鋸切形成鋸-銑聯(lián)合加工工序，有的廠則布置在熱軋車間原料準(zhǔn)備區(qū)，作為獨(dú)立的加工設(shè)備。

現(xiàn)代化數(shù)控鑄錠銑面機(jī)可實(shí)現(xiàn)一次銑削鑄錠一個(gè)大平面、兩個(gè)角度小平面以及一個(gè)垂直面，通過翻錠機(jī)構(gòu)將鑄錠翻轉(zhuǎn)180°之后返回工作臺(tái)或者進(jìn)入另一臺(tái)銑面機(jī)完成相同的加工，一個(gè)循環(huán)可以高效率完成鑄錠兩個(gè)大平面、四個(gè)角度小平面以及兩個(gè)垂直平面共8個(gè)面的加工。

在設(shè)備的選擇和布置上，可以根據(jù)產(chǎn)能、投資、場地等具體情況考慮選擇1臺(tái)或者2臺(tái)銑面機(jī)。1臺(tái)銑面機(jī)需要鑄錠翻轉(zhuǎn)后折返，輔助時(shí)間增加，但節(jié)省投資；2臺(tái)銑面機(jī)既可以單機(jī)運(yùn)行，也可以布置成聯(lián)機(jī)模式，設(shè)計(jì)成連續(xù)生產(chǎn)線，節(jié)約輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)可以根據(jù)投資和產(chǎn)能發(fā)展靈活選擇分期建設(shè)，如圖1所示。設(shè)備基礎(chǔ)和公輔設(shè)施一次設(shè)計(jì)，整體施工。

圖1 鑄錠銑面機(jī)布置圖Fig.1 Layout of ingot milling machine

1.2 軋輥磨床

現(xiàn)代大型鋁板帶項(xiàng)目都設(shè)計(jì)有獨(dú)立的軋輥磨床間，統(tǒng)籌考慮熱軋機(jī)和冷軋機(jī)的工作輥、中間輥以及支撐輥的新磨、重磨等任務(wù)。在工藝布置上需要兼顧熱軋輥和冷軋輥的運(yùn)輸流向，同時(shí)盡量使磨床的布置方向與軋輥的長度方向一致，避免軋輥磨削前后的轉(zhuǎn)向，減少輔助時(shí)間，提高工作效率。比較理想的軋輥磨床間布置如亞洲鋁業(yè)有限公司板帶項(xiàng)目工藝布置，軋輥磨床設(shè)置在熱軋車間和冷軋車間延伸的交叉直角拐點(diǎn)處，可以保證熱軋輥和冷軋輥的運(yùn)輸方便，同時(shí)避免熱軋和冷軋工作時(shí)振動(dòng)對磨削精度的影響[2]。寧夏錦寧巨科鋁板帶項(xiàng)目軋輥磨床間的布置也很有特點(diǎn)，如圖2所示，熱軋跨和冷軋跨平行布置，軋輥磨床間與之垂直且中間相隔一個(gè)熱軋平面庫，熱軋輥和冷軋輥通過過跨平車運(yùn)輸至軋輥磨床間進(jìn)行加工。這樣的布置可以實(shí)現(xiàn)軋輥長度方向與磨床加工方向一致，有效避免了軋輥磨削前后90°轉(zhuǎn)向帶來的輔助時(shí)間增加、工作效率下降等問題，同時(shí)也可以保證磨削精度不受振動(dòng)影響。

圖2 典型鋁板帶項(xiàng)目軋輥磨床間平面布置Fig.2 Layout of the roll grinder room for typical aluminum strip project

1.3 熱軋機(jī)輔助流體系統(tǒng)布置

一條現(xiàn)代化大型鋁板帶熱軋線的先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)不僅需要先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)和成熟、可靠的機(jī)械設(shè)備，還需要功能完善、性能穩(wěn)定、快速響應(yīng)的輔助流體系統(tǒng)的強(qiáng)力支撐。鋁板帶熱軋線輔助流體系統(tǒng)主要包括液壓系統(tǒng)、稀油潤滑系統(tǒng)、乳化液潤滑系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)等。多機(jī)架熱連軋作為鋁板帶熱軋的典型生產(chǎn)方式，輔助流體系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、占地面積龐大，大部分需要布置在地下，底標(biāo)高大約-7 m～-10 m，局部可能更深，土建工程量非常大。因此，輔助流體系統(tǒng)應(yīng)靠近用戶點(diǎn)緊湊布置，并與設(shè)備基礎(chǔ)、電纜隧道和各種介質(zhì)管溝統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)，形成綜合的地下構(gòu)筑物布置方案，既要滿足生產(chǎn)檢修維護(hù)方便，又要盡量節(jié)省工程量，還需要重點(diǎn)考慮地下室的防火、通風(fēng)和排水等問題。典型鋁板帶熱軋線輔助流體系統(tǒng)布置如圖3，軋機(jī)區(qū)域地下構(gòu)筑物采用成片連通設(shè)計(jì)，按照相關(guān)防火規(guī)范和功能要求劃分成若干區(qū)域，用防火墻隔開。設(shè)置獨(dú)立的機(jī)械送排風(fēng)，保證地下室的通風(fēng)效果，特別是軋機(jī)乳化液潤滑系統(tǒng)散熱量大，需要在通風(fēng)設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮。電纜隧道可設(shè)計(jì)在地下室頂板下靠近軋線傳動(dòng)側(cè)的一角，滿足防火規(guī)范要求的同時(shí)有效利用了地下室空間。

圖3 典型鋁板帶熱軋線輔助流體系統(tǒng)平面布置Fig.3 Layout of auxiliary fluid system of typical aluminum strip hot rolling line

2 廠房設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

鋁板帶熱軋車間一般由輔助跨、主軋跨和中間庫等組成，其中輔助跨一般與主軋跨并行布置，中間庫視總圖及下游冷軋工序銜接情況可平行布置也可垂直布置。熱軋輔助跨布置有原料庫、軋機(jī)主電機(jī)室、粗精軋電氣室及軋機(jī)排煙室等。地下部分布置有粗精軋機(jī)乳化液潤滑站、主電機(jī)潤滑站及風(fēng)機(jī)房等。主軋跨廠房設(shè)計(jì)參數(shù)的確定已做過詳細(xì)論述[1]，以下重點(diǎn)對熱軋?jiān)蠋旌蜔彳埦碇虚g庫的平面布置設(shè)計(jì)進(jìn)行要點(diǎn)分析。

2.1 熱軋?jiān)蠋?/h3>

大型鋁板帶熱軋生產(chǎn)線應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)獨(dú)立的原料庫，用于鑄錠存放和入爐加熱前的表面處理。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料[3]和實(shí)際生產(chǎn)組織情況，鋁鑄錠存放天數(shù)可按7 d左右考慮。在設(shè)計(jì)過程中一般先按照總平面布置中初步確定的原料庫面積來復(fù)核存放能力是否滿足要求，然后再進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，具體計(jì)算步驟如下：

1)依據(jù)工藝計(jì)算確定鑄錠年存放量。

2)確定原料庫可利用存放面積，用原料庫建筑面積減去各種輔助小房子、過跨車、通道、吊車盲區(qū)及設(shè)備等的占地面積。

3)按平均鑄錠尺寸計(jì)算，鑄錠垛位之間端面距離為500 mm，側(cè)面距離為1 000 mm，確定原料庫可堆存垛位數(shù)量。

4)計(jì)算存放能力，每垛鑄錠高度按2 000 mm～4 000 mm計(jì)算，倒垛率按20%～30%計(jì)算。

2.2 熱軋中間庫

現(xiàn)代大型鋁板帶熱軋生產(chǎn)線速度快，產(chǎn)量大，需要在工藝布置上考慮足夠的空間滿足熱軋卷的存放和冷卻。熱軋中間庫根據(jù)投資、場地空間等因素選擇平面庫或高架倉庫。

平面庫鋁卷材臥式單層放置在固定鞍座上。一般每個(gè)鞍座邊上配置有一臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)，可根據(jù)卷材的存放信息以及工藝要求自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)狀態(tài)以滿足不同鋁合金高溫卷材的冷卻要求。平面庫占地面積大，空間利用率不高，但投資較小。

高架倉庫空間利用率高，但工程量大，投資大、回收期長，且技術(shù)較為復(fù)雜[4]。目前國內(nèi)建設(shè)的鋁卷材高架倉庫幾乎全部引進(jìn)。

無論平面庫還是高架倉庫都應(yīng)配置有智能存儲(chǔ)管理系統(tǒng)和智能通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，縮短尋料時(shí)間，避免卷材碰傷，提高軋機(jī)的生產(chǎn)效率。

從實(shí)際建設(shè)情況看，熱軋卷的存儲(chǔ)方式選擇平面庫居多，見表1。

表1 典型鋁板帶熱軋中間庫廠房設(shè)計(jì)主要參數(shù)Table 1 Main design parameters of typical aluminum strip hot rolling intermediate warehouse

3 起重運(yùn)輸設(shè)備選擇

鋁板帶熱軋生產(chǎn)線起重運(yùn)輸設(shè)備主要由檢修及安裝用起重機(jī)和生產(chǎn)操作起重機(jī)兩類組成，并輔以必要的電動(dòng)過跨平車。

3.1 檢修及安裝用起重機(jī)

檢修及安裝用起重機(jī)根據(jù)實(shí)際使用情況設(shè)置，主要用于設(shè)備檢修、廢料調(diào)運(yùn)和軋輥更換等。

鋁板帶熱軋線設(shè)備中最大重量單件通常是熱粗軋機(jī)的支撐輥裝配，表2中總結(jié)歸納了部分不同規(guī)格熱粗軋機(jī)支撐輥裝配重量和所選配起重機(jī)規(guī)格。

表2 不同規(guī)格熱軋線主軋跨橋式雙梁起重機(jī)選型依據(jù)Table 2 Model selection basis for the bridge-type two-beam crane of the main rolling span of different specifications of hot rolling line

由于主軋跨大噸位起重機(jī)的滿載工作范圍比較小且固定，比如熱粗軋機(jī)支撐輥吊運(yùn)。因此可以在設(shè)計(jì)時(shí)考慮大噸位起重機(jī)固定工作區(qū)域內(nèi)吊車滿載而其他區(qū)域空載通過，這樣可以在滿足使用要求的前提下降低廠房建設(shè)投資。

3.2 生產(chǎn)操作起重機(jī)

生產(chǎn)操作起重機(jī)主要用于熱軋鑄錠、熱軋卷的下料、入庫、發(fā)貨、倒垛、設(shè)備維護(hù)檢修等工作。起重機(jī)噸位選定以后，數(shù)量則需要根據(jù)入庫量、行走距離、吊車主要技術(shù)指標(biāo)等參數(shù)詳細(xì)計(jì)算，可參見表3的計(jì)算示例。

表3 中間庫生產(chǎn)操作起重機(jī)數(shù)量計(jì)算示例Table.3 Calculation example of the number of production operation cranes in the intermediate warehouse

吊車數(shù)量(計(jì)算值)=每班吊運(yùn)持續(xù)時(shí)間(min)/(480μ)，其中μ為起重機(jī)綜合效能系數(shù)，取值0.53～0.58[5]

計(jì)算結(jié)果為0.96臺(tái)，如果實(shí)際選擇1臺(tái)起重機(jī)的話，存在負(fù)荷率太高的問題，綜合考慮實(shí)際生產(chǎn)需要選用2臺(tái)是合適的。

4 結(jié)束語

通過技術(shù)比較、推導(dǎo)計(jì)算及歸納總結(jié)等方式，結(jié)合具體鋁板帶熱軋工程設(shè)計(jì)實(shí)例，從主要設(shè)備及輔助設(shè)施、廠房設(shè)計(jì)參數(shù)和起重運(yùn)輸設(shè)備選擇等三個(gè)方面，對大型鋁板帶熱軋工藝布置設(shè)計(jì)進(jìn)行了要點(diǎn)分析。

熱軋工序在鋁板帶整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中處于承上啟下的重要地位，做好熱軋工藝布置設(shè)計(jì)不僅要對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益負(fù)責(zé)，更要著眼于節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)等社會(huì)效益的發(fā)揮。不僅要滿足當(dāng)前的生產(chǎn)需要，還要考慮未來發(fā)展空間，要把創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念深入貫徹到實(shí)際工程設(shè)計(jì)工作中，推動(dòng)鋁板帶工程建設(shè)向著更高質(zhì)量方面發(fā)展。