高速线材车间设计毕业设计.doc

目录 任务书i 摘要ii 第 1 章 绪论1 1.1 设计背景及意义1 1.1.1 国际市场1 1.1.2 国内市场2 1.1.3 中国线材行业生产的现状4 1.2 设计任务.6 1.3 厂址选择.6 1.3.1 区域优势6 1.3.2 交通优势7 1.3.3 成本优势7 1.3.4 政策优势7 第 2 章 产品方案的确定与编制金属平衡表9 2.1 产品方案的确定9 2.2 确定金属平衡表.10 2.2.1 确定计算产品的成品率10 2.2.2 金属平衡表.10 2.3 计算产品的选择.11 2.3.1 计算产品选择的原则.11 2.3.2 计算产品的技术标准.11 第 3 章 生产工艺流程的制订.13 3.1 制订生产工艺流程13 3.1.1 制订生产工艺流程的依据13 3.1.2 工艺流程简介13 第 4 章 设备选择.15 4.1 加热炉15 4.1.1 炉型选择.15 4.1.2 炉子尺寸的确定15 4.2 主轧机16 4.2.1 轧机的组成.16 4.2.2 轧机的主要技术参数的确定.16 4.3 控制冷却线18 4.3.1 水冷装置.18 4.3.2 精轧机后夹送辊18 4.3.3 吐丝机19 4.3.4 斯太尔摩运输机19 4.4 剪机19 4.5 盘卷收集和处理系统.20 第 5 章 工艺计算.21 5.1 坯料选择.21 5.2 坯料加热制度确定21 5.2.1 加热温度确定21 5.2.2 加热速度的确定22 5.2.3 加热时间的确定23 5.3 计算产品的孔型设计.23 5.3.1 选择孔型系统24 5.3.2 确定轧制道次数24 5.3.3 各道次延伸系数的分配25 5.3.4 各孔型及轧件尺寸的确定26 5.4 延伸系数校核.32 5.5 充满度的校核.32 5.6 轧制力的计算.33 5.6.1 各机组的温度制度.33 5.6.2 孔型轧制力系数33 5.6.3 轧件的变形抗力35 5.6.4 轧制力的计算公式.36 5.7 主电机传动轧辊所需力矩及功率.37 5.7.1 传动力矩的组成37 5.7.2 轧制力矩的确定37 5.7.3 附加摩擦力矩的确定.37 5.7.4 空转力矩的确定38 5.8 轧制程序表39 第 6 章 轧辊及电机校核.41 6.1 轧辊强度校核.41 6.1.1校核辊身强度.41 6.1.2 辊颈强度.42 6.1.3 辊头校核.42 6.2 电机校核.43 6.2.1 等效力矩计算.44 6.2.2 电机的过热过载校核.44 第 7 章 设备生产能力的计算.46 7.1 绘制轧制图表.46 7.1.1 轧制图表.46 7.1.2 确定纯轧制时间、间隙时间、轧制节奏.46 7.2 轧机生产能力计算48 7.2.1 轧机小时生产能力.48 7.2.2 年产量的计算48 7.2.3 轧机负荷率的计算.49 第 8 章 车间平面布置.50 8.1 车间平面布置的原则.50 8.1.1 车间整体平面设计内容50 8.2 金属流程线的确定51 8.2.1 设备间距的确定51 8.2.2 车间内仓库设施的布置51 8.2.3 其它设施的布置52 8.3 车间厂房参数.52 第 9 章 安全技术及环保.53 9.1 安全技术.53 9.2 环境保护.53 第 10 章车间主要经济指标和经济效益分析55 10.1 车间劳动组织.55 10.2 主要经济技术分析55 10.2.1 资金来源以及投资费用55 10.2.2 产品成本预算56 10.2.3 主要经济技术指标.57 10.2.4 车间效益估算58 第 11 章专题.59 11.1 前言59 11.2 飞剪的启动信号控制.59 11.3 飞剪的速度曲线的建立60 11.3.1 剪速度的要求60 11.3.2 飞剪的速度曲线60 11.3.3 飞剪制动状态与位置调节状态的转换.61 11.4 飞剪电气自动控制系统62 11.4.1 剪控制系统主回路.62 11.4.2 飞剪控制程序分析.63 11.5 常见故障与处理.65 11.6 结束语65 参考文献.66 致谢.67 第 1 章绪论 1.1设计背景及意义 随着全球经济形势的持续回暖，全球经济逐步走出低谷，钢铁产品产能和 需求都恢复增长态势。其主要市场空间不仅来自发达国家，还来自于发展中国 家的强劲需求。 1.1.1 国际市场 （1） 美国经济。美国商务部（commerce department）28 日公布， 2010 年第四季度美国实际国内生产总值（gdp）按年率计算增长 3.2%，快于 第三季度的 2.6%，但略低于分析师 3.5%的增速预期。为去年最强劲季度增长。 这不仅确认了去年年底以来美国经济复苏势头已增强，也激起了今年经济增长 将更为强劲的希望。美国经济形势的好转得益于政府庞大的货币与财政刺激方 案。 （2） 欧元区及欧盟。相对于美国经济的乐观期待，欧元区经济形势仍没 有达到乐观的程度。imf 预计 2011 年欧元区经济增长 1.5%，欧盟统计局公布 的预估数据显示，欧元区和欧盟 2010 年国内生产总值均增长 1.7%。预估统计 数字表明，欧元区和欧盟 2010 年第四季度国内生产总值分别比上个季度增长 0.3%和 0.2%，低于 2010 年第三季度的增幅。与 2009 年同期相比，欧元区和欧 盟 2010 年第四季度国内生产总值分别增长 2%和 2.1%。 （3） 从近期欧洲工业生产情况看，在 09 年 8-9 月份大幅回升后，10 月份 工业生产均是收缩态势。其中欧元区 16 国下降了 0.6%，欧盟 27 国则下降了 0.7%。但从同比的角度看，欧元区和欧盟的工业生产均呈现出恢复的迹象，降 幅明显收窄。对比 5 月份。欧元区 16 国和欧盟 27 国工业生产降幅分别收窄了 6.6 个百分点。 （4） 日本。日本经济增长出现持续增长趋势。日本公布 2010 年一季度经 济数据 gdp 同比增长 4.9%，受国内需求和出口稳步复苏的影响，日本连续 4 个季度实现正增长，经济复苏势头更趋明显。 遭受金融危机打击后的全球钢铁行业正在逐渐恢复生产能力，粗钢产量呈 现为前低后高的增长态势。这当然与全球经济回暖带来的需求增长有直接的关 系。但更值得关注的是，中国不再扮演全球粗钢产量增长的领军角色，因为扣 除中国以外的其他国家和地区的粗钢产量增长速度已明显超过了中国。对比 08 年 12 月份粗钢日均产量水平，全球 11 月份累计增长了 31.0%，同期中国大陆 粗钢日均产量增长了 25.1%，扣除中国以外其他国家和地区粗钢产量大幅增长 36.0%，粗钢生产的扩张幅度超过中国 10.9%。 imf 预测 2011 年全球经济将持续增长，但 2011 年全球经济增速料略低于 去年的 4.8%。相比较 2009 年的 1.4%负增长，无疑还是令人充满振奋和期待的。 美国第三季度经济增长了 2.6%，为去年最强劲季度增长。也是自 2007 年年底 步入衰退以来的最好表现。从表列数据看，发达国家粗钢生产恢复程度更为彻 底，美欧日粗钢日产平均增长了 51.0%，比金砖四国合计日均产量增速高出 23 个百分点。欧盟 27 国粗钢产量累计增长 61.3%，美国增长 52.2%，巴西增长了 62.6%，独联体增长了 54.3%。 “金砖四国”中的中国、印度、巴西和俄罗斯 2011 年预计分别增长 8.7%、8.4%、4.2%和 4%。为了便于比较，美国在今年的经济增长率预期将为 2.8%，而在欧元区，这个指标将为 1.4%。总的来说，据世界银行的意见，世 界经济目前正由危机后的恢复阶段向足够稳定的增长阶段过渡。经济形势的好 转将带来了需求的恢复增长，预计 2011 年全球粗钢供需形势将趋于改善，并且 基于原燃材料价格的上升预期，预计钢材价格将明显区别于 2010 年低位、窄幅 震荡的运行态势。 从线材进出口情况看，长期以来线材一直是我国主要钢材出口品种，也是 我国一直保持净出口状态的钢材品种，特别是近几年出口增长特别迅速。国际 市场需求旺盛。 据世界钢铁协会 2010 年 7 月 20 日公布的统计数据，6 月当月，该协会 66 个会员国粗钢产量合计为 1.19 亿吨，同比增长 18.0%；2010 年上半年累计为 7.06 亿吨，同比增长 27.9%。2010 年上半年，各地区的粗钢产量与 2009 年同 期相比都呈增长态势。2010 年上半年，66 个会员国粗钢产量比 2007 年同期增 长了 7.2%。受经济危机的影响，世界上大部分国家的粗钢产量还没有恢复到危 机前的水平，只有中东和亚洲地区的粗钢产量比 2007 年分别增长了 25.3%和 23.7%。欧盟、cis 和美国的粗钢产量仍比 2007 年同期下降 15%以上。 中国 2010 年 6 月份粗钢产量达到 5376.6 万吨，同比增长 9.0%，比 2007 年 6 月的 4260.8 万吨增长 26.2%。2010 年上半年中国粗钢产量达到创纪录的 32317.2 万吨，同比增长 21.1%，比 2007 年同期增长了 34.6%。 2010 年上半年，世界十五大钢铁生产国依次是：（单位：万吨）年上半年，世界十五大钢铁生产国依次是：（单位：万吨） 1 中国大陆 32317.2 2 日本 5457.3 3 美国 4100.7 4 俄罗斯 3268.5 5 印度 3252.9 （估计数） 6 大韩民国 2833.9 7 德国 2274.4 8 巴西 1638.0 9 乌克兰 1635.8 10 意大利 1353.0 11 土耳其 1349.6 12 中国台湾 906.9 13 西班牙 885.1 14 墨西哥 845.5 15 法国 822.0 1.1.2 国内市场 1. 初步预计，2010 年下半年国内市场粗钢资源供应量为 3 亿吨左右，比 上年同期增长 4%左右，与上半年同比增长 14.5%相比，增幅下降了 10 个百分 点左右。 2010 年，出口钢材 4256 万吨，同比增长 73%，其中 1-7 月同比 增长 1.52 倍，8-12 月出口增速回落至 7.4%;进口钢材 1643 万吨，下降 6.8%， 进口钢坯 64 万吨，下降 86.1%。全年钢材、钢坯折合粗钢净出口 2730 万吨 (2009 年为净出口 286 万吨)。 我国遭受金融危机以来，推出 4 万亿投资计划，加上我国固定资产投资大 幅增长，使得 2009 年我国钢材消费大幅增加。今年 1-10 月纳入统计的 75 户大 中型钢铁企业实现销售收入 24776.42 亿元，比上年同期增长 35.07%；实现利税 1280.71 亿元，比上年同期增长 31.55%；实现利润 693.4 亿元，比上年同期增长 84.37%，企业盈利总额提高。 2. 钢材消费强度意外增长 从长期的实践看，我国钢铁工业的重要特点是市场需求的拉动，考虑 2011 年国家实施扩大内需，特别是消费需求的战略，消费、投资、出口协调拉动经 济增长；对投资的拉动将保持合理增长，重在优化投资结构。在这种情况下， 如果 2011 年全社会固定资产投资保持 20%左右的增长率，则 2011 年国内市场 粗钢表观消费量将保持适度增长，全年国内市场粗钢需求总量将比 2010 年增加 4000-5000 万吨； 3. 房地产拉动需求值得期待 从 2006 年至 2008 年 3 季度，建筑用钢消费基本与房地产走势一致，但金 融危机以来，特别是我国刺激经济后，大量的基础设施建设开工，建筑用钢消 费主要是由于基建投资拉动，而同期房地产开工面积持续呈下降趋势，房地产 拉动建筑用钢消费到 2009 年 3 季度才逐步显现出来。 2011 年基础设施建设仍能继续支撑钢材的巨大消费，但拉动钢材消费增长 的动力将主要转换成房地产，从近期国内房地产销售和开工来看，房地产拉动 钢材消费是值得期待的。 4. 交通运输用钢量同比大幅增长 下游用钢行业主要包括房地产及建筑、工业、交通运输和其他。2010 年钢 材消费明显增长的是建筑和交通用钢，工业用钢总占比呈现下降趋势，主要是 由于 2010 年加大了基础设施建设。 综上所述：当前国际国内形势为钢铁行业的发展创造了有利的条件，钢材 市场的前景十分良好。 1.1.3 中国线材行业生产的现状 据中钢协 2009 年 12 月统计月报，2009 年全国粗钢产量 5.68 亿 t、钢材产量 6.92 亿 t，同比增长 13.5%、18.5%；全国线材产量 9 586 万 t，同比增长 20.9%， 线材产量占钢材总产量的 13.84%。在全国钢材分品种产量中，钢筋、线材、中 厚宽钢带产品所占比例较大，分别为 17.55%、13.84%、12.11%，其次为棒材、 热轧窄带钢、中小型型钢等，产品产量比例分别为 8.04%、6.61%、5.95%。全 国钢材分品种产量比例见图 1。 随着我国工业化进程的快速发展，城市建设、基础设施建设、重大项目建设等均加快了 建设的步伐，近年来我国线材生产保持持续增长的旺盛态势，线材产能、产量同步增长， 2003 年至 2009 年底，线材产能、产量均增长了 1.3 倍，年平均增长率近 20%，线材产能利 用率在 85%-95%之间，其中 2008 年受世界金融危机影响，线材产能未能得到较大释放，产 能利用率为 85%，产量同比增长仅 1.3%（见表 1）。2009 年，面对金融危机的强大冲击， 在国家积极的货币政策及扩大内需等措施激励下，钢铁工业得到稳步增长，2009 年线材新 增产能 1000 万 t，产量达 9585.7 万 t，同比增长 20.90%。2009 年我国已建、在建线材生 产线见表 2。 我国线材产业的发展趋势我国线材产业的发展趋势 近年来，世界线材生产先进企业日益重视高附加值产品的研发与制造，自 主创新能力日益成为线材生产企业在高端市场竞争的重要武器。虽然我国线材 产业在生产规模不断扩大、在技术进步、产品研发方面也取得了可喜成效，但 与世界先进水平还有相当大的距离。 我国线材生产先进技术的应用路线仍以“引进一消化一吸收”为主，自主 创新很少。信息技术在流程中的应用还处于初步水平。大型企业一流装备由于 缺乏软件技术和人才，不能以一流的效率生产出一流的产品。高附加值钢材品 种，特别是高质量功能材料和结构材料，还不能生产或质量达不到用户要求， 仍需依赖进口。 根据国家最新制定的钢铁产业振兴规划要求，今后较长时期我国线材产业 总的发展方向为：统筹国内外两个市场，以控制总量、淘汰落后、技术改造为 重点，着力推动线材产业结构调整和优化升级，切实增强企业素质和国际竞争 力，加快线材产业由大到强的转变。 总之，无论是从中国线材产业的现状还是国家制定的产业政策来看，今后 国内线材行业的新建甚至改建项目都将急剧减少，而生产工艺的创新和新产品 的研发将会成为以后工作的重点。我国线材产业要得到更好的长足发展，必须 因势利导，投入人力物力进行线材生产工艺的创新和新产品的研发，加快进行 线材产业品种结构的调整和产品质量的提高。 1.2设计任务设计任务 车间设计的目的是为了建设新的企业、扩建或是改建老企业。企业在建设 中能否加快速度、保证质量和节约投资，在建成后能否达到最好的经济效果， 设计工作是起决定性作用的。 本次设计欲通过对国内外形势的调研，以国内某钢厂为背景，结合国内外 先进的技术以及实际情况。设计年产量 50 万吨的高速线材车间，采用全线连续 无扭轧制，主要生产碳素结构钢、弹簧钢、钢帘线、预应力钢丝钢绞线、冷镦 钢和焊条钢等制品用线材，规格为 5.520mm。 1.3 厂址选择 厂址定于重庆市长寿宴家工业园区。 1.3.1 区域优势 长寿区是重庆市地区性中心城市，地处重庆腹心地带，是重庆“一小 时经济圈”的重要组成部分；位于三峡库区与沿江经济带的交汇处，是重庆 主城区通往华东、华中、湘西地区的必经之路，水陆交通枢纽。是重庆经 济社会资源向三峡库区辐射的重要中继站。 1.3.2 交通优势 长寿是区域性交通枢纽，公路、铁路、航空、水路运输发达。 晏家工 业园区毗邻长江黄金水道，是重庆主城区通往三峡库区的水陆交通枢纽，也 是通往华中、华东地区的必经之路，具有明显的区位和水陆交通优势，是少 有的具备水路、公路、铁路、航空近距离联运的工业园区。既能参与主城产 业分工协作和承接主城区 “退二进三”的梯度转移，融入重庆主城共同发展； 又能影响和带动三峡库区产业发展，辐射湖南、湖北、贵州、四川等省。 1、公路网络发达。上海经重庆至成都、福州经重庆至成都两条高速公 路在园区交汇。园区江南钢城可通过南岸 涪陵高等级公路和即将开建的 沿江高速公路直达重庆城市二环，连同邻水 南川高速公路构成交通主骨 架。 2、铁路运输便捷。建成的渝怀铁路和建设中的渝怀铁路复线、渝利铁 路、渝万城际铁路从长寿境内穿过。渝怀铁路在长寿晏家建有长寿客货火车 站，在长寿江南建有渝怀铁路王家坝货运编组站。渝利铁路建成后可实现 4 小时通达武汉， 8 小时通达上海；渝万城际铁路建成后每天开行114 对， 时速达 300 公里，可以实现从重庆主城 12 分钟到长寿区。 3、水运港口优势突出。重庆主城长寿港区分为长江以南和长江以北两 部分，共 37 个泊位，总通过能力将超过 1 亿吨，万吨级船队可常年通航， 可直抵武汉、南京、苏州、上海等地，并通过江海联运通达世界各地，水运 交通相当便利。 4、航空运输快速高效。晏家工业园区距重庆江北国际机场仅50 公里， 经渝长高速公路可直达机场，具有便捷的航空运输优势。江北国际机场正在 成为国际商业门户枢纽机场，为园区的物流提供了良好的航空运输条件。 1.3.3 成本优势 由于长寿特殊的区位条件，晏家工业园区入驻企业的土地成本、基 建成本、规费成本都大大低于东部沿海地区和重庆市主城区。劳动力成本至 少比重庆主城地区低 30%，比沿海地区低 60%。 1.3.4 政策优势 重庆市是西部惟一的直辖市和国家重点关注的库区，因此晏家工业 园区集中了许多优惠政策，可以享受直辖市、西部大开发、三峡库区、特色 工业园区的多项优惠政策，形成了 “政策洼地”效应。一是重庆直辖后国 家给予了一系列优惠政策，以及由此带来的直辖效应。二是解决库区产业空 虚，确保移民稳得住、逐步能致富的问题得到国家的高度重视，国家设立三 峡库区产业发展基金等一系列优惠政策为库区产业发展带来新的机遇。同时， 重庆还具有西部大开发政策，老工业基地振兴政策等。 第 2 章产品方案的确定与编制金属平衡表 2.1产品方案的确定 产品方案是进行车间设计时制订产品生产工艺过程、确定轧机组成、工艺 参数的计算和选择各项设备的主要依据。确定产品方案的原则如下： （1） 满足国民经济发展对产品的需要，特别要根据市场信息解决某些短 缺产品的供应和优先保证国民经济重要部门对于钢材的需要。 （2） 要考虑地区之间产品的平衡。正确处理长远与当前、局部与整体的 关系。做到供应适应、品种平衡、产销对路、布局合理。 （3） 考虑轧机生产能力的充分利用。如果条件具备，努力争取轧机向专 业化和产品系列化方向发展，以利于提高轧机的生产技术水平。 （4） 考虑建厂地区资源、坯料的供应条件、物资和材料等运输情况。 （5） 要适应当前改革开放的经济形势需要，力争做到产品结构和产品标 准的现代化，有条件的要考虑生产一些出口产品，走向国际市场。 根据目前我国对产品的品种、质量、规格等方面的需求情况以及我国目前 小型材进出口差额情况，现拟订产品方案： 产品规格：5.520mm 钢种：碳素结构钢、弹簧钢、优质碳素结构钢、冷镦钢和焊条钢。 各类产品的年产量及其在总年产量中所占百分比见表 2.1 表 2.1 产品方案 序号产品分类代表钢号 产量 万吨 比例 % 1碳结钢45#8.016 2硬线钢72#5.410.8 3碳素冷镦钢ml357.014 4低合金冷镦钢scr4406.513 5弹簧钢65mn1530 6焊条钢ygw121.63.2 7软线钢swrm121.02 8帘线钢b72lx5.511 合计50100 2.2确定金属平衡表 2.2.1 确定计算产品的成品率 成品率是一项重要的技术经济指标，成品率的高低反映了生产组织管理及 生产技术水平的高低。成品率是指成品质量与投料量之比的百分数。换句话， 也就是指一吨原料能够生产出的合格产品重量的百分数。其计算公式为： （2-1）%100 q wq a 式中：成品率，%；a 投料量（原料重量） ，t；q 金属的损失重量，t。w 影响成品率的因素： （1） 烧损：金属在高温状态下的氧化损失称为烧损。 （2） 溶损：是指在酸、碱洗或化学处理等过程中的溶解损失。 （3） 几何损失：包括切损、残屑。 （4） 工艺损失：又称技术损失，是指个工序生产中由于设备和工具、技 术操作以及表面介质问题所造成的不符合质量要求的产品。 2.2.2 金属平衡表 本车间产量为 500000 吨/年，所需坯料约 518264 吨/年。金属平衡表见表 2.2。 表 2.2 金属平衡表 烧损切头和废品 序 号 产品分类代表钢号成品 t坯料 t 成品 率%t%t% 金属 系数% 1碳结钢45#800008282096.6952.431.151863.452.251.035 2硬线钢72#540005595096.5593.071.061365.182.441.036 3 碳素冷镦 钢 ml35700007250096.55804.751.111696.52.341.036 4 低合金冷 镦钢 scr440650006734096.5700.31.041656.62.461.036 5弹簧钢65mn15000015576096.31760.11.134003.032.571.038 6焊条钢ygw12160001653096.8186.791.13342.172.071.033 7软线钢swrm12100001031097123.721.2185.581.81.031 8帘线钢b72lx550005705496.4604.771.061449.172.541.037 合计50000051768096.585725.931.1112561.682.311.0353 2.3计算产品的选择 本车间拟生产多个品种多个规格的产品，但是，不可能对每种产品的每一 个品种、规格及状态都进行详细的工艺计算。为了减少设计工作量，加快设计 速度，同时又不影响整体设计质量，从中选择典型产品作为计算产品。 2.3.1 计算产品选择的原则 有代表性：从中找出 12 种产量较大、产品品种、规格、状态、工艺特 点等有代表性。 通过所有的工序：是指所选的所有计算产品要通过各工序，但不是说每 一种计算产品都通过各工序。 所选的计算产品要与实际接近。 计算产品要留一定的调整余量。 根据以上原则，本设计计算产品如表 2.3 表 2.3 计算产品 钢种牌号钢坯规格 弹簧钢65mn1301306.5mm 2.3.2 计算产品的技术标准 在制定工艺流程时，不论用哪种加工方式和选用什么工序，都必须保证产 品达到相应的技术要求，产品才能具有较高的使用价值。因此，产品的技术要 求是制定工艺流程的首要依据，是组织生产的基本文件。 根据 zbh44002-88 和 gb/t3429-94 规定，计算产品的几何形状与尺寸精确 度，钢的化学成分与性能以及表面质量如下： 1. 直径允许偏差 直径允许偏差为0.25mm。 2. 脱碳层深度 允许脱碳深度为 2.00%。 3. 不圆度偏差 不圆度不大于公差直径的 50%。 4. 化学成分标准 化学成分%不大于% 牌号 csimnpscrnicu 65mn0.620.70 0.170.370.901.200.0350.0350.250.300.25 5.力学性能标准 牌号抗拉强度伸长率收缩率 65mn8001200830 6.表面质量 盘条的表面不得有肉眼可见的裂纹、结疤、折叠及夹杂。允许以实际尺寸 算起不超过尺寸公差之半的个别细小划痕、压痕、麻点及深度不超过 0.2mm 的小裂纹存在。 以上已修正以上已修正 第 3 章生产工艺流程的制订 3.1制订生产工艺流程 合理的生产工艺流程应该是在满足产品技术条件的前提下，要尽可能低的 消耗，最少的设备、最小的车间面积、最低的产品成本，并且根据车间具体的 技术经济条件确定车间机械化和自动化程度，以利于产品质量和产量的不断提 高和使工人具有较好的劳动条件。 3.1.1 制订生产工艺流程的依据 根据生产方案的要求：由于产品的产量、品种、规格及质量的不同，所 采用的生产方案就不同，那么主要工序就有很大的差别。因此生产方案 是编制生产工艺流程的依据； 根据产品的质量要求：为了满足产品技术条件，就要有相应的工序给予 保证，因此，满足产品标准的要求是设计生产工艺流程的基础。 根据车间生产率的要求：由于车间的生产规模不同，所要求的工艺过程 复杂程度也不同。在生产同一产品情况下，生产规模越大的车间，其工 艺流程也越复杂。因此，设计时生产率的要求是设计工艺流程的出发点。 3.1.2 工艺流程简介 钢坯的准备：连铸坯 130mm130mm16000mm 装炉加热：将钢坯加热到奥氏体温度，以利于轧制。 高压水除鳞：坯料在加热炉加热之后，进入粗轧机组之前，需高压水除鳞， 破除坯料表面的氧化铁皮和次生氧化铁皮，以免压下表面产生缺陷。 粗、中、精轧机组轧制：使轧件轧成成品的尺寸，其中，粗轧机组 6 架， 中轧机组 6 架，预精轧机组 4 架，精轧机组 10 架，这条生产线上共有 26 架轧 机。 飞剪切头尾：轧件进入每组轧机之前都要进行切头尾工作，目的是为了除 去温度过低的头部以免损伤辊面，并防止轧件头部卡在机架间导卫装置中，卡 断剪用于中轧机组、预精轧机组和精轧机组前，在事故状态下碎断轧件。 穿水冷却：为了降低进入精轧机组的轧件温度，在精轧机组之前设置水箱， 以控制终轧温度。 吐丝成卷：轧出的线材在穿水冷却后，通过吐丝成卷形成散卷。 斯太尔摩散卷冷却：控冷线按不同的钢种和产品用途，控制其冷却速度， 以得到相应的成品质量。 精整与运输：包括集卷、修整、检查、取样、捆轧、称重挂标牌，用集卷 装置收集散卷，并将其挂到 p-s 运输线上的 c 形钩上，依次完成集卷、修整、 检查、取样、捆轧、称重挂标牌等工序，之后卸卷入库。 连铸坯上料运送坯料称重加热 连铸坯 热装 运送 缓冲储存 高压水除磷 预精轧 机轧制 飞剪 切头 （尾） 中轧机 轧制 粗轧机 轧制 飞剪切 头（尾） 水冷箱 冷却 飞剪切 头（尾） 无扭精轧 机轧制 在线 测径 水冷箱 控制冷却 p&f 线 钩式运输 机运输及 冷却 运卷小车卸 卷、挂钩 集卷机 集卷 夹送辊 吐丝机 头尾精整 人工表面、 尺寸质量 检查 取样盘卷称重压紧打捆 斯太尔 摩运输 机冷却 发货入库挂标签卸卷 图 3-1 高速线材车间工艺流程框图 以上已修正！以上已修正！ 第 4 章设备选择 4.1加热炉 4.1.1 炉型选择 目前国内钢厂多使用步进式加热炉，步进式加热炉与推钢式加热炉相比较， 有加热能力增加、擦伤减少和容易维修等优点。而且炉子的预热段、加热段、 均热段分得很清楚，在加热段升温到所规定的温度，均热段为消除锭坯内外温 度而进行均热，所以本设计选用侧进侧出步进梁式连续加热炉。本高线车间坯 料规格为 130130。 4.1.2 炉子尺寸的确定 1. 炉子的宽度 主要根据坯料长度确定，公式如下： （4-1*(1)*bn ln ） 式中：l 坯料的最大长度，mm； n 坯料排列数； 钢坯和炉墙以及钢坯和钢坯之间的间隔，一般取 0.150.3m 已知 l =16000 mm=16.0m，取 n=1，=0.25 则：b =116.0+20.25 =16.5m 2炉子的长度 主要根据加热炉产量决定，公式如下： （4-2） gn tbq l * * 式中：q加热炉小时产量； l加热炉有效长度，m； n加热炉内装料排数； g每根料重，吨； b加热钢料断面宽度，m； t加热时间，h； 本车间年产量为 50 万吨，取加热炉的加热能力 110 t / h，g =2.055t，n = 1，b =0.13，t =3.5 所以：mm 20.9 055 . 2 1 313 . 0 110 * * gn tbq l 炉子的全长=有效长度+13m=22.5m 计算加热炉的有效面积：f = b l = 16.520.9= 344.85 m2 3加热炉性能参数 炉型：步进梁式加热炉 装出料方式：侧进侧出，单排出料 炉底有效面积：344.85m2 采用热源：发生炉煤气 温度自动控制段：8 个 最大加热能力：130t/h 4.2主轧机 4.2.1 轧机的组成 全线共有 26 架轧机，其有关参数见主轧机参数表。全部轧机分为粗轧、中 轧、预精轧、精轧组，前 16 架轧机为平立交替布置，立辊轧机均为上传动， 后 10 架精轧机组为摩根第六代型超重级轧机。整个轧制过程轧件无需扭转。以 下是主轧机的特点： 粗、中轧机组：粗、中轧机组由 12 架二辊平立交替布置的轧机组成， 立式轧机为上传动。 预精轧机组：由 4 架平立交替布置的悬臂式机架组成。采用碳化钨辊环， 油膜轴承；压下装置为手动偏心机构，各架由电机单独传动。 无扭精轧机组：为 10 架型无扭超重型机组，前 5 架为 230mm 超重型机 架以提高轧制能力；后 5 架为 160mm 超重型机架，以在高速下提高能 力。悬臂式碳化钨辊环，液压换辊，电机经增速箱伸出 2 根长轴，再 经伞齿轮驱动各对轧辊。轧辊轴径向为滑动轴承套支撑，轴向为滚珠 轴承。油膜轴承用在从动轴上。10 个机架封闭于一个可开启的保护罩 内，并设有“鱼线”及事故废钢箱。 4.2.2 轧机的主要技术参数的确定 1轧辊直径 辊身直径是表征轧机的特性参数，通常从辊身直径大小来称呼轧机规格， 因此轧辊直径是轧机的一个重要参数。 选择轧辊直径时要考虑，轧制时轧辊强度和刚度，及其允许挠度，同时要 注意咬入角的允许值，通常可根据轧机轧辊直径与轧制的坯料高度选择： d=k1h （4-3） 式中：h坯料高度，mm； 对于线材轧机 k1=5.08.0 本车间拟采用规格为 130130 连铸坯，轧制 5.520mm 的线材，为保证 轧辊抗弯强度及钢要求，现用 130130mm 的坯料进行计算。则粗轧机组第一 机架的辊径为： d=13051308=6501040mm 取 d=720mm 为粗轧机组第一机架的轧辊直径。 为满足连轧过程中秒流量相等要求，按照连轧过程中轧辊直径逐渐递减原 则确定各个机组轧辊直径，再考虑轧机的系列化。各轧机机组轧辊直径见主轧 机参数表。 2辊身长度 为了保证轧制的尺寸精度，还应考虑轧辊的刚度要求，因此轧辊直径 d 与 辊身长度 l 有一定的关系： 轧机的经验公式： （4-4）1.5 2.5l d 式中：l辊身长度，mm； d轧辊直径，mm。 则粗轧机组辊身长度：l=（1.52.5）d=800（1.52.5）=12002000mm 由于粗轧机组配置的孔型较少，坯料压下量大，孔型较深在保证轧辊抗弯 强度，减少轧辊挠度，节约能源的前提下，辊身长度可取小一些，所以取粗轧 机组辊身长度 l=1300mm，随着轧机对轧件压下量的增大，轧辊受到变形抗力不 断增加，综合考虑轧辊刚度和配置孔型要求等诸多因素，取各轧机组辊身长度 l 见主轧机参数表。 3电机选择 根据以上轧机轧辊直径、辊身长度、机架数、机器型式的确定，确定连轧 机组轧辊的主传动电机：粗轧机组采用 400kw/600kw 的直流电机、中轧和预 精轧机组采用 600kw/700kw 的直流电机；精轧机组由于采用集体传动，故采 用一台 6800kw 的交流电机。这些电机传动参数见主轧机参数表。 表 4-1 主轧机基本参数 轧辊尺寸/mm 轧机序号轧机型式 辊径辊身长 功率 /kw 主电机 转速/rmin-1 型式 1 750 二辊水平 810/7201300400650/1300 2 750 二辊立式 810/7201300400650/1300 3 750 二辊水平 810/7201300600650/1300 4 650 二辊立式 795/6201100600650/1300 5 650 二辊水平 795/6201100600650/1300 6 粗轧机组 650 二辊立式 795/6201100600650/1300 直流 7 600 二辊水平 620/550650600650/1300 8 600 二辊立式 620/550650600650/1300 9 600 二辊水平 620/550650700650/1300 10 600 二辊立式 620/550650600650/1300 11 600 二辊水平 620/550650700650/1300 12 中轧机组 600 二辊立式 620/550650600650/1300 直流 13 285 二辊水平悬臂 285/25570/95700650/1300 14 285 二辊立式悬臂 285/25570/95600650/1300 15 285 二辊水平悬臂 285/25570/95700650/1300 16 预精轧机组 285 二辊立式悬臂 285/25570/95600650/1300 直流 1721228.38/20572 2226 精轧机组 v 型超重型 无扭精轧机组 170/15370/57 6800850/1600 交流 同步 机 4.34.3 控制冷却线 4.3.1 水冷装置 精轧机前水箱：每段水箱长度 6m，2 个水冷箱，环形喷嘴。水箱的最大温 降为 75。 精轧机后水箱：水箱长度约 6m，6 个水冷箱，环形喷嘴。每个水箱最大温 降：标准冷却为 75，芯热回火冷却为 150。水流量和温度由自动闭环温控 系统调节，人工进行预先设定。 4.3.2 精轧机后夹送辊 （1） 设在 2#、3# 水箱之间的夹送辊是专为生产 6mm 和 8mm 自回火线 材用的。轧辊为双槽或槽碳化钨辊环（可利用无扭精轧机废 230mm 辊环研磨 后使用） 。上下辊以轧制中心为基准对称调节。调节压缩空气系统压力 （0.030.5）mpa，可改变夹送辊的夹送力，最大夹送力为 0.4mpa。辊子直径 为（210/179.5）mm71.7mm。 （2）吐丝机前夹送辊技术参数与 2#、3#水箱之间夹送辊相同，最大夹送力为 0.4mpa，速度调节与无扭精轧机和吐丝机同步，生产小规格线材时尾部降速生 产大规格线材时尾部增速，并可在全长方向进行张力调整。 4.3.3 吐丝机 卧式，水平倾角为 20，设计最大速度 150m/s，吐圈直径 1075mm，一 般允许振动值范围 2.50mm/s3.81mm/s，最大为 5.04mm/s。 4.3.4 斯太尔摩运输机 其形式为辊道延迟型，运输机速度为（6120）m/min，辊子最大允许温度 为 900，线材冷却速度（0.317），每个风机风量 154700m/h，静态风压 0.03mpa，运输机总长为 98.2m。共 10 个运输段，每段 9m 长。每段辊道通过 变速电机靠齿轮减速装置链式驱动。1 至 6 段，每段配有个 2 风机，第 7 和第 10 段，各配有 1 个风机，风机入口设有风门调节机构。隔热罩通过气缸启闭。 4.4 剪切机 轧线剪机的主要技术参数见下表： 表 4.2 主轧机基本参数 剪机名 称 粗轧前 卡断剪 1#飞剪2#飞剪 预精轧前 卡断剪 精轧前 飞剪 精轧前碎 断剪 精轧前卡 断剪 功能事故用 切头尾 碎断 切头尾事 故用碎断 事故用 切头尾 分段 取样 事故用事故用 型式 曲柄连 杆启停 式 回转启 停式 回转启 停式 回转连 续式 剪断面 积/mm2 178253121595894595894224484224484224484 轧件温 度/ 850850850900800800800 最大剪 切力/kn 245052013295697459 4.5 盘卷收集和处理系统 盘卷收集和处理系统的设备组成及有关参数见下表： 表 4.3 盘卷收集和处理系统 名称性能参数名称性能参数 p&f 钩式运输机 c 形钩数量/个约 70 c 形钩能力/t最大 2.11 最高集卷温度/600 运行速度/ ms-10.3 长度/m约 500 集卷机 由集卷筒、线卷室和双芯 棒组成。集卷筒内设有气 动分离爪，用于分离前后 2 个盘卷。盘卷卷室的 2 个门由液压缸驱动，打开 移走已形成的盘卷。双芯 棒两臂位于水平和竖直位 置，通过液压马达旋转 180后，两种位置互换。 集卷筒带有线圈分配器。 盘卷打捆机 盘卷尺寸/mm 外径 1250/1200 内径 900/850 打捆周期/s 32 盘卷重量/t2.11最大压紧力/kn400 盘卷高度/mm2700/3200最大线卷重量/t2.13 运卷小车小车通过齿轮条系统有电 机驱动进行横移 卸卷机 液压升降、 液压横移 运输车速度/ mms-1700小车最大横移 距离/m 约 11.8 侧移车速度/ mms-1250 小车最大 速度/mms-1 690卸卷站存放能力/t最大 5 4 章已初修！ ！ ！ 第 5 章工艺计算 工艺计算是在确定计算产品工艺流程和所选择设备的基础上，根据对产品 质量的要求以及产品与设备的工艺性能的特点，对各主要工序进行具体的科学 分析和必要的理论计算，从而确定出各种产品在各工序中的准确而又具体的生 产工艺流程，工艺参数等。 5.1坯料选择 目前，轧钢厂普遍使用的坯料有三种：连铸坯，初轧坯，锻压坯，本车间 使用坯料为 130130 连铸坯。因为连铸坯具有：金属收得率提高 10%左右；每 吨钢大致可节约热能 14 万大卡；可以降低产品成本可达 10%的优点。 由于本车间使用的是在上游车间已经清理合格的坯料，所以本车间不再需 要另设钢坯的清理设备，只需在上料的同时，经目视检查，如果发现不合格钢 坯，剔除即可。 5.2坯料加热制度确定 坯料加热制度包括加热温度、加热时间、加热速度、燃料选择、炉型结构 及辅助设备选择。 坯料经过清理后，在进入粗轧之前，需要将其加热，目的是提高钢坯的塑 性，降低金属变形抗力以及改善金属内部组织和性能，以便于轧制。一般来说， 把坯料加热到奥氏体单相固熔的组织的温度范围内，并有足够的时间以均化组 织及融化碳酸物，从而得到具有塑性良好的面心晶格，较低变形抗力、良好机 械性能的金属组织，保证顺利轧制。 5.2.1 加热温度确定 坯料的加热温度主要取决于各种钢的特性和压力加工工艺要求，以保证钢 材的质量和产量。高线轧制过程中，当轧制速度大于 9m/s 时，轧件是升温的； 当达到 100m/s 时，在精轧段就要开始控冷，甚至必须降低钢坯的开轧温度。所 以高线轧机钢坯加热温度不再单纯是为了使钢坯获得尽可能大的塑性和尽可能 小的变形抗力以及轧后不存在有害的残余加工应力的要求，而必须与轧机、轧 制速度和控轧控冷要求结合起来，按高速轧制工艺及控制工艺确定钢坯的加热 温度。 加热温度的选择应依钢种不同而不同。对于碳素钢，最高加热温度应低于 固相线 100150，加热温度偏高，时间偏长，会使奥氏体晶粒过分长大，引 起晶粒之间的结合力减弱。钢的机械性能变坏，这种缺陷成为过热。加热温度 过高或在高温下时间过长，金属晶粒除长得很粗大外，还使偏析夹杂富集的晶 粒边界发生氧化或融化在轧制时金属经受不住变形，往往发生碎裂，这种缺陷 称为过烧。过烧的金属无法进行补救，只能报废。过烧实质上是过热的进一步 发展，因此防止过热即可防止过烧。表 5.1 是某些钢的加热及过烧温度。 表 5.1 某些钢的加热及过烧温度 钢 种加热温度，过烧温度， 碳素钢 1.5%c10501140 碳素钢 1.1%c10801180 碳素钢 0.9%c11201220 碳素钢 0.7%c11801280 碳素钢 0.5%c12501350 碳素钢 0.2%c13201470 碳素钢 0.1%c13501490 硅锰弹簧钢12501350 镍钢 3%ni12501370 8%镍铬钢12501370 铬钒钢12501350 高速钢12801380 奥氏体镍铬钢13001420 根据上述理由，拟定计算产品的加热温度如表 5.2 所示。 表 5.2 计算产品坯料的加热参数 计算产品弹簧钢 加热温度，1150 5.2.2 加热速度的确定 加热速度是指在单位时间内钢的温度变化。加热速度应根据各种金属在某 温度范围内的塑性和导热性以及钢的温度应力来确定。一般坯料加热可分为： 预热段、加热段、均热段。在预热段很多合金钢和高碳钢在 500-600以下塑性 很差，因此应放慢加热速度以免使坯钢中部产生“穿孔”开裂的缺陷。当温度 达到 700以上时钢的塑性和导热性都大大提高。此时金属坯料内部的热应变 力较小，应尽可能快的加热，这样不仅提高加热炉的生产能力，同时还可防止 或减轻某些缺陷如氧化、脱碳及过热等。当钢坯温度达到加热要求温度后，为 使钢坯首尾、内外以及上下各处的温度均匀，应在该温度下停留一段时间，对 一般的碳钢及低合金钢，由于在低温时其塑性及导热都比较好，所以可缩短或 者除去预热段，从而提高生产率。 5.2.3 加热时间的确定 加热时间是指钢坯装炉后，加热到加工要求的温度所需的时间。原料的加 热时间长短不仅影响加热设备的生产能力，同时也影响钢材的质量。即使加热 温度不过高，也会由于时间过长而造成加热缺陷。合理的加热时间取决于原料 的钢种、尺寸、装炉温度、加热速度及加热设备的性能与结构。关于加热时间 的计算，目前用理论方法还很难满足生产实际的要求，常用的经验公式有： （5-1）dkt l 式中：加热时间，h；t 坯料厚度或直径，mm；d 修正系数。 l k 考虑钢种成分和其它因素影响，各种钢的修正系数见表 5.3。 表 5.3 各种钢的修正系数 钢种kl值 碳钢0.100.15 低合金钢0.150.20 高合金结构钢0.200.30 高合金工具钢0.300.40 本设计的小型轧钢厂，计算产品是 65 锰弹簧钢，则加热时间为 （0.150.20）130=19.526h，取加热时间为 21h。 5.3计算产品的孔型设计 钢坯只有依次通过一系列孔型，经过若干道次的轧制变形后，才能获得所 要求的断面形状和尺寸的型钢，把为达到此目的而确定各孔型形状，计算各孔 型尺寸，把孔型合理地配置在轧辊上等工作称为孔型设计。 良好的孔型设计应该做到： （1） 得到符合要求的形状、精确的尺寸、良好的表面质量和内部组织以 及力学性能均佳的优质线材。 （2） 轧制工艺稳定、生产操作简单