高速线材车间设计毕业设计.doc

太原科技大学课程设计论文 目录 I 目录 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 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 电机校核.41 6.1 电机校核.43 6.1.1 等效力矩计算.44 6.1.2 电机的过热过载校核.44 太原科技大学课程设计论文 目录 II 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 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 参考文献.66 太原科技大学课程设计论文 第 1 章 绪论 - 0 - 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。经美国商务部修正的 3 季度美国 GDP 增长 2.2%，是连续 4 个 季度萎缩以来的首次增长。2008 年美国经济收缩了 2.3%，GDP 增长在 09 年第 1 季度、 第 2 季度分别下降 6.4%和 0.7%，第 3 季度 GDP 增速终于由负转正，预计今年 4 季度 和明年至少上半年美国经济增长还将持续好转。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，预计对 09 年 GDP 增长贡献 1.3 个百分点，对 2010 年的贡献 为 1.4 个百分点。 （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 2010 年欧元区经济仍处于负增长之中，但降幅在缓慢收窄。从 今年的情况来看，10 月份欧元区和欧盟 27 国的工业生产指数（不含建筑业）分别升至 97.9 点和 98.5 点，达到了自 08 年 12 月份以来的最高水平。尽管出现较为明显的回升， 但是同去年同期相比，仍有较大的差距。 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。 （3） 日本。日本经济增长出现持续增长趋势。12 月份的 PMI 指数达到 53.8 点， 连续 6 个月达到 50 点以上。其中新订单指数达到 57.7 点，是近两年来第二高水平。 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。据 WSA 的预测，2010 年全球钢材表观消费量将达到 12.06 亿吨， 将比 2009 年增长 9.2%，恢复到 2008 年水平。根据 WSA 公布的统计数字，1-11 月份 太原科技大学课程设计论文 第 1 章 绪论 - 1 - 全球累计生产粗钢 10.9 亿吨，同比下降 10.8%。其中 11 月份日产粗钢 358.3 万吨，比 2008 年平均日产增长 7.3%，相当于年产粗钢 13.08 亿吨水平。 自 09 年 1 月以来，全球粗钢产量呈现出持续增长的态势，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%。 上述国家和地区粗钢产量恢复程度均超过了平均水平。从全球粗钢产能利用率变 化情况看，08 年 6 月份曾达到 90.8%，但随后就在金融风暴的打击下，一路下滑至 58.3%，下滑幅度达 32.5 个百分点，后逐步回升至 76.9%，累计回升了 18.6 个百分点。 尽管产能利用率大幅回升，但目前仍低于 80%。 IMF 预测 2010 年全球经济将恢复增长，增速有望达到 2.5%，尽管比 2008 年的增 长水平还低 0.6 个百分点，但相比较 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 2.2%，是连续四个季度下降后的首次增长，也是自 2007 年年底步入衰退以来的最好表现，预计 2010 年美国经济将增长 0.8%；2010 年欧 元区经济仍不能摆脱负增长，但预计经济收缩幅度将明显收窄 4.5 个百分点，特别是德 国经济增长降幅将收窄 5.6 个百分点；日本经济将增长 1.7%。 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 2010 年预计分别增长 8.5%、6.5%、2.5%和 1.5%。经济形势的好转将带来了需求的恢复增长，预计 2010 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 2009 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。 下表是世界粗钢产量情况。 太原科技大学课程设计论文 第 1 章 绪论 - 2 - 1.1.2 国内市场 1. 2009 年钢铁产量及需求增幅超过 20% 10 月份我国生产粗钢、生铁和钢材分别为 5175 万 t、4928 万 t 和 6245 万 t，同比 增长 44.1%、44.4%和 45.5%，1-10 月份我国累计生产粗钢、生铁和钢材分别为 47215.06 万 t、45559.21 万 t 和 56425.04 万 t，同比增长 10.5%、14%和 15.6%，比 1-9 月份分别提高 3%、2.9%和 3.2%，产量增速呈加快之势。 表 1.1 世界粗钢产量呈持续增长 项目 09 年 11 月 日均产量 前期谷值增长增长% 66 国合计：347 万吨265 万吨82 万吨31.0 1、扣除中国合计194 万吨143 万吨51 万吨36.0 2、美、欧、日合计： 95 万吨63 万吨32 万吨51.0 美国19 万吨13 万吨7 万吨52.2 欧盟（27 国）47 万吨29 万吨18 万吨61.3 日本29 万吨21 万吨8 万吨36.1 3、金砖四国合计：205 万吨160 万吨45 万吨28.0 中国152 万吨122 万吨31 万吨25.1 独联体29 万吨19 万吨10 万吨54.3 印度15.4 万吨14.5 万吨0.9 万吨6.0 巴西9 万吨5 万吨3 万吨62.6 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。预计 2009 年粗钢产量 5.65 亿 t，同比增长 12.9%。如果从表观消费量来计算，2009 年我国粗钢表观消费量预计 5.63 亿 t，同比增 长 24.4%，增幅比 2008 年明显放大。 2. 钢材消费强度意外增长 从 2009 年前 3 季度情况来看，由于我国加大基础设施建设，固定资产投资大幅增 长，2009 年前 10 个月，城镇固定资产投资同比增长 33.1%，比 2008 年加快 8 个百分 点，是 10 年来固定资产投资增速最快的一年。 从 2009 年前 9 个月的情况来看，由于固定资产投资大幅增长，钢材消费大幅增加； 用钢强度也有所上升，单位 GDP 耗钢量为 19.28t/百万元，比 2008 年的 15.08t/百万元 大幅增加，同比增长 27.8%。从历史趋势看，随着工业化进程的完善和社会的发展进 步，单位 GDP 耗钢量是逐步下降的，目前我国单位 GDP 耗钢量再次攀升说明我国加 大固定资产投资拉动钢材消费。同时，固定资产投资对钢材消费强度也有所增长，由 2008 年的 26.32t/百万元，上升到 2009 年前 9 个月的 27.1t/百万元，投资消费强度的增 长主要是基建对钢材的消费增加所致。 太原科技大学课程设计论文 第 1 章 绪论 - 3 - 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。 2010 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。2009 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 2009 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 1. 工装现状 高速线材轧机诞生的 40 多年来，随着科学技术的不断进步，高速线材行业的工艺、 技术、装备的发展日新月异，轧机装备水平迅速提高，轧制速度由最初的 50 米/秒提升 至 120 米/秒。表 1.2 是摩根轧机装备的发展情况。 表 1.2 摩根第代至第代线材精轧机的轧制速度 代次 保证轧制速度，m/s4350617580 最大辊径时的轧制速度，m/s50607590100 电机最大速度时的轧制速度，m/s607290112120 目前中国约有 140 条线材生产线，60 个高速线材生产厂共 77 条高速线材生产线在 生产，高速比约为 50%。表 1.3 是中国高速线材设备状况。 表 1.3 中国高速线材设备状况 设备来源数量设备投产数量 引进新设备3220 世纪 80 年代20 引进二手设备1720 世纪 90 年代36 自制设备2821 世纪21 中国目前正在生产的 77 条高速线材生产线的装备水平大致分为四个等级： 太原科技大学课程设计论文 第 1 章 绪论 - 4 - （1） 具有世界领先水平的生产线。这类生产线主要特点是：单线轧制，盘重大， 可进行热机轧制，轧制保证速度达 120 米/秒，采用超重型精轧机组和减定径机组，尺 寸精度控制在0.10 毫米以内，全线控轧控冷。 （2） 具有世界二流水平的生产线。这类生产线主要特点是：单线轧制，盘重较 大，轧制速度可达到 90 米/秒以上，尺寸精度可以控制在0.15 毫米以内，采用延迟型 风冷线，能实现控温轧制。 （3） 一般水平的生产线。这类生产线的主要特点是：多线轧制，盘重较小，轧 制速度一般在 70 米/秒以上，尺寸精度可以满足 B 级要求，采用了延迟型或标准型风 冷段。 （4） 较落后的生产线。这类生产线是对原有的复二重横列式轧机改造而成，或 是 20 世纪 80 年代末至 90 年代初建成，由于当时的起点和市场定位就不高，所以装备 水平和技术水平都低。其主要特点是：盘重很小（不超过 1 吨） ，轧制速度一般在 70 米/秒以下，尺寸精度控制水平很低。这类生产线目前约占 1/6 左右，随着产品结构调 整步伐的加快和市场竞争压力的增大，以及装备精良的新生产线在近几年将不断地投 人使用，这类落后的生产线退出舞台将是必然的。 2. 产量现状 中国是世界上线材产量最多的国家。2004 年世界线材产量为 11461 万吨，中国产 量占世界产量的 43.2%。 3. 产品结构现状 中国线材在产量上是世界第一大国，也具有世界最先进的工装设备，但是品种结 构上还不能与线材轧机设备相匹配，仍以一般碳结构钢为主。以 2003 年为例，一般碳 结构钢盘条占总量的 81.02%。 中国的出口线材逐年增加，已经大于进口量，出口量超过 100 万吨，但在出口的 品种中 98.19%为普碳钢盘条。然而进口线材中不锈钢、合金钢、易切削钢盘条占约 30%的 比例，对于专用深加工产品 80%以上需要进口，如帘线钢 2004 年进口量为 81.7%，国 内自产部分也仅仅是低级别帘线钢。中国出口线材品种的质量及价格也要远低于进口 线材产品。平均计算，出口产品比进口产品的吨钢价格低将近 200 美元。以钢帘线用 盘条为例，目前中国能够批量生产的只有宝钢、武钢、青钢、鞍钢和沙钢，产品质量 与日本、欧洲同类产品有相当大的差距，日本新日铁生产产品售价平均高达 8400 元/ 吨，而国内售价在 6000 至 7000 元/吨。 太原科技大学课程设计论文 第 1 章 绪论 - 5 - 经过近 10 年的发展，中国线材的深加工比在 25%至 30%，大大低于发达国家 50% 至 70%的水平。 4. 产品质量现状 中国虽然是线材产量大国，但部分专用产品质量还达不到国际标准。例如帘线钢， 国内仅能生产得到贝卡尔特 G09D 认证的产品，而基本不能生产达到高级别帘线钢 V00D 技术条件的产品。 目前世界众多线材生产大企业中，产品质量较好的属日本神户和德国撒斯特，其 次有日本新日铁和住友及韩国浦项等。很多线材厂家不能生产高利润专用产品，主要 原因在于不能保证产品的质量。 5. 市场现状 随着中国国民经济恢复到平稳发展阶段，线材行业也在迅速发展，目前，除个别 品种外（钢帘线用钢、汽车弹簧钢、高级冷镦钢、超低碳钢等） ，基本都能满足用户需 求，自给率不断上升。但中国线材市场仍存在问题，2005 年中国线材产能可以达到 6500 万吨，而国内需求仅为 4300 余万吨，在此情况下，自给率也仅仅可达到 93%左 右，一些专用材仍需要进口。 中国线材生产技术及装备进步很快，从工装状况和产量上来看，已属于线材大国， 但在管理、生产技术方面与世界一流水平还有差距，不能称为强国。因此在我国新建 高速线材车间是很有必要且可行的。 1.2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 40 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 厂址定于福建省漳州市古雷半岛。 太原科技大学课程设计论文 第 1 章 绪论 - 6 - 1.3.1 区位和市场优势 福建宁德漳湾规划的临海大型钢铁联合企业地处中国最好的深水良港三都澳，位 于中国东部海岸线和太平洋西部海岸线中点，处于中国经济最发达的三个地区：长三 角、珠三角和台湾省的几何中心点，是中国东南沿海从浙江宁波到广东湛江之间 3000 多公里海岸线上唯一列入国家规划的一个大型临海钢铁联合企业的选点。一旦建成， 产品将幅射长三角、珠三角、台湾、港澳及东南亚，紧靠我国钢材主要消费市场。以 2005 年为例，就钢材而言，福建消费 820 万，缺口 500 万吨；浙江消费 1200 万吨，缺 口 1000 万吨；广东消费 2800 万吨，缺口 2000 万吨；台湾钢坯缺口 600 万吨。 1.3.2 有城市依托、环境容量大 钢铁联合企业离中等城市宁德市区不到 10 公里，宁德市可为其提供各种配套 服务。又有中低山隔离，厂区处于城区侧下风方向，目前宁德市基本上无工业污染源、 环境容量大，有富余的污染物排放指标。 1.3.3 供水工程 从七都溪引水距离 12.2 公里、从霍童溪引水距离 17.6 公里。 七都溪引水的官仓水库以上流域面积 312.6 平方公里，年均径流量 4.45 亿方，多 年平均流量 14.12 方/秒，官昌水库库容 3030 万方，调节库容 2254 万方，由于生态、 农业、城市用水，在 97%保证率下只能给钢铁厂供水 2 方/秒，显然不够。 霍童溪流域总面积 2244 平方公里，拟取水的八都拦河坝以上集雨面积 2210 平方 公里，多年平均径流量 27.2 亿方，多年平均流量 86.25 方/秒。由于在其上游建有库容 为 4.5 亿方的洪口水库及其下游库容为 897 万方的柏步反调节水库，在 97%保证率时， 八都上坂拦河坝取水口的入海流量为 65 方/秒，钢铁厂引水量为 6 方/秒，仅为其入海 流量的 9.23%，对生态基本没有影响，并能保证对钢铁厂供水。 1.3.4 码头和航道 （1） 航道及港池开挖 4860 万方，经地质钻探负 25 米以上均为砂和泥沙，可吹 砂造地，一举两得，减少投资。人工开挖航道长 8.3 公里，底宽 240 米，深 21 米，边 坡 1：6。经过二个设计院背靠背数模试验，由于人工开挖航道轴线与涨退潮的潮流方 向一致，人工开挖航道后淤积量很少，年回淤量仅 1%，约 50 万方左右，若干年后边 太原科技大学课程设计论文 第 1 章 绪论 - 7 - 坡隐定，由于航道的引流作用，加上退潮流速大于涨潮流速，航道不但不淤，还会逐 年刷深。钢铁厂一期投产后，可考虑航道挖深至负 24 米，让 30 万吨级矿砂船乘潮进 港靠泊。 （2） 人工开挖航道满足 25 万吨级最大 27.5 万吨货船满载乘潮进港，保证率为 90%。 （防城港只挖至负 16.1 米，基岩为软岩，继续挖深相当困难，20 万吨船乘潮进 港，保证率为 70%。湛江和防城港开挖航道均在外海，长度在 1020 公里，风浪大， 航道轴线与涨落潮潮流向夹角大，回淤量大，不但日常维护费高，而且一年一次的挖 泥船清淤作业，直接影响船舶航行和企业生产） 。 （3） 总共建有 25 万吨级码头 2 个、10 万吨级煤码头 2 个、3 万吨级钢材码头 4 个、1 万吨级钢材码头 2 个、1 万吨级废钢、水渣、辅料码头各一个，总计 13 个码头 （不包括工作船码头） ，水运货运量占总货运量的 76%。总造价 29.5 亿人民币（包括 航道疏浚） ，投资省。 （4） 由于避风条件好，码头年均作业天数在 330 天以上（扣除台风、雾日、雷 暴雨天气） 。历史上有记载的最大的 66 年 9 月 3 日 14 号台风在三都岛登陆风速 42 米/ 秒，在漳湾仅 28 米/秒。外海泥沙无法进入，陆域森林覆盖好，溪河含砂量少，且上中 游修了大量水库，泥砂被拦截，直接入海泥沙甚少。 综上所述，在福建省漳州市古雷半岛新建高速线材车间是可行的。 东北大学毕业设计（论文） 第 5 章 工艺计 算 - 8 - 第 2 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。 2.1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。 2.2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。 2.2.1 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 东北大学毕业设计（论文） 第 5 章 工艺计 算 - 9 - 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 2.2.2 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 东北大学毕业设计（论文） 第 5 章 工艺计 算 - 10 - 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。 2.2.3 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） 20=34h，取加热时间为 3.5h。 2.3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。 东北大学毕业设计（论文） 第 5 章 工艺计 算 - 11 - （2） 轧制工艺稳定、生产操作简单、轧钢机调整方便，并使轧机具有尽可能高的 生产能力。 （3） 使轧制能耗和轧辊消耗最低。 （4） 劳动条件好，安全，便于实现高度机械化、自动化操作。 为达到上述要求，获得最佳的效果，孔型设计者除应掌握金属在孔型设计的方法 步骤外，还必须熟悉轧机设备工艺特点和操作习惯，针对具体轧机工艺特点和操作条 件进行相应的孔型设计看，并在实践中不断改进和完善。 2.3.1 选择孔型系统 轧制某种产品，一般需要一定数量对形状和尺寸都有严格要求的孔型，即所谓精 轧孔型。按轧制顺序，在精轧孔型以前的孔型，是将大断面的钢锭或钢坯尽量用较少 的轧制道次轧成第一个精轧孔型所需的断面形状和尺寸的轧件，通常称之为延伸孔型。 选择延伸孔型的依据如下： （1） 轧机条件； （2） 坯料的技术条件； （3） 生产技术水平及操作人员的熟练程度等。 根据以上原则，并结合产品实际情况，采用最为合适的孔型系统使其既能适应各 种合金钢种的轧制，以便于各种坯料顺利进行。为此，选择椭圆圆孔型系统。该孔 型系统具有下列优点： （1） 孔型共用性大，有利于提高轧机生产能力； （2） 压下量大，对轧制大断面轧件有利； （3） 孔型磨损均匀，能耗相对较小； （4） 氧化铁皮易脱落，轧件表面质量好。 26 架全部采用椭圆-圆孔型系统，是因为椭圆-圆孔型系统变形较为均匀，在孔型 中轧出的轧件没有尖锐的棱角，可以保证轧机断面各处冷却均匀，轧制时不易形成裂 纹，而且此孔型形状有利于去除轧件表面的氧化铁皮，使轧件具有良好的表面质量。 综上所述，这套孔型系统共用性广，变形均匀，轧辊平立交替、无扭转轧制，是 较合适的孔型系统，可获得好的轧材表面质量及机械性能。 东北大学毕业设计（论文） 第 5 章 工艺计 算 - 12 - 2.3.2 确定轧制道次数 本高线车间的主导产品是以 130130 的弹簧钢连铸坯轧制成的 6.5mm 线材，下 面就以此详述孔型设计的过程。6.5mm 为冷尺寸，考虑到热膨胀，成品孔型轧件的出 口直径依来确定，取为 6.60mm；又考虑到钢坯的断面组成，根 0 )015 . 1 011. 1 (ddk 据经验其断面积mm2。则总的延伸系数：)130130(9965 . 0 0 F （5-2）FF0 =506.5 2 ) 2 60 . 6 (/ 9 . 16840 根据车间生产经验，可拟定该车间平均延伸系数=1.27，根据公式，把 p n p 此式取对数，则可求出计算产品的轧制道次： （5-3） p nloglog =26127 . 1 log 5 . 506logn 所以计算产品的轧制道次 n=26。 2.3.3 各道次延伸系数的分配 在轧制过程中，各道次的延伸系数实际上是不相等的，因此在总延伸系数和总延 伸道次确定后，还应合理地分配各个道次的延伸系数。在粗轧阶段，为充分利用金属 在高温阶段变形抗力小、塑性好的特点，同时此阶段对轧件尺寸精度要求不甚严格， 通常给予较大的延伸系数；在中轧阶段，既要继续利用金属在此较高温度下变形抗力 较小、塑性较好的特点，又要保持轧件尺寸稳定，以便保证中、精轧工艺稳定，通常 给予中等的延伸系数；在预精轧阶段，是为精轧做准备；在精轧阶段，在工艺上主要 需保持轧件尺寸稳定和尺寸精度，因此给予较小的延伸系数。根据上述原则，现拟定 各机组的平均延伸系数如表 5.4 所示。 表 5.4 各机组平均延伸系数 机组粗轧中轧预精轧精轧 总延伸系数5.8154.5442.3578.121 平均延伸系数1.3411.2871.2391.233 道次数66410 具体确定各轧制道次的延伸系数是个复杂的问题。因为影响确定各道次延伸系数 东北大学毕业设计（论文） 第 5 章 工艺计 算 - 13 - 的因素较多，这些因素主要是：孔型的形状、尺寸；咬入条件；轧辊强度；传动能力 与传动方式；孔型共用与轧辊磨损的均衡要求；连续轧制过程中的连轧常数关系。在 不同情况下，这些因素对每道次延伸系数的影响作用是不一样的。因此需按照具体情 况，根据主要影响因素初步确定每道次延伸系数，在大致确定了孔型尺寸之后，再用 其他因素进行校验、调整、修正。实践中，往往是参照类似的生产条件，按现实生产 中的数据确定每道次的延伸系数。 2.3.4 各孔型及轧件尺寸的确定 本设计计算产品所用孔型系统为椭圆圆孔型系统。高速线材轧机的孔型设计步 骤和方法是：从成品孔按逆轧制顺序设计，按逆轧制顺序分配拉钢系数，设计各圆孔 型尺寸，设计椭圆轧件和孔型尺寸和第一架轧机的椭圆孔型及其轧件的尺寸。 1. 成品孔型尺寸计算 孔型高：=6.5mm k hd 孔型宽度：=6.5+0.70.351.013=6.83mm )0 . 15 . 0(dbk 热偏差系数，=0.35 热膨胀系数，取 1.013 辊缝：0.21.3sdmm 孔型的圆弧半径：=3.25mm 1 2 Rd 成品轧件断面面积：=33.17mm245 . 64 22 k dF 2. 成品前椭圆孔型设计 椭圆轧件宽：1.361.210.04bdmm 孔型高：0.9114.9 k hdmm 孔型宽：1.111.04 k bbmm 辊缝：0.31.5shmm 圆弧半径：=9.81mm 2 2 4 k hsb R hs 外圆角半径：r=0.2h=1.0mm 轧件断面面积：F=0.806bh=40.6mm2 东北大学毕业设计（论文） 第 5 章 工艺计 算 - 14 - 3. 第 224 道次孔型尺寸计算 对椭圆圆孔型系统采用两圆夹一扁的方法，根据图 5-1 进行设计 算，图中中间椭圆轧件尺寸为： （5-4）)()( 010 dbhd （5-5）)()( 2 hddb 图 5-1 两圆夹一扁示意图 式中：圆形轧件在椭圆孔型中的宽展系数，0.50.9； 1 圆轧件在圆孔型中的绝对宽展，0.260.4； 2 来料圆直径； 0 d 下道次圆直径；d 椭圆宽；b 椭圆高。h 在计算之前，首先拟订圆和圆之间的延伸系数分别表 5.5。 表 5.5 圆孔型之间的延伸系数 1-23-45-67-89-1011-12 1.8261.7891.7801.6931.6561.621 13-1415-1617-1819-2021-223-24 1.5201.5511.5161.5191.5191.521 根据 ， 10 FF 上道次时的轧件面积； 0 F 下道次时的轧件面积。 1 F 可知 。 10 FF 从而可根据成品道次的轧件面积按逆轧制顺序确定各圆孔型的轧件面积（见轧制 程序表） 。再按计算出各圆孔的孔型基圆直径，接着以计算成品孔一样的 2 4 k Fd k d 方法确定孔型和轧件的其他尺寸。 本设计的孔型开口为切线连接，切线连接具有加工简单，通用性强的优点，虽然 不如采用圆弧连接的保证轧件的精度，但用在延伸孔型中却无甚影响。其孔型开口倾 角角度依经验一般取30用于延伸孔型。 东北大学毕业设计（论文） 第 5 章 工艺计 算 - 15 - 各道次中圆孔型参数及轧件尺寸见孔型参数表和轧制程序表。 然后按照前述两圆夹一扁的方法求出 h、b，然后计算各道次椭圆轧件尺寸及其对 应孔型尺寸。 孔型高：hhK 孔型宽：=（1.0881.1）b；取 bk=1.1b k b 辊缝：；取 s=0.2hhs)3 . 02 . 0( 外圆角半径：；取 r=0.15hhr)2 . 01 . 0( 圆弧半径： )(4 )( 22 sh bsh R kk 椭圆轧件面积：sbshbF kk )( 3 2 各道次中椭圆孔型参数及轧件尺寸见孔型参数表和轧制程序表。 4. 粗轧第 1 架孔型尺寸确定 粗轧第 1 机架的孔型按普通型钢的孔型来设计，只是要注意与前面已经确定的粗 轧机组总延伸系数的配合。具体方法是先按一般方法确定孔型的各参数，再根据前后 机架的轧件断面面积计算出各道次的延伸系数来修正某些参数，以达到较好的衔接。 钢坯是在温度较高状态下进入粗轧机轧制的，由于受到自然咬入角的限制，其值 不得超过 28.8 ，故起始压下量不可太大。 按咬入条件允许最大压下量为： （5-6） maxmax (1cos) g hD 由现场实际经验得出： ，取，式中为最后一次重车后 smN/5 . 0 5 . 28 max g D 轧辊的工作辊径。所以： （5-7） 0min ) 2 1 (D K D 式中：K 取 0.080.12 之间，这里取 K=0.09，则： 525.25mm550) 2 09 . 0 1 ( min D mm320130550 min hDDg 所以50.9mm) 5 . 28cos1 (420)cos1 ( max max g Dh 第 1 道次：椭圆孔型 东北大学毕业设计（论文） 第 5 章 工艺计 算 - 16 - 取压下量 40hmm 轧件断面高度：1304090hHhmm 取绝对宽展系数：7 . 0 1 宽展量： 1 28bhmm 轧件断面宽度：13028158bBbmm 孔型高：=h=90mm k h 孔型宽：=1.1b=173.8mm k b 辊缝 S：对于开坯孔型，=0.03 550=16.5mmDs)03 . 0 02 . 0 ( 外圆角半径：r=0.2h=18mm 圆弧半径：=121.1mm sh bsh R k 4 22 按延伸系数， 1 1.34 轧件断面积： 2 101 16900 /12612 1.34 FFmm 求出第 1 个孔型轧件尺寸，根据轧制前后轧件的断面面积之比，可算出各道次的 延伸系数见孔型参数表。 表 5.6 用边长为 130mm 的轧制坯轧制 6.5mm 线材的孔型参数表 道次 机组 mm 孔型形状 mm 孔高 mm 孔宽 mm 辊缝 mm 轧件断面 面 积 mm2 延伸系数 % 1椭圆90173.816.5126121.340 2圆108110129134.71.379 3椭圆59.2156.311.845111.11.348 4圆80.782.0103810.41.328 5椭圆44.56116.68.912871.41.341 6 粗轧机组 圆60.4861.526.042771.41.327 7椭圆35.4685.787.12231.11.287 8圆46.4847.345.4616961.315 9椭圆2865.375.613411.265 10圆36.1236.345.751024.21.309 11椭圆22.2750.394.45823.11.244 12 中轧机组 圆28.3729.05.67631.81.303 13 椭圆18.7738.63.75531.41.19 14 圆2323.564.0415.71.278 15 椭圆14.9631.493.0345.51.203 16 预精轧机组 圆18.519.04.062681.289 东北大学毕业设计（论文） 第 5 章 工艺计 算 - 17 - 17椭圆12.2425.162.45219.61.244 18圆1515.433.25176.51.219 19椭圆9.9420.52.0144.71.245 20圆12.1712.583.28116.21.220 21椭圆8.0616.551.61951.242 22圆9.8710.252.4476.51.223 23椭圆6.5313.431.3162.421.241 24圆8.08.361.6450.31.226 25椭圆4.911.041.540.61.239 26 精轧机组 圆6.56.81.333.21.223 5. 计算成品道次的连轧常数 在连续轧制的稳态轧制过程中，被轧制金属通过个机架的秒流量相等，即： （5-8）常数 nnv FvFvF 2211 式中：各道次轧制后的轧件断面面积； n FFF 21、 各轧制道次轧件的轧出速度。 n vvv 21、 由于前滑的存在，轧件离开轧辊的轧出速度大于轧辊的线速度。带进前滑或前 S 滑值、，可得：SDn （5-9）CSnDFSnDFSnDF nnnn 2222 1111 或CSnDFSnDFSnDF nnnn )1 ()1 ()1 ( 22221111 式中：各轧制道次的前滑系数； n SSS 2 1 、 各轧制道次的前滑值； n SSS 21、 各轧制道次的轧辊转速。 n nnn 21、 即为连轧常数，也被称为连轧机孔型设计常数。C 成品孔的连轧常数： （5-10） 26262626 nDFC k 成品机架轧辊的转速： （5-11） 262626 60 k Dvn 故成品孔的连轧常数： （5-12） 262626 60vFC 轧件出口速度的选取十分重要，过高的出口速度虽可提高生产率，但易引起温升 过高，出现芯部过热、芯溶现象；而过低的出口速度会造成较大温降，严重影响轧制 参数、力矩、功率、变形速度等等。现在根据产品规格以及生产能力的要求，同时考 东北大学毕业设计（论文） 第 5 章 工艺计 算 - 18 - 虑同类现代化轧机已达到的最大终轧速度来确定成品孔的轧出速度。因此定 6.5 的轧 出速度为 108m/s，带入上式即可求出成品孔的连轧常数。 6. 分配拉钢系数 在连续轧制中，通常是不可能不产生堆钢与拉钢的，因为轧件温度、孔型磨损、 摩擦系数以及其他影响前滑与轧件断面面积变化的因素在不断地变化。为使轧制过程 能够顺利进行，常有意识地采取堆钢或拉钢。在高线轧机的轧制过程中，一般在设有 活套装置的部位采用活套轧制即无张力轧制，其他机架之间采取轻微拉钢轧制即微张 力轧制。 堆刚或拉钢常用拉钢系数来表示。 （5-13） 1 nnn CCK 当1 时，为拉钢轧制。 n K 首先确定精轧机组各架之间的拉钢系数，根据经验其值为 1.0011.003，在此取 1.001。以此为基准逆轧制顺序，分配各架之间的拉钢系数。中轧后 3 架之间和预精轧 机组各机架之间布置立式活套，中轧与预精轧机组之间和与精轧机组之间布置侧活套， 即堆钢轧制，按经验，其值为 0.9960.998，根据控制条件取为 0.96。其余粗、中轧机 架之间的拉钢系数按经验为 1.0011.05，最大不超过 1.01，在此取 1.001。按逆轧制顺 序即可计算出各架的连轧常数见下表。 表 5.7 拉钢系数及连轧常数 道次123456789 拉钢系数1.0011.0011.0011.0011.0011.0011.0011.0011.001 连轧常数107678.2677.5676.8676.1675.5674.8674.1673.4672.8 道次101112131415161718 拉钢系数0.9960.9960.9960.9960.9960.9960.9961.0011.0