棒材轧制(生产)工艺.doc

内蒙古科技大学高等职业技术学院 毕业设计说明书（论文）目录热轧带肋钢筋的生产工艺及车间设计摘要：从工艺配置，设备选型，工艺控制，平面布置，设备等多方面介绍了热轧带肋钢筋的生产工艺及车间平面布置的情况，并提供了热轧线上主要机组的工艺技术参数。 关键词：热轧带肋钢筋，工艺，平面布置，设备。Abstract: Focused on the process configuration, equipment selection, process control, layout, equipment, etc., and introduces the rolled ribbed bars production craft and workshop layout, and provides the hot line of main technical parameters.Key words: Rolled ribbed bars, craft, layout, equipment。第一张 热轧带肋钢筋国内外发展概况及建厂的必要性与可行性分析1.1螺纹钢筋市场分析与前景展望螺纹钢筋广泛应用于普通混凝土结构和预应力混凝土结构，是房屋、桥梁、隧道、水坝、桩基等建筑设施的重要材料，在国民经济中占有极其重要的地位，是我国重点发展和研究的钢材品种之一。目前，我国有四十多个厂家生产螺纹钢筋，产量逐年上升，1982年全国总产量近166万吨，除了满足国内需要外，近年来出口钢筋数量迅速增加，1981年为18万吨，1982年约30万吨;1983年预计可达35万吨。国内生产的螺纹钢筋，规格有小6一小40毫米，其中小40毫米规格主要供出口。钢筋的强度级别主要为GB1499一79标准规定的1级和l级钢筋。W级钢筋产量较低。目前，各厂家生产螺纹钢筋的工艺，基本上为热轧、随后在冷床上空冷的传统流程。控制轧制尚未应用于生产。仅有少数厂家开展了轧后控制冷却工艺的试验生产。螺纹钢筋的纹型，国内l、l级钢筋大部分按首钢、唐钢和冶金部建筑研究总院共同制定的热轧月牙纹钢筋技术条件生产纵横筋不相交的月牙纹钢筋，少数仍采用国际规定的人字纹型;F级钢筋则采用不带纵筋的连续螺旋型。随着国民经济的发展和高层建筑的增多，对高强度、大规格螺纹筋的需求不断增加，在许多国家的技术条件中，都规定钢筋最低屈服强度应在42公斤/毫米“以上，而且同时要具备较好的延伸率、弯曲性能和焊接性能。靠增加碳、锰等元素的含量来提高强度的途径是不能满足上述要求的。近年来，为了提高钢筋的性能，国内外均进行了大量的试验、研究，概括起来主要有两大类，一类是采取添加微量合金元素改善性能，采用钥、泥、钒、钦等元素。另一类方法是控制轧制。对此，国内外做了大量的研究与应用方面的工作。目前在钢筋生产中主要采取轧后余热处理，即终轧后的钢筋从高温状态加速冷却(主要采取水冷)至予定温度后在冷床上自回火。经此处理可以提高钢筋的综合机械性能，减少二次氧化铁皮改善表面质量，节约能源及合金元素，降低成本。在83年召开的全国螺纹钢技术交流会上亦将此列为今后发展的重点。1.3螺纹钢筋的研制与生产动向对于不同用途的钢，虽然对其强度、塑性(韧性)要求不尽相同，但要求二者间具有良好的匹配则是共同的。对于螺纹钢筋而言，除此之外还要求较好的焊接性能、弯曲性能以及一定的握裹力等。因此改善和提高螺纹钢筋的性能，应从改善钢筋钢的性能及钢筋形状着手。第二章轧钢生产工艺过程制定2.2轧钢生产工艺过程制定 正确制订工艺过程是轧钢车间工艺设计的重要内容。制订轧钢生产工艺过程的首要目的是为了获得质量符合要求的产品，其次要在保证质量的基础上追求轧机的高产量，并能做到降低各种原料、材料消耗，降低产品成本。因此，正确制订产品工艺过程，对于工艺过程合理化，对于充分发挥轧机作用具有重要意义。优质、高产、低消耗是制订产品工艺过程的总要求。（1） 2.2.1原料准备 原料准备的内容包括表面缺陷的清理，表面氧化铁皮的消除和原料的预先热处理等。2.2.2原料加热钢在高温时大部分钢种是单相的固溶体，变形抗力小，容易实现轧制变形而且变形均匀，具有再结晶所需要的温度条件。所以热轧是轧钢生产的主要方式之一，金属加热则成了轧钢生产工艺过程的重要影响工序。正确的选择轧钢加热设备，制订合适的加热工艺制度对提高车间生产能力，改善产品质量有重要影响。相反，加热设备选择不当，加热制度制订不妥，可能引起钢的氧化、脱碳、过热，过烧等缺陷，给轧钢生产带来严重后果。在加热工序上进行工艺设计时应该认真考虑的问题有以下几方面:2.2.2.1加热温度钢的加热温度是指钢加热终了时出炉的表面温度。钢加热的主要目的是为加工变形提供条件，因此，一般加热温度越高，则加工条件愈好。但是温度过高又会产生过热、过烧、氧化铁皮增多、甚至发生熔化等加热缺陷，因此钢的加热温度有一个“上限”;另一方面，根据对金属加工的工艺要求，希望金属在加工完了时能保持在一定的温度上，以期得到理想的内部组织和性能，并保证轧制的顺利进行3所以加热温度又有一个“一F限”。各种钢各有其不同的加热温度的上、下限。确定钢的合理的加热温度范围是工艺设计的一个内容。在轧钢之前，将原料进行加热的目的在于提高钢的塑性，降低变形抗力及改善金属内部组织和性能，以便于轧制加工。这就是说，一般要将钢加热到奥氏体单相固溶体组织的温度范围内，并使其具有较高的温度和尺够的时间以均化组织及溶解碳化物，从而得到塑性高、变形抗力低、加工性能好的金属组织。一般为了更好地降低变形抗力和提高塑性，加工温度应尽量高一些好。但是高温及不正确的加热制度可能引起钢的强烈氧化、脱碳、过热、过烧等缺陷，降低钢的质量，甚至导致废品。因此，钢的加热温度主要应根据各种钢的特性和压力加工工艺要求，从保证钢材质量和产量出发进行确定。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，这种缺陷称为过热。过热的钢可以用热处理的方法来消除其缺陷。加热温度过高，或在高温下时间过长，金属晶粒除长的很粗大外，还使偏析夹杂富集的晶粒边界发生氧化或熔化，在轧制时金属经受不住变形，往往发生碎裂或崩裂，有时甚至一受碰撞即行碎裂，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。随着钢中含碳量及某些合金元素的增多，过烧的倾向性亦增大。高合金钢由于其晶界物质和共晶体容易熔化而特别容易过烧。2.2.2.2加热速度钢的加热速度系指在单位时间内钢的温度的变化。不言而喻，加热速度愈快，炉子生产能力愈高，燃料捎耗和金属氧化损失相对的也少。所以快速加热是强化加热炉生产的一个要措施。但是，提高加热速度是有条件的，它受到钢本身所能允许的内外温差和炉子给热能力的限制。对于低碳钢而言，由于它的导温系数大，塑性好，只要炉子给热能力允许，可以选用任意加热速度进行加热。对于高碳钢或合金钢，在低温时导热系数小，塑性又差，特别在钢锭内部存有较大的残余应力时，应选用较低的加热速度。只有当中心温度达到或超过500-600C时，才允许提高加热速度。确定钢的加热速度时，必须考虑到钢的导热性。这一点对于合金钢和高碳钢坯（尤其是钢锭）更加显得重要。很多合金钢和高碳钢在500600以下塑性很差。如果突然将其装入高温炉中，或者加热速度过快，则由于表层和中心温度差过大而引起的巨大热应力，加上组织应力和铸造应力，往往会使钢锭中部产生“穿孔”开裂的缺陷（常伴有巨大响声，故常称为“响裂”或“炸裂”）。因此，加热导热性和塑性都较差的钢种，例如高速钢、高锰钢、轴承钢、高硅钢、高碳钢等，应该放慢加热速度，尤其是在600650以下要特别小心。加热到700以上的温度时，钢的塑性已经很好，就可以用尽可能快的速度加热。应该指出，大的加热速度不仅可以提高生产能力，而且可防止或减轻某些缺陷，如氧化、脱碳及过热等。允许的最大加热速度，不仅取决于钢种的导热性和塑性，还取决于原料的尺寸和外部形状。显然，尺寸愈小，允许的加热速度愈大。此外，生产上的加热速度还常常受到炉子结构、供热能力及加热条件的限制。对于普碳钢之类的多数钢种，一般只要加热设备许可，就可以采用尽可能快的加热速度。但是，不管如何加热，一定要保证原料各处都能均匀加热到所需要的温度，并使组织成分较为均匀化，这也是加热的重要任务。如果加热不均匀，不仅影响产品质量，而且在生产中往往引起事故，损坏设备。因此，一般在加热过程中往往会分为三个阶段，即预热阶段（低温阶段）、加热阶段（高温阶段）及均热阶段。在低温阶段（700800以下）要放慢加热速度以防开裂；到700800以上的高温阶段，可进行快速加热。达到高温带以后，为了使钢的各处温度均匀化及组织成分均化，而需在高温带停留一定时间，这就是均热阶段。应该指出，并非所有的原料都必须经过这样的三个阶段。这要看原料的断面尺寸、钢种特性及入炉前的温度而定。例如：加热塑性较好的低碳钢，即可由室温直接快速加热到高温；加热冷钢锭往往低温阶段要长，而加热冷钢坯则可用较短的低温阶段，甚至直接到高温阶段加热。如图21所示。给出了不同钢种的加热速度的一般图示。所以，对于20钢来说，只要炉子给热能力允许，可以选用任意加热速度进行加热。由于所坯料尺寸断面较大，所以先缓慢加热，然后再快速加热的加热2.2.2.3加热时间加热时间指金属加热到加工要求温度所需要的时间。加热时间长短不仅影响炉子产量，也影响钢材质量。所以合理确定加热时间对于实现正确加热、提高炉子产量，保证加热质量和改善炉子的各种技术经济指标具有重要意义。加热时间与钢种、坯料尺寸和形状、钢料在炉子摆法、炉型结构以及装炉温度等因素有关。确定加热时间除进行理论计算外，还可根据生产实验进行估算的方法。实际上运用经验公式和实验资料是当前设计中确定加热时间常用的方法。对于不同钢种的加热时问，也可以按单位厚度金属所需加热时间来计算。这时公式为式中B钢料厚度，（厘米); c-考虑钢的化学成分和其他因素影响的系数。2.2.3工艺流程的制定热坯、冷坯检查不合格坯剔除装炉加热出炉高压水除鳞不合格坯剔除粗轧轧制（550*6）1号曲柄飞剪中轧轧制（450*6）2号回转飞剪精轧轧制（350*6）穿水冷却3号曲柄复合飞剪冷床冷却850T冷剪定尺剪切定尺分剪计数打捆、包装称重、焊标牌、计数入库发货工艺流程描述：由炼钢厂生产的钢坯用过跨车或汽车运送到原料跨，由加热炉依据钢坯验收标准进行验收、接料、码垛、入炉加热等工作；钢坯加热到规定温度出炉轧制，先由推钢机把钢坯推到出炉辊道由辊道送入粗轧机组进行轧制（6架轧机），然后1号飞剪进行切头处理，再进入中轧（6架轧机）继续轧制；中轧结束后2号飞剪进行切尾，中轧后轧出精轧需要的料型竟如精轧（6架）轧制出合格的成品进行穿水冷却，然后经3号飞剪倍尺剪切，再由冷床输送辊道输送到冷床进行冷却，冷却好的钢材齐好头用冷床移钢小车移到冷床输出辊道，送到冷剪进行定尺剪切，剪后的钢筋进入后部通尺分拣，然后打捆、包装、焊标牌等，最后码垛、入库。2.3钢的轧制2.3.1影响钢的轧制因素轧制是整个工艺过程的核心，坯料通过轧制完成变形过程，因此它对轧制产品的质量起着决定作用。 轧制产品的质量要求包括了产品的几何形状和尺寸的精确度、内部组织和性能、产品表面光洁度三个方面。工艺设计的任务就是在深人分析轧制工艺过程特点的基础上，制初合理的轧制工艺参数，保证达到上述质最要求，并使轧机具有良好的技术经济指标。 从工艺设计角度看，确定轧制工艺参数主要在于正确制定变形规程、速度规程和温度规程。2.3.2 变形规程在既定的轧制条件下(工艺、设备条件)，完成由还料到成品的变形过程的规程谓之变形规程。变形规程的主要内容是确定总的变形量和道次变形量。变形量的分配是个重要参数，它是选择轧制设备、进行工具设计(孔型设计、辊型设计等)的主要依据，对轧机产量、产品质量起着决定作用。一般说来，变形量越大，从坯料到成品的变形过程越快，轧制总的延续时间越短，轧机的产越高。另外，变形程度愈大，加工过程中三向压应力状态愈强，对产品的组织与性能也更为有利。这是因为:(1)变形程度大、三向压应力强，有利于破碎树枝状结晶和某些合金钢的碳化物分布，改变J露铸态组织。(2)变形程度大，改进了钢锭或钢坯的组织，使其内部更加致密，有利于改善钢的机械性能。因此，对一般钢的加工都有一个总变形量的要求，也即一定压缩比的要求。例如铁路用轨的压缩比须在数十以上，钢板的压缩比也要达到5-12倍。(3)在总变形量不变的情况下，道次变形量的大小对变形渗透，对金属的流动都发生影响，因而对产品质量也有一定影响。因此在塑性条件允许的情况下也希望提高每一道次的变形量，并控制好对产品性能有重大影响的终轧道次变形量。 但是，变形过程中的变形量越大，金属变形也越剧烈，变形过程中的金属流动也越严重，它对产品的质最以及设备的使用、轧辊的磨损、导卫板的要求等也同样有着不良影响。因此确定变形量的大小和分配要进行综合的分析和比较。根据金属的加工性能、电机能力、设备强度、咬入条件以及工具形状等许多影响变形量大小的因素中抓住主要矛盾，进行正确处理。一般都是在保证产品质量和机械设备安全的前提下，尽可能的选用较大的变形量，以缩短轧制过程，提高轧机产量。不少轧机如初轧机所采用的所谓强化轧制就是加大变形量的例证。2.3.3 变形温度、速度对产品组织性能的影响。 轧制温度规程要根据有关塑性、变形抗力和钢种特性来确定，以保证产品正确成型，不出裂纹、组织性能合格及力能消耗少。轧制温度的确定主要包括开轧温度和终轧温度的确定。钢坯生产时，往往并不要求一定的终轧温度，因而开轧温度应在不影响质量的前提下尽量提高。钢材生产往往要求一定的组织性能，故要求一定的终轧温度。因而，开轧温度的确定必须以保证终轧温度为依据。一般来说，对于碳素钢的加热温度最高温度常低于固相线100200.开轧温度由于从加热炉到轧钢机的温度降，一般比加热温度还要低一些。确定加热最高温度时，必须充分考虑到过热、过烧、脱碳等加热缺陷产生的可能性。 轧制终了温度因钢种不同而不同，它主要取决于产品技术要求中规定的组织性能。如果该产品可能在热轧以后不经热处理就具有这种组织性能，那么终轧温度的选择更应以获得所需要的组织性能为目的。在轧制亚共析钢时，一般终轧温度应该高于Ar3线约50100，以便在终轧以后迅速冷却到相变温度，获得细致的晶粒组织。若终轧温度过高，则会得到粗晶组织和低的机械性能。反之，若终轧温度低于Ar3线，则有加工硬化产生，使强度提高而伸长率下降。究竟终轧温度应该比Ar3线高出多少？这在其他条件相同的情况下主要取决于钢种特性和钢材品种。对于含Nb、Ti、V等合金元素的低合金钢，由于再结晶较难，一般终轧温度可以提高（例如950）；如果采用控制轧制或进行变形热处理，其终轧温度应可以从大于Ar3到低于Ar3，甚至低于Ar1，这主要取决于钢种特性。 如果亚共析钢在热轧以后还要进行热处理，终轧温度可以低于Ar3。轧制过共析钢时热轧的温度范围较窄，即奥氏体温度范围较窄，其终轧温度应不高于SE线。否则，在晶粒边界析出的网状碳化物就不能破碎，使钢的机械性能恶化。若终轧温度过低，低于SK线，则易于析出石墨，呈现黑色断口。这因为渗碳体分解形成石墨需要两个条件：一是缓慢冷却以满足渗碳体分解所需要的时间；一是钢的内部有显微间隙或周围介质阻力小，以满足石墨形成和发展时钢的密度小和体积变化的要求。终轧温度过低，有加工硬化现象，且随变形程度的增加，显微间隙也增加，这就为随后缓冷及退火时石墨的优先析出和发展创造了条件。因此过共析钢的终轧温度应比SK线高出100150。 变形速度或轧制速度对产品组织性能的影响。 变形速度或轧制速度主要影响到轧机的产量，因此，提高轧制速度是现代轧机提高生产率的主要途径之一。但是，轧制速度的提高受到电机能力、轧机设备及强度、机械自动化水平及咬入条件和坯料规格等一系列设备和工艺因素的限制。要提高轧制速度，就必须改善这些条件。轧制速度或变形速度通过对硬化和再结晶的影响也对钢材性能质量产生一定影响。此外。轧制速度的变化通过摩擦系数的影响，还会经常影响到钢材尺寸精确度等质量指标。总的说来，提高轧制速度不仅有利于产量的大幅度提高，而且对提高质量、降低成本等也都有益处。2.4 螺纹钢筋的控制轧制及控制冷却工艺连轧棒材生产线中 ,钢材是在规定的孔型系统中完成的 ,变形条件基本固定 ,不可能进行大范围的变形量调整。全连轧棒材生产线在生产螺纹钢筋时 ,主要是采用控制开轧温度和终轧温度的手段来改善变形奥氏体的组织状态 ,提高钢材综合性能螺纹钢轧后的控制冷却工艺包括下三个阶段 :第一阶段为螺纹钢表面淬成马氏体阶段：螺纹钢离开精轧机后 ,在终轧温度下,尽快地进入高效冷却装置进行快速冷却。螺纹钢的冷却速度必须大于使表面层达到一定深度淬火成马氏体的临界温度 ,表面温度低于马氏体开始转变的临界温度,发生奥氏体向马氏体的转变。心部由于温度高仍处在奥氏体状态 ,表层则为马氏体及残余奥氏体组织 ,表面马氏体层的厚度决定于轧后强制冷却的时间。第二阶段为自回火阶段： 螺纹钢经第一阶段快速冷却后 ,在冷床上进行空冷。由于第一阶段快冷造成螺纹钢截面上各点的温差较大 ,心部的热量将向表面层扩散传导 ,形成马氏体的自回火。 根据自回火的温度高低 ,可以得到回火马氏体或回火索氏体 ,表层的残余奥氏体转变为马氏体。靠近表面的过渡层 ,根据钢的成分冷却条件的不同 ,奥氏体将转变成贝氏体、托氏体或索氏体 ,心部仍处在奥氏体状态。这一段时间的长短取决于螺纹钢直径大小和前一阶段的冷却条件。第三阶段为心部的奥氏体转变阶段螺纹钢在冷床上空冷一段时间后断面上的温度趋于一致 ,并同时降温 ,达到奥氏体向铁素体转变温度 ,开始相变。根据钢的化学成分、螺纹钢直径大小以及前阶段的冷却效果 ,心部将转变成铁素体和珠光体或索氏体或贝氏体组织2.4.1 螺纹钢轧后控制冷却的方法根据螺纹钢在轧后快冷前变形奥氏体的再结晶状态 ,螺纹钢轧后冷却的效果可以分为两类 :一种是变形的奥氏体已经完全再结晶,变形引起的位错或亚结构强化作用已经消除 ,变形强化效果减弱或消除 ,因而强化只能靠相变完成 ,综合力学性能提高不多 ,但是应力腐蚀稳定性较高另一种是轧后快冷之前奥氏体未发生再结晶或者仅发生部分再结晶。在变形奥氏体中保留或部分保留变形对奥氏体的强化作用 ,变形强化和相变强化效果相加 ,可以提高螺纹钢的综合力学性能 ,但应力腐蚀开裂倾向较大。螺纹钢轧后控制冷却的方法一般可分为两种：一种是轧后立即冷却 ,在冷却介质快速冷却到规定的温度 ,或者在冷却装置中冷却一定时间后停止快冷 ,随后空冷 ,进行自回火。生产小断面螺纹钢适合采用此种冷却方法 。另一种是先在高速冷却装置中用很短时间将螺纹钢表面过冷到马氏体转变点以下形成马氏体 ,并立即中断快冷 ,空冷一段时间 ,使表面层的马氏体回火 ,形成回火索氏体 ;然后进行二冷快冷一定时间 ,再次中断快冷进行空冷 ,使螺纹钢芯部获得索氏体组织、贝氏体及铁素体组织。这种冷却方法获得的螺纹钢筋抗拉强度及屈服强度略低 ,延伸率几乎相同 ,而抗腐蚀稳定性好。同时 ,对大断面钢材来说 ,还可以减小内外温差2.4.2影响控制冷却螺纹钢筋性能的因素1 加热温度 加热温度影响钢坯的原始奥氏体晶粒的大小、各道次轧制温度及终轧温度 ,影响道次之间及终轧后的奥氏体再结晶程度及晶粒大小。当其他变形条件一定时 ,随加热温度的降低控制冷却后的钢筋性能明显提高。如果不降低坯料的加热温度 ,又需要降低终轧温度 ,则可以在终轧前设置快冷装置 ,降低终轧前的钢坯温度。2变形量控制终轧前几道次的变形量 ,将道次变形量与轧制温度很好的配合 ,对钢筋快冷以前获得均匀的奥氏体组织、防止产生个别粗大晶粒以及造成混晶有重要作用 ,水冷后可以得到均匀组织。3终轧温度 终轧温度高低决定了奥氏体的再结晶程度。当冷却条件一定时 ,直接影响淬火条件和自回火条件。为了保持钢的自回火温度相同 ,在终轧温度不同时 ,必须通过改变冷却工艺参数来达到。经验表明 ,一般终轧温度较低时钢筋的强化效果好。4终轧到开始快冷的间隔时间。主要影响奥氏体的再结晶程度 ,如果轧后钢筋处于完全再结晶条件下 ,高温下停留时间加长 ,奥氏体晶粒容易长大 ,将使钢筋的力学性能降低。如果轧后钢材处于部分再结晶区 ,则延长轧后的停留时间 ,可以增加奥氏体的再结晶数量 ,快冷之后有利于获得均匀的组织。轧后为未再结晶状态时 ,则要求轧后立即快冷 ,防止发生部分再结晶。5冷却速度:提高冷却速度可以缩短冷却器的长度 ,保证得到钢筋表面层的马氏体组织。如果冷却速度比较低 ,则用加长冷却设备即增加冷却时间来达到。一般钢筋从 1 0 3 0到 40 0的控制冷却速度是 :1 0的钢筋冷却速度 560 760/S;1 2的钢筋冷却速度为 375 500/S;1 4的钢筋冷却速度为 325 365/S,冷却速度可通过水量、水压的调节来达到第三章：轧钢机的选择3.1选择轧钢机的原则轧钢机是完成金属轧制变性的主要设备，是代表车间生产技术水平，区别于其它车间类型的关键。因此，轧钢机选择的是否合理对车间生产具有非常重要的影响。轧钢机的选择主要依据是：车间生产的钢材的钢种，产品品种和规格，生产规模的大小以及由此确定的产品生产工艺过程。对轧钢车间工艺设计而言，轧钢机选择的主要内容是：确定轧钢机结构型式，确定其技术参数，选用轧机的机架数以及布置方式。在选择轧机时一般考虑下列各项原则：（1）在满足生产方案的前提下，使轧机组成合理，布置紧凑；（2）有较高的生产效率和设备利用系数；（3）保证获得的质量良好的产品，并考虑到生产新产品的可能；（4）有利于轧机机械化、自动化的实现，有助于工人劳动条件的改善；（5）轧机结构型式先进合理，制造容易、操作简单、维修方便；（6）备品备件容易更换，并利于实现备品备件的标准化；（7）有良好的综合技术指标；实际上，由于轧制产品的种类繁多，生产范围又很宽广，产品在轧制过程中变形特点差异很大，因此不同产品对不同的轧机提出的要求也是不同的。例如对大型开坯机、大型型钢轧机，厚板轧机等这些轧机，除保证有必要的精度外，共主要要求是有足够的强度，以保证轧件能获得大变形。而对钢板轧机、钢管轧机、小型及线材轧机，除了要求一定的强度外，还要求有足够的刚度，以保证这些轧制产品几何形状的正确和尺寸的精砚。因此，选择轧钢机时除遵循上述一般原则之外，要从产品的工艺要求出发，根据不同产品的生产特点和具体要求来确定轧机的结构型式、主要技术参数和它们的布置方式。 日前，由子机械制造工业的发展、轧钢生产的日益进步，现在的主要轧机除去一些特殊用途轧机外，基本上都已趋于系列化、标准化了，为我们选用轧机提供了方便的条件。3.2轧钢机的布置形式轧钢机按工作机架排列成某种方式称为轧钢机布置。按照工作机架排列的方式，轧钢机布置可以分为六种。即（1）单机架布置；（2）横列式布置，包括一列、二列和多列式布置；（3）顺列式（跟踪式）布置；（4）布棋式布置；（5）半连续式布置；（6）连续式布置；本设计选用顺列式。3.3轧机机架数目的确定轧钢机机架数目的确定与很多因素有关。主要的有:坏料的断面尺寸生产的品种范围、生产数目的大小、轧机布置的形式、投资的多少以及建厂条件等因素。但在其他条件既定的情况下，主要考虑与轧机布置的形式有关。对干每架只轧一道的轧机，例如顺列式布置和连续式布置的轧机，其机架数日的确定是比较容易的。因为其机架数目一般不少于轧制道次，只要知道轧制道次即可确定机架数目了。轧制道次和机架数目用下式确定:本设计计算为18架轧机。3.4轧机机架型式选择机架是轧钢机的主要部件，它的作用是装置轧辊及其调整装置和其他有关零件，并在轧制过程中承受巨大的轧制压力。因此对机架的要求除了足够的强度和刚度外，还要考虑装卸方便，快速换辊等方面的可能性。除特殊用途轧机外，一般轧钢机的机架形式按照结构特点不同可以分为：闭口式，开口式和办闭口式三类。如图图3-1 a开口式b闭口式c半闭口式不同类型的机架形式可作如下的分析: I.开式机架这种机架的上盖(上横梁)可以拆卸，其主要优点是更换轧辊方便，因此它主要用在换辊比较频fix的横列式布置的型钢轧机上。其主要缺点是刚性较差，轧出的产品精度不高。 按照上盖与主住(牌坊)连接方式的不同，型钢轧机常用的开式机架有如图5-3所示的几种型式。图a为螺栓连接的开式机架。每个牌坊的上盖用两个螺检固定在立柱上。其特点是：结构较为简单，但因螺枪较长，变形较大，使机架刚性降低。另外，换辊时要用人工扳动螺帽，操作不便，故一般用于小型轧机上。图b是立销一斜楔连接的开日式机架。主要特点是换辊方便。图c为套环一斜楔连接的开口式机架。它与上述二种相比，取消了立柱与横梁的垂直销孔，以套环代祷螺检或圆销，套环的下端用横悄铰接在立柱上，上端用斜楔把上盖和立注连接起来。换辊时，拆下斜楔之后，用吊车将套环向两侧分开，上盖即可卸下。这种结沟换辊方便，但是同样存在套环变形较大的缺点。虽然套环断面尺寸一可以增加，刚性较前二种机架为好，但其产品尺寸的精度仍不很高，我国不少中型开坯机曾用过此类机架型式根据各类轧钢机机架型式的不同特点和各螺纹钢筋厂的参考，粗轧和中轧轧机的机架型式为闭口式机架，精轧轧机的机架为短应力线轧机。3.5轧辊尺寸确定1辊身直径 轧辊的主要尺寸就工艺设计来说是辊身直径和辊身长度。在确定轧辊主要尺寸时要考虑到轧制时轧辊的抗弯强度和其允许的挠度，以保证轧辊的安全和轧制产品的精确。在决定轧辊直径时，必须注意不同轧制情况下咬人角的允许值和压下值与辊径之间的比值，以保证轧件的顺利咬人，它们之间的关系列于表3-1中。另外，也要考虑到接轴的传动情况和轧辊最大限度的使用效率，以节省轧辊的储备和消耗，并有较少的换辊时间。表31 不同轧制情况下的咬入角和h/R的关系在进行工艺设计时可以采用两种方法来预选轧辊直径 :1）按经验公式选取;2)参考相同类型的轧机情况选取。根据经验，轧机轧辊辊径与轧制的坯料高度有如下的关系: D=KHD-轧辊直径K-系数 (可按表3一2选取)H-坯料高度表32不同轧机的K值范围由表3一2可以看出，随着轧件断面高度的减小K值是逐渐加大的。但对多机架顺列式型钢轧机和钢板轧机，表中所列系数只适用于开坯机架的辊径预选或校核。而对其它机架则随看接近成品机架一般采取愈来愈小的辊径值。因为愈是接近成品机架，由于轧件断面尺寸和压下量的减少，金属对轧辊的压力大为减小，轧制的咬人条件也大为改善。这样选择轧辊直径有利于减轻设备重量和减少能量消耗。但在实际设计时由于考虑到轧机制造和备品备件的管理使用方便，往往又采用分组的办法，也即同一组轧机中轧辊直径相同。2辊身长度 辊身长度是轧辊尺寸的另一重要参数。一般根据辊身长度与辊径的比值(L/D)来选定。 第四章：辅助设备的选择由于轧制产品的种类繁多，其生产过程的繁简程度也很不一样。因此，为适应各种产品的轧钢车间辅助设备，不论从用途、结构形式或是动作的工作原理上看都是多种多样的，就是同一类别的辅助设备，由于其服务对象不同或生产工艺的要求不同，其结构和工作原理也会存在很大差别，根据辅助设备在轧钢生产过程中的不同用途。（1）满足产品生产工艺要求；（2）有较高的工作效率，保证轧机获得较短的轧制节奏时间而有较高的产量；（3）设备结构的型式要先进合理、动作灵活机构紧凑、操作维修容易、备品备件标准化、制造更换方便；（4）辅助设备的生产能力一般要大于轧机生产能力，以保证轧机生产能力得到发挥。通常辅助设备能力可按大于轧机能力的20%考虑；（5）设备设计经济合理、体积小、重量轻，以减少设备总重量和节省车间投资。4.1加热设备选择4.1.1加热炉型的确定加热是热轧生产中的一个重要工序，而钢料加热质量的保证和加热产量的大小，完全依赖于所选择的加热设备和它的加工制度。根据加热的钢种、加热质量、温度制度等特点和参照同类车间的设计，确定加热炉推钢式加热4.1.5推钢机选择轧钢车间常用的加热炉推钢机有螺旋式、齿条式两种，也有少数车问采用液压式推钢机的。 螺旋式推钢机结构简单重量l轻，便于制造，造价亦低。但因其传动效率较低，零外容易损坏，推力、推速也小。故一般适用于推力20吨以下的小型轧钢车间。 齿条式推钢机结构复杂，重量大，制造困难，但因其传动效率高，工作稳妥可靠，不需要经常检修，而且在相同推力下具有较高的推速，较大的行程而得到广泛的采用。推力在20吨以上的大、中、小型轧钢车间均可选用。 液压推钢机工作更为平稳，结构简单，重量更轻(只为同吨位的齿条式推钢机的25%左右)，并能实现调速。因此液压推钢机具有更大的优越性，有条件的应积极选川此类型式。4.2切断设备用于轧钢生产的切断设备主要有三类，即锯机、剪机和折断机。按工艺要求，型钢和钢管车间常使用锯机，钢坯车间使用平行刃剪，钢板车间大都使用斜刃剪和圆盘剪，而各类连轧机都设置有飞剪。本设计所用的连轧机后设的剪切设备为飞剪。 飞剪剪切过程中的共同特点是在钢材运行过程中完成剪切工序。钢材运行速度大致与飞剪的圆周速度相同(为保证剪切断而平直，通常飞剪速度要等于钢材运行速度)。因此飞剪都用于轧制速度比较高的连续式或半连续式布置的轧机上。4.3冷却设备选择 不同形式的冷床是轧钢生产的主要冷却设备。冷床的作用在于将轧件从轧后800左右冷却到100150以下，同时使轧件在冷却过程中按既定方向运行并使之在运输过程中不致弯曲。由于轧制产品在长度上，在横断面形状上差异悬殊，故用于轧钢车间的冷床形式也各不一样。冷却设备的选择主要在于选择冷床类型和它的主要尺寸。4.3.1 冷床的结构形式 按照结构特点冷床大致可以分为以下几类:1 设有钢绳拉钢机的冷床 这类冷床以固定的导轨为床面.配以带往复运动的多爪式拉钢机。这种冷床的工作特点是靠绳式拉钢机使轧件成批地横向移动，冷床的面积利用率较高。此类冷床多用于人型及中型钢材生产。2.设有链式运输机的冷床 这类冷床将轧件置于链带上，使轧件随带运行。因此，此炎冷床多用于轧件表而质量要求较高、表面怕擦伤的钢材。如钢板、带钢和钢管生产等。3齿条式冷床 它由齿条和导轨组成。活动的齿条相对于固定的导轨作周期运动，每上下前后运动一次，轧件就向前运行一段距离。这种冷床的缺点是床面利用效率较小，但特别适用于冷却过程中容易产生弯曲或扭转的巾小型棒材。4.辊式冷床 这种冷床由多组细长的辊子所组成。辊子轴线与轧件运行方向成一定的角度，因此轧件在冷却过程中在其上面一边移动，一边自身相应的转动。这样使轧件冷却不仅均匀，也防比了轧件的弯曲和扭转。此类冷床设备重量大，造价较高，因此适用于要求较高的小型钢材生产。 5。步进式冷床 由一套步进机构组成。轧件在冷床上的运动情祝和齿条式冷床相类瓜，步进机构每动作一次，轧件向前运行一段距离。此类冷床多用于钢管生产或其他要求在冷却过程中防止产生弯曲和变形的钢材生产。 6 钩式运输机 这类冷床书要用于线材生产。冷却时由钩式运输机将成卷的线材挂起来、一边沿导轨运输一边进行冷却，在运输过程中使钢材达到冷却要求。4.3.2冷床宽度的确定 冷床宽度主要取决于产品计划中钢材的最大成品长度，但一个轧钢车间内往往生产多种产品，共轧后成品长度又很不一致，这时，冷床宽度的确定应考虑以大多数产品能较好的利用冷床面积为原则。如若迸入冷床前钢材已被剪切成儿根定尺长度为r米的钢材一，则冷床宽度应为:4.3.3冷床长度的确定 冷床长度的决定比较复杂，因为它受许多因素的响。归纳起来冷床长度主要与下列因素有关:1)轧机产量的大小;(2)轧件上床温度的高低;C3)轧件在冷床上的冷却条件;4)轧件的尺寸大小和断面形状的复杂程度;(5)钢材冷却后下末的温度要求等。尽管如此，仍然可以总结出冷床一长度设计的一个墓本原则，这就是:轧件由上床温度到下床温度这一段冷却时间内，轧机轧出的钢材应能全部容纳在冷却床上。唯有这样才不致影响轧机产量的提高。由此，导出冷床长度的计算公式:式中：L冷床长度（米）；A 轧机最大小时产量（吨/小时）；G每根钢材重量（公斤）；C冷床上相邻两根钢材之间中心距（米）；即每根钢材占有的水平宽度；T钢材在冷床上的冷却时间（小时）；K冷床长度上的利用系数。4.4运输辊道的选择辊道是轧钢车间中不可缺少的辅助设备。它的主要作用是用来运送轧件(运输辊道)、参与轧机的轧制过程(工作辊道)和连接车间内设备之间、机组之间的联系(运输辊道)。在轧钢车间内辊道重量一般可占整个车间设备总重量的20%-40%,有的机械化、自动化程度较高的轧钢车间其辊道重量可占车间设备总量的49%，可见辊道在轧钢生产过程中的重要性。 4.5起重机的选择起重机又名天车，吊牟，行车，是轧钢车间用以起吊、运输货物、检修各类设备的重要工具。 1 起重机的类别 起重机按工作制度分有重型、中型和轻型三种，主要决定于起重机的工作场所。一般可作如下考虑: 1)主电室检修川起重机采用轻级工作制; 2)主跨及副跨的设备检修起重机采用重级工作制。 3)各跨间操作运输用起重机可采用重级工作制;4)机修车间、废钢场地的起重机可采用中级工作制。起重机的外形尺寸大小主要与厂房有关。可根据厂房具休条件尽量选用标准化的起重机。2，起重机的主要参数起重机的主要参数有: 1)起吊重量 主要根据夭车在各跨间工作性质和起吊物体的或量来决定。 23起重机运行速度 主要根据运输要求决定。一般对操作运输用起重机速度要高，检修设备用起重机速度可低。3)起重机台数确定一般根据轧机班产量来进行计算。由上式可知，确定起重机台数的关键在于正确计算起重机每班工作时数。通常可根据实测决定。起重机负荷一般宜在85%以下。第六章 轧钢车间技术经济指标表示轧钢车间内各项设备、原材料、燃料、动力以及劳动力、资金等利用程度的指标称之为技术经济指标。这些指标的高低反映了车间生产技术水平和生产管理制度执行的情况，是鉴定车间设计水平和工艺过程制订质量好坏的重要标准，是评定车间工作优劣的主要依据。因为通过对同一类型不同车间的技术经济指标的分析和对比，可以找出相互之间的差距，存在的问题，从而分析原因，寻找提高指标、改进生产的措施，故而研究和分析各项技术经济指标也就成了研究和分析轧钢车间工作情况的重要方法之一了。 在轧钢生产过程中，有多种多样的技术经济指标。其中包括:综合技术经济指标、各项材料消耗指标、车间劳动生产率指标以及车间资金利用与消耗等方面的指标。而其中尤以产品的产量、质量、各项材料消耗、劳动力使用、资金利用以及轧机作业率等指标最为人们所重视和关心，因而这些反映生产水平的主要指标是人们分析和研究的主要内容。6.1各类材料消耗指标轧钢生产中主要原材料及动力消耗主要有:金属、燃料、电力、轧辊、水、油、压缩空气、氧气、蒸汽和耐火材料等。由于生产条件不同，或者由于技术操作水平和生产管理水平不同，不同车间上述消耗指标会有很大的差异;就是同一车间在不同时期，各种指标也可能因某种原因而发生变化。因此，要经常掌握和研究各类产品的各种俏耗指标，才能了解和改进生产。6.1.1金属消耗金属消耗是轧钢生产中最重要的稍耗，通常它占产品成本的一半以上，因此，降低金属消耗对节约金属、降低产品成本有重要意义。金属消耗指标通常以金属消耗系数表示，它的含义是生产一吨合格钢材需要的钢锭或钢坯量。金属消耗一般由下列的金属损耗所组成:1)烧损;2)切头、切尾、切边造成的损失;3)清理表面损耗(包括酸洗损耗) 4)轧废;5)由于加热、精整造成的缺陷以及钢号混乱所造成的损失等。1)烧损烧损就是金属在高温状态下的氧化损失。它包括坯料在加热过程中生成的氧化铁皮和轧制过程中形成的二次氧化铁皮，但前者是主要的。从钢锭到合格产品的整个生产过程中，金属要经过多次加热和冷却。据统计，在生产的全过程中金属的烧损总量可达到5-6%。不仅如此，钢的氧化还降低钢的导热能力，恶化炉子操作条件，还对轧件咬人和钢材表面质量产生重要影响。因此，减少金属的氧化损失确是轧钢生产中的一个课题。 烧损与加热温度、加热时间，特别是在高温条件下的停留时间、炉内气氛、钢的化学成分等因素有关。实践证明，加热温度愈高，在高温停留的时间愈长，炉内氧化性气氛愈浓，则加热产生的烧损愈多。轧钢生产过程中一次加热、酉七制所形成的氧化损失一般在2 -3%左右。 2)切损 切损包括切头、一切尾、切边和由于局部质量不合格而必须切除所造成的金属损夫。切损主耍与钢种、钢材种类及其要求、坏料尺寸计算的精确程度以及选用的原料状况(长度、重量)有关。采用锭作原料由干有缩孔和车L制产生“燕尾”必须切除而有较大的金属损耗。尤其是镇静钢锭切除最达11一18%，沸腾钢锭切除最只5一8%，而合金钢锭达到10-22%。因此合理的选择锭型、精确地计算坯料尺寸和成品尺寸之间的关系是减少切损的重要措施。近儿年来，采用绝热板代林保温l媲、用沸腾钢锭模浇铸镇静钢锭、初轧时改由大头进钢等措施，使钢锭切损量减少，金属收得率可提高6-7%。 钢板因为切边、钢管因壁厚不均等原因增加了切除一长度，他们的切损量均大于型钢。型钢切损量一般不大干5%，而钢板、钢管可达到10%以上。3)情理表面损失 清理金属表面的损失包括原料表面缺陷处理、酸洗以及轧后成品表面缺陷处理所造成的金属损失。由于钢种和清理方法不同，以及对钢材要求不一样，因此造成的金属清理损失也不相同。一般在1-3%的范围内。表8-r列出了目前我国轧钢厂常用的几种清理方法所造成的金属损失。4)轧废轧废是由于操作不当、答理不善或者出现事故所造成的废品损失，合金钢因要求较高，生产困难，轧废量较多，一般为l3%，而碳钢则可小于1% 生产过程中除以_L所述的金属损尖外，还有取样、检验、铣头钻狠，混号等所造成的金属损夫，但数量不大，均不超过l%。6.1.2燃料消耗轧钢车间的燃料消耗主要用于坯料的加热。常用的燃料有煤、煤粉、煤气和重油等。其消耗量一般用每吨钢材需要梢耗多少热童来表示。有时固体燃料或液体燃料用侮吨钢材加热消耗的燃料重量表示。每吨钢材的燃料消耗决定于加热时间与加热制度、加热炉的结构和产量、坯料的钢种和断面尺寸、人炉时料的温度等因素。初轧生产因采川热锭装炉可大大节省燃料。对连续式加热炉而言，炉子产量愈高，相对的燃料消耗愈少。因此提高轧机作业率、提高炉子生产率是减少单位燃料消耗的重要途径。另外，坯料断面愈小、加热时间愈短、炉子的热损失愈少，则燃料消耗也就减少。合金钢因加热速度小，加热时间长，其燃料消耗较普碳铜为高。6.1.3电能消耗电能消耗轧钢车间的电能消耗主要用于驱动轧机的主电机和车间内各类辅助设备的电机，照明用电只占耗电总景中的很少部分。每吨钢材的电能消耗与润种、产品种类、轧制道次、轧制温度以及车间用电设备的多少有关。轧制时总延们l系数愈大，或者轧制逆次愈多，电能消耗愈人。 轧制钢饭比轧制型钢、钢管的电能消耗为大;轧制合金钢比轧制普碳钢为高。初轧生产的终轧温度高，机时产从大，车间内辅助设备相应地少，囚而其电能消耗比其他轧钢车间为少。6.1.4轧辊消耗轧辊是轧机的主要备件，共消耗量取决于轧辊每车削一次所能轧出的钢材数量和一对轧辊所能车的次数。表示轧辊消耗量的单位是每一吨钢材平均消耗轧辊的重量。显然轧辊车削一次所能轧出的钢材数显愈多、一对轧辊车削的次数愈多，辊耗量愈少。反之则辊耗见愈大。 影响轧辊消耗.氢的因素很多，主要有:1)轧机型式及机架数目;2)轧辊材质;3)所轧刚材的钢种和产品形状的复杂程度;4)轧制过程中金属变形的均匀性;5)轧制时采用的冷却方法和工作条件;B)轧制操作的技术水平以及轧辊的加工方法等。 近几年来，随着轧机产量的提高、轧辊材质的改善、轧辊制造方法的变更、轧辊热处理工艺的革新以及轧辊焊补技术的进步，轧辊使用寿命得到延长，轧制钢材数虽增多，轧辊消耗量不断降低。6.1.5水的消耗轧钢车间用水按其用途可以分为:1)生产用水;2)生活用水;3)劳动保护用水。这二项用水中后两项用水量不大，生产用水是轧钢厂水耗量的主要方面。生产用水主要用一各项设一备(加热炉、轧机、热锯等)和钢材的冷却、冲刷氧化铁皮、酸洗、清洗用水以及动力用水等。轧钢车间水耗量有两种表示方法。一种是以生产每吨合格钢材耗的水量表示，一种是用单位时间内的耗水量来表示。 轧钢车间耗水量主要取决于车间规模的大小、用水设备的多少、每项设各的需水量以及用水项目的多少和它的需水情况。6.1.6.压缩空气消耗轧钢车间的压缩空气主要用作动力如加热炉炉门升降、穿孔机及轧管机的送料气缸、凤铲清理、冷却(电机及润滑系统)、吹利设备等。压缩空气的消耗不能完全代表轧钢车间生产技术管理水平，因为使用压缩空气的设备种类和数量各个车间是不相同的。 生产一吨合格产品所耗用的压缩空气量叫单位产品的压缩空气消耗量。但计算各有关设备需用压缩空气量则用米3/分表示。即每分钟需要多少米压缩空气。轧钢车间用压缩空气的压力一般为4-6个大气压。6.1.7润滑油消耗轧钢车间润滑油消耗包括各类工艺润滑油的消耗、轧机油压平衡用油耗、各类轴承油耗等。润滑油耗量的多少与车间类型、设备类型等因素有关。一般地说，冷轧生产较热轧生产用油为多1高速轧机较低轧机用油为多7现代化轧机较老式轧机用油为多。生产一吨合格钢材所消耗的润滑油，叫做轧钢车间的单位产品润滑油耗。一些轧钢!车间的润滑油消耗指标可如下所示:6.1.8蒸汽消耗蒸汽在轧纲车问主用于冲刷煤气