年产80万吨棒材车间工艺设计说明书

1、摘 要本设计为年产80万吨棒材车间工艺设计。品种为圆钢和螺纹钢的小型棒材厂，在此选择16mm的圆钢作为典型产品进行该车间的设计。本设计采用全连续轧制生产工艺，全线共有轧机18架，其中粗轧机6架，中轧机6架，精轧机6架，终轧最大轧制速度为16m/s。采用主要工艺流程为选定坯料加热除鳞轧制粗、中、精轧冷却水冷、风冷打捆检查入库 。棒材以定尺交货，横列式、半连续式、全连续式各种轧机都可以进行生产。采用全连续式平立交替布置轧机，以保证产量减少事故。此设计以设计任务书出发，首先论述了棒材的开展概况和市场需求，建厂的必要性和可能性，然后选择典型产品的产品大纲的制定、轧机的选择、孔型系统的选择及典型产品的孔

2、型设计、力能参数的计算及校核、辅助设备的选取、车间布置等。关键词: 车间设计；孔型设计；棒材目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc326314023 摘 要 PAGEREF _Toc326314023 h I HYPERLINK l _Toc326314025 目 录 PAGEREF _Toc326314025 h III HYPERLINK l _Toc326314026 引 言 PAGEREF _Toc326314026 h 1 HYPERLINK l _Toc326314027 第1章 文献综述 PAGEREF _Toc326314027 h 2 HYP

3、ERLINK l _Toc326314028 1.1我国线棒材开展现状 PAGEREF _Toc326314028 h 2 HYPERLINK l _Toc326314029 1.1.1 产能高 PAGEREF _Toc326314029 h 2 HYPERLINK l _Toc326314031 1.1.2 管理水平逐年提高 PAGEREF _Toc326314031 h 3 HYPERLINK l _Toc326314033 1.2棒材的种类和用途 PAGEREF _Toc326314033 h 3 HYPERLINK l _Toc326314034 1.3市场对棒材的质量要求 PAGER

4、EF _Toc326314034 h 4 HYPERLINK l _Toc326314035 1.4棒材的生产特点 PAGEREF _Toc326314035 h 4 HYPERLINK l _Toc326314036 1.5棒材的生产工艺 PAGEREF _Toc326314036 h 4 HYPERLINK l _Toc326314037 1.5.1 坯料 PAGEREF _Toc326314037 h 4 HYPERLINK l _Toc326314038 1.5.2 加热和轧制 PAGEREF _Toc326314038 h 5 HYPERLINK l _Toc326314040 1.

5、6棒材轧制的开展方向 PAGEREF _Toc326314040 h 6 HYPERLINK l _Toc326314041 1.6.1 连铸坯热装热送或连铸直接轧制 PAGEREF _Toc326314041 h 6 HYPERLINK l _Toc326314044 1.6.2 继续提高轧制速度 PAGEREF _Toc326314044 h 7 HYPERLINK l _Toc326314046 1.7棒材生产的目的和意义 PAGEREF _Toc326314046 h 8 HYPERLINK l _Toc326314047 第2章 产品大纲 PAGEREF _Toc326314047

6、h 9 HYPERLINK l _Toc326314058 2.1坯料选择 PAGEREF _Toc326314058 h 14 HYPERLINK l _Toc326314059 2.2 坯料选用所考虑因素 PAGEREF _Toc326314059 h 15 HYPERLINK l _Toc326314060 2.2.1 坯料形状尺寸 PAGEREF _Toc326314060 h 15 HYPERLINK l _Toc326314061 2.2.2 钢坯的重量 PAGEREF _Toc326314061 h 15 HYPERLINK l _Toc326314062 2.2.3 坯规格及允

7、许偏差 PAGEREF _Toc326314062 h 15 HYPERLINK l _Toc326314063 2.2.4 坯料的检查与清理 PAGEREF _Toc326314063 h 16 HYPERLINK l _Toc326314064 第3章 轧机选择及工艺流程 PAGEREF _Toc326314064 h 17 HYPERLINK l _Toc326314065 3.1轧机型式比照与选择 PAGEREF _Toc326314065 h 17 HYPERLINK l _Toc326314066 开式机架 PAGEREF _Toc326314066 h 17 HYPERLINK

8、l _Toc326314067 闭式机架 PAGEREF _Toc326314067 h 17 HYPERLINK l _Toc326314068 半闭口机架 PAGEREF _Toc326314068 h 17 HYPERLINK l _Toc326314069 无牌坊轧机 PAGEREF _Toc326314069 h 17 HYPERLINK l _Toc326314070 悬臂式机架 PAGEREF _Toc326314070 h 18 HYPERLINK l _Toc326314071 平立可转换轧机 PAGEREF _Toc326314071 h 19 HYPERLINK l _T

9、oc326314072 3.2轧机布置选择比拟 PAGEREF _Toc326314072 h 21 HYPERLINK l _Toc326314073 横列式轧机 PAGEREF _Toc326314073 h 21 HYPERLINK l _Toc326314074 顺列式布置的轧机 PAGEREF _Toc326314074 h 22 HYPERLINK l _Toc326314075 连续式布置的轧机 PAGEREF _Toc326314075 h 22 HYPERLINK l _Toc326314076 轧机机架数确定 PAGEREF _Toc326314076 h 23 HYPER

10、LINK l _Toc326314077 3.3 棒材轧制生产工艺的制定 PAGEREF _Toc326314077 h 24 HYPERLINK l _Toc326314078 3.3.1 制定生产工艺的原那么 PAGEREF _Toc326314078 h 24 HYPERLINK l _Toc326314079 3.3.2 生产工艺流程图 PAGEREF _Toc326314079 h 25 HYPERLINK l _Toc326314080 3.3.3 生产工艺特点 PAGEREF _Toc326314080 h 27 HYPERLINK l _Toc326314081 3.3.4 轧

11、制方案制定 PAGEREF _Toc326314081 h 27 HYPERLINK l _Toc326314082 3.4 生产工艺的过程 PAGEREF _Toc326314082 h 27 HYPERLINK l _Toc326314083 3.4.1 坯料外表预处理 PAGEREF _Toc326314083 h 27 HYPERLINK l _Toc326314084 3.4.2 坯料加热 PAGEREF _Toc326314084 h 28 HYPERLINK l _Toc326314085 3.4.3 钢材的轧制 PAGEREF _Toc326314085 h 29 HYPERL

12、INK l _Toc326314086 3.4.4 钢材的冷却与精整 PAGEREF _Toc326314086 h 31 HYPERLINK l _Toc326314087 3.5轧辊的各个参数 PAGEREF _Toc326314087 h 31 HYPERLINK l _Toc326314088 轧辊的材质选择 PAGEREF _Toc326314088 h 32 HYPERLINK l _Toc326314089 轧辊直径 PAGEREF _Toc326314089 h 33 HYPERLINK l _Toc326314090 辊身长度 PAGEREF _Toc326314090 h

13、34 HYPERLINK l _Toc326314091 轧辊轴承 PAGEREF _Toc326314091 h 35 HYPERLINK l _Toc326314092 轧辊辊颈直径和辊颈长度确实定 PAGEREF _Toc326314092 h 36 HYPERLINK l _Toc326314093 轧辊的调整机构 PAGEREF _Toc326314093 h 37 HYPERLINK l _Toc326314094 3.6 轧机主传动 PAGEREF _Toc326314094 h 38 HYPERLINK l _Toc326314095 3.6.1 减速机和齿轮机座 PAGERE

14、F _Toc326314095 h 38 HYPERLINK l _Toc326314096 3.6.2 电机 PAGEREF _Toc326314096 h 38 HYPERLINK l _Toc326314097 3.6.3 连接轴 PAGEREF _Toc326314097 h 39 HYPERLINK l _Toc326314098 第4章 孔型系统选择与设计 PAGEREF _Toc326314098 h 41 HYPERLINK l _Toc326314106 4.1.1棒材孔型系统 PAGEREF _Toc326314106 h 43 HYPERLINK l _Toc326314

15、107 4.2孔型的设计计算 PAGEREF _Toc326314107 h 45 HYPERLINK l _Toc326314108 4.2.1典型产品 PAGEREF _Toc326314108 h 45 HYPERLINK l _Toc326314109 4.2.2 轧制各道次面积确实定 PAGEREF _Toc326314109 h 48 HYPERLINK l _Toc326314110 4.3成品孔型的设计 PAGEREF _Toc326314110 h 48 HYPERLINK l _Toc326314111 4.3.1箱型孔的设计 PAGEREF _Toc326314111 h

16、 50 HYPERLINK l _Toc326314112 4.3.2圆孔和椭圆孔的设计 PAGEREF _Toc326314112 h 51 HYPERLINK l _Toc326314113 4.5孔型配置 PAGEREF _Toc326314113 h 54 HYPERLINK l _Toc326314114 第5章 轧制节奏图表与产量计算 PAGEREF _Toc326314114 h 55 HYPERLINK l _Toc326314115 5.1咬入角的计算 PAGEREF _Toc326314115 h 55 HYPERLINK l _Toc326314116 5.2前滑值的计算

17、 PAGEREF _Toc326314116 h 55 HYPERLINK l _Toc326314117 摩擦系数的选择 PAGEREF _Toc326314117 h 55 HYPERLINK l _Toc326314118 中性角的计算 PAGEREF _Toc326314118 h 55 HYPERLINK l _Toc326314119 前滑值的计算 PAGEREF _Toc326314119 h 55 HYPERLINK l _Toc326314120 5.3 轧辊转速及电机速度确实定 PAGEREF _Toc326314120 h 56 HYPERLINK l _Toc32631

18、4121 5.4轧制节奏图表 PAGEREF _Toc326314121 h 56 HYPERLINK l _Toc326314122 5.4.1 轧制间隙时间 PAGEREF _Toc326314122 h 56 HYPERLINK l _Toc326314123 5.4.2 各道次轧制间隙时间 PAGEREF _Toc326314123 h 57 HYPERLINK l _Toc326314124 5.4.3 总间隙时间 PAGEREF _Toc326314124 h 58 HYPERLINK l _Toc326314125 5.5轧钢机产量的计算 PAGEREF _Toc32631412

19、5 h 59 HYPERLINK l _Toc326314126 5.5.1 轧钢机产量概述 PAGEREF _Toc326314126 h 59 HYPERLINK l _Toc326314127 5.5.2 车间年产量的计算 PAGEREF _Toc326314127 h 61 HYPERLINK l _Toc326314129 第6章 力能参数的校核 PAGEREF _Toc326314129 h 63 HYPERLINK l _Toc326314147 6.1对辊颈计算弯曲和扭转强度 PAGEREF _Toc326314147 h 71 HYPERLINK l _Toc32631414

20、8 6.2对辊头验算扭转强度 PAGEREF _Toc326314148 h 72 HYPERLINK l _Toc326314149 第7章 辅助设备的选择 PAGEREF _Toc326314149 h 73 HYPERLINK l _Toc326314151 7.1 加热设备 PAGEREF _Toc326314151 h 73 HYPERLINK l _Toc326314152 7.1.1入炉设备 PAGEREF _Toc326314152 h 73 HYPERLINK l _Toc326314153 7.1.2 出炉设备 PAGEREF _Toc326314153 h 74 HYPE

21、RLINK l _Toc326314157 7.2导位、活套设备 PAGEREF _Toc326314157 h 78 HYPERLINK l _Toc326314158 7.2.1 导卫装置 PAGEREF _Toc326314158 h 78 HYPERLINK l _Toc326314159 7.2.2 活套活套的设计 PAGEREF _Toc326314159 h 78 HYPERLINK l _Toc326314160 7.3 剪切设备的选择 PAGEREF _Toc326314160 h 79 HYPERLINK l _Toc326314161 7.3.1 1#飞剪机 PAGERE

22、F _Toc326314161 h 79 HYPERLINK l _Toc326314162 7.3.2 2#飞剪机 PAGEREF _Toc326314162 h 81 HYPERLINK l _Toc326314163 7.3.3 3#倍尺剪 PAGEREF _Toc326314163 h 82 HYPERLINK l _Toc326314164 7.3.4 4#定尺剪 PAGEREF _Toc326314164 h 83 HYPERLINK l _Toc326314165 7.4 冷床的选择 PAGEREF _Toc326314165 h 85 HYPERLINK l _Toc32631

23、4168 7.5 起重设备的选择 PAGEREF _Toc326314168 h 88 HYPERLINK l _Toc326314169 7.5.1 起重机 PAGEREF _Toc326314169 h 88 HYPERLINK l _Toc326314170 7.5.2 辊道的选用 PAGEREF _Toc326314170 h 90 HYPERLINK l _Toc326314171 7.6 堆垛机 PAGEREF _Toc326314171 h 91 HYPERLINK l _Toc326314172 7.7 打捆机 PAGEREF _Toc326314172 h 91 HYPERL

24、INK l _Toc326314207 结 论 PAGEREF _Toc326314207 h 107 HYPERLINK l _Toc326314208 参考文献 PAGEREF _Toc326314208 h 108 HYPERLINK l _Toc326314209 致 谢 PAGEREF _Toc326314209 h 110 HYPERLINK l _Toc326314210 附 录 PAGEREF _Toc326314210 h 111引 言钢铁材料以其所具有的特性较高的强度、韧性、易加工成型性、绿色可循环性在未来很长一段时期内仍将是重要的结构材料。我国是一个开展中的大国，消费市场

25、巨大，对钢铁的需求，特别是对线棒材需求量仍然很大。工业开展的历史说明，钢铁工业是整个工业开展的根底，钢铁生产状况是衡量一个国家工业水平的重要标志。我国棒材的总产量在钢材总量中的比例超过40%，在世界上是最高的。这是国内经济建设和出口需要所决定。棒材的断面形状简单，比起线材一般断面大很多，因此散热慢，允许轧制时间长，头尾温差大的问题不突出，但上限产品容易压缩比缺乏。与其他热轧一样，为能轧制高尺寸精度的产品，必须保证加热均匀一致，轧机刚度尽可能的高，轧制中，做到冷却一致。轧制中还有磨损带来孔型的变化，影响轧制的持久稳定。棒材以直条交货，轧制单根棒条可以使用最小坯料，轧制道次也不是很多，降温不是主要

26、考虑问题，因而把棒材轧制是所有轧材中最容易实现的品种，它可以有多种方式。从三辊横列式，到扭转二重式，从各种半连续式到全连续式，都能生产棒材，但其产量、尺寸精度、成材率、合格率却都大不一样。三辊轧机刚度低，加热温度的波动必然带来严重的产品尺寸波动，加上横列式速度慢、轧制时间长，导致轧件头、尾温差加大，容易尺寸不一致，并且性能不均，产量很低，质量波动很大，优质率极低。全连续轧机一般采用平立交替，轧件无扭，事故少、产量高，可以实现了大规模的专业化生产和组织性能控制.同时轧机采用高刚度，控制自动化程度较高，使尺寸精度和合格率得到很大提高，尤其成材率提高，减少回炉炼钢的浪费。合金棒材在机械轴类零件中有广

27、泛的应用，在轧制加工的根底上，热处理性能极为优良，可以经过淬火，到达相当高的强度和韧性。但合金钢热塑性差，加工性能差，轧制变形要求减少道次压下。本设计按照任务书要求，设计年产90万t全连续式棒材车间。选择16 mm的圆钢作为典型产品的孔型设计。第1章 文献综述在现代社会的国民生产中，棒材作为钢铁产品的组成局部，即便是在当前国际经济危机的大环境下，由于我国采取扩大内需，建设根底设施，鼓励开展房地产业的政策，棒材的生产仍然十分重要。由于钢铁材料的用途十分广泛，不管农业、工业、国防建设，都需要有质量优良，品种齐全，数量足够的钢铁，因此钢铁工业的开展有着非常重要的意义1。我国是一个开展中国家，住房尚需

28、大量开展，建筑用钢的需求在很长一段时间内都将是很高的。另外随着人民生活水平的提高，相应汽车用钢的需求也会越来越多。1.1我国线棒材开展现状钢铁材料以其所具有的特性较高的强度和韧性、易加工成型性、绿色可循环性在未来时期内仍将是重要的结构材料。随着我国汽车制造、电气机械、船舶制造工业的开展,板材、管材在钢材中所占的比例将逐渐提高,线棒材所占比例将有所下降,但其绝对值仍在上升。而且线棒材生产结构将发生很大的变化。我国目前线棒材生产有如下特点2。 产能高我国线棒材无论是轧机数量,还是产量均居世界第一位,而且其产量还在以较快速度增长(年平均增长速度为15 %左右),目前我国线棒材占钢材总产量的48 %5

29、0 %。与此同时,美国同期线棒材产量占钢材总产量的22 %左右,日本同期线棒材产量占钢材总产量的27 % 左右,而且几年来产量相对平稳。因此我国线棒材无论是所占钢材总产量的比例还是绝对产量均高于美国和日本。 生产装备参差不齐近年来我国小型轧机向连续化开展,线材生产那么趋向采用高速线材轧机,到2002 年6 月底,全国共投产连续及半连续小型轧机70 套,设计产能超过2 100 万t/ a ,其中国产化设备超过40 %。到目前为止,全国共投产高速线材轧机约70 台套(含线棒材复合轧机) ,设计产能超过1 700 万t/ a 2。国产化设备最高精轧速度可达90 m/ s。与此同时,我国目前尚有一些落

30、后的小型线材轧机再生产。据调查,约有40 %的小型型钢(线棒材) 生产线属于落后淘汰设备,约30 %的落后线材生产线应被淘汰。1.1.2 管理水平逐年提高近年来,我国线棒材厂总体生产管理水平不断提高,一般连续小型及高速线材轧机投产后2 年左右即能到达或超过设计产量。2000 年以后,不少小型线材轧机的成材率到达97 % ,一些实行负偏差轧制的轧机,成材率约在98 %以上。另外,由于注重产品质量的提高,开发了400 MPa 级带肋钢筋。并且,不少企业努力增加硬线生产比例,特别是在扩大高强度低松弛预力钢丝、钢绞线生产份额,改善冷墩钢质量,扩大产品规格上采取了多项措施。最近新投产的几套高速线材轧机,

31、可提供525 mm线材,直径公差达0.1 mm ,椭圆度达0.14 mm,可满足不同用户的需求。1.2棒材的种类和用途棒材是一种简单断面型材，一般是以直条状交货。棒材的品种按断面形状分为圆形、方形和六角形以及建筑用螺纹钢筋等几种，后者是周期断面型材，有时被称为带肋钢筋。棒材的断面形状最主要的还是圆形。国外通常认为，棒材的断面直径是9300 mm。国内在生产时约定俗成地认定为：棒材车间的产品范围是断面直径为1050 mm。棒材的用途非常广泛，除建筑螺纹钢筋等可直接被应用的成品之外，一般都要经过深加工才能制成产品。深加工的方式有热缎、温锻、冷锻、拉拔、挤压、回转成形和切削等，为了便于进行这些深加工

32、，加工之前需要进行退火、酸洗等处理。加工后为保证使用时的机械性能，还要进行淬火、正火或渗碳等热处理。有些产品还要进行镀层、喷漆、涂层等外表处理。1.3市场对棒材的质量要求由于棒的用途广泛，因此市场对它们的质量要求也是多种多样的，根据不同的用途，对力学强度、冷加工性能、热加工性能、易切削性能和耐磨耗性能等也各有所偏重3。总的要求是：提高内部质量，根据深加工的种类，材料本身应具有适宜的性能，以减少深加工工序，提高最终产品的使用性能。用作建筑材料的螺纹钢筋，主要是要保证化学成分并具有良好可焊性，要求物理性能均匀、稳定，以利于冷弯，并有一定的耐蚀性。1.4棒材的生产特点棒材的断面形状简单，用量巨大，适

33、于进行大规模的专业化生产。我国棒材的总产量在钢材总量中的比例超过40 %，在世界上是最高的。预计随着我国经济现代化程度的逐渐提高。棒、线材在钢材总量中的比例将会逐步降低。棒材的断面尺寸比线材要大，但仍是热轧材中较小的。棒材的特点是断面较线材大的多，散热慢，可轧时间长，但压缩比不很大。长度定尺交货，使得可有多种生产方式进行轧制。但随着尺寸精度和外表质量要求增加，横列式已经多数被淘汰。因为，三辊横列式速度慢、轧制时间长，导致轧件终轧温度下降过多，头、尾温差加大，结果造成轧件头、尾尺寸公差不一致，并且性能不均。采用平立交替轧机提高轧制速度可以解决上述矛盾，滚动导卫的使用也可减少事故，这些都推动了棒材

34、生产技术的开展。1.5棒材的生产工艺 坯料棒材的坯料现在各国都以连铸坯为主，对于某些特殊钢种有使用初轧坯的情况。为兼顾连铸和轧制的生产，目前生产棒材的坯料断面形状一般为方形，边长120200 mm。连铸时希望坯料断面大，而轧制工序为了适应小直径、长尺寸，保证终轧温度，那么希望坯料断面尽可能小。从压缩比上看希望断面大些，以提高变形比。生产棒材的坯料一般较长，最长达22 m。一些车间为扩大产品上限，有时也选两种坯料，这时粗轧第一架的能力要加大，同时设备作业率降低。一个车间最好一个坯料规格，这样轧机有最大的利用率5。连铸可以明显节能、提高产品质量和收得率，有巨大的经济效益，这已经在普通钢种上得到广泛

35、应用，也正在向高档钢材和特殊钢种的生产迅速扩大。对机械结构用钢，由于中心偏析和延伸比等问题，连铸质量较难保证，由于电磁搅拌、低温铸造等技术的显著进步，使这些钢种也可以采用连铸进行生产。当采用常规冷装炉加热轧制工艺时，为了保证坯料全长的质量，对一般钢材可采用目视检查，手工清理的方法。对质量要求严格的钢材，那么采用超声波探伤、磁粉或磁力线探伤等进行检查和清理，必要时进行全面的外表修磨。棒材产品轧后还可以探伤和检查，外表缺陷还可以清理。采用连铸坯热装炉或直接轧制工艺时，必须保证无缺陷高温铸坯的生产。对于有缺陷的铸坯，可进行在线热检测和热清理，或通过检测将其剔除，形成落地冷坯，进行人工清理后，再进入常

36、规工艺轧制生产。 加热和轧制棒材加热和轧制的工艺流程如下： 冷坯加热 粗轧 中轧 精轧 冷却 精整连铸坯热装加热1) 加热。在现代化的轧制生产中，棒材的轧制速度很高，一般在12m/s以上时，轧制变形时的温升较为明显，与散热抵消以后，甚至还出现升温。棒材断面大，轧制时间短，而且冷床散热慢，故一般棒材轧制的加热温度较低，出口速度也不太高。加热要严防过热和过烧，要尽量减少氧化铁皮。对易脱碳的钢种，要严格控制高温段的停留时间，采取低温、快热、快烧等措施。对于现代化的棒材生产，一般是用步进式加热炉加热，由于坯料较长，炉子较宽，为保证尾部温度，采用侧进侧出的方式。为适应热装热送和连铸直轧，有的生产厂采用电

37、感应加热、电阻加热以及无氧化加热等4。2) 轧制。为提高生产效率和经济效益，适合棒材的轧制方式是连轧。连轧时一根坯料同时在多机架中轧制，在孔型设计和轧制规程设定时要遵守各机架间轧件出入口速度相等或稍有速差的原那么。在棒材轧制的过程中，前后孔型应该交替地压下轧件的高向和宽向。轧辊轴线全平布置的连轧机在轧制中将会出现前后机架间轧件扭转的问题，扭转将带来轧件外表易被扭转导卫划伤，轧制不稳定等问题。粗轧速度慢，一些车间在粗轧采用平辊轧制，平立交替的中精轧采用椭圆-圆孔型。尽管粗轧速度低，只要有扭转，事故还是增加，对塑性差的钢种也有限制，容易出现角裂。3) 控制轧制。为了细化晶粒，减少深加工时的退火和调

38、质等工序，得到产品的特殊机械性能，可以采用控制轧制或低温轧制等措施，这时轧机能力更要有富裕。1.6棒材轧制的开展方向 连铸坯热装热送或连铸直接轧制由于实现了连铸，棒材生产可以不经过开坯工序。目前，即使是对于高档钢材也可以使用连铸坯生产，但是连铸还是无法保证提供无缺陷坯料，为了保证产品质量，需要在冷状态下对坯料进行外表缺陷和内部质量检查。因此加热炉还要对冷坯重新加热再进行轧制。今后随着精炼技术、连铸无缺陷技术、坯料热状态外表缺陷和内部质量检查技术的开展，连铸坯热装热送将会很快应用于生产实践，以充分利用能源。对于一般材质以及高档钢材的棒材连铸坯直接轧制技术仍在研究之中。连铸坯以650800热装热送

39、，可提高加热炉的能力20%30%，比冷装减少坯料的氧化损失0.2%0.3%，节约加热能耗30%45%。同时可减少钢坯的库存量，减少设备和操作人员，缩短生产周期，加快资金周转，可见有巨大的经济效益。1.6.2 继续提高轧制速度目前，先进的棒材轧机的终轧速度一般为1718m/s ，随着飞剪剪切技术及控制冷却等技术的完善，棒材的终轧速度还会继续提高。然而，对于较大断面的棒材，不能盲目的提高终轧速度，因为其断面大，冷却较慢，假设终轧速度过高，冷却将成问题，这必将导致产品质量下降，或者导致冷床过大，增加辅助投资。在本设计中，自动化程度极高，从坯料上料到成品，一线全部自动化，无需人工操作。坯料选用连铸坯取

40、代初轧钢坯，提高了成材率，简化了工艺过程，降低了生产本钱。同时，设计采用全连轧生产线，缩短了轧制周期，提高了轧机产量、轧制精度和成品质量，降低了本钱。并且在轧制的精轧局部采用平立辊交替轧制，减少轧制事故的发生，提高了生产效率。第2章 建厂依据和产品大纲2.1坯料选择目前，轧钢生产用坯有三种：即用连铸坯、钢坯、钢锭。钢锭是炼钢生产的最终产品，也是钢材生产的原料。钢锭质量的优劣、重量的大小及钢锭的类型对钢材产品生产有很大的影响。钢锭经开坯轧制成不同规格的钢坯。可根据不同的产品特点，选择与成品钢材形状相近似的钢坯。连铸坯是直接将钢水铸成轧机所需要的各种规格和断面形状的钢坯的生产过程，省去了初轧生产过

41、程。随着冶炼技术的不断开展，连铸和棒材轧机之间的连接的合理优化，从连铸坯考虑采用较大的断面，大连铸坯在连铸过程中有利于夹杂物上浮，更能保证质量，同时，在压缩比一定的情况下，较大断面的连铸坯有利于生产更大规格和产品质量更好的钢材。三种原料比拟如下表2所示：表2 轧钢生产各种原料比拟原料种类优点缺点使用条件钢锭不用初轧开坯，可直接轧制成材金属消耗大，成材率低，中间不能进行清理，压缩比小，产量低仅特殊用途轧机用钢锭作原材料，大局部钢锭要经初轧机、中型开坯轧机或锻压机轧成各种钢坯钢坯压缩比大，可中间清理，故产量大。钢种不受限制，成材率高需要初轧开坯，使工艺和设备复杂。能耗和产品本钱提高，比用连铸坯金属

42、消耗大得多，成材率低大型钢铁联合企业以及生产品种较多的各种车间连铸坯金属消耗少，成材率可提高612%，不用初轧，缩短工艺流程，可节能降耗，降低本钱钢种受到一定限制主要用于镇静钢，压缩比拟小，对有些产品受到限制，另外连铸坯规格较少，不适用于多品种小批量生产的要求，连铸工艺要求严格适合于大、中、小多类钢铁企业，生产品种较少，毗连较大的情况；适用于压缩比要求不特别严格的产品通过上述比拟，本设计选用连铸坯作为生产原料。2.2 坯料选用所考虑因素2.2.1 坯料形状尺寸坯料断面形状的选择主要与轧制产品的形状有密切的关系，当轧制断而形状比拟简单的成品钢材时可选择与其形状相近的钢坯。棒材轧制常选用方形坯料，

43、因为这样有利干延伸系数的分配和减少轧制道次。对于连续式轧机，温度条件好，轧机数目多，故可选用较大的坯料，使压缩比增大。压缩比，一般表示钢坯连铸坯的平均变形量。压缩比是保证产品组织结构和力学所要求的最小变形量。连铸坯内部存在缺陷的比例较大，连铸坯的规格选取上考虑轧机本身的能力，从而确保连铸坯的内部缺陷在前几道次的轧制得到消除。建议采用以下的压缩比能满足产品质量的要求：优质碳素结构钢的压缩比6，40 Cr合金结构钢的压缩比7；合金结构钢的压缩比15。.1 式中：锭到成品的压缩比；坯料断面积, mm2；成品断面积, mm2。综合考虑以上因素，选择连铸坯断面面积为165165 mm22.2.2 钢坯的

44、重量取连铸坯的比重为：=7.6510kg/m.2考虑内容(1)，钢坯长度为：=14 m钢坯重量为：=7.651014165102919.8 kg。取钢坯重量为：G=3 t 根钢坯单重为：G1 =208.3 kg m2.2.3 坯规格及允许偏差1)连铸坯横断面尺寸及允许偏差符合YB2021-8标准，见表3：表3 连铸坯横断面尺寸及允许偏差名义尺寸长度/mm宽度/mm对角线长度偏差单重kg/m尺寸偏差尺寸偏差165165165516557208.32)钢坯长度定尺：1208012000 mm，短尺 3)钢坯弯曲度不得大于15 mm/m，总弯曲度不得大于80 4)端部切斜不得大于20 5)不得有明显

45、的扭转。第3章 轧机选择及工艺流程3.1轧机型式比照与选择开式机架这种机架的上盖上横梁可以拆卸，其优点主要是更换轧辊方便，因此它主要用在换辊比拟频繁的横列式布置的型钢轧机上，主要缺点是刚性较差，轧出的产品精度不高8。闭式机架这种机架的上盖和立柱形成封闭式的整体框架。结构简单，制造容易，具有较高的强度和刚度。因此，闭口式机架主要用于初轧机、各种钢板轧机、钢管轧机。主要缺点是换辊不便。半闭口机架其上盖和立柱的连接完全由斜楔完成，具有换辊方便和刚性较好的优点。无牌坊轧机 传统的牌坊轧机，轧材的尺寸精度纵向厚度与轧机机座刚度有直接的关系，由此式可知，提高轧材尺寸精度应从两方面着手，即减少和提高K，前者

46、为轧制工艺问题，后者为设备问题。该轧机的特点是：机架由4根带左右螺旋的受力拉杆连接一对轧辊的轴承座，轧制力分布在很短的回路内和较大的面积里，并可同时旋转四根拉杆实现上下轧辊的同步压下调整，可以保证轧线恒定不变，在上辊操作侧轴承座内设置蜗轮蜗杆螺旋副机构对上辊进行手动轴向调节。轧辊采用液压柱塞平衡或弹簧平衡，轧辊受力弯曲时，轧辊轴承座可以随轧辊弯曲而浮动，从而使轴承受力均匀机架有液压缸移动进行换辊。此外，为了保证轴承座的刚度和从圆柱轴承到拉杆的短距离，使机架和轴承座弯曲最小，对机架的拉杆位置进行了优化，无牌坊机架的可靠性高，轴向径向刚度高，对实施低温轧制有利，且产品尺寸公差小，换辊时间短。适用于

47、中、精轧机组。如图1所示，提高轧机刚度途径为减少机座中承载体的数量，即尽量缩短应力回线的长度，于是短应力回线轧机应运而生。图1 牌坊轧机与短应力线轧机应力回线比拟a，牌坊轧机；b，短应力线轧机悬臂式机架悬臂式机架结构图如图2 所示，采用芯轴夹套Norco热处理辊环，油膜轴承结构，有水平机架、立式机架、平/立可转换机架。这种机型的特点是：轧辊辊环直径增大约30 %，断面面积增加约65 %，增强了关键部位的强度，减少了应力集中；该机型有固定的轧制线；易于更换辊环，维护及更换到位方便；重量轻，可节约投资。适用于粗轧机组。钢锭、钢坯或连铸坯外表会存在各种缺陷(如结疤、折叠、裂纹、皮下气泡等)，如不在轧

48、制前加以清理去除，会在轧制过程延伸、扩大，轻者造成钢材应力集中和腐蚀的起点，使材料强度和耐腐蚀能力降低，严重的影响金属在轧制时的塑性和成型，造成废品。所以坯料外表缺陷的清理是提高钢材合格率，保证钢材质量的重要措施，也是轧钢生产分成二个阶段的重要原因。常用的清理外表缺陷的方法很多，常用的有：火焰清理、风铲清理、砂轮清理和机床清理等四种。火焰清理是指采用乙炔或煤气和氧气燃烧的高温火焰将原料外表熔化出去的方法。风铲清理是用0.50.6MPa压力的压缩空气使风铲头做高速冲击以铲掉外表缺陷的方法。机加工清理是轧制重要用途的合金钢时需要用剥皮消除钢锭和钢坯的外表缺陷，加工方法包括：刨、铣和车等。研磨清理是

49、用来清理钢坯外表细小的缺陷，以及清理有很高硬度的高级合金钢坯的外表缺陷，采用砂轮来清理。各种清理方法比拟见下表4：表4 各种清理方法比拟清理方法清理费/%特点适用范围风铲清理100生产效率较低，人工段清理程度，工作量较大适用于冷状态下清理高碳钢及合金钢研磨清理307生产效率低，由于急剧的摩擦而产生局部加热，因此在研磨过程中，采用间歇时间以便于被研磨处的热量有足够时间扩散。清理钢坯外表细小的缺陷，以及清理有很高硬度的高级合金钢坯的外表缺陷机床清理60生产效率低，不同的钢种选用不同的机加工方法适用于有重要用途，要求较高的产品，火焰清理53高生产率、低本钱，所需设备简单，易操作适用于碳素钢、普通低合

50、金钢的清理，而不适用于合金钢和高碳钢本设计坯料选用荧光磁粉法探伤，成品采用超声波探伤；普通碳素钢采用火焰清理，对高要求的钢材和高合金钢、轴承钢等采用研磨清理。图2 悬臂式轧机的结构图平立可转换轧机采用平立交替式布置是为了满足灵活的轧制工艺而设计的。根据不同产品的孔型设置，可灵活地调整轧机使其水平布置或垂直布置。机架可以水平或倾倒90度，放置在一个小车上。机架本身结构与普通二辊轧机机架根本相同。立辊轧制时为了平衡轧辊质量，在轧辊辊系中增加了止推轴承。机架与小车用螺栓连接在一起，小车可以水平移动，实现水平轧制换孔槽功能。在垂直轧制时，小车坐在一个由电机驱动蜗轮、蜗杆、丝杠螺母机构组成的台架上，台架

51、可上下移动，完成换孔槽动作。位置调整好后，由液压锁紧缸将机架定位。其结构图如图3所示。图3 平立可转换轧机中、精轧机的作用是将轧件在高温状态下经过孔型逐道次压缩变形。根据产品大纲及各车间工艺的不同，第一种情况是由中轧机为精轧机输送形状正确、尺寸合格的轧件。第二种情况是由中轧机组直接轧制出断面较大的产品，精轧机组被甩掉(空过)。由替换辊道代替，此时中轧机组的作用和精轧机组一样成为成品轧机。在相同的开轧温度情况下，中轧机组轧件温度为三个机组的最低区域，而精轧机组的轧件温度那么随着道次的增加而逐渐有所升高。过低的开轧温度容易在中轧机组前几架产生堆钢。采用平立交替式布置，且精轧局部的偶数架轧机可平立转

52、换，此种布置形式的优点：1. 轧制过程稳定，此种轧机在平轧机上采用椭圆孔型，在立轧机上采用圆孔型，这样在平辊上轧出的椭圆件在水平方向是长轴，增大了轧件与轧机的接触面积，所以增加了轧件在机架之间运行的稳定性；2. 平立布置的轧机可采用立活套，而立平布置必须采用侧活套。立活套的优点：设施少、占地面积小，更易检测和控制；如果采用立平布置，就必须采用侧活套，因为立轧机上轧出的扁轧件是立着的，对水平压辊或水平推辊磨损严重，所以采用平立布置且使用立活套效果更好；3. 易控制成品质量。在立式轧机上轧出的成品比水平轧机轧出的成品质量好控制，因为立式轧机的轧辊运行更为平稳，成品尺寸波动小，精度高。平立布置轧机的

53、缺点：1. 成品轧机的进、出口导卫装置更换调整较困难；2. 成品轧机轧辊轴向调整不便。因为采用平立交替的轧机布置形式利大于弊，且精轧机的偶数架次采用平立可转换式，利于切分轧制。其结构图如图4所示。图4 平立辊联合轧机示意图3.2轧机布置选择比拟横列式轧机横列式轧机，特别是粗轧机组要求多道次轧制，轧制速度慢，轧制节奏长。而坯料断面小，轧件温降快，头尾温差大，在给定坯料尺寸、成品规格时，为尽量减少轧制道次，需尽可能选用快速延伸孔型系统。如椭圆方、六角方孔型。横列式布置的轧机，同一机列轧辊的转速相同，轧制速度并不随轧件长度增加而提高，因而产量小，轧机劳动生产率低，轧制产品的质量也差，不易实现自动控制

54、，国外已淘汰。这是横列式布置轧机的重要缺点。顺列式布置的轧机采用跟踪轧制方式，每架轧机只轧一道，各架轧机具有不同的轧制速度，可以随轧件长度的增加而提高轧制速度，因而具有较高的生产率。每架轧机只轧一道，轧辊L/D=1.52.5，机架多采用闭口式，刚度大，产品精度高，不连轧，各架互不影响，调整方便。但是轧件轧出的长度随道次的增加而加长。机架之间的距离也随轧件长度的增加而增加。因此顺列式布置的轧机有较长的厂房，导致车间占地面积和投资的增加，故只适宜于生产断面尺寸较大的钢材，或用于其它布置形式的粗轧机列。连续式布置的轧机除了每架顺次轧制一道外，还必须保持连轧关系的各架轧机单位时间内金属秒流量相等的原那

55、么。由于连续式布置的轧机易于实现轧制过程的机械化和自动化。可以采用较高的轧制速度，因而具有很大的生产能力。连续式布置的轧机是各类轧机开展的方向。横列式轧机与连续式轧机的比拟：横列式轧机，特别是粗轧机组要求多道次轧制，轧制速度慢，轧制节奏长。而坯料断面小，轧件温降快，头尾温差大，在给定坯料尺寸、成品规格时，为尽量减少轧制道次，需尽可能选用快速延伸孔型系统。如椭圆方、六角方孔型。横列式轧机的自动化程度低，轧机喂钢和翻钢需要人工完成或采用轧机前后辅助设备机械化操作，因此，对咬入条件、孔型对轧件的夹持力、轧件在孔型中的稳定性等方面要求较高，需尽可能选用六角方、菱方等孔型系统。连续棒材轧机的坯料断面大，

56、机架间距小，单道次轧制、轧件温降和头尾温差已不是影响轧钢生产和产品质量的主要因素；相反，在高速轧制时v10m/s，变形功转化的热量占轧制温度变化的主导地位，轧件产生温升，以中间水冷为主要手段的控温轧制和以节能降耗为目的的低温轧制地位相对突出，因此，尽可能减少轧制道次的要求远不如横列式轧机那么迫切。连续棒线材轧机把提高轧机作业率及产量，保证坯料内外质量和成品尺寸精度，以及降低轧辊消耗和本钱等作为增强产品市场竞争力的主要手段。因此，要求选用的孔型系统变形柔和、生产稳定、孔型磨损均匀，这些正是椭圆圆孔型系统的典型特征。连续棒线材轧机产品规格范围宽，为尽量采用共用孔型和调整孔型，特别是生产较大规格从精

57、轧机组前几个机架甚至从中轧机组出成品，因此要求圆孔前置，这也相应扩大了椭圆一圆孔型系统的使用范围。连续棒材轧机已广泛使用微张力和活套控制技术。粗、中轧机组的微张力控制系统，不仅需要各道次轧件断面相对稳定，而且需轧辊工作直径相对稳定，即需要孔型磨损均匀，从而缩短轧机自适应过程，降卑微张力控制系统的调节频率；就活套控制而言，活套器的设置及其工况与轧件断面形状和大小密切相关。显然，圆、椭圆轧件与同断面积的其它等轴轧件相比，惯性矩较小，更容易成套，而且其断面周边呈弧形，可以减轻成套过程中轧件弯曲及活套辊与轧件接触对轧件外表质量的影响。这对裂纹敏感、采用控温轧制的合金钢棒材更为有利，这些也是选用椭圆圆孔

58、型系统的重要原因。比拟各轧机布置形式的优缺点，本设计采用全连续式布置轧机。轧机机架数确定对于每架只轧一道的连续式轧机，确定其机架数是比拟容易的。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。轧制道次和机架数可用下式6确定：.3式中：N机架数目；由坯料到成品的总延伸系数；各道次的平均延伸系数。4设计孔型系统为箱形孔和椭圆-圆的组合孔型生产系统。箱形孔平均延伸系数=1.25 1.4；椭圆-圆平均延伸系数=1.3 1.4；根据以上经验数据，再参考同类棒材车间，=1.32。选取机架数为18架。生产大规格产品可甩过架次空过，减少轧制道次。综上所述，粗短应力线轧悬臂式机，中、精轧可选用

59、短应力线轧机，全线全连续式布置型式，具体规格为见表5：表5轧机布置形式机架布置形式轧机结构平立交替布置悬臂式轧机平立交替布置卡盘式机架、四拉杆机构短应力线轧机平立交替布置、机架为平立可转换机架)。卡盘式机架、四拉杆机构短应力线轧机轧制分为粗、中、精轧三局部。采用平立辊交替的轧机，这样轧件在轧机中可以不用扭转，改善咬入，减少事故的发生。轧机结构形式主要以轧辊的数目、配置和大小来区分，有如下几种：(1)二辊轧机(2)三辊轧机(3)四辊轧机及多机架连轧(4)多辊轧机(5)复合式多辊轧机(6)万能轧机根据本设计的要求，由于是全连轧生产，所以轧机全部选二辊轧机平立交替布置，这样可以改善咬入，减少事故发生

60、。3.3 棒材轧制生产工艺的制定 制定生产工艺的原那么根据已制定的生产方案，在充分完成产品产量质量要求的前提条件下，用最大可能的低消耗、最少的设备、最小的车间面积、最低的劳动本钱，并有利于产品的质量的提高和开展，有较好的劳动条件，最好的经济效益，具体的原那么如下：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差距。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：通常在产品标准中规定了钢材各种规格，技术条件、产品性能检验等内容。但技术要求那么是其主要方面，它对产品的质量要求，即它对产品的几何形状与尺寸精确度、钢组织与性能以及外表质量都作出了明确的规