设计年产150万吨的中厚板厂说明书

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题目：设计年产150万吨的中厚板厂姓名：学号： 专业：材料成型及控制工程班级：指导教师：内蒙古科技大学毕业设计说明书第一章总论1.1工程总述（1）项目名称:设计年产150万吨的中厚板厂（2）项目概述：经过对国内外中厚板市场现状的分析以及前景的预测，综合对当地各种物料供应、能源等其它资源的分析，我们选择区域与资源优势居一体的内蒙古包头地区作为建厂厂址，设计一座年产量150万吨中厚板车间，以25mm×3200mm，X70管线钢为其典型产品，并且能够生产规格齐全、性能优良，能满足市场需求的产品。1.2国内外中厚板车间现状及发展趋势1.2.1中厚板简介中厚钢板：厚度大于4mm的钢板属于中厚钢板。其中，厚度4.0-20.0mm的钢板称为中厚板，厚度20.0-60.0mm的称为厚板，厚度超过60.0mm的为特厚板。1.2.2中厚板的用途中厚板主要用于建筑工程、机械制造、容器制造、造船、桥梁等行业，并且随着国民经济建设其需求量非常之大，范围也十分广。（1）造船钢板：用于制造海洋及内河船舶船体。要求强度高、塑性、韧性、冷弯性能、焊接性能、耐蚀性能都好。（2）桥梁用钢板用于大型铁路桥梁。要求承受动载荷、冲击、震动、耐蚀等。

（3）锅炉钢板：用于制造各种锅炉及重要附件，由于锅炉钢板处于中温（350℃以下）高压状态下工作，除承受较高压力外，还受到冲击，疲劳载荷及水和气腐蚀，要求保证一定强度，还要有良好的焊接及冷弯性能。（4）压力容器用钢板：主要用于制造石油、化工气体分离和气体储运的压力容器或其它类似设备，一般工作压力在常压到320kg/cm2甚至到630kg/cm2，温度在-20~450℃范围内工作，要求容器钢板除具有一定强度和良好塑性和韧性外，还必须有较好冷弯和焊接性能。（5）汽车大梁钢，用于制造汽车大梁（纵梁、横梁）用厚度为2.5-12.0mm的低合金热轧钢板。由汽车大梁形状复杂，除要求较高强度和冷弯性能外，要求冲压性能好。1.2.3中厚板车间现状及发展趋势主轧机的型式从机架的结构来看有二辊可逆式、三辊劳特式、四辊可逆式、万能式和复合式之分，而现代建设的轧机大部分是四辊可逆式和万能式，而二辊可逆式和三辊劳特式在现代轧机建设中已不多见。新建设中厚板轧机宽度尺寸在三米以上；四辊轧机的结构趋于稳定和成熟，为了增加轧机强度和刚度，增大机架牌坊立柱断面尺寸和重量、支撑辊直径，以承受更大的轧制力。一般单位轧制力都在20MN/mm以上，单位功率在2KW/mm以上，刚度在20MN/mm以上。轧机尺寸在3500mm以上，轧制速度达5~7.8m/s，牌坊主柱截面在9000cm2以上，每片单重达300t吨以上，并采用快速换辊装置。换一次工作轧辊只8-15min，换支撑辊只1h之内。主传动采用交流电动机，带有HAGC、弯工作轧辊PC或CVC板形控制装置及近接γ射线测厚仪。（2）加热炉步进式加热炉被公认为当代最先进的炉型。老生产线中只有鞍钢厚板、武钢轧板、济钢中厚板、邯钢中板采用，而新建在建的生产线中有13条选用此炉型，比起我国原先普遍使用的推钢式加热炉在提高板坯质量、减少氧化、烧损等方面大大前进了一步。从与轧制产能匹配角度和轧制品种考虑，宝钢的5.0m轧机设置了2座，首钢4.3m轧机设置了3座。（3）快冷装置在生产高等级、高技术含量、高附加值产品时，一般都采用控制轧制技术工艺。此技术的应用必须有良好的冷却系统相配合，新建和在建的生产线大多都装备了先进的快冷系统。装置一般都采用DQ+U形管层流的冷却型式，一些老生产线近几年也对冷却系统进行了改造，目前酒钢中板采用ADCO气雾冷却，鞍钢厚板、新余中板、舞阳厚板、武钢轧板等采用U形管层流冷却，首钢中板、南钢中板采用直流式层流冷却，都属于比较先进实用的装备。（4）热矫直机2005年以前大都采用辊式矫直机，此型式由于受辊径和辊距的配合限制，所以矫直板厚有一定范围，一般最厚与最薄之比为4，新生产线中大都采用有张力机能的新型矫直机。其矫直最厚与最薄之比可以达到25，而且矫直力也可以增加一倍。也有些老生产线对原有的矫直机进行了改造，如济钢中厚板采用了从法国进口的11辊四重式矫直机，效果较好，矫直精度达1.5mm/m。（5）冷床由于以前大多数生产线采用拉钢冷床，非但容易划伤钢板，也容易造成钢板冷却不均匀。新建生产线的冷床大都采用步进格板式或盘辊式，有足够的面积放置钢板，不需要在冷床前进行热剪分段，对提高成材率有利。也有一些老生产线对冷床进行了改进，如柳钢采用步进式冷床，浦钢和济钢采用了盘辊式，效果都不错[2]。1.2.4国内外中厚板新产品新工艺新技术的开发近几年我国的中厚板品种开发主要围绕一些专用钢板的钢质纯净化、低碳高强化、耐高温、耐高压、耐断裂、耐腐蚀等方面展开，并取得了长足的进步:(1)新产品开发有15家企业能生产X65级别的管线钢，8家能生产X70级，宝钢、鞍钢、舞钢、武钢、济钢等具备了生产X80级的能力，其中宝钢、鞍钢、武钢已能大批量生产，并于2005年完成了X100级的试验室工作。宝钢、舞钢、武钢、鞍钢、马钢等能生产高级别的海洋石油平台用钢。以及CORTEN耐候桥梁板、BHW35高压锅炉板、P20塑料用模具板、N19低温板、AH32-EH36级和F级船板、HT80高强板，百万千瓦火电及核电用特厚钢板、25万千伏安以上变压器用高磁感低铁损取向硅钢等高附加值产品已经相继开发。（2）新技术的应用1）热送热装技术为了节能和提高炉子加热能力，新建厂都很注意炼钢连铸和轧钢加热之间板坯运输、保温及调度等关系，做到生产管理一贯制，做到热装热送率达40%-70%以上，热装温度达450-680以上，吨钢燃耗降至0.8GJ以下，并在板坯仓库内设置保温坑或罩，尽可能提高板坯装炉温度。目前，日本已实现了直接轧制，使燃料达到零耗。2）控轧控冷技术将控轧与快冷有效地相结合在一起是中厚板生产技术的一大进步，这种工艺可显著地改善钢板性能，降低生产成本与节约贵重合金元素。而中厚板轧机最适合于控轧控冷工艺，许多钢板都可用此工艺生产，某些方面其性能超过热处理钢板，有的厂已实现控轧率达60%以上。条件好的厂以TMCP为主，而一般厂均以CR生产。目前等轧方式都采用在轧机前后延伸辊道上多块钢板轧制来实现。3)板形控制技术这是一项钢板三维立体形状的控制技术，目标是生产出尺寸偏差非常小、切头尾和切边极少、矩形、近似矩形及齐边（不切边或铣边）、性能均一的平直钢板。此技术可扩大产品，生产出各种异形板。因此，该控制已成为中厚板生产技术中一项不可或缺的新颖工艺。1.3包头建设中厚板车间的可行性与必要性分析1.3.1原料供应情况分析内蒙古自治区包头市拥有丰富的铁、稀土、铌等多种金属共生矿床的矿区，归包头市管辖，是包头五个区之一称为白云矿区。蒙古语称“白云博格都”，意为“富饶的神山”。位于包头市正北约150公里处，白云鄂博矿山东西延伸约20余公里，相对高度约200米，稀土资源储量占全国的97%，为除中国以外世界总储量的5倍多。白云鄂博矿是一座世界罕见的多金属共生矿床，分布在东西长18公里，南北宽约3公里，总面积48平方公里的范围内。现已探明矿体内蕴藏着175多种矿物，71多种元素。矿物种类主要有铁、铌和稀土矿物。其中铁矿储量14亿吨，铌矿储量660万吨，稀土矿工业储量3600万吨，占全世界的36%，占全国的90%以上，因而被誉为“稀土之乡”。另外，还蕴藏着铜、石英石、莹石、磷灰石、软锰矿等多种矿物。白云鄂博现在是包头钢铁公司的主要原料基地，对包头市和自治区的经济发展发挥着举足轻重的作用。白云鄂博铁矿是包钢的主要原料基地，是举世闻名的稀土之乡。1957年2月27日建矿，经过“七五”、“八五”扩建改造，现已形成年产矿石1200多万吨的现代化大型露天矿山，拥有固定资产原值16亿元以上，设备总重量3万吨，职工总数6000多人。白云鄂博铁矿有着得天独厚的资源优势，现已发现175种矿物，71种元素，具有或可能具有综合利用价值的元素有26种。探明铁矿石储量14亿吨，形成主矿、东矿、西矿、东介勒格勒4个工业矿床，全区矿化范围达48平方公里。稀土资源居世界第一位，占世界已探明储量的77%，我国总储量的95%以上。铌资源居世界第二位。此外，在矿体的上盘，还蕴藏着1.5亿吨的富钾板岩，平均品位达氧化钾12.14%。稀土、铌与铁共生，多种物质成份共存，形成了白云鄂博铁矿独特的矿床类型。1.3.2区域辅助设施状况（1）交通运输状况包头以“水旱码头”而闻名。如今，它已经成为连接华北、西北的重要公路、铁路、航空交通枢纽。包头的公路交通四通八达，已形成网络。北京至银川的110国道、包头至南宁的210国道贯穿全市。被称为塞外第一桥的黄河公路大桥，长810米，宽12米，桥梁经久牢固，造型别致，使黄河南北变通途。呼包高速公路西起包头东兴，东至呼和浩特罗家营，全长146.6公里，是我国少数民族地区最早建设的高速公路之一。贯通我国华北、西北地区的大动脉京包、包兰铁路在包头接轨，旅客列车东南行可直达北京、上海、宁波；西行可直达银川、兰州；南下可直达太原、西安。呼市到东胜、包头到集宁的当日往返列车以及包头市内的包白（白云鄂博）、包石（石拐）和环城等铁路，连接着包头市各区旗县。（2）水资源条件包头市区可利用的供水水源有:地下水资源、水库水和黄河水。包头市地表水总量为0.9忆平方米（不包括黄河过境水），地下水补给量为8.6亿平方米。从50年代起，包头就开始了大规模的水资源开发，先后修建了黄河水源地多处以及奥陶窑子、团结渠、民生渠、石登口、画匠营水源地等较大的黄河水堤工程，进行了大规模的水资源开发。还因包头毗邻黄河，所以供水量比较充沛。（3）能源供应包头地区有着良好的煤电产业发展基础，丰富的赋存和易于开采的煤炭资源。包头周围煤炭资源主要集中在鄂尔多斯盆地，包含准格尔、东胜、卓资山三大煤田，保有资源储量达1217.85亿吨，约占全区保有资源总量的54.39%。煤炭以长焰煤为主，煤质优良，具有低硫、低灰、高发热量的特点。而且本地煤田规模大，宜于露天或大型机械化矿井开采，是理想的能源重点开发区。包头周边地区天然气资源总量10.7万亿立方米，居中国第一位。特别是苏里格气田天然气储量达到5000亿立方米以上，该气田不仅是中国的第大气田，而且列入世界知名大气田行列，包头距该气田仅有200公里，包头市工业、居民生活均已采用了清洁的天然气能源。（4）总结在白云铁矿的充足原料的支持下，结合便利的交通情况，可以使产品迅速的辐射到全国。充足的能源、资源使产品的成本大幅度下降。因此在包头建设中厚板厂是可行的。

第二章产品生产大纲及技术要求2.1产品生产大纲产品方案是设计任务书中的主要内容之一，是进行车间设计时制订产品生产工艺过程、确定轧机组成和选择各项设备的主要依据。产品方案一经确定，车间的类型及性质即已确定。编制一个车间的产品方案一般是由下达设计任务书的领导机关负责的，由有关部门根据对拟建车间的要求在设计任务书中作出明确的规定，但在我国有时编制产品方案也由设计部门来考虑。产品方案的主要内容包括：⑴车间生产的钢种和生产规模；⑵各类产品的品种和规格；⑶各类产品的数量和其在总产量中占的比例等。表2—1典型产品序号钢种成品规格厚/宽/长（mm）年产量（万吨）所占比例（%）1X7025×32002315%表2.2中厚板产品大纲序号产品名称代表钢号执行标准原料规格(厚×宽×长/mm)产品规格(厚×宽/mm)产量万t/a%1碳素结构钢Q195,q235GB700500×1500×410040×310018.2122造船板A，B，D，EGB712500×1500×300050×320019.8133管线钢X70X80APISPEC5L250×1500×300030×320023154低合金高强度钢Q295，Q345GB1591500×1500×300060×280011.885建筑结构板Q235GJSN490BYB4104-2000JISG3136500×1500×300050×320016.6116锅炉板16Mnq20qGB713300×1800×320020×350015107压力容器板20RSPV235GB6554JISG3115250×1500×300010×360011.888汽车大梁板06TiL16MnLGB3273500×1500×300012×26008.669工程机械用钢StE460DIN17102500×1500×300070×4100151010耐候钢Q235NHGB/T4171300×1800×320028×310010.27合计1501002.2原料及金属平衡表的编制2.2.1原料来源及规格表2.3原料来源及规格项目名称厚度/mm宽度/mm长度/mm单重/t定尺坯定尺坯连铸板坯250，300，5001400~23002500~36002.81~19.91自开坯≥120≥1，200≥1，500≥1.662.2.2编制金属平衡表（1）金属平衡表编制依据成品率是指成品重量与投料量相比的百分数。其计算公式[5]为（2-1）其中A——成品率，％；Q——投料量（原料重量），t；W——金属的损失重量，t。；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。影响成品率的因素是各工序的各种损失。金属损失主要有以下几种：1）烧损：金属在高温状态下的氧化损失称为烧损。金属加热过程中的烧损与加热温度和时间有关系，加热温度越高，时间越长，烧损量就越大。烧损率一般在1%～5%。2）切损：切损是指切头、切尾、切边等大块残料损失。钢材切损主要与钢种坯料尺寸以及原料状况等有关。本车间产品切损均为0.1%～6％。3）轧废：轧件各工序生产中由于设备和工具、操作技术以及表面介质问题所造成的不符合质量要求的产品。如轧漏，轧卡，超差，浪形，轧扭，腰薄，耳子，性能不合格等。它与车间的技术装备、生产管理及操作水平有关。轧废率一般在1%～3%[5]。表2.3金属平衡表编号产品单根原料成品烧损/%切损/%轧废/%金属消耗成材率/%重量/kg重量/kg系数/%1碳素结构钢222320221.66.01.41.09991.02造船46.21.71.10390.73管线钢877579761.75.81.61.10090.94低合金结构36.01.81.10090.95建筑结构86.11.01.09891.16锅炉板176913961.66.01.41.09991.07压力容器板877580021.76.11.01.09691.28汽车大梁36.01.71.09991.09工程机械用95.81.51.10190.810耐磨钢86.01.21.09991.0生产工艺流程3.1生产工艺流程的制定依据制订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，并能够降低各种原料材料消耗，降低生产成本。尽管由若干工序组成的产品生产过程是比较复杂的，但工序的取舍不是任意的。工艺设计的任务就是要掌握制订工艺过程的原则，正确选择工序内容和确定各个基本工序的主要参数，以达到获得产量高、质量好、消耗低的目的。制订工艺过程的主要依据是：(1)产品的技术条件即产品的几何形状、尺寸精度、钢的内部组织与性能及表面质量等要达到的某种要求。(2)钢种的加工工艺性能钢的加工工艺性能包括了钢的变形抗力、塑性、导热性及形成缺陷的倾向性等内容。它反映了金属在加工过程中和难易程度，决定并影响了我们对金属采用何种加工方式和方法，决定并影响了我们选择工序内容和确定工艺参数。(3)生产规模的大小一般生产规模包括企业规模的大小和品种批量的多少。企业规模的大小决定了工艺过程中采用作业还是冷锭作业的问题，是一次成材还是二阶段生产的问题。批量的多少主要反映在选取设备的技术水平，产品成本的高低上，而对产品的工艺过程无显著的影响。(4)产品成本成本是生产效果的综合反映，是各种因素影响的结果。一般钢的加工工艺性能愈差，产品的技术要求愈高，其生产工艺过程必然就愈复杂，生产中的各种消耗就愈高，产品成本必然会相应提高。反之，成本下降。(5)工人的劳动条件工艺过程中所采用的工序必须保证生产安全，不危及劳动者的身体健康，不造成环境污染。上述制定工艺过程的各项依据是相互联系，相互影响的，在确定工艺过程时必须综合考虑。3.2生产工艺流程图及简介检查修磨台架检查修磨台架双边剪和剖分剪成品库横移检查磨模台架涂漆线（预留）压力矫直机超声波探伤热处理线（预留）切头剪冷矫直机板坯切割步进式加热炉高压水除鳞粗轧机精轧机加速冷却装置热矫直机冷床控制轧制控制冷却立辊轧制图3-1生产工艺流程图生产工艺流程简介：合格的定尺或倍尺冷坯通过电动过跨小车将其从连铸车间运送到轧钢车间的板坯库。合格的定尺或可直接入炉的倍尺热坯则是通过连铸车间的板坯热送辊道将其逐块送到本车间的板坯入炉辊道上，经称重后由推钢机退至加热炉内加热。定尺长度比较小的板坯，其倍尺坯料首先在车间内经过板坯二次切割，由人工火焰切割成定尺长度，然后在板坯库的上料辊道上清除毛刺。坯料在加热炉内加热到1100~1250℃。但对于微合金化钢采用控制轧制的情况，出于缩短轧制过程中的待温时间和细化奥氏体晶粒的双重要求，一般需采用低温加热温度，即1050℃左右。加热温度和加热时间的控制应保证微合金化成分在奥氏体中的部分固溶和奥氏体晶粒的均匀化。加热合格的板坯由出炉辊道送至高压水除鳞箱。在通过除鳞箱时，由压力约21MPa的高压水喷除板坯上、下表面的氧化铁皮，然后经轧机前输入辊道输送至3800mm四棍粗轧机进行粗扎轧制。在粗轧机前后设有回转辊道和推床；在精轧机前设置有回转辊道，前后设置有推床。一般情况下，普通轧制、控制轧制过程都包含成形轧制、展宽轧制和延长轧制三个基本阶段。.对于特殊情况下，还可采用完全横轧、完全纵轧、角轧-纵轧法等一系列的轧制方法，通过控制轧制的过程得到所需的产品。在精轧机与热矫直机之间设有一套钢板加速冷却系统。加速冷却钢板的厚度一般在10mm以上。钢板在成品轧制的最后一个道次抛钢后，由辊道运送，按照给定的速度直接进入ACC装置。钢板通过ACC装置时，上、下两面同时喷水进行加速冷却，使钢板的温度由约700~800℃(即奥氏体区或双相区)快速下降至约400~650℃。钢板通过ACC装置的速度约0.5~2.5m/s，在上、下两面喷冷的同时，还由侧面以约1.0MPa的中压水喷吹清除钢板表面的汽化层，保证冷却效果。钢板一般在600~850℃进行热矫，较薄的钢板温度可能降低至500~550℃，较厚的钢板可接近800~900℃。矫直速度是根据钢板的矫直温度、厚度及强度性能等因素确定的，速度范围为0~2.5m/s。热矫后的钢板一般在600~900℃左右进入冷床。钢板在冷床上，在无相对摩擦、不受划伤的情况下通过，温度下降至100~150℃左右时离开冷床。然后再经过检查修磨台架人工对钢板上下表面、边部、平直度和标记质量等进行目视检查。冷却后的钢板由辊道输送，进入剪切线。小于50mm厚的钢板首先经过切头剪，切除头尾“舌形”和“鱼尾”部分，并视板长和板形情况进行分段处理，为后续的边部剪切做好准备。双边剪中的移动剪根据设定的成品宽度预先调定位置，左右剪机根据板厚调整剪刃间隙，钢板由设于剪机左右前后的四对夹送辊，送入双边剪并以每分钟最大30次的剪切频率及每刀剪切长度max.1300mm的剪切步伐，剪切钢板的两边。经过剪切后的钢板再经过超声波探伤仪进行探伤，合格的产品进入下一道工序，不合格的产品依据缺陷的程度做进一步的后续处理。探伤合格的钢板在输送过程中通过表面检查站时，在良好的照明条件下，人工对上下表面、边部、平直度和标记质量等进行目视检查，如发现质量不合的钢板，送至剪后横移修磨台架，根据缺陷类别，决定对钢板进行修磨、矫直或其它处理。需要热处理的钢板再进行调质工艺后，再进入涂漆工序，采用油漆标记和钢印标记，标记内容可包括公司标志、钢号(钢种及钢级)、钢板号、熔炼号、尺寸及重量等，对经行业协会认可生产的专用钢板，如管线板、船板、锅炉板、海洋平台板等，必要时标印出会员标记。涂漆完毕后由过跨小车将其运至成品库。3.4典型产品的介绍和工艺制度X70是国外20世纪70年代初发展起来的一种微合金高强度管线钢，采用控轧控冷工艺，得到以针状铁素体为主的组织，强度、韧性和焊接性等性能非常好，已在工程中大量使用，技术已很成熟。早期的管线钢一直采用C、Mn、Si型的普通碳素钢，在冶金上侧重于性能，对化学成分没有严格的规定。自60年代开始，随着输油、气管道输送压力和管径的增大，开始采用低合金高强钢（HSLA），主要以热轧及正火状态供货。这类钢的化学成分：C≤0.2%，合金元素≤3%～5%；20世纪60年代末70年代初，美国石油组织在API5LX和API5LS标准中提出了微合金控轧钢X56、X60、X65三种钢。这种钢突破了传统钢的观念，碳含量为0.1%-0.14%，在钢中加入≤0.2%的Nb、V、Ti等合金元素，并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。到1973年和1985年，API标准又相继增加了X70和X80钢，而后又开发了X100管线钢，碳含量降到0.01%-0.04%，碳当量相应地降到0.35以下，真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。X70管线钢成分要求:管线钢要求具有高屈服强度、高韧性、高焊接性、耐低温性、耐腐蚀性、抗海水和HSSC性能等,根据性能要求,确定X70的化学成分设计如下表所示表3-2X70的化学成分牌号CSiMnPSNbX700.035-0.080.10-0.301.40-1.60≤0.015≤0.0050.025-0.045VTiMoNiCuAls0.04-0.060.010-0.0200.10-0.200.015-0,0453.4.1典型产品工艺制度实验方案主要围绕以下几个方面设计：①冶金成分对管线钢组织性能的影响，②控制轧制工艺对管线钢组织性能的影响，③控制冷却工艺对管线钢组织性能的影响，④X70管线钢奥氏体的再结晶行为。具体轧制工艺制度如下所述：(1)加热制度：加热过程主要考虑Ti，Nb微合金元素与钢中的c，N形成细小弥散的碳氮化合物，并可有效地钉轧在奥氏体晶界，阻碍晶粒长大，降低奥氏体的初始晶粒度。试验采用的加热温度是1250℃。(2)粗轧制度：粗轧机组轧制，要在奥氏体再结晶的温度区间进行，由于Ti，Nb的加入，X70管线钢的再结晶温度提高，粗轧机组和精轧机组之间距离长，有充分时间再结晶，可以适当考虑增加中间坯厚度，减少粗轧机组的压下量，粗轧阶段的道次变形量和总变形量分别为lO％和60％，进而增加精轧机组的压下量，能满足再结晶区控轧要求，从而达到细化Y晶粒的作用。(3)精轧制度：加大变形量，可增加Y晶粒中的滑移带和位错密度，增大晶界有效面积，为铁素体相变形核创造有利条件，从而得到弥散而细小的铁素体晶粒，提高钢的强度和改善钢的韧性。考虑再结晶的需要，本阶段累计变形量按60％考虑，主要考虑等温温度、入精轧温度、终轧温度、压下量等条件对最终组织形成的影响。(4)层流冷却制度：控制冷却阶段是决定钢材性能的最后工序，通过对层流冷却参数的合理选择，并与控制轧制有机地结合起来，才能起到细化晶粒、改善组织的最佳效果，从而最终实现在不降低韧性的前提下进～步提高钢材强度的目的。主要考虑开始冷却温度、冷却速度和冷却停止温度对X70管线钢的影响。

第四章轧机及其参数的选择4.1中厚板轧机型式用于中厚板生产的轧机有以下四种：二辊可逆式轧机、三辊劳特式轧机、四辊可逆式轧机和万能式轧机(1)二辊可逆式轧机二辊可逆式轧机于1850年前后用于生产中厚板，现在多用直流电机驱动，采用可逆、调速轧制，理由上辊进行压下量调整，具有咬入角打、压下量大、产量高的优点。此外上辊抬起高度大，轧机重量不受限制，所以对原料的适应性强，既可以轧制大钢锭也可以轧制板坯。但是二辊轧机的辊系刚度较差，钢板厚度公差大。因此一般只适于生产厚规格的钢板，而更多的是用作双机布置中的粗轧机座。(2)三辊劳特式轧机1864年美国创建了世界上第一台劳特式轧机，专门用于中厚板生产。这类轧机是由上下两个大直径辊和中间一个小直径辊所组成，上下辊由交流电机经减速机、齿轮座带动，为主动辊；而中辊可升降，为从动辊，靠上下辊摩擦带动。轧制过程由轧机的两个动作完成的，利用中辊升降和升降台实现轧件的往返轧制，无需轧辊正反转；利用上辊进行压下量调整。得到每道次的压下量。三辊劳特式轧机设备投资少、建厂快、轧机辊系刚度比二辊可逆式轧机大，因而生产的钢板精度也高些。但这类轧机由于中辊直径小、从动，因而咬入能力较弱，采用角轧法轧制，成材率低，轧机辊系的刚度还不够大，因此产品的产量和质量都不能满足工业发展的需要。现已大部分被淘汰。(3)四辊可逆式轧机1870年美国投产了世界上第一台四辊可逆式轧机。它是由一对小直径工作辊和一对大直径支撑辊组成，由直流电机驱动工作辊或支撑辊。轧制过程与二辊可逆式轧机相同。它具有二辊可逆式轧机生产灵活的优点，又由于有支撑辊使轧机辊系的刚度增大，产品精度提高。而且因为工作辊直径小，使得在相同轧制压力下能有更大的压下量，轧机设备复杂，和二二辊可逆式轧机相比如果轧机开口度相同，四辊可逆式轧机将要求有更高的厂房，这些都增加了投资。四辊轧机是轧机中最大的，由于轧机生产出的钢板好，已成为生产中厚板的主流轧机。(4)万能式轧机万能式轧机是一种在四辊（或二辊）可逆轧机的一侧或两侧带有立辊的轧机。万能式轧机始于1907年，是用来生产齐边钢板，以提高成材率的。但实践证明立辊轧边只在宽厚比(B/H)小于60～70时才能起作用，而当B/H大于70时用立辊轧边很容易产生纵向弯曲，不仅起不到齐边作用反而使操作复杂，容易造成事故。并且立辊与水平辊要实现同步运行还要增加电气设备和操作的复杂性。中厚板尤其是宽厚板由于B/H大，所以自20世纪70年代厚新建轧机一般已不再使用立辊轧机。故现在设计的中厚板轧机中使用了现在主流轧机型式：四辊可逆式轧机。4.2轧机参数选择参考包钢选择3800mm四辊可逆粗轧机与4100mm四辊可逆精轧机，参数如下：4.2.13800mm四辊可逆粗轧机的参数选择四辊可逆粗轧机用于将加热后的板坯轧制到要求的尺寸和性能。该轧机具有以下主要特点：(1)具有工作辊快速更换装置；(2)电动机械压下：(3)液压AGC调节；(4)入口和出口配有高压水枪除鳞。(5)工作辊，支承辊辊身冷却水系统。其主要技术参数如下表4.1:表4.13800mm轧机参数选择项目参数项目参数轧机形式：四辊可逆机械压下速度：0～40mm/s辊缝轧制力：81,450kN机械压下电机：AC2×325kw轧制速度：Max5.39m/s压下螺丝：S850×60mm工作辊尺寸：Ф1,030×3800mm牌坊重量：～300t支撑辊尺寸：Ф2,000×3800mm牌坊中心距：5400mm液压压下精度：±10um牌坊立柱断面尺寸：900×950mm轧机开口度：～400mm牌坊高度：～9120mm液压AGC缸尺寸：Ф1450×1350mm牌坊缩颈量：～2×18900KN/mm液压AGC行程：80mm主电机：2×3500kw液压AGC工作压：260bar主电机速度：0～±40/100rpm液压AGC响应时间：～30ms额定力矩：2×1194kNm液压压下速度：～20mm/s最大轧制力矩：2×2385kNm液压压下精度：±10um最大过载力矩：2×2385kNm机械压下提升行程：～680mm切断力矩：2×3283kNm4.2.24100mm四辊可逆精轧机的参数选择四辊可逆精轧机用于将加热后的板坯轧制到成品钢板要求的尺寸和性能。该轧机主要有以下主要特点：(1)用于板形控制和平直的CVCPlus(2)工作辊弯辊和串辊；(3)快速工作辊换辊装置；(4)快速机械压下系统；(5)液压AGC凋节；(6)入口和出口配有高压水枪除鳞；(7)工作辊，支承辊辊身冷却水系统：(8)轧机前后有水雾式烟尘抑制装置。其主要技术参数如下表4.2：表4.24100mm轧机参数选择轧机数目选择参数轧机数目选择参数轧机型式四辊可逆式液压压下精度±10um最大轧制力89500KN(AGC缸)机械压下提升行程～680mm辊缝轧制力80,800kN机械压下速度0～40mm/s弯辊力Max3,000Kn/侧机械压下电机AC2×325kwCVCplus串辊行程±150mm压下螺丝S850×60mm轧制速度Max7.55m/s牌坊重量～300t液压压下精度±10um牌坊中心距5400mm工作辊尺寸Ф1,120×3800mm牌坊立柱断面尺寸900×950mm支撑辊尺寸Ф2,200×3800mm牌坊高度～9120mm液压压下精度±10um牌坊缩颈量2×18900KN/mm轧机开口度～400mm主电机2×4000kw液压AGC缸尺寸Ф1450×1350mm最大过载力矩2×2,385kNm液压AGC行程80mm切断力矩2×3,283kNm液压AGC响应时间～30ms额定力矩2×1,194kNm液压压下速度～20mm/s最大轧制力矩2×2,385kNm4.3轧辊尺寸及材质4.3.1轧辊的参数计算轧辊的主要参数为辊身直径、辊身长度、辊径尺寸和辊头尺寸。（1）辊身的直径。中厚板轧机的辊身直径应满足下列条件:Dg≥式中Dg：轧辊工作直径；△h为轧辊压下量；α最大允许咬入角；α=15~22°（2）轧辊的辊身长度由所轧钢板的宽度确定。辊身长度由公式L=b+a确定，其中b－钢板最大宽度，a－余量。(3)辊径尺寸辊径尺寸为辊径直径d和辊径长度l。辊径直径：d/D=0.67~0.75；(3-3）辊径长度:l/D=0.83~1.0；（3-4）(4)辊头尺寸辊头尺寸根据连接轴的型式而定。梅花连接轴的梅花辊头外径d1与辊径直径d的关系大致如下：d1=（0.9~0.94）dmm （3-5）(5)轧辊材质工作辊支材质的选择对硬度的要求是首位的。对工作辊主要要求有：良好的加工表面、抵抗局部变形的能力、高的扭转强度和弯曲强度以及高压高速下轧辊不致磨损而影响板厚和板型；在热轧中厚板中工作辊材质以合金细晶铸铁使用效果最佳，硬度可达到Hs70~80。支撑辊材质的选择:轧制中对支撑辊主要要求有：刚度要好，较高的疲屈服强度；好的应力状态和抗裂纹扩展能力；好的耐磨性。本设计采用合金钢作为支撑辊材质，其硬度可达到Hs50~55。4.3.2轧辊挠度的计算弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移称为挠度。根据对轧辊挠度的分析，认为当支承辊直径与工作辊直径之比值较大时，弯曲力主要有支承辊承担，故工作辊的挠度也可以近似地认为与支承辊的挠度相等。理论和实验都表明，轧制时工作辊的实际挠度比支承辊大得多。这主要是因为工作辊与支承辊之间存在有弹性压扁变形，结果使位于板宽范围之外的那一部分工作辊收到支承辊的悬臂弯曲作用，从而大大的增加工作辊本身的挠度。如果支承辊和工作辊辊型的凸度为零，则工作辊的挠度为：式中根据相关资料介绍，工作辊挠度的计算公式为：支承辊挠度的计算公式：式中a为两压下螺丝中心距，L辊身长度，b轧件宽度那么该轧机的挠度为：0.10325，0.09724

第五章轧制规程的计算在设备能力允许条件下尽量提高产量充分发挥设备潜力以提高产量的途径不外乎是提高压下两、缩减轧制道次、确定合理速度规程、缩短轧制周期、减少换辊时间，提高作业率及合理选择原料增加坯重等。对于连轧机而言主要是合理分配压下并提高轧制速度。无论是提高压下量还是提高轧制速度，都涉及到轧制压力轧制力矩和电机功率。一方面要求充分发挥设备的潜力，另一方面又要求保证设备安全和操作方便，就是说在设备能力允许的条件下努力提高产量。而限制压下量和速度的主要因素包括咬入条件、轧辊及接轴叉头等的强度条件、电机能力的限制以及轧机的具体情况考虑其他因素等。在保证操作稳便的条件下提高产量①操作稳便的钢板轧制定心条件，努力提高轧机的刚度。尽力消除机架刚度对钢板纵向和横向精度的影响②提高板形及尺寸精度质量。板带材轧制的精轧阶段对于保证钢板的性能、表面质量、板形及尺寸精度有着极为重要的作用。为了保证板形质量及厚度精度，必须遵守均匀延伸或所谓的“板凸度一定”的原则去确定各道次的压下量。③注意保证板组织性能和表面质量。例如有些钢种对终轧温度和压下量有一定的要求，都需要根据钢种特性和产品技术要求在设计轧制规程时加以考虑。5.1制定压下规程以典型产品为例确定板坯长度轧件轧后毛板长度为：1=9070+1000=10930mm轧件轧后毛板宽度为：b=3200+200=3400mm若忽略烧损和热胀冷缩，则根据体积不变定律可得：（5-1）根据板坯定尺取：L=3200mm5.1.1咬入条件的计算参考现场数据及有关资料，热轧中厚板轧机的咬入角为18°~22°，当低速咬时，咬入角可取20°，并且轧辊工作直径取最小值1030mm，1120mm。粗轧中△h粗max=b（l-cosα）=1030×（1-cos20）=62mm精轧中△h精max=b(1-cosα)=1120×（1-cos20）=67mm故咬入不成问题。式中D:轧辊的直径；αmax:允许最大咬入角；5.1.2确定轧制方法粗轧阶段的主要任务是将板坯或扁锭展宽到所需要的宽度并进行大压缩延伸。根据原料条件和产品要求，可以有多种轧制方法供选择。这些方法是全纵轧法、综合轧制法、全横轧制法、角轧～纵轧法。本设计中典型产品的轧制选择综合轧制法综合轧制法即横轧一纵轧法[9]。所谓横轧即是钢板的延伸方向与原料的纵轴方向相垂直的轧制。综合轧制法，一般分为三步；首先纵轧1-3道次平整扳坯，称为成形轧制；使板坯的宽度延伸到所需的板宽，称为展宽轧制；接下来转90度进行纵轧成材，称为延伸轧制。综合轧制法是生产中厚板中最常用的方法。其优点是：板坯宽度不受钢板宽度的限制，可以根据原料情况任意选择。比较灵活，由于轧件在横向有一定的延伸，改善了钢板的横向性能。通常连铸坯的规格尺寸比较少，因此更适合采用综合轧制法。5.1.3轧制工艺根据要求，分配各道次压下量，制定压下规程列表：表5-1压下规程轧制阶段轧制道次机架型式出口厚度（mm）压下量（mm）出口宽度（mm）轧后长度（mm）△h△h%0除鳞箱250—20002100粗轧1立辊250502.5195021542四辊2054518195026273四辊168371819503206转90°开始纵扎4四辊1313520.8320625015四辊1013023.1320632446四辊762524.8320643117四辊581823.732065649精轧8四辊461220.7320671239四辊37919.63206885610四辊30721.63206109225.2轧制速度制度5.2.1确定速度图形式二辊或四辊可逆式中厚板轧机由于可以随时改变轧辊的转向和转速，所以从尽量缩短轧制周期、提高轧机产量的角度出发，有必要采用可以调速、可以逆转的轧制速度制度。轧制速度图描述了可逆式轧机一个轧制道次中轧辊转速的变化规律。它分为两种类型，分别示出了梯形轧制速度图和三角形轧制速度图。轧辊咬入轧件之前，其转速从军空载加速到咬钢转速ny并咬人轧件，然后轧辊带钢减速到抛钢转速np抛出轧件，轧辊继续制动空载减速到零。然后轧辊反向启动进行下一道轧制，重复上述过程。从咬入到抛出轧件的总时间（GH）为本道次的纯轧时间，从轧件抛出到下一道咬入的总时间（HI）为两道次间的间隙时间。三角形速度因没有等速轧制阶段。从图中可以看出：三角形速度图的轧制节奏时间比梯形速度图短，因此，在条件允许的情况下，应尽可能采用三角形速度图。只有当电机能力不足，或轧件过长，轧辊转速采用最高转速仍轧不完轧件时，才采用梯形速度图。一般情况是在成形轧制和展宽轧制道次，由于轧件尚短，所以采用三角形速度图。在伸长轧制阶段多半采用梯形速度图。而本设计采用梯形速度图。图5-1速度图5.2.2选择各道次咬入、稳定轧制、抛出转速轧辊咬入和抛出转速确定的原则是：获得较短的道次轧制节奏时间、保证轧件顺利咬人、便于操作和适合于主电机的合理调速范围。咬人和抛出转速的选择不仅会影响到本道次的纯轧时间，而且，还会影响到两道次间的间隙时问。在保持转速曲线下面积相等（轧件长度一定）的原则下，采用较高的咬人，抛出转速会使本道纯轧时间缩短，丽使其间隙时间增加，因此，咬人和抛出转速的选择应当兼顾上述两个因素。由于压下动作时间随各道压下量而定，轧辊逆转、回送轧件时间可以根据所确定的咬入、抛出转速改变，所以考虑这3个时间的原则应当是：压下时间大于或等于轧辊逆转时间，要大于或等于回送轧件时间。这样轧辊咬人和抛出转速的选择就应当本着在调整压下时间之内完成轧辊逆转动作和在保证可靠收入的前提下获得最短轧制时间这个原则。目前，可逆式中厚板轧机粗轧机的轧辊咬人和抛出转速一般在10一20r/min和15。25r/min范围内选择。精轧机的轧辊咬入和抛出转速一般在20-60r/加n和20--30r/Min范围内选择。根据以上原则和经验本设计选取轧机的平均加速度a=40r/min，平均减速度b=60r/min，采用稳定速度咬入，对粗轧的六道取20r/min的咬入速度，精轧的前三道用40转/分的咬入速度，后四道采用60r/min的咬入速度，均采用20r/min的抛出速度。5.2.3计算各道次纯轧时间纯轧时间=加速轧制时间+稳定轧制时间+减速轧制时间若轧件是在稳定转速下咬入轧制、抛出的，即整个轧制过程中转速不变，则：（5-2）QUOTE （5-3）QUOTE（5-4）当转速改变时：QUOTE（5-5） （5-6）（5-7）式中粗轧6道是在稳定转速下咬入轧制、抛出的，即可得：第1道：第2道：第3道：第4道：第5道：第6道：精轧阶段，其纯轧时间包括稳定轧制时间和减速轧制时间：则：（5-8)第7道：第8道：第9道：第10道：5.2.4确定各道次间隙时间间隙时间的确定，根据经验资料在四辊轧机上往复轧制不用推床对中时，间隙时间理论上应等于轧机调整压下所需时间，实际上可取=2—2.5s。若需定心时，当板坯长度L≤8m时取QUOTE=6s，当L>8m时取QUOTE=4s。图5-2轧制速度图5.3温度规程的制定5.3.1温度规程的确定加热温度的选择应依钢种的不同而不同。对于低碳钢加热温度可以达到1320℃，理论过烧温度为1470℃。典型钢种X70钢在加热炉中加热到1250℃，出炉温度为1250℃，经高压水除鳞设施和传送过程的空气冷却可降低50℃。轧件开轧温度为1200℃，为了确定各道的轧制温度，必须求出逐道的温度降。高温时的轧制温度降可按辐射热计算，而且认为对流和传导所散失的热量大致可以与变形功所转换的热量相抵消。辐射散热引起的温度降可由近似公式计算：（4-9）式中——道次间的温度降。由于轧件头部和尾部道次间的辐射时间不同，为设备安全计，确定各道的温降以尾部为准；Z——辐射时间，即该道的轧制时间与上道间隙时间之和，s；h——轧件厚度，mm；T1——前一道轧件的绝对温度，K。第1道次，头部温度为1200℃，尾部（B端）轧制温度为1200－，即为：第2道次，尾部（B端）轧制温度为：第3道次尾部（B端）温度为：第4道次尾部（B端）温度为：第5道次尾部（B端）温度为：第6道次尾部（B端）温度为：第7道次尾部（B端）温度为：考虑精轧前除鳞箱温降30℃，为使精轧开轧温度为880℃，则第8道次尾部（B端）温度为：第9道次尾部（B端）温度为：第10道次尾部（B端）温度为：

第六章力能参数计算6.1确定各道变形抗力变形抗力的确定可现根据相应道次的变形速度，轧制温度由该钢种的变形抗力曲线查出变形程度40%时的变形抗力，在经过修正计算即可得出该道次实际变形程度时的变形抗力。图6-1X70管线钢阻力曲线6.1.1各道变形程度的计算变形程度(6-1)计算列如下表6.1：表6.1轧制变形程度粗轧道次123456变形程度（%）20181820.823.124.8精轧道次78910变形程度（%）23.720.719.621.66.1.2计算各道平均变形速度轧制中厚板时平均变形速度＝(6-2)式中R、v——轧辊半径及轧辊表面线速度H、h——轧件入口厚度及出口厚度。对于变速轧制的可逆轧机可取最大轧制速度，其中QUOTE，则有(6-3)有上述公式计算出各道次的平均变形速度：计算过程同上式，其他道次的平均变形速度分别为：6.1.3变形抗力的计算第一道:QUOTE、t=1149.58℃，根据变形抗力曲线[13]查得，再由ℰ=20%，查得修正系数K=0.65,所以该道次实际变形抗力为：,,,,,参照第一道计算过程分别计算出其他各道变形抗力列入下表表6.2轧制变形抗力道次变形速度/QUOTE变形程度/%变形温度/℃修正系数K变形抗力/Mpa11.3421149.58730.6547.4521.40181148.68760.9672.9631.55181148.02780.9674.8841.8820.81147.08800.9878.452.2423.11145.53810.9980.1962.6824.81142.78820.9981.1876.0223.7879.05920.9991.0886.3320.7877.54930.9891.14910.319.6874.641030.9799.911012.2021.6870.301120.98109.766.2轧制压力的计算6.2.1计算各道变形区长度变形区长度计算公式为：(6-4)，，，，，6.2.2计算各道平均单位压力热轧中厚板生产时，平均单位压力可用西姆斯公式（图6-2）计算：根据中厚板轧制的情况，可取应力状态影响系数（此公式已经考虑外端和外摩擦影响），其中为变形区轧件平均厚度，l为变形区长度，单位压力大（＞200Mpa）时应考虑轧辊弹性压扁的影响。图6-2(6-5)第1道次的平均单位压力：第2道次的平均单位压力：第3道次的平均单位压力：第4道次的平均单位压力：第5道次的平均单位压力：第6道次的平均单位压力：第7道次的平均单位压力：第8道次的平均单位压力：第9道次的平均单位压力：第10道次的平均单位压力：6.2.3计算各道总压力各道次轧制总压力：(6-6)式中b——轧件宽度，mm；l——变形区长度，mm；第1道次：第2道次：第3道次：第4道次：第5道次：第6道次：第7道次：第8道次：第9道次：第10道次：6.3确定各道次传动力矩6.3.1传动力矩的组成欲确定主电动机的功率，必须首先确定传动轧辊的力矩。轧制过程中，在主电动机轴上传动轧辊所需力矩最多由下面四部分组成：(6-7)式中—轧制力矩，用于时轧件塑性变形所需之力矩；—克服轧制是发生在轧辊轴承，传动机构等的附加摩擦力矩；i—轧辊与主电动机间的传动比。（中厚板轧机采用直流电机，故取i=1）组成传动轧辊的力矩的前三项为静力矩，即(6-8)这三项对任何轧机都是必不可缺少的。在一般情况下，以轧制力矩为最大，只有在旧式轧机上，由于轴承问题，有时附加摩擦力矩才有可能大于轧制力矩。在静力矩中，轧制力矩是有效部分，至于附加摩接力矩和空转力矩是由于轧机的零件和机构的不完善引起的有害力矩。出于采用的是稳定咬入，即咬钢后并不加速，计算传动力矩是忽略电机轴上的动力矩，因此电机轴上的总传动力矩为：(6-9)图6-2按轧制力计算轧制力矩1—单位压力曲线；2—单位压力图形重心线6.3.2按轧制力计算轧制力矩轧制力矩：(6-10)式中：—合力作用点位置系数，也叫力臂系数。中厚板一般QUOTE=0.4~0.5，粗轧道次QUOTE取最大值，随轧件变薄QUOTE取最小值，则：6.3.3附加摩擦力矩的确定轧制过程中了，轧件通过辊间时，在轴承内以及轧机传动机构中有摩擦力产生，所谓附加摩擦力矩，是指克服这些摩擦力所需力矩，而且在此附加摩擦力矩的数值中，并不包括空转时轧机转动所需的力矩。组成附加摩擦力矩的基本数值有两大项，一为轧辊轴承中的摩擦力矩，另一项为传动机构中的摩擦力矩。即(6-11)(1)传动机构的摩擦力矩的计算：轧辊轴承的摩擦力矩QUOTE可近似由下式计算(6-12)式中f—支承辊轴承的摩擦系数，取f=0.005（油膜轴承）；QUOTE—支承辊辊颈直径QUOTE—工作辊辊身直径QUOTE—支承辊辊身直径粗轧机中：QUOTE=1500mmQUOTE=1030mmQUOTE=2000mm精轧机中：QUOTE=1650mm=1120mmQUOTE=2200mm前6道次轧辊轴承的摩擦力矩（粗轧）：后4道次轧辊轴承的摩擦力矩（精轧）：传动机构的摩擦力矩QUOTE的计算：轧机传动机构中的摩擦力矩QUOTE连接轴，齿轮机座，减速机和主电机联轴器等四个方面的附加摩擦力矩组成，可由下式来计算：(6-13)式中QUOTE—由电机道到轧辊的总传动效率为各传动效率的乘积，因接轴的倾角≧3°，故可取QUOTE=0.94得其他各道次分别为：计算附加摩擦力矩：(6-11)6.3.4空转力矩的确定空转力矩是指空载转动轧机主机列所需的力矩。通常可根据实际资料可取电机额定力矩的3%-6%，即(6-14)所以取，6.3.5计算传动力矩当轧辊转速发生变化时，要产生力矩，此处由于采用稳定速度咬入即咬钢后不加速，而减速阶段的动力矩使电机输出力矩减小，故在计算电机力矩时都可以忽略不计[14]。确定各道传动力矩：有以上分析与计算可知，各道次传动力矩：(5-15)M1=2972.8KNmM2=4348.9KNmM3=4078.4KNmM4=6733.1KNmM5=6651.4KNmM6=6203.0KNmM7=5927.0KNmM8=4285.9KNmM9=3872.6KNmM10=3441.5KNm7000600050004000300020001000t,KNm7000600050004000300020001000t图6-3轧机的静负荷图6.4绘制轧制图表表6.4轧制规程轧制道次轧制方式出口厚度/mm压下率/%变形速度/QUOTE出口宽度/mm轧后长度/mm稳定轧制速度/t/min最大轧制力矩/kN.m最大轧制力/kN轧件温度/℃间隙时间/s纯轧时间/s1DT→2502.51.3419502154202591161461149.582.002←D205181.4019502627203609237141148.682.52.443D→T168181.5519503206203100224701148.022.52.974D→13120.81.8832062501205262391811147.08102.325→10123.12.2432063244204809386951145.532.53.016→7624.82.6832064311204262375531142.78647→5823.76.023206564960356437018879.05204.82.428→4620.76.333206712360207526409877.5463.059→3719.610.33206885660157132946874.6464.7410→3021.612.2032061092260140721920870.3045.63注：符号说明D：除磷道次；T：转钢道次；→：向下游轧制；←：向上游轧制。6.5轧辊强度校核6.5.2粗轧机校核图6-3四辊轧机轧辊受力分析 a—工作辊驱动；b—支承辊驱动6.5.2粗轧机校核支承辊强度校核辊身中央承受最大弯矩：（6-16）其中a为2个压下螺丝的中心距，取值a=L+l辊身中央弯曲应力：（6-17）辊颈危险断面应力：QUOTE（6-18）（6-19）因为辊身和辊颈处的应力均小于合金锻钢的许用应力所以支承辊符合条件。工作辊强度校核(1)辊身中央处承受弯矩值：(2)辊身中央的垂直弯曲应力：(3)工作辊承受支撑辊沿辊身全长加于其上的水平摩擦力：(4)辊身中央的水平弯矩：（5）辊身中央的水平弯曲应力：(6)辊身中央的合成弯曲应力：(7)辊头强度计算：选择带双键槽的辊头，则：均符合要求。（8）两轧辊辊面接触应力计算：接触应力的计算公式可按下式计算：(6-20)式中q—夹在接触表面单位长度上的负荷；，—相互接触的工作辊与支撑辊的半径；—与轧辊材质有关的系数，，其中为两轧辊材料的泊松比和弹性模量。两个辊的弹性模量为QUOTE，泊松比都取=0.26，许用应力为（σ=2200Mpa，QUOTE=670Mpa），所以接触应力小于许用值。6.5.3精轧机校核支承辊强度校核辊身中央承受最大弯矩：其中a为2个压下螺丝的中心距，取值a=L+l=5400辊身中央弯曲应力：QUOTE辊颈危险断面应力：因为辊和辊颈处的应力均小于合金锻钢的许用应力=137~QUOTE235Mpa所以支承辊符合条件。工作辊强度校核辊身中央处承受弯矩值：辊身中央的垂直弯曲应力：工作辊承受支承辊沿辊身全场加于其上的水平摩擦力：辊身中央的水平弯矩：辊身中央的水平弯曲应力：辊身中央的合成弯曲应力：辊头强度计算：选择带双键槽的辊头，则：均符合要求两轧辊辊面接触应力计算：许用应力为（σ=2200Mpa，=670Mpa），所以接触应力小于许用值。6.6电机能力校核本设计中的电机选择如下：粗轧机电机选择为：2×3500KW精轧机电机选择为：2×4000KW6.6.1粗轧机电机校核（1）电机过载校核电机额定力矩为：4024.5<2228×3=6684满足公式故电机过载验算通过。（2）电机温升校核：轧机工作时电动机的负荷是间断式的不均匀负荷，而电动机的额定力矩是指电动机在此负荷下长期工作，其温升在允许的范围内的力矩。为此必须计算出负荷图中的等效力矩，其值按下式计算[15]：等效力矩：(6-16)式中：—等效力矩；—轧制时间内各段纯轧时间；—轧制时间内各段间隙时间；—各段轧制时间所对应的力矩；—各段间隙时间所对应的力矩。由上式计算得：=1458.2KNm因为：所以：校核通过。6.6.2精轧机电机校核电机额定力矩为：3614<1273×3=3819满足公式故电机过载验算通过。电机温升校核：等效力矩：=925.6KNm因为：所以：校核通过。6.7轧钢机工作图表根据之前计算的纯轧时间、间隙时间以及料扎时间、精轧时间之间的关系确定轧制节奏绘制以下轧制模式轧制图表6-4如下：道次TZ时间第七章车间的平面布置及主要设备距离7.1车间的平面布置7.1.1车间布置原则(1)满足生产工艺要求，使生产流线合理。(2)即有利于生产又使占地面积小，运输线短，以求缩短周期、提高生产率。(3)保证操作方便、安全生产。(4)避免金属流线和其它材料运输线的相互交叉。(5)考虑将来的发展，留有余地。7.1.2选择金属流程线综合考虑车间的长度及空间布局，特别是精整跨与加热跨的合理布置，所以车间的金属流动形式采用直线移动式。7.1.3生产设备的布置将车间布置为9跨，原料跨、加热跨、主轧跨、冷床跨、剪切跨、精整跨、热处理跨、成品跨、轧辊跨。表7.1生产设备布置表项目序号名称主要设备1原料跨火焰切割机、横移小车2加热跨步进式加热炉、辊道3主轧跨4100mm四辊精轧机、立辊轧机、高压水除鳞、推床、辊道4冷床跨冷床、辊道5剪切跨切头剪、双边剪、超声波探伤仪6精整跨修磨台架、翻钢机、辊道横移装置、矫直机7热处理跨热处理炉、热处理冷床、淬火机、矫直机8成品跨辊道、横移装置9轧辊跨磨床、冷却装置图7.1车间平面布置简图1原料库2步进式加热炉3辊道4轧机5冷床6剪切机7修磨台架8矫直机9成品跨10轧辊跨11热处理跨7.2加热炉、主电室、轧辊间的配置连续式加热炉、主电室和轧辊间布置有4种布置形式，即炉子与主电室同一侧和两侧、轧辊间与主电室同一侧和两侧布置。凡有二次开坯工艺，便于开成坯返回加热时，采用炉子与主电室两侧布置方式较多。如双机架要求粗轧机出成品时，将轧辊间与主电室布置于同一侧，以便于粗轧成品线的打通。轧辊间和主电室两侧布置形式在日本采用较普遍，便于换辊时将粗、精轧机轧辊直接拉入轧辊间，减少吊车操作中转时间。关于炉子，在主电室一侧或轧辊间一侧均可以，需视总图位置来判定。冷床与剪切线布置有两种形式，即一直线式和折返式，如总图长度不受限制的话，采用一直线式无疑是比较理想的，流程顺利，设备也少。总图长度限制时，可用折返式布置，需增设一个主架，可作为检查修磨之用，且有缓冲之功能。7.3主要设备间距的确定轧制线由加热炉、除磷箱、轧机、空轧装置、快冷装置、热矫直机及冷床等所组成，其中轧机是轧制线的主体。设备间距的确定没有一定的规范可循。通常按车间产量和批量大小、轧件长度等工艺参数和操作要求来确定，并考虑设备的特点、检修需要的面积和建筑模数进行调整，以收到布置紧凑、利于生产、减少设备和厂房面积以及节省投资的效果。轧机组成有单机和双机两种，有时还附设有立辊轧机，双机并附设立辊时，轧制线会增长很多。（1）上料台架与加热炉中心线距离。上料台架与加热炉的两设备中心线间的距离应不小于最长坯料长度的二倍。即L≥2600×2=5200mm=5.2m（2）炉子之间的距离。主要根据炉子大小、劳动条件并配合出钢方式和厂房柱距模数加以确定。例如，中小型轧机以煤为燃料加热钢锭或长度大于8m钢坯时，加热炉间距通常为15m；而以煤气或重油为燃料时，可为12m。对于大中型轧机，以煤气或重油为燃料、加热长度大于5m时，加热炉间距一般为15～18m。（3）加热炉至转盘间距、钢锭转盘中心线至加热炉边的净距L1应不小于4～5倍钢锭长度，加热炉为侧出料时取上限。（4）加热炉到轧机间的距离。轧机尽可能接近加热炉，第一座加热炉中心线距粗轧机中心线距离L4为：L4=L粗轧成品前道次（Max）+L坯（Max）+L炉至除磷箱+∆L富裕（7-1）式中：L—表示为轧件长度设备间距离；∆L富裕=5～10m。则得：L4=L粗轧成品前道次（Max）+L坯（Max）+L炉至除磷箱+∆L富裕=5.625+3.7+12+10=31m另外，机前附设有立辊轧机时，应增加立辊轧机至粗轧机之间距离；采用控轧工艺时，应增加控制待钢辊道的位置，一般机前应留有2～3块待轧轧件长度的距离；若采用两阶段控轧，第一阶段在粗轧机上完成时，粗轧机前也应留出适当的待轧距离，这样势必拉大轧机与炉子间距。（5）双机架轧机粗轧机和精轧机之间距离（L）为：L5=L粗轧件（Max）+L精轧成品前道次轧件（Max）+L控轧装置位置+∆L富裕L5=L粗轧件（Max）+L精轧成品前道次轧件（Max）+L控轧装置位置+∆L富裕=5.625+13+36+10=70mL应确保两架轧机能力均匀分配，以达到最佳的状态，但L太小时两架轧机互相干扰，限制了控轧的有效执行。（6）热矫直机是一台必备的设备，直接布置在轧机后的作业线上，至轧机的最小距离（Lmin）为：Lmin=2.5L板（7-2）则得：Lmin=2.5L板=2.5×13=35m轧机到切断设备的距离。如前所述，由于轧制产品的形状所决定，轧钢车间轧后切断设备主要有两类：即铝机和剪切机。轧机到热铝的距离主要决定于铁切力式。如为单座柱，其距离等于轧件最大长度加上有关设备和操作所需的长度。如为多台工作，其距离可相应缩短些。根据我国小型厂多年生产经验，小型轧机至第一台热剪距离以70～80米为好。轧机前剪切机距离则决定于剪切机能力和轧件长度。当剪切机生产能力很大时，一般轧机到剪切机距离定为1.2～1.5倍的轧件最大长度。如剪切能力不大，应适当增加此距离，一般可按容纳两根最大轧件长度考虑，如在作业线上设置飞剪，则此距离可大力缩短。第八章工作时间及年产量计算8.1车间工作制度和工作时间的确定本车间采用四班三运转连续工作制，节假日不休息。计划每年安排大修一次，每次14天。计划检修每周一次，一次8小时。具体如表8-1所示。表8-1工作时间表日历时间(h/a)年维修时间(h/a)操作时间(h/a)换辊及换剪刃时间(h/a)计划生产时间(h/a)机械和电气故障停产时间(h/a)总计有效工作时间(h/a)日历作业率%年修计划检修合计换支承辊换工作辊及剪刃8760366(14d)4007368024（334d）212287728580720082.1注：(1)支承辊每轧制150000t更换1次，每次2.0小时，换支承辊时间：1500000t/a150000t/次2.0h/次20h/a；(2)工作辊每轧制3500t更换1次，每次0.5h，换工作辊时间：1500000t/a3500t/次0.5h/次214h/a。(3)各剪机剪刃每2班更换1次，每次0.5h，剪刃更换与工作辊换辊同时进行。8.2轧钢机产量计算8.2.1轧机小时产量计算轧钢机单位时间内的产量称为轧钢机的生产率。分别一小时、班、日、月和年为时间单位进行计算。其中小时产量为常用的生产率指标。轧钢机技术上可能达到的小时产量可以用下式[5]计算：