年产70万吨棒材车间工艺设计.doc 105页

'Abstract年产70万吨棒材车间工艺设计7 Abstract摘要此次设计年产量70万吨，品种为圆钢和螺纹钢的小型棒材厂，其规格分别为Φ18～60mm圆钢，Φ12～50mm螺纹钢，在此选择Φ22的螺纹钢为典型产品。本车间设计的主要依据是现代棒材生产工艺过程的理论，参阅了国内有关棒材轧机的先进工艺、轧机的装备、技术、孔型系统及一些辅助设备的论述，并参照承钢棒材厂，取一部分技术参数而设计了此车间。此设计说明书以设计任务书出发，首先论述了建厂的必要性和可能性，然后按照车间设计的步骤进行设计，主要是产品大纲的制定、轧机的选择、孔型系统的选择及典型产品的孔型设计、力能参数的计算及校核、辅助设备的选取等。此外，本文附有轧制图表、电机负荷图、孔型图、配辊图及车间平面图，以便参考。关键词:棒材轧机；设计方案；孔型设计；轧机形式；技术参数7 AbstractABSTRACTThispaperdesignsasmallbarsworkshoptoproduceabout700,000tonsroundbarsandrebars.Andtheirdiameteris18to60mmor12to50mm.Thepaperchooses22mmrebarastypicalproduce.Thepaperisbasedonthetheoryofproductionprocessaboutmodernbar,andreferstodomesticadvancedtechnicsofbarmillanddiscussionaboutequipmentofrollingmill,technology,passsystem,auxiliaryequipmentandsoon.Moreover,thepaperconsultsthebarworkshopinsteelrollingmillofChengde,andadoptssometechnicalparameters.Thepaperproceedsfromdesignassignmentbook.First,itstudiesthenecessityandfeasibilityofdesigningthisworkshop,thendesignstheworkshopaccordingtoelementaryprocess,whichmainlyincludesframingproductoutline,selectingrollingmill,selectingpasssystem,computingmechanicsparametersandcheckingthem,selectingauxiliaryequipmentandsoon.Inaddition,thereareseveraldesigncharts:rollingprogram,loaddiagramofrollingtarget,passsystem,passpositing,planviewofplantlayout.Allofthesegraphswillhelpyouunderstandthedesignconsiderationanddesignconceptbetter.Keyword:barmill,designscheme,passsystem,millmodel,mechanicsparameters.7 目录7 引言引言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70%用作建筑，其余用作各种零部件用材。除螺纹钢筋直接应用于建筑之外，有相当部分加工成各种轴类零件。建筑用材要求在较高的屈服强度下，保持一定的延伸率。机械零件要求机加工性能良好，对组织也有一定要求。作为建筑用材，提高尺寸精度和机械性能的均匀程度，可以节省大量钢材，同样对于加工轴类，也可减少车削，降低成本。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不足。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。。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，这类车间一般达到年产70万吨左右。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。本设计按照任务书要求，设计年产70万吨全连续式棒材车间。设计规格为Φ12～32mm圆钢，Φ14～26mm螺纹钢。选择Φ22的圆钢作为典型产品的孔型设计。7 第1章建厂的经济技术依据第1章建厂的经济技术依据1.1建厂分析1.1.1建厂的必要性棒材是热轧条状钢材的一种，棒材的品种按断面形状分为圆形、方形、六角形以及建筑用螺纹钢筋等几种。棒材的用途非常广泛，主要应用于机械、汽车、船舶、建筑以及制造各种标准件等领域。我国生产的棒材主要是建筑用钢材，由于我国是发展中国家，并且一直保持着较高的发展趋势，人民的物质文化生活水平日趋提高，尤其是住房条件得到不断改善；；还有，我国正面临的西部大开发项目，因此，在未来几年里我国将面临大量的工程建设和城乡住宅建设，这就需要大量的建筑用钢材，据有关部门的统计资料分析，基建和技改直接用于消费的钢材约占钢材总消费量的25~30%，建设工程需要的设备和构件消费的钢材约占20~25%，其中圆钢和螺纹钢筋占很大比例，从旺盛的市场要求来看，小型型钢仍是短缺产品，许多钢铁专家和经济学家认为：随着我国产业结构的调整，小型型钢的要求量在一定时期内还会稳定增长。面对这样一个充满活力的市场，为适应我国国情，从长远竞争观点出发，建设一个现代化的棒材生产车间是非常必要的。1.1.2建厂的可能性首先，在炼钢厂的东部，炼铁厂的南边有一块空地，可将厂址选在这里，并且新拟建的炼钢厂的拉坯跨可与其原料跨对接，为其提供充足的坯料，并可实现连铸坯的热装热送。在这块场地的东北部，有一座动力厂，可为其提供充足的热源和动力气体。7 第2章产品大纲及坯料选择车间北部为炼铁厂，可为新车间提供丰富的高炉煤气资源，即可作为新厂的加热炉燃料，又可减少废气排放，净化空气。其次，为实现连铸坯的热装热送，所建棒材厂的原料跨与新建炼钢厂的拉坯跨相接，可直接通过辊道将坯料送入加热炉。在建厂初期，通过汽车运输坯料，经原料跨北门运入，通过天车将坯料吊至上料台，再送入加热炉。在厂房成品跨设一条铁路，与炼铁厂的铁路接轨，成品可由这里运输出去。在成品跨再开一个汽车运输的出口，不仅可以解决一部分成品的运输，其他如耐火、润滑材料、桶装药剂、燃烧油、切头切尾及废品等也可通过汽车运输实现。综上所述，筹建一个新的棒材厂是完全可能的。1.2厂址选择本车间的厂址选在承钢炼钢厂的东部，炼铁厂的南侧，其主要依据如下：首先，地处风景秀丽的承德市区西部20公里处的双滦区，气候适宜，且不易对市区造成污染。其次，矿产资源丰富。附近的大庙和黑山有丰富的得天独厚的钒钛磁铁矿资源。北京的燕山石化集团公司可为其提供充足的油料。位于厂区附近的滦河可提供足够的工业和生活用水。厂区东面的滦河电厂，保证了厂区的用电需求。再次，人力资源：北京科技大学、河北理工大学、燕山大学均有雄厚的专业人才保证其在技术上的先进。最终，运输方便。京承铁路可使其产品顺利的进入北京和东北地区。有比较便利的公路设施，并且新建成的京承高速公路使得产品进入北京更加方便快捷。总而言之，将厂址选在承钢炼钢厂东部，炼铁厂南侧，可以充分利用承钢的各种资源，此选址是合理的。7 第2章产品大纲及坯料选择第2章产品大纲及坯料选择2.1产品大纲的确定2.1.1编制产品大纲的原则1）满足国民经济发展对轧制产品的需要，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）考虑各类产品的平衡，尤其是地区之间产品的平衡。要正确处理长远与当前、局部与整体的关系。做到供求适应、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和建厂地区产品的合理分工。有条件的要争取轧机向专业化和产品系列化方向发展，以利提高轧机的生产技术水平。4）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。2.1.2产品方案的主要内容1）车间生产的钢种和生产的规模；2）各类产品的品种和规格；3）各类产品的数量和其在总产量中所占的比例等。2.1.3产品大纲.7 第2章产品大纲及坯料选择表2-1设计年产70万吨优质棒材车间（单位：万吨）钢种代表钢号年产量（万吨）Φ12～16mmΦ18～22mmΦ24mmΦ26～32mm小计钢种比例（%）碳素结构钢Q23543141220优质碳素结构钢20＃45＃45692440合金结构钢40Cr20CrMnTi25441525铆螺钢ML25、ML3511135弹簧钢65Mn60Si2Mn11135低合金钢20MnSi2135合计（万吨）1015152060规格比例%16.67252533.331002.2坯料选择棒材生产所用的原料有三种，可分为小钢锭（用钢锭直接轧制成材）、钢坯（用钢锭轧制成的坯）和连铸坯。7 第2章产品大纲及坯料选择2.2.1连铸坯的特点优点：连铸坯使用钢水直接浇注拉矫而成的，在生产过程中省去了整模、脱模、钢锭均热、初轧开坯等生产工序，简化了生产过程及设备，使金属收得率提高了6%～12%以上，并大幅度降低能耗，运行成本降低，较初轧坯形状好，短尺少，组织成分均匀，节省投资，节省劳动力，易于实现自动化。缺点：使用钢种少，目前主要用于镇静钢，压缩比也受一定得限制，也受结晶器得限制，规格不灵活，连铸速度较慢，与轧制速度不匹配，工艺难掌握。使用条件：适合于大、中、小多类钢铁企业，生产品种较少，批量较大的情况；适合于压缩比要求不特别严格的产品。2.2.2钢坯的特点优点：钢坯是以大钢锭为原料，经均热，初轧开坯轧制而成。因此，可用较大的钢锭，压缩比也可较大，反复破碎再结晶，得到均匀细小晶粒，并且可以中间清理，所以钢材的内在质量好，钢种范围广，坯料的尺寸规格可灵活选择。钢种不受限制。缺点：需要初轧开坯，使工艺设备复杂化，能源消耗和成本增高，并且在加热过程中烧损，切去头尾，金属收得率降低。使用条件：连铸困难的合金钢及特殊要求的钢种以及生产品种较多的车间。2.2.3小钢锭的特点优点：不用初轧开坯，可直接轧制成材。缺点：金属消耗大，成材率低，中间不能进行清理，表面质量差，压缩比小，产量低。使用条件：无初轧开坯和连铸小方坯的中小钢铁企业及特殊用途轧机。7 第2章产品大纲及坯料选择随着近些年来，连铸技术得到了飞速发展，许多连铸过程中易出现的问题均得到了较好的解决，目前连铸坯的质量已接近初轧坯，而且今后连铸技术还会有更大的发展，由于连铸自身具有收得率高、工艺简单、成本低等一系列优势，连铸坯已逐渐代替了初轧坯的统治地位，综合以上种种因素，本车间选用连铸坯为原料。2.3坯料选用时所考虑的因素2.3.1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。棒材轧制常选用方形坯料，因为这样有利于延伸系数的分配和减少轧制道次。1）为了便于钢坯的运输和保证钢坯加热时沿长度方向上温度的均匀性，钢坯的长度尽可能的短。但为了提高车间产量，减少切损，提高轧机作业率，希望坯料尽可能长。从加热炉宽度考虑，方坯长度不要超过12米。2）最大重量的选择由轧机最后一道次轧制时间计算。（参考现场数据设计能力达17m/s的最小规格断面为Φ12mm）由公式（2.1）式中:——成品断面面积，，——轧件的长度，——轧件比重，，取，——由坯料道成品的金属消耗系数取因为7 第2章产品大纲及坯料选择（2.2）式中:——最后一道次许可轧制的时间取，——成品轧制速度，取。所以3）确定坯料长度取连铸坯的比重为（2.3）所以取钢坯长度产品断面面积与终轧速度的大小，以及考虑加热炉设计时炉底支撑梁的安全性，取钢坯长度为10m，平均单重1.7t/根。2.3.2表面缺陷清理钢锭、钢坯或连铸坯表面会存在各种缺陷（如结疤、折叠、裂纹、皮下气泡等），如不在轧制前加以清理去除，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。所以坯料表面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。常用的清理表面缺陷的方法很多，常用的有：火焰清理、风铲清理、砂轮清理和机床清理等四种。7 第2章产品大纲及坯料选择清理方法名称清理费用（%）清理方法名称清理费用（%）风铲清理100机床清理60砂轮清理307火焰清理53表2-2各种清理方法费用比较本设计采用风铲清理。2.3.3钢坯规格及允许偏差1）连铸坯横断面尺寸及允许偏差（符合YB2011－8标准）表2-3连铸坯横断面尺寸及允许偏差名义尺寸长度宽度对角线长度偏差单重Kg/m尺寸偏差尺寸偏差150×150150±5150±5≤7172.42）钢坯长度定尺：10080～10000mm；3）钢坯弯曲度不得大于15mm/m，总弯曲度不得大于80mm/12m；4）端部切斜不得大于20mm；5）不得由明显的扭转。7 第3章轧机的选择第3章轧机的选择轧钢生产是将钢锭或钢坯轧制钢材的生产环节。用轧制方法生产钢材具有生产率高、品种多、生产过程连续性强，易于实现机械化自动化等优点。轧钢机是完成轧制变形的主要设备，轧机刚度对产品精度有重要影响，因此轧机选择的合理与否对车间生产具有非常重要的意义。轧钢机选择的主要依据是：车间生产钢材的品种，产品品种和规格，生产规模的大小，以及由此而确定的产品生产工艺过程。3.1轧机型式对比与选择对机架的要求有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。一般轧钢机的机架型式按照结构特点不同可以分为：闭口式、开口式和半闭口式三类。不同类型的机架形式可作如下的分析：3.1.1开式机架这种机架的上盖（上横梁）可以拆卸，其主要优点是更换辊方便，因此它主要用在换辊比较频繁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。3.1.2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。闭式机架的主要缺点是换辊不便。3.1.3半闭口机架实际也是开口式机架的一种。其上盖和主体的连接完全由斜楔完成。因它兼有换辊方便和刚性较好的优点，因此又称为半闭口机架。近年来在型钢轧机上被广泛的采用，获得了较好的使用效果。39 第3章轧机的选择3.1.4短应力线轧机轧机的刚性也即刚度是指轧钢机工作机座在轧制时抵制发生弹性变形的能力。通常用刚度系数来表示。在一定的轧制压力作用下刚度系数K越大，工作机座发生的弹性变形越小，此时轧机刚性越大；反之，刚度系数K值小，工作机座的弹性变形就大，轧机的刚性就差[5]。图1.1轧机的应力回线a－通常轧机的应力回线；b－短应力线轧机的应力回线短应力线轧机的主要特点是：1.最短的应力线保证轧机的高刚度，通常刚度系数可达1800～2200kN/mm2.轴承受力分布均匀，改善了轴承和轴承座的受力情况，提高了轴承的使用寿命；3.能够进行预调整，提高了金属的成材率；4.采用机械手换辊装置，实现了对称调整和轧辊的整体更换。这样就简化了调整过程．缩短了调整和换辊时间，为提高轧机作业率打下了基础；5.辊缝对称调节，使轧制线水平保持稳定；6.设备质量轻，体积小，操作维修方便。39 第3章轧机的选择3.1.5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。机架放置在一个小车上，本身结构与普通二辊轧机机架基本相同。立辊为了平衡轧辊质量，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。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则随着道次的增加而逐渐有所升高。过低的开轧温度造成摩擦系数增加，容易在中轧机组前几架产生堆钢。图3.2平立可转换轧机39 第3章轧机的选择采用平立交替式布置，且精轧部分的偶数架轧机可平立转换，此种布置形式的优点：1）轧制过程稳定，此种轧机在平辊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；4）平立布置轧机的缺点；（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，可以轧制多种规格的产品[6]。3.2轧机布置选择比较轧钢机按工作机架排列成某种方式称为轧钢机布置，可以分为六种：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。39 第3章轧机的选择图3.3轧钢机按机架排列的分类a—单机架；b—横列式；c—顺列式；d—布棋式；e—半连续式；f—连续式轧钢机布置的基本形式只有三种。即横列式布置、顺列式布置和连续式布置。布棋式布置可以视为为了缩短车间长度所采取的顺列式布置的一种变形，而半连续式布置则常常是连续式和其它形式（例如：横列式布置）的组合。3.2.1横列式布置轧机横列式布置的轧机，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，轧制产品的尺寸精度也差，不易实现自动控制。一般都是采用穿梭轧制和活套轧制方式。其每架轧机上可以轧制若干道次，变形灵活，适应性强，品种范围宽广，控制操作客易。主要用于生产各种型材、线材和开坯生产。另外，横列式布置轧机具有设备简单、投资少、建厂时间短的优点。过去我国地方小企业的轧机基本都是横列式轧机，现今国内外已基本淘汰。3.2.2连续式布置的轧机39 第3章轧机的选择连续式轧制占地少，生产率高，产量大。除了每架顺次轧制一道外，还必须保持成连轧关系的各架轧机单位时间内金属秒流量相等的原则。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发展的方向。3.3棒材轧制工艺流程3.3.1承钢棒材车间承钢棒材厂设计能力年产70万吨，采用165mm×165mm×12000mm钢坯，产品规格：Φ12～Φ40mm圆钢和螺纹。钢种：普碳钢、铆螺钢、弹簧钢、低合金钢和优质碳素钢等。最高轧速：18m/s。加热炉为全梁步进式加热炉，产量为150t/h，全轧线18台轧机，平立布置。6台粗轧机都是BBS悬臂轧机，6台中轧机和6台精轧机为短应力线整体更换轧机。图3.4唐钢车间布置示意图1-上料台架2-步进式加热炉3-高压水除鳞箱4-夹送辊5-悬臂式粗轧机6架6-1号飞剪7-中轧机6架8-2号飞剪9-7组立活套10-精轧机6架11-淬水小车12-3号倍尺飞剪13-冷床14-冷剪15-收集台架3.3.2石钢棒材车间石钢棒材车间设计年产60万吨，采用150mm×150×12000mm连铸坯，产品规格：主导产品为Φ14～Φ40mm圆钢、Φ10～Φ40mm带肋钢筋、45～100×5～12mm扁钢。产品定尺长度6～12m。39 第3章轧机的选择钢种：碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、低合金钢、及弹簧钢。最高轧速：18m/s。加热炉额定加热能力150t/h，最大为170t/h。全线18架轧机，全部为二辊短应力线轧机，即POMINI的“红圈”轧机。全线轧机平立交替布置，可实现合金棒材的连续无扭轧制。1～10架轧机为微张力轧制，11～18架为立活套控制无张力轧制。图3.5石钢车间布置示意图1-冷装料台架；2-不合格坯剔出装置；3-加热炉；4-退坯收集框；5-除鳞机；6-粗轧机组；7-1#飞剪；8-中轧机组；9-2#飞剪；10-精轧机组；11-穿水冷却装置；12-3#倍尺飞剪；13-冷床输入辊道；14-冷床；15-定尺飞剪；16-集捆台架；17-打捆机；18-自动堆垛机；19-短定尺收集框3.3.3广钢棒材车间广钢棒材厂设计能力年产40万吨，采用150mm×150×10000mm钢坯，产品规格：Φ12～Φ40mm圆钢和螺纹。钢种：热轧普通碳素钢、普通铆螺钢、普通低合金钢和优质碳素钢等。最大轧制速度：13m/s。加热炉为步进式，全轧线18台轧机，平立布置。6台粗轧机和6台中轧机都是悬臂轧机，6台精轧机为短应力线式轧机。39 第3章轧机的选择图3.6广钢车间布置示意图1-上料台架2-坯料电子称3-入炉辊道4-推出机5-组合式步进炉6-夹送辊7-悬臂式粗轧机组8-飞剪9-悬臂式中轧机组10-立式活套器11-飞剪机12-水平精轧机13-平立可转变精轧机14-水冷线15-倍尺飞剪（3#）16-碎断剪17-带裙板冷床输入辊道18-步进式冷床19-冷剪机20-成品收集槽21-成品电子称22-计数器23-自动打捆机24-定尺挡板25-非定尺包扎台经过比较以上两种车间布置形式相差不大，但轧机不同，生产品种大不相同。中轧机到精轧机没有留出特别的冷却段。3.3.4马钢棒材车间马钢棒材厂设计能力年产60万吨，采用165mm×165×12000mm钢坯，产品规格：Φ12～Φ60mm圆钢和Φ12～Φ50mm螺纹钢。钢种：碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢、铆螺钢、弹簧钢、轴承钢等。最高轧速：18m/s侧进侧出梁底步进式加热炉为双框架结构，内部尺寸为23.8m×16.8m，额定产量150t/h，最高产量170t/h。全线共18架轧机，粗、中、精轧机组各6架，均为无牌坊、短应力线、高刚度“红圈”轧机，呈平-立交替布置。39 第3章轧机的选择图3.7马钢车间布置示意图1-梁底组合式步进加热炉（150t/h）;2-粗轧机组（6架）;3-中轧机组（6架）;4-精轧机组（6架）;5-穿水冷却装置;6-倍尺飞剪;7-短尺（3.5~12m）收集系统;8-冷床;9-冷定尺飞剪;10-自动收集打捆装置通过对以上车间的比较，本车间设计采用连续式布置轧机[8]。3.3.5生产工艺特点1）轧制工艺：1～10架轧机为微张力轧制，10～18架为立活套控制，实现无张力轧制，保证产品尺寸精度，产品尺寸偏差可达到1/3DIN标准公差范围的水平。2）导卫装置使用滑动导卫和滚动导卫，进口导卫的鼻锥（耐磨块）设计，滚动导卫采用油气润滑和循环水冷却系统，延长了导板和导轮的使用寿命，使吨钢耗导卫仅0.015kg。3）剪切系统：轧制过程共设有三台旋转飞剪。其中1#旋转式飞剪置于粗轧机组后，用于切头切尾和事故碎断处理。最大剪切直径72mm，2#旋转式飞剪置于中轧机组后，作用同1#飞剪，最大剪切直径38mm.3#旋转式飞剪置于精轧机组后，也叫倍尺剪，是将棒材在上冷床前成倍尺分段，同样起事故碎断处理作用。最大剪切直径为:经余热处理的棒材为40mm，未经余热处理的棒材为50mm39 第3章轧机的选择。倍尺飞剪采用优化剪切技术可使上冷床的倍尺都为定尺的整倍数，且每支只出1支短尺并进人非尺冷床，提高了成材率及产品定尺率和剪切效率。整个过程全部由计算机控制，实现剪切作业的高精度。4）冷床和棒材分组系统：齿条式冷床长度120m，宽度14m，棒材经倍尺飞剪剪切后进入拨入裙板的冷床输入辊道，电气传动的制动裙板使棒材降速并将他们拨入冷床，冷床的初始部分为矫直板，使棒材保持平直。随后的动齿条和固定齿条用于接收和冷却轧件，动齿条自动驱动。接着棒材由动齿条输送到分组输送链上，在此棒材按不同规格产品剪切支数的要求分组。随后，由平移小车将各组棒材送到冷床的输出辊道以供剪切。齿条末端设置对齐辊道用于产品端部的对齐，经冷飞剪将棒材按定尺剪切。此冷床冷却质量高、冷却均匀，且具有根据要求自动编组的功能，方便定尺剪切。3.4轧机机架数确定因为每架只轧一道的连续式轧机，只要知道轧制道次即可确定机架数。首先确定总延伸系数。（3.1）式中：——压缩比；——钢坯断面积；——成品断面积。本设计的产品大纲中，最小规格直径为。其产品横断面面积为：采用165方坯来轧制产品，则其总延伸系数为：39 第3章轧机的选择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，=1.36轧制道次和机架数可用下式确定（3.2）式中：——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。轧制道次由于选用了连续式轧机布置形式，因此选取机架数为18架。生产大规格产品可甩架次（空过），减少轧制道次。综上所述，18架轧机全线选用短应力线轧机，具体规格为：粗轧机组6架。平/立布置；形式：短应力线轧机中轧机组6架。平/立布置；形式：短应力线轧机精轧机组6架。平/立布置；形式：短应力线轧机（其中14、16、18机架为平/立可转换机架）。39 第3章轧机的选择3.5轧辊参数3.5.1轧辊材质轧辊由辊身、辊颈和轴头三部分组成，轴颈安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置将轧制力传递给轧机机架。轴头与联接轴相连，并传递轧制力矩。辊身直接和轧件相接触。在连轧机上，要求轧辊有较高的表面硬度、强度和耐磨性，且其制造过程简单，价格便宜，故选用铸铁轧辊。其性能参数见表3-4：表3-4轧辊材质、硬度、强度参数机架号轧辊材质硬度（HB）抗弯强度（N/mm2）抗拉强度（N/mm2）1～4铸钢310～3508005005～8球墨铸铁4308005009～12球墨铸铁460125060013～18球墨铸铁51411005003.5.2轧辊直径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，轧机轧辊直径与轧制的坯料高度有如下的关系：（3.3）式中——轧辊直径，（毫米）；——系数；可按下表选取；——坯料高度，（毫米）。轧机名称大型轧机中型轧机小型轧机39 第3章轧机的选择2.5～4.52.9～5.04.5～6.0表3-5不同轧机的k值范围参考同类车间，K值取4.1，为中型轧机。则各机架的轧辊直径选择为：1#--4#D=680mm；5#--6#D=660mm；7#--12#D=600mm；13#--16#D=440mm；17#--18#D=360mm。（D值为最大直径）3.5.3轧辊辊颈直径和辊颈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。（3.4）式中：——轧辊辊身长度，mm；——轧辊直径，mm；——系数（1.5～2.5）型钢轧机辊身长度主要取决于孔型配置、轧辊的抗弯强度和刚度。轧辊的辊身长度与辊径比小时轧辊能承受较大弯曲应力，另外轧机的刚性也增加了，为提高产品精度也提供了可能，故现代化轧机随着对产品精度要求的提高L/D值正逐。表3-6轧辊参数39 第3章轧机的选择机架号轧辊直径D（mm）辊身长度L（mm）辊颈直径d（mm）辊颈长度l（mm）168076035032026807603503203680760350320468076035032056607603403206660760340320760075032028086007503202809600750320280106007503202801160075032028012600750320280134407502202201444075022022015440750220220164407502202201736065018018018360650180180渐减小，本车间为短应力线轧机，为提高其刚度，一般辊身长度较短，其尺寸按轧机制造厂商提供的参数并从中选取，一般近似地选d=（0.5～0.55）D，l/d=0.83～1.0，具体见表3-6[10]。3.5.4轧辊轴承轧辊轴承是轧机工作机座中重要部件，应根据轧机的结构及工作条件选用。短应力线轧机一般选用四列短圆柱滚子轴承，其优点是：39 第3章轧机的选择有较好的抗冲击性能和较小的径向尺寸，摩擦系数小，精度高，刚度大，寿命长，承载能力大，允许轧辊传递较大的转矩；另外，装配的轴承的外圈和内圈可以自由脱开，故轴承座与轧辊的装配变成了轴承本身的自由装配，使操作更方便。3.5.5轧辊的调整机构轧辊的调整机构包括压下机构和轴向调整机构。1.压下机构：压下机构的目的就是调整轧辊相对轧制线的位置，即辊缝的大小，以保证轧机按规定的压下量轧出所要求的断面尺寸。该轧机的压下机构采用液压马达驱动涡轮蜗杆，使拉杆转动，在拉杆上加工有与轴承座中压下螺母相啮合的左右旋螺纹，使上下轴承座实现了同步对称调整，两蜗杆可以分开，以实现左右两边轴承座的分别调整。另外，轧机上还设计了手动驱动机构，可进行方便的调整。在压下机构上还设计安装了编码器和压下量指示器，以便观察和遥控辊缝调整。2.轴向调整机构：轴向调整机构的目的就是使上下轧辊的孔型具有正确地相对位置，以保证所轧出的轧件的几何尺寸符合质量要求。由于轧辊的孔型主要靠轧辊开槽位置的精确定位来保证，因此轧机的轴向调整量一般较小，本轧机为3mm，且不需要经常调整。对短应力线轧机，通常采用上辊手动调整，其调整机构多为涡轮蜗杆或齿轮传动驱动带螺纹的轴套，从而推动轧辊滚动轴承的内圈移动，实现轧辊的轴向移动[11]。39 第4章孔型系统选择与设计第4章孔型系统选择与设计4.1孔型设计的要求与基本原则1.成品质量好：包括产品断面几何形状正确，尺寸公差合格，表面光洁，无缺陷，机械性能好；2.轧机产量高：合理的孔型设计应使轧制节奏时间最短，一般情况是轧制匀形，使串辊的次数最少，这些有可能提高轧机的作业率；3.产品的成品低，即使金属消耗、电能消耗合轧辊等技术经济指针降到最低；4.适应平立轧机的设备条件。4.2孔型系统的选择棒材孔型系统一般为椭圆-圆系统，这种系统适合平立交替轧机使用，轧件没有尖角低温处，断面温度比较均匀。椭圆孔磨损也较为均匀（相对方进椭）。4.2.1箱形孔型系统图4.1箱形孔型系统箱形孔型的优点如下：1.用改变辊缝的方法可以轧制多种尺寸不同的轧件，共用性好。这样可以减少孔型数量，减少换孔或换辊次数，提高轧机的作业率。2.在轧件整个宽度上变形均匀。因此孔型磨损均匀，且变形能耗少。3.轧件侧表面的氧化铁皮易于脱落，这对改善轧件表面质量是有益的。4.39 第4章孔型系统选择与设计与相等断面面积的其他孔型相比．箱形孔型在轧辊上的切槽浅．轧辊强度较高，故允许采用较大的道次变形量。5.轧件断面温度降较为均匀其缺点如下：1.由于箱形孔型的结构特点，难以从箱形孔型轧出几何形状精确的轧件。2.轧件在孔型中只能受两个方向的压缩，故轧件侧表面不易平直，甚至出现皱纹。由箱形孔型系统的优缺点可知，采用箱形孔型轧制大型和中型断而时轧制稳定，轧制小型断面时稳定性较差。它适用于小型棒材粗轧机架。4.2.2椭圆－圆孔型系统图4.2椭圆-圆孔型系统该孔型系统特点如下：1.变形较为均匀。孔型形状能使轧件从一种断面平滑的转换成另一种断面，从而避免了金属由于剧烈的不均匀变形而产生的局部应力；2.在此孔型中轧出的轧件没有尖锐的棱角，可以保证轧件断面各处冷却均匀，因此，轧制时不易形成皱纹；3.孔型形状有利于去除轧件上的氧化铁皮，使轧件具有良好的表面；4.在某些情况下，可以在椭圆－圆孔型系统中的圆孔型轧出成品圆钢，这样当改变品种规格时，可以只换孔不换辊，从而减少轧辊储量和换辊次数；5.延伸系数小，因而增加了轧制道次，降低了产量，增加了轧辊与设备的消耗，提高了产品成本；6.椭圆轧件在圆孔型中不易稳定，要求圆孔型入口夹板调整机准确；39 第4章孔型系统选择与设计7.在圆孔型中，对宽展敏感大，容易出耳子，因此调整严格[12]。鉴于椭圆－圆孔型系统的上述特点，主要是由于延伸系数小，增加了轧制道次，使轧机工作效率低，产量降低和成本的提高，但是由于质量好，减少了精整工序和精整设备，并且减少了废品率和次品率，即可以完全补偿所增加的成本。随着圆钢轧制技术的进步与线材连轧的发展，椭圆－圆孔型系统已逐渐被推广，应用于圆钢精轧孔型系统与线材的精轧机上。特别是轧制线材的45°无扭转精轧机组，也用它作为延伸孔型[13]。综上所述，本设计的Φ22棒材的孔型系统为箱型孔与椭圆－圆孔型系统的组合。具体孔型系统为：粗轧：箱型－方箱－平椭圆—圆—椭圆－圆中轧：椭圆－圆－椭圆－圆－椭圆－圆精轧：椭圆－圆－椭圆－圆—椭圆—圆4.3典型产品Φ22圆钢的孔型设计由前面设计可知，本车间的轧机共18架，轧制过程中用其中的18架，也就是说采用18个孔型系统进行轧制。4.3.1分配延伸系数1.分配延伸系数的依据：1）轧制开始时，轧件的温度较高，氧化铁皮多，摩擦系数小，咬入困难，此时延伸系数的分配主要考虑咬入条件的限制；2）随着轧件氧化铁皮的脱落，咬入条件大为改善，此时充分利用轧件温度高，塑性好，变形抗力低的特点，给以大变形；39 第4章孔型系统选择与设计3）最后几道次为保证成品断面形状和尺寸的正确性，减少孔型磨损，提高轧辊使用寿命，以及降低能耗，应采用较小的延伸系数，此外，由于椭圆孔和圆形孔的不特点，椭圆孔的延伸系数比圆形孔的相对大些。表4-1孔型延伸系数孔型系统箱型椭圆型圆型延伸系数1.15～1.61.2～1.61.2～1.42.确定各道次延伸系数表4-2各机架延伸系数的分配机架号123456789延伸系数μ1.181.231.241.271.291.311.341.361.33机架号101112131415161718延伸系数μ1.301.271.241.221.211.201.201.201.20连铸坯断面积：热膨胀系数：，一般生产取Φ22圆钢横截面积：Φ22圆钢的总延伸系数为：（4.1）式中：——总延伸系数——原料断面面积——成品断面面积分配各道次延伸系数：延伸系数分配的校核：39 第4章孔型系统选择与设计∴分配初步合理。4.3.2轧制各道次面积的确定由延伸系数与轧件断面面积关系，确定各道次轧件断面面积：单位（mm2）表4-3各道次轧件断面面积道次面积道次面积123072.03102236.95218757.75111761.38315127.22121420.46411911.2131164.3159233.4914962.2467048.4615801.8775260.0516668.2283867.6817556.8592908.0318464.044.3.3各道次轧件尺寸及孔型尺寸计算1.第1道次箱型计算轧件在箱形孔型系统中的展宽系数。取解得：轧件宽度轧件高度孔型高度孔型槽底宽度在此取孔型槽口宽度39 第4章孔型系统选择与设计在此取槽底圆角半径在此取槽口圆角半径在此取辊缝在此取孔型的侧壁斜度，侧壁斜度一般采用。在此取2.第2道次方型计算解得：轧件宽度轧件高度孔型高度孔型槽底宽度在此取孔型槽口宽度：在此取槽底圆角半径在此取39 第4章孔型系统选择与设计槽口圆角半径在此取辊缝在此取孔型的侧壁斜度，侧壁斜度一般采用。在此取3.第3道次平椭圆计算此道次延伸系数为1.24，因此定压下率为1.60则由于求得设充满度孔型宽度孔型高度辊缝在此取椭圆半径槽口圆角半径在此取4.第4架圆孔的计算轧件面积求得39 第4章孔型系统选择与设计孔型高度求得孔型半径槽口圆角半径在此取孔型宽度在此取辊缝在此取同理可得：5.第5架椭圆孔的计算中间椭圆件的尺寸可以根据前后两道次圆的尺寸来求得，具体步骤如下：第5道次第6道次图4.3中间椭圆件尺寸的计算第4道次39 第4章孔型系统选择与设计设充满度孔型宽度孔型高度辊缝在此取椭圆半径槽口圆角半径在此取同理可得：6.第16架圆孔的计算轧件面积求得39 第4章孔型系统选择与设计成品前孔基圆的构成与成品尺寸关系密切，由生产经验可知:当圆钢规格在13～30mm之间时取孔型宽度则取辊缝S的取值为2～3mm，则S=2圆钢直径为12～25mm时，槽口圆角r之间为2mm。7.第18架圆孔的计算轧件面积求得成品孔基圆半径R：，其中（1.011～1.014）为热膨胀系数，在这里取1.012为了保证圆钢的椭圆度要求，成品孔内径的开口宽度按下式确定：表4-4圆钢开口宽度成品圆钢直径/mm侧壁斜度%侧壁角10～305026035’当圆钢直径为18～30mm时，S=1.5圆钢成品孔型的槽口圆角r=28.第17架椭圆孔的计算由以上可得：表4-5成品孔与成品前椭圆孔宽展系数的确定圆钢直径/mm成品孔中的成品前椭圆孔中的39 第4章孔型系统选择与设计9～280.3～0.450.7～1.1在此取=0.4，=0.9辊缝S在此取S=2取槽口圆角取椭圆圆弧半径表4-6轧件断面积机架孔型高宽面积延伸系数压下量宽展量0无16516527225---H1箱134.91171.0123072.031.1830.096.0139 第4章孔型系统选择与设计V2方箱128.99145.4218757.751.2342.0210.51H3平椭圆90.89185.9615127.221.2454.5356.97V4圆123.18123.1811911.21.2762.7832.29H5椭圆75.81153.979233.491.2948.0030.79V6圆94.7694.767048.461.3159.2118.95H7椭圆53.81121.385260.051.3440.9526.62V8圆70.1970.193867.681.3651.1916.38H9椭圆42.1788.402908.031.3328.0218.21V10圆53.3853.382236.951.3035.0211.21H11椭圆35.3165.121761.381.2718.0711.74V12圆42.5442.541420.461.2422.587.23H13椭圆29.9950.701164.311.2212.558.16V14圆35.0135.01962.241.2115.695.02H15椭圆25.2941.33801.871.209.276.32V16圆29.1829.18668.221.2012.153.89H17椭圆17.8439.38556.851.2011.3410.20H18圆24.2324.23464.041.2015.156.39表4-7各道次孔型尺寸道次孔型形状孔型高度H槽口宽度Bd槽底宽度bd槽口圆角半径R槽底圆角半径r辊缝S39 第4章孔型系统选择与设计H1箱134.91180162152520V2方箱128.99153132121520道次孔型形状孔型高度H槽口宽度Bd槽底宽度bd椭圆（圆）半径R槽口圆角半径r辊缝SH3椭圆90.89195.75-152.851720V4圆124.43125-62.22215H5椭圆75.81162.07-121.691414V6圆95.7296.20-47.86210H7椭圆53.81127.77-87.161312V8圆70.9171.50-35.45528H9椭圆42.1793.05-59.25910V10圆53.9254.50-26.9626H11椭圆35.3168.55-36.1968V12圆42.9743.50-21.48525H13椭圆29.9953.37-23.6856V14圆35.3736.10-17.68524H15椭圆25.2943.51-18.2545V16圆29.8130.52-14.90522H17椭圆17.8440.00-8.4432H18圆24.2326.49-12.11521.54.4配辊39 第4章孔型系统选择与设计孔型在轧辊上的配置的任务是已设计好的断面孔型按照一定的规律放置到轧机的轧辊上去。孔型在轧辊上的配置包括两个方面，一是在轧制面垂直方向上的配置，二是在轧辊辊身长度方向上的配置。4.4.1孔型沿辊身长度方向的配置1．孔型沿辊身长度方向配置的原则：有利于轧机产量的提高和产品质量的保证；操作方便，便于实现自动化和机械化；有助于轧辊的充分利用，减少轧辊的消耗和储备等。配置孔型要考虑的因素有：1）成品孔和成品前孔应尽量争取单独配置，即不配置在同一架轧机的同一轧线上，以便实现单独调整，保证成品质量。2）分配到各架轧机上的轧制道次应力求各架轧机的轧制时间均匀，以便获得较短的轧制节奏，提高轧机产量。3）根据各孔型的磨损程度及其对质量的影响，每道备用孔型的数量在轧辊上应有所不同。2．辊环宽度的确定：辊环可分为端辊环和中间辊环两种。位于辊身两端的端辊环可防止氧化铁皮落入轴承；而位于相邻两孔型中间的中间辊环则主要用于分开孔型。1）根据辊环强度确定辊环宽度。辊环强度取决于轧辊材质和轧槽深度。开口孔型的辊环宽度一般等于相邻两孔型中最深轧槽的深度；对于侧壁斜度较大的孔型，其宽度可小些。闭口孔型中，铸钢轧辊的宽度可取为轧槽深度的0.8～1.0倍，铸铁轧辊则取为轧槽深度的1.2～1.5倍。2）确定辊环宽度，还要考虑导卫装置的安装与调整方便。3）端辊环的宽度是根据生产经验确定的，见表4-8：表4-8端辊环宽度的取值轧机初轧机轨梁与大型轧机三辊开坯轧机中小型轧机边辊环宽度bb/mm≥50～100≥100～150≥60～150≥50～10039 第4章孔型系统选择与设计4.4.2孔型在轧制面垂直方向的配置孔型在轧制面垂直方向的配置主要是压力值的大小。上下辊工作直径差称为压力。在生产中，使用压力轧制是为了控制轧件出口时的弯曲方向，避免缠辊事故，以及减轻卫板负荷等，但使用压力轧制会导致上下表面层的速度差，使轧件内部产生附加应力，加速上下轧槽的磨损，降低轧辊寿命，因此应尽量避免，故此车间采用无压力轧制[14]。据以上原则，并参考同类车间，各道次配辊见表4-9：表4-9各道次配辊的参数机架号辊身长度（mm）轧辊直径（mm）配孔数辊边与边部孔型中心线的距离（mm）孔型中心距（mm）槽底直径（mm）轧槽深（mm）辊环宽度（mm）39 第4章孔型系统选择与设计17606802263.02233.96590.0644.9753.9627606802277.70204.6059443.0051.6037606802263.945232.11619.430.3036.3647606803205.22174.78597.0441.4849.7857606603187.61192.39609.4625.2730.3267606603245.51134.49596.1831.9138.2977506003225.7149.30564.1217.9421.5387506004225.19599.87552.7223.6428.3797506004210.12109.92571.8814.0616.87107506004260.9176.06564.0617.9721.56117506004250.99582.67576.4611.7714.12127506005253.6460.68571.3614.3217.18137504405244.2665.37420.0010.0012.00147504407224.2550.25416.4211.7914.15157504407214.1153.63423.148.4310.12167504408226.42542.45420.129.9411.93176503608160.0147.14348.105.957.141865036010162.14536.19343.848.089.7039河北联合大学轻工学院毕业设计说明书39 第5章轧制节奏图表与计算产量第5章轧制节奏图表与产量计算5.1咬入角的计算（5.1）（5.2）表5-1各道次的咬入角道次/（mm）/（mm）/（°）1128.1830.09571.8218.682122.6042.02577.4022.00381.3554.53618.6524.25497.2362.78597.7726.51559.9748.00614.0322.82674.7659.21595.2425.79743.3340.95568.6721.89855.2051.19552.8024.86932.9028.02577.1017.941041.8835.02564.1220.301127.0518.07580.9514.341233.3222.58571.6816.171322.9612.55423.0414.001427.2015.69416.8015.781519.409.27425.6011.991622.3412.15419.6613.831714.6511.34347.3514.691817.8815.15343.6217.09式中：A——孔型面积B——金属填充孔型的最大宽97 第5章轧制节奏图表与计算产量（5.3）式中：——轧辊工作直径——轧辊名义直径热轧在有刻痕或焊痕的轧辊中轧制初轧坯或钢坯时αmax=24°～32°热轧型钢时，αmax=20°～25°符合要求5.2前滑值的计算中性角公式：（5.4）前滑值公式：（5.5）设出炉温度为1050℃对f进行估算所有数据见表5-297 第5章轧制节奏图表与计算产量表5-2各道次前滑值道次轧件高度咬入角摩擦系数中性角/（°）前滑值1134.9118.680.4206.020.02822128.9922.000.4296.120.0298390.8924.250.4355.790.03894123.1826.510.4406.280.0354575.8122.820.4426.170.0600694.7625.790.4446.350.0484753.8121.890.4415.890.0609870.1924.860.4376.120.0520942.1717.940.4285.330.06291053.3820.300.4255.650.05721135.3114.340.4224.760.06061242.5416.170.4205.110.05861329.9914.000.4924.920.05421435.0115.780.4865.330.05501525.2911.990.4844.330.04761629.1813.830.4814.690.04971717.8414.690.4804.870.06281824.2317.090.4695.340.06025.3轧辊的线速度、转速及电机转速确定据经验，并参照同类车间同种产品，设定Φ24圆钢的成品轧机出口速度为7m/s，则最后一架轧机轧辊转速为：（5.6）式中：为自由宽展时的前滑值∴97 第5章轧制节奏图表与计算产量电机转速：连轧机孔型设计常数，即连轧常数：（5.7）式中：——连轧常数——此道次的轧件断面积——此道次的轧制速度——前滑值∴在钢坯连轧机、型钢连轧机和线材连轧机上，为避免堆钢造成事故，有意识的给出一定的拉钢，即＜＜＜…＜，使轧件在两个机架之间有一定的张力。由于第13架到第18架间设有活套，采用无张力轧制，假设连轧常数C相等。97 第5章轧制节奏图表与计算产量而第1架到第12架间采用微张力轧制，即Ψi=。第12架取ψ12=0.1%则C12==表5-3各道次连轧常数C：t·m道次121110987Ψi0.1%0.1%0.1%0.2%0.3%0.4%C3.450×1063.447×1063.444×1063.437×1063.427×1063.413×106道次654321Ψi0.4%0.4%0.4%0.4%0.5%0.5%C3.399×1063.385×1063.372×1063.359×1063.342×1063.325×10697 第5章轧制节奏图表与计算产量97 第5章轧制节奏图表与计算产量为保证有一定的拉钢，而又不能太大，所以前一假的出口速度和后一架的入口速度应该有一定的差值，在这取3%[15]。表5-4轧件入口速度与出口速度对比道次123456789入口速度（m/s）0.1550.1650.2270.3090.4120.5460.7210.9371.215出口速度（m/s）0.1600.2200.3000.4000.5300.7000.9101.1801.490道次101112131415161718入口速度（m/s）1.5351.9472.4002.9363.5434.1514.8825.6036.314出口速度（m/s）1.8902.3302.8503.4404.0304.7405.4406.1307.000表5-5轧机转速与减速97 第5章轧制节奏图表与计算产量道次数轧辊辊径D（mm）轧辊转速n辊（r/min）减速比电机转速n电（r/min）轧辊速度v（m/s）16804.3760.35263.730.1626805.7653.26350.450.2136808.1143.21350.450.29468010.8632.27350.450.39566014.4824.20350.450.50666019.3318.13350.450.67766019.3318.13350.450.67960044.647.85350.451.401060056.936.16350.451.791160076.955.13350.452.131260085.744.09350.452.6913440141.712.47350.453.2614440167.131.00167.133.8515440196.501.00196.504.5216440225.061.00225.065.1817360306.151.00306.155.7718360350.451.00350.456.6097 第5章轧制节奏图表与计算产量5.4轧制节奏图表轧机的工作图表，或称轧制节奏图表，即是研究和分析轧制过程的工具，在轧制节奏图表中表示了轧制过程中道次与时间的关系，通过对这些关系的研究和分析可以清楚地看到：轧件在轧制过程中所占用的轧制时间；各道次之间的间隙时间；轧制一根钢机组所需的总延续时间和轧制过程中轧件交叉轧制的情况；轧件在任一时间所处的位置等。而这些正是了解和掌握轧制过程的重要依据，也是研究和改进轧机工作的重要依据。轧制图表在轧钢生产过程中的作用归纳起来主要有以下几点：1.分析与研究轧机工作情况，找出工序间的薄弱环节，以利于改进，是轧制过程趋于合理；2.准确计算轧制时间、轧钢时的交叉时间、各工序之间配合的时间以及轧制节奏时间，用以计算轧机的产量；3.计算轧制过程中轧辊和机架等所成熟的轧制压力和核算电机传动轧机所承受的负荷情况。连续式轧机的工作图表的特点是：1.因维持连轧关系的轧机每架只轧一道且保持单位时间内通过各机架的金属秒流量相等的原则，各道次纯轧时间相等，即：2.间隙时间随各架轧机轧制速度的提高而递减，即5.4.1轧制间隙时间97 第5章轧制节奏图表与计算产量表5-6各道次间隙时间机架机架间距轧制速度间隔时间H1-0.16-V230.2118.75H330.2914.29V42.80.399.66H52.80.507.18V62.80.675.6H76.60.869.85V82.61.123.02H92.61.402.32V102.61.791.86H112.62.201.45V122.62.691.18H1323.53.268.74V144.23.851.29H154.24.521.09V164.55.181H174.55.770.87V184.56.600.78总距74.488.935.4.2轧制节奏时间（5.8）参照同类车间，＝5s∴5.4.3轧制总延续时间（5.9）97 第5章轧制节奏图表与计算产量式中：——纯轧时间，s——各道次间隙时间之和，s将数据带入得：据以上数据可作出字符连续轧制时的轧制节奏图：图5.1轧制节奏图5.5轧钢机产量计算5.5.1轧钢机产量概述轧钢机产量是衡量轧钢机技术经济效果的一个主要指标，是车间设计中重要的工艺参数。设计的任务就是要充分发挥轧钢机的生产能力，使车间建成投产后在预定的时间内达到和超过设计水平。因此，轧钢机生产水平的高低和它实际能达到的能力是衡量设计质量的重要指标。轧钢机单位时间内的产量称为轧钢机的生产率。分别以小时、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。则理论小时产量为：（5.10）式中：A——轧机小附产量（吨/小时）；97 第5章轧制节奏图表与计算产量Q——原料重量（吨）；T——节奏时间（秒）。实际上在生产过程中，由于种种原因（如轧机操作失误、轧件在孔型中打滑等），轧机的小时产量达不到上述的数值；且由于轧制过程中轧件有烧损，切头及切废，所以合格率不为100%，故应有成品率。则轧机实际能达到的小时产量可用下式表示（5.11）式中：A——轧机小附产量（吨/小时）；Q——原料重量（吨）；T——节奏时间（秒）K1——称为轧钢机利用系数开坯机K1=0.85~0.90成品轧机K1=0.80~0.85b——成品率（％），一般参考同类车间取94%典型产品的轧钢机利用系数K1=0.85纯轧时间：轧制节奏：坯料重量：典型产品小时产量为：以上所述仅是单品种小时产量计算，当一个车间生产若干个品种时，每个品种或由于选用坯料断面尺寸不同，或由于轧制道次不同，因而具有不同的小时产量，为考核一个车间的生产水平和计算年产量，就需要计算各种品种产品的所占不同比例的小时产量，这个产量称为平均小时产量，也称为产品综合小时产量。计算机平均小时产量有两种方法：按轧制品种的百分数计算；按劳动量换算系数计算。在此选用第二种方法，这种方法是在产品计划中选取一种或几种产品做为标准产品，以其它产品的单品种小时产量与标准产品的小时产量相比，即得出劳动量换算系数，如下式所示：97 第5章轧制节奏图表与计算产量（5.12）式中：X——劳动量换算系数Ab——标准产品小时产量，（t/h）A——某种产品小时产量，（t/h）在此选用Φ24圆钢为标准产品，其小时产量为标准小时产量，则可得各种产品的劳动换算系数，参照这些系数可算出同一比例范围内各产品的平均劳动换算系数。表5-7平均劳动换算系数规格Φ12～16Φ18～22Φ24Φ26～32百分比a16.67252533.33劳动换算系数1.031.0210.6A76.7077.4579131.67这样，轧机平均小时产量为：＝5.5.2车间的年产量计算车间年产量是指一年内轧钢车间各种产品的综合产量，以综合小时产量为基础计算，计算公式为：（5.13）式中：A——车间年产量，（t/年）Ap——平均小时产量，（t/h）Tjw——轧机一年内计划工作小时数，（h）K2——时间利用系数97 第5章轧制节奏图表与计算产量本车间采用四班三倒的工作制度，时间安排参考现场，如表23所示：（5.14）式中：365——全年天数；T1——一年中计划大修时间；T2——一年中定期中小修时间；T3——一年中换辊时间；T4——每天规定的交接班时间；24——每天小时数。表5-8计划工作小时数年日历时间365天计划检修时间年工作时间326天停工时间额定年工作小时数大中修每年一次每次15天小修每月一次每次2天小计39天交接班换辊及导卫事故及其它876036057693678241801502407768时间利用系数K2，其大小表示了轧机有效作业的情况，据统计结果显示，K2在0.796～0.975范围内，在此取K2＝0.97。则车间年产量为：＝116.09×5500×0.945＝70.34万吨由此可见，年产量与原设计年产量相符。5.6车间金属平衡在轧钢生产中，金属消耗是最重要的消耗，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，降低成本有重要意义。金属消耗一般由以下几方面的消耗组成：（1）烧损。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及轧制过程中形成的二次氧化铁皮，但前者是主要的。（2）切损，包括切头、切尾及切边损失。主要与钢种、产品种类及其要求、坯料尺寸计算的精确程度以及选用的原料状况有关。（3）轧废。由于操作不当、管理不善或出现事故所造成的废品损失。（4）清理表面损失。主要是原料表面缺陷的清理损失。金属平衡是反映在某一定时期（通常为一年）的金属材料的收支情况，它是编制工厂或车间生产预算与制定计划的重要数据，因此必须在确定成品率及金属损失率的基础上编制出各种产品的金属平衡表[16]。见表5-9：97 第5章轧制节奏图表与计算产量表5-9金属平衡表序号钢种成品产量（t/a）需要坯料量（t/a）金属收得率（%）金属消耗切头及废品烧损（t/a）（%）（t/a）（%）1碳素10000010629294.083189310631结构钢2优质碳素结构钢15000015943894.0847833159413合金10000010629294.083189310631结构钢4铆螺钢500005314694.081500353115弹簧钢500005314694.081500353116低合金15000015943894.084783315941结构钢7合计60000063775294.081894436376197 第6章力能参数的校核第6章力能参数的校核6.1轧制温度的计算轧制温度规程要根据有关塑性、变形抗力和钢种特性的资料来确定，以保证产品正确成形不出裂纹、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。钢材生产往往要求一定的组织性能、故要求一定的终轧温度，开轧温度的确定必须以保证终轧温度为依据。终轧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。本车间所轧钢种大部分为低合金钢，属于亚共析钢，其终轧温度应高于铁碳相图中的Ar3线50～100℃以便于获得细致的晶粒组织，因此钢坯的终轧温度定为950～1100℃。由于本车间棒材轧制速度高，从开轧到终轧轧件温度变化不大。可初步选定出炉温度为1050℃。轧制道次中温度变化的影响因素：许多学者研究证明，在轧制过程中只有相当于总变形功的6～7％用来使金属晶格扭曲作为弹性位能储存金属之中；而绝大部分变形功则转化为热能进入轧件内部。所以轧制时的变形热在轧制过程中起着提高轧件温度的作用，并参与轧制的全过程。对热轧生产的重要工艺参数即轧件温度变化的研究和准确计算，是正确指导工艺设计、提供可靠的力能参数、校核设备能力、老企业的挖潜改造、建立数学模型、实现轧制过程自动控制的基础。但到目前为止，有关轧制过程中温度变化的研究论文甚少，其重要作用还常常被人们所忽视。关于轧制过程的温度变化，目前普遍停留在经验估计的水平上。显然，这种状况不能适应生产技术水平不断发展的要求。下面就这个问题作些分析和探讨，并提出轧钢生产过程中求解温度变化的诸因素：1.轧件塑性变形的变形功转化为热能，结果使轧件的温度上升，以表示；2.轧件表面向周围空气介质辐射热量，结果使轧件的温度下降，以表示；3.在变形区内，由于轧件和轧辊表面呈粘着状态，轧件向轧辊进行热传导，由轧辊带走热量，结果使轧件温度下降，以表示；97 第6章力能参数的校核4.轧制过程用于冷却轧槽和导卫装置的冷却水飞溅到轧件表而带走热量，结果使轧件温度下降以表示；5.轧件在运行过程中由于空气对流带走一部分热量，其结果使轧件温度下降，以表示；6.轧件和轧辊接触表面的相对摩擦运动产生的摩擦热，结果使轧件温度上升，以表示。如果把钢坯加热温度视为常数，则轧制过程中每一道次的温度变化可以成下式：（6.1）从（6-1）式可以看出，每一道次的温度变化是上述诸因素的综合结果。不同的生产条件，各因素的差异甚大。当材质、变形速度、变形状态等条件一定时，轧制温度愈低，使轧件产生变形所需要的变形功也就愈大，所引起的轧件温度回升值在温度变化中就起着主导作用。低温轧制时轧件的明显升温是现场生产工作者所熟知的。轧件待热时间愈长，辐射和对流散热所造成的温度下降值也就愈大。轧钢工作者在制定生产工艺方案和进行工艺平面布置设计时应尽量减小其对温降的影响。高速连续式轧机则是解决这个问题的有效手段，随着速度的提高，传导、辐射和对流等带走的热量损失将大为减少。轧制过程中冷却水带走热量所引起的温降是一个很难处理的数据。因为在轧制过程中一般对轧件并不进行专门冷却，只是在冷却轧辊、轴承和导卫时冷却液体溅落在轧件上造成的热量损失。在一般情况下此因素对轧件每一道次温度变化影响甚微，且影响程度和轧制速度成反比。另外，轧制速度在一定程度上决定着待轧时间。生产的连续性愈强其反映也就愈明显，并可近似地认为是待轧时间的函数。轧件在待轧过程中对流热损失相对于辐射热损失来说也小得多，二者同样是待轧时间的函数。为了运算简便，根据现场实测数据归纳换算，对、和作如下处理：（6.2）式中——机列型式系数；97 第6章力能参数的校核＝1.05～1.15；横列式轧机取下限，连续式轧机取上限。如果在轧制过程中采用强制手段冷却轧件，上式就不妥当了，控制轧制就是这种情况。这时应按具体情况分别推导计算方程。许多学者研究表明，同对比可以忽略不计，这样简化后的方程式可以写成：（6.3）通常轧件的头部和尾部的温度变化是不一致的，为了确定在特定生产条件下合理的轧件盘重和坯料断面以及准确计算在轧制过程中轧件各部分的温度变化，取其一个变形区作为计算单位，具体分析如下：1.变形功所引起的温度上升计算（6.4）——道次轧制压力，；——变形区长度，；其中；——轧辊工作半径，；——变形区内轧件平均断面积，。2.辐射热所引起的温降计算轧制过程中任何两道次的间隙时间内，轧件都向周围空气辐射出大量的热量。辐射时间的长短、轧件本身温度、周围空气温度的高低以及轧件表面积的大小决定着辐射热量的多少。根据辐射定律，因辐射热所引起的轧件温降为：（6.5）其中：——轧件绝对温度，，——两道次间的间隙时间，；——单位长度轧件表面积，其绝对值等于轧件断面周长，97 第6章力能参数的校核箱形孔轧件：椭圆孔轧件：圆孔轧件：平椭和扁椭孔轧件：——第n-l道次的轧件断面积，。3.轧辊热传导引起温度降的计算在热轧过程中，轧辊和轧件基本处于粘着状态，二者温度差又非常悬殊，所以轧件向轧辊进行的传导热是不可忽视的。由于轧件在进入变形区和离开变形区的全过程中，二者的表面温度是变值，这样就使传热过程的计算变得十分复杂。为了简化计算，把轧件和轧辊看成两个相互接触的半无限体，即在热交换过程中，轧件和轧辊表面各自保持温度不变。这样，由于导热所引起的轧件温度变化可按下式计算：（6.6）其中：——轧件温度，；——一个变形区长度的轧制时间，；——变形区内轧件平均厚度，。由此可得温降的总公式：（6.7）97 第6章力能参数的校核0200400600800100012001357911131517机架温度轧制温度图6.1随着轧制过程的进行温降变化理论计算得系数不易定准，故与现场轧机中间各段实测温度对比，可确定各道温度如下：表6-1轧制过程的温降变化道次123456789温度t/℃105010281021100199598999710071029道次101112131415161718温度t/℃1038104610498708848918979019286.2轧制力能计算及电机校核6.2.1平均单位压力的计算据经验，热轧型钢采用艾克隆德公式计算平均单位压力与实测数据较相近，公式为：（6.8）式中：――外摩擦对单位压力影响的系数；――沿接触弧上金属的平面变形抗力，；――粘性系数，；97 第6章力能参数的校核――平均变形速度，；其中（1+m）是考虑外摩擦的影响。（6.9）（6.10）（6.11）（6.12）式中：――轧辊工作辊半径，――轧件平均压下量，――轧制温度，――以百分数表示的锰含量――以百分数表示的碳含量——决定于轧制速度的系数，轧制速度在6～10时，―摩擦系数的计算：对于钢轧辊，对于铸铁轧辊。本车间选用铸铁轧辊。1.第一道开轧温度为1050℃，所以：2.钢种为20MnSiV，其化学成分中，，97 第6章力能参数的校核3.粘性系数表6-2随轧制速度的变化轧制速度/系数/<616～100.810～150.6515～200.6外摩擦对单位压力影响的系数（以第一道次为例）5.平均变形系数（以第一道次为例）6.平均单位压力（以第一道次为例）6.2.2轧制压力的计算轧制压力的计算公式为：（6.13）97 第6章力能参数的校核式中：——平均单位压力；——轧件与轧辊的接触面积，其计算公式为：（6.14）式中：——轧辊平均工作半径，；——平均压下量，。以第一道次为例：以下道次与第一道算法步骤相同。轧件平均高度的计算公式为：箱形孔轧件：椭圆孔轧件：圆孔轧件：平椭和扁椭孔轧件：为轧件高度6.2.3轧制力矩的计算传动两个轧辊所需的轧制力矩为：（6.15）式中：——轧制力；——力臂；97 第6章力能参数的校核——力臂系数，在自由轧制时常取0.5，有孔型限制时，摩擦力增加力臂长度；因计算困难，仍取为0.5；——接触弧长度，。以第一道次为例：以下各道次的轧制力矩与第一道算法步骤相同。6.2.4附加摩擦力矩的计算（1）轧辊轴承中的附加摩擦力矩：对于短应力线轧机，上、下工作辊共有四个轴承，其附加摩擦力矩计算公式为：（6.16）式中：——轧辊辊径直径，mm；——轧辊轴承摩擦系数，对于滚动轴承，取值为0.003。以第一道次为例：（2）传动机构中的摩擦力矩：（6.17）式中：Mm2——换算到主电机轴上的传动机构的摩擦力矩——传动机构的效率，即从主电机到轧机的传动效率，取0.97i——传动比97 第6章力能参数的校核以第一道次为例：则换算到主电机轴上的附加摩擦力矩为：6.2.5空转力矩的计算空转力矩通常按经验公式确定：（6.18）式中：MH——电机的额定转矩。由，可得：（6.19）式中：ND——电机的额定功率，kW；n——电机的转速，r/min。对新安装润滑良好的轧机传动，取空转力矩。以第一道次为例：6.2.6静力矩的计算电机轴静力矩可按下式计算：（6.20）97 第6章力能参数的校核以第一道次为例：6.2.7电机实际功率的计算对于棒材连轧这样长时间轧制的轧机，只需要根据静力矩计算电机的功率，即：（6.21）式中：——电机的转速，；——由电机到轧机的传动效率，取0.97。则：97 第6章力能参数的校核表6-3力矩计算道次数n温度℃附加摩擦力矩Mm空转力矩Mk静力矩Mj110500.160.603.78210280.250.536.02310120.400.459.46410010.570.4513.7159950.550.6512.9469890.810.6519.2679970.660.6515.17810070.910.6521.45910290.570.6512.361010380.790.6517.501110460.480.659.611210490.660.6513.67138700.620.8212.42148841.751.7135.81158911.011.4619.00168971.231.2724.02179010.911.1218.40189281.110.9823.4097 第6章力能参数的校核表6-4轧制力计算及电机校核道次数n温度℃单位压力MPa轧制力kN轧制力矩kN·m电机功率kW电机额定功率kW11050106.341807.07182.78108.0055021028114.482164.91258.77193.2855031012121.062731.28371.90358.7055041001124.082801.96409.37520.115505995129.392256.66284.02491.038006989132.792308.47322.68730.758007997133.891603.81177.76575.4880081007132.631574.32195.09813.8880091029131.13953.2987.40468.80800101038132.85965.3098.94664.02800111046132.32577.2442.50364.70800121049138.54613.7950.52518.4480013870210.58515.8527.11470.98100014884218.64550.4932.34647.80100015891212.32365.9916.53404.05100016897228.26416.0521.51585.07100017901233.86362.2016.36609.67120018928245.66408.0121.31887.7312006.2.8轧辊弹跳计算辊缝是生产操作的另一参数。辊缝设定好坏直接影响生产进行。辊缝按照弹跳方程来计算：（6.22）式中：——辊缝；——轧机刚度；97 第6章力能参数的校核——轧制力。各架轧机辊缝计算见下表。表6-5粗、中、精轧短应力线轧机刚度机架号123456789刚度240240240240220220200200200轧制力KN1807.072164.912731.282801.962256.662308.471603.811574.32953.29出口高mm134.91128.9990.89123.8175.8194.7653.8170.1942.17弹跳值mm0.770.921.161.191.051.070.820.80.49机架号101112131415161718刚度200200200180180180180150150轧制力KN965.30577.24613.79515.85550.49365.99416.05362.20408.01出口高mm53.3835.3142.5429.9935.0125.2929.1817.8424.23弹跳值mm0.490.290.310.290.310.210.240.250.286.3轧辊强度的校核总的来说，轧辊的破坏决定于各种应力（其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力出于温度分布不均或交替变化引起的温度应力以及轧辊制造过程中形成的残余应力等）的综合影响。具体来说，轧辊的破坏可能由下列三方面原因造成：（1）轧辊的形状设计不合理或设计强度不够。例如在额定负荷下，轧辊因强度不够而断裂或因接触疲劳超过许用值，使辊面疲劳剥落等。（2）轧辊的材质、热处理或加工工艺不合要求。例如，轧辊的耐热裂性、耐粘附性及耐磨性差，材料中有夹杂物或残余应力过大等。97 第6章力能参数的校核（3）轧辊在生产过程中使用不合理。热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时，会因热疲劳造成辊面热裂；在冬季新换上的冷辊突然进行高负荷热轧，往往会因温度应力过大，导致轧辊表层剥落甚至断辊；压下量过大或因工艺过程安排不合理造成过负荷轧制也会造成轧辊破坏等。一般只对轧辊进行弯曲和扭转校核，对疲劳强度不进行校核，而纳入轧辊的安全系数中[12]。对辊身只计算弯曲，对辊颈则计算弯曲和扭转，对传动端轴头只计算扭转。由于本车间均采用短应力线轧机，其轧辊校核的方法及步骤相同，可通过编程进行轧辊的校核，故在此仅对第一架轧机进行校核，说明其原理。对本车间使用的轧辊，与新疆八一钢铁棒材厂相同，由现场取得其许用应力160MPa。6.3.1辊身强度的校核760680140254.7252.65图6.2轧辊孔型图第一道轧辊孔型尺寸此为带孔型的轧辊，其危险断面可能在某个轧槽上，应比较各断面应力大小来确定，辊身验算弯矩为：（6.23）作用在辊身危险断面的弯曲应力：（6.24）式中:──辊身危险断面弯矩；──辊身危险断面与压下螺丝的距离（cm）──计算断面的直径。以第一道次为例：97 第6章力能参数的校核对铸铁轧辊，其许用应力为，故，辊身强度足够。6.3.2辊颈强度的校核辊颈处因其所受的扭矩作用也较大，故要进行弯扭校核。辊颈危险断面上的弯曲应力和扭转应力分别为：（6.25）（6.26）（6.27）式中：──辊颈直径；、──辊颈危险断面处的弯矩和扭转力矩；──抗扭截面系数。以第一道次为例，轧辊辊颈弯矩为：对铸铁轧辊，采用莫尔理论计算：（6.28）由此可见，，故轴颈安全。97 第6章力能参数的校核6.3.3传动端轴头强度的校核以第一道次为例，辊头采用万向扁轴头，其厚度为轴颈直径的2/3，即:最大扭转力矩为：（6.29）式中：──辊颈危险断面处的弯矩和扭转力矩；──抗扭截面系数。则：由此可见，，故轴头安全。由于此轧机的轧辊最大许用应力为160MPa，故辊身、辊颈、轴头三部分的强度均足够，能够满足轧制要求[18]。对于其余道次的辊身弯曲应力、辊颈弯扭应力、轴头应力均采用此算法，得出表6-6。表6-6辊身、辊颈、轴头应力的校核97 第6章力能参数的校核道次数n辊身弯曲应力Mpa辊颈弯扭应力Mpa轴头应力Mpa许用应力Mpa133.4963.963.46160225.7548.673.86160349.3250.476.45160425.6321.862.37160528.1530.794.87160622.1421.895.63160727.3032.7812.74160821.4623.4114.59160916.0920.3711.921601013.0015.7514.74160119.8613.2211.22160129.0511.5615.251601319.5516.5821.161601419.2616.2231.841601512.3010.7817.151601613.6412.1528.771601710.659.7820.241601812.0511.8137.3616097 第7章车间辅助设备的选择第7章车间辅助设备的选择不同产品生产时所需要的辅助设备是不同的，设计时根据生产要求确定它们的型式、能力和数量，辅助设备的选择对产品的产量和质量有十分重要的影响。因此，一定要选好辅助设备，一般来说要遵循下列原则：1.必须满足生产工艺流程的要求；2.必须保证有较高的工作效率，充分发挥主要设备的能力。通常辅助设备能力可按大于主要设备能力的10～20％考虑；3.尽量选择重量轻、体积小的辅助设备，以节约车间投资。根据以上原则，进行辅助设备的选择，主要包括：加热设备、剪切设备、冷却设备、起重与运输设备、导卫装置、切分轮等。下面对铺助设备的选择分别加以叙述。7.1加热设备的选择加热是热轧生产中的一个重要工序，而坯料加热质量的保证和加热炉产量的大小完全依赖于所选择的加热炉及它的热工制度。选择时应根据工艺和金属材料的特点，确定炉型和相应的热源以及辅助装置；根据生产率和金属材料的尺寸确定炉膛尺寸。7.1.1炉型的选择小型连轧车间配备的炉子型式有推钢式炉及步进式炉两大类。推钢式炉虽然具有推钢机结构简单、运行可靠、造价较低等优点外、但也存在着一系列本质上的缺点，如：当装料侧没有钢坯推入时，除非采取特殊措施炉子就不可能出钢；炉长受推钢倍数的限制，推钢长度超过推钢倍数便容易出现拱钢现象；生产中需要更换钢号或钢种时，钢坯上要作出明显标志以免混钢混号；装入炉内的两批钢坯厚度还不能相差过多，否则薄钢坯会被推翻；钢坯底面容易划伤等。步进式炉和推钢式炉相比有许多优点：1.轧机计划停轧前步进式炉可以把所有钢坯取出送往轧机面不需要任何其他设备，炉子出空后其热惰性比装有坯料的炉子小，冷却较快．缩短了检修周期和减轻了劳动强度；轧机事故停轧时炉内钢坯可以局部或全部从装料侧方向退出炉外，没有因炉内保温所造成的氧化损失和燃料消耗；2.钢坯在步进式炉内以一定间隔放置，这就排除了粘钢的可能性。在推钢式97 第7章车间辅助设备的选择炉里如出现粘钢便可能产生废品或引发事故。装料可以按任意顺序安排钢号或钢种，只要在它们之间将间隙增大到若干步距即可。对于多品种、小批量的轧机来讲，炉子在装钢操作方面的这些待点是极为有利的；3.步进底式炉内，方坯是三面加热，底面则定期地暴露在炉气中，不仅加热均匀而且加热时间大致上只是单面加热的推钢式炉的一半。步进梁式炉内，方坯是四面加热。这些都能减少脱碳深度，只是钢坯在步进式炉内受到的震动小，氧化铁皮脱落少；4.在步进式炉内改变坯料的间距，可以做到钢坯在炉内的停留时间（加热时间）大致相同而炉子的产量不同，这对于产量波动范围大的型钢轧机而言是有利的。在低产操作期步进式炉则能减少氧化脱碳损失并节约燃料；5.步进式炉内基本上消除了钢坯表面的划痕，产品质量高，成品率也高；6.步进梁式炉内水冷滑轨形成“黑印”浅，因而能得到厚度、宽度尺寸精度高的轧材。随之而来的是不需要均热床；7.步进式炉炉长不受推钢长度（或推钢倍数）的限制，可以提高炉子的容量和产量。但炉长增加后钢坯的跑偏量增大；如为悬臂辊出料，水平行程的控制精度也要提高；8.步进梁式炉的步进梁、固定梁和支柱管比推钢式炉的纵水管、横水管和立柱管的数量多。步进梁式炉水系统投资要高些，但经常消耗费用却低；1－热风管道；2－上加热端部烧嘴；3－均热段端部烧嘴；4－水封槽及水封刀；5－步进底；6－步进机械；7－下加热侧部烧嘴；；8－步进梁；9－装料侧旋臂辊及其传动机械；图7.1步进梁式加热炉连铸机开始浇铸时即停止向炉内装料，而炉子仍按轧制节奏连续出钢，炉子装料侧一段炉底空出；热连铸坯送到后立即装炉，尽量减少热坯的散热损失，同时集中加热热连铸坯，可以有效地提高炉子产量和降低燃料消耗。97 第7章车间辅助设备的选择总的来看，选用步进式炉符合发展趋势，有利于发展热装热送；另外，步进式炉还有步进梁式、步进底式和梁底组合式之分，生产经验表明：当方坯边长小于135mm时加热后易弯曲，故采用梁底组合式；当断面边长大于135mm时，则可用全梁式，其四面加热，加热较快且均匀，且其可以有效缩短炉长，氧化铁皮清除较容易，可大大降低工人的劳动强度。因此，本车间选用步进梁式加热炉。由于侧进侧出式加热炉的封闭性较好，能有效利用热能，且可以发展热装热送，因此选用侧进侧出式炉。蓄热式加热炉由于可利用低发热值的高炉煤气做燃料，这样不但省去了对高炉煤气的处理，也节省了燃料，因此有条件的应尽量发展，故本车间选用蓄热式加热炉[19]。7.1.2产量计算本车间最小劳动换算系数为0.6，所以，小时产量最大的产品的小时产量为：（7.1）轧机理论生产能力要大于此值才能保证正常生产，因此，轧机生产能力要达到112.86t/h，而辅助设备小时产量又要大于轧机生产能力的50％左右，因此，加热炉的小时产量可定为170t/h。7.1.3炉子尺寸的确定1.炉子的宽度据钢坯的长度来确定，但要考虑装料和出料的方便及保证坯料端部的加热质量。采用单排料：（7.2）式中：——炉子的内宽，m——钢坯的长度，m——坯料和炉墙及钢坯和钢坯之间的间距，C＝0.15～0.30m，为防止刮炉现象，取C＝0.30m则：2.炉子的长度97 第7章车间辅助设备的选择加热炉的有效长度是指进料中心线与出料中心线之间的距离；而加热炉的全长是指加热炉的砌砖长度。（7.3）式中：——加热炉的小时产量，t/h——有效炉底强度，Kg·h/m2——加热布料面积，m2——加热料长，m——加热炉的有效长度，m在此取为20m7.2剪切设备的选择为了保证连轧线的正常生产，飞剪机必须满足下列要求：1.飞剪机的生产率必须与轧机生产率相协调，并能保证轧机生产率的充分发挥。2.剪切时，剪刀在轧件运动方向的分速度应与轧件运动速度保持一定的关系，使轧轧机与剪机之间的轧件在剪切过程中有一定的张力，以保证剪切后的轧件头部质量。3.飞剪机必须能满足剪切长度的要求。4.必须保证能够剪切所要剪切轧件的材质、温度、断面范围。5.必须保证所剪切的断面符合要求，以便于后面轧机的咬入和符合成品的质量标准。参照同类车间，选择在此车间设置4台飞剪机，包括：两台切头、切尾及事故时碎断剪；一台倍尺剪；一台定尺冷剪。97 第7章车间辅助设备的选择7.2.11＃飞剪机位于第6架轧机出口处，为启停式曲柄剪，用以切头、切尾、还可在轧制过程中出现事故时对轧件进行碎断，以免事故扩大。1.剪切力的计算：飞剪选用平行刃剪，其特点是剪切过程中剪刃同时与被剪金属接触，剪切过程在很短的时间内一次完成，剪切效率高，剪刃承受较大的负荷。平行刃剪的剪切力公式为：（7.4）式中：——剪切力，——考虑剪刃钝化和剪刃间隙的影响系数，热剪时，冷剪时，在此取——换算系数，为剪切应力与抗拉强度之比，即，在此取——轧件剪断时的剪切应力，——被剪金属在剪切温度下的强度极限，——被剪金属在剪断时的相对剪切深度，，热剪时取——被剪金属的横断面积，关于的选取可参考表7-1：表7-1某些钢在不同温度下σb的值97 第7章车间辅助设备的选择剪切温度，（）1000950900850800750700σb（Kg/mm2）合金钢8.5101213.5162023高碳钢891112151722低碳钢7891010.51215此飞剪的常规剪切温度在1000℃以上，剪切圆钢时的剪切断面为。∴轧件从第6架轧机出来的速度为，所选飞剪的最大剪切力、最大剪切速度应大于实际值图7.2曲柄连杆飞剪机2.主要技术参数：97 第7章车间辅助设备的选择剪切速度：0.4～1.6m/s最大剪切力：1250KN最大剪切断面的圆钢直径：115mm最低剪切温度850℃剪刃宽度：265mm7.2.22＃飞剪机位于第12架轧机后控温水冷线后的2＃飞剪，为启停式双刃回转飞剪机，用以切头、切尾、还可在轧制过程中出现事故时对轧件进行碎断，以免事故扩大。1.剪切力的计算：与1＃飞剪相同，也采用平行刃剪，其计算与1＃剪类似。此剪要剪切常规轧制时温度在850℃以上的Φ32圆钢，其断面为2245.65mm2。∴所选飞剪的最大剪切力、最大剪切速度应大于实际值。图7.3双刃回转飞剪机2.主要技术参数：剪切速度：2.0～7.5m/s最大剪切力：500KN最大剪切断面的圆钢直径：50mm最低剪切温度850℃剪刃宽度：220mm97 第7章车间辅助设备的选择7.2.33＃倍尺剪位于第18架轧机后穿水冷却线后的3＃飞剪为启停式曲柄－回转组合剪，其作用是将轧件剪成定尺长度的若干倍，以利于减小冷床的宽度，节约占地面积，减少投资。1.剪切力的计算：该剪也采用平行刃剪，其计算与剪类似。此剪在要剪切穿水冷却后温度在850℃左右的Φ24圆钢，其断面为。∴所选飞剪的最大剪切力、最大剪切速度应大于实际值。2.主要技术参数：剪切速度：3.0～18.0m/s曲柄方式剪切速度：3～7m/s回转方式剪切速度：7～20m/s最大剪切力：600KN最大剪切断面的圆钢直径：80mmab图7.4曲柄－回转组合式飞剪机a－曲柄式飞剪机；b－回转式飞剪机97 第7章车间辅助设备的选择7.2.44＃定尺剪位于冷床后的4＃飞剪为摆式飞剪，它是一种冷剪，在棒材冷却到适当温度后剪切成用户要求的长度。1.剪切力的计算：（7.5）式中：对于冷剪，为被剪金属在室温下的延伸率（%），在此取45%，在此取0.72设一次剪切圆钢24根，所选飞剪的最大剪切力、最大剪切速度应大于实际值。2.剪机生产能力的计算（7.6）式中：——同时剪切的根数——剪切金属的重量，——剪切时间，——每根轧件长度，——剪切定尺长度，97 第7章车间辅助设备的选择——剪机每分钟理论剪切次数，——外加剪切次数，由锭到坯：；其它情况：1——剪切间隙时间，，通过现场施测，取110每根倍尺轧件为9个定尺则（Δ为切头损失，取1）轧机的最大小时产量为131.67t/h则：∴冷剪机选择合理。3.主要技术参数：最大剪切力：8500KN剪切速度：1～1.5m/s剪切精度：±15mm剪刃宽度：1200mm图7.5摆式冷剪机97 第7章车间辅助设备的选择7.3冷却设备的选择7.3.1冷床的结构与形式选用齿条步进齿条式冷床，因为它冷却能力较大，产量高，且有利于防止轧件在冷却过程中发生弯曲，保证质量。冷床的本体由步进齿条梁和固定齿条梁组成。动齿条的传动由两台交流变频调速电机、涡轮蜗杆减速机和偏心轮驱动，两套传动机构在低速输出轴上刚性连接，以保证同步运行。每根步进梁由一套固定在低速轴上的偏心轮驱动，偏心轮转动一周，步进梁动作一步，动齿条带动棒材向前运行一步，将棒材放在下一个齿上。在冷床的后半部，设有一组齐头辊道，端部有一固定挡板，用来使冷床上的钢材齐头。齐头辊道可连续工作，也可以间歇运行，间歇工作时，冷床步进停下，辊道开始运转。7.3.2冷床的参数确定冷床的主要参数是冷床的宽度和长度。1.冷床宽度的确定：主要取决于产品计划中钢材的最大成品长度。（7.7）式中：——冷床宽度，——轧后成品的最大长度，，——参照同类车间，取97 第7章车间辅助设备的选择图7.6步进齿条式冷床1－偏心轮；2－双托轮；3－活动梁；4－静齿条；5－固定梁；6－单托轮2.冷床长度的确定：冷床长度的确定受诸多方面的影响，主要有以下几个方面：（1）轧机产量的大小；（2）轧件上冷床温度的高低；（3）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）钢材冷却后下冷床的温度要求等。冷床长度设计的基本原则：轧件由上冷床温度到下冷床温度这一段冷却时间内，轧机轧出的钢材应全部容纳在冷床上。由此，推导出冷床长度的计算公式：（7.8）式中：——冷床长度，——轧机最大小时产量，——每根钢材重量，——冷床上相邻两根钢材之间中心距，，即每根钢材占有的水平宽度，取0.16——钢材在冷床上的冷却时间，——冷床长度上的利用系数，齿条式冷床取0.8以最大产品Φ32计算冷床长度。97 第7章车间辅助设备的选择冷却时间T的计算：因产品为简单断面，故可近似按下式计算：（7.9）式中：——每米长钢材重量，——每米长钢材散热面积，——重为、散热面积为、轧件从800℃冷却到100～50℃时所需的冷却时间，在此取表7-2重为1kg、散热面积为1m2、轧件从800℃冷却到100℃和50℃所需的时间（小时）轧件厚度（毫米）空气流动速度（米/秒）冷却时间（小时）冷却到100℃冷却到50℃20020.0120.0070.0180.01050020.0130.0090.0210.013100020.0150.0110.0220.016取96m倍尺长度，则：辅助设备生产能力应大于轧机生产能力10%，故应在乘以1.1由此确定冷床长度为。不同规格产品的冷却时间不同，当冷床长度取定之后就要求动齿条的步进周期可调，当生产小规格产品时，步进周期取小些，反之，取大些以满足冷却要求。7.4起重设备的选择97 第7章车间辅助设备的选择轧钢车间使用的其中设备主要是天车，它是吊运货物、检修各类设备的重要工具。起重机的种类很多，其中桥式起重机得到广泛应用，按其结构的不同，桥式起重机有双梁、单梁和单主梁之分。双梁式起重机起重重量最大，运行速度快，是轧钢车间中使用最普遍的一种；单梁式起重机起重重量小，速度慢，通常在机电检修间使用；单主梁式起重机是近几年刚出现的，主要优点是结构重量轻，造价有所降低。本车间选用的起重设备有：1.原料跨：配有2台32/16吨天车，用于原料钢坯的吊运，型式为电磁挂梁旋转式起重机。2.主轧跨：配有2台32/5吨吊钩桥式起重机和1台10吨吊钩桥式起重机，用于粗、中、精轧机的吊装、更换导卫、检修及辅助设备的检修、拆换，另外，还用于吊废钢和处理轧制中的事故。3.成品跨：配有3台12.5＋12.5吨电磁挂梁旋转式起重机，用于成品的吊运及堆放。4.轧辊机修间：配有1台10/5吨吊钩桥式起重机。5.轧辊机修间与主轧跨之间配有32t吊车，用于轧机、轧辊的过跨运输。6.加热跨：由主轧跨和加热跨吊车提供。7.5导卫装置的选择本车间采用滚动和滑动导卫两种。轧件在轧制过程中的形状主要有矩形、方、椭圆、圆四种，当椭圆轧件进入圆孔型时，由于椭圆轧件咬入不易稳定，为扶正、夹紧轧件，以对准轧槽，故采用滚动导卫；而且，当矩形轧件进入箱形孔或椭圆孔时，由于上述相同原因，也采用滚动导卫。出口导卫均用滑动导卫。7.6活套的设计现代小型连轧机为保证产品尺寸度，采取微张力或无张刀轧制，以消除轧制过程中各种动态干扰引起的张力波动和由此引起的轧件尺寸波动。为了减少张力变化而引起的成品尺寸波动，在精轧机组和精轧机组前，甚至在中轧机组设置若干个活套，以消除连轧各机架的动态速度变化的干扰，保证轧件的精度。连轧用的活套形成器有三种形式：下活套器、侧活套器和立活套器。侧活套器由水平活套台、推套器及进出口导向辊组成。推套器是由气缸操纵的导轮。精轧机前的侧活套一般不能自由脱套产生，而需要一个轧机的速度变化、推套动作、扫描反馈的控制过程。侧活套器的套量及套区的大小可以根据轧机布置及控制需要而定。97 第7章车间辅助设备的选择立式活套器是现代小型连轧机的主要配套技术设备之一，用以使相邻两架间保持适当套量实现无张力轧制。在整个轧制过程中，从轧件在下一架轧机咬入后的起套，到后尾收套都由计算机控制。立式活套活套量通常为300mm，气缸气压为0.6MPa。在某些厂轧制异形断面轧件时其活套推杆上升250mm，活套量可在lm左右。本设计采用7个活套，根据现场活套上升200mm。前12道采用微张力轧制。所以前12道采用堆拉系数0.3%（根据现场）。97 第8章车间平面布置第8章车间平面布置8.1布置的原则及设备间距的确定8.1.1车间平面布置的原则车间平面布置是车间设计中的重要问题。布置的是否合理不仅对当前生产情况、车间占地面积、车间投资直接带来影响，而且对车间今后发展、扩大车间再生产能力也起重要作用。车间平面布置的内容在于合理地确定为完成生产任务而选用的生产工艺流程、设备型式数量以及他们在位置上的相互关系和有关辅助设施的面积、位置等。生产流程线、设备位置等问题的确定当然要以满足产品的工艺要求为首要前提。其次要考虑车间的具体条件，以求得整个本间平面布置的合理性和经济性。在确定轧钢车间平面布置时，注意应以下列原则为依据：1.满足工艺要求，使车间具有畅通的合理的金属流程线；2.满足产品今后在产量、质量和品种上发展的需要；3.设备的间距应满足上下工序工艺上的要求，互不干扰和劳动安全；4.跨间组成和相互位置关系要合理，既要满足工艺要求，又注意节省车间占地面积和投资；8.1.2设备间距的确定主要设备之间在位置上的相互关系和它们之间在距离上的确定是车间平面布置中的又一重要问题。在考虑它们之间相互关系和决定间距时应根据产量大小、轧制产品长度和设备操作条件等因素。在保证满足生产要求的条件下，应尽量紧凑、以节省车间面积和投资。1.加热炉到第一架轧机距离的确定：97 第8章车间平面布置加热炉的布置采用其长度方向与轧制线呈垂直布置，以便采用侧进侧出坯料的方式。由于加热炉与第一架轧机之间设有水除鳞机，并且要求快速除鳞，因此，除鳞设备较靠近加热炉。再设有大于钢坯长度的快速除鳞辊道。第一架轧机前设一夹送辊，以便于第一架轧机的顺利咬入。加热炉外型宽10m，高压除鳞装置距加热炉中心线距离为10m；为适应以后布置钢坯焊接机，以实现无头轧制，故取除鳞辊道较长，除鳞机到夹送辊距离定为20m；夹送辊到第一架轧机的距离为2m；由此可得加热炉中心线到第一架轧机的距离为32m。2.粗轧机间距的确定：粗轧机组选用短应力线轧机，平立交替布置，其轧辊的更换是在轧辊机修间进行，实现了机架的整体更换，故其占地面积较小，距离也短；并且由于轧件断面尺寸较大，不用设置辊道，考虑到轧机外形尺寸及导卫的调整和拆卸需要，因此，确定其间距分别为：3.0m、3.0m、2.8m、2.8m、2.8m。由于第六架轧机后设有飞剪，考虑其传动较复杂，又要设置废料筐，故其占地面积较大，因此，确定粗轧机组与中轧机组的间距为6.6m。3.中轧机间距的确定：中轧机组与粗轧机组相同，也采用短应力线轧机，平立交替布置，因此，确定第七架到第十二架轧机的机架间距为2.6m。为保证轧件进精轧机尺寸的精度，需要在无张力的条件下轧制，故在第十一架到第十二架轧机的机架间机架间距为4.8m。在十一与十二间设有活套。在第十二架轧机后设有低温精轧水冷线和飞剪，可以大幅度降低轧件温度，实现简易的控制轧制。因此，确定中轧机组与精轧机组的间距为20m。4.精轧机间距的确定：精轧机各机架之间均设有活套器，同时考虑到为保证产品精度需经常调整轧机，因此，确定机架间距为4.8m。97 第8章车间平面布置5.其它设备间距的确定：为得到质量好、强度高的产品，以满足用户的需求，在精轧机组后设置一长段的自然冷却，确定空冷线的长度为24m。制动裙板：参考同类车间的经验，取制动裙板长54m。对其进行校核，可用不进行穿水冷却的产品，其温度较高，故不能应用磁力制动，只能采用摩擦制动，则制动裙板长度或称冷床前制动裙板长为：（8.1）式中：——取9.8m/s2——摩擦系数，由于是双面夹持摩擦制动，取0.35∴由此可见，制动裙板长度可满足制动要求。8.2仓库面积的计算原料仓库由于与炼钢厂的拉坯跨相接，两车间共用此跨，炼钢厂的成品库即是本车间的原料库，因此无需计算该仓库的面积，并且在此车间无中间仓库，故只需计算其成品仓库即可：（8.2）式中：——仓库面积，——轧机小时产量，——存放天数——金属综合消耗系数97 第8章车间平面布置——每m3空间所能存放的钢材重量，——每堆原料堆放高度，——每天小时数——仓库利用系数在此，取，天，，，成品仓库中除堆放各类钢材外，尚要考虑为成品进行表面质量的检查、清理（如修磨等）、验收、标记和包装等工序准备位置。因此，成品仓库的面积应大于此面积。8.3车间组成及厂房参数轧钢车间平面布置解决了金属流程和设备之间在位置上的相互关系等问题，而厂房组成则是解决车间跨度、柱距大小和跨间之间的相互关系。1.厂房跨度布置：本车间由原料跨、加热炉跨、主轧跨、成品跨和轧辊机修间组成。跨间布置根据生产工艺流程、轧机组成及地形条件等因素布置如下：原料跨与主轧跨垂直，呈丁字形布置，成品跨、加热炉跨和轧辊机修间均与主轧跨呈平行布置。2.厂房跨度大小：厂房跨度实际上可视为厂房宽度。厂房越宽，劳动工作条件越好。但是厂房造价也随之增高。所以主轧跨的跨度大小要根据轧机机列所必需的横向尺寸和其他—些因素来考虑。在满足设备布置的条件下，要计意设备维修、吊车运输和人行通道等因素。另外，跨度的尺寸还要符合厂房建筑统—模数的规定。3.车间组成及厂房参数：97 第8章车间平面布置车间组成及厂房参数如下表所示：表8-1厂房各个参数序号跨间名称跨度（m）长度（m）厂房占地面积（m2）吊车轨面标高（m）1原料跨431004300+132加热炉跨33481584+13.53主轧跨2739010530+13.84成品跨332468118+13.85轧辊机修间121441728+8.48.4车间工艺流程冷连铸坯通过原料跨磁盘天车上料，置于冷坯上料台架上通过拨爪式上料台架将坯料运至移钢设备，将坯料放置于上料辊道上，经过坯料的测长、称重、不合格坯的剔除，进入加热炉中加热。热连铸坯将通过辊道直接送至加热炉的测长.称重系统，不合格连铸坯剔除，再入炉加热。钢坯在步进加热炉中加热至950～1100℃，由炉内辊道送出炉外。经加热后的坯料经高压水除鳞后，通过夹送辊将钢坯送至粗轧机组。轧机共18架，分为.粗.中.精轧机组，全线平立交替布置。各机组之间设有飞剪，用于切去轧件的不良头尾即在事故状态下将后续轧件碎断。对于某些单线轧制的规格，在中.精轧机组间采用控制冷却手段将精轧机组轧制的轧件温度降低到热轧制或常化轧制的范围。精轧机组后设置了某些钢种的控制冷却水箱，用以配合中.精轧机组间的水箱对某些钢种和规格进行控制轧制。97 第8章车间平面布置生产圆钢时可进行终轧后的余热处理，通过穿水冷却对钢材进行表面淬火，同时通过钢材芯部热量芯向表面逐步扩散，形成回火，完成对钢材的余热处理在钢材水冷后设有倍尺剪将成品切成倍尺长度，送至定尺剪处进行定尺剪切，经剪切后后的钢材通过加速辊道，双辊道至输送台架，经计数，成捆，打捆后，挂牌，称重，入库。97河北联合大学轻工学院97 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