66万吨H型钢线毕业设计完整版 71页

'新建年产66万吨热轧H型钢车间工艺设计摘　　要我国正处于经济高速发展阶段，大量的基础设施在建，钢铁需求量很大，尤其是H型钢，更是存在较大的空缺。结合国内H型钢生产的实际情况，本设计将新建一座年产66万吨的热轧H型钢车间。主要产品包括窄翼缘、中翼缘、宽翼缘H型钢，其规格为H200～600mm，车间综合成材率为95%。车间采用目前世界上最先进的轧制技术之一——三机架串列轧制法，轧件依次通过开坯机、万能粗轧机组（包括轧边机）、万能精轧机，生产线上的五台轧机呈布置，俗称“1—3—1”布置。坯料采用连铸异型坯，规格有750×450×100和500×300×100两种，年需坯料69.49万吨，两种坯料长度范围为：4.4～11.0m。本设计的主要内容有：车间产品大纲和金属平衡、方案选择、工艺流程、设备选择、孔型设计、生产能力计算、设备验算、车间组成和布置、重要技术经济分析、环境保护以及使用AutoCAD绘制孔型图和工艺平面布置图。关键词：热轧H型钢；万能轧机；车间设计2 DesignofanewH-beamworkshopwithanannualoutputof0.66milliontonsAbstractOurcountryisatthemomentofeconomicstage,manybasicinstallationsbeingconstructed,sosteelisinlargedemand,especiallyH-beam..AccordingtotheconditionofH-beamproduct,inthisdesign,anewH-beamworkshopwillbebuilt,Itsannualproductionis0.66milliontons.ThemainproductincludesHN、HM、HW,theweb-depthisfrom200to600mm,thecomprehensiveyieldoftheshopis95%.Theproductionlineadoptsoneofthemostadvancedtechnologyinnowadayworld,whichiscalledthree-stand-stringrollingtechnology,asit’susuallycalledis“1-3-1”style.Thebilletisrolledbyroughmill,universalroughmill(includingedgingmill),universalfinishingmill.Thefivestandsisallocatedas“”.TheinitialmaterialsareC.C.beamblank,andwithaneedof0.6949milliontonsayear,whichincludingtwodifferentdimensions:750×450×100and500×300×100,theirlengthrangefrom4.4mto11.0m.Themaintaskofthedesignincludes:schemeofproductsandbalanceofmetal,selectingofrawmaterial,alternativesselection,technologicalprocess,equipmentselection,rollpassdesign,productioncapacitycalculation,equipmentstrengthcalculation,majorobjectsofthebarplant,layoutofworkshop,technologicaleconomicanalysis,andcircumstanceprotection.ItisalsoincludingthepassdiagramplottingandthelayoutofplantdrawingbyAutoCADKeyWords：HotrollingH-beam;Universalmill;Workshopdesign2 概述H型钢是一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面高效型材，因其断面与英文字母“H”相同而得名。H型钢具有抗弯能力强、施工简单、节约成本和结构重量轻等优点，已被广泛应。1.H型钢特点和分类：H型钢是一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面高效型材，因其断面与英文字母“H”相同而得名。由于H型钢的各个部位均以直角排布，因此H型钢在各个方向上都具有抗弯能力强、施工简单、节约成本和结构重量轻等优点，已被广泛应用。H型钢分为：　　1、宽翼缘H型钢（HW）　　2、中翼缘H型钢(HM)　　3、窄翼缘H型钢（HN）　　4、薄壁H型钢（HT）H型钢分热轧和焊接H型钢两大类。其中热轧H型钢是用万能轧机轧制生产的一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面高效的型材，也是随着世界钢铁生产技术发展，经工字钢优化发展而来的升级换代产品。其腹板与两翼缘相垂直，翼缘内外两侧边相互平行，翼端平直，翼缘较宽，棱角分明，故又被称为“平行腿工字钢”。其表示方法为：高度H宽度B腹板厚度t1翼板厚度t2。热轧H型钢是一种新型经济建筑用钢。H型钢截面形状经济合理，力学性能好，轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小，与普通工字钢比较，具有截面模数大、重量轻、节省金属的优点，可使建筑结构减轻30-40%；又因其腿内外侧平行，腿端是直角，拼装组合成构件，可节约焊接、铆接工作量达25%。常用于要求承截能力大，截面稳定性好的大型建筑（如厂房、高层建筑等），以及桥梁、船舶、起重运输机械、设备基础、支架、基础桩等。H-型钢是由工字型钢优化发展而成的一种断面力学性能更为优良的经济型断面钢材，尤其断面与英文字母“H”相同而得名。其特点如下：　　1、翼缘宽，侧向刚度大。抗弯能力强。　　2、翼缘两表面相互平行使得连接、加工、安装简便。　　3、与焊摄工字钢相比，成本低，精度高，残余应力小，无需昂贵的焊接材料和焊缝检测，节约钢结构制作成本30%左右。　　4、相同截面负荷下．热轧H钢结构比传统钢结构重量减轻15%-20%。　5、与砼结构相比，热轧H钢结构可增大6%的使用面积，而结构自重减轻20%一30%，减少结构设计内力。第69页共71页 　6、H型钢可加工成T型钢，蜂窝梁可经组合形成各种截面形式，极大满足工程设计与制作需求。2.H型钢需求市场分析： H型钢由于截面经济合理、性能优越、加工制作和施工安装工艺简单、方便、快捷，成为建筑钢结构体系中重要的材料组成部分，从而被广泛应用于国民经济建设的各个领域，工业厂房，特别是重工业厂房中的承重框架梁、柱构件，如上海晶元芯片工厂两个月就用了几千吨；化工行业的大量管廊和罐体、塔体设备支架，冶金行业炼钢平台、高炉框架、厂房、轨道等，电厂的煤仓、汽机岛、输送长廊等等。陆地和海洋石油钻井平台、车辆、仓储式大型超市、桥梁隧道等大型施工。仅深圳西部电厂基础打桩414*405就用了5000多吨。地下工程的钢桩及支护结构，SMW坑基施工法就使上海F1赛车场、上海南站地下700×300、488×300用了1万多吨，钱塘江大桥施工辅桥、西湖隧道的坑道支护；厦门、湖南会展中心等等都看到了H型钢的身影。    钢结构建筑形式的多元化、多样化，促进了钢结构形式多种多样。有普通钢结构、薄壁轻钢结构、高层民用建筑钢结构、门式钢架轻型房屋钢结构、网架结构、压型钢板结构、钢结构焊接和高强度螺栓连接、钢与混凝土结合楼盖、钢管混凝土结构及钢骨（型钢）混凝土结构等等。如：轻钢结构，目前在国际上，特别是在我国，是被重点推荐的一种结构形式。它具有重量轻、经济性好等特点，目前在各种屋盖结构及单层房屋中得到广泛应用。在中、小跨度的屋盖中，轻型钢及轻型钢管拱型结构（平面曲线材架）也是较多采用的形式之一。网壳结构在大跨度空间结构的建造中越来越多，网壳结构在地震作用下的动力性能与设计也得到了普遍关注。网壳结构形式较多，有空间网格结构、单桩层面网壳结构、单层球面网壳结构、索承网壳结构等。钢管结构因其形式多样，结构灵活多变，可与其他钢结构相互关连，更是城镇建设中大型建筑常见的结构形式。目前一些造型优美的体育场馆如“鸟巢”、机场候机楼和会展中心应用钢结构等都采用了这些形式。不过，螺旋焊管在高层大厦、重工业厂房等重钢结构中新的应用，都使热轧H型钢在钢结构领域应用受到限制。3.本设计内容概述3.1设计总体要求根据国内H型钢生产和消费情况，拟新建一条年产66万吨热轧H型钢生产线，主要产品规格有：H200~600mm，原料为异型坯Ⅱ500×300×100和异型坯Ⅰ750×450×100。以HM294×200mm为典型产品进行设计计算。3.2生产工艺流程异形连铸坯→步进梁式加热炉加热→高压水除鳞→5机架粗轧机组连轧→火焰切割机切头→10机架中、精轧机组连轧→在线尺寸测量→飞剪倍尺剪切→步进式冷床水冷→十辊矫直机矫直→成排收集→冷锯切定尺→检查、堆垛、打捆→成品入库、发货。3.3车间布置主体设备[5]第69页共71页 一座加热能力为200t/h的步进梁式加热炉，一架Ф1200二辊可逆式开坯机（BD），由两架Ф1400万能轧机（UR）和一架Ф950轧边机（E）组成的串列式万能粗轧机组，一架Ф1400万能精轧机（UF），三台Ф2200热锯机，一组宽60米，长38米的步进梁式冷床。一架辊距从1200~2200mm可调的九辊悬臂式变节距矫直机，一台650吨压力矫直机，两台Ф2200冷锯机以及标号、堆垛、打捆机和电子秤等。本设计H型钢生产全过程由三级计算机系统控制。一级为基础自动化控制级，二级为生产过程控制级，三级为工厂级计算机管理系统。3.4设计所采用新工艺[6]参考国内外先进的H型钢生产车间，本设计采用了下列最新技术[3]：(1)防止H型钢腹板中心偏移的新技术；(2)提高产品断面尺寸精度的最新技术和设备；(3)弯曲度控制新技术；(4)辊缝调整液压AGC技术;(5)钢材表面质量控制技术；(6)自动控制燃烧技术；(7)开轭式机架自动换辊技术；(8)UEU串列可逆连轧技术；(9)辊缝“零位”自动调整技术；(10)H型钢优化锯切技术以及控制轧制控制冷却技术；1产品大纲及金属平衡1.1产品大纲本车间设计年生产能力为66×104t，规格为H200～600mm。表1.1年产66×104吨H型钢产品大纲产品种类规格范围mm产品标准代表规格单重（kg/m）年产量（104t）所占比例（%）HN200~600GB/T11263-2005(JISG3192-2005)300×150×6.5×936.76.6030350×175×7×1149.46.60400×200×8×1365.46.60GB/T244×175×7×1143.66．60第69页共71页 HM200~40011263-2005(JISG3192-2005)40294×200×8×1255.813.20390×300×10×16104.66.60HW200~400GB/T11263-2005(JISG3192-2005)200×204×12×1256.26.6030250×250×9×1471.86.60300×300×10×1593.06.60合计66.001001.1产品技术要求（1）尺寸、外形允许偏差1）宽、中、窄翼缘H型钢的尺寸、外形允许偏差应符合表1.2规定2）H型钢桩的尺寸、外形允许偏差应符合表1.3规定3）H型钢、H型钢桩的切断面上不得有大于5mm的毛刺；4）H型钢、H型钢桩不得有明显的扭转；表1.2H型钢的尺寸、外形允许偏差项目允许偏差图示高度H高度＜400±2.0≥400～600±3.0≥600±4.0宽度B宽度＜100±2.0≥100～＜200±2.5≥200±3.0厚度t1＜16±0.7≥16～＜25±1.0≥25～＜40±1.5≥40±2.0t2＜16±1.0≥16～＜25±1.5≥25～＜40±1.7≥40±2.0长度≤7m0～+40第69页共71页 ＞7m长度每增加1m或不足1m时，在上述正偏差的基础上加5mm翼缘斜度T高度≤300T≤1.0%B但允许偏差的最小值为5mm高度＞300T≤1.2%B但允许偏差的最小值为5mm弯曲度高度≤300≤长度的0.15%适用于上下、左右大弯曲度高度＞300≤长度的0.10%中心偏差S高度≤300±2.5S＝(b1－b2)/2且宽度≤200高度＞300±3.5或宽度＞200腹板弯曲度高度＜400≤2.0≥400～600≤2.5≥600≤3.0端面斜度ee≤1.6%(H或B)允许偏差最小值3mm表1.3H型钢桩的尺寸、外形允许偏差项目允许偏差图示高度H高度＜400±3.0≥400～600±4.0宽度B全部±3.0厚度t1t2≤13＋不规定－0.8mm＞13＋不规定－6%×(t1或t2)长度＋不规定0第69页共71页 翼缘斜度T高度≤300T≤1.2%B高度300T≤1.2%B弯曲度高度≤300≤长度的0.20%适用于上下、左右大弯曲度高度＞300≤长度的0.10%中心偏差S高度≤300±3.0S＝(b1－b2)/2高度＞300±4.5端面斜度ee≤1.6%(H或B)5）重量及允许偏差符合表1.4规定：表1.4产品重量允许偏差类别重量允许偏差H型钢单根H型钢的重量偏差不超过±6%一批交货重量不超过±4%H型钢桩不规定（2）交货状态H型钢、H型钢桩以热轧状态交货。（3）化学成分H型钢、H型钢桩的牌号和化学成分（熔炼分析）应符合GB700或GB714、GB171591或GB4171的有关规定。H型钢、H型钢桩的成品化学成分允许偏差应符合GB/T222的规定。（4）力学性能热轧H型钢、H型钢桩的力学性能应符合GB700或GB714、GB171591或GB4171的有关规定。（5）表面质量表面不允许有影响使用的裂缝、折叠、结疤、分层和夹杂。局部的发纹、拉裂、凹坑、凸起、麻点及刮痕等缺陷允许存在，但不得超出厚度尺寸允许偏差。第69页共71页 1.1原料选择1.1.1原料种类的选择根据所采用的坯料、孔型系统和轧机种类的不同，可以有不同的工艺组合，当代H型钢生产所用坯料有五种可供选择。（1）采用传统的钢锭作原料。（2）采用连铸矩形坯。（3）采用连铸异形坯。（4）采用具有很薄腰厚的连铸异形坯为原料。（5）采用连铸板坯。传统初轧坯的缺点是：由于初轧坯为方形或矩形，与成品H型钢在外形上无几何相似性，所以要先在二辊开坯机上把钢锭轧成“狗骨头”状的异形坯，再送到有1～2架万能可逆轧机组成的万能粗轧机组上轧制，但由于坯料外形与孔型无几何相似性，在轧制过程中随着整个断面翼缘和腹板的形成，坯料不可避免的受到剪切力的作用，同时产生金属的横向流动和宽展。为了减少因不均匀变形所造成的金属外性形的破坏，应尽量采用在高温下且小压下量来完成从初轧坯到“狗骨头”状的异形坯的轧制，但这需要很多道次才能完成。板坯轧制的缺点：①在开坯机上必须把板坯立轧成“狗骨头”状的异形坯断面以适应万能轧制，但“狗骨头”状的异形坯断面形状不容易控制，腹板易偏斜，万能轧制时容易出现翼缘充不满和腹板不对中等缺陷。②开坯轧制道次多，开坯机成为生产的“瓶颈”。③开坯机轧制道次多、温降大、轧制变形抗力大，从而能耗高、轧辊消耗大。连铸异形坯的主要特点：①连铸坯的断面形状和产品的断面形状相似，从而免除了热轧H型钢生产的成雏形轧制阶段，减少了很多轧制道次，提高了轧机小时产量。同时，由于轧制变形比较均匀，故切头切尾量少，提高了成材率。②异形坯结晶器铸出的异形坯断面尺寸精度高，对称度好。③用一种或少量几种连铸坯就可以生产全部尺寸的H型钢，因此，坯料规格可以较少，简化了生产。综合考虑以上五种坯料生产H型钢的优缺点，结合本设计的实际情况，选用连铸异形坯为原料。1.1.2原料规格选择原料规格主要依据成品的断面尺寸,轧件最大长度等因素确定。第69页共71页 1.1.1原料断面确定连铸异形坯有异形坯（Ⅰ）和异形坯（Ⅱ）两种类型。异形坯断面形状见图1.1，尺寸见表1.5。Ⅰ型异形坯主要用来生产腹板高度H≥500mm的H型钢或翼缘宽度B≥300mm的H型钢，Ⅱ型异形坯主要用来生产腹板高度H＜500mm和B＜300mm的H型钢。表1.5异形坯断面尺寸类型H(mm)B(mm)T(mm)A(mm)C(mm)R(mm)单重(kg/m)面积（mm2）Ⅰ型75045010015590801270162770Ⅱ型500300100130706070790567图1.1异形坯断面形状1.1.2原料公差1)异形坯的腹部和翼缘的高度及厚度公差<±1.5%；2)异形坯的弯曲度:11m长的坯料最大弯曲度为60mm，每米不超过10mm；3)长度公差:最大±20mm；4)重量公差：最大±1.5%。第69页共71页 1.1.1钢种的选择本设计所用的钢种为：碳素结构钢、低合金结构钢。其化学成分表见表1.6：表1.6坯料化学成分表序号钢种标准代表钢号化学成分CMnSiSPCrVNAlS1碳素结构钢GB/T700-1988Q235A0.12~0.2200.30~0.70≤0.3<0.045<0.045////3低合金高强度结构钢GB/T1591-1994Q345B≤0.201.00~1.60≤0.55<0.040<0.0400.02~0.05///1.1.2坯料长度及年需要量计算a．坯料长度确定原则：（1）坯料能覆盖产品大纲中所有规格；（2）坯料在加热炉中为单排或双排布置。如果双排布料，长度最好在4.5~5.5m，单排布料长度不要超过11m；（3）坯料最大长度受轧件的最大长度、成品定尺限制，并应尽量减少切损。具体用下面的公式计算L坯=式（1-1）式中：L成———成品长度；L成=定尺长度×定尺根数；本设计定尺长度取12m；定尺根数的选取：一般大规格：6根中规格：7根小规格：8~9根氧化烧损与切损的选取具体见金属平衡表b．坯料单重确定的方法（单根重量）：坯料单重=坯料米重（每米重量）×坯料长度式（1-2）本设计各产品所需原料长度及年需要量见表1.7第69页共71页 表1.7坯料长度和年需要量坯料长度（mm）重量（t）年需要量（104t）产品规格（mm）成品单重（kg/m）成品截面积（cm2）异型坯I832510.586.95HW300×30093.00118.45936411.906.95HM390×300104.60133.25异型坯II102637.266.95HW250×25071.8091.4370114.966.95HM244×17543.6055.4989736.3513.89HM294×20055.8071.0590376.396.95HW200×20456.2071.5359024.186.95HN300×15036.7046.7879445.626.95HN350×17549.4062.91105177.446.95HN400×20065.4083.37合计69.491.1金属平衡表型钢轧制过程中金属的损耗主要包括氧化烧损、切损、精整损失、工艺损失（轧废）。损耗的确定原则如表(1-8)类别范围氧化烧损1%~1.8%切损2%~3%轧废0.6%~1.0%第69页共71页 表（1-8）损耗的确定原则本车间设计成品综合成材率为95%，年需要连铸异形坯69.49万吨，结合本车间的设备及工艺水平编制金属平衡表如表1.9：表1.9金属平衡表原料成品烧损切损废损成材率（%）重量（104t）比例（%）重量（104t）比例（%）重量（104t）比例（%）重量（104t）比例（%）重量（104t）比例（%）HN20.8530.0019.8030.000.321.50.522.50.21195HM27.7940.0026.4040.000.411.50.702.50.28195HW20.8530.0019.8030.000.321.50.522.50.21195总计69.4910066.001001.051.51.942.50.70195第69页共71页 1设计方案1.1生产工艺方案选择生产方案是指为完成任务书中所规定的产品的生产任务而采取的生产方法。根据设计规模、产品质量及技术经济指标的要求，考虑当时的具体条件，找出合理的生产方案。确定生产方案主要考虑以下几点：（1）产品的品种、规格、状态和质量要求；（2）年产量大小；（3）投资，建厂进度，机械化和自动化程度，劳动条件，工人与管理人员数量以及将来的发展。1.1.1轧制方案及轧机布置形式选择2.1.1.1轧制方案H型钢的轧制方法按历史顺序，大致可以分为以下三类：（1）普通二辊式或三辊式型钢轧机的轧制法；（2）利用一架万能轧机轧制H型钢的轧制法；（3）用多机架万能轧机轧制H型钢的轧制法；普通二辊式或三辊式型钢轧机的轧制法的缺点：这种轧制方法只能生产规格的型钢，由于孔型导位复杂轧机不易调整控制，故生产效率低，质量不稳定，而且不能生产中等规格以上的宽腿H型钢。利用一架万能轧机轧制H型钢的轧制法的缺点：其孔型与普通工字钢相同，但此方法轧机磨损快，不易修复，一次轧出量少。不适合多种尺寸的H型钢生产。用多机架万能轧机轧制H型钢的轧制法，在世界上已被普遍采用，主要有：格林法、萨克法、普泼法、卡式轧制法、X-X轧制法，X-H轧制法。其中X-X轧制法、X-H轧制法是目前世界上最先进的轧制法。2.1.1.2轧机布置形式目前世界上H型钢轧机的布置形式主要有两种：（1）半续布置。（2）全连续布置。半连续布置形式特点是：开坯机区与万能轧机区分别独立，只有万能轧机区为连续轧制。全连续布置形式特点是：从开坯机到成品轧机为一条连续轧制线，生产的产品比较单一，规格范围小，专业化程度很高，同时，全连续布置形式机架多，厂房面积大，投资较大。第69页共71页 综合考虑以上工艺方案的优缺点及本设计产量大、品种规格多的特点，本设计轧机布置选用半连续布置。半连续布置主要有以下几种布置形式：1-2-1，1-3-2，1-3，1-3-1。“1-2-1”形式是有一架二辊开坯机，二架万能轧机和一架轧边机组成。这种形式产量相对较小。“1-3-2”形式是有一架二辊开坯机三架万能轧机和二架轧边机组成。这种布置形式比较先进，但机架相对较多，投资也较大。“1-3”布置形式是撤除了“1-3-2”布置形式中的Ef和Uf机组，但这种布置形式对开坯机的要求很高。“1-3-1”布置形式是由一架二辊开坯机，三架万能轧机和一架轧边机组成。由于此布置形式每轧一道次就有二个万能道次，因此往复轧制道次少，小时产量高。其特点是：二辊开坯机为单机架往复轧制，二架万能轧机和一架轧边机组成三机架往复连续式万能粗轧机组。万能精轧机为单道次精轧机，以保证产品精度。这种轧制方法即能像连续式轧机那样，使轧件连续的通过一系列孔型进行轧制，又能在同一单元轧机上完成所需的轧制道次满足成型要求。其工艺特点是：万能—轧边—万能三机架均采用“X”斜腿孔型，最后一架万能精轧机采用“H”直腿孔型，将串列三机架作为万能粗轧机组。由于这种串列轧制两机架距离很近，轧制时温度损失很少，可以更好的利用成型温度下的热量。为增大原料单重和轧件长度，减少终轧厚度和进行控制轧制等提供了有利条件。此法便于生产腿薄，尺寸公差要求较高的H型钢。综合以上各布置形式的优缺点结合本设计的产品及工艺特点，本设计的轧机采用“1-3-1”布置形式。1.1.1精整工艺方案选择有定尺精整和长尺精整两种。定尺精整是将轧件锯切成所需的定尺长度，然后进行冷却、矫直等后部处理。而长尺精整是将热轧件直接进行冷却、矫直，再锯切成所需的定尺长度。长尺精整由于轧件长，冷却时冷床利用率高；矫直时咬入次数少，因而产生的弯头、尾少，产量高，且矫直质量好；锯切时可成排锯切，且轧件冷缩小，能达到较高的定尺精度。但是，锯切冷材时锯片磨损加快，消耗较多。考虑上述因素，结合本设计特点，本设计中精整工艺选用定尺精整和长尺精整相结合的工艺，既可以利用热锯切定尺，然后冷矫直，又可以用热锯将轧件二等分，冷却、矫直后用冷锯成排锯切成定尺，具有很大的灵活性。第69页共71页 1.1设备简述车间主体设备包括：一座加热能力为200t/h的步进梁式加热炉，一架Ф1200二辊可逆式开坯机（BD），由两架Ф1400万能轧机（UR）和一架Ф950轧边机（E）组成的串列式万能粗轧机组，一架Ф1400万能精轧机组（Uf），三台Ф2200热锯机，一座宽60米，长38米的液压步进梁式冷床。一架辊距从1200~2200mm可调的9辊悬臂式变节距矫直机，两台Ф2200冷锯机以及标号、自动堆垛、打捆机和电子秤等。2生产工艺流程及工艺制度2.1生产工艺流程图H型钢生产工艺流程图见图3.1。2.2生产工艺流程简述由专用运输火车运来的连铸异形坯经表面检验合格后送至原料跨堆放。生产时用电磁吊将钢坯吊入炉前上料台架，经称重、测长后由辊道送入步进梁式加热炉，坯料加热至轧制温度（1150～1250℃第69页共71页 ）后由辊道送到开坯区，经高压水除鳞，由二辊开坯机往复轧制5～13道轧制成H形雏形，由切舌锯切去“舌头”，再进入万能粗轧串列机组往复轧制3～17个道次，然后由万能精轧机轧制一道出成品。此时轧件最大长度可达111.99米，温度仍在850℃以上。由精轧机出来的成品通过缓冲横移台架进入精整线的锯切工序，轧件可在6～24m的范围内完全按照订单的定尺长度要求由两台热锯切成定尺，然后进入60m宽的冷床冷却。冷床入口和出口处设有翻钢装置，将轧件直立（成I形）在冷床上使产品得到均匀冷却，当冷却到80℃以下时送入九辊变节距悬臂式矫直机进行矫直，如果是倍尺则由1号冷锯再切成定尺，而后进入检验台架进行表面质量检查，自动喷印机在每根钢材表面喷油漆标志，合格品则进入堆垛线，需要进一步处理的初检不合格的产品则需压力补矫或人工砂轮修磨。合格产品按品种、规格、长度等要求分别堆垛成符合要求的齐尺矩形包，经成形器压紧后由自动打包机用钢带捆扎，再称重、挂标牌，最后，由行车吊入成品库储存。倍尺轧件不合格品上料台架堆放并目视检查电子秤逐根称重步进梁式加热炉加热高压水除鳞开坯机往返轧制热锯机根据需要锯切头尾UR1-ED-UR2往返式连轧UF单道次精轧热锯切头尾、定尺或倍尺切性能样送检红检步进式冷床冷却冷锯切定尺判废堆垛机堆垛打捆机打捆电子秤称量、粘贴标牌收集台架收集成品堆放发货检查台检查、喷印标记冷锯机改尺人工砂轮修磨电子秤称量、粘贴标牌压力矫补矫九辊变节距矫直机矫直合格连铸坯第69页共71页 图3.1H型钢生产工艺流程图1.1加热工艺制度加热炉为步进梁式，长度小于5.5m（包括5.5m）的钢坯在加热炉内双排加热，长度大于5.5m的钢坯单排加热。本车间设计选用钢种为碳素结构钢、低合金高强度结构钢两大类。钢种的含碳量均在0.10～0.22%之间，因此钢坯加热工艺规程中可以不考虑钢种因素，仅考虑钢坯断面尺寸的变化来规定不同的加热工艺要求。1.1.1异形坯Ⅱ加热工艺要求（1）入炉钢坯间距设定值：210mm；（2）炉温范围与钢坯在炉时间如表3.1；（3）炉内气氛：弱氧化性；炉压：0～10Pa。表3.1炉温范围与钢坯在炉时间表（异形坯Ⅱ）段名非燃烧段上预热段下预热段上加热段下加热段上均热段下均热段温度——第69页共71页 ℃1120～11501080～11201260～13001250～12801240～12601230～1250时间min>33>13>30>181.1.1异形坯Ⅰ加热工艺要求（1）入炉钢坯间距设定值：315mm；（2）炉温范围与钢坯在炉时间如表3.2：（3）炉内气氛：弱氧化性；炉压：0～10Pa。表3.2炉温范围与钢坯在炉时间表（异形坯Ⅰ）段名非燃烧段上预热段下预热段上加热段下加热段上均热段下均热段温度℃——1120～11501080～11201260～13001250～12801240～12601230～1250时间min>42>17>39>221.2开坯轧制工艺制度1.2.1开坯机配辊图根据典型产品HM294×200×8×12设计开坯机配辊图见附图1。1.2.2BD机压下制度根据典型产品编制BD机压下规程见表6.1。1.2.3温度制度开坯机轧制碳素钢、低合金钢时，其轧制温度规定如下：（1）开坯温度一般为1130～1250℃（对于小规格断面的型钢取上限，大规格断面的型钢取下限）。（2）根据轧件尺寸规格确定终轧温度，终轧温度>1000℃。加热好的钢坯由出炉辊道运至开坯区，在开坯区内除鳞，开坯，切“舌头”。1.2.4高压水除鳞制度除鳞时根据两种不同规格的坯料选择两种不同的喷嘴框尺寸、喷嘴数量及工作压力，如表3.3所示。表3.3除鳞机工作参数表坯料名称坯料规格（mm）长度（m）喷嘴框尺寸（mm2）喷嘴数量极值导板开度（mm）水压（MPa）除鳞速度（m/s）第69页共71页 异形坯Ⅰ750×450×1004.4～11.0750×45040Max1580201.5异形坯Ⅱ500×300×100500×30028Min500171.1.1开坯轧制钢坯经过除鳞后到达开坯机，通过开坯机往复轧制达到所需尺寸后，经机后辊道，送入热锯机切“舌头”。开坯机的上辊，下辊均设置压下（上）装置，压上装置可调整轧制线。开坯机上辊轴向不可调，下轧辊可手动进行轴向调整。开坯机的前，后各设有一台带翻钢钩的推床，翻钢钩与推床同步移动，可以将坯料横移和在任意道次进行翻钢。1.1.2速度制度（1）咬入速度咬入速度≤3.0m/s。（2）轧制速度当轧件咬入后，取三角形或梯形速度图，加速度为2.0m/s²，轧制速度≤5m/s。（3）抛尾速度轧件抛尾速度≤2.0m/s。其速度图如图3.2：图3.2开坯机速度曲线图1.1.3切舌制度用万能法轧制H型钢时，为防止在万能粗轧机组中发生缠辊事故，必须切除轧件的头、尾端“舌头”。第69页共71页 切舌长一般为150～500mm，但为了方便万能粗轧机顺利咬入，应该保留腹板部分舌长20～100mm。1.1万能轧制工艺制度轧件进入输入辊道后运往万能粗轧机轧制，粗轧机组的前、后均设有可平行升降的输入、输出辊道及摆动辊道。小规格H型钢在万能粗轧机组上往返轧制3次，万能粗轧道次为5道，轧边道次为3道；大规格H型钢往返5～9次，万能道次为6～17道，轧边道次为5～9道。三机架间构成连轧。不论是大规格或小规格，在万能精轧机上只轧一道。换产品规格时，输入、输出辊道平行升降调整。在轧制时，输入、输出辊道标高不变，仅摆动辊道按轧件翼缘的高度变化，每道次调整，以确保轧制过程中轧制中心线不变。万能轧机的水平辊，立辊均是电动压下（上）和侧压，液压平衡。上水平辊动态轴向调整，下水平辊的轴向固定。万能轧机的立辊有二种规格，以适应轧制不同翼缘高度的轧件。为提高产品精度，在万能精轧机的上水平辊和左、右立辊的压下装置和轴承座之间设置了厚度自动控制系统，对翼缘和腹板进行自动控制（AGC）。1.1.1万能轧机辊型图根据典型产品HM294×200×8×12设计万能轧机辊型图见附图2。1.1.2万能轧机压下制度根据典型产品编制万能轧机压下规程表见表6.2。1.1.3万能轧机配辊方案水平辊尺寸WR的确定：WR=WF–△;式中：△———调整量一般△=2～5mm；本设计取△=2mmWF———精轧机辊身宽度；WFmax=[H+△1+-2（t2-△2-）]βWFmin=[H+△1--2（t2-△2+）]β式中：β———热膨胀系数一般为1.000～1.013，本设计取1.000△1、△2———分别为轧件宽度和翼缘高度方向的公差。万能轧机配辊方案见表3.4。1.1.4温度制度对于碳素钢、低合金钢，万能轧机的开、终轧温度为：开轧温度≥1000℃；终轧温度≥800℃。第69页共71页 如有特殊要求，按照工艺操作要点执行。表3.4万能轧机配辊方案表序号产品规格水平辊尺寸（mm）立辊尺寸（mm）辊径辊身宽度（粗轧）辊身宽度（精轧）辊身宽度辊径1HN400×2001400～1290381.8～367.7381.8～371.7340900～8102HW200×2001400～1290181.8～167.7181.8～171.7340900～8103HM390×3001400～1290365.5～351.4365.5～355.4430900～8104HW400×4001400～1290365.6～351.4365.6～355.5430900～8101.1.1速度制度（1）UEU速度制度入口速度≤3m/s；轧制速度：当轧件头部被连轧机组中最后机架咬入后，轧件加速到轧制设定速度并建立小张力，其加速度为2.0m/s²。其最大轧制速度≤10.0m/s。出口速度≤2.5m/s。（2）UF速度制度入口速度≤3.0m/s。轧制速度：当轧件进入UF轧机后，轧机将加速至设定速度，加速度为2.0m/s²。出口速度：轧件以2.0m/s的速度抛出，然后降速至反转，等待下一道次轧制。加速度为2.0m/s²。其速度曲线图见图3.3：图3.3UEU速度制度曲线图第69页共71页 1.1热锯工艺制度精轧机轧出的成品最大长度为111.99m，由横移装置送至热锯机单根地切头、切尾和定尺（或倍尺），取样也在热锯上进行。热锯机组包括一台固定式锯，一台移动式锯。通过液压进锯，锯片直径为Ф2200/2000mm，圆周速度为140m/s。在固定锯前设有一台液压升降机和液压驱动的定尺机，定尺范围为6～24m。工艺技术选定（1）切头、切尾长度头尾锯切长度正常为500～1200mm，数值视规格而定，具体见锯切程序表；（2）锯切温度1）小规格轧件，不低于500℃；2）大规格轧件，不低于600℃。（3）锯切方式热锯锯切时，必须是单根锯切。1.2冷却工艺制度锯切成定尺（或倍尺）的轧件在冷床上冷却。冷床为步进梁式，输入、输出辊道中心线间距为38m，宽60m，步距可调，可适应各种规格的冷却要求。冷床输入辊道上有6个升降挡板，可冷却不同长度的轧件，最大限度利用冷床。在冷床输入、输出侧均设有翻钢装置，H型钢在冷床上直立（成I型）冷却。冷却制度、上冷床、下冷床都由计算机系统根据指令自动控制。工艺制度（1）冷却方式由于H型钢腿厚与腰厚之比较大，若采用平放，容易因腰腿冷却速度不一致，造成腰部波浪，因此H型钢上冷床时，必须翻转90º，成“工”型在冷床上立冷，下冷床前，必须再翻转90º，恢复H型，上辊道送矫直机矫直。（2）轧件下冷床温度轧件下冷床温度必须小于80℃。1.3矫直工艺制度轧件在冷床上冷却后，由辊道运往矫直机矫直，矫直温度必须低于80℃。矫直机为九辊悬臂矫，节距可调。矫直机上部四个辊为驱动辊，每个辊由一台0～220KW、0～90/1800rpm直流电机驱动。下部五个辊为被动辊。在输入、输出侧各有一对自由立辊，引导轧件输入、输出自由立辊的间距可以液压调节。第69页共71页 在矫直机前的输入辊道上设置一台喂钢机。是一对直径为Φ250mm的支持辊，由液压马达驱动，可以旋转、升降、横移保证轧件正确对准矫直机辊子中心线。矫直机为快速换辊，全套换辊时间为30分钟左右。工艺技术规定（1）矫直温度应低于80℃；（2）生产过程中应根据钢材规格、钢种、钢温的变化，适当调整矫直机的压力。（3）矫后轧件的弯曲、内并外扩、扭转及表面质量应符合有关规定。1.1冷锯工艺制度工艺技术规定（1）冷锯可以单根锯切，也可以成排锯切。成排锯切时，成排根数视品种、规格确定。（2）锯切速度1）小规格产品，快速进锯，一般取70～120mm/s；2）钢种较硬或规格较大时，中速进锯，一般取50～100mm/s；3）成排锯切时的速度取150~200mm/s。2车间工作制度与年工作小时2.1车间工作制度车间年工作小时按以下原则计算：（1）本设计车间采用四班三运转连续工作制，每班8小时。双休日不停工；（2）每两年大修一次，每次20天；每两年中修一次，每次10天；十天左右小修一次，每次10小时；大修与中修错开，不在同一年进行；（3）换轧辊和导卫，平均轧制5000吨换一次辊，每次需时2小时；（4）调整、换矫直辊和锯片每班更换，平均每次30分钟；（5）交接班每次20分钟；第69页共71页 （6）考虑到电气及机械故障，预留每班40分钟；（7）其它原因停机300小时。本车间设计日历作业率=全年计划轧制时间/日历时间=5776/8760=65.94%，有效作业率=全年计划轧制时间/年规定工作时间=5776/7776=74.28%。年工作小时表见表4.1：表4.1年工作小时表日历天数d非工作日规定工作时间工作制度其它停工时间全年计划轧制时间h节假日d大修hh中修h小修h计划检修h天数d小时数h交接班h换辊及导卫h事故h其它原因停机h调整、换矫直辊、锯片h365112401203607203247776四班三运转30030060030050057765轧机选择及其生产能力计算与设备及其电机校核5.1轧机选择对工艺设计来说，轧机选择主要是确定轧机结构型式、主要参数及其布置。轧机选择时一般考虑以下原则：1）满足产品方案的前提下，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）有利于机械化、自动化的实现，有助于工人劳动条件的改善；4）保证获得高质量的产品；5）轧机结构型式先进合理，制造容易，操作简单，维修方便；6）备品备件更换方便，易于实现标准化；7）有良好的技术经济指标。第69页共71页 根据以上原则并参考马钢H型钢厂生产线，本设计中轧机选用串列式布置，轧机布置形式采用半连续式布置，生产线上五台轧机呈三列布置，俗称“1—3—1”布置。5.2轧辊材质选择轧辊是轧机的主要部件，轧辊材质的选择与轧机工作特点及损坏形式有密切的关系，因此，在选择轧辊材质时，除考虑轧辊的工作要求与特点外，还要考虑轧辊常见的破坏形式和破坏原因。由于粗轧机和型钢轧机轧辊受到较大冲击负荷，因此要有足够的强度，而辊面硬度可放在第二位。初轧机常用高强度铸钢和锻钢；型钢初轧机多用铸钢。在型钢轧机的成品机架上，成品形状及公差要求严格，要求轧辊有较高的表面硬度及耐磨性，一般选用铸铁轧辊。本设计中开坯机轧辊材质选用合金锻钢。对于万能轧机，为了降低辊耗，提高产量，本设计采用的是复合衬套式轧辊。由于万能粗轧机是可逆式往复轧制且压下量大，主要考虑轧辊强度，并具有大的摩擦力以利轧件咬入，故其轧辊的辊芯采用锻钢，而辊套采用铸钢。精轧机的辊套则采用硬度高、表面光滑且耐磨的球墨铸铁。采用复合衬套式轧辊，使辊套具有较好的耐热裂性，有利于增加轧机的作业率。5.3开坯机5.3.1开坯机轧辊设计根据轧件的咬入条件，轧辊的工作直径应满足下式5.1：（式5.1）式中：——工作辊辊径，mm；——压下量，参考马钢H型钢厂资料，取Δhmax=65mm；——最大咬入角。查表可知，型钢轧制时最大咬入角=20～25°本设计中，取代表值20°，故有≥65/（1-cos20°）=1077.8mm参考马钢H型钢厂生产线的设计，取D=1200mm又查表可知，型钢轧机的=1.5～2.5，本设计中取代表值2.33，故有L=2.33D=2.33×1200=2796mm参考马钢H型钢厂生产线的设计取L=2800mm5.3.2开坯机主要技术参数开坯机主要技术参数如下：第69页共71页 轧辊直径：950～1200mm最大辊环直径：1450mm辊身长度：2800mm轧制速度：0～5m/s最大轧制压力：1200t辊颈直径：600mm上辊压下高度：1635mm上辊压下速度：0～158mm/s下辊压上高度：400mm下辊压上速度：0～40mm/s下辊轴向调整距离：±8mm压下螺丝中心距：3900mm轧辊冷却水压力：3bar冷却水消耗量：160m3/h主电机功率：5500kW主电机转速：0～70/170rpm开坯机前后设有推床和翻钢机,开坯机非传动侧设有快速换辊装置。5.4万能粗轧机为了便于换辊，轧机采用开轭式机架。本设计中的万能粗轧机参数如下：立辊辊身长度：430mm或340mm（翼缘宽度B≥280mm时取430mm；翼缘宽度B<280mm时取340mm）水平辊直径：Ф1400/1300mm；立辊直径：Ф900/810mm上辊提升行程：1650mm上辊提升速度：7.5mm/s上辊提升精度：±0.01mm下辊调节行程：230mm下辊调节速度：7.5mm/s下辊调节精度：±0.01mm立辊调节行程：400mm立辊调节速度：18mm/s立辊调节精度：±0.022m上辊轴向调整量：±5mm水平辊最大轧制力：1200t立辊最大轧制力：700t压下螺丝中心距：3900mm主电动机功率：5500kW主电机转速：0～70/170rpm5.5轧边机轧边机为一对传动的上、下水平辊辊系，用于轧制翼缘的上、下端，控制翼缘的高度，采用闭口式铸钢机架。水平辊的压下（压上）均是电动的，上水平辊为液压平衡。其技术参数如下：轧辊直径：Ф950/860mm辊身长度：1400mm轴向调整量：±10mm压下装置提升行程：3150mm调整速度：10mm/s压上提升：240mm压下螺杆间距：3900mm最大轧制力：300t主电动机功率：2000kW主电机转速：0～140/340rpm第69页共71页 5.6万能精轧机采用组合式结构开轭式机架，上下水平辊电动压上压下，液压平衡，上辊轴向可以动态调整。水平辊直径：Ф1400/1300mm水平辊最大轧制力：800t立辊直径：Ф900/810mm立辊最大轧制力：500t立辊长度：430或340mm（选择方式同万能粗轧机）5.7轧机生产能力计算开坯机和万能粗轧机的小时生产能力计算公式如下：（式5.2）式中：——开坯机或万能粗轧机的小时产量（按成品计），t/h；——开坯机或万能粗轧机的轧制节奏时间，s；——单根原料重量，t；A——综合成材率。其中T=∑(tz+tj)+t0（式5.3）式中：tz——每道次轧制时间，s；tj——两道次的间隙时间，s；t0——两根轧件的间隔时间，s；轧制节奏时间T是根据轧制表计算的，轧制节奏计算的前提是：1）轧制平均速度：开坯机：3～4m/s万能粗轧机：4～5.7m/s2）两道次的间隙时间：开坯机：3～4s(翻钢道次为8s)万能粗轧机：5～6s3）两根轧件的间隔时间：根据现场和生产需要确定。各规格产品的轧机生产能力见表5.1，完成66万吨H型钢的生产，轧机年工作时间为3265.17小时，其负荷率为56.53%。第69页共71页 表5.1轧机生产能力序号品种代表规格(mm)年产量(104t)单根原料重量（t）轧制节奏(s)小时产量(t/h)全年轧制时间(h)轧机(h)BDUEUBDUEUBDUEU1HN300×1506.604.1899.67103.67143.43137.90460.15478.61478.61350×1756.605.62102.80104.36186.97184.17353.00358.36358.36400×2006.607.44104.96106.00242.42240.05272.25274.94274.942HM244×1756.604.9697.53103.37173.93164.10379.46402.19402.19294×20013.206.35127.89123.80169.81175.42777.34752.48777.34390×3006.6011.90110.97107.01366.74380.32179.96173.53179.963HW200×2046.606.3996.46108.14226.56202.09291.31326.59326.59250×2506.607.26103.47105.03239.96236.40275.05279.19279.19300×3006.6010.58101.55103.06356.31351.09185.23187.99187.99合计66.003265.175.8轧机能力及电机能力验算本设计中，根据设计任务书要求仅对开坯机的轧辊及其电机能力进行验算。5.8.1轧制压力计算轧制压力P等于平均单位压力与接触水平投影面积F之乘积。（1）平均单位压力的计算第69页共71页 在计算中常用的公式有S.Ekelund公式、Sims公式、Stone等公式。在具体设计中应根据具体情况选择应用。其中S.Ekelund公式实用范围是：1)热轧型钢时计算平均单位压力的半经验公式；2)轧制温度大于800℃，坯料的锰含量小于1.0﹪；3)轧制速度小于5m/s时，该公式比较准确，但轧制速度大于5m/s时，应采用修正公式。本设计中典型产品钢种为碳素结构钢Q235A，故选用S.Ekelund公式，S.Ekelund公式为：=（×）（式5.4）式中：——外摩擦对单位压力影响系数；——静压力下单位变形力；——粘性系数；——平均变形速度。其中第一项是考虑外摩擦的影响，决定的经验公式为：（式5.5）式中：——轧辊工作半径，mm；——压下量，。第二项中乘积是考虑变形速度对变形抗力的影响，其中平均变形速度值用下式计算：=（式5.6）式中：——轧制速度；m/s计算和的经验公式为：=（14－0.01）（1.4＋C＋Mn+0.3Cr）×10Mpa（式5.7）=0.01(14－0.01t)×10MPa·s（式5.8）式中：t——轧制温度，℃；——以%表示的碳的百分含量，本设计中取0.14；Mn——以%表示的Mn的百分含量，本设计中取0.30；Cr——以%表示的Cr的百分含量，本设计中取0。f的计算公式为：=（1.05－0.0005t）（式5.9）第69页共71页 对钢轧辊，=1；对铸铁轧辊，=0.8；由于本设计开坯机轧辊为钢轧辊，所以本设计中=1。近年来，对S.Ekelund公式进行了修正。按下式计算粘性系数：=0.01（14－0.01）×10MPa·s（式5.10）式中决定于轧制速度。的选择见下表：表5.2粘度系数与轧制速度的对应表轧制速度（m/s）＜66～1010～1515～200.10.80.650.6（2）接触面水平投影面积的计算在简单轧制情况下，计算接触面水平投影面积F公式为：F==（式5.11）式中：——轧件平均宽度；mm；——接触弧长度；mm；、——轧件轧前轧后宽度；mm；——轧辊平均工作半径，mm；——平均压下量，mm。5.8.2传动力矩计算开坯机主电机转动轧辊所需的力矩由以下四部分组成：（式5.12）式中：——主电机轴上的附加摩擦力矩,即当轧制时由于轧制力作用在轧辊轴承、传动机构及其它转动件中的摩擦而产生的附加力矩；——空转力矩，即轧机空转时由于各转动件的重量所产生的摩擦力矩及其它阻力矩；——动力矩，即轧辊运转速度不均匀时，各部件由于有加速或减速所引起的惯性力所产生的力矩；——轧制力矩，即使轧件发生塑性变形所需力矩；——电动机到轧辊的使动比，本设计取=1。（1）轧制力矩此力矩用以克服轧件变形即变形中发生于辊面上之轧件摩擦力。计算式为：第69页共71页 （式5.13）式中：——轧制力，t；——力臂系数，热轧时，=0.3～0.6，本设计取=0.3；——轧制变形区长度，，mm。（2）摩擦力矩摩擦力矩的计算式为：（式5.14）（式5.15）（式5.16）式中：——轧辊轴承中的摩擦系数，本设计中取0.003；——轧辊轴承间产生的摩擦力矩；——轧机使动机构所产生的摩擦力矩；——轧辊辊颈直径，mm；——主电机到轧辊的使动效率，η=0.96～0.98，本设计取0.98。（3）空转力矩不轧钢时传动轧机主机列所需的力矩，一般是根据旋转零件的重量及其轴承中的摩擦圆半径不计算，经验式为：=（0.03～0.06）式中为电机额定转矩，对新式轧机取下限，旧式轧机取上限，本设计=0.03=（式5.17）式中：——电机额定转矩；——电机额定功率，kW，本设计取5500；——电机额定转速，r/min，本设计取70。5.8.3电机校核对于交流电机，主要从两方面校核，即过载校核和发热校核。（1）过载校核=≤λ（式5.18）式中：——电机最大输出力矩，对于本次设计，取=；——静力矩；λ——过载系数，λ=2.5～3.0，本设计取λ=2.5。第69页共71页 （2）发热校核≤（式5.19）==（式5.20）式中：——均方根力矩（等效力矩）；——轧制力矩；——每道次轧制时间，s，=；——间隙时间，s；——轧制周期内各段时间所对应的轧制力矩；——轧制周期内各段轧制时间和间隙时间，s。（3）轧制节奏T1）纯轧时间：=（式5.21）式中：lih——第i机架出口处的轧件长度，m；vih——第i机架出口处轧件的速度，m/s。2）道次间隙时间：=3s或8s(翻钢道次)3）轧制节奏：=＋（式5.22）5.8.4轧辊强度校核H型钢开坯机轧辊，像其它型钢轧辊一样，沿辊身长度上布置了3～4个轧槽。此时，轧辊的外力（轧制压力）可以近似看成集中力，轧件在不同的轧槽中轧制时，外力的作用点是变动的，所以要分别判断不同轧槽过钢时轧辊各断面的应力，进行比较，找出危险断面。（1）辊身强度校核当轧辊上的H型轧槽过钢时，当坯料在异形孔4孔中轧制时，B断面处的弯矩最大，所以B断面是危险断面，要计算以确定。当坯料在箱形孔中轧制时，C断面处的弯矩最大，根据开坯机配辊图可知，此处的抗弯截面系数较小，因此可以认为此断面为危险断面。根据材料力学知识可知：最大弯矩计算式为：第69页共71页 （式5.23）式中：——断面B或断面C到轧辊辊身左端的距离，根据开坯机配辊图可知，L=1892.33mm（断面B）或L=834.67mm（断面C）——辊颈长度，本设计为1100mm；——轧制压力，t；——压下螺丝中心距，本设计中为3900mm。M=（式5.24）M=（式5.25）注：当轧件在异形孔中轧制时用式5.24和式5.25，分别校核当轧件在箱形孔中轧制时用式5.24。式中：M——所在断面的弯矩；——断面B或断面C到辊身左端的距离，mm。开坯机轧辊弯矩图如图5.1：图5.1开坯机轧辊弯矩图最大弯曲应力为：σmax=Mmax/Wz（式5.26）第69页共71页 Wz=πdmin3/32（式5.27）d=D－h（式5.28）σmax≤[σ]（式5.29）式中：Wz——危险断面上的抗弯模量，mm3；d——轧辊经重车后的最小辊径，mm；对于箱形孔d为870mm（C断面）或1064（B断面）；D——经重车后辊环最小直径，本设计参考马钢H型钢厂经验数据，取1080mm；h——孔型高度，mm。其中：[σ]=σ/n在计算轧辊强度时，未考虑疲劳因素，故轧辊的安全系数n=5。本设计开坯机轧辊选用锻钢轧辊，轧辊材料的许用应力可参照以下数据：合金锻钢轧辊：σ=700～750N/㎜，许用应力[σ]=140～150N/㎜；本设计中[σ]取140N/㎜。（2）辊颈强度校核图5.2开坯机轧辊弯矩、扭矩图第69页共71页 辊颈最大弯曲应力：σ=P1×C/W2（式5.30）W2=πd3/32（式5.31）式中：P1——辊颈支反力，kN；C——压下螺丝中心线至辊身边缘距离，可以近似认为是辊颈长度的一半，本设计C=550mm；d——辊颈直径，本设计d为600mm。辊颈扭转应力：=MK/Wn（式5.32）Wn=πd3/16（式5.33）式中：MK——轧辊驱动扭矩；Wn——抗扭断面系数，mm。强度校核：由于轧辊采用锻钢轧辊，本设计辊颈强度校核按第四强度理论，合成应力为σj=（σ22+3τ2）0。5≤[σ]（式5.34）第69页共71页 以本设计典型产品HM294×200×8×12进行轧辊强度和电机能力验算结果如下，从以下各表可以看出，轧辊强度和电机发热及过载校核均通过。表5.3轧制压力、轧制力矩表道次轧制压力(t)轧制力矩(tmm)摩擦力矩(tmm)空转力矩(tmm)额定力矩(tmm)1585.2825073.481576.042251.0775035.712582.6125867.881587.032251.0775035.713387.7812245.32956.872251.0775035.714359.5811354.82887.482251.0775035.715345.4810909.57852.492251.0775035.716334.9010575.47826.392251.0775035.717318.6810063.28786.362251.0775035.71表5.4轧辊强度校核表道次辊身最大弯曲应力(MPa)辊颈应力许用应力(MPa)弯应力(MPa))扭应力(MPa))合成应力(MPa))143.8574.423.0274.60140243.6574.083.1174.28140329.0549.311.5049.38140426.9445.721.3945.78140525.8943.931.3343.99140625.0942.581.2942.64140723.8840.521.2340.56140第69页共71页 表5.5电机校核表道次均方根力矩(tmm)额定力矩(tmm)119251.8375035.71217843.7975035.7138831.0475035.7146545.2475035.7157011.6775035.7165709.8675035.71710063.2875035.71第69页共71页 6孔型设计及压下规程编制6.1孔型设计的基本原则采用万能轧机轧制H型钢的孔型设计需符合轧件腹板与翼缘延伸相等的原则。若腹板延伸系数比翼缘延伸系数大，则腹板会出现波纹。在实际设计时，为保证腿长，往往让翼缘延伸系数稍大于腹板延伸系数，即相对压下量翼缘要略大于腹板2%～4%。若翼缘延伸系数比腹板延伸系数过大，会造成撕裂。在万能轧机中，为保证H型钢轧制过程正常，应使腹板面积和翼缘面积相对变化相同。因为μ=l/L，按体积不变定律有V1=V2，即LF1=lF2，所以μ=F1/F2，即延伸系数可用面积变化比来表示，因此有（式6.1）式中：Fyn-1、Fyn——分别为第n道次轧前与轧后翼缘面积；Fbn-1、Fbn——分别为第n道次轧前与轧后腹板面积。又因F=dB，所以上式又等于：（式6.2）式中：d、B——分别为翼缘厚度和宽度；t、b——分别为腹板厚度和宽度。由于是在万能轧机中轧制，一般轧件腹板宽度和翼缘宽度变化不大，可近似认为Bn-1=Bn，bn-1=bn，则上式可写为（式6.3）＝常数（式6.4）上式说明可以用腹板与翼缘的厚度之比这一常数来代替其面积之比。在用万能机架轧制H型钢时，从粗轧到最后出产品都应遵守这一条件，它反映了在万能轧机上轧制H型钢变形的客观规律，也是计算压下规程的基础。6.2典型产品HM294200812各轧机孔型的确定6.2.1万能精轧机孔型设计万能精轧机孔型设计主要是确定H型钢边部内侧间距，即UF孔型水平辊宽度WF。万能精轧机轧辊示意图如图6.1所示：第69页共71页 万能精轧机水平辊辊宽计算，基本公式为：=（式6.5）图6.1万能精轧机轧辊示意图式中：——万能精轧机水平辊辊宽，mm；——H型钢高度，mm；——H型钢翼缘厚度，mm；——热膨胀系数，参考马钢H型钢厂经验值，一般为1.00～1.013，本设计取1.00。考虑到轧辊车削和轧件产品的尺寸要求，必须求得精轧机水平辊辊宽范围也即其最大值和最小值，公式如下：max=[H＋－2(t2＋)]β（式6.6）min=[H＋－2(t2＋)]β（式6.7）式中：——高度方向上的公差，mm；=±2.0mm；——轧件翼缘厚度方向上的公差，mm；=±1.0mm；将本设计代表产品规格尺寸代入公式，得：WF=（294-212）1.00=270.00WFmax=[294+2-2（12-1）cos0.25o]1.00-2=272.00WFmin=[294-2-2（12+1）cos0.25o]1.00-2=264.00综上所述，本设计取WF=270.00mm。同时，过渡圆角半径RF=R=16mm，另外，为提高轧辊重车率，适当取侧壁倾角=0.25o本典型产品B=200mm，小于280mm，所以立辊采用小立辊，WV=340mm。第69页共71页 6.2.2万能粗轧机孔型设计万能粗轧机孔型设计主要是确定水平辊宽度。其图形如下（图6.2）：图6.2万型能粗轧机孔型示意图为了保证轧制稳定，防止出现折叠、腹板偏心等缺陷，通常使＜，计算公式如下：=－Δ（式6.8）式中：——调整余量，一般为2mm~5mm，本设计取=4mmWR=270-4=266mm同时取RR=20mm，RR较大点对轧制有利。另外，为了提高轧辊重车率，取侧壁倾角=5o。同精轧机，立辊辊身长Wv也取340mm。6.2.3轧边机孔型设计轧边机孔型设计主要是确定水平辊宽和轧边机槽深。其图形如下（图6.3）：第69页共71页 图6.3轧边机示意图：轧槽深度；We：轧边机辊宽；1）轧边机辊宽设计轧边机的作用主要是控制H型钢的翼缘端部的形状，也能控制翼缘的宽度，但有一定的限度，对腹板并没有压下。设计时，一般在轧辊表面开有凹槽，以防止调整时轧辊接触轧件，造成轧机负荷过大。基本计算式为：=-Δ（式6.9）式中：——调整余量，取0.5~5.0mm，本设计取2mm。WE=266-2=264mm。2）轧边机槽深设计在设计轧边机槽深时，也应考虑轧件宽度外形尺寸、公差尺寸、轧辊倾角、热胀系数等因素的影响。轧边机槽深公式为：=[β(B-t1)cosθ]/2-Δ（式6.10）式中：——轧边机槽深，mm；B——轧件宽度，mm；θ——轧辊侧壁斜度，θ取5°；Δ——用于防止轧制时轧件于轧辊辊身接触的调整余量，一般取3～5mm，本设计取Δ=4mm。故=1.00/2(200-8)cos5-4=92mm第69页共71页 6.2.4开坯机孔型设计在设计开坯机孔型时，需兼顾坯料尺寸及成品规格的要求。由于本设计坯料为异形坯，参考马钢H型钢厂本典型产品的压下规程设计，在开坯时，本典型产品HM294200采用一个异形孔和一个箱型孔。本设计仅对本典型产品的异形孔和箱型孔进行设计。1）4号异形孔设计异形孔的主要作用是控制腹板高度和翼缘高度。图形如下：图6.4异形孔示意图其中：tc2=5.7t2=5.712=68mm上式中5.7为经验值，参考马钢H型钢厂经验值范围4~8间，本设计取经验值为5.7。翼缘压下率：=0.824腹板压下率：式中：——调整量，为了使腹板和翼缘之间压下的协调，一般为3%~6%，本设计取5%。=0.824—0.05=0.774又因为（式6.11）故=35.4mm，取36bk=WR=266mmhf=(B—t1)/2=(250—8）/2=96mm第69页共71页 为了提高轧辊的重车率，分别取侧壁斜度：K1=25%，K2=5%。综合以上可计算异形孔尺寸：根据几何关系，异形孔尺寸可由以下式子计算：+=2（式6.12）=+（式6.13）可得：dk=53.6mm，Dk=82.4mm本设计取dk=55mm，Dk=90mm又=296+36=228mm=266+290=446mm因此异形孔尺寸如下：tc2=68mmhK=228mmtc1=36mmBk=446mmbk=266mmK1=25%K2=5%hf=94.5dk=55mmDk=90mm2）箱形孔设计箱形孔的主要作用是控制腹板高度，其图形如图6.5所示。图6.5开坯机箱形孔示意图其中各尺寸值确定如下：1.槽底宽度：bk=280mm（考虑轧件的轧制稳定性公式：B-（0~6），B为本道次来料宽度）2.侧壁斜度K一般取5~12%，本设计取5%。由（式6.14）第69页共71页 可得：槽口宽度：Bk=（1+k)bk=294mm，取300mm。1.孔型高度：h=2t20+S(式6.15）式中：t20——原料翼缘平均尺寸，t20=（A+C）/2=(125+85)/2=105mm；——热膨胀系数，取=1.00；S——辊缝，取20mm。得：h=21051+20=230mm6.3典型产品压下规程的编制（1）万能轧制的特点轧件在万能轧机中的轧制类似于三块钢板的轧制，也有所不同，主要特点为：1）立辊为被动辊，无电机驱动；2）轧件在立辊辊面与水平辊侧面之间被压缩变形，非在两圆柱辊面之间发生变形；3）轧件翼缘与腹板的交接圆角处也有变形和延伸；4）仅翼缘有宽展，而腹板无宽展。（2）压下规程的编制原则1）要使成品具有良好的表面质量和尺寸精度，应使腹板与翼缘的绝对延伸相等，而此处的延伸并不等价于压下率，其原因在于：轧件腹板由于受到两侧立辊的限制，无宽展，所有的压下量全部转换为了延伸，而轧件的翼缘部分有宽展。因此必须使翼缘压下率＞腹板压下率，从而保证二者的绝对延伸相等；2）对于窄翼缘梁型H型钢，在制定压下规程时，一般使翼缘总压下率略大于腹板总压下率，有时甚至还使翼缘总压下率略小于腹板总压下率。综上所述，在制定万能轧机压下规程时应具体情况具体分析，其基本原则是：在水平辊、立辊轧制力和轧制电流允许的情况下合理分配各道次压下量，确保各道次的翼缘和腹板的实际延伸相等。（3）压下量分配原则第69页共71页 1）由于万能轧机第一道次的翼缘和腹板变形很不均匀，因此压下量不能过大；2）为了使成品获得良好的表面质量和尺寸精度，并共用同一个开坯机成形孔，在前续轧制道次的翼缘压下系数既可大于亦可小于腹板压下系数；3）后续轧制道次由于温度较低，翼缘宽展较大导致翼缘的绝对延伸量较小，为了使翼缘与腹板的绝对延伸量一致，应使翼缘压下系数＞腹板压下系数；4）由于UF道次轧件温度低，轧辊磨损大，为了提高轧件表面质量和降低辊耗，UF道次一般只给很小的压下量。有时考虑到UF的主要作用是整形，甚至不予以分配压下量。（4）典型产品HM294200812压下规程制定1）平均压下率μ计算1）本设计典型产品规格为HM294200812，坯料采用II型异形坯，其断面面积为90567mm2，成品面积为7105mm2。由上可知，总延伸率=90567/7105=12.747参考马钢H型钢厂此规格产品的压下规程设计，本设计典型产品开坯道次为7道次，万能粗轧道次10道次，万能精轧道次为1道次。因此平均延伸系数为为：=1.162a)开坯机压下规程的制定开坯机孔型外侧壁斜度取为5%，内侧壁斜度为25%，圆角半径R=16mm。按照开坯机及万能轧机延伸率的分配原则，按照开坯机及万能轧机延伸率的分配原则，则开坯机的总延伸率为：1.734。开坯机压下规程表见表6.1：表6.1开坯机压下规程表道次孔型编号辊缝mm轧件尺寸延伸系数轧辊工作直径mm轧制速度m/s各道次轧出轧件长度m轧制温度oC轧制时间(s)高mm宽mm面积mm2纯轧s间隙时间0500300905678.40125012260490300894711.01210202.08.5012004.253第69页共71页 2485480285810411.10411073.59.3811502.6833465475265714381.13411083.510.6411303.0434445470245618361.15511093.512.2911103.51852255465245602351.02711062.512.6210805.0586430460230546341.10311105.013.9210502.7887422455222522331.04611075.014.5610302.910b)成品热尺寸成品热状态下高度：H=（294-0.5）1.000=296.4mm热状态下宽度：B=（200-0.5）1.000=199.5mm成品热状态下腹板厚度：T1=（8-0.5）1.000=7.5mm成品热状态下翼缘厚度：T2=（12-0.5）1.000=11.5mm成品热状态下翼缘厚度：=(15-0.5)×1.000=14.5mm压下率：(式6.18)由此可得（式6.19）即前一道次轧后厚度可由后一道轧后厚度按上式计算得到。腹板高度：（式6.20）万能轧机压下规程表见表6.2：表6.2万能轧机压下规程表第69页共71页 道次机架类型腹板厚度mm腹板相对压下量%翼缘厚度mm翼缘相对压下量%腹板高度mm截面面积mm2工作辊直径mm轧制m/s各道次轧出轧件长度m轧制温度oC纯轧时间s0454555223314.81U139.911.379.24474686814002.5016.510256.61E48.4447468487642.5316.510206.52U231.934.164.518.64193898914002.9519.810106.73U225.420.449.822.83903117414004.5024.810055.53E33.4390311747644.8024.810005.24U120.438.938.223.33672401614005.7132.29905.65U116.220.629.323.33501914214005.0040.49858.15E23.2350191427645.4140.49807.56U213.044.022.822.23361466014006.3752.89708.37U210.519.217.921.53261198814005.0064.696512.97E17326119887645.4164.696011.98U18.550.014.220.7318959914006.2180.795013.09U16.918.811.419.7313807414005.5095.994517.49E1331380747645.9295.994016.210U21023.115.0313807414006.1595.993015.611Uf7.03010.530.0298733814006.00105.592517.67辅辅助设备选择及其生产能力计算7.1主要辅助设备选择及其生产能力计算7.1.1加热炉本设计选用步进式加热炉，它有以下优点：（1）坯料入炉利用步进机构将料送入炉内，取消了固定炉底，不用打渣，钢料表面也不会划伤；（2）步进送料因不发生挤钢现象，加热炉不受推钢比的限制；（3）钢料在炉内间隔排放，可实现多面加热，使钢料加热均匀，没有推钢式炉产生的黑痕,保证了轧件尺寸的性能均匀；（4）可利用步进机构将钢料之间的距离调整得适合加热炉产量的变化,并使加热的时间不变,以减少钢料的氧化和脱碳；（5）可以使炉内的钢料全部出空,有利于事故的处理，也便于加热不同钢种；第69页共71页 （6）因靠步进机构将钢料送入炉内,因此加热钢料的形状一般可以不受限制，即可以加热方形、长方形，也可以加热圆形料和异形料，适应性比推钢式炉较强。此外，步进式加热炉还有加热能力增强，擦伤减少和容易维修等优点。考虑到H型钢产品质量要求以及参考国内H型钢的生产经验，本设计选用步进式加热炉。本设计采用的加热炉，炉子有效长度为30m，宽11m，加热能力为200t/h，加热温度范围为1150℃～1250℃，燃料为高、焦炉混合煤气，吨坯热耗为1.37GJ。因为坯料长度最长是10.517m，因此，加热炉的宽为11m。加热炉小时生产能力按以下公式计算[5]：（式7.1）式中：A——综合成材率；——加热炉小时产量（按成品计），t/h；——坯料长度，m；——坯料长度为11m时的加热炉小时产量，=200t/h；——每排坯料根数(L大于5.5m，=1；L小于或等于5.5m，＝2)。坯料断面、长度以及加热炉的小时产量见表7.1，一座加热炉完成66×104tH型钢的年需加热时间为4550.61h，其负荷率为78.78%。表7.1加热炉生产能力计算品种规格年生产量（t）坯料加热炉小时产量（t/h）全年加热时间（h）断面（mm）长度（m）按坯料计按成品计HN300×15066000500×300×1005.902107.31101.94647.44HN350×17566000500×300×1007.944144.43137.21481.01HN400×20066000500×300×10010.517191.22181.66363.32HM244×17566000500×300×1007.011127.47121.10545.00HM294×200132000500×300×1008.973163.15154.99851.67HM390×30066000750×450×1009.364170.25161.74408.06HW300×30066000750×450×1008.325151.37143.80458.97第69页共71页 HW200×20466000500×300×1009.037164.31156.09422.83HW250×25066000500×300×10010.263186.60177.27372.31合计6600004550.617.1.2锯机本设计在整条生产线上设有5台锯机，其中切头热锯1台、固定、移动热锯各1台、定尺冷锯1台、改尺冷锯1台。锯片直径均为Ф2200/Ф2000mm，锯片厚度14mm。锯机小时生产能力计算公式如下：（式7.2）式中：——锯机小时产量，t/h；——每根原料的重量；吨/根——同时锯切钢材根数；本设计取1；——锯切节奏，s；=T×N+T+T+T（式7.3）T——锯切一次的周期时间，s，此值参考马钢H型钢厂现场数据；N——锯切次数，可按下式计算：N=（n+1）/n（式7.4）n——每根轧件锯切段数，段；n——锯机台数，台；本设计台数为一台或者两台同时锯切；T——清除切头、切尾的时间，s；本设计参考马钢H型钢厂现场数据取35s；T——前后两根轧件尾、首之间的间隔时间，s；本设计参考马钢H型钢厂现场数据取15s；T——热锯辊道送钢时间，s；其值为锯前轧件长度除以辊道速度，本设计辊道速度取为3m/s;12m定尺的代表产品锯切节奏时间、小时产量、年需要锯切时间见表7.2。完成年产量为66×104tH型钢的全年锯切时间为4779.72h，其负荷率为82.75%。第69页共71页 7.1.3冷床本设计选用的冷床为液压驱动的步进梁式冷床，长38m，宽60m。本设计中冷床的特点是：（1）冷床入口侧设有H型钢翻立装置，在将H型钢从辊道移送至冷床的同时，此装置将H型钢由卧式翻转90°，呈立式在冷床上冷却，出口侧的翻立装置将H型钢由立式翻转为卧式；（2）冷床的步距可以调节，最大步距为630mm；（3）为提高冷床的小时产量，在冷床的出口侧设有风机，可对轧件进行强迫风冷，保证完成年计划任务产量。冷床小时冷却能力的计算公式如下[5]：=（式7.5）式中：——冷床的小时冷却能力，t/h；——冷床的有效长度，M=30m；——轧件的每米质量，kg/m；——冷床上一排轧件的长度，定尺为12m（或24m）时，N=60m；——环境温度为41℃时，轧件从900℃自然冷却到80℃的时间，min；——冷床上两排轧件的间距，m。12m定尺的代表产品冷床的小时产量、全年需要的冷床时间见表7.3。完成年产量为66×104tH型钢的全年冷却时间为4769.12h，其负荷率为82.57%。第69页共71页 序号代表规格(mm)年产量(104t)单重（kg/m）每根原料重量（t）轧出长度(m)锯切次数节奏时间(s)锯切小时产量(t/h)全年锯切时间(h)1HN300×1506600036.74.18111.99717183.60789.47HN350×1756600049.45.62111.995*147130.75504.78HN400×2006600065.47.44111.9910197122.92536.932HM244×1756600043.64.96111.998167101.58649.73HM294×20013200055.86.35111.995*142152.94863.08HM390×30066000104.611.90111.9910207196.61335.693HW300×3006600093.010.58111.9910197183.67359.34HW200×2046600056.26.39111.995*137159.52413.74HW250×2506600071.87.2699.544*123201.86326.96合计6600004779.72表7.2锯机生产能力计算（12m定尺）序号代表规格(mm)年产量(104t)单重(kg/m)冷却时间轧件间隔(min·m)冷床冷却能力(t/h)全年冷却时间(h)1HN300×1506600036.747.1284.12784.59HN350×1756600049.447.06113.37582.16HN400×2006600065.443.08163.96402.542HM244×1756600043.647.1999.78661.46HM294×20013200055.843.08139.89943.60HM390×30066000104.650.65223.04295.913HW300×3006600093.046.75214.84307.21HW200×2046600056.239.17154.96425.92HW250×2506600071.842.97180.46365.73合计6600004769.12表7.3冷床冷却能力计算（12m定尺或24m倍尺）第69页共71页 7.1.4矫直机本设计所采用的矫直机为九辊悬臂式矫直机，共有7个水平工作辊和两个水平导辊，上4下5布置，辊子之间的水平距离从1200mm到2200mm可调。本设计中矫直机的特点是：（1）矫直机的节距可变，每个水平辊水平距离调节范围为900～1250mm，垂直调节范围为0～350mm，各工作辊均可轴向调整，调节行程为±40mm；（2）该矫直机4个上辊分别由4台220kW的直流电机单独驱动，下辊则为从动辊，矫直速度为0～2～4m/s。矫直机小时产量的计算公式如下[5]：（式7.6）式中：——矫直机的小时产量，t/h；——矫直节奏时间，s；——矫直钢材长度，m；——轧件的每米质量，kg/m。矫直节奏时间：=+（式7.7）式中：——矫直时间，s；——矫直辅助时间，s。完成年产量为66×104tH型钢的矫直机生产能力见表7.4，全年需矫直3622.11h，负荷率为62.71%。表7.4矫直机生产能力计算第69页共71页 序号代表规格(mm)年产量(104t)单重(kg/m)平均矫直速度(m/s)矫直时间(s)间隔时间(s)矫直节奏(s)矫直小时产量(t/h)全年矫直时间(h)1HW300×3006600093.01.58614286.97229.99HM390×30066000104.61.48.6614.6309.50213.25HW250×2506600071.81.67.5613.5229.76287.262HM244×1756600043.61.77.1613.1143.78469.03HM294×20013200055.81.67.5613.5178.56739.25HW200×2046600056.21.67.5613.5121.03545.323HN300×1506600036.71.77.1613.1162.91405.13HN350×1756600049.41.67.5613.5158.08417.51HN400×2006600065.41.67.5613.5209.28315.37合计6600003622.11表7.5瓶颈生产能力7.1.5按瓶颈能力计算生产线负荷率根据各设备生产能力列设备瓶颈生产能力表如表7.5，年“瓶颈”工作时间5298.28小时，“瓶颈”负荷率为91.7%。序号品种类代表规格(mm)产量(104t)主要设备小时产量t/h瓶颈瓶颈小时产量(t/h)年工作小时加热炉开坯机粗轧机锯切机冷床矫直机1窄翼缘HN300x1506.60101.94143.43137.9083.6084.12162.91锯切83.60789.47350x1756.60137.21186.97184.17130.75113.37158.08冷床113.37582.16400x2006.60181.66242.42240.05122.92163.96209.28锯切122.92536.932翼缘HM244x1756.60121.10173.93164.10101.5899.78143.78冷床99.78661.46294x20013.20154.99169.81175.42152.94139.89178.56冷床139.89943.60390x3006.60161.74366.74380.32196.61223.04309.50加热炉161.74408.063宽翼缘HW200x2046.60156.09226.56202.09159.52154.96121.03矫直121.03545.32250x2506.60177.27239.96236.40201.86180.46229.76加热炉177.27372.31300x3006.60143.80356.31351.09183.67214.84286.97加热炉143.80458.97合计66.005298.28第69页共71页 7.2其他辅助设备选择7.2.1加热炉入炉出炉辊道加热炉入炉辊道实心钢辊单独传动：2组辊子直径：Ф360mm辊子长度：1600mm辊子间距：1200mm辊子速度：0～1m/s加热炉出炉辊道实心钢辊单独传动：1组辊子直径：Ф360mm辊子长度：1600mm辊子间距：1200/1400mm辊子速度：0～1.5m/s7.2.2开坯轧机区（1）除鳞机可以有效去除氧化铁皮，保证成品表面质量。水压：17MPa更换喷嘴时间：15min（2）开坯轧机前延伸辊道（二组）实心钢辊单独传动运行速度：0～5m/s辊子数量：11个辊子直径：Ф400mm辊子长度：2800mm（3）开坯机前后推钢及翻钢机推头长度：10000mm推头高度：1200mm推头速度：0.8m/s推头最大开口度：2700mm翻钢钩的数量：2个翻钢机的数量：2架第69页共71页 翻转行程：1300mm（4）开坯机换辊装置（包括轧机牵引小车和横移台车）采用轧辊牵引小车和横移台车结合的换辊方式，一次换辊只需要30～45min。牵引小车：1台牵引速度：122mm/s总行程：1455mm横移台车：1台行程：3000mm横移速度：80/20mm/s驱动方式：液压驱动（5）开坯机后延伸辊道实心钢辊单独传动：1组辊子数量：11个辊子直径：Ф400mm辊子长度：2800mm辊子间距：1200mm辊子速度：0～5m/s（6）切头热锯机电机斜置，齿轮传动，液压进锯锯片直径：2200/2000mm锯片厚度：0～14mm进锯速度：10～300s退回速度：0～500mm/s锯圆周速度：0～14mm/s7.2.3万能粗轧机区粗轧机机前输入辊道单独传动，平行升降辊子数量：传动辊45个，自由辊5个辊子直径：Ф360mm辊身长度：1400mm辊子间距：1500mm运行速度：0～10m/s提升速度：220mm7.2.4万能精轧区（1）精轧机后移台架第69页共71页 液压升降式移送机构台架宽度：0～120m台架长度：3500mm7.2.5热精整区（1）热锯机前辊道（一）单独传动，包括盖板辊子数量：72个辊子直径：Ф310mm辊子长度：1200mm辊子间距：1500mm运行速度：3m/s斜置角度：-2°（2）移动式热锯机电机斜置，齿轮传动，液压进锯，可横向移动。锯片直径：Ф2200mm/2000mm锯片行程：0～2800mm锯片速度：10～300mm/s退回速度：0～500mm/s横移行程：6～24m横移速度：快速400mm/s慢速0～10mm/s定位精度：±5mm（3）冷床定尺机挡头横移距离：6～27m横移速度：快速0～400mm/s慢速0～10mm/s挡头数量：1个定位精度：±5mm挡头宽度：0～1500mm挡头高度：0～3500mm轧件冲击重量：最大25t7.2.6检查台架检查台架的形式为链式机构，包括链式移送辊和钢梁的翻钢、移送装置检查台宽度：25m检查台长度：30m移动行程：500mm第69页共71页 7.2.7打捆机采用钢带打捆钢带尺寸：32mm×0.8～1.0mm打捆尺寸：1100mm×700mm捆束长度：6～15m捆束重量：﹤10t/捆8车间的平面布置和起重运输车间平面布置主要指设备和设施按选定的生产工艺流程确定平面位置，平面布置的合理与否对于设备生产能力的发挥、工人操作安全、生产周期的长短及生产率的高低有着很大的影响，在平面布置时应当从实际出发求得最大合理的布置。8.1车间平面布置的原则车间平面布置应按以下原则：(1)应满足生产工艺要求，使生产流线合理；(2)既有利于生产，又使占地面积小，运输线最短，以求缩短周期，提高生产率和单位面积产量；(3)保证操作方便，安全生产和工人的健康；第69页共71页 (4)使人行道与工作线平行，避免金属（原料与成品）流线与金属废料流线以及其它材料的运输线相互交叉；(5)考虑将来的发展，要留有余地。8.2起重运输设备选择及主要性能参数车间内的钢坯、成品运输及设备检验由吊车过跨电动小车承担。轧制产生的切头、切尾及轧废使用叉车运到车间外指定的地点。轧辊间与主轧跨之间设有电动平车，用于辊环的运输。（1）原料跨吊车选用17.5t+17.5t磁盘吊车，共4台，其主要性能参数为：大车行走速度：132m/min；小车行走速度：39.8m/min；提升速度：16.7m/min。（2）成品跨吊车选用16t+16t磁盘吊车，共5台，其主要性能参数为：大车行走速度：132m/min；小车行走速度：54.9m/min；提升速度：16.7m/min。（3）轧线主要设备间距确定1）连铸异形坯从出炉到二辊可逆开坯机咬入，轧件不断延伸，且加热炉与开坯机之间设有除鳞机，故从加热炉中心到二辊开坯机的距离是57000mm。2）在原则上，机架间的中心距越小越好，构成紧凑式布置，尽量缩短厂房长度，减少投资，但考虑到经万能粗轧机组轧制后，轧件将产生很大的延伸，轧件的最大长度为103m，二辊开坯机到万能粗轧机组的中心距取120000mm。3）根据万能粗轧机三个机架的布置形式，以及考虑便于轧制及万能粗轧机与轧边机跨度的实际情况，取万能粗轧机与轧边机的间距为6000mm。4）万能粗轧机组与万能精轧机的间距是根据本设计轧件的最大长度为111.99m及万能粗轧机组间的跨度为6000mm而确定的，故万能粗轧机组与万能精轧机中心距离为130000mm。8.3金属流线的布置金属流线是指生产各类产品由原料到成品的工艺流程线。把所有选定的设备与设施布置在相应工序的工艺流程上，同时要考虑中间堆料场地以及运输等。综合各种资料及马钢H型钢厂的经验，本设计选用曲折式布置方式。8.4主厂房平面布置第69页共71页 主厂房由原料跨（一）、原料跨（二）、主轧跨、电气室、冷却跨（一）、冷却跨（二）、轧辊间、矫直跨、成品跨（一）、成品跨（二）组成。平面布置见平面布置图。（1）原料仓库面积的计算原料仓库面积的计算公式：（式8.1）式中：F——原料仓库面积，m2；M——全年需要的坯料，M=694900t；n——存放天数，n=8天；T——全年工作天数，T=324天；K——仓库利用系数，K=0.7；Q——每平方米空间能存放的原料重量，取Q=3t/m2。.h——每堆原料堆放高度，h=2m。本设计中F=6949008/(3240.723)=4085m2由于实际原料仓库中有大量的存放面积，所以，如车间设计图所示，设计原料仓库由两个原料跨组成，实际面积为7344m2。（2）成品仓库面积计算成品仓库面积计算公式：（式8.2）式中：F——成品仓库面积，m2；M——成品重量，M=660000t；n——存放天数，n=10天；T——全年工作天数，T=324天；K——仓库利用系数，K=0.7；Q——每平方米空间能存放的原料重量，取Q=2.5t/m2。.h——每堆原料堆放高度，h=2m。本设计中F=66000010/(0.73242.52)=5820m2由于实际成品仓库中有大量的非存放面积、可能出现的产品积压以及为二期实现150万吨生产能力的预留仓库，所以，如车间设计图所示，设计成品仓库由两个成品跨组成，实际面积为：28320m2。主厂房各跨间主要参数见表8.1：第69页共71页 表8.1主厂房主要参数序号跨间名称跨度(m)长度(m)面积(m2)吊车轨面标高(m)吊车主要参数1原料跨（一）3314447521217.5+17.5t磁盘吊车2台2原料跨（二）1814425921217.5+17.5t磁盘吊车2台3主轧跨27561151471250/10t桥吊1台、32/5t桥吊2台4电气室3027983701250/10t桥吊1台5冷却跨（一）367828081216/3.2t桥吊1台6冷却跨（二）367828081216/3.2t桥吊1台8轧辊间24561134641275/20t桥吊1台、50/10t桥吊1台9机修、矫直跨24435104401216/3.2t桥吊2台、10t桥吊1台10露天栈桥2412630241250/10t桥吊1台11成品跨（一）30510153001216+16t磁盘吊车2台12成品跨（二）30434130201216+16t磁盘吊车3台合计91725第69页共71页 第69页共71页 9主要经济技术指标本设计各项经济技术指标见下表：表9.1车间经济技术指标表序号指标名称单位数量、备注一、车间主要产品1车间年产量104t66二、主要基础资料2轧机型式及主要规格一台开坯轧机mmΦ1200×2800三台万能轧机mm水平辊：Φ1400/1300；立辊：Φ900/810一台轧边机mmΦ950/8603车间设备总重量T163414车间电气设备总容量kW42254车间面积㎡917255车间总投资亿元18.5三、设备负荷及年计划工作小时6轧机年计划工作小时h57767轧机负荷率%56.53四、每吨产品消耗指标8连铸坯t1.0539燃料GJ1.3710电kWh108.8811水t0.2712轧辊kg3.1413液压、润滑油kg0.14814锯片kg0.02五、定员16职工人数人600其中：生产工人人50010环境保护第69页共71页 加工厂既是产品的生产产地，又是大量烟尘、废水等有害物质的发生地。对这些有害物质的有效处理与控制，并加以综合利用，以保护好环境卫生，既有利于生产，又有利于保证人民的身心健康。环境保护是关系到千年万年的大计。因此在本设计建厂时，应将环保放在很重要的位置上，不仅要绿化周围环境，而且对烟尘、废水等各种发生物及噪音要采取有效的控制和综合利用措施。因此，本设计考虑了以下几点：1)在厂房建筑和总图布置时，留有绿化区；2)保证车间内有良好的通风，厂房主要迎风面应与夏季主要风向成角，散热量大的设备应放在下风位置或采取通风措施；3)污水处理后排放或循环利用；4)有毒、有害物质应回收，有回收设施的不允许外排；5)粉尘应有集尘设施，集中处理；6)尽量实现工艺过程机械化、自动化。本设计应尽量改善劳动条件，保障环境卫生，以利国利民，造福后代。致　　谢在四个月的设计中，本设计经过资料准备、工艺设计、典型产品计算，现在已基本结束。此设计是在曹燕老师的悉心指导下完成的，在此，向曹老师致以最崇高的敬意和最真诚的谢意！同时，在设计过程中，得到曹燕老师多次指导，在此，对她表示特别的感谢！另外，H型钢组其他成员给我提供了许多宝贵的建议和帮助，在此，向他们表示感谢！第69页共71页 本设计由于任务重，时间短，加上本人缺乏实际的设计经验，故在本设计中可能存在许多不妥的地方，恳请老师和同学们多多指出批评和指正。致谢人：郝震宇2010年5月20日参考文献[1]曹燕.H型钢辊式矫直机及矫直辊设计特点[J]，冶金设备2003（5），16~18[2]温景林.金属压力加工车间设计[M]北京：冶金工业出版社，1998.[3]林镇钟.热轧H型钢的技术进步和在马钢H型钢厂生产线的应用[J].钢铁，2000，35（10）34～36[4]邹加祥.轧钢机械[M].北京：冶金工业出版社，1989.[5]马鞍山钢铁设计研究院.马鞍山钢铁股份有限公司万能型钢厂初步设计[R].1994.[6]郑光文.塑性加工设备[M].安徽工业大学，2000.[7]马钢股份有限公司H型钢厂.二级作业文件.QSO/517ⅡT204-101第二版.工艺技术规程.1998.10[8]钱健清.H型钢生产技术综述[J].马钢技术，1999（2），10～15第69页共71页 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附录A轧机和电机能力校核程序及其运行结果Functionx(y!,z!,c!,o!,Q!,j!,k!)AsSingleDimx1!,x2!,x3!,x4!,x5!,x6!x1=(1.6*(1.05-0.0005*y)*Sqr(z*x2))-(1.2*x2)x2=c-ox3=c+ox4=2798*k*Sqr(x2/z)x5=x4/x3x6=((14-0.01*y)*(1.4+0.14+0.3)*10)+x5x7=(Q+j)*Sqr(z*x2)x8=1+(x1/x3)x=(x8*x6*x7)/2EndFunctionPrivateSubCommand1_Click()Dimp!,T1!,r!,h1!,h2!,b1!,b2!,v!,M!,Mf!,Mf1!,Mo!,Mc!,Mjum!,Tz!,T!,a1!,a2!,Mx!,Nx!,Ny!,N1!,Nj!,N!,L!T1=Val(Text1.Text)r=(Val(Text2.Text))/2h1=Val(Text3.Text)h2=Val(Text4.Text)b1=Val(Text5.Text)b2=Val(Text6.Text)v=Val(Text7.Text)Tz=Val(Text8.Text)T=Val(Text9.Text)a1=Val(Text10.Text)a2=Val(Text11.Text)L=Val(Text12.Text)p=x(T1,r,h1,h2,b1,b2,v)Text13.Text=Str$(p/1000)M=0.6*p*Sqr(r*(h1-h2))Mf1=0.003*p*a1Mf2=0.02*(M+Mf1)Mf=Mf1+Mf2Mo=22510714Mc=M+Mf+Mo第69页共71页 Text14.Text=Str$(M/1000000)Text15.Text=Str$(Mf/1000000)Text23.Text=Str$(Mc/1000000)Mjum=Sqr((M^2*Tz+Mo^2*T)/(Tz+T))Text24.Text=Str$(Mjum/1000000)IfMc<=1875892858ThenText20.Text="过载校核合格"ElseText20.Text="过载校核不合格"EndIfIfMjum<=750357143ThenText21.Text="发热校核合格"ElseText21.Text="发热校核不合格"EndIfMx=(550+L)*(1-((550+L)/3900))*pNx=Mx/(0.8*r^3)Ny=(M+Mf1+Mo)/(1.6*a1^3)N1=550*a2*p/(0.8*a1^3*(L+a2))Nj=Sqr(3*Ny^2+N1^2)N=145Text16.Text=Str$(Nx)Text17.Text=Str$(N1)Text18.Text=Str$(Ny)Text19.Text=Str$(Nj)IfNx<=NAndNj<=NThenText22.Text="轧辊强度校核合格"ElseText22.Text="轧辊强度校核不合格"EndIfEndSubPrivateSubForm_Load()EndSubPrivateSubLabel1_Click()第69页共71页 EndSubPrivateSubLabel10_Click()EndSubPrivateSubLabel15_Click()EndSub第69页共71页 附图1:开坯机配辊图第69页共71页 附图2:万能粗轧机组辊形图第69页共71页'