金属压力加工车间设计07辅助设备选择和生产能力计算.ppt

7 辅助设备选择和生产能力计算,根据不同用途和作用，辅助设备分为加热、冷却、 切断、矫直、起重运输等。（P96130） 确定其型式、能力和数量。选择原则如下： 1. 满足生产工艺流程要求； 2. 保证有较高的工作效率，充分发挥主设备的能力（大10%20%）； 3. 节省投资（重量，占地面积，性能价格比）,7.1 加热设备,包括加热炉和热处理炉： （均热，退火，淬火，时效，回火，常化等）。 按工艺用途分为：铸锭的加热及均热炉； 半成品和成品退火炉； 成品热处理炉。 按加热温度分为：低温炉（轻金属及合金）； 中温炉（重金属及合金）； 高温炉（碳钢及合金钢）。,7.1.1 炉型选择,应考虑坯料材质，形状，断面尺寸，装料温度，产 量，质量等。 1. 均热炉主要用于初轧车间，特厚板车间加热厚度400mm的钢锭。 炉型有：换热式，蓄热式，复座式均热炉等 2. 均匀化炉消除铝镁合金铸造时的热应力和化学成分、组织的不均匀。,上部单侧双烧嘴式 长宽高：7.945m 数量：30个炉坑 使用燃料：高焦炉混合煤气 每坑最大装入量：160t 兼作塑料模具钢的回火炉,宝钢初轧产线均热炉简介,加热炉,加热坯料，以便轧制。可分为预热段、加热段和均热段。,7.1.1 炉型选择,3. 连续式加热炉 (1) 推钢式炉投资少能耗较高，用于产量质量要求不高的车间 (2) 步进式炉上个世纪70年代以来在型、板热轧机取代推钢式炉的主要炉型。 步进式加热炉优点 1）炉长不受推钢比限制不产生拱钢，粘钢现象。 2）生产能力大，单位炉底面积产量比推钢式炉高。 3）维护、修炉容易。,7.1.1 炉型选择,步进式加热炉优点： 3）加热均匀，表面擦伤少，质量高。 4）氧化铁皮损失少，通常为0.51.5%。 5）坯料种类，规格，材质，批量及温度易于调配，可加热推钢式炉无法加热的异型和薄、小规格的坯料，且易于排空检修。 6）自动化程度高，与主轧机配合好。 步进式加热炉缺点 一次性投资大。,7.1.1 炉型选择,(3) 环形加热炉管材和有色金属型、板车间用 有固定炉壁的环形室和环形回转炉底，炉底从装料门至出料门回转一整圈的期间内，铸锭或轧坯即被加热。 除基本具有步进式炉的优点外，还具有炉内气氛易控制，单位能耗少等优点。 但机械设备复杂，占地面积大，单位炉底面积产量（炉底强度）比推钢式炉小（生产能力小）及装出料门近（操作不便）的缺点。,7.1.1 炉型选择,(4) 感应加热炉（通常为工频炉） 现代挤压机车间广泛采用，其具有加热速度快，体积小，耗电低，可实现机械化自动化等优点，但对铜合金，钢锭等加热温度高，单位电耗大，产量高的车间很少采用，但对加热温度范围窄的金属或合金（如不锈钢、钛合金）仍然有采用。,7.1.2 加热炉产量计算,1. 按加热时间进行计算 Q = LnG / bT 式中： Q加热炉小时产量； L炉子有效长度（m）; n装料排列数; G每根坯料重量（t）; b坯料的炉内宽度（m）; T加热时间（h）; T=cb c材质系数,7.1.2 加热炉产量计算,注意： 1) 该法为现有炉子的产量计算，对新设计的加热炉，Q为主要设备要求的小时产量，通常按主要设备平均小时产量的1.11.2 倍计算（Q=(1.11.2) AP）, 或按计算产品中比例较大，小时产量较高的产品计算。 2) 按Q计算后，由于炉底强度的不同，按Q计算出的炉长不一定能满足加热时间T 要求，因此还必须按有关公式确定炉底强度。,7.1.2 加热炉产量计算,2. 按炉子生产率指标计算 Q = PF/1000 式中： P有效炉底强度（kg/m2h）, 通常取P=500700kg/m2h，厚规格取上限； F炉底布料面积（m2）; 炉子干扰系数（0.91.0），多座炉取下限； Q炉子小时产量，取值同上。 对于设计新炉，通常用该法计算。,7.1.3 炉子尺寸的确定,1. 炉宽： 主要根据坯料长度确定。 单排：B=l+2C 双排：B=2l+3C 式中： l 坯料最大长度（m）； C料间或料与炉墙间隙（0.20.3m）,7.1.3 炉子尺寸的确定,2. 炉长： L=F/b 式中： F炉底有效面积； b计算产品坯料宽度。 （1）对于推钢式炉：Libmin 式中： i推钢比，坯料条件较好时 i=250300 bmin坯料在炉内的最小宽度（m）。 当Libmin时，取23座炉子。,（2）对步进式炉 L确定后还应： 1）增加炉长方向坯料间的间隙(n-1)a，n装料块数；a料间间隙，通常取0.05m。 2）为了防止步进时坯料撞炉门，增加坯料入炉定位距离，通常为11.5m（宽料取上限），当坯料位子确定后，步进机构立即作踏步运动。 当L60m时，取23座炉子。 有色金属用的连续炉和箱式电阻炉，感应炉主要技术参数见表5-41表5-48；热处理炉自学。,7.1.3 炉子尺寸的确定,3. 推钢机的选择 推钢式加热炉炉后采用推钢机，其中有： 螺旋式结构简单，重量轻，造价低，但传动效率低，零件易损。推力和推速低用于推力小于20吨的小型车间。 齿条式结构复杂，重量大，造价高，但传动效率高，不需要经常维修，推力和推速大用于推力大于20吨的大、中、小型车间。 液压式传动更平稳，重量更轻，结构简单，并能调速，但需要液压站。现代化车间。,7.1.3 炉子尺寸的确定,（1）推力：P=Qf Q被推金属的重量（t）； f摩擦系数，通常取0.50.6。 当P计算出来后应查相应手册确定推钢机吨位。 （2）推速取决于坯料规格，炉子产量和出料方式 料高H=3040mm v=0.050.08m/s H=100300mm v=0.10.12m/s 为了减少间隙时间，回退速度约为推进速度的两倍。,7.1.3 炉子尺寸的确定,（3）行程 取决于坯料规格，辊道宽度，出料要求，一次吊运（输入）坯料量及检修要求等。 通常：25004000mm,7.1.3 炉子尺寸的确定,7.2 切断设备选择,其主要有锯机，剪机，折断机三大类。 7.2.1 锯机 主要有园盘锯，杠杆式锯，滑座式锯等型式。 园盘式锯结构简单，主要用于锯切50 mm 的 棒、型材及薄壁管材。 杠杆式锯主要用于热锯小断面半成品棒、型材。 滑座式锯主要用于锯切大断面的管、棒、型材。 此外园盘飞锯用于连续焊管机组和冷弯型钢机组的锯切。,1. 锯机参数确定 （1）锯片直径D取决于被锯坯料之最大断面。 D2(h+b)+d 式中： d锯片的夹盘直径mm, d=(0.350.5) D h锯切件最大高度mm, b伸入辊道下面值，100150mm（新锯片）,7.2.1 锯机,D 亦可按经验选取： 方钢：D=10b+300 mm 圆钢： D=8b+300 mm 角钢：D=3b+350 mm 工槽钢：D=b+400 mm b锯切件宽度 mm， 一般锯片直径都系列化了，常用直径有1200mm， 1500mm，1800mm等.,7.2.1 锯机,（2）锯片厚度S S=(0.180.2) D锯片直径mm。,7.2.1 锯机,（3）锯机功率N N=PBf10-6 kW 式中：P单位锯切面积上之锯切力，MPa； B锯缝宽度mm，B=S+24mm f单位时间内锯下金属的断面积，mm2/s； f=uh ， h被锯件断面高度，mm； u进锯速度，10300mm/s。,7.2.1 锯机,P值大小主要取决于被锯金属在锯切温度下的机械性能，而锯齿形状、锯切速度和锯切件断面大小也有影响。锯机功率大小一般由实验确定。 通常，锯机的功率和主要参数参考同类厂家或产品目录选取，表5-58表5-59为各锯机之主要技术性能。,7.2.1 锯机,7.2.1 锯机,2. 锯机台数（负荷率）计算 T / Tzh 85% 式中： T锯切节奏（周期）时间，s； （与轧制节奏时间的确定方法同） t = t1+t2+t t1锯切一根料的纯锯时间，s； t1=(n+1)tz tz锯切一次的纯锯时间，s； n一根料的被锯定尺数。 t2锯切一根料的间隙时间,s,t2=ntj tj锯切一次间隙时间，s; t锯切相邻两根料之间间隙时间，s；,7.2.1 锯机,则： T=(n+1)tz+ntj+t 当： T/Tzh85%时，需选用2台或两台以上。 从上面计算可以看出锯机生产能力要大于轧机的，一般要大于15%左右。,马钢H型钢热锯机简介,锯机技术参数 锯机生产能力计算,数量：3台（一台固定，两台移动，配有定尺机） 锯片直径：1800mm 锯断能力：6000mm2/s 切头尾、分段、定尺及取样,宝钢初轧产线热锯机简介,7.2.2 剪切机,其主要有平刃剪，斜刃剪，园盘剪和各种飞剪。 （1）剪切力计算： P=K1K2bH F 式中： K1剪刃钝化和间隙系数， 热剪取1.21.3, 冷剪取1.5。 K2换算系数，K2 = /b= 0.70.8 剪断时之剪应力(MPa),7.2.2 剪切机,b抗拉强度（MPa） H相对剪切深度(mm), 热H =0.85 , 冷H =(1.21.6) 被剪金属之延伸率，% F被剪金属的断面积mm2 按计算之P选相应的剪机能力，对已有剪机按P校核 吨位。,剪切机,作用：1）将轧件切成规定的尺寸；2）将轧件头尾切掉。,宝钢初轧产线大剪简介,板、大方、矩形材剪切机 上切式 切头尾、切定尺、分段剪切 剪切力为2000吨,7.2.2 剪切机平刃剪,（2）剪切行程 H=H1+H1+H2+H3 式中： H1辊道平面至剪机压板下平面之距mm, H1= h+5070mm h被剪金属的最大厚度，mm H1上下剪刃重叠量，取H1=525mm H2压板低于上剪刃值，H2=550mm H3辊道上平面超出下剪刃值，H3=520mm 以上值h大时取上限,7.2.2 剪切机平刃剪,（3）剪刃长度： L=(34)B ( 小剪机) L=(22.5)B (大、中型剪机) L= B+200300mm (板坯剪) B-被剪金属最大宽度mm. （4）刀片断面尺寸 刀片横断面高度：h=(0.651.5)H 刀片横断面厚度：=(0.30.4)h H-被剪金属最大高度mm.,（5）行程次数 取决于轧机生产能力及剪切质量。 P=6001600kN n=1630次/min P=25008000kN n=1020次/min P=1000025000kN n=314次/min,7.2.2 剪切机平刃剪,(6) 生产能力计算 A=3600nG/T 式中： A剪机小时能力 t/h ; n同时剪切根数； G被剪金属重量 t ; T剪机节奏时间，T=t+t ;,7.2.2 剪切机平刃剪,t剪切时间， L每根轧件长度m； L 剪切定尺长度m（L/l为剪切次数，取整数）； K 剪机理论剪切次数； K外加剪切次数，锭到坯取23，其他取1；,7.2.2 剪切机平刃剪,t相邻两根料剪切的间隙时间通常实测 L相邻两块料之头尾间距m； v 辊道线速度 v/s； 剪切时对中操作时间 tc清理头尾时间 tg空转时间 剪机生产能力大于轧机15%。,7.2.2 剪切机平刃剪,7.2.2 剪切机斜剪刃,用于剪切板、带、薄钢坯等 （1）剪切力： kN 式中： K1=1.31.5; K2=0.70.75; K3剪刃间隙系数； =26时 K3=1.11.3， 大取下限 剪刃倾角； h被剪金属厚度，mm；余同上。,7.2.2 剪切机斜剪刃,（2）剪刃倾角与被剪金属厚度有关 h(mm) 319 1235 35 () 13 35 812 (3) 剪刃长度L L=Bmax+50 Bmax被剪金属最大宽度mm (4) 行程 HBmax tg (5) 生产能力计算 与平刃剪相同，其间隙时间由实测确定。,7.2.2 剪切机园盘剪,（1）剪切力：公式用斜剪刃，K3=1.21.4；其余同前 （2）园盘直径：D=(50100)h； h被剪金属最大宽度mm 有色金属： D=(3268)h; 薄规格取上限。 （3）剪刃厚度：=（0.060.10）D (4) 剪切速度v h(mm) 25 510 1020 2025 v(m/s) 1.02.0 0.51.0 0.250.5 0.20.3,7.2.2 剪切机园盘剪,(5) 生产能力计算 A=3600G/T T= t+t 式中： t纯轧时间，t=L/v, L,v剪切长度，剪切速度； t相邻两根轧件间隙时间； 剪机负荷率要大于轧机15%以上。,7.2.2 剪切机飞剪,飞剪用于横切运行中的金属料。 其剪切力和生产能力计算与前述剪机基本相同。,最大剪切断面:145方/165圆 最大剪切力: 189t 剪切精度：20mm 切头尾、分段、定尺。,宝钢初轧产线飞剪简介,剪刃刃口：V型（剪圆断面） U型（剪方断面）,7.3 矫直设备,其主要有辊式矫直机，压力矫直机，张力矫直机三大类。 辊式矫直机的工作是连续进行的，生产效率高，应用广 压力矫直机是靠冲头往返运动进行矫直的，生产率低； 张力矫直机多用于有色金属材料的矫直。 矫直的目的长度方向矫直； 横断面整形； 表面氧化铁皮疏松。,矫直机,辊式矫直机,管材、棒材矫直机,张力矫直机,生产过程中，因加热不均或冷却不均，及轧辊调整不当，轧件在纵向或横向产生变形，一般需要矫直机进行矫直。 带平行辊的型钢或钢板矫直机；斜辊式矫直机主要用于矫直钢管。,7.3.1 辊式矫直机,1. 板带材辊式矫直机 （1）矫直辊直径D D = (E-S) h/S mm 式中：h被矫金属厚度，mm; E弹性模量； S屈服强度 通常取: D=(0.90.95)t t：辊子节距 薄规格取上限 t =（1020）h,（2）节距t ; (t略大tmin) ，经验值 t=（1020）h （3）辊数n n越多矫直质量越好，与矫直材厚度有关。 h(mm) 0.251.5 1.56 6 n 1929 1117 79,7.3.1 辊式矫直机,（4）辊身长度 L=Bmax+a (与轧辊相同) (5) 矫直速度v按h和生产率确定 h(mm) 0.54 430 V(m/s) 0.17 0.10.3（冷） 0.41.35（热） （6）生产能力计算与园盘剪相同 板带材辊式矫直机的基本参数、技术性能见表5-65 至5-68。,7.3.1 辊式矫直机,7.3.2 型材矫直机,（1）辊径 D=(0.750.9)t （2）节距 t=(520)h （3）大型材辊数 n=59 中小型材 n=710 （4）速度v 产品 大型 中型 小型 v(m/s) 0.252 13(最大810) 5（最大10） （5）辊身长度L与轧件最大宽度有关，应考虑孔型数 （6）生产能力计算，同园盘剪，但大于轧机能力25%。,7.3.3 斜辊式矫直机,按辊子数目分有三、五、六、七辊等型式。 用于矫直300mm管 和 100mm棒材，矫直辊一般做成双曲线辊。 按辊型曲线分为正弦，立式双曲线和卧式双曲线，参见表5-70表5-73。,7.3.4 压力矫直机,压力矫直机 借助于冲头的上下往复运动来矫直材料。主要用作补充矫直和局部矫直，属于间断作业，效果较差。 技术参见表5-74表5-75。,7.4 冷却设备（冷床）选择,将轧件冷却到100以下，以便精整及包装。冷床形式有步进式、链式、钢绳拉料机式。,7.4.1 冷床结构型式及其比较,1. 中厚板轧机目前大多选用步进式冷床 冷床型式 下表面划伤 平直度 移动速度 冷却速度 运行配合 维护 投资 爪链（绳轮） 1 5 5 2 2 5 5 运输链 5 4 5 4 3 2 3 步进式 5 4 2 3 3 4 3 辊盘式 5 3 4 5 5 4 2 注：表中高分为好,2. 型、管（断面小而长的轧件） 大多数选用步进式冷床 应确保细而长轧件冷却过程中不发生附加弯曲和扭转，并防止表面划伤，故其冷床床体为往复运动式或旋转运动式，有步进齿条式、摆式、斜辊式冷床等；且以步进齿条式冷床应用最广。 3. 线材 主要采用辊式或链式冷却线再加上钩式运输机冷却。 见下图！,7.4.1 冷床结构型式及其比较,7.4.2 冷床主要参数的确定,1. 冷床的宽度B B=Lmax+12m； 或 B=1.1Lmax； Lmax进冷床前轧件最大长度，m。 对进冷床前已经剪成n根l(m)长的定尺，则： B=nl+23m,2. 冷床长度L 应保证在冷却时间内轧出的轧件能全部堆放在冷床上。 式中： A最大小时产量t/h (应为与加热炉对应的炉子最大小时产量) G每根料重量，kg; C相邻两根料之间中心距离，m（按最宽轧件确定） 轧件在冷床上冷却到所需要的温度的时间（h）,7.4.2 冷床主要参数的确定,K冷床利用系数 型式 爪链式 链式 带潜行装置 盘辊式 步进式 K 0.40.5 0.40.5 0.60.7 0.8 0.8,7.4.2 冷床主要参数的确定,3. 冷却时间的确定 （1）按同类车间相同规格产品实测的冷却时间选取。 （2）理论计算： = (Q1- Q2) /F P 式中： Q1、Q2冷却前后轧件的热含量，千卡/米 Q=qtg q轧件在某一温度下的热含量 （碳钢850时 q=0.1645 千卡/千克 度; 碳钢150时 q=0.112 千卡/千克 度） t轧件温度,7.4.2 冷床主要参数的确定,g轧件单位长度重量 kg/m 自然对流传热系数 （千卡/米 小时 度）, 轧件温度850150时取13。 F轧件单位长度冷却面积 m2 P冷却时平均温度,7.4.2 冷床主要参数的确定,对于简单断面钢材： = Gt / F G、F单位长度轧件的重量（kg）、散热面积(m2) t单位重量、单位散热面积轧件从800冷却到 10050的冷却时间（h），查表或实测可得。 表5-78为实测的几种型钢产品的冷却时间。,7.4.2 冷床主要参数的确定,4. 冷床生产能力计算 由 L=1000A C / KG 得冷床能力 AL= KGL/1000C , ：冷却时间 L/C单位时间冷却到所需要温度的根数（根/小时） 通常还可按代表产品的冷却到所需要温度的实际存放根数与冷床上可存放根数计算负荷率：,7.4.2 冷床主要参数的确定,实际需存放根数 n= /Tz (取整数) 冷却到所需要的温度的时间（s）； Tz轧制节奏时间 冷床负荷率 n/nL100%85%,7.4.2 冷床主要参数的确定,7.5 酸洗设备,根据产品的不同，有框式酸洗（板、管、型材）和连续酸洗（带材）等方式。 框式酸洗的酸（碱）槽长度和宽度按轧件长度和宽度（或捆宽）确定，深度按装框量确定。 连续酸洗槽宽度按轧件宽度确定，其长度按洗净轧件表面的时间和轧件的运行速度确定，对普碳带钢，2分钟即可除去氧化铁皮，若运行速度为18m/min，则酸槽长度需要36m。,7.5 酸洗设备,其生产能力: A=3600bK1Fv 式中： F酸洗材断面积m2， v酸洗速度m/s， 酸洗材比重 t/m , b成材率%， K1利用系数,7.6 起重运输设备,包括起重机、辊道、运输小车及升降设备。 7.6.1 辊道 主要用于运输轧件，连接设备或机组间的联系和参与轧制过程，一般占车间设备总重量的2040%。 按辊道在生产过程中所起的作用分：上料，炉前，炉后，运输，工作辊道(设置在轧机工作机座的前后方，靠近工作机座参与轧制过程)； 按其结构分：实心，空心，圆形，锥形和异形辊道。按传动方式分：单独传动，集体传动和分组传动。,H型钢的轧制,7.6.1 辊道设备,主要参数有直径D，辊身长L，节距t，和线速度v （1）D根据轧件重量、要求及辊子强度确定 （2）L取决于轧件宽度、轧机的辊身长和用途。 （3）t取决于轧件的长度 t Lmin/ 2 （4）v取决于辊道的用途和工作条件， 机前vv轧(510)%，以免轧件过分撞击导卫装置和孔型 机后vv轧(510)%，以保证轧件不拱起。,7.6.2 起重机吊车 行车 天车,主要用于车间原材料、产品、设备或部件的起重和运输。 1. 类型桥式、门式、钳式、磁力起重式及电动葫芦等。 桥式应用最广： 双梁：起重量大，运动速度快； 单梁：起重量小，运动速度慢，机修车间用。 门式：用于露天装卸料。 半门式：利用车间一排柱子。,7.6.2 起重机吊车 行车 天车,2. 主要参数 （1）起重量按吊运物件的最大重量选取； 还考虑今后产量增加提高起重量的可能性。 （2）运行速度取决于吊车的用途， 检修、换辊用吊车运行速度小于操作用吊车。 成品库及原料库吊车采用较高的速度。,3. 工作制度按起重量，运行速度，使用频繁程度分： 轻级（25%）主电室 (提升及运行速度较慢)； 中级（40%）安装，检修，换辊等(提升及运行速度中等)； 重级（60%）操作行车（原料和成品的吊运） (提升及运行速度较大)。,7.6.2 起重机吊车 行车 天车,4. 起重机的台数n按轧机班产量计算， N=(1.11.2)T/480K 式中：T起重机每班工作时间（分）； K起重机作业率，取K=0.8; 起重机有效工作时间系数=0.8。 * 通常中小型车间每70100米应有一台起重机，原料库，成品库每跨至少应有两台吊车。,7.6.2 起重机吊车 行车 天车,1. 名词解释： 成材率、轧制图表、轧机负荷率 成材率是成品重量与投入的原料重量之比的百分数，成材率是一项重要的技术经济指标，其高低反映了生产组织管理及生产技术水平的高低。 轧制图表轧制图表也称轧制进程表和轧制工作图表，表示和反映了轧制道次和轧制时间之关系的图表。 轧机负荷率轧机的全年实际轧制时间与全年计划轧制时间之比，反映了轧机的是否被充分利用以及设备间的平衡情况,2. 以热轧六机架连续轧制为例画图说明轧制图表的特点及特征时间。 答：热轧六机架连续式轧机的轧制图表如右下图所示，其特点是： （1）通过各机架之金属秒体积流量相等； （2）各道次间的间隙时间随各机架轧机轧制速度的提高而递减， tj1tj2-tjn （3）轧制节奏时间为：T = tzh + t （4）轧制总延续时间为：Tz