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1、(2016 届)届) 专科科毕业设计专科科毕业设计 题目名称题目名称: 年产量年产量 80 万吨高速线材车间工艺设计万吨高速线材车间工艺设计 学院(部)学院(部):冶金工程学院冶金工程学院 专业专业:金属材料与热处理技术金属材料与热处理技术 学生姓名学生姓名: 班级班级:学号:学号: 指导教师姓名指导教师姓名 :职称:职称: 湖南工业大学专科毕业设计 2016 年年 5 月月 湖南工业大学专科毕业设计 0 摘摘 要要 根据设计要求拟建一个优碳年产 80 万吨的高速线材生产车间。它的最高轧 制速度为 110m/s,产品规格为 5.512mm,盘卷单重约 2 吨。 连铸坯在步进梁式加热炉中使用煤气
2、加热,侧进侧出,加热能力为 75t/h。加热炉由微机控制,出炉温度为 9001050。 该套轧机采用全连轧无扭工艺,连铸坯为 150150mm,长约为 12m,单重 约为 2.3t 的方坯。在 13 架平立-交替布置的粗轧机和中轧机之后,布置了 2 架 预精轧机,13 架精轧机。 轧后冷却通过水冷箱和一套斯太尔摩冷却运输线(120m)来完成。该套斯 太尔摩冷却运输系统采用延迟型冷却装置,可对成品轧材的最终性能控制如抗 拉强度及产品的金相组织和氧化铁皮厚度进行最终控制。 计算机系统用于控轧和控冷,无张力轧制,最佳剪切尺寸控制和缺陷检测。 关键词 : 高速线材;生产方案;孔型设计;校核 湖南工业大
3、学专科毕业设计 1 目目录录 摘 要.1 第 1 章 绪 论.5 第 2 章 产品方案的确定与编制金属平衡表.8 2.1 产品方案的确定 .8 2.1.1 产品方案 .8 2.2 确定金属平衡表 .9 2.2.1 确定计算产品的成品率.9 2.3 计算产品的选择 .10 2.3.1 计算产品选择的原则.11 2.3.2 计算产品的技术标准.11 第 3 章 生产工艺流程的制定.14 3.1 制定生产工艺流程 .14 3.1.1 制定生产工艺流程的依据.14 3.1.2 工艺流程简介.14 3.2 详细的工艺流程 .15 3.2.1 上料与加热.15 3.2.2 高压水除鳞.13 3.2.3 轧
4、制.13 3.2.4 控制冷却.14 3.2.5 精整.14 3.2.6 剪切、废钢及氧化铁皮清除.14 第 4 章主要设备选择.20 4.1 方案的比较及选择 .16 4.1.1 轧制速度的确定.16 4.1.2 线数的确定.16 4.1.3 总机架数的确定.16 4.2 高线生产的主要设备的特点及其选用 .16 4.2.1 高线生产的主要设备概况.16 第 5 章 典型产品计算 .26 5.1 总延伸系数的计算 .22 5.2 轧制道次的确定 .22 湖南工业大学专科毕业设计 2 5.3 孔型系统的选择 .22 5.3.1 粗轧、中轧孔型系统选择.23 5.3.2 预精轧、精轧机组孔型的选
5、择.23 5.4 主要参数的计算 .24 5.4.1 箱型孔型(k1,k2)设计系数的确定.24 5.4.2 各道次延伸系数的确定.25 5.4.3 成品孔(方孔)设计 .25 1 k 5.4.4 椭圆孔型的设计 .26 5.4.5 圆孔型的设计.26 5.5 各个孔型计算 .26 5.6 摩擦系数的确定 .31 第 6 章 轧机力能参数计算及电机设备校.35 6.1 轧制压力的计算 .35 6.1.1 平均单位压力的计算.35 6.1.2 总轧制压力 p .36 6.2 轧辊强度校核 .36 6.2.1 孔型在轧辊上的配置.36 6.2.2 轧辊强度校核 .37 6.2.3 危险断面尺寸的确
6、定.38 6.2.4 轧辊强度校核.38 6.3 传动力矩计算 .40 6.3.2 摩擦力矩.40 6.3.3 空转力矩.41 6.3.4 动力矩.41 6.4 电机校核 .41 6.4.1 电机校核.41 第 7 章 生产能力计算 .54 7.1 典型产品的小时产量计算 .44 7.2 轧机年可轧制时间 .44 7.3 主要产品轧机小时产量 .45 7.4 加热炉小时生产能力计算 .46 7.5 工作制度及年工作时间的确定 .46 7.4 轧机负荷率及轧机年产量计算 .47 7.4.1 轧机负荷率.47 7.4.2 轧机年产量.47 湖南工业大学专科毕业设计 3 7.5 加热炉的生产能力计算
7、 .47 7.5.1 设计条件.47 7.5.2 加热炉生产能力计算.48 第 8 章 厂房平面布置和起重运输设备.50 8.1 厂房平面布置 .50 8.1.1 主轧跨.50 8.1.2 成品跨.50 8.1.3 轧辊及导卫轴承加区域.50 8.1.4 车间原料及成品跨面积计算.50 8.2 p/f 线运输能力验算.51 第 9 章 高线车间主要经济指标.53 9.1 高线车间主要经济指标 .53 参考文献.54 致 谢.55 湖南工业大学专科毕业设计 4 第第 1 1 章章 绪绪 论论 线材制品的品种与质量,不仅决定于其本身的生产工艺技术与装备水平, 而且在很大程度上更有赖于其原料线材的冶
8、炼与轧制技术。也就是说, 线材品种质量的提高,将大大促进线材制品行业的发展与进步,否则线材制 品行业的发展将受到制约,甚至处于落后状态。这是 100 多年来线材制品行 业发展历史所证实的因此线材与其制品的关系是密不可分的。 线材一般是指直径为 516mm 的热轧圆钢或相当该断面的异型钢,因 以盘卷状态交货,统称为线材或盘条。国外线材规格已扩大到约 6.50mm。常 见线材多为圆断面,异型断面线材有椭圆形、方形及螺纹形等,但生产数都 很少。 线材在国民经济中的作用与地位是非常重要的,首先,线材产量占钢材 总产量的比例很大、一般国家线树产量占钢材总产量的 8%10%,而我国 却占 20%以上;其次
9、,线材用途十广泛,除直接用作建筑钢材外,线材的深 加工产品用途更为广泛和重要。例如各类商品钢丝及专用弹簧钢丝、焊丝、 冷缴钢丝、镀锌钢丝、通讯线、轮胎钢丝及钢帘线、高强度钢丝及钢纱线舶 承钢丝、模具钢丝、不锈钢丝、各种钢丝绳、钢钉、标谁件等等,可以说遍 布国民经济各个部门,是不可或缺的重要品种。国外先进工业国家线材加工 比在 70%左右,我国为 30%左右。 线材生产的兴起与发展是随着科技进步、国民经济的发展而发展起来的。 线材轧机的开发与创新是线材生产发展的首要条件。 据记载,世界上第一台线材轧机在 16 世纪已经问世当时是用锻坯轧制 线材而比较正规的线材轧机在 18 世纪中期才出现,由粗轧
10、及精轧两列横列式 轧机组成。因为采用反围盘及人工喂钢轧制,其轧速度超过 8m/s,同时受头 尾温差大的影响,线材存在着尺寸精度差、盘重小、性能不稳定等致命缺点, 限制了横列式轧机的发展。 为了保证产品质量并提高产量,同时也为了降低生产成本,必须提高轧 制速度,所以 20 世纪初开发了半连续式轧机。该轧机由粗、中、精轧机组组 成,粗轧及中轧采用连轧,精轧机组仍采用横列式轧机,即活套轧制;复二 重轧机是半连续式轧机的一个特例,中轧及桔轧机列在两个正围盘之间采用 连轧,实现了机械化操作,轧制速度提高到 16m/s,生产能力有很大提高, 盘重增加到 200kg 左右,尺寸精度较横列式为好,但品种及质量
11、未有根本好 转。 湖南工业大学专科毕业设计 5 20 世纪 60 年代是线材生产技术发展的兴盛与创新时期,在轧制速度不 断提高的同时也解决丁大盘重线材的控制冷却问题,因此从根本上解决了盘 重增大后,内层的线村长时间在高温下停留生成粗大的晶粒,使内外线材的 力学性能差别很大,表面氧化铁皮厚等问题。 为了进一步解决产品品种及质量问题,英国在 1862 年建成了第一台连续 式轧机。该轧机机座采用串列式布置形式,轧件同时在几个机架中轧制,各 道次的金属秒流量相等。可单机驱动,有较高的调整精度,实现微张力或无 张力轧制:由于没有穿唆轧制,没有大活套,所以头尾温差小,产品性能得 到改善。到 20 世纪 5
12、0 年代,随着机械制造、电气传动及控制水平的提高, 线材轧制速度达 36m/s,尺寸公差(0.30.4)mm,盘重为 500kg 左右,一套 轧机年广量在 3050 万吨。当时典型的连续式线材轧机是两线 8 架集体传动 的美国摩根型轧。 目前世界上应用最广泛的摩根型高速无扭轧机是美国摩根公司 1962 年开 始研制的,1966 年首先应用于加拿大钢铁公司哈密尔顿厂。第一套摩根型高 速线材轧机于 1966 年 9 月正式投产,轧制速度 4350m/s,同时摩根公司和 加拿大斯太尔摩公司联合,开发了线材轧后控制冷却系统,称之为斯太尔摩 线。 高速线材轧机一出现就显示出极大的优越性,继美国之后,其他
13、一些国 家和公司也纷纷创新高速线材轧机,出现了各种机型。目前基本上有四种 1) 测交 45 的美国摩根型;2)1575 的德国德马克型;3)顶交 45 的英国阿希洛 型;4) 09 平立布置的意大利达涅利肋型。其中摩根机型应用最广泛。 各种机型各有优点,但基本工艺特点差异不大。 20 世纪 70 年代以来,国外主要产钢国家普遍采用高速线材轧机和控制 冷却技术作为线材生产的主要工艺技术;在冶炼方面主要是用转炉或电炉 初炼,然后采用炉外精炼技术进行二次精炼,同时基本上是以连传代替模铸, 而且采用全保护浇铸;所以生产出的线材生产率高、成本低、品种多、质 量又好。 据不完全统计,目前世界上有近 3 万
14、条高速线材轧机。年产线材约 7000 万吨、其中高线产量约 80%以上,线材产量占钢材总产量 9%10%;各国的输 出量与输入量平均在 20%左右。美国是世界上最大的线材输入国,每年线材 消费员约 800 万吨,而本国每年只牛产 400450 万吨,输入量占 30% 50%,日本是世界上线材输出量最大的国家每年线材产量约 750 万吨,输出 量约 20 万吨;世界上线材产量最大的国家是中国,19 四年线材实际产量为 260b 万吨。 湖南工业大学专科毕业设计 6 目前我国拥有线材轧机近 110 套,其中复二重轧约占半,横列式线材 轧机有近 30 套(将逐步被淘汰);其余 40 多套多为高速线材
15、轧机,其中从国 外引进的高水平线材轧机有 20 多台国产高速线材轧机有近 20 套。1999 年, 全国生产线材 2608 万吨,其中高线产量 1218 万吨,高线比已经达到 46.7%;优质硬线比约 10%,但精炼比不到 30%。 从品种与质量来看,我国对国际标准 iso、欧洲标 d2tn、日本标准 j15 中所列线材钢种、规格等基本可以全部生产,而且能达到相应的标准要求。 国产线材除个别品种外(如钢帘线、气门弹簧、超低碳不锈钢用线材等),基 本都能满足用户要求,供需基本平衡,自给率达 93%。 湖南工业大学专科毕业设计 7 第第 2 2 章章 产品方案的确定与编制金属平衡表产品方案的确定与
16、编制金属平衡表 2.1 产品方案的确定 2.1.1 产品方案 线材车间工艺设计首先要考虑车间产品方案的选择,产品方案的选择确定了 生产品种,从而可以确定生产工艺流程、轧机布置等一系列选择,就是说,产 品方案是线材生产车间工艺设计的第一步,也是主要依据。确定产品方案的原 则如下: (1) 满足国民经济发展对产品的需要,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) 要考虑地区之间产品的平衡。正确处理长远与当前、局部与整体的 关系。做到供应适应、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。如果条件具备,努力争取轧机向专 业化和产
17、品系列化方向发展,以利于提高轧机的生产技术水平。 (4) 考虑建厂地区资源、坯料的供应条件、物资和材料等运输情况。 要适应当前改革开放的经济形势需要,力争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 产品大纲 根据线材的生产现状、社会线材需求量,产品生产以及现如今我国生产能 力和技术的发展水平,现拟订产品方案: 产品规格:5.513mm(典型产品:q2356mm) 钢种:碳素结构钢、弹簧钢、优质碳素结构钢、冷镦钢和焊条钢。 各类产品的年产量及其在总年产量中所占百分比见表 2.1 湖南工业大学专科毕业设计 8 表 2.1 产品方案表 序号品种规格/
18、mm年产量/万吨合计/万吨百分比/% 1 1普通低碳钢6-13171721.25 2 2普通低碳钢5.5-11 11.5-13 9 5 1417.5 3 3钢丝绳钢7-13 5.5-6.5 7 5 1215 4 4焊条钢5.5-13101012.5 5 5钢帘线钢5.5-13101012.5 6 6合金结构钢6-139911.25 7 7螺纹钢8-12888.75 合计合计8080100 2.2 确定金属平衡表 2.2.1 确定计算产品的成品率 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。成品率是指成品质量与投料量之比的百分数。换句话, 也就是指一吨原
19、料能够生产出的合格产品重量的百分数。其计算公式为: (2-1)%100 q wq a 式中:成品率,%;a 投料量(原料重量) ,t;q 金属的损失重量,t。w 影响成品率的因素: (1) 烧损:金属在高温状态下的氧化损失称为烧损。 (2) 溶损:是指在酸、碱洗或化学处理等过程中的溶解损失。 (3) 几何损失:包括切损、残屑。 (4)工艺损失:又称技术损失,是指个工序生产中由于设备和工具、技 术操作以及表面介质问题所造成的不符合质量要求的产品。 2.2.2 金属平衡表的制定 湖南工业大学专科毕业设计 9 表 2.2 金属平衡表 序 号 品种规格/mm年产量/ 万吨 轧废/ 吨 切损/ 吨 烧损
20、/ 吨 成材率 /% 年需坯/万 吨 1普通低 碳钢 6-13 合计 17 17 244 244 1466 1466 1390 1390 98.2 98.2 17.31 17.31 2普通低 碳钢 5.5-11 11.5- 13 合计 9 5 14 287 92 379 1004 399 1403 909 609 1518 97.6 97.8 97.7 9.22 5.11 14.33 3钢丝绳 钢 7-13 5.5- 6.5 合计 7 5 12 102 92 194 663 430 1093 665 578 1243 98.0 97.8 97.9 7.14 5.11 12.25 4焊条钢5.5
21、-13 合计 10 10 246 246 1228 1228 926 926 97.7 97.7 10.24 10.24 5钢帘线 钢 5.5-13 合计 10 10 163 163 1060 1060 677 677 98.1 98.1 10.19 10.19 6合金结 构钢 6-13 合计 9 9 205 205 717 717 1278 1278 97.6 97.6 9.22 9.22 7螺纹钢8-12 合计 7 7 82 82 530 530 688 688 98.2 98.2 7.13 7.13 合计8015137497819097.981.72 2.3 计算产品的选择 本车间拟生产
22、多个品种多个规格的产品,但是,不可能对每种产品的每一 个品种、规格及状态都进行详细的工艺计算。为了减少设计工作量,加快设计 速度,同时又不影响整体设计质量,从中选择典型产品作为计算产品。 湖南工业大学专科毕业设计 10 2.3.1 计算产品选择的原则 有代表性:从中找出 12 种产量较大、产品品种、规格、状态、工艺特 点等有代表性。 通过所有的工序:是指所选的所有计算产品要通过各工序,但不是说每 一种计算产品都通过各工序。 所选的计算产品要与实际接近。 计算产品要留一定的调整余量。 2.3.2 计算产品的技术标准 在制定工艺流程时,不论用哪种加工方式和选用什么工序,都必须保证产 品达到相应的技
23、术要求,产品才能具有较高的使用价值。因此,产品的技术要 求是制定工艺流程的首要依据,是组织生产的基本文件。 根据 zbh44002-88 和 gb/t3429-94 规定,计算产品的几何形状与尺寸精确 度,钢的化学成分与性能以及表面质量如下: 1. 直径允许偏差 直径允许偏差为0.25mm。 2. 脱碳层深度 允许脱碳深度为 2.00%。 3. 不圆度偏差 不圆度不大于公差直径的 50%。 4. 化学成分标准 2.3 化学成分表 化学成分%不大于% 牌号 csimnpscrnicu 65mn0.620.700.170.370.901.200.0350.0350.250.300.25 5. 表面
24、质量 盘条的表面不得有肉眼可见的裂纹、结疤、折叠及夹杂。允许以实际尺寸 算起不超过尺寸公差之半的个别细小划痕、压痕、麻点及深度不超过 0.2mm 的小裂纹存在。 湖南工业大学专科毕业设计 11 第第 3 3 章章 生产工艺流程的制定生产工艺流程的制定 3.1 制订生产工艺流程 合理的生产工艺流程应该是在满足产品技术条件的前提下,要尽可能低 的消耗,最少的设备、最小的车间面积、最低的产品成本,并且根据车间具 体的技术经济条件确定车间机械化和自动化程度,以利于产品质量和产量的 不断提高和使工人具有较好的劳动条件。 3.1.1 制订生产工艺流程的依据 根据生产方案的要求:由于产品的产量、品种、规格及
25、质量的不同,所采 用的生产方案就不同,那么主要工序就有很大的差别。因此生产方案是编制生 产工艺流程的依据; 根据产品的质量要求:为了满足产品技术条件,就要有相应的工序给予保 证,因此,满足产品标准的要求是设计生产工艺流程的基础。 根据车间生产率的要求:由于车间的生产规模不同,所要求的工艺过程复 杂程度也不同。在生产同一产品情况下,生产规模越大的车间,其工艺流程也 越复杂。因此,设计时生产率的要求是设计工艺流程的出发点。 3.1.2 工艺流程简介 钢坯的准备:连铸坯 150mm150mm12000mm 装炉加热:将钢坯加热到奥氏体温度,以利于轧制。 高压水除鳞:坯料在加热炉加热之后,进入粗轧机组
26、之前,需高压水除鳞, 破除坯料表面的氧化铁皮和次生氧化铁皮,以免压下表面产生缺陷。 粗、中、精轧机组轧制:使轧件轧成成品的尺寸,其中,粗轧机组 6 架, 中轧机组 6 架,预精轧机组 4 架,8 架精轧机,4 架的减定径机组,这条生产线 上共有 28 架轧机。 飞剪切头尾:轧件进入每组轧机之前都要进行切头尾工作,目的是为了除 去温度过低的头部以免损伤辊面,并防止轧件头部卡在机架间导卫装置中,卡 断剪用于中轧机组、预精轧机组和精轧机组前,在事故状态下碎断轧件。 穿水冷却:为了降低进入精轧机组的轧件温度,在精轧机组之前设置水箱, 以控制终轧温度。 吐丝成卷:轧出的线材在穿水冷却后,通过吐丝成卷形成
27、散卷。 斯太尔摩散卷冷却:控冷线按不同的钢种和产品用途,控制其冷却速度, 以得到相应的成品质量。 湖南工业大学专科毕业设计 12 精整与运输:包括集卷、修整、检查、取样、捆轧、称重挂标牌,用集 卷装置收集散卷,并将其挂到 p-s 运输线上的 c 形钩上,依次完成集卷、修 整、检查、取样、捆轧、称重挂标牌等工序,之后卸卷入库。 3.2 详细的工艺流程 3.2.1 上料与加热 由于生产的产品主要是优质碳素结构钢,所以不宜采用热装热送工艺。将 冷却后连铸坯由电磁盘吊车提升到+5 米高的上料台架上经过喷丸、探伤,修磨 处理的合格的钢坯送入入炉辊道,称重、测长后送入加热炉进行加热。 根据不同钢种的加热制
28、度和加热要求,钢坯在步进梁式加热炉内加热至开 轧温度 9501150,由出炉辊道送往粗轧机进行轧制。 3.2.2 高压水除鳞 由于主要生产的是优碳钢,为保证轧件表面质量和成品的综合性能,须在 粗轧机前设置高压水除磷装置。 3.2.3 轧制 采用全连轧方式生产,钢坯出炉后,由辊道将轧件送入由 6 架平立交替布 置的短应力线二辊轧机组成的粗轧机组进行轧制。轧件出粗轧机组经飞剪切头 后再进入有 6 架平立交替的短应力线二辊组成的中轧机组进行轧制。中轧机组 轧出的轧件经飞剪切头后由导管经立活套进入预精轧机组,预精轧机组由 4 架 平立交替的悬臂辊环式轧机组成。机架间设有立活套器,对轧件进行无张力轧 制
29、或微张力轧制。 从预精轧机组出来的轧件经中间水箱冷却,以保证进精轧机组所需要的轧 制温度,再经飞剪切头,由侧活套器进入无扭精轧机组进行轧制。精轧机组为 8 架“v”型 45无扭轧机,对轧件进行高速、单线、微张,无扭轧制。 为了提高轧机作业率和改善产品质量,在精轧机组后设置减定径机组(2 台 减径和 2 台定径轧机) ,可对轧件更加高效、高速、高精度,无扭轧制,终轧最 大保证速度为 100 米/秒。 表 3-1 各种钢轧制及吐丝温度表 序 号 钢种名称代表钢 号 第一架轧机 入口温度 精轧机入口 温度 减定机入口 温度 吐丝温度 1优碳钢70#950308501080010840860 2低合金
30、钢20mnsi1000308801077020800840 湖南工业大学专科毕业设计 13 3.2.4 控制冷却 从精轧机组和减定径机组出来的线材进入水冷段。采用开环控制,以控制 轧件合理的吐丝温度和减少氧化铁皮的生成。轧件由夹送辊进入吐丝机,成线 环进入斯太尔摩冷却线进行控制风冷。根据冷却的钢种、规格的不同,在各生 产工艺软件中对辊道速度、风量、开启或关闭保温罩进行设计,自动调节,以 控制线材的冷却速度,从而获得适应于不同要求的线材。代表性线材控制冷却 的目的和控冷工艺如下: 表 3-2 各钢种线材控制冷却的目的和控冷工艺 序 号 钢种最终目的最终材质要求最终组织要求控冷工艺 1优碳钢省去拉
31、拔加工前 的铅浴淬火 强度高、拉拔性能好, 拉拔后韧性高 索氏体控制风冷 2低合金钢简化球化退火接近球化前组织细珠光体延迟冷却 3.2.5 精整 经风冷后的线环在集卷站收集成盘卷后,经芯棒旋转、翻平,再由挂卷小 车将盘卷挂至 p/f 线的形“c”钩上,继续冷却,并进行表面和外形尺寸检查, 剪去超公差和未穿水冷却的头尾部,取样,压紧打捆,称重及挂标牌,然后到 卸卷站卸卷,排齐,由吊车吊至成品跨呈梯形存放,按合同计划发货。 3.2.6 剪切、废钢及氧化铁皮清除 整个轧线共设有 6 台剪机,其中 3 台飞剪机分别设置在粗轧机组后、中轧 机组后,精轧机组前,用于剪切轧件的头部和尾部,并可起事故碎断作用
32、。3 台卡断剪分别设置在 13#机组前、精轧机组前和减定机组前。 飞剪切下的头尾及事故碎断的废钢经溜槽落入平台下的收集筐中,由叉车 堆料场整理存放;其他轧制废品用火焰切割成小段装入收集筐中,再由汽车运 走。 落入铁皮沟的氧化铁皮,经水冲至沉淀池中,定期用抓斗抓出放到滤水池 中,滤干后用汽车运走。细颗粒氧化铁皮和废油在水处理站凝结成沉淀,制成 泥饼,由汽车外运。 3.3 生产工艺流程图 湖南工业大学专科毕业设计 14 图 3-1 高速线材车间工艺流程框图 连铸坯上料运送坯料称重加热 连铸坯 热装 运送 缓冲储存 高压水除磷 预精轧 机轧制 飞剪 切头 (尾) 中轧机 轧制 粗轧机 轧制 飞剪切
33、头(尾) 水冷箱 冷却 飞剪切 头(尾) 无扭精轧 机轧制 在线 测径 水冷箱 控制冷却 p对铸铁轧 辊 k1=0.8,本设计 112 机架为球墨铸铁,1326 机架采用碳化钨辊环 k2-轧制速度影响系数 湖南工业大学专科毕业设计 32 k3-轧件材质影响系数,本设计以优碳钢为主,故取 k3=1.1 1轧制温度的确定 本设计采用低温轧制,且为优碳钢,故开轧温度为 980,具体参见表格 5-1 中所示。 2轧制速度的确定 各道次轧制速度的确定按下式: vi=vi+1/i+1 (5- 17) 公式中: vi,vi+1 分别为第 i 和第 i+1 道次的出口速度 i+1 为第 i+1 道次延伸系数
34、本设计保证速度为 100 米/秒,各道次出口速度见表 5-1。 湖南工业大学专科毕业设计 33 表 5-1 孔型设计计算表 道 次 延伸系数轧件面积 mm2 轧件长度 m 速度 m/s k1k2k3温度摩擦系 数 11.311274100.30.811.19800.493 21.32847620.240.40.811.19600.502 31.32690638.250.550.811.19400.51 41.3472950.50.750.811.19300.517 51.6393365.290.990.811.19200.519 61.55302787.681.280.80.981.19100
35、.513 71.481478113.291.720.80.91.19000.475 81.451063149.542.220.80.81.19000.422 91.45824190.212.930.80.71.19000.37 101.4532245.373.730.80.61.19000.317 111.28392245.374.820.80.521.19000.275 121.28225370.456.030.80.51.19000.264 131.26170390.327.660.70.51.18500.241 141.2482.1478.139.390.70.51.18500.241
36、151.2473597.6711.730.70.51.18500.241 161.264726.17280.70.51.18500.241 171.251914.28490.70.51.18000.25 181.12471110.83640.70.51.18000.25 191.15391388.52830.70.51.18000.25 201.1533.81680.211000.70.51.18000.25 湖南工业大学专科毕业设计 34 表 5-2 轧制表 道次堆拉率速度(m/s)轧辊实际转速 (rpm) 压下量(mm)摩擦角() 10.2710.7940.026.24 20.3614.2
37、445.026.66 30.519.2644.0427 40.6925.8147.627.34 50.9334.5633.7727.43 61.2144.9639.127.16 71.6584.5833.9625.4 82.16110.5726.7222.87 92.88144.3018.5620.3 103.7186.7521.818 114.77236.7514.5815.38 125.98297.4217.2514.78 137.59564.709.9213.54 149.29693.0712.313.54 1511.61853.818.5213.54 16271043.629.813.
38、54 170.03491768.766.2814 180.04642169.667.6414 190.05892679.955.2214 200.051003253.325.6714 湖南工业大学专科毕业设计 35 第第 6 6 章章 轧机力能参数计算及电机设备校轧机力能参数计算及电机设备校 轧制压力是轧钢工艺和设备设计、选取的基本参数之一,是设备选取、设 备改造、设备核算,制定合理的压下制度,增产挖潜的重要依据之一。 6.1 轧制压力的计算 6.1.1 平均单位压力的计算 研究单位压力在接触弧上的分布规律,对于从理论上正确确定金属轧制时 的力能参数轧制力,传动轧辊的转矩和功率具有重大意义,因
39、为计算轧辊及 工作机架的主要零件的强度和计算传动轧辊所需的转矩及电机功率,一定要了 解金属作用在轧辊上的总压力,而金属作用在轧辊上的总压力大小及合力作用 点位置完全取决于单位压力。 确定平均单位压力的方法有三种:理论计算法、实测法、经验公式和图表法。 采用理论计算法,计算平均单位压力的公式有几种: ekelund,sims,stone,采利荷夫计算式等等,这些公式具有自己的适用范围和限 制条件,本设计采用 s.ekelund 公式来计算平均单位压力。 s.ekelund 公式适用范围: 1)s.ekelund 公式适用于热轧型钢时计算平均单位压力的半经验公式。 2)适用于当轧制温度大于 800
40、,锰含量小于 1.0%。 3)当轧制速度小于 5m/s,该公式比较准确,当轧制速度大于 5m/s 时,需 要采用 s.ekelund 修正公式。 s.ekelund 公式:p=(1+m)(k+) (6-1) m :外摩擦对单位压力的影响系数 h :该道次平均压下量 h,h :轧制前后轧件平均高度 :粘性系数, =0.01(14-0.01t)c10 mpa (6-3) :平均变形速度 、:变形速度对于变形抗力的影响系数 f :轧件与轧辊间的摩擦系数 26 2 . 16 . 1 ll hh hhrf m 46 )( 2 ll hhr h v 湖南工业大学专科毕业设计 36 v :轧制速度 k :静
41、载时平面变形抗力4 k=9.8(14-0.01t)(1.4+c+mn+0.3cr) mpa (6- 5) 公式中:t-轧制温度 c,mn,cr-钢中的碳,锰,铬含量,% s.ekelund 修公式9: p=(1+m)(k+)a ,a-修正系数, (6- 6) a=0.9682+0.00656v (6- 7) 6.1.2 总轧制压力 p p=pf (6- 8) 轧件与 轧辊接触面积为: 式中: bh,bh-轧制前后轧件宽度 l-接触弧长 6.2 轧辊强度校核 6.2.1 孔型在轧辊上的配置 孔型系统及各孔型尺寸确定以后,还要合理的将孔型分配和布置到各机架的轧 辊上,配辊应做到合理,以便轧制操作方
42、便,保证产品质量和产量,并使轧辊 得到有效的应用。孔型配置的一般原则为6: 1)力求轧机各机架的轧制时间均衡; 2)为了便于调整,成品孔必须单独配置在成品机架的一个轧制线上; 3)考虑孔型的磨损程度及对其质量的影响,每一道次备有不同数量的孔型,当 孔型磨损到影响成品质量时,可以只换孔型而不必换轧辊。 4)咬入条件不好或操作困难的道次应尽量布置在下轧制线; 5)确定孔型间距及孔环宽度时,应尽量考虑辊环强度以及安装和调整轧辊 辅件的操作条件。 )96( 2 )( llhrbbblf hh 湖南工业大学专科毕业设计 37 图 6-1 由上而下依次为 1#6#机架孔型在轧辊上的配置情况 湖南工业大学专
43、科毕业设计 38 表 6-1 轧辊及电机参数表 轧辊主电机 轧辊尺寸 辊径(mm) 机组机架 号 机架 布置 maxmin 辊身长度 (mm) 材质功率 (kw) 转速 rmp 1h610520760球墨铸铁ac400750/1500 2v610520760球墨铸铁ac400750/1500 3h610520760球墨铸铁ac600900/1800 4v610520760球墨铸铁ac600900/1800 粗轧 机组 5h610320760球墨铸铁ac600900/1800 6h430370650球墨铸铁ac700900/1800 7v430370650球墨铸铁ac600900/1800 8h
44、430370650球墨铸铁ac700900/1800 9v430370650球墨铸铁ac600900/1800 中轧 机组 10h430370650球墨铸铁ac700900/1800 11h28525595wcac700900/1800 12v28525595wcac600900/1800 13h28525595wcac700900/1800 预精 轧机 组 14v28525595wcac600900/1800 154521219272wc900/1800 164521219272wc900/1800 174521219272wc900/1800 精轧 机组 184521219272wc ac
45、5400 900/1800 194521219272wc900/1800减定 径机 组 204521219272wc 2ac200 0750/1900 6.2.2 轧辊强度校核 由于粗,中轧机轧制压力较大且来料尺寸波动大,而予精轧、精轧压力小, 且使用高硬度的碳化钨辊环,故本设计只校核粗机组的轧辊强度,对辊身只计 算弯曲,对辊颈则计算弯曲和扭矩,对中轧机机组,预精轧及精轧机组轧辊则 不予校核8。 湖南工业大学专科毕业设计 39 6.2.3 危险断面尺寸的确定 1轧辊危险断面尺寸的确定 dw=dmin+s-h (6-10) 式中:dw 轧辊危险断面直径; dmin轧辊最小直径,即报废前的公称直径
46、; s该道次的辊缝; h该道次的孔高度。 2粗、中轧机组轧辊辊颈尺寸的确定 粗、中轧机组使用滚动轴承,其型式为四列圆柱滚动轴,辊颈直径 d 和新辊直径 d 之间存在以下关系16: d=(0.530.55)d (6- 11) 辊颈长度 l 和辊颈直径 d 之间存在以下关系:l=d+2030 6.2.4 轧辊强度校核 6.2.4.1 轧辊简支梁图示及受力如下所示: 1 轧辊简支梁图示及受力如下所示: 轧辊受力图 6-2 及弯矩、扭矩图 6-3 和 6-4 所示: a b p ra l rb 图 6-2 轧辊受力图 湖南工业大学专科毕业设计 40 m mmax x 图 6-3 弯矩图 图 6-4 扭
47、矩图 上图中:l轧辊辊身长度;1轧辊辊颈长度; a压下螺丝中心线至辊身边缘的距离,一般 a12; b辊身边缘至第 n 孔作用点距离,bc(n1)e, c 为辊身边 缘至第一孔中心线的距离,e 为相邻的两孔中心线 间距; ra、rb是机架对轧辊的支撑作用力。 6.2.4.2 作弯矩图 rap(lba)/(l2a) (6- 12) mp(lba)(ab)/(l2a) (6- 13) 当 n1,2,3时,计算 m1;m2;m3 则 mmaxmax(m1;m2;m3),如图 6-3 所示。17 6.2.4.3 辊身强度较核 弯曲应力 mmax/wmmax/(0.1dw3) (6-14) 对 qt60-
48、2 球墨铸铁轧辊,许用应力 rb120mpa16。 湖南工业大学专科毕业设计 41 6.2.4.4 辊颈校核 1)扭转应力 mn/wnmn/(0.2d3 ) (6- 15) 2)弯曲应力 mj/(0.1 d3 ) (6- 16) 式中:mn , mj辊轧危险断面处的扭转和弯矩; mp(lba)a/(l+2a); (6-17) mn9550n/nj,nm n电机输入功率 nj轧辊基本转速 rmp 电机功率; 计算合成应力 对铸铁辊,由莫尔强度理论,若 rb,则辊颈强度满足 。 6.3 传动力矩计算 一般说来,为了传动轧辊,电机轴上所需的力矩,由以下四部分组成10: m=m/i+mf+mo+md
49、(6-18) 式中:m轧制力矩,此即为使轧件发生塑性变形所需的力矩; mf传至电机轴上的附加摩擦力矩; mo空转力矩,即在空转时传动轧钢机所需的力矩; md动力矩,此力矩是为了克服速度变化时的惯性力所必需的; i电动机到轧辊的传动比。 6.3.1 轧制力矩 m m=2pxl (6- 19) 式中:x轧制压力力臂系数,根据塑加原理图示 192 确定; l变形区长度。 6.3.2 摩擦力矩 mf=mf1/i+mf2 (6- 20) 式中:mf1轧辊轴承中的摩擦力矩; 22 465 . 0 35 . 0 湖南工业大学专科毕业设计 42 mf2传动机构中的摩擦力矩; mf1=pdf1 d轧辊辊颈直径
50、f1轧辊轴承中摩擦系数; mf2=(1/-1)(m+mf1)/i 主电机到轧辊的传动效率。 6.3.3 空转力矩 mo=(0.030.06)mh (6-21) mh=9550nk/n 式中:mh电机额定力矩; nk电机额定功率; n电机额定转速; 6.3.4 动力矩 高线采用全连轧,故 md=0 6.4 电机校核 6.4.1 电机校核 对于交流电机,主要进行额定校核: (1) 由于轧制总力矩小于额定力矩,校核通过,详见表 6-5。 湖南工业大学专科毕业设计 43 表 6-2 轧制压力计算表 道次外摩擦 影响系 数 m 变形抗 力 k(mpa) 粘性系数 (mpa) 变形速度 (s-1) 修正系
51、 数 c 平均单位压 力(mpa) 总压力(kn) 10.145115.50.421.141132.81804.29 20.1421210.442.0091139.192163.49 30.207126.50.462.6621154.161743.47 40.256129.250.474.2681164.861733.41 50.231320.486.2411166.041273.35 60.146134.750.499.4981187.641370.66 表 6-3 轧辊危险断面尺寸及强度校核表 道 次 轧辊除 断面直 径 mm 辊 颈 尺 寸 mm 最大弯 距 knm 弯曲 压力 mpa
52、辊颈弯 距 knm 辊颈扭距 nm 合应 力 mpa 弯曲 应力 mpa 扫转 应力 mpa 轧辊 许用 应力 mpa 是 否 安 全 1454.86330501.1753.2176.884838.6749.2349.220.67120安 全 2431330593.4174.12222.534838.6761.9361.920.67120安 全 3474.54330488.1745.4156.916048.3343.6843.660.84120安 全 4454.2330477.7751175.516048.3348.8648.880.84120安 全 5487.47330350.1430.28
53、129.956048.3336.1936.60.84120安 全 6471.26330383.7836.67123.366048.3334.3534.320.84120安 全 湖南工业大学专科毕业设计 44 表 6-4 传动力矩计算表 道 次 力臂 系数 传动 比 i 轧辊 轴承 摩擦 系数 f1 轧制力矩 (knm) 传动 效率 轧辊轴承 摩擦力矩 (knm) 传动机构 摩擦力矩 (knm) 摩擦力矩 (knm) 空转力矩 (knm) 总力矩 (knm) 10.4588.760.003162.390.961.790.0770.0970.2042.13 20.4266.540.003218.0
54、80.962.140.1380.170.2043.651 30.4357.490.003149.940.961.730.110.140.2552.922 40.4141.660.003156.350.961.720.1580.1990.2554.207 50.4230.910.00396.260.961.260.1320.1730.2553.542 60.4623.760.003126.10.961.360.2330.290.2555.852 表 6-5 电机校核表 道 次 轧件长 度 m 速度 m/s 机架间距 m额定力矩(knm)轧制总力矩 (knm) 最过载力矩(knm) 115.220
55、.273.0005.0932.1312.733 220.240.363.0005.0933.65112.733 328.130.53.0006.3672.92215.918 438.150.693.0006.3674.20715.918 550.50.933.0006.3673.54215.918 665.291.217.5006.3675.85215.918 湖南工业大学专科毕业设计 45 第第 7 7 章章 生产能力计算生产能力计算 因为连轧机每架只轧一道次,并保持单位时间内通过各机架的金属秒流量 相等,所以各道次纯轧时间相等。 因坯料长度 ml10 0 纯轧时间 s sm m t 7 .
56、 73 /100 108 .736 参考同类车间可取间隙时间 st5 轧制节奏 sttt 7 . 785 7 . 73 7.1 典型产品的小时产量计算 若某一品种规格产品轧机小时生产能力: kg/h (7- i c i ci h t w p 3600 1) 式中某一产品规格成品的盘卷重 i c w 某一品种规格产品的轧制周期 s i c t i g i r i c ttt 式中t 两个轧件的间隙时间,s; i g t 纯轧时间,s; i r (7- i f i f bi r vw w t . 7 . 2%)5 . 11 (1000 2) 式中w 成品重量,kg/m i f 则所有品种规格产品每
57、线平均小时产量为 (7- i i hp pp h 3) 湖南工业大学专科毕业设计 46 7.2 轧机年可轧制时间 通常高速线材轧机亦象一切轧机一样.采用一日三班连续工作制。全年除节 假日和必要的检修时间外,均为开工时间。即 (7- pnaw tttt 4) 式中 年开工时间;d w t 年日历时间;365 d a t 集中假日停工时间;d n t 停工检修时间;d p t 在开工时间内并非都在轧钢,因此轧机年可轧制时间为: (7-)1 ( orecwr tt 5) 式中 换辊、换孔、换导卫及换品种规格试轧时间占总工作时间的百 c 分比;一般为 10%11%。 电气故障停思时间占工作时间百分比;
58、2%。 e 轧制故障停轧时间占总工作时间百分比;一般为 5%。 r 其他故障停轧时间占总工作时间百分比;约 2% o 7.3 主要产品轧机小时产量 (7-qkb t a 3600 6) 式中:原料重量(吨)q 轧钢机利用系数,粗中轧机 k=0.850.9;成品轧机k k=0.80.85 b成品率, %100)1 ( w b 湖南工业大学专科毕业设计 47 各种损耗,参考同类车间w 烧损0.8% 切损0.8% 轧废1.5% 检查样品0.2% 取 =96.7%,取=0.9bk 则典型产品的小时产量为: htqkb t a/137967 . 0 9 . 046. 3 7 . 78 36003600
59、高速线材轧机年生产能力: )1 ( crha kkntpp 式中 n线数; kc废品率;一般为 1.5%3%. k多线生产影响系数. 7.4 加热炉小时生产能力计算 按钢种计算最大的理论小时产量: a=3600qnc/t (7-7) 式中:t轧制节奏时间 q坯料单根重量 n轧制线数 c难轧系数(高碳钢,合金钢难轧系数为 0.9) 7.5 工作制度及年工作时间的确定 轧机年工作制度及年工作时间的确定具体见表 7-2 所示: 表 7-2 年工作时间表 湖南工业大学专科毕业设计 48 项目时间备注 日历时数365 天计 8760 小时 工作制度三班连续工作,节假日不休 大中修20 天每年一次 小修5
60、20 小时每周一次用 10 个小时 年计划工作时间7760 交接班329 小时每班 20 分钟 设备及操作事故350 小时 换辊及导卫400 小时一般安排在小修中进行,该项是 指小修外所占用时间 年有效工作时间6597 小时 7.4 轧机负荷率及轧机年产量计算 7.4.1 轧机负荷率 轧机负荷率=轧机年需作业时间/轧机年有效作业时间 =5982/6597=89.54% 7.4.2 轧机年产量 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,公式如下: ktaa jwp (7-8) 式中 车间年产量(万 t/年);a 平均小时产量(t/h); p a 轧机一年内计划工
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