年产56万吨棒材厂车间设计

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题 目：设计年产量为 56 万吨的棒材厂车间，计算产品为32mm 的螺纹钢，占年产量的 9%学生姓名： 学 号：专 业： 班 级：指导教师： 内蒙古科技大学毕业设计说明书I年产量为 56 万吨棒材生产车间，设计产品 32mm 螺纹钢，占年产量的 9%摘要近年来，随着钢铁工业的蓬勃发展，对钢铁产品的需求逐年加大，为棒材带来生机和新的挑战。棒材作为小型材的重要组成部分，在我国的钢铁生产占有着极其重要的位置。在棒材生产线过程中，我国已掌握切分轧制技术并实行生产，对于传统的孔型中轧制技术尤为成熟，特别是控制轧制、控制冷却的技术的应用，保证了棒材的质量。轧制能耗一直是影响轧制产品成本的一个主要因素，在轧制过程中要降低不合格率，实行轧制过程中的全程跟踪和管理。本设计是在包头建立一个 56 万吨的中型棒材厂，主要生产 1240mm 的圆钢和螺纹钢。代表产品为 32mm的螺纹钢，其产量为年产量的 9%。产品质量执行国家标准。主要包括产品方案的制定、孔型设计、主辅设备的选择、生产能力的计算、车间平面布置、主要经济技术指标等内容。关键词：螺纹钢；孔型设计；车间布置；强度校核；设备内蒙古科技大学毕业设计说明书IIA bar plant of 560,000 tons production capacity ,design produanction 32mm thread steel，accounting for 9% of annual outputAbstractIn recent years,it brings vital forces and new challenge for rods as the viorous development of on iron and industry and great demand for iron and steel products year by year. Rods as a important part of small profile account for very important position on the steel industry in china. In the process of manufacturing the rods and bars and wire stock, slit rolling technology and implementation of production based on this technology is mastered in domestics, and the traditional method of rolling pass in the technique is more mature, particular in controlled rolling, controlled cooling technology to ensure the quality of rods and bars. Rolling energy consumption is a major factor to decide the rolling production cost, while to reduce the productive rate of unqualified products and implement the track and management in the whole process. The design is to establish a medium-sized rods and bars plant capability of 560,000tons,which produces round steels and thread steel bars with diameter 1240mm.Its representative produce thread steel bars with diameter32,whose output is 9% of the annual output.The quality of product follows and executes national standard. Mainly include the product scheme of designing, the pass design, the choice of main equipment, calculation of production capacity,the plant layout and main economic and technology indicators.Keywords: Thread steels; Pass design; Facility layout; Strength check; equipment.内蒙古科技大学毕业设计说明书III目录摘要 .IAbstract .II第一章 前言 11.1 国内外的发展现状 11.2 可行性分析 21.2.1 自 然 资 源 21.2.2 包 头 水 资 源 概 况 .31.2.3 技 术 条 件 分 析 31.2.4 交通运输分析 4第二章 产品方案的编制 52.1 产品方案的 制定 .52.1.1 产品方案的内容 52.1.2 产品方案的选择原则 .52.1.3 产品方案的确定 .52.2 产品标准与技术要求 62.2.1 产品的标准 62.2.2 热轧带肋钢筋相关技术要求 72.3 金属平衡表的编制 .82.3.1 金属消耗 82.3.2 金属消耗组成 .8第三章 确定车间生产工艺 .103.1 确定轧机类型及布置形式 .103.1.1 轧钢机选择的原则 .103.1.2 确定轧机的类型及布置形式 .103.2 确定产品的工艺流程 .123.2.1 制订工艺流程的依据 .123.2.2 生产工艺流程 .133.2.3 工艺流程概述 14第四章 设计产品的工艺设计 154.1 坯料的选择 154.2 坯料的准备 .154.3 坯料的加热 154.3.1 加热速度制度 .164.3.2 加热温度制度 174.4.1 轧制温度制度 .174.4.2 轧制速度制度 .18第五章 产品的孔型设计 205.1 孔型设计的内容、要求、原则 20内蒙古科技大学毕业设计说明书IV5.1.1 孔型设计的内容 205.1.2 孔型设计的要求 .205.1.3 孔型设计的原则 215.2 孔型设计的程序 .215.2.1 孔型系统的选择 .215.2.2 轧制道次的确定 .215.2.3 确定各方、圆形断面尺寸 235.2.4 确定各中间扁轧件的断面尺寸 .23第六章 轧制规程 的确定 296.1 轧辊速度的确定 .296.2 道次间隙时间 296. 3 轧辊的转速 .306.4 轧制温度降计算 316.5 变形抗力计算 326.5.1 轧件的变形程度 336.5.2 轧件的平均变形程度 .336.5.3 轧件的变形速度 .33第七章 轧制参数的计算及电机和轧辊的校核 357.1 轧制压力的计算 .357.1.1、计算单位轧制压力 357.1.2 接触面积的确定 357.1.3 轧制力的计算公式 367.2 传动力矩的计算 377.2.1 轧制力矩的计算 377.2.2 附加摩擦力矩的计算 .377.2.3 空转力矩的计算 387.3 静负荷图绘制 .397.4 主电机校核 .407.5 计算产品 32 热轧带肋钢筋的电机校核 417.5.1 粗轧机的电机校核 417.5.2 中轧机的电机校核 417.5.3 精轧机的电机校核 427.6 轧辊校核 427.6.1 计算产品的轧辊强度计算 45第八章 轧钢机产量计算 488.1 轧机小时产量的计算 488.1.1 纯轧时间 488.1.2 轧制节奏时间 488.1.3 轧制总延续时间 488.2 轧钢机平均小时产量 508.3 车间年产量计算 518.4 轧制图表的绘制 51内蒙古科技大学毕业设计说明书V第九章 辅助设备选择 539.1 选择原则 539.2 加热设备的选择 539.3 剪切设备的选择 549.4 冷却设备选择 .579.4.1 冷床结构与形式 .579.4.2 冷床的性能参数 589.5 起重运输设备的选择 589.5.1 辊道的选择 589.5.2 起重运输设备选择 60第十章 车间平面布置及经济技术指标 6210.1 车间布置形式 6210.1.1 平面布置原则 6210.1.2 金属流程线确定 6210.1.3 设备间距的确定 6310.1.4 仓库面积计算 6310.1.5 轧钢车间组成及尺寸确定 6410.2 车间主要技术经济指标 6410.3 各类材料消耗 6410.4 综合技术经济指标 66第十一章 环境保护和综合利用 68参考文献 .69致谢 70内蒙古科技大学毕业设计说明书1第一章 前言1.1 国内外的发展现状钢铁材料以其所具有的特性较高的强度和韧性、易加工成型、绿色可循环性在未来时期内仍是重要的结构材料。随着我国汽车制造、电气机械、船舶制造工业的发展，板材、棺材在钢材中所占的比例将逐渐提高，线棒材所占比例将有所下降，但其绝对值仍在上升。而且线棒材生产结构将发生很大的变化,我国线棒材无论是轧机数量还是产量均居世界第一位，而且其产量还在以较快速度增长。目前，我国线棒材占钢材总产量的 48%50%。比日本同期高 20%左右，而且近几年年产量相对平稳。2001-2007 年，我国螺纹钢产量由 4389.7 万吨增加到 10136.6 万吨，2008 年螺纹钢产量为 9512.1 万吨，比 2007 年稍有下降。据国家统计局最新数据显示，2009 年 1-9 月螺纹钢累计产量为 9003.37 万吨，增长 27.50%。2009 年螺纹钢产能约为 13324.79 万吨，实际产量约为 12128.22 万吨。华东地区是我国螺纹钢最大产区。2001-2005 年该地区的螺纹钢产量占全国产量比重一直维持在 35%39%，2006、2007 年进一步增加到 40%以上。其次为华北地区，2001-2005 年该地区的螺纹钢产量占全国产量的比重在23%29%，2007 年下降到 22.1%。再次为中南地区， 2001-2007 年该地区的螺纹钢产量占全国的比重在 13%18%。西南、东北、西北螺纹钢产量所占比重较低，2007 年分别为 9.3%、4.5%和 5.9%目前我国线棒材生产有以下几个特点：1、产能高我国线棒材无论是轧机数量，还是产量均居世界第一位，而且其产量还在以较快速度增长（年平均增长速度为 15%左右） ，目前我国线棒材占钢材总产量的48%50%。与此同时，美国同期线棒材产量占钢材产量的 22%左右，日本同期线棒材产量占总产量的 27%左右，而且几年来产量相对平稳。因此我国线棒材无论是所占钢材总产量的比列还是绝对产量均高于美国和日本。2、生产装备参差不齐近年来我国小型轧机向连续化发展，线棒材生产则趋向采用高速线材轧机，到2002 年 6 月，全国共投产连续及半连续小型轧机 70 套，设计产能超过 2100 万吨/年，其中国产化设备超过 40%。到目前为止，全国共投产高速线材轧机约 70 台套（含线材内蒙古科技大学毕业设计说明书2复合轧机） ，设计产能超过 1700 万吨/年。国产化设备最高精轧速度可达 90m/s。与此同时，我国目前尚有一些落后的小型线棒材轧机再生产。据调查，约有 40%的小型型钢（线棒材）生产线属于落后淘汰设备。3、管理水平逐年提高近年来，我国线棒材厂总体生产管理水平不断提高，一般连续小型及高速线材轧机投产后 2 年左右即能达到或超过设计产量。2000 年以后，不少小型线材轧机的成材率达到 97%，一些实行负偏差轧制的轧机，成材率约在 98%以上。另外，由于注重产品质量的提高，开发了 400MPa级带肋钢筋。并且，不少企业努力增加硬线生产比例，特别是在扩大高强度低松弛预应力钢丝、钢绞线生产份额，改善冷镦钢质量，扩大品格上采取了多项措施。最近新投产的几套高速线材轧机，可提供 525mm 线材，直径公差0.1mm，椭圆度达 0.14mm，可满足不同用户的需求 1。1.2 可行性分析从资源能源方面分析在包头建一个年产量为 56 万吨的棒材的可行性分析，首先资源对一个厂是非常重要的。1.2.1 自然资源 白 云 鄂 博 铁 矿 是 一 座 世 界 罕 见 的 多 金 属 共 生 矿 床 ， 东 介 勒 格 勒 矿 、 东 矿 、 主 矿 和 西矿 四 大 矿 体 组 成 。 矿 床 为 东 西 走 向 ， 呈 巨 大 的 扁 豆 体 ， 分 布 在 东 西 长 18公 里 、 南 北 宽2 3公 里 ,总 面 积 48平 方 公 里 的 范 围 之 内 。 东 介 勒 格 勒 矿 体 ： 位 于 城 区 东 偏 北 。 海 拔 1659米 ， 东 西 长 1400米 ， 南 北 宽 300米 ， 由 19个 大 小 山 岭 构 成 。 主 要 矿 物 有 白 云 石 型 铌 和 稀土 矿 物 。 东 矿 体 ： 位 于 城 区 东 北 部 ， 海 拔 1630米 ， 东 西 长 1200米 ， 南 北 宽 350米 。 上 盘矿 物 是 矽 质 板 岩 ， 下 盘 矿 物 为 白 云 岩 。 主 矿 体 ； 位 于 城 区 北 部 ， 海 拔 1783米 ， 东 西 长1250米 ， 南 北 宽 405米 。 上 盘 矿 物 是 矽 质 板 岩 和 白 云 岩 ， 随 有 钠 辉 石 和 石 英 夹 层 。 下 盘为 白 云 岩 。 西 矿 体 ： 位 于 城 区 西 北 部 ， 由 16个 小 矿 体 组 成 ， 矿 体 分 散 ， 东 西 延 长 近 10公里 ， 南 北 宽 2公 里 ， 海 拔 1683米 。 上 盘 为 黑 云 母 岩 和 矽 质 板 岩 ， 下 盘 为 白 云 岩 。 矿 石 类型 以 磁 铁 矿 为 主 ， 另 有 赤 铁 矿 和 赤 磁 混 合 型 矿 石 。 全 铁 含 量 20 68 ， 平 均 含 量31 36 ， 含 氟 4 35 、 硫 1.59 、 磷 0.68 ， SiO27.6 ， 已 探 明 铁 矿 石 储 量 为 9.3亿吨 。 稀 土 矿 物 有 ： 独 居 石 、 氟 碳 钸 矿 、 白 云 钡 镍 矿 、 钍 等 。 稀 土 元 素 以 富 铈 组 、 贫 钇 组为 特 征 ， 饰 族 稀 土 分 配 占 96.45 98.73 ， 钇 族 稀 土 占 1.27 3.55 。 已 探 明 的 保 有 储 量 ，五 氧 化 二 铌 158.5万 吨 ， 稀 土 氧 化 物 1亿 吨 以 上 。 还 有 莹 石 、 磷 灰 石 、 石 英 石 、 闪 石 、 软锰 矿 等 。 白 云 鄂 博 铁 矿 是 目 前 世 界 上 最 大 含 铌 含 稀 土 的 复 合 成 因 铁 矿 床 。 稀 土 矿 物 的 价内蒙古科技大学毕业设计说明书3值 约 为 铁 矿 的 100倍 。 经 过 30多 年 的 探 索 研 究 ， 现 已 生 产 和 具 备 回 收 条 件 的 元 素 有 ： 铌 、镧 、 铈 、 镨 、 钕 、 钐 、 铕 、 钇 、 钆 等 。 单 一 稀 土 氧 化 物 的 纯 度 达 到 99.9 99.%； 单 一 稀土 金 属 中 ， 金 属 铈 、 镧 、 钕 、 钐 、 钆 、 镨 、 钇 的 纯 度 达 到 99 99.9 。1.2.2 包头水资源概况充 足 的 水 资 源 是 包 头 经 济 赖 以 发 展 的 重 要 条 件 。 黄 河 流 经 包 头 境 内 214 公 里 ， 水 面宽 130 米 到 458 米 ， 水 深 1.6 米 到 9.3 米 ， 平 均 流 速 为 每 秒 1.4 米 ， 最 大 流 量 每 秒 6400立 方 米 ， 年 平 均 径 流 量 为 260 亿 立 方 米 ， 是 包 头 地 区 工 农 业 生 产 和 人 民 生 活 的 主 要 水 源 。此 外 ， 艾 不 盖 河 、 哈 德 门 沟 、 昆 都 仑 河 、 五 当 沟 、 水 涧 沟 、 美 岱 沟 等 河 流 ， 水 流 量 可 观 ，也 是 可 以 利 用 的 重 要 水 资 源 。包 头 可 利 用 地 表 水 总 量 为 0.9 亿 立 方 米 （ 不 包 括 黄 河 过 境 水 ） 。 地 下 水 补 给 量 为8.6 亿 立 方 米 。 从 50 年 代 起 ， 包 头 就 开 始 了 大 规 模 的 水 字 源 开 发 ， 先 后 修 建 了 黄 河 水 源地 多 处 ， 以 及 奥 陶 窑 子 、 团 结 渠 、 民 生 渠 、 磴 口 扬 水 站 、 画 匠 营 水 源 地 等 较 大 的 黄 河 提水 工 程 ， 先 后 构 筑 了 昆 都 仑 、 刘 宝 窑 、 水 涧 沟 等 中 小 型 水 库 ， 进 行 了 大 规 模 的 水 资 源 开发 。 包 头 地 区 的 生 活 、 工 业 及 农 业 用 水 设 施 已 经 能 够 满 足 本 地 区 经 济 社 会 发 展 的 需 要 。1.2.3 技术条件分析1、 规 格 ： 一 般 应 包 括 标 准 的 牌 号 （ 种 类 代 号 ） 、 钢 筋 的 公 称 直 径 、 公 称 重 量（ 质 量 ） 、 规 定 长 度 及 上 述 指 标 的 允 差 值 等 各 项 。 我 国 标 准 推 荐 公 称 直 径 为10、 12、 14、 16、 20、 25、 32、 40mm 的 螺 纹 钢 系 列 。 该 厂 需 生 产 32mm 的 螺 纹钢 。 2、外观质量（1）表面质量。有关标准中对螺纹钢的表面质量做了规定，要求端头切得平直，表面不得有裂缝、结疤和折迭，不得存在使用上有害的缺陷等。（2 外形尺寸偏差允许值。螺纹钢的弯曲度及钢筋几何形状的要求在有关标准中做了规定。如我国标准规定，直条钢筋的弯曲度应不影响正常使用，总弯曲度不大于总长度的 0.4%。3、力学性能（1）性能指标：考核螺纹钢机械性能的检验项目包括拉伸试验（抗拉强度、屈服强度、延伸率） 、弯曲试验（一次弯曲及反弯曲） 。（2）弯曲性能按 下 表 规 定 的 弯 心 直 径 弯 曲 180 度 后 ， 钢 筋 受 弯 曲 部 位 表 面 不 得 产 生 裂 纹 。内蒙古科技大学毕业设计说明书4表 1-1牌号 公称直径（mm） 弯心直径HRB335 625 / 2850 3a/4aHRB400 625 /2850 4a/5aHRB500 625 /2850 6a/7a1.2.4 交通运输分析包 头 的 公 路 交 通 四 通 八 达 ， 已 形 成 网 络 。 北 京 至 银 川 的 110国 道 、 包 头 至 南 宁 的 210国 道 穿 。 被 称 为 塞 外 第 一 桥 的 黄 河 公 路 大 桥 ， 长 810米 ， 宽 12米 ， 桥 梁 经 久 牢 固 ， 造 型别 致 ， 使 黄 河 南 北 变 通 途 。 呼 包 高 速 公 路 西 起 包 头 东 兴 ， 东 至 呼 和 浩 特 罗 家 营 ， 全 长146.6公 里 ， 是 我 国 少 数 民 族 地 区 最 早 建 设 的 高 速 公 路 之 一 。 贯 通 我 国 华 北 、 西 北 地 区的 大 动 脉 京 包 、 包 兰 铁 路 在 包 头 接 轨 ， 旅 客 列 车 东 南 行 可 直 达 北 京 、 上 越 市 区 海 、 宁 波 ，西 行 可 直 达 银 川 、 兰 州 ， 南 下 可 直 达 太 原 、 西 安 。 包 神 铁 路 直 达 陕 西 神 木 ， 与 神 府 煤 田 、准 格 尔 煤 田 和 东 胜 煤 田 相 连 ， 闪 闪 乌 金 通 过 包 头 运 往 祖 国 各 地 。 包 头 市 内 还 有 包 白 （ 白云 鄂 博 ） 、 包 石 （ 石 拐 ） 以 及 环 城 等 铁 路 ， 连 接 着 包 头 市 各 区 旗 县 和 各 大 中 厂 矿 、 仓 库 。包 头 铁 路 客 运 分 包 头 东 站 、 包 头 站 。 东 站 是 全 国 37个 零 担 货 物 中 转 站 之 一 。 包 头 铁 路 系统 管 区 已 实 现 了 电 气 集 中 控 制 。 由 包 头 、 呼 和 浩 特 铁 路 局 和 天 津 远 洋 公 司 等 单 位 联 合 投资 建 设 的 “海 铁 联 运 ”大 型 集 装 箱 转 运 站 设 在 包 头 ， 货 物 集 装 箱 通 过 铁 路 运 往 港 口 ， 可 同世 界 各 地 实 行 门 到 门 的 运 输 。 综上所述，在包头地区建立棒材生产车间具有绝对优势。内蒙古科技大学毕业设计说明书5第二章 产品方案的编制2.1 产品方案的制定2.1.1 产品方案的内容产品方案又称产品大纲，是指设计的工厂或车间拟定的生产产品的名称、品种、规格、计划产量。产品方案是设计任务书中的主要内容之一，是进行车间设计时制定产品生产工艺过程、确定轧机组和选择各项设备的主要依据。产品方案的主要内容包括：（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。2.1.2 产品方案的选择原则（1）满足国名经济发展对轧制产品的需要，特别是根据市场信息解决某些短缺产品的供应和优先保证国名经济重要部门对于钢材的需求。（2）考虑各类产品的平衡，尤其是地区之间产品的平衡。（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。（4）考虑建厂地区资源及钢的供应条件，物资和材料等运输的情况，逐步完善和配套起我国自己的独立的轧钢生产体系。（5）要逐步解决产品品种的规格的老化问题，要适应当前对外开放、对内搞活的新的经济形势的需要。 112.1.3 产品方案的确定以包头地区为实地条件，制定本设计棒材厂的产量为 56 万吨，主要生产热轧带肋钢筋和圆钢，以直条状交货，定尺长度为 612m。钢种为碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金钢。其产品方案如表 2.1 所示。内蒙古科技大学毕业设计说明书6表 2.1 产品方案产品名称 牌号 产品规格(mm)产量 (万吨)所占比例圆钢 Q235、Q21512、14 、16、18、20、22、24、2812.322%螺纹钢 HRB335HRB400HRB400EHRB50012、1428、3216、18 、20、22、425.15.612.39%10%22%结构用钢 20、45 1440 10 18%抽油杆用圆钢20CrMoA、30 CrMoA16、18 、22、10.7 19%2.2 产品标准与技术要求产品的技术要求就是人们客观提出的对产品的牌号、规格、表面质量以及组织性能等方面的要求。例如对锅炉用钢管要具有耐高温抗腐蚀的要求，轴承钢应具有良好的弹性、耐冲击性以及较高的耐疲劳性能等。显然，因为产品的使用条件不同，产品的技术要求也不一样，此外，使用上的需要和生产上可能达到的产品要求之间存在着一定的距离和矛盾。这种矛盾的解决便产生了产品标准。实际生产中为了满足用户客观上的使用要求，每个品种都必须满足形状、尺寸规格和内部性能的要求。因而，各类产品的分类、编制、牌号、化学成分、品种规格和尺寸公差、生产技术条件、机械性能、验收规程、试验及包装方法、交货状态等，国家均有标准规定，如国标、冶标、企标等。2.2.1 产品的标准产品的标准一般都包括下列内容：1） 规格标准 也称品种标准。规定钢材应有的断面形状、尺寸大小及允许偏差，并且有供使用参考的有关参数。有时也规定某些产品的性能、试验与交货验收的某些特殊要求。2） 性能标准 规定有关金属的化学成分、物理机械性能、热处理性能、晶粒度、抗腐蚀性、工艺性能及其他性能等要求。这是对成品钢材内部质量的基本要求。3） 试验标准 规定做试验时的取样部位、试样形状和尺寸大小、试验条件以及实内蒙古科技大学毕业设计说明书7验方法等内容。4）交货标准 规定钢材交货、验收时的包装、标志（如打印、涂色等）方法及部位等有关内容。2.2.2 热轧带肋钢筋相关技术要求（1）尺寸、外形、重量级允许偏差应符合 GB1499-1998钢筋混凝土用热轧带肋钢筋的有关规定，具体要求如下：1）规格：螺纹钢的规格要求一般应包括标准的牌号（种类代号）、钢筋的公称直径、公称重量（质量）、规定长度及上述指标的允许公差值等各项。我国标准推荐公称直径为 8、10、12、16、20、40mm 的螺纹钢系列。供货长度分定尺和倍尺二钟。我国出口螺纹钢定尺选择范围为 612m。2）外观质量：表面质量 有关标准中对螺纹钢的表面质量作了规定，要求端头应切得平直，表面不得有裂缝、结疤和折迭，不得存在使用上有害的缺陷等。外形尺寸偏差允许值 螺纹钢的弯曲度及钢筋几何形状的要求在有关标准中作了规定。如我国标准规定，直条钢筋的弯曲度不大于 6mm/m，总弯曲度不大于钢筋总长度的 0.6%。（2）牌号及化学成分见表 2.2。表 2.2 HRB400 性能参数化学成分（%）牌号C Si Mn P S s/Mpa b/MpaHRB400 0.25 0.80 1.60 0.045 0.045 400 570（3）力学性能用热处理毛坯制成试样测定钢材的纵向力学性能和退火或高温回火状态的硬度，检验结果应符合表 2.2 中的规定。钢筋在最大力下的总延长率不大于 2.5%。（4）表面质量压力加工用钢材的表面不得有裂纹、结疤、折叠机夹杂。如有上述缺陷必须清楚，清楚深度从钢材实际尺寸算起应符合相关的规定。清除宽度不小于深度的 5 倍，同一截面达到最大清除深度不用多余一处。允许从实际尺寸算起不超过尺寸公差的 1/2 的个内蒙古科技大学毕业设计说明书8别细小划痕、压痕、麻点及深度不超过 0.2mm 的小列纹存在。（5）脱碳层对于含碳量大于 0.30%的钢应检验脱碳层，采用显微组织法检验每边总脱碳层深度不大于钢材直径的或厚度的 1.5%。2.3 金属平衡表的编制2.3.1 金属消耗金属消耗指标，通常以金属消耗系数表示，其含义是生产一吨合格钢材需要的钢锭或钢坯量。其计算公式为：K=W/Q （2.1）式中：K金属消耗系数； W投入坯料重量；Q合格产品重量。成材率：A=(QW)/Q 100% （2.2）式中：Q原料量 t ；W金属消耗量 t。 2.3.2 金属消耗组成1 金属消耗量：烧损、切损、工艺损失。1）烧损：金属在高温下加热表面被氧化的损失（含炉内及成型过程的二次氧化） 。一次氧化铁皮为主。对于推钢式炉加热连铸坯为 1%2%；步进式炉加热连铸坯为0.51.5%。2）切损：5%左右3）工艺损失轧废：操作不当出现事故出的废品，与坯料质量、加热质量、成型操作及均衡生产等有关。碳钢1% ； 合金钢 1%3%根据产品大纲，碳钢占 40%，合金钢占 60%设：坯料总重为 X 万吨内蒙古科技大学毕业设计说明书9则：XX1.5%X5%X 40% 0.8%X 60%2%56得 X=60.9因此，本设计车间所需的坯料为：坯料规格m，坯料总重：60.9 万吨。2 成品率 A=(QW)/Q100%根据金属消耗量的计算，碳钢的成品率为 A=92.7%、合金钢的成品率为 91.5%。 表 2.3 金属平衡编制表金 属 消 耗%烧 损 切 损 工 艺 损 失钢种坯料重 量tt % t % t %废 料 总 计t成 品 率 %年 产 量 t碳钢243600 3654 1.5 12180 5 1948.8 0.8 17783 92.7 226000低合金钢365400 5481 1.5 18270 5 7308 2 30996 91.5 334000内蒙古科技大学毕业设计说明书10第三章 确定车间生产工艺3.1 确定轧机类型及布置形式轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备，是代表车间生产技术水平。因此，选择的是否合理对车间生产具有非常重要的影响。3.1.1 轧钢机选择的原则轧钢机选择的主要依据是车间生产的钢材的钢种、产品品种和规格、生产规模的大小以及由此确定的产品生产工艺过程。在选择轧钢机时一般要注意考虑下列原则：1）在瞒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）保证获得质量良好的产品，并考虑到生产新产品的可能；4）有利于轧机机械化、自动化的实现，有助于工人劳动条件的改善；5）轧机结构型式先进合理，制造容易，操作简单，维修方便；6）备品备件更换容易，并利于实现备品备件的标准化；7）有良好的综合技术经济指标。对于线棒材轧机、钢管轧机、钢板轧机除了要求一定的强度外，还要求有足够的刚度，以保证这些轧制产品正确的几何形状和精确的尺寸。因此，选择轧钢机时除遵循上述的一般原则之外，要从产品的工艺要求出发，根据不同产品的生产特点和具体要求来确定轧机的结构型式、主要技术参数和它们的布置形式。3.1.2 确定轧机的类型及布置形式1 轧钢机布置形式轧钢机按工作机架排列成某种方式称为轧钢机布置。按照工作机架排列的方式，轧钢机布置可以分为六种。即：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；内蒙古科技大学毕业设计说明书115)半连续式布置；6)连续式布置。棒材适于进行大规模的专业化生产。在现代化的钢材生产体系中，棒材都是用连轧的方式生产的。在我国棒材的生产也已经转化成以连轧的生产方式为主。棒材车间的轧机数目一般都比较多，分成粗轧、中扎和精轧机组 4。粗轧机的主要功能是使坯料得到初步压缩和延伸，得到温度合适、断面形状正确、尺寸合格、表面良好、端头规矩、长度适合工艺要求的轧件。2 轧机的类型（1）横行式轧机。 最早的棒材轧机都是横行式轧机。横行式轧机有单列式和多列式之分。单列横列式轧机是最传统的轧制方法，在大规模生产中已遭淘汰，仅存在于拾遗补缺的生产中。单列式轧机由一台电机驱动，轧制速度不能随轧件直径的减小而增加，这种轧机轧制速度低，线材盘中小，尺寸精度差，产量低。为了克服单列式轧机速度不能调整的缺点，出现了多列式轧机，各列的 如若干架轧机分别由一台电机驱动，使精轧机列的轧制速度有所提高，盘重和产量有所增大，列数越多，情况越好。一般线材轧机多超过 3 列。即使是多列，终轧速度也不会超过10m/s，盘重不大于 100kg。（2） 半连续式轧机。 半连续式轧机是由横列式机组和连续式机组组成。其初轧机组为连续式轧机，中、精轧机组为横列式机组，是横列式轧机的一种改良形式。其连续式的粗轧机组是集体传动，设计指导思想是：粗轧对成品的尺寸精度影响很小，可以采用较大的张力进行拉钢轧制，以维持各机架间的秒流量，这种方式轧出的中间坯的头尾尺寸有明显差异。改进的半连续式线材轧机为复二重式轧机，其粗轧机组可以是横列式或连续式或跟踪式轧机，中、精轧机组为复二重式轧机。复二重式线材轧机按其工艺性质属于半连续式轧机。它的特点是：在轧制过程中既有连轧关系，又有活套存在，各机架的速度靠分减速箱调整，取消了横列式轧机的反围盘，活套长度较小，因而温度也小终轧速度可达 12.520m/s，多线轧制提高了产量，一套轧机年产量可达 1525 万吨，盘重为 80200kg。（3） 传统连续式轧机。 棒材轧制从横列式过渡到连续式是从 1940 年代开始的。与横列式轧机相比，连续式轧机的优点是：轧制速度高，轧件沿长度方向上的温差小，产品尺寸精度高，产量高，线材盘重大。内蒙古科技大学毕业设计说明书12因此，本设计采用连续式布置，轧机为全线短应力线轧机，架数一般为 18 架，分为粗、中、精轧机组。且精轧部分的偶数架轧机为可平立转换式。表 3.1 主轧机基本参数轧辊尺寸(mm) 主 电 机机 组机架 代 号轧机类 型辊径 辊身长 功率(KW)转速(r/min)类型1H 二辊水平 550 760 1032 929/12002V 二辊立式 550 760 1032 929/12003H 二辊水平 550 760 1032 929/12004V 二辊立式 550 760 1032 929/12005H 二辊水平 550 760 1032 929/1200粗轧机组6V 二辊立式 550 760 1032 929/1200DC7H 二辊水平 420 760 1032 929/12008V 二辊立式 420 760 1032 929/12009H 二辊水平 420 760 1032 929/120010V 二辊立式 420 760 1032 929/120011H 二辊水平 420 760 1032 929/1200中轧机组12V 二辊立式 420 760 1032 929/1200DC13H 二辊水平 340 760 1032 929/120014V/H 二辊立/平 340 760 1032 929/120015H 二辊水平 340 760 1032 929/120016V/H 二辊立/平 340 760 1032 929/120017H 二辊水平 340 760 1032 929/1200精轧机组18V/H 二辊立/平 340 760 1032 929/1200DC3.2 确定产品的工艺流程3.2.1 制订工艺流程的依据工艺流程就是把产品的生产工序排列起来，正确制定工艺过程是轧钢车间工艺设内蒙古科技大学毕业设计说明书13计的重要内容。制定轧钢生产工艺过程的首要目的是为了获得质量符合要求的产品，其次要在保证质量的基础上追求轧机的高质量，并能做到降低各种原料、材料的消耗。因此，正确制定产品的工艺过程对于工艺过程合理化和充分发挥轧机作用具有重要意义。优质、高产、低消耗是制定产品工艺过程的总要求。制订工艺过程的主要依据：1）产品的技术条件 通常在产品标准中规定了钢材品种规格，技术条件、产品性能检验等内容。但技术要求则是其主要方面，它对产品的质量要求，即它对产品的几何形状与尺寸精度、钢的内部组织与性能以及表面质量都作出了明确的规定，显然，产品的技术要求是制订工艺过程的首要依据。2）钢种的加工工艺性能钢的加工工艺性能包括了钢的变形抗力、塑性、导热性以及形成缺陷的倾向性等内容。它反映了金属在加工过程中的难易程度，决定了并影响了我们对金属采用何种加工方式和方法及我们所选择工序内容和确定工艺参数。因此，钢的加工工艺性能是制定工艺过程的重要依据。3）生产规模大小企业规模的大小决定了工艺过程中是采用热锭作业还是冷锭作业的问题，是一次成材还是二个阶段生产的问题。批量的多少主要反映在选取设备的技术水平、产品成本的高低上。4）产品陈本一般钢的加工工艺性能越差，产品的技术要求越高，其生产工艺过程就越复杂，生产过程中金属、燃料、电力、劳动力等各种消耗也愈高，产品成本必然会相应提高。反之，则产品成本下降。成本的高低在一定程度上也是工艺过程的设计是否合理的反映。5）工人的劳动条件工艺过程中所采用的工序必须保证生产安全，不危及劳动者的身体健康，不造成环境的污染。否则，应采取妥善的防护措施。3.2.2 生产工艺流程本设计的计算产品为 32 的螺纹钢，参考其他棒材车间的工艺流程来确定该产品的工艺流程：内蒙古科技大学毕业设计说明书14坯料 加热 粗轧 飞剪 中轧精轧 飞剪 冷床 定尺切断检查 包装 入库3.2.3 工艺流程概述经检验合格的连铸坯，由天车运入车间原料跨（如果条件允许的情况下尽可能热装热送可以节约能源） ，通过测长和称重后，将钢坯送入加热炉内，加热至 11501200。加热后的钢坯通过出炉炉内辊道和拉料辊道送入粗轧机组轧制 6 道次，然后经一号切头飞剪切头后进入中轧机组轧制 4-6 道次后，进入精轧机组轧制 2-8 道次，共轧 12-20 道次轧制成 1440mm 棒材。通过穿水冷却的方法进行冷却，而后进行定尺剪断，再将各根钢材运送到冷床上冷却。轧件在粗轧和中轧机组中采用微张力无扭轧制，在精轧机组机架间设有立式活套实现无张力无扭轧制。轧机传动系统，采用逆向调节，全车间为二级计算机控制。在生产螺纹钢时，采用 Tempcore 水冷技术，然后进入成品飞剪阶段，经分段的棒材沿冷床上钢装置进入齿条式冷床冷却，需热检的在冷床末端取样热检，然后由冷床卸钢装置成排的抛到冷床输出辊道上再运送到冷剪机剪成所需的定尺长度，然后经辊道运送到检查打捆台架，成捆的钢材经辊道运输至成品称量包装后收集，最后入库。内蒙古科技大学毕业设计说明书15第四章 设计产品的工艺设计4.1 坯料的选择坯料选择合理，不仅可以使钢材质量得到保证，而且可使轧机生产能力得以发挥，金属收得率也能提高。坯料选择的内容是正确地选择坯料的种类、断面形状及其尺寸大小，坯料的选择受许多因素的影响和限制。选择坯料时要全面考虑生产需要和客观要求之间的相互关系，综合分析各种因素的影响，这样才能取得良好的技术经济效果。目前，轧钢生产用坯有三种：即用连铸坯、用钢锭轧制成的坯、用钢锭直接轧制成材。与其他两钟相比，连铸坯的特点：（1）金属收得率可提高 612%；（2）每吨钢大概可节约热能 14 万卡；（3）降低产品成本可达 10%；（4）出于比轧制坯形状好、短尺少、成分均匀，使用连铸坯所以在本车间中就选用连铸坯为主要原料。尺寸为 150mm150mm10000mm。4.2 坯料的准备（1）坯料坯料表面处理连铸坯表面存在各种缺陷（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。所以坯料表面缺陷清理是提高钢材合格率，保证钢材质量的重要措施。清理表面缺陷的方法有：火焰清理、风铲清理、砂轮清理和机床清理等四种。（2）表面氧化铁皮清除氧化铁皮清除的目的在于暴露表面缺陷便于检查、光洁表面和减少下道工具的磨损。清除表面氧化铁皮的方法有机械法和化学法两类。对于连铸坯，一般采用化学法清理。对金属进行酸洗或碱洗属于化学清除。其中酸洗是最常用的去除氧化铁皮的方法。4.3 坯料的加热内蒙古科技大学毕业设计说明书16钢在高温时大部分钢种是单相的固溶体，变形抗力小，容易实现轧制变形而且变形均匀，具有再结晶所需要的温度条件。现代化棒材厂轧制速度很高，轧制中温降很小，甚至还出现温度升高现象，所以棒材加热温度较低。正确的选择轧钢机加热设备，制定合适的加热工艺制度对提高车间生产能力，改善产品质量有重要影响。相反，加热设备选择不当，加热制度制定不妥，可能引起钢的氧化、脱碳、过热、过烧等缺陷，给轧钢生产带来严重后果。因此，本车间选择步进式加热炉。加热时间与钢种、坯料尺寸和形状、钢料在炉子摆法、炉型结构以及装炉温度等因素有关。确定加热时间除进行理论计算外，还可根据生产实验进行估算的方法。实际上运用经验公式和实际资料是当前设计中确定加热时间常用的方法。连续式加热炉：T=(7+0.05S)S （4.1）式中： T加热时间（分）；S钢料厚度（厘米）。对于不用钢种的加热时间，也可以按单位厚度金属所需加热时间计算。这时公式为：T=CB (4.2)式中 B钢料厚度，（厘米）；C考虑钢的化学成分和其他因素影响的系数。对于连续式加热炉C值可查下表。表4.1 各钢种的影响系数C值钢 种 C 值 钢 种 C 值低碳钢中碳钢及低合金钢0.100.150.150.20高碳钢及高合金结构钢高合金工具钢0.200.300.300.404.3.1 加热速度制度钢的加热速度是指在单位时间内钢的温度的变化。加热速度愈快，炉子生产能力愈高，燃料消耗和金属氧化的损失相对愈少。所以快速加热是强化加热炉生产的一个重要措施。但是提高速度是有条件的，它受到钢本身所能允许的内外温差和炉子给热内蒙古科技大学毕业设计说明书17能力的限制。对于低碳钢而言，由于它的导温系数大，塑性好，只要炉子给热能力允许，可以选用合适的加热速度。允许的加热速度还与钢料的尺寸及外部形状有关。一般，坯料加热分为两个时期，第一时期是低温加热时间。该时期由于金属导热性和塑性较差，容易造成金属内外层温差过大，很容易造成裂纹缺陷，特别合金钢塑性和导热性较差，此时要慢速加热。第二时期是指高温加热时期即金属加热到 700800以后，这时金属的导热性和塑性显著提高，可采取快速加热。4.3.2 加热温度制度钢的加热温度是指钢加热终了时出炉的表面温度。钢加热的主要目的是为加工变形提供条件，因此，一般加热温度越高，则加工条件愈好，但是，温度过高又会产生过热、过烧、氧化铁皮增多、甚至发生熔化等加热缺陷，因此，钢的加热温度有一个“上限” ；另一方面，根据对金属加工的工艺要求，希望金属在加工完了时能保持在一定的温度上，以得到理想的内部组织和性能，并保证轧制的顺利进行，所以加热温度又有一个“下限” 。4.4 坯料的轧制4.4.1 轧制温度制度轧制温度制度规定了轧制时的温度区间，即主要决定轧制时轧件的开轧温度和终轧温度。一般确定钢加工时的温度制度要根据钢种特性及其相图来确定。要求加工的温度区间应尽量选择在单相区，但对有些钢种又要避开它的高温脆性区，通常在设计和生产过程中，开轧温度根据钢料的出炉温度以保证必须的终轧温度为依据；而终轧温度主要考虑保证产品的组织和性能，保证产品的质量，主要与钢种有关。在确定温度制度时要注意考虑以下几点：1）根据钢的化学成分和特性，选择在某一温度下金属具有最好的塑性条件而便于变形；2）在某一温度下加工，金属具有最小的变形抗力，以减少轧制时的能量消耗；3）考虑轧件能顺利的咬入轧辊，考虑轧辊有较少的磨损；4）获得轧后成品有细小的晶粒，使成品具有理想的组织和良好的机械性能；5）考虑在此温度范围内加工，钢的内部组织情况，不允许钢中碳化物成粗大的网内蒙古科技大学毕业设计说明书18状分布，也不允许铁素体与珠光体成粗大的带状分布；6）考虑到加工的温度范围对轧件头部和尾部温差的影响，要保证轧件的头部和尾部尺寸都在允许的公差范围内。4.4.2 轧制速度制度选择轧制速度或确定各道次的轧制速度是速度制度的主要内容。轧制速度高，轧机产量增大。因此，提高轧制速度是现代轧机提高生产率的主要途径之一。但是轧制速度的提高，受到轧机结构及其强度、刚度、电机能力、机械化自动化水平、咬入条件、坯料状态以及轧机产量要求等一系列因素的限制。沿道次实现轧制速度的变化是一些轧机速度规程的主要内容，这些轧机每道次速度的变化是通过传动轧机的主电机的速度变化实现的，目前国内从技术上实现轧机主传动调速有三种方法：即（1）直流驱动 这是过去常采用的方法。这种方法采用直流电机，以发电机组或大功率可控硅装置供电；（2）串级调速 主传动不用直流电机而采用可控硅逆变技术改