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装订线安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸年产量40万吨高速线材车间设计毕业论文目录摘 要1Abstract2第一章 概 述1第二章 车间产品大纲和金属平衡表22.1车间产品大纲22.1.1产品方案表22.1.2产品交货的技术条件22.1.3产品的性能32.1.4产品国内国际销售应符合以下标准32.2原料及其质量要求32.2.1原料规格32.2.2钢坯的技术条件32.3金属平衡表4第三章 设计方案53.1方案的比较及选择53.1.1轧制速度的确定53.1.2线数的确定53.1.3总机架数的确定53.2高线生产的主要设备的特点及其选用63.2.1高线生产的主要设备概况6第四章 工艺流程124.1生产工艺流程说明124.1.1上料与加热124.1.2高压水除鳞124.1.3轧制124.1.4控制冷却134.1.5精整134.1.6剪切、废钢及氧化铁皮清除134.2生产工艺流程144.2.1生产工艺流程简14第五章 孔型设计及速度制度155.1孔型系统的选择155.1.1粗轧、中轧孔型系统选择155.1.2预精轧、精轧机组孔型的选择165.2主要参数的计算175.2.1箱型孔型(K1，K2)设计系数的确定175.2.2各道次延伸系数的确定185.3摩擦系数的确定185.4孔型设计195.4.1孔型设计说明195.4.2各孔型计算方法195.5孔型设计步骤：21第六章 轧机力能参数计算及电机设备校256.1轧制压力的计算266.1.1平均单位压力的计算266.1.2总轧制压力P276.2轧辊强度校核276.2.1孔型在轧辊上的配置276.2.2 轧辊强度校核306.2.3危险断面尺寸的确定306.2.4轧辊强度校核306.3传动力矩计算326.3.1轧制力矩M336.3.2摩擦力矩336.3.3空转力矩336.3.4动力矩336.4电机校核336.4.1电机校核33第七章 生产能力计算367.1各规格产品轧制时间，间隙时间的确定367.1.1各种轧制时间，间隙时间的确定367.2加热炉小时生产能力计算387.3工作制度及年工作时间的确定387.4轧机负荷率及轧机年产量计算397.4.1轧机负荷率397.4.2轧机年产量397.5加热炉的生产能力计算397.5.1设计条件397.5.2加热炉生产能力计算40第八章 厂房平面布置和起重运输设备418.1厂房平面布置428.1.1主轧跨428.1.2成品跨428.1.3轧辊及导卫轴承加区域428.1.4车间原料及成品跨面积计算428.2 P/F线运输能力验算43第九章 高线车间主要经济指标449.1高线车间主要经济指标44第十章 环境保护及综合治理4610.1编制依据4610.2主要污染物及治理措施46致谢47参 考 文 献48附录A 轧机力能参数计算及电机设备校核程序1149附录B 6.5mm孔型图1454附录C 英文翻译67共 3 页 第 2 页第一章 概 述按设计任务书的要求，本设计在综合考虑国内外线材生产和发展的基础上，主要参考马钢新高线厂2 ，3以及山东石横高线厂1的生产及技术条件，拟建一年40万吨优质碳素钢的高速线材厂，采用单线轧制工艺。生产的钢种有：优质碳素钢，低合金钢。产品规格为5.512的光面线材。盘卷的重量约为2吨，最后一架精轧机的出口速度100m/s（保证速度），设计最高速度为120m/s。本设计轧制线的主要工艺设备的特点如下： 1） 步进梁式加热炉一座：冷坯装送，采用侧进侧出的进出料方式。2） 轧机共有28架：其中粗轧机6架，中轧机6架，预精轧机4架，精轧机8架及减定机4架。3） 剪切机：3台飞剪机分别设置在粗轧，中轧机组前以及精轧机组前，在精轧机组前另外布置一台碎断剪，全线在粗轧机组前、预精轧机组前、精轧机组前、减定机组前均设置气动卡断剪。4） 光学测径仪：在精轧机组前和减定机组后，分别设置一台可移动小车式光学测径仪，OSRBI系统，测量精度为0.002，可在线反馈轧件精度，及时调整各轧机机组的速度和压下量，提高产品的质量。5） 控制冷却线：采用延迟型斯太尔摩控制冷却线。6） P/F线运输系统：C形钩的运输行程约为355m，运输周期为1504s，有54个C形小钩。设计考虑到工艺的先进性，工艺平面布置和产品结构的合理性，经济的可行性等因素，以达到高质量，高自动化，低耗，低成本，高灵活性的目的和获得好的投资收益率和投入生产率。本设计中采用全套新设备，工艺、设备和控制达到当代高速线材轧机的国内先进水平。第二章 车间产品大纲和金属平衡表2.1车间产品大纲2.1.1产品方案表本着设计要求，瞄准市场需求，创造良好的经济效益，必须制定一个合理的产品方案。本设计以需求为导向，以生产优质碳素钢盘条为主，辅助生产一些低合金钢。具体方案见下表。表2-1产品大纲规格 钢种优碳钢总计5.5mm6.5mm7.0mm8.0mm9.0mm10.012.0mm 产量%优碳钢321.21.6212.43178低合金钢5.81.410.68.822合计产量327331340%7.567.57.57.52.57.5100注：（1）优碳钢以70#为代表钢号； （2）低合金钢以40Mn2Si为代表钢号。2.1.2产品交货的技术条件按GB/T14981-94标准交货1） 产品技术条件：直径 直径公差 椭圆度 国标公差5.58.0 0.13 0.20 0.5 9.012.0 0.15 0.23 0.5 注：（1）直径公差控制在0.1以内； （2）线材头尾公差控制在0.2以内。2） 成品线材盘卷成捆交货：盘卷尺寸：外径1250 ，内径850； 盘卷压紧打捆后高度约2000盘卷单重约2吨。2.1.3产品的性能1.）要求产品的机械，冶金性能均稳定，优碳钢机械性能和拉拔性能接近于铅浴淬火处理的水平；2.）销售的产品脱碳层执行ZBH4402-88标准之规定，国内外销售的产品的脱碳层按直径的1%验收。2.1.4产品国内国际销售应符合以下标准优质碳素钢应符合GB699-88,ZBH4401-88标准；低合金钢应符合GB3077-88标准。2.2原料及其质量要求2.2.1原料规格长度：12000断面尺寸：120120坯料单重：13082.2.2钢坯的技术条件1） 连铸坯断面形状、长度和尺寸的允许偏差应符合YB2011-83的规定，具体数据如下： 边长允许偏差5.0，定尺长度偏差80，对角线长度之差7； 断面的切斜不得大于20，弯曲度每米不得大于10，12米长度最大允许弯曲度为100； 钢坯应无内部缺陷、气孔和缩孔，碳与硫偏析及非金属夹杂物必须均匀分布。2） 连铸坯的化学成分应符合GB222-84，GB699-88，GB1591-79的规定；3） 连铸坯的技术条件应符合YB2011-83和有关厂标的规定；4） 短尺坯的长度不小于9米，短尺坯的比例不得大于35%；5） 优碳钢、冷镦钢坯需进行喷丸处理，探伤检查和清理修磨；6） 出口产品所用的钢坯规格及质量应符合相应的国际标准。2.3金属平衡表表2-2 金属平衡表钢坯种类钢坯成品废品氧化损失万吨%万吨%万吨%万吨%优碳钢32.510031.2960.97530.3251低合金钢9.171008.8960.27530.0921总计41.6710040961.2530.4171 第三章 设计方案3.1方案的比较及选择3.1.1轧制速度的确定高速线材轧机的发展趋势是优质高产，节能降耗。因此，目前的厂家均采用连铸坯，以及提高轧制速度，减少线数，以达到优质高产，节能降耗的目的。为此，根据这一要求和发展趋势，以及为获得高品质的优质碳结钢的线材，本设计选取保证速度为100米/秒，连续操作最大轧制速度为120米/秒。3.1.2线数的确定根据国内外各高线厂的实际生产经验及技术的发展，其趋势将以单线为主，具体原因为：1） 随着扎制速度的提高，单线也能高产；2） 单线设备投资少，建厂快，能尽早收回成本，经济效益好；3） 单线主厂房小，结构紧凑。结合本设计的需求产量，设备技术水平，并以生产优碳钢为主，为保证产品产量，提高产品质量，本设计方案将采用单线。3.1.3总机架数的确定由于本设计产品的最小规格为5.5，故在确定机架数时，应以5.5产品作为设计计算的基础。根据GB/T14981-94可知5.5线材的断面面积F成23.82，坯料圆角半径取8计算断面面积，坯料断面面积F坯12024（8282/4）143452。对全连续高速线材轧机，平均延伸系数的范围为1.2601.328，取平均延伸系数1.265，则轧制机架总数为n（F坯F成 ）/27.25，取n28架本设计计算产品规格为6.5，根据标准得知6.5线材的断面面积F成33.22，所以轧制道次总数为n（F坯F成 ）/25.82，取n26道次。3.2高线生产的主要设备的特点及其选用3.2.1高线生产的主要设备概况一个完整合理的高速线材生产主要由以下设备组成：加热炉、粗中轧机、预精轧机、精轧机、减定径机、斯太尔摩冷却线等组成。要成功地设计一条高速线材生产线，合理的选择生产设备十分重要。选择设备的原则是在选择成熟设备的基础上考虑先进性，在保证工艺的条件下考虑经济性。以下就高速线材车间的主要设备的特点作较全面的讨论。3.2.1.1加热炉常见的加热炉有推钢式和步进式，步进式加热炉又可分为步进梁式和步进底式。具体比较见下表. 表3-1 几种常见的加热炉比较 推钢式步进底式炉步进梁式梁底组合式损伤重少无无能耗高低较低低烧损0.50%1.00%0.75%0.80%脱碳层12mm1.0mm 0.5mm 0.70.8mm造价100%115%120%115%步进炉的特点： 1)产量高。坯料四面受热，大大缩短加热时间，能很好地满足高线加热坯料量较大的的要求。 2)加热质量好。钢坯在加热炉内散开布置，加热温度均匀，不会出现一般推钢式加热炉炉底处水管产生的黑印；钢坯与步进梁无摩擦，避免钢坯底面划伤；加热时间短，减少钢坯氧化量及脱碳层；坯料芯部和底部温差小，全长加热均匀。3）操作灵活。操作不受钢坯外形的限制，炉长不受推钢长度限制，变换品种容易；步进梁可作“踏步”动作，使钢坯温度均匀；空炉出炉简单，时间短，劳动强度低。进出料方式：出料采用侧出料，进料有侧进料（密封性好）。综上所述并结合生产优碳钢的质量与工艺要求，加热炉选取步进梁式加热炉。3.2.1.2粗中轧机粗轧机类型很多，有三辊行星式、平立交替式、水平二辊式等形式。平立交替式：可实现轧件无扭轧制，特别适合高级线材的生产，另外可实行无孔型轧制。现已有平立可转换轧机，可实现多线生产，但造价较高。以前用于高级钢的生产，现也普遍应用于碳结钢生产。水平二辊式：这种形式的粗轧机应用较普遍,尤其适用于以碳素结构钢低合金钢为主的多线轧制。轧机形式主要形式是闭口机架、短应力线轧机和预应力轧机。根据设计产品质量和工艺的需，粗、中轧机组均由交流电机单独传动的短应力线高刚度机架的平立交替式轧机组成，粗轧机与中轧机均为6架，轧机平立交替布置，立式轧机为上传动。3.2.1.3预精轧当前多采用平立交替布置，具有悬臂式轧辊的预精轧机，其主要优点有以下几个； 1） 由于机架平立交替布置，实现了活套轧制，可以消除粗轧和中轧轧制时不可避免产生的堆、拉钢现象而造成的轧件尺寸不均匀，从而使精轧机组得到尺寸稳定且均匀的轧件，这对获得高精度的线材创造了极为有利的条件。 2） 机架间设有活套从而实现了无张力轧制，消除了由于堆拉钢而造成的轧件头、尾尺寸差，减少了切头、切尾，提高了成材率。3）本机组采用悬臂轴，碳化钨辊环，硬度高，每孔轧出量可成倍提高，更换辊环方便，提高了作业率。4） 到预精轧轧件的断面较小，为保证轧件断面形状正确、尺寸精确和工艺稳定，道次变形小，悬臂式轧辊的预精轧机完全满足要求，其以设备重量轻、占地小。 因此，采用4架平立交替布置的悬臂式预精轧机组是合理的，不仅提高了轧机作业率,更重要的是保证了产品质量，提高了金属收得率，降低了生产成本。3.2.1.4精轧机精轧机组是高速线材轧机最重要的、最关键的设备之一。当今世界主要有四种流行机组：摩根、阿希洛、德马克、达涅利。 表3-2 几种机型的主要特点如下表所示序号结构和参数主导机型摩根型德马克达涅利阿希洛1工作机座布置形式侧交450，后为顶交450侧交450，后改为150/750平立交替顶交4502辊环直径8 “5+6”5210102102+1658210103辊缝调整机构偏心套式调整机构偏心套式调整机构偏心套式调整机构带液压平衡的摆臂式4机架中心距800750mm800mm 750及650mm920mm 本设计采用摩根第六代V型8架超重型轧机，因为它主要有以下几个优点： 1)采用顶交45机型，传动轴至地面设备机组距离短小，设备重心低，倾动力矩小。机组稳定性好，震动小，噪音低，重量小、刚性大。 2)操作视野开阔，便于操作管理。 3)主电机功率大，为进一步提高精轧操作速度和实现低温轧制创造了条件。 4)机架承载能力大，提高了轧制精度，最高轧制速度可达140m/s,成品范围大,生产率极高，是目前无扭精轧机的主导机型。3.2.1.5减定径机泰克森轧机是摩根公司开发的一种定、减径技术，泰克森的日语意思是“最佳尺寸”，该技术有效地解决了改进产品质量、增加生产率和缩短交货时间等问题。泰克森轧机由四架悬臂式轧机（两架减径机和两架定径机）组成，作为“二精轧机”安装在“一精轧机”和吐丝机之间。增加泰克森轧机后，有以下优点：1） 可提高常规线材轧机的生产率；2） 提高了产品的尺寸公差；3） 具有“自由定径”功能，即用单一的名义孔槽尺寸，通过微调来料尺寸和对不同方坯间隙调整泰克森轧机的辊缝，生产出一批不同尺寸的成品棒线材的自由尺寸轧制能力；4） 实现800低温轧制，晶粒组织更细，通过控制晶粒尺寸和吐丝温度促进相变或延迟相变，从而利用斯泰尔摩的最佳冷却能力，可处理如轴承钢、冷镦优质钢等钢种，而不需要后续热处理，提高了产品的冶金性能；3.2.1.6吐丝机由于立式吐丝机主要适用终轧速度不大于120米/秒，而卧式吐丝机其重心低，振动小可适合于轧制高速线材。考虑到本设计的实际情况，采用卧式吐丝机，其下倾角为15，线圈平均直径为1075，为保证轧出高质量的线材，应尽量减少其振动，故本设计在吐丝机上还设有振动检测装置。3.2.1.7斯太尔摩冷却线 控制冷却线是高速线材生产的主要技术之一。为避免当线材盘卷在8001050高温下自然冷却时，因盘卷内外温差大而导致表面严重氧化、盘卷内部不符合要求、机械性能低、拉拔性能差等问题，为此目前新建的高线都选择了斯太尔摩冷却线，斯太尔摩冷却线有三种形式:标准型、缓慢型、延迟型，具体比较见下表。表3-3 三种斯太尔摩冷却线的比较类型标准型延迟型缓慢型设备特点链式或辊式运输机，风冷，造价低有绝热面板，侧墙，顶盖的运输机，造价低，产量较大有绝热面板，侧墙、顶盖、电热烧嘴的运输机，造价高，产量低冷却速度4.4410C/s1.1110C/s0.2810C/s中碳钢和高碳钢冷镦处理介于空冷和铅浴处理之间、适用于中、高碳钢生产比标准型好，用于紧固件的中碳钢生产，抗拉强度可减少1015%有利于冷镦加工比延迟型好，比较接近铅浴淬火处理水平合金钢适用于一般生产要求，比延迟型综合性能差软化退火比标准型好,有利于提高综合机械性能,减少二次氧化铁皮,提高表面质量软化退火效果最好，综合机械性能最好由于生产线材主要是优碳钢，以及根据以上三种斯太尔摩冷却线的比较，本设计选用斯太尔摩延迟型冷却线。3.2.1.8运输线的选择盘卷运输设备有吊挂式和钩式两种，但吊挂式要求厂房高，生产操作不 方便。钩式运输设备分为单独马达传动系统和集体传动的驱动游动系统。本设计从经济效益，应用实际条件出发，采用驱动游动的“C”形钩式的运输设备。3.2.1.9轧辊轧辊最主要的出发点是保证线材的表面质量。耐磨性是轧辊最主要的指标（相对于其它轧钢厂）。粗轧：压下量大，轧制条件恶劣，以强度、韧性为主。精轧：是保证产品质量的关键，以硬度和耐磨性为主。表3-4高线轧辊的选用方案粗轧球墨铸铁中轧球墨铸铁预精轧碳化钨精轧碳化钨3.2.1.10电机的选型在轧钢机的传动方式上，近年来粗轧和中轧机组已逐渐由单独传动的方式取代了单独与成组相结合的方式，原因为： 1）在粗轧机的第13架轧机上，采用单独传动可消除来料钢坯的尺寸波动，可灵活地调节轧制断面尺寸而不致产生超出要求的堆钢或拉钢轧制现象；另一个原因是这个部位的轧制速度很低(900时a=1.0 , 当T在 750900 时a=1.005 ：d为轧件钢种修正系数 ：e为轧辊材质修正系数 当v在0.417m/s时: c=(0.00341-0.002598)v+(1.0768-0.10431) （式5-8）为平均压下系数, 为轧件形状系数，取=1.273 辊径系数： Dg为平均工作辊径 Dg=Do+s-2/3hk s为辊缝 s=(0.180.3)hk5.5孔型设计步骤：1)根据产品尺寸和钢种与平均延伸系数（碳钢为1.25左右）结合，来料尺寸（碳钢预精轧来料尺寸为1621），算出轧制道次，即机架数。2)求K1以外的各偶机架的圆坯尺寸，圆坯面积及相邻坯间的延伸率。初定前后圆坯间椭圆坯的面积，做出圆坯孔孔型尺寸。3)计算奇数机架各椭圆孔尺寸，计算椭圆孔高度，再计算椭圆坯宽度，然后定孔型宽度，计算椭圆孔各参数及椭圆孔面积，与初定值比较，调整参数使椭圆孔面积接近初定值。4)根据相邻圆坯与椭圆坯的连轧关系及应考虑的差值，按照统筹兼顾的原则确定各架线速度及转速n。5)设计成品孔（该孔的延伸系数比一般孔要小1-2%）6)列出孔型工艺参数及设备性能表。7)绘制孔型图。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/sK1K2K3温度摩擦系数11.2911274.0415.220.30.811.19800.49321.338476.7420.240.40.811.19600.50231.396098.3838.250.550.811.19400.5141.364484.150.50.750.811.19300.51751.323397.0565.290.990.811.19200.51961.2932627.2687.681.280.80.981.19100.51371.3451953.35113.291.720.80.91.19000.47581.2921511.37149.542.220.80.81.19000.42291.32900.45190.212.930.80.71.19000.37101.272698.02245.373.730.80.61.19000.317111.29698.02245.374.820.80.521.19000.275121.253557.08370.456.030.80.51.19000.264131.27438.64390.327.660.70.51.18500.241141.225358.08478.139.390.70.51.18500.241151.25286.46597.6711.730.70.51.18500.241161.215235.77726.1714.260.70.51.18500.241171.26187.12914.2817.960.70.51.18000.25181.215154.011110.8321.830.70.51.18000.25191.25123.211388.5227.280.70.51.18000.25201.21101.821680.2133.010.70.51.18000.25211.2482.122083.2840.940.70.51.18000.25221.268.432500.0649.120.70.51.18000.25231.23555.413087.5260.670.70.51.18000.25241.1647.773581.3170.370.70.51.18100.248251.225394386.6586.210.70.51.18300.245261.1633.615090.131000.70.51.18500.241表5-2 各孔型参数计算表道次轧件高孔宽轧件宽充满度%名义直径工作辊径圆半径圆角半径mm轨缝180135.093.20%55047812.029096.093.60%55048312.0357.46123.6114.4692.60%55049896.813.4012476.385.376.389.70%55051138.24.6510.5542.5396.588.3491.50%55051481.59.710657.462.957.491.20%55051428.73.669733.4471.265.3291.70%40037358.58.098.5844.4849.844.4889.30%40037322.22.458925.9256.351.0490.70%40038147.46.4471034.536.734.594%40037817.32.23