60万吨高速线材车间设计.doc

1 60 万吨高速线材车间设计万吨高速线材车间设计 I 摘 要 自高速线材轧机和轧后控制冷却技术问世以来 随着线材生产技术本身的日益完善 和控制技术的进步 高速线材轧机的产品在规格范围 轧制速度 尺寸精度等各方面都 有了大大提高 基于上述条件 本设计拟建一个年产 60 万吨的高速线材车间 品种为 5 0 25 0 的光面高速线材 单卷盘重约 2 4 吨 钢种为优质碳素结构钢 滚珠轴承钢 优质合金 结构钢 弹簧钢 冷镦钢 超低碳钢等 在此选择 7 5 的优质碳素结构钢作为典型产 品进行该车间的设计 原料采用连铸坯 170 170 产品质量执行国家标准 本设计采用连续轧制生产工艺 全线共有轧机 28 架 其中粗轧机 6 架 中轧机 6 架 预精轧机 6 架 精轧机 10 架 终轧最大轧制速度为 95m s 全线采用全连续式平立 交替布置轧机 以保证产量并减少事故 线材以盘卷交货 盘卷外径 1250mm 盘卷 内径 850mm 盘卷高度 1900mm 压紧后 盘卷重 2400kg 本设计从设计任务出发 在查阅相关资料的基础上了解线材的生产现状 制定了线 材的生产工艺流程 完成了产品方案 金属平衡表 产量预估和工作制度的编制 参考 专业书籍完成了典型产品的轧制程序表 排出孔型系统图及完成孔型设计相关内容 进 行轧机 轧辊 电机及辅助设备的选择 计算轧制过程中的相关参数 完成相关设计校 核 完成了车间平面布置图 并计算车间主要经济指标 从环境保护方面提出了相关措 施 关键词 关键词 车间设计 高速线材车间设计 高速线材 孔型设计 力能校核 孔型设计 力能校核 II The Design of A 600 000 Tons Wire Rod Factory Workshop Abstract Since the high speed wire mill and the technology of controlled cooling after rolling was developed with the increasingly improvement of wire rod production technology and the progress of control technology the high speed wires have greatly improved in the range of specifications the rolling speed the size precision Based on the conditions above the design plans to build an annual output of 600 000 tons of high speed wire rod workshop whose varieties are 5 0 25 0 smooth high speed wire single reel weighs about 2 4 tons the types of steel are the high quality carbon structural steel bearing steel alloy structural steel spring steel cold heading steel ultra low carbon steel etc For the design of the workshop select high quality carbon structural steel of 7 5 as a typical product Use continuous casting billet 170 x 170 as raw materials the quality of the products conform to the state standards This design adopts the production process of continuous rolling Broadly shared 28 mills roughing mills 6 intermediate mills 6 pre finishing mills 6 finishing mill 10 The maximum speed of finishing is 95 m s The whole production line adopts continuous H V mills to ensure enough production and reduce accidents Wire deliveries in coil coil diameter 1250 mm the inner diameter 850 mm volume height 1900 mm after compression volume weights 2400 kg The design begins with design paper which firstly analyzes the contemporary wire production in China and formulated the production process based on data and materials The design is made up of product scheme metal balance sheet production prediction working plan typical products rolling schedule pass system graph including other pass design related contents major equipments selection rolling mill roller and electric driven motor other auxiliary facility selection And calculates parameters of rolling processand the main economic data of the workshop Then completes the workshop layout and puts forward several relevant measures of environmental protection Keywords workshop design high speed wire rod pass design force check 1 1 概述 1 1 本设计的基本状况与高线生产简介 随着轧机的不断改进和计算机控制技术的提高以及机械电器设备的改良等 线材生 产的终轧速度也得到了大幅度的提高 高速线材轧制工艺也已得到了公认 因为高速线 材生产线的优越性和市场需求的增加 目前大部分新建线材生产线均采用高速线材轧机 本设计拟建年产 60 万吨的线材车间 也采用高速线材轧机 钢种为优质碳素结构钢 采用单线轧制工艺 1 2 高速线材轧机生产的工艺特点与产品特点 高速线材轧机的发展是由改造线材轧机的精轧机组和控冷工艺开始的 高速轧机的 生产技术成熟以后又广泛地应用于小型和线材轧机的改造 这是因为无扭精轧机组无论 是在生产效率上 还是在产品质量上都大大优于横列式轧机 即使在较低温度范围内使 因为采用了高速线材轧机进行生产 所以设计的最高速度为 105 m s 终轧机的出口保 证速度为 95m s 已达到国际先进水平 用也优于横列式轧机 通常高速线材轧机的工 艺持点可以概括为连续 高速 无扭和控冷 其中高速轧制是最主要的工艺持点 大盘 重 高精度 性能优良则是高速线材轧机的产品特点 在高速线材轧机的轧制速度取得突破性进展以后 人们仍在追求实现更高的轧制速 度 因为轧制速度高 生产效率就高 成本就能降低 所以速度就是效益 高速无扭精 轧工艺是现代线材生产的核心技术之一 它是针对以往各种线材轧机存在诸多问题 综 合解决产品多品种规格 高断面尺寸精度 大盘重和高生产率的有效手段 唯精轧高速 度才能有高生产率 才能解决大盘重线材轧制过程的温降问题 精轧的高速度要求轧制 过程中轧件无扭转 否则轧制事故频发 轧制根本无法进行 因此高速无扭特轧是现代 高速线材轧机的一个基本特点 控制轧制 为了细化晶粒 减少深加工时的退火和调质等工序 提高产品的机械性 能 采用控制轧制和低温精轧等措施 控制轧件在生产过程中各阶段的温度 可以有效 改善产品力学性能 有利于合金结构钢 弹簧钢和轴承钢等品种缩短热处理周期 甚 至替代热处理 在加热炉内均匀加热 按钢种控制出炉温度 轧件快速通过高压水除鳞 装置 减少了温降 在中轧机组后和精轧机组后均设有中间水冷箱 可精确控制轧件进 入减定径机组的温度 在减定径机组后设有水冷装置 以满足产品方案中各钢种冷却制 度的要求 2 高速线材的高质量控制 高速线材轧机中的无扭精轧机是生产线才工艺最完备的轧 机 它比以往任何轧机都更合理 高速线材轧机工艺灵活 控制手段齐全 适应线材品 种 规格十分广泛 能生产各种高质量线材 在车间设计的质量控制上需要各工序都具 备生产高质量线材的能力 即 1 保证原料质量 要求原料段具有原料检测 检查与清理修磨的手段 是投入的 原料具有生产优质线材的条件 2 采用步进式加热炉 以保证灵活的加热制度 3 在单线生产时粗轧采用平 立机组 减少轧件刮伤 4 尽可能使用滚动导卫及硬面轧辊 保证轧件表面产量 1 3 本设计中采用的先进技术和设备 1 因产量较大 采用热装热送工艺 大大降低了能耗和烧损 2 连续无扭轧制 精轧机组轧辊为顶交 45 布置 产品性能大幅度提高 3 原料采用连铸坯 可以明显节能 提高产品质量和收得率 4 采用侧进侧出的步进梁式加热炉 加热较均匀 能耗降低 减少了烧损 5 为提高轧件的表面质量 开轧前采用了高压水除磷 6 采用控轧控冷设备 即设置多段在线水冷箱 7 为提高产品尺寸精度 采用激光测径仪进行在线检测 3 2 产品方案和金属平衡表 2 1 产品大纲 年生产能力 60 万吨 产品规格范围 5 0 25 0mm 线材 盘卷单重 2 4t 主要产品规格 5 5mm 7 5mm 12 5mm 15 0mm 18 0mm 20 0mm 22 0mm 其产品大纲如表 2 1 所示 表 2 1 产品大纲 Table2 1 Products Outline 序钢种代表钢号 规格 mm 年产量比例 号5 0 6 57 12 513 1617 25 0 万吨 1优质碳素 结构钢 10 80 等 LX92A SWRH82B 等 1 8 2 0 3 5 2 0 0 5 2 0 0 0 0 5 5 8 6 5 9 7 10 8 GCr15 GCr15SiMn2滚珠轴承 钢 4 54 54 50 514 023 3 3优质合金 结构钢 Mn 系 SiMn 系 MnB 系 MnMoB 系 Cr 系 CrMo 系 CrMnSi CrMoV Cr Ni MnVB 2 54 50 5 7 512 5 4弹簧钢65Mn 60Si2MnA 5 0CrV 55SiCr 60Si2 CrVA T 等 5 00 5 5 59 2 5冷镦钢ML08 ML15Al ML2 5K 45K ML15Mn 3 5Mn ML37Cr 40Cr ML20B 35B ML3 0 CrMo ML42CrMo MnTiB 等 3 06 01 20 510 717 8 4 6超低碳钢SWRM2 SCMRM4 等2 02 53 52 010 016 7 合计15 828 012 73 560 0 比例 26 346 721 25 8100 0 2 2 产品质量执行标准及产品交货条件 2 2 2 2 1 1执执行行标标准准 产品以热轧盘卷状态交货 产品执行标准 GB T14981 2004 热轧盘条尺寸 外形 重量及允许偏差 GB T699 1999 10 80 等优质碳素结构钢 Q SGZG311 2005 LX92A 等优质碳素结构钢 GB T18254 2002 滚珠轴承钢 GB T3077 1999 优质合金结构钢 GB T1222 2005 弹簧钢 GB T6478 2001 冷镦钢 JIS G3505 1980 超低碳钢 2 2 2 2 2 2交交货货条条件件 产品的尺寸精度符合标准中规定的 C 级精度 产品可达到的尺寸精度见表 2 2 表 2 2 产品尺寸偏差 Table 2 2 Product size deviation 序 号 公称直径允许偏差 mm不圆度 mm 1 5 10 0 15 0 24 2 10 5 15 0 20 0 32 3 15 5 25 0 25 0 40 2 3 原料来源与要求 2 2 3 3 1 1原原料料来来源源和和年年需需求求量量 线材车间的原料按其生产方式分为钢锭 轧制钢坯和连铸钢还三种 5 钢锭由于铸造工艺的限制 一般断面较大 而且为了脱模不可避免地在钢锭长度方 向带有锥度 这就造成以钢锭为原料生产线材时的轧制道次多 轧制过程中温降大 目 前 用钢锭作原料直接轧成线材的生产方式已被淘汰 轧制钢坯经粗轧机开坯轧制而成 其规格范围广 钢种多但并不能消除偏析 缩孔 等缺陷且再生产过程中要发生烧损 切头 切尾等 故轧制钢坯很少用 高速线材轧机采用连铸坯为原料 与采用轧坯相比 从炼钢到成材 能耗可降低 80kg t 标煤 金属收得率提高 10 左右 能耗低 劳动条件改善 生产率提高 因此本 设计原料选用连铸坯 原料断面形状选择方形坯 不需要特别翻转 也正好配合平立的 扁箱和方箱孔型 实现与椭圆 圆孔型的过渡 车间原料为合格连铸冷坯 由本厂提供 采用火车运输 同时考虑汽车运入本车间 钢坯跨 该车间原料由本厂连铸机供给的连铸坯 年产 60 万吨线材 成材率为 97 年需 要 61 92 万吨钢坯 2 2 3 3 2 2钢钢坯坯尺尺寸寸和和质质量量要要求求 方坯尺寸和边长允许偏差 连铸坯断面尺寸 170 170mm 连铸坯长度 11000mm 边长公差 5mm 对角线长度偏差 7mm 圆角半径 R 8mm 连铸坯单根重 2430kg 连铸方坯和矩形坯标准 YB2011 2004 钢坯标准长度为 11000mm 短尺钢坯最短长度为 10000mm 每批 炉 短尺钢坯重量不 大于全部钢坯重量的 10 钢坯的弯曲度在 11000mm 内不大于 80mm 但不允许在钢坯两端 两端最大 50mm 钢坯扭转在 11000mm 内为 6 钢坯端部因剪切变形而造成的局部宽度不大于边长的 10 切头毛刺应清除 端部因 剪切变形而造成的局部弯曲不得大于 20mm 剪切端面应与钢坯长度方向轴线垂直 端面 弯斜量不得大于边长的 6 6 2 2 3 3 3 3对对表表面面质质量量和和内内部部质质量量的的要要求求 对钢坯表面质量的要求是 钢坯端面不得有缩孔 尾孔和分层 1 钢坯表面缺陷必须沿纵向加工清除 清除处应圆滑 无棱角 清除宽度不得 2 小于清除深度的 5 倍 表面清理深度不大于公称厚度的 8 钢坯表面应无裂缝 折叠 耳子 结疤 拉裂和夹杂等缺陷 3 对钢坯内部质量的要求是 钢坯低倍组织不得有肉眼可见的缩孔 分层 气泡 裂缝 白点等 1 对优质碳素结构钢根据需要要求 可以做高倍检验 检查脱碳层 检查钢中非金属杂质 2 检查晶粒度是否达到规定要求 2 2 3 3 4 4连连铸铸坯坯的的化化学学成成分分 连铸坯的化学成分应符合 GB T 222 2006 的规定 2 4 金属平衡表 在轧钢生产中 金属消耗是最重要的消耗 通常它占产品成本的一半以上 因此 降低金属消耗 对节约金属 降低成本有重要意义 金属消耗一般由以下几方面的消耗组成 1 烧损 金属在高温状态下的氧化损失 它包括坯料在加热过程中生成的氧化铁皮 及轧制过程中形成的二次氧化铁皮 但前者是主要的 2 切损 包括切头 切尾及切边损失 主要与钢种 产品种类及其要求 坯料尺寸 计算的精确程度以及选用的原料状况有关 3 轧废 由于操作不当 管理不善或出现事故所造成的废品损失 4 清理表面损失 主要是原料表面缺陷的清理损失 金属平衡是反映在某一定时期 通常为一年 的金属材料的收支情况 它是编制工 厂或车间生产预算与制定计划的重要数据 因此必须在确定成品率及金属损失率的基础 上编制出各种产品的金属平衡表 该车间年产 5mm 25mm 的线材 60 万吨 成材率为 97 需合格连铸坯 61 92 吨 金属平衡如下表 表 2 3 金属平衡表 Table2 3 Metal sheet 坯料量成品 切头和轧 废 烧损 7 万吨 万吨 万吨 万吨 61 8610060971 2420 621 金属消耗系数为 K 坯重 成品重 61 86 60 1 031 3 设计方案与工艺流程 根据年产量和工艺要求 本设计在参考马钢设计研究院的技术资料的基础上制定本 方案 此高线车间设计采用单线轧制 最高轧制速度为 105m 保证速度为 95 m 加热炉采用侧进侧出步进梁式加热炉 轧制生产线由粗轧 中轧 预精轧 精轧 减定径机组组成 主要产品规格有 5 5mm 7 5mm 12 5mm 15mm 18mm 20mm 22mm 3 1 轧机数量的确定 本设计产品的最小规格为 5mm 故在确定机架数目时 以最小直径 5mm 计算得 坯料断面面积 F0 at A2 4R2 R2 3 1 1 012 1702 4 102 102 mm2 29159 768mm2 5mm 成品圆钢的断面面积 Fc dat 2 4 3 2 5 1 012 2 4 mm2 20 099mm2 上式中 F0 连铸坯料原始面积 Fc 热态成品断面面积 A 原料边长 R 连铸方坯结晶圆角 取 R 10mm 则总延伸系数 z F0 Fc 3 3 29159 768 20 099 1450 7 取平均延伸系数 c 1 298 8 则机架数 N z c 28 3 4 故取 N 28 3 2 轧机布置方案 粗轧机组为 6 架 中轧机组为 6 架 交流电机单独传动 轧机轧制线固定 通过调 整轧辊和机架 使孔型对准轧制线 轧机由弹簧固定在底座上 整体更换 液压松开 机架的抽出和横移均由液压缸驱动 辊缝调节为液压马达 轧件在粗轧机内轧制 粗轧与中轧机组均采用平立交替布置 预精轧机组为 6 架 轧机轧制线固定 液压换辊 交流电机单独传动 轧件在预精 轧机组内实现无张力轧制 预精轧机组也采用平立交替布置的布置形式预精轧机组 精轧机组为 10 架 均为 45 轧机 3 3 工艺流程 预精轧机 组 预水冷 3 飞剪切 头尾 精轧 斯太尔摩 水冷 吐丝成卷 斯太尔摩 风冷 翻卷 挂卷 P F 冷却运输 线 漏泄磁束法探伤 激光测径测径 称重标号 压紧打捆 集卷 卸卷 入库 上料台架 入炉辊道 检测踢废 称重 加热炉加热 夹送辊夹送 出钢辊道 高压水除鳞 粗轧 1 飞剪切 头尾 中轧 2 飞剪切 头尾 连铸坯 9 1 上料过程 根据生产计划 吊车从原料跨把冷钢坯吊到上料台架上 上料台架再把钢坯逐根输 送到上料辊道上 经测长 称重后 由辊道把钢坯送入加热炉加热 对于弯曲过大 超长或超短的不合格坯料 由剔除装置将钢坯剔除 再由吊车把钢 坯吊到钢坯跨堆放 2 加热过程 目前高速线材轧机均采用较低的开轧温度和相应的出炉温度 除持殊钢种外 碳素 钢和合金钢依钢种不同开轧温度一般在 900 l 050 之所以来用较低的开轧温度和出 炉温度是基于高速线材轧机的粗轧和中轧机组的轧件温降小 而且轧件在精轧机组还升 温 降低加热温度可明显减少金属氧化损失和降低能耗 加热温度 900 比 1050 金属 烧损低 0 5 而产品总能耗减少 1 16 109J t 加热能耗降低 1 3 109J t 轧制电耗 增加 0 14 109J t 3 轧制过程 出炉后的钢坯经高压水去除钢坯表面的氧化铁皮 再由出炉辊道送往粗轧机组 在 运送过程中如发现坯料不合格 可通过剔出装置剔除 高速无扭线材精轧机组是采用微 张力轧制 在轧件头部及尾部失张段将出现断面尺寸大于公称断面尺寸偏差 失张段长 度和张力值大小 机架间距以及精轧延伸系数成正比 同所要求公称断面尺寸偏差成反 比 通常要将此超偏差段切除后交货 车间共有轧机 28 架 粗轧机组 6 架 中轧机组 6 架 预精轧机组 6 架 精轧机组 为 10 架 轧件在平立交替布置的粗轧机组中进行无扭轧制 经 1 飞剪切去头部和尾部 后进入平立交替布置的中轧机组进行无扭轧制 粗 中轧机组内部采用微张力控制轧制 10 而后轧件由 2 飞剪切去轧件头部和尾部 进入预精轧机组进行轧制 预精轧机组由 平立交替布置的 2 架框架轧机和 4 架碳化钨辊环悬臂轧机组成 在预精轧机组各架轧机 之间均设有气动立式活套 使轧件在此区域实现无扭 无张力轧制 从而保证进入精轧 机组轧件尺寸精确 轧件出预精轧机组后 经预水冷冷却后 在 3 飞剪处切头 切尾 然后经侧活套进 入精轧机组轧制 若轧件在精轧机组内发生事故 精轧机组入口处的卡断剪立即启动将 轧件切断防止后续轧件继续进入精轧机 同时碎断剪启动将轧件碎断 精轧机组为顶交 45 精轧机组 10 机架集体传动 悬臂式碳化钨小辊环 轧件在精轧机组之间实行单线 无扭转的微张力轧制 将轧件轧成高尺寸精度 高表面质量的线材产品 根据不同的产品规格 轧件在精轧机组中轧制若干道次 在生产 5 5 6 5mm 的线 材时 精轧机组保证终轧速度为 95m s 4 控制冷却过程 成品尺寸的线材由精轧机组轧出后 进入由水冷装置和风冷运输机组成的控制冷却 作业线 水冷段共设有四段水冷装置 每一段有若干个环形水冷喷嘴 用于快速冷却精轧后 的轧件 控制线材的吐丝温度 根据不同钢种 规格的线材产品要求 可改变水冷装置 的使用段数 水量等设定 在每段水箱之后均设有一段恢复段 使芯部和表面温度均匀 在每一个水箱后 均设有反向喷嘴和压缩空气喷嘴 为的是防止线材表面带水产生黑痕 引起局部性能不均 经水冷后到达吐丝机处的温度约为 800 900 通过这种方式 水 冷装置控制线材的吐丝温度 水冷后的线材由夹送辊送入吐丝机 高速前进的线材经吐丝机后形成螺旋形线圈 均匀地铺放在散卷风冷运输辊道上 根据处理的钢种 规格的不同 按工艺制度可改变 风机开闭的数量 风机的风量 辊道的运行速度等多种参数来调节线卷的冷却速度 使 线卷在理想的冷却速度下实现金相组织的转变 从而获得具有良好的金相组织和所需要 的均匀一致的机械性能的产品 螺旋状的线材在风冷运输辊道上按需要的冷却速度完成组织转变后 在运输机的 尾 部通过线圈分配器平稳地落入集卷筒 当一卷线材收集完毕后 快门 托板托 住 鼻尖 集卷装置的芯筒下降回转 将立卷翻转成卧卷状态 同时另一个芯筒由水 平位置回转到集卷机中心的垂直位置 使集卷工作继续进行 5 盘卷收集过程 11 线材轧机所生产的线材多是大盘重产品 又经过控制冷却在较低温度 一般低于 400 集卷 盘卷较为膨松 成品盘卷要保证捆扎密实 外形规整 必须实行压紧捆扎 对于线圈直径 1050mm 盘卷直径 1250 850mm 的盘卷 末压实前 100kg 高为 120mm 光面盘条 和 130mm 螺纹盘条 压紧捆扎后应为每 100kg 高 100mm 施加的压紧 力每 100kg 约 100kN 捆扎材料通常是 5 6 5mm 线材或冷轧包装带钢 每个盘卷应 均匀捆扎 4 道 对于用线材作捆扎材料的 捆扎搭接部位不应有能造成钩挂的突起搭扣 以免运输过程刮伤别的盘卷和本盘卷搭扣刮断散包 12 4轧制节奏图表与产量计算 4 1 咬入角的计算 g D h acr1cos 4 1 B A hp 4 2 式中 A 孔型面积 B 金属填充孔型的最大宽度 ShDD pg 0 4 3 式中 g D 轧辊工作直径 0 D 轧辊名义直径 表 4 1 各道次的咬入角 Table 4 1 The nip Angle for different passes 道次hp h mmDg mm 1132 040 0050323 02 2139 041 0049123 59 388 057 5854226 66 4110 058 5751527 61 567 432 45441 622 11 679 036 4442623 88 747 024 2746018 70 858 028 0544520 46 934 518 00470 515 91 1044 021 3545717 59 1125 014 4936316 25 13 1233 017 6435218 22 1319 810 00366 213 43 1426 012 6035815 25 1516 57 14273 513 13 1620 88 94266 214 90 1713 45 56273 611 58 1816 97 01269 613 10 热轧在有刻痕或焊痕的轧辊中轧制初轧坯或钢坯时 24 32 热轧型钢时 20 25 4 2 前滑值的计算 中性角公式 f2 1 2 4 4 前滑值公式 1 2 2 h D S 4 5 D 轧辊直径 咬入角 h 轧件高度 中性角 设出炉温度为1050 对f进行估算所有数据见表4 2 表 4 2 各道次前滑值 Table 4 2 The forward slip values for different passes 道次轧件高度咬入角摩擦系数中性角 前滑值 113223 020 4206 000 0153 213923 590 4296 140 0147 38826 660 4356 200 0306 411027 610 4406 250 0230 567 422 110 4426 230 0339 67923 880 4446 340 0282 74718 70 4415 890 0472 14 85820 460 4376 050 0383 934 515 910 4285 370 0561 104417 590 4255 620 0462 112516 250 4225 390 0603 123318 220 4205 660 0481 1319 813 430 4925 120 0703 142615 250 4865 540 0606 1516 513 130 4845 010 0600 1620 814 90 4815 440 0543 1713 411 580 4804 570 0627 1816 913 10 4694 950 0570 4 3 车间工作制度和年工作小时 高速线材车间年工作时间表见表 4 3 表 4 3 年车间工作时间表 Table4 3 Years of planning work schedule 计划检修时间生产过程中停工时间 时间日历 时间 大 中 修 小修小计 年计划 工作时 间 交接 班 换辊临时 事故 小计 年计划轧 制时间 小时 876054019273280282202001285487480 注 年计划工作时间是设备一年中最大可能的工作时间 1 生产过程中停工时间参照马钢高线车间的停工时间表 包括了很多非计划停工时间 2 大修每两年一次 每次 25 天 中修每年一次 每次 10 天 大中修平均每年 22 5 天 3 即 540 小时 小修一月 4 次 一次 4 小时 故一年 192 小时 4 4 4 轧机生产能力分析 轧机的工作图表 或称轧制节奏图表 即是研究和分析轧制过程的工具 在轧制节 奏图表中表示了轧制过程中道次与时间的关系 通过对这些关系的研究和分析可以清楚 地看到 轧件在轧制过程中所占用的轧制时间 各道次之间的间隙时间 轧制一根钢机 组所需的总延续时间和轧制过程中轧件交叉轧制的情况 轧件在任一时间所处的位置等 15 而这些正是了解和掌握轧制过程的重要依据 也是研究和改进轧机工作的重要依据 轧 制图表在轧钢生产过程中的作用归纳起来主要有以下几点 1 分析与研究轧机工作情况 找出工序间的薄弱环节 以利于改进 是轧制过程趋 于合理 2 准确计算轧制时间 轧钢时的交叉时间 各工序之间配合的时间以及轧制节奏时 间 用以计算轧机的产量 3 计算轧制过程中轧辊和机架等所成熟的轧制压力和核算电机传动轧机所承受的负 荷情况 连续式轧机的工作图表的特点是 因维持连轧关系的轧机每架只轧一道且保持单位时间内通过各机架的金属秒流量相 等的原则 各道次纯轧时间相等 即 KTTT zhzhzh 1821 轧 TK v l T 轧 式中 l 轧件轧后长度 m v 轧制速度 m s 第一架轧件纯轧时间 轧 T l 12994 65 95136 8vs 其他依此类推 轧制间隙时间 轧制速度 轧机间距 各道次间隙时间 简化处理 使间隔时间为5s 轧制节奏时间 zh TTt 4 6 参照同类车间 t 5 s T T82 5587 5 zh ts 表 4 4 各道次间隙时间 16 Table 4 4 The clearance time for different passes 产品 mm mm 轧制速度 m s 纯轧时间 s 间隔时间 s 节奏 s 5 5 95136 85141 8 6 95115 25120 2 6 5 9598 45103 4 7 9089 4594 4 7 5 84 982 5587 5 8 74 682 5587 5 8 5 66 282 5587 5 9 5982 5587 5 9 5 5382 5587 5 10 47 782 5587 5 11 39 582 5587 5 12 5 33 282 5587 5 13 28 382 5587 5 14 24 482 5587 5 15 21 282 5587 5 16 18 782 5587 5 17 16 582 5587 5 18 14 782 5587 5 据以上数据可作出字符连续轧制时的轧制节奏图 17 82 5s 5s 图 4 1 轧制节奏图 轧钢机产量是衡量轧钢机技术经济效果的一个主要指标 是车间设计中重要的工艺 参数 设计的任务就是要充分发挥轧钢机的生产能力 使车间建成投产后在预定的时间 内达到和超过设计水平 因此 轧钢机生产水平的高低和它实际能达到的能力是衡量设 计质量的重要指标 轧钢机单位时间内的产量称为轧钢机的生产率 分别以小时 班 日 月和年为时 间单位进行计算 其中小时产量为常用的生产率指标 则理论小时产量为 4 7 Q T A 3600 式中 A 轧机小附产量 吨 小时 Q 原料重量 吨 T 节奏时间 秒 实际上在生产过程中 由于种种原因 如轧机操作失误 轧件在孔型中打滑等 轧 机的小时产量达不到上述的数值 且由于轧制过程中轧件有烧损 切头及切废 所以合 格率不为 100 故应有成品率 则轧机实际能达到的小时产量可用下式表示 4 8 bQK T A 1 3600 18 式中 A 轧机小附产量 吨 小时 Q 原料重量 吨 T 节奏时间 秒 K1 称为轧钢机利用系数 取 0 951 b 成品率 由金属平衡表取 97 典型产品的轧钢机利用系数 K1 0 951 5 5 纯轧时间 136 8 轧 T 轧制节奏 1 18 132 27 F F 坯料重量 Q 2430t 典型产品小时产量为 1 36003600 A 24300 9510 9756 9 141 8 QKbth T 以上所述仅是单品种小时产量计算 当一个车间生产若干个品种时 每个品种或由 于选用坯料断面尺寸不同 或由于轧制道次不同 因而具有不同的小时产量 为考核一 个车间的生产水平和计算年产量 就需要计算各种品种产品的所占不同比例的小时产量 这个产量称为平均小时产量 也称为产品综合小时产量 计算轧机平均小时产量有两种方法 按轧制品种的百分数计算 按劳动量换算系数 计算 在此选用第一种方法 轧机平均小时产量 年产量 轧制时间 600000 7255h 82 7t h 轧机负荷率 年纯轧时间 年计划轧制时间 7255 7480 97 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 计算公式为 4 10 2 KTAA jwp 式中 A 车间年产量 t 年 平均小时产量 t h 轧机一年内计划工作小时数 h 19 时间利用系数 2 用系数 K2 其大小表示了轧机有效作业的情况 据统计结果显示 K2 在 0 796 0 975 范围内 在此取 K2 0 97 则车间年产量为 A 82 7 7480 0 97 600038t 由此可见 年产量与原设计年产量相符 表 4 5 轧机能力分析表 Table4 5 Analysis Form of Rolling ability 品序 产品 规格 坯料产品轧制轧制时间轧机实际 年产量 轧制 单重单重速度纯轧间隔节奏理论产量时间 种号mmkgkg mm sssst ht hth 15 524300 18795 0136 85141 861 756 9660001160 2624300 22295 0115 25120 272 867 146000686 36 524300 2695 098 45103 484 678 046000590 高4724300 30290 089 4594 492 785 430000351 速57 524300 34784 982 5587 5100 092 255000597 线6824300 39574 682 5587 5100 092 229000315 材78 524300 44566 282 5587 5100 092 229000315 8924300 49959 082 5587 5100 092 228000304 99 524300 55653 082 5587 5100 092 228000304 101024300 61747 782 5587 5100 092 227000293 111124300 74639 582 5587 5100 092 227000293 1212 524300 88833 282 5587 5100 092 227000293 131324301 04228 382 5587 5100 092 258000629 141424301 20824 482 5587 5100 092 223000249 151524301 38721 282 5587 5100 092 223000249 161624301 57818 782 5587 5100 092 223000249 171724301 78216 582 5587 5100 092 2380041 181824301 99814 782 5587 5100 092 2380041 191924302 22613 282 5587 5100 092 2380041 202024302 46611 982 5587 5100 092 2360039 212124302 72010 882 5587 5100 092 2400043 222224302 9859 882 5587 5100 092 2400043 232324303 2629 082 5587 5100 092 2400043 20 242424303 5528 382 5587 5100 092 2400043 252524303 8547 682 5587 5100 092 2400043 小计600000 7255 21 5 孔型系统的选择设计 5 1 孔型设计理论 5 1 1 孔型设计的内容孔型设计的内容 1 断面孔型设计 根据原料和成品的断面形状 尺寸和产品的性能要求 选择孔型系统 确定轧制各 道次的变形量 设计各道次和各道次的变形量 设计各道次的孔型形状 2 轧辊孔型设计 根据断面孔型设计 确定各孔型在每个机架上的分配及其在轧辊上的配置 要求轧 件能正常轧制且操作方便 并且轧制节奏时间短 轧机的生产能力高 产品质量好 3 轧辊导卫设计 为保证轧件顺利地出入孔型 或使轧件在进孔型前后产生一定的变形 切断 5 1 2 孔型设计的基本原则孔型设计的基本原则 1 成品质量好 包括产品断面几何形状正确 尺寸公差合格 表面光洁 无缺陷 机械性能好 2 轧机产量高 合理的孔型设计应使轧制节奏时间最短 一般情况是轧匀形 使串辊的次数最少 这些有可能提高轧机的作业率 1 产品的成本低 即使金属消耗 电能消耗合轧辊等技术经济指标降到最低 2 劳动条件好 劳动强度小 在进行孔型设计时 应使轧制平稳 轧制顺利 操作方便 便于调整 改善劳动条件 还应考虑轧制过程 易于实现自动化 减轻劳动强度 3 适应车间的设备条件 5 1 3 线材的连轧线材的连轧 一根轧件同时在两个或两个以上的机架中轧制并且保持各机架秒流量相等 这样的 轧制称为连续轧制 简称连轧 连轧具有轧制速度高 轧件头尾温差小 产品质量高等 优点 实现小型线材连轧 孔型设计是其中的关键环节 不论何种孔型设计后的秒流量 平衡与计算是必不可少的内容 因此 在设计孔型时 应避免轧件在机架间产生较大的 拉力或推力 拉力较大时 轻者会使金属不能充满孔型 重则可能会拉断轧件 而推力 22 较大时 会使轧件过充满孔型 轧件出现 耳子 和堆钢 连轧孔型设计应遵守连轧各道 次的金属秒流量相等的原则 线材的轧制中 粗轧 中轧阶段采用微张力轧制 应该逆 轧制顺序 设定相应的拉钢系数 预精轧采用活套的无张力轧制 由于是初步设计 从最简单的方面考虑 不设定拉钢系数 5 2 孔型系统的选择 孔型系统的选择是孔型设计的重要环节 选择是否恰当对轧机的生产率 产品质量 各项消耗指标及生产工艺操作有决定影响 故孔型系统的选择必需按照具体条件严格进 行 孔型系统选择的具体条件为 1 钢坯条件 应考虑 是连铸坯还是轧制坯 断面几何形状 尺寸及其波动范 围 坯料表面质量 钢种等 2 设备条件 应考虑 轧机布置形式 机架结构形式 机组组成 数量及参数 传动方式 电机能力及调速范围 辅助设备的配置及能力 3 产品条件 应考虑 产品品种 规格范围 尺寸精度及金属性能要求 4 生产工艺操作要求 应考虑 轧制方式是单线还是双线 孔型共用要求 操 作人员的操作习惯和技术水平等 5 2 1 线材孔型系统线材孔型系统 高线轧机常用的延伸孔型系统有 箱形孔型系统 椭 圆孔型系统 1 箱形孔型系统 图 5 1 箱型孔示意图 传统的箱形孔型有扁箱和立箱两种 从此孔型轧制出来的轧件为矩形或方形 其 主要优点有 1 共用性好 通过改变辊缝的办法可轧制出不同尺寸的产品 2 轧件在整个宽度上变形均匀 孔型磨损均匀 变形能耗小 3 轧件侧表面氧化铁皮易脱落 有利于改善轧件表面质量 4 轧辊切槽浅 轧辊强度高 可采用较大道次的变形量 23 5 轧件断面温降较为均匀 箱形孔也有其不可避免的缺点 1 由于箱形孔的结构特点 难以从中轧出尺寸精确的产品 2 轧件在孔型中受两个方向的压缩 故轧件侧表面不易平直 甚至出现裂纹 3 轧件在孔型中稳定性不好 易发生倒钢或歪扭 小断面轧件尤为严重 2 椭圆 圆孔型系统 图 5 2 椭圆型孔示意图 该孔型系统的主要优点 1 变形较均匀 轧制前后轧件断面形状能平稳地过渡 可防止产生局部应力 2 由于轧机没有明显棱角 可以保证轧件断面各处冷却均匀 可使轧制时不易形成 皱纹 且轧制中有利于去除轧件表面氧化铁皮 3 在某些情况下 可由延伸孔型轧出成品圆钢 因而可减少轧辊数量和换辊次数 该孔型系统的主要缺点有 1 延伸系数较小 有时会造成轧制道次增加 增加了轧辊与设备的消耗 提高了产 品成本 2 椭圆件在圆孔型中轧制不稳定 要求圆孔型入口夹板调整机准确 3 对宽展敏感大 容易出耳子 因此调整严格 5 2 25 2 2 粗轧 中轧孔型系统选择粗轧 中轧孔型系统选择 对比两种孔型系统的优缺点 椭圆 圆孔型系统主要是由于延伸系数小 增加了轧 制道次 使轧机工作效率低 产量降低和成本的提高 但是其生产的产品质量好 减少 了精整工序和精整设备 并且减少了废品率和次品率 即可以完全补偿所增加的成本 结合当今国内 外高线厂广泛使用之孔型系统 和自身设计的要求特点 本设计粗轧机 孔型前两架选择箱形孔型系统 后四架选择平椭 圆 椭圆 圆孔型系统 六架中轧机选择椭圆 圆孔型系统 5 2 3 预精轧 精轧机组孔型的选择预精轧 精轧机组孔型的选择 现代高速线材的预精轧 精轧机组都采用椭圆 圆孔型系统 这一孔型系统除了前 24 述的优点外 还具有以下优点 1 适合相邻机架轧辊轴线与地平线成 45 45 75 15 90 0 相互垂直的布置 2 变形平稳 内应力小 可得到尺寸准确 表面光滑的轧件和成品 3 椭圆 圆孔型系统 可借助调整辊缝值得到不同断面尺寸的轧件 增加了孔型 样板 孔型加工的刀具和模具 轧辊辊片和导卫装置的共用性 减少了备件 简化了管 理 4 该孔型系统的每一个圆孔型都可以设计成既是延伸孔型 又是有关产品的成 品孔型 适用于一组孔型系统轧辊 借助甩去机架轧制多规格产品 因此 目前预精轧及精轧机组主要采用椭圆 圆孔型系统 综上所述 本设计采用以下孔型系统 粗轧 平箱型 立箱型 平椭圆 圆 椭圆 圆 中轧 椭圆 圆 椭圆 圆 椭圆 圆 预精轧 椭圆 圆 椭圆 圆 椭圆 圆 精轧 椭圆 圆 椭圆 圆 椭圆 圆 椭圆 圆 椭圆 圆 图 5 3 孔型系统示意图 5 3 确定孔型系数原则 5 5 3 3 1 1各各道道次次延延伸伸系系数数的的确确定定原原则则 1 轧制的前几道次的延伸系数应小些 25 轧制开始时 轧件温度高 氧化铁皮厚而且附着在钢坯表面上 摩擦系数较低 咬 入困难 此外 电机能力也限制了前几道次的延伸系数 2 中间道次的延伸系数由大到小 经前几道次轧制后 氧化铁皮脱落 咬入条件得到改善 而且温降不多 由于轧件 断面积不断减小 亦使延伸系数提高 并达到最大值 以后 轧件断面大为减小 温降 严重 变形抗力显著增加 因此 此时延伸系数应逐渐减小 3 最后几道次的延伸系数要小 5 5 3 3 2 2延延伸伸系系数数分分配配图图 图 5 4 横列式轧机延伸系数分配原则图 图 5 5 连轧机延伸系数分配原则图 26 表 5 1 孔型延伸系数 Table 5 1 Pass elongation coefficient 孔型系统箱型系统平椭圆椭圆 圆椭圆型圆型 道次延伸 系数 1 16 1 41 42 1 46 1 3 1 41 2 1 61 2 1 4 表 5 2 孔型宽展系数 Table 5 2 Pass spread coefficient 孔型系统扁箱型方箱型椭圆型圆型 宽展系数 b h0 25 0 450 2 0 30 5 0 950 3 0 4 5 4 确定轧机机架数目 5 5 4 4 1 1总总的的延延伸伸系系数数 连铸坯断面积 170 170 28900 mm2 热膨胀系数 1 012 1 015 一般普碳钢在 1000 生产取 1 013 由 5 1 0 得 5 5