棒材孔型系统全连续轧制工艺设计毕业论文.doc

河北联合大学 毕业设计目录棒材孔型系统全连续轧制工艺设计毕业论文目 录摘 要IAbstractII引 言1第1章 棒材发展概况21.1钢铁工业发展概况21.2我国棒材生产的特点21.3棒材的种类和用途31.4棒材的生产特点及工艺31.4.1棒材的生产特点31.4.2棒材的生产工艺流程31.5棒材生产技术的进步6第2章 建厂的经济技术依据72.1建厂依据72.2厂址的选择72.2.1建厂地区选择应考虑的要求572.2.2建厂地址的选择8第3章 产品方案大纲及坯料选择103.1产品大纲的确定103.1.1在编制产品大纲时应切实注意以下问题103.1.2产品方案的主要内容103.2产品大纲103.3坯料选择113.4坯料选用时所考虑的因素123.4.1坯料形状尺寸123.4.2钢坯的重量133.4.3坯规格及允许偏差133.4.4坯料的检查与清理14第4章 轧机的选择164.1轧机型式对比与选择164.1.1开式机架164.1.2闭式机架164.1.3半闭口机架164.1.4无牌坊轧机164.1.5悬臂式机架174.1.6平立可转换轧机184.2轧机布置选择比较204.2.1横列式轧机204.2.2顺列式布置的轧机204.2.3连续式布置的轧机214.2.4轧机机架数确定224.3棒材轧制工艺流程234.3.1唐钢棒材车间234.3.2唐钢棒材车间生产工艺特点244.3.3马钢棒材车间244.3.4马钢棒材车间生产工艺特点254.4轧辊的各个参数264.4.1轧辊的材质选择264.4.2轧辊直径284.4.3辊身长度284.4.4轧辊辊颈直径和辊颈长度的确定294.4.5轧辊轴承294.4.6轧辊的调整机构314.5轧机主传动324.5.1电机324.5.2减速机和齿轮机座324.5.3连接轴33第5章 孔型系统选择与设计355.1孔型设计理论355.1.1孔型设计的内容355.1.2孔型设计的基本原则355.1.3孔型设计考虑的几点因素355.2孔型系统的选择365.2.1棒材连轧365.2.2连轧孔型设计原则365.2.3棒材孔型系统375.3孔型的设计计算385.3.1典型产品385.3.2 轧制各道次面积的确定405.4成品孔型的设计415.4.1箱型孔的设计445.4.2圆孔和椭圆孔的设计455.5孔型配置48第6章 轧制节奏图表与产量计算496.1咬入角的计算496.2前滑值的计算496.2.1摩擦系数的选择496.2.2中性角的计算496.2.3前滑值的计算496.3轧辊转速及电机速度的确定506.4轧制节奏图表516.4.1轧制间隙时间516.4.2 各道次轧制间隙时间526.4.3总间隙时间536.5轧钢机产量的计算546.5.1轧钢机产量概述546.5.2车间年产量的计算566.6提高轧钢机产量的主要途径57第7章 力能参数的校核587.1轧制温度的计算587.1.1轧制道次中的温度变化的影响因素587.1.2各道次轧制温度的确定597.2轧制力能计算及电机校核617.2.1平均单位压力的计算617.2.2总轧制压力模型627.3轧制力矩的计算637.4附加摩擦力矩的计算647.4.1轧辊轴承中的附加摩擦力矩647.4.2传动机构中的摩擦力矩647.4.3附加摩擦力矩657.5空转力矩的计算657.6静力矩的计算657.7等效力矩的计算657.8电机功率的计算66第8章 轧辊强度校核688.1对辊身计算弯曲强度688.2 对辊颈计算弯曲和扭转强度698.3 对辊头验算扭转强度70第9章 辅助设备的选择719.1加热设备的选择719.1.1炉型的选择719.1.2加热炉产量计算749.1.3炉子尺寸的确定749.2剪切设备的选择769.2.1 1#飞剪机769.2.2 2#飞剪机789.2.3 3#倍尺剪799.2.4 4#定尺剪809.3冷床的选择829.3.1冷床的结构与形式829.3.2冷床的参数确定849.4起重设备的选择859.5活套的设计86第10章 棒材厂工艺平面布置8710.1车间平面布置8710.2车间布置原则8710.3设备间距的确定8810.3.1热炉到第一架轧机距离的确定8810.3.2轧机间距的确定8910.3.3水冷区域的确定8910.4制动裙板9010.5厂房布置9010.6仓库面积计算9110.6.1原料仓库面积的计算9110.6.2 成品仓库面积的计算9210.7 车间其他设施面积的确定9210.7.1 操纵台位置的选择9210.7.2 主电室位置的选择9210.7.3 柱距尺寸9310.7.4 吊车轨面标高93第11章 车间技术经济指标9411.1各类材料消耗指标9411.2金属消耗9411.2.1金属消耗概述9411.2.2燃料消耗9511.2.3其余的材料消耗9511.3综合技术经济指标9611.3.1日历作业率9611.3.2成材率96结 论97参考文献98致 谢10099河北联合大学 毕业设计说明书引 言工业发展的历史表明，钢铁工业是整个工业发展的基础，钢铁生产状况是衡量一个国家工业水平的重要标志。钢铁材料以其所具有的特性较高的强度、韧性、易加工成型性、绿色可循环性在未来很长一段时期内仍将是重要的结构材料。我国是一个发展中的大国，消费市场巨大，对钢铁的需求，特别是对线棒材需求量仍然很大。棒材的断面形状简单，比起线材一般断面大很多，因此散热慢，允许轧制时间长，头尾温差大的问题不突出，但上限产品容易压缩比不足。与其他热轧一样，为能轧制高尺寸精度的产品，必须保证加热均匀一致，轧机刚度尽可能的高，轧制中，做到冷却一致。轧制中还有磨损带来孔型的变化，影响轧制的持久稳定。 棒材以直条交货，轧制单根棒条可以使用最小坯料，轧制道次也不是很多，降温不是主要考虑问题，因而把棒材轧制是所有轧材中最容易实现的品种，它可以有多种方式。从三辊横列式，到扭转二重式，从各种半连续式到全连续式，都能生产棒材，但其产量、尺寸精度、成材率、合格率却都大不一样。三辊轧机刚度低，加热温度的波动必然带来严重的产品尺寸波动，加上横列式速度慢、轧制时间长，导致轧件头、尾温差加大，容易尺寸不一致，并且性能不均，产量很低，质量波动很大，优质率极低。全连续轧机一般采用平立交替，轧件无扭，事故少、产量高，可以实现了大规模的专业化生产和组织性能控制.同时轧机采用高刚度，控制自动化程度较高，使尺寸精度和合格率得到很大提高，尤其成材率提高，减少回炉炼钢的浪费。 合金棒材在机械轴类零件中有广泛的应用，在轧制加工的基础上，热处理性能极为优良，可以经过淬火，达到相当高的强度和韧性。作为轴类，合金棒材要求组织均匀，机械性能优良。另外，提高尺寸精度可以减少车削，节省钢材，降低成本。但合金钢热塑性差，加工性能差，轧制变形要求减少道次压下。 第1章 棒材发展概况1.1钢铁工业发展概况近10年来，我国钢铁行业得到了很大的发展，2000年国内生产总值为9.92万亿元，到2010年达到39.79万亿元，增幅达4倍之多，粗钢产量上升到6.27亿吨，增幅达4.9倍。1在我国钢铁行业高速发展的背后也存在很多的问题，影响全行业运行的主要矛盾和问题，一是钢铁生产总量偏高，国内钢材市场呈供大于求的态势；二是钢铁产品出口，特别是低附加值产品出口比重过高；三是国内市场钢材价格低位运行和钢铁生产成本大幅上涨的双重压力下，钢企盈利空间压缩。“十二五”时期钢铁工业的根本任务是加快转变发展方式，调整优化结构，改善品种质量，推进全行业产业结构升级，努力实现钢铁工业向又大又强转变。21.2我国棒材生产的特点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，而且产量还在以较快速度增长（年平均增长速度为15%左右）。至2008年下半年，虽受国际金融危机的影响，其产量仍保持较小幅度增长。目前，我国线棒材产量占钢材产量的48%50%。而美国同期线棒材产量占钢材产量的22%，日本同期线棒材产量占钢材总产量的27%，而且近几年产量对平稳。22) 生产设备参差不齐基于节省资源和环保的要求，钢材的生产越来越重视先进技术和装备的使用。近年来我国小型线棒材轧机向连续化、自动化、大型化发展。但同时存在大量落后产能，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逐年提高，特别是实行负公差轧制的轧机，成材率高达98%以上，采取多项措施扩大产品规格和提高产品质量，可满足不同的用户的需求，增加了市场份额。4) 高质量、高附加值的经济性线棒材所占比例少，很多高质量、高附加值产品仍靠进口。1.3棒材的种类和用途棒材是一种简单断面型材，一般是以直条状交货。棒材的品种按断面形状分为圆形、方形和六角形以及建筑用螺纹钢筋等几种，后者是周期断面型材，有时被称为带肋钢筋。棒材的断面形状最主要的还是圆形。国外通常认为，棒材的断面直径是9300mm。国内在生产时约定俗成地认定为：棒材车间的产品范围是断面直径为1050mm。棒材的用途非常广泛，除建筑螺纹钢筋等可直接被应用的成品之外，一般都要经过深加工才能制成产品。深加工的方式有热锻、温锻、冷锻、拉拔、挤压、回转成形和切削等，为了便于进行这些深加工，加工之前需要进行退火、酸洗等处理。加工后为保证使用时的机械性能，还要进行淬火、正火或渗碳等热处理。有些产品还要进行镀层、喷漆、涂层等表面处理。1.4棒材的生产特点及工艺1.4.1棒材的生产特点棒材的断面尺寸比线材要大，但仍是热轧材中较小的。棒材的特点是断面较线材大的多，散热慢，可轧时间长，但压缩比不很大。长度定尺交货，使得可有多种生产方式进行轧制。但随着尺寸精度和表面质量要求增加，横列式已经多数被淘汰。因为，三辊横列式速度慢、轧制时间长，导致轧件终轧温度下降过多，头、尾温差加大，结果造成轧件头、尾尺寸公差不一致，并且性能不均。采用平立交替轧机提高轧制速度可以解决上述矛盾，滚动导卫的使用也可减少事故，这些都推动了棒材生产技术的发展。1.4.2棒材的生产工艺流程棒材车间的工艺生产流程图如图1所示：图1 生产线工艺流程简图连铸坯或初轧坯废料剔除辊道上称量加热炉加热粗轧机组1#飞剪机及事故碎断剪中轧机组2#飞剪机及事故碎断剪精轧机组倍尺剪取样剪冷床冷却、齐头成排收集冷飞剪剪切计数、自动打捆、标记称量发货冷却打捆标记称量存放取卷打包收集称重存放1.4.3棒材的生产工艺1）坯料目前生产棒材的坯料以连铸坯为主，断面形状一般为方形，边长120200 mm。连铸时希望坯料断面大，而轧制工序为了适应小直径、长尺寸，保证终轧温度，则希望坯料断面尽可能小。从压缩比上看希望断面大些，以提高变形比。生产棒材的坯料一般较长，最长达22m。当采用常规冷装炉加热轧制工艺时，为了保证坯料全长的质量，对一般钢材可采用目视检查，手工清理的方法。对质量要求严格的钢材，则采用超声波探伤、磁粉或磁力线探伤等进行检查和清理，必要时进行全面的表面修磨。棒材产品轧后还可以探伤和检查，表面缺陷还可以清理。2）加热在现代化的轧制生产中，棒材的轧制速度很高，一般在12m/s以上时，轧制变形时的温升较为明显，与散热抵消以后，甚至还出现升温。棒材断面大，轧制时间短，而且冷床散热慢，故一般棒材轧制的加热温度较低，出口速度也不太高。加热要严防过热和过烧，要尽量减少氧化铁皮。对易脱碳的钢种，要严格控制高温段的停留时间，采取低温、快热、快烧等措施。对于现代化的棒材生产，一般是用步进式加热炉加热，由于坯料较长，炉子较宽，为保证尾部温度，采用侧进侧出的方式。为适应热装热送和连铸直轧，有的生产厂采用电感应加热、电阻加热以及无氧化加热等。3）轧制为提高生产效率和经济效益，适合棒材的轧制方式是连轧，尤其在采用CC-DHCR或CC-DR工艺时，就更是如此。连轧时一根坯料同时在多机架中轧制，在孔型设计和轧制规程设定时要遵守各机架间轧件出入口速度相等或稍有速差的原则。在棒材轧制的过程中，前后孔型应该交替地压下轧件的高向和宽向。轧辊轴线全平布置的连轧机在轧制中将会出现前后机架间轧件扭转的问题，扭转将带来轧件表面易被扭转导卫划伤，轧制不稳定等问题。粗轧速度慢，一些车间在粗轧采用平辊轧制，平立交替的中精轧采用椭圆-圆孔型。尽管粗轧速度低，只要有扭转，事故还是增加，对塑性差的钢种也有限制，容易出现角裂。4）棒材的冷却和精整由于棒材轧制时轧件出精轧机的温度较高，对优质钢材，为保证产品质量，要进行控制冷却，冷却介质有风、水雾等等。即使是一般建筑用钢材，冷床也需要较大的冷却能力，有一些棒材轧机在轧件进入冷床前对建筑用钢筋进行余热淬火。余热淬火轧件的外表面具有很高的强度，内部具有很好的塑性和韧性，建筑钢筋的平均屈服强度可提高约1/3。1.5棒材生产技术的进步1) 步进式加热炉得到普遍应用，蓄热式加热炉技术得到提高。20世纪80年代末到90年代初，建设的连续式加热炉多采用步进式加热炉，90年代中期以后的钢坯加热多采用侧进侧出的全梁式步进炉。而蓄热式加热炉可节能约35%，缩短钢坯加热时间，降低烧损等优点而得到重视。32) 切分轧制技术切分轧制即在轧制过程中通过孔型，将一根轧件轧成具有多个相同形状的并联轧件，再通过切分导卫及孔型将并联轧件沿纵向切分成多根单根轧件。切分轧制可减少轧制道次，均衡轧机小时产量，提高设备利用率。3) 无头轧制工艺无头轧制技术是指在加热炉出口侧将钢坯两端焊接起来，轧制一根理论上无限长的钢坯。这种轧制方法由于消除了皮料间隔时间，从而增加了纯轧时间，减少了切头切尾损失，提高了金属收得率，而且稳定轧制设设备的冲击减少，减少设备维护，提高了产量和降低了成本。4) 低温轧制工艺常规的轧制温度是在奥氏体区轧制，低温精轧是指在最后几道次的形变发生在正火或热机精轧工艺对应的温度范围内。低温轧制的优点是结构组织的细化将生产细化的晶粒尺寸，改善了低温韧度，可获的良好的力学性能。5) TMCP技术TMCP技术是以控轧控冷的结合。在控制形变组织的基础上，同时控制随后的冷却速度，从而获得理想的相变组织，从而得到高强度、高韧性、高焊接性能的产品。第2章 建厂的经济技术依据2.1建厂依据“十二五”期间，中国钢铁行业将积极调整经济结构，转变发展模式，着力扩大消费需求。现阶段全国棒材生产的装备水平偏低，产品结构单一，高附加值产品的研发和生产水平较低。近代棒材生产出现了许多新技术，无头轧制技术、高精度轧制技术、低温轧制技术、自动控制技术、TMCP技术、多线切分技术、在线热处理技术等。基于节省资源和环保的要求，钢材的生产越来越重视先进技术和转杯的使用。因此，棒材生产的发展在满足市场需求的同时，不但要关注节能和环保，而且要通过研究、引进、消化先进的工艺、技术和设备等手段，降低成本，生产高质量、高附加值的产品。国内外市场对棒材的需求量是巨大的，且对其质量要求也越来越高。棒材广泛用于机械、汽车、船舶、建筑等工业领域。我国是一个发展中国家，住房尚需大量发展，虽然受国家宏观调控政策的抑制，商品房的和数量和速度明显下降，但是政府投入大量资金加大对保障性住房的开发建设，同时我国住房使用寿命较短，因此建筑用钢的需求仍然旺盛。另外随着国家装备制造业和家电、汽车行业的发展，机械工业用钢比例将进一步扩大，根据中国钢铁工业协会对“十二五”期间钢材市场消费需求的预测，我国机械工业的钢材消费量将达到1.5亿吨（不含汽车、集装箱和家电用钢消费），其中优质钢棒材4100万吨，占27.33%，普通长材1400万吨，占9.3%。4综合以上信息棒材有着广阔的发展空间，所以设计现代化的棒材车间是合理的也是有必要的。2.2厂址的选择厂址选择工作实际包括两个方面：一是建厂地区的确定，一般由上级主管部门在设计任务中规定；二是建厂地址的选择，由设计者会同有关部门共同进行实际调查研究提出几个初步方案进行比较，然后选取最优方案。2.2.1建厂地区选择应考虑的要求51)必须符合国家工业布局的基本原则。充分利用各地区的丰富资源和有利条件，产品合理的分配，使所设计的厂在最少的投资条件下，获得最大的经济效益。2)原料、燃料、动力的来源与运输条件。要能满足生产和生活的水质和量；3)适当靠近产品销售地区；4)自然条件好，有适宜的气候环境；5)能就近取得足够的建筑材料；6)与其它企业协作方便。2.2.2建厂地址的选择建厂地址的选择，就是在指定的建厂地区内，选择一块地方，它在自然和地理特点、运输条件、水电供应、布置工厂厂区及生活区等方面，都能最大限度地得到满足。具体要求如下5：1)厂区面积与外形满足总平面布置的面积；2)工程地质和水文地质满足建厂的要求；3)厂址选择适应城市的总体规划。从经济方面来看，厂址应靠近城市，以便充分利用城市的交通工具与线路，充分利用城市的供排水设施和动力设施，利用城市住宅和文化福利没施；4) 运输条件满足工厂生产要求。大型企业多采用铁路运输，因此应在铁路支线段最短；中、小型企业多为汽车运输，厂址应靠近汽车运输干线； 5)离电源、水源最近；6)在公用设施与生产方面，搞好环保措施(例如三废处理)，不致造成环境污染； 7)选择合适的居民点，作为职工生活区。结合以上原则，初将厂址选为唐钢二钢轧厂内部。唐钢隶属河北省钢铁集团，唐山地理位置优越，拥有自己的矿山，毗邻陡河水资源充足，电力来源于华北电网。唐钢内部公路、铁路发达，并与外部主干铁路相连。唐山铁路、公路网发达，有京唐港，并毗邻秦皇岛港、天津港，随着曹妃甸大型工业园区的不断完善，为铁矿石的进口和钢材的出口带来极大的便利。因此，唐山具有得天独厚的优势。结合唐山具体实际情况，选择唐钢二钢轧厂内部建厂主要还有以下几个方面：1) 利用唐钢现有资源和技术，加强唐钢棒材产业集中度，优化布局，淘汰落后产能，促进唐钢装备优化升级，打造优质建材生产基地；2) 唐山及其周边地区对棒材等产品需求旺盛，主要表现在两个方面，一是“十二五”期间，河北装备制造业将得到快速发展，尤其以唐山轨道客车高速动车组扩能和唐山丰润中国动车城的建设，将会需要大量优质棒材；二是建筑用钢的增长，虽然受国家宏观调控政策的抑制，商品房的和数量和速度明显下降，但是政府投入大量资金加大对保障性住房的开发建设，就河北省政府下达唐山市2011年的保障性安居工程任务为：建设保障性住房93216套，总投资251.4亿元，此比例在未来几年还有扩大的趋势。6 我国住房使用寿命较短，同时唐山承办2016年世界园艺博览会，将会以此为契机建设大量地标性建筑，由此可以判断建筑用钢市场仍然有较大发展。综合以上信息，得出结论将厂址选择在河北钢铁集团唐山钢铁集团二钢轧厂内部。第3章 产品方案大纲及坯料选择3.1产品大纲的确定3.1.1在编制产品大纲时应切实注意以下问题1) 满足国民经济发展对轧制产品的需要，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) 考虑各类产品的平衡，尤其是地区之间产品的平衡。要正确处理长远与当前、局部与整体的关系。做到供求适应、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和建厂地区产品的合理分工。有条件的要争取轧机向专业化和产品系列化方向发展，以利提高轧机的生产技术水平。4) 考虑建厂地区资源及钢材的供应条件，物资和材料等运输的情况，逐步完善和配套起独立的轧钢生产体系。5) 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.3.1.2产品方案的主要内容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。3.2产品大纲该棒材车间设计为年产80万吨的钢材，产品规格为螺纹钢1250mm，圆钢1250mm，都以热轧直条状态交货，定尺长度为6mm12mm，具体的长度根据客户的要求确定。生产的钢种主要有：碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢，合金结构钢、冷镦钢、弹簧钢等。具体产品大纲见表1：表1 棒材生产线产品大纲序号品种标准规格/mm年产量/万t钢种1圆钢GB/T 7022004GB 13013199112164.0碳素结构钢优质碳素结构钢低合金结构钢弹簧钢轴承钢等16206.021255.026306.53140641502.52螺纹钢GB/T 1499.22007GB 1301319911214816209222511283210365063方钢GB 130131991141461616181850504扁钢GB/T 7041998356100253.3坯料选择目前，轧钢生产用坯有三种：即用连铸坯、钢坯、钢锭。钢锭是炼钢生产的最终产品，也是钢材生产的原料。钢锭质量的优劣、重量的大小及钢锭的类型对钢材产品生产有很大的影响。钢锭经开坯轧制成不同规格的钢坯。可根据不同的产品特点，选择与成品钢材形状相近似的钢坯。连铸坯是直接将钢水铸成轧机所需要的各种规格和断面形状的钢坯的生产过程，省去了初轧生产过程。三种原料比较如下表2所示：表2 轧钢生产各种原料比较7原料种类优点缺点使用条件钢锭不用初轧开坯，可直接轧制成材金属消耗大，成材率低，中间不能进行清理，压缩比小，产量低仅特殊用途轧机用钢锭作原材料，大部分钢锭要经初轧机、中型开坯轧机或锻压机轧成各种钢坯钢坯压缩比大，可中间清理，故产量大。钢种不受限制，成材率高需要初轧开坯，使工艺和设备复杂。能耗和产品成本提高，比用连铸坯金属消耗大得多，成材率低大型钢铁联合企业以及生产品种较多的各种车间连铸坯金属消耗少，成材率可提高612%，不用初轧，缩短工艺流程，可节能降耗，降低成本钢种受到一定限制（主要用于镇静钢），压缩比较小，对有些产品受到限制，另外连铸坯规格较少，不适用于多品种小批量生产的要求，连铸工艺要求严格适合于大、中、小多类钢铁企业，生产品种较少，毗连较大的情况；适用于压缩比要求不特别严格的产品随着冶炼技术的不断发展，连铸和棒材轧机之间的连接的合理优化，从连铸坯考虑采用较大的断面，大连铸坯在连铸过程中有利于夹杂物上浮，更能保证质量，同时，在压缩比一定的情况下，较大断面的连铸坯有利于生产更大规格和产品质量更好的钢材。通过上述比较，本设计选用连铸坯作为生产原料。3.4坯料选用时所考虑的因素3.4.1坯料形状尺寸坯料断面形状的选择主要与轧制产品的形状有密切的关系，当轧制断而形状比较简单的成品钢材时可选择与其形状相近的钢坯。棒材轧制常选用方形坯料，因为这样有利干延伸系数的分配和减少轧制道次。对于连续式轧机，温度条件好，轧机数目多，故可选用较大的坯料，使压缩比增大。压缩比，一般表示（钢坯）连铸坯的平均变形量。压缩比是保证产品组织结构和力学所要求的最小变形量。连铸坯内部存在缺陷的比例较大，连铸坯的规格选取上考虑轧机本身的能力，从而确保连铸坯的内部缺陷在前几道次的轧制得到消除。建议采用以下的压缩比能满足产品质量的要求：优质碳素结构钢的压缩比6，40 Cr合金结构钢的压缩比7；合金结构钢的压缩比159。 . （1） 式中： 锭到成品的压缩比； 坯料断面积, ； 成品断面积, 。综合考虑以上因素，选择连铸坯断面面积为165165.3.4.2钢坯的重量取连铸坯的比重为：=7.6510kg/m .（2）考虑内容(1)，已知钢坯长度为：=12m。钢坯重量为：=7.651012165102499.3 kg。取钢坯重量为：G=2.5 t根钢坯单重为：=208.3 kgm3.4.3坯规格及允许偏差1)连铸坯横断面尺寸及允许偏差（符合YB2011-8标准），见表3：表3 连铸坯横断面尺寸及允许偏差7名义尺寸长度/mm宽度/mm对角线长度偏差单重kg/m尺寸偏差尺寸偏差165165165516557208.32)钢坯长度定尺：1208012000mm，短尺 6000mm；3)钢坯弯曲度不得大于15mm/m，总弯曲度不得大于80mm/12m；4)端部切斜不得大于20mm；5)不得有明显的扭转。3.4.4坯料的检查与清理炼钢工艺的不断改进，使连铸坯和轧材的表面质量不断提高，对要求很高的优质碳素结构钢和特殊钢，在轧制之前，清理坯料表面缺陷对提高产品质量起着重要作用。目前，坯料的检查主要有抛丸和探伤。连铸坯质量提高后，对高质量产品的要求，坯料探伤主要有表面探伤和内部探伤。坯料的表面探伤主要有荧光磁粉法、涡流法和漏磁法。后两者多用于成品探伤，荧光磁粉法则主要用于钢坯探伤。而钢坯内部的探伤主要是超声波探伤。钢锭、钢坯或连铸坯表面会存在各种缺陷(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。所以坯料表面缺陷的清理是提高钢材合格率，保证钢材质量的重要措施，也是轧钢生产分成二个阶段的重要原因。常用的清理表面缺陷的方法很多，常用的有：火焰清理、风铲清理、砂轮清理和机床清理等四种。火焰清理是指采用乙炔（或煤气）和氧气燃烧的高温火焰将原料表面熔化出去的方法。风铲清理是用0.50.6MPa压力的压缩空气使风铲头做高速冲击以铲掉表面缺陷的方法。机加工清理是轧制重要用途的合金钢时需要用剥皮消除钢锭和钢坯的表面缺陷，加工方法包括：刨、铣和车等。研磨清理是用来清理钢坯表面细小的缺陷，以及清理有很高硬度的高级合金钢坯的表面缺陷，采用砂轮来清理。各种清理方法比较见下表4：表4 各种清理方法比较8清理方法清理费用（%）特点适用范围风铲清理100生产效率较低，人工段清理程度，工作量较大适用于冷状态下清理高碳钢及合金钢研磨清理307生产效率低，由于急剧的摩擦而产生局部加热，因此在研磨过程中，采用间歇时间以便于被研磨处的热量有足够时间扩散。清理钢坯表面细小的缺陷，以及清理有很高硬度的高级合金钢坯的表面缺陷机床清理60生产效率低，不同的钢种选用不同的机加工方法适用于有重要用途，要求较高的产品，火焰清理53高生产率、低成本，所需设备简单，易操作适用于碳素钢、普通低合金钢的清理，而不适用于合金钢和高碳钢本设计坯料选用荧光磁粉法探伤，成品采用超声波探伤；普通碳素钢采用火焰清理，对高要求的钢材和高合金钢、轴承钢等采用研磨清理。第4章 轧机的选择4.1轧机型式对比与选择4.1.1开式机架这种机架的上盖（上横梁）可以拆卸，其优点主要是更换轧辊方便，因此它主要用在换辊比较频繁的横列式布置的型钢轧机上，主要缺点是刚性较差，轧出的产品精度不高。4.1.2闭式机架这种机架的上盖和立柱形成封闭式的整体框架。结构简单，制造容易，具有较高的强度和刚度。因此，闭口式机架主要用于初轧机、各种钢板轧机、钢管轧机。主要缺点是换辊不便。4.1.3半闭口机架其上盖和立柱的连接完全由斜楔完成，具有换辊方便和刚性较好的优点。4.1.4无牌坊轧机 传统的牌坊轧机，轧材的尺寸精度（纵向厚度）与轧机机座刚度有直接的关系，由此式可知，提高轧材尺寸精度应从两方面着手，即减少和提高K，前者为轧制工艺问题，后者为设备问题。如图2所示，提高轧机刚度途径为减少机座中承载体的数量，即尽量缩短应力回线的长度，于是短应力回线轧机应运而生。图2 牌坊轧机与短应力线轧机应力回线比较该轧机的特点是：机架由4根带左右螺旋的受力拉杆连接一对轧辊的轴承座，轧制力分布在很短的回路内和较大的面积里，并可同时旋转四根拉杆实现上下轧辊的同步压下调整，可以保证轧线恒定不变，在上辊操作侧轴承座内设置蜗轮蜗杆螺旋副机构对上辊进行手动轴向调节。轧辊采用液压柱塞平衡或弹簧平衡，轧辊受力弯曲时，轧辊轴承座可以随轧辊弯曲而浮动，从而使轴承受力均匀机架有液压缸移动进行换辊。此外，为了保证轴承座的刚度和从圆柱轴承到拉杆的短距离，使机架和轴承座弯曲最小，对机架的拉杆位置进行了优化，无牌坊机架的可靠性高，轴向径向刚度高，对实施低温轧制有利，且产品尺寸公差小，换辊时间短。适用于中、精轧机组。4.1.5悬臂式机架悬臂式机架结构图如图3所示，采用芯轴夹套NiCrCo热处理辊环，油膜轴承结构，有水平机架、立式机架、平/立可转换机架。这种机型的特点是：轧辊辊环直径增大约30%，断面面积增加约65%，增强了关键部位的强度，减少了应力集中；该机型有固定的轧制线；易于更换辊环，维护及更换到位方便；重量轻，可节约投资。适用于粗轧机组。图3 悬臂式轧机的结构图4.1.6平立可转换轧机采用平立交替式布置是为了满足灵活的轧制工艺而设计的。根据不同产品的孔型设置，可灵活地调整轧机使其水平布置或垂直布置。机架可以水平或倾倒90度，放置在一个小车上。机架本身结构与普通二辊轧机机架基本相同。立辊轧制时为了平衡轧辊质量，在轧辊辊系中增加了止推轴承。机架与小车用螺栓连接在一起，小车可以水平移动，实现水平轧制换孔槽功能。在垂直轧制时，小车坐在一个由电机驱动蜗轮、蜗杆、丝杠螺母机构组成的台架上，台架可上下移动，完成换孔槽动作。位置调整好后，由液压锁紧缸将机架定位。其结构图如图4所示。中、精轧机的作用是将轧件在高温状态下经过孔型逐道次压缩变形。根据产品大纲及各车间工艺的不同，第一种情况是由中轧机为精轧机输送形状正确、尺寸合格的轧件。第二种情况是由中轧机组直接轧制出断面较大的产品，精轧机组被甩掉(空过)。由替换辊道代替，此时中轧机组的作用和精轧机组一样成为成品轧机。在相同的开轧温度情况下，中轧机组轧件温度为三个机组的最低区域，而精轧机组的轧件温度则随着道次的增加而逐渐有所升高。过低的开轧温度容易在中轧机组前几架产生堆钢。采用平立交替式布置，且精轧部分的偶数架轧机可平立转换，此种布置形式的优点：1) 轧制过程稳定，此种轧机在平轧机上采用椭圆孔型，在立轧机上采用圆孔型，这样在平辊上轧出的椭圆件在水平方向是长轴，增大了轧件与轧机的接触面积，所以增加了轧件在机架之间运行的稳定性；2) 平立布置的轧机可采用立活套，而立平布置必须采用侧活套。立活套的优点：设施少、占地面积小，更易检测和控制；如果采用立平布置，就必须采用侧活套，因为立轧机上轧出的扁轧件是立着的，对水平压辊或水平推辊磨损严重，所以采用平立布置且使用立活套效果更好；3) 易控制成品质量。在立式轧机上轧出的成品比水平轧机轧出的成品质量好控制，因为立式轧机的轧辊运行更为平稳，成品尺寸波动小，精度高。平立布置轧机的缺点：1) 成品轧机的进、出口导卫装置更换调整较困难；2) 成品轧机轧辊轴向调整不便。因为采用平立交替的轧机布置形式利大于弊，且精轧机的偶数架次采用平立可转换式，利于切分轧制。图4 平立辊联合轧机示意图4.2轧机布置选择比较4.2.1横列式轧机横列式轧机，特别是粗轧机组要求多道次轧制，轧制速度慢，轧制节奏长。而坯料断面小，轧件温降快，头尾温差大，在给定坯料尺寸、成品规格时，为尽量减少轧制道次，需尽可能选用快速延伸孔型系统。如椭圆方、六角方孔型。横列式布置的轧机，同一机列轧辊的转速相同，轧制速度并不随轧件长度增加而提高，因而产量小，轧机劳动生产率低，轧制产品的质量也差，不易实现自动控制，国外已淘汰。这是横列式布置轧机的重要缺点。4.2.2顺列式布置的轧机采用跟踪轧制方式，每架轧机只轧一道，各架轧机具有不同的轧制速度，可以随轧件长度的增加而提高轧制速度，因而具有较高的生产率。每架轧机只轧一道，轧辊L/D=1.52.5，机架多采用闭口式，刚度大，产品精度高，不连轧，各架互不影响，调整方便。但是轧件轧出的长度随道次的增加而加长。机架之间的距离也随轧件长度的增加而增加。因此顺列式布置的轧机有较长的厂房，导致车间占地面积和投资的增加，故只适宜于生产断面尺寸较大的钢材，或用于其它布置形式的粗轧机列。4.2.3连续式布置的轧机除了每架顺次轧制一道外，还必须保持连轧关系的各架轧机单位时间内金属秒流量相等的原则。由于连续式布置的轧机易于实现轧制过程的机械化和自动化。可以采用较高的轧制速度，因而具有很大的生产能力。连续式布置的轧机是各类轧机发展的方向。横列式轧机与连续式轧机的比较：横列式轧机，特别是粗轧机组要求多道次轧制，轧制速度慢，轧制节奏长。而坯料断面小，轧件温降快，头尾温差大，在给定坯料尺寸、成品规格时，为尽量减少轧制道次，需尽可能选用快速延伸孔型系统。如椭圆方、六角方孔型。横列式轧机的自动化程度低，轧机喂钢和翻钢需要人工完成或采用轧机前后辅助设备机械化操作，因此，对咬入条件、孔型对轧件的夹持力、轧件在孔型中的稳定性等方面要求较高，需尽可能选用六角方、菱方等孔型系统。连续棒材轧机的坯料断面大，机架间距小，单道次轧制、轧件温降和头尾温差已不是影响轧钢生产和产品质量的主要因素；相反，在高速轧制时（v10m/s），变形功转化的热量占轧制温度变化的主导地位，轧件产生温升，以中间水冷为主要手段的控温轧制和以节能降耗为目的的低温轧制地位相对突出，因此，尽可能减少轧制道次的要求远不如横列式轧机那么迫切。连续棒线材轧机把提高轧机作业率及产量，保证坯料内外质量和成品尺寸精度，以及降低轧辊消耗和成本等作为增强产品市场竞争力的主要手段。因此，要求选用的孔型系统变形柔和、生产稳定、孔型磨损均匀，这些正是椭圆圆孔型系统的典型特征。连续棒线材轧机产品规格范围宽，为尽量采用共用孔型和调整孔型，特别是生产较大规格从精轧机组前几个机架甚至从中轧机组出成品，因此要求圆孔前置，这也相应扩大了椭圆一圆孔型系统的使用范围。连续棒材轧机已广泛使用微张力和活套控制技术。粗、中轧机组的微张力控制系统，不仅需要各道次轧件断面相对稳定，而且需轧辊工作直径相对稳定，即需要孔型磨损均匀，从而缩短轧机自适应过程，降低微张力控制系统的调节频率；就活套控制而言，活套器的设置及其工况与轧件断面形状和大小密切相关。显然，圆、椭圆轧件与同断面积的其它等轴轧件相比，惯性矩较小，更容易成套，而且其断面周边呈弧形，可以减轻成套过程中轧件弯曲及活套辊与轧件接触对轧件表面质量的影响。这对裂纹敏感、采用控温轧制的合金钢棒材更为有利，这些也是选用椭圆圆孔型系统的重要原因。比较各轧机布置形式的优缺点，本设计采用全连续式布置轧机。4.2.4轧机机架数确定对于每架只轧一道的连续式轧机，确定其机架数是比较容易的。因为其机架数目一般不少于轧制道次，只要知道轧制道次即可确定机架数。轧制道次和机架数可用下式确定： . （3）式中： N机架数目； 由坯料到成品的总延伸系数； 各道次的平均延伸系数。 （4） 设计孔型系统为箱形孔和椭圆-圆的组合孔型生产系统。箱形孔平均延伸系数=1.25 1.4；椭圆-圆平均延伸系数= 1.3 1.4；根据以上经验数据，再参考同类棒材车间，=1.32。 选取机架数为18架。生产大规格产品可甩过架次（空过），减少轧制道次。综上所述，粗短应力线轧悬臂式机，中、精轧可选用短应力线轧机，全线全连续式布置型式，具体规格为见表5：表5 轧机布置形式机架布置形式轧机结构平立交替布置悬臂式轧机平立交替布置卡盘式机架、四拉杆机构短应力线轧机平立交替布置（、机架为平立可转换机架)。卡盘式机架、四拉杆机构短应力线轧机4.3棒材轧制工艺流程4.3.1唐钢棒材车间唐钢棒材车间13设计年生产能力60万吨，采用165mm165mm12000mm连铸方坯。产品规格：1450mm圆钢、1240mm带肋钢筋。产品定尺长度612m。产品精度要求达到DIN1013标准要求的1/2。最高轧速：16m/s。钢种：普碳钢、优质碳素结构钢、低合金钢、铆螺钢、弹簧钢。唐钢棒材车间平面布置图如图5所示：图5 唐钢棒材车间平面布置图1-上料台架 2-步进式加热炉 3-高压水除鳞箱 4-夹送辊 5-悬臂式粗轧机 6-1号飞剪 7-中轧机六架 8-2号飞剪 9-7组立活套 10-精轧机六架 11-淬水小车 12-3号飞剪 13-冷床 14-冷剪 15-收集台架4.3.2唐钢棒材车间生产工艺特点：1）采用全连续轧制该厂为全连续棒材厂，粗、中、精轧机组分别设置6架轧机，粗轧机组为节能紧凑悬臂轧机，中、精轧机采用卡盘式机架和四拉杆机构，全线轧机呈平立交替布置，直流电机单独驱动。1#10#轧机采用电流记忆法微张力轧制，11#18#轧机采用7个立活套实现无张力轧制，采用计算机自动控制，实现单线全连轧，最高轧速18m/s。2）采用切分轧制技术用65mm165mm12000mm连铸坯，实现热送热装，12、14采用三线切分轧制，18带肋钢筋采用2线切分，因此14#、16#、18#架轧机均为平立可转换轧机。3）长尺冷却，倍尺剪切工艺14。4.3.3马钢棒材车间马钢棒材设计年生产能力60万吨，采用140mm140mm或150mm150mm，长1200016000mm连铸方坯。产品规格：1450mm圆钢、1240mm带肋钢筋。产品定尺长度612m。产品精度要求达到DIN1013标准要求的1/2。最高轧速：16m/s。唐钢棒材车间平面布置图如图6所示：钢种：普碳钢、优质碳素结构钢、低合金钢、轴承钢、弹簧钢14。图6 马钢棒材车间平面布置图1-步进式加热炉；2-粗轧机（六架）；3-中轧机（六架）； 4-精轧机（六架）；5-穿水冷却装置；6-倍尺飞剪 ；7-短尺收集系统； 8-冷床 ；9-冷定尺飞剪 ；10-自动收集打捆装置4.3.4马钢棒材车间生产工艺特点：1）全连续、高精度、高效率轧制技术全线共18 架轧机, 粗、中、精轧机组各为6 架, 轧机呈平- 立交替布置, 交流变频电机单独传动。轧机均为无牌坊、短应力线、高刚度“红圈”轧机。1 # 10 # 轧机间实现微张力轧制,10 # 18 # 轧机间采用立式可控活套, 实现无张力轧制, 从而实现了全线无扭、微张力或无张力轧制, 保证了产品的高精度、高质量。2）轧制12 、14 、16mm 带肋钢筋时, 采用了2 线切分轧制技术, 12mm 规格也可采用3 线切分。为此, 精轧机组的第14 、第16 架轧机采用平/ 立可转换轧机, 切分轧制时, 将其由立式转为水平。切分孔型由成品前5 架轧机梅花孔(弧边菱方孔) 、哑铃形孔、近终形孔、椭圆形孔和成品孔组成。3）控制冷却技术精轧机组后设置了穿水冷却装置, 该装置总长约25m , 共有5 个水冷段。根据轧件的规格,可分别选用3 5 个水冷段, 水压为118 212MPa , 并可根据需要进行调整。由成品轧机轧出的带肋钢筋温度约为1050 左右。轧件经穿水冷却装置后可获