吕明课程设计

1、河北联合大学 课程设计引 言4第1章 文献综述61.1我国线棒材发展现状61.1.1 产能高61.1.2 生产装备参差不齐61.1.3 管理水平逐年提高61.1.4 高质量、高附加值的经济线材少71.2棒材的种类和用途71.3市场对棒材的质量要求71.4棒材的生产特点71.5棒材的生产工艺81.5.1 坯料81.5.2 加热和轧制81.5.3 棒材的冷却和精整9第2章 轧机选择及工艺流程92.1轧机型式对比与选择92.1.1开式机架92.1.2闭式机架92.1.3半闭口机架92.1.4无牌坊轧机92.1.5悬臂式机架102.1.6平立可转换轧机102.2轧机布置选择比较122.2.1横列式轧机

2、122.2.2顺列式布置的轧机122.2.3连续式布置的轧机122.2.4轧机机架数确定132.2.5 轧制方案制定142.3 生产工艺的过程142.3.1坯料选择142.3.2 钢材的轧制152.4轧辊的各个参数162.4.1轧辊的材质选择162.4.2轧辊直径172.4.3辊身长度18第3章 孔型系统选择与设计193.1孔型设计理论193.1.1孔型设计的内容193.1.2孔型设计的基本原则193.1.3孔型设计考虑的几点因素：193.2孔型系统的选择193.2.1棒材的连轧193.2.2连轧孔型设计原则203.3孔型的设计计算203.3.1典型产品203.3.2延伸系数的分配203.3.

3、3 轧制各道次面积的确定22第4章 力能参数的校核234.1轧制温度的计算234.1.1 轧制道次中的温度变化的影响因素234.1.2 各道次轧制温度的确定244.2轧制力能计算及电机校核254.2.1 平均单位压力的计算254.2.2 总轧制压力模型264.3 轧制力矩的计算264.4 附加摩擦力矩的计算274.4.1 轧辊轴承中的附加摩擦力矩274.4.2辐射热所引起的温降计算274.5 空转力矩的计算284.6 静力矩的计算284.7 等效力矩的计算284.8计算产品32热轧带肋钢筋的电机校核284.8.1 粗轧机的电机校核284.8.2 中轧机的电机校核284.8.3 精轧机的电机校核

4、29参考文献29引 言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。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。我国棒材的总产量在钢材总量中的比例超过40%，在世界上是最高的。这是国内经济建设和出口需要所决定。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

5、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

6、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。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。本设计按照课程设计要求，选择20 mm的圆钢作为典型产品的孔型设计。4 年产55万吨连轧棒材车间设计第1章 文献综述在现代社会的国民生产中，棒材作为钢铁产品的组成部分，即便是在当前国际经济危机的大环境下，由于我国采取扩大内需，建设基础设施，鼓励发展房地产业的政策，棒材的生产仍然十分重要。由于

7、钢铁材料的用途十分广泛，不论农业、工业、国防建设，都需要有质量优良，品种齐全，数量足够的钢铁，因此钢铁工业的发展有着非常重要的意义。我国是一个发展中国家，住房尚需大量发展，建筑用钢的需求在很长一段时间内都将是很高的。另外随着人民生活水平的提高，相应汽车用钢的需求也会越来越多。1.1我国线棒材发展现状钢铁材料以其所具有的特性较高的强度和韧性、易加工成型性、绿色可循环性在未来时期内仍将是重要的结构材料。随着我国汽车制造、电气机械、船舶制造工业的发展,板材、管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。我国目前线棒材生产有如下特点

8、。1.1.1 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总产量的22 %左右,日本同期线棒材产量占钢材总产量的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例还是绝对产量均高于美国和日本。1.1.2 生产装备参差不齐近年来我国小型轧机向连续化发展,线材生产则趋向采用高速线材轧机,到2002 年6 月底,全国共投产连续及半连续小型轧机70 套,设计产能超过2 100 万t/ a ,其中国产化设备超过40 %。到

9、目前为止,全国共投产高速线材轧机约70 台套(含线棒材复合轧机) ,设计产能超过1 700 万t/ a 。国产化设备最高精轧速度可达90 m/ s。与此同时,我国目前尚有一些落后的小型线材轧机再生产。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,约30 %的落后线材生产线应被淘汰。1.1.3 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400 MPa

10、 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力钢丝、钢绞线生产份额,改善冷墩钢质量,扩大产品规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525 mm线材,直径公差达0.1 mm ,椭圆度达0.14 mm,可满足不同用户的需求。1.1.4 高质量、高附加值的经济线材少金属制品是高速线材的深加工产品,其使用价值优于热轧产品,可节约金属30 %40 %。据统计,发达国家金属制品的产量已占线材产量的50 %70 %。我国虽然线材产量占钢材总产量的21. 9 %(居世界第一位) ,可用于金属制品的只占线材产量的30 % ,很多高质量要求的产品仍靠进口。工业发

11、展的历史表明，钢铁工业是整个工业发展的基础，钢铁生产状况往往是衡量一个国家工业水平的重要标志。随着我国改革开放，现代化事业的发展，工业、农业、交通运输、国防和科学技术等部门都需要大量钢材。钢材产量、品种、质量是衡量一个国家钢铁工业发展的尺度。一个完整的金属压力加工车间设计，其内容包括生产、工艺、设备、土建、供水和排水、供气、供电、运输、采暖与通风等设计。它们之间是一个完整的不可分割的整体，要求各个不同的设计部门互相协作，紧密配合，其中车间工艺设计是整个设计的主体。1.2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

12、，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9300 mm。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1050 mm。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。深加工的方式有热缎、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。1.3市场对棒材的质量要求由于棒的用途广泛，因此市场对它们的质量要求也是多种多样的，

13、根据不同的用途，对力学强度、冷加工性能、热加工性能、易切削性能和耐磨耗性能等也各有所偏重。总的要求是：提高内部质量，根据深加工的种类，材料本身应具有合适的性能，以减少深加工工序，提高最终产品的使用性能。用作建筑材料的螺纹钢筋，主要是要保证化学成分并具有良好可焊性，要求物理性能均匀、稳定，以利于冷弯，并有一定的耐蚀性。1.4棒材的生产特点棒材的断面形状简单，用量巨大，适于进行大规模的专业化生产。我国棒材的总产量在钢材总量中的比例超过40 %，在世界上是最高的。预计随着我国经济现代化程度的逐渐提高。棒、线材在钢材总量中的比例将会逐步降低。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

14、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。1.5棒材的生产工艺1.5.1 坯料棒材的坯料现在各国都以连铸坯为主，对于某些特殊钢种有使用初轧坯的情况。为兼顾连铸和轧制的生产，目前生产棒材的坯料断面形状一般为方形，边长120200 mm。连铸时希望坯料断面大，

15、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22 m。一些车间为扩大产品上限，有时也选两种坯料，这时粗轧第一架的能力要加大，同时设备作业率降低。一个车间最好一个坯料规格，这样轧机有最大的利用率5。连铸可以明显节能、提高产品质量和收得率，有巨大的经济效益，这已经在普通钢种上得到广泛应用，也正在向高档钢材和特殊钢种的生产迅速扩大。对机械结构用钢，由于中心偏析和延伸比等问题，连铸质量较难保证，由于电磁搅拌、低温铸造等技术的显著进步，使这些钢种也可以采用连铸进行生产。当采用常规冷装炉加热轧制工艺时，为了保

16、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。采用连铸坯热装炉或直接轧制工艺时，必须保证无缺陷高温铸坯的生产。对于有缺陷的铸坯，可进行在线热检测和热清理，或通过检测将其剔除，形成落地冷坯，进行人工清理后，再进入常规工艺轧制生产。1.5.2 加热和轧制棒材加热和轧制的工艺流程如下： 冷坯加热 粗轧 中轧 精轧 冷却 精整连铸坯热装加热1) 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

17、，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4。2) 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。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

18、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。3) 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，得到产品的特殊机械性能，可以采用控制轧制或低温轧制等措施，这时轧机能力更要有富裕。1.5.3 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、

19、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。第2章 轧机选择及工艺流程2.1轧机型式对比与选择2.1.1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。2.1.2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

20、是换辊不便。2.1.3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。2.1.4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。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

21、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。如图1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1 牌坊轧机与短应力线轧机应力回线比较a，牌坊轧机；b，短应力线轧机2.1.5悬臂式机架悬臂式机架结构图如图2 所示，采用芯轴夹套Norco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：

22、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。2.1.6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

23、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2所示。图2平立可转换轧机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

24、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

25、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。其结构图如图3所示。图3平立辊联合轧机示意图2.2轧机布置选择比较2.2.1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

26、现自动控制，国外已淘汰。这是横列式布置轧机的重要缺点。2.2.2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。2.2.3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

27、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

28、。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

29、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

30、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。2.2.4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：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。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，=1.30。选取机架数为18架。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

31、机，全线全连续式布置型式，具体规格为见表1：表1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轧制分为粗、中、精轧三部分。采用平立辊交替的轧机，这样轧件在轧机中可以不用扭转，改善咬入，减少事故的发生。轧机结构形式主要以轧辊的数目、配置和大小来区分，有如下几种：(1)二辊轧机(2)三辊轧机(3)四辊轧机及多机架连轧(4)多辊轧机(5)复合式多辊轧机(6)万能轧机根据本设计的要求，由于是全连轧生产，所以轧机全部选二辊轧机平立交替布置，这样可以改善咬入，减少事故发生。2.2

32、.5 轧制方案制定由于本车间的设计产量较高，而产品规格又较小，所以采用全连轧生产。2.3 生产工艺的过程2.3.1坯料选择正确选择坯料对棒材生产具有重要影响。皮料选择合理，不仅可使棒材质量得到保证，而且可是轧机生产能力得以发挥，金属收得率也能提高。目前，棒材生产通常使用连铸坯和粗轧坯两种。连铸坯是60年代才开始大规模用以工业生产的一项新技术。它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柱。由于连铸坯且有省掉炼钢生产中浇注这一复杂工序和轧钢生产中粗轧这一生产过程的特点，且较模铸开坯少了钢锭再加热及开坯后的切头切尾，因而有提高金属收得率，节省能源和基本建设投资，降低生产费用，减少劳动定员和

33、改善劳动条件等以系列优点。其与粗轧坯相比，主要优点如下：1、 金属收得率可提高6-12%；2、 每吨钢大约节约热能14万大卡；3、 降低产品成本可达10%；4、 由于连铸坯形状好，短尺寸，成份均匀，使用连铸坯比用粗轧坯金属收得率还可提高2-4%。从节约能耗和提高金属收得率的角度出发，本设计选用连铸坯。本设计具体选用钢种品种、规格，根据生产经验，列表2：表2原料品种钢坯长度钢坯边长钢坯单重连铸坯10000mm170mm2254kg2.3.2 钢材的轧制钢的轧制是整个工艺过程的核心，从工艺设计角度来说，它包括几个方面的内容：制定变形规程、速度规程和温度规程。1. 变形规程在既定的轧制条件下（工艺、

34、设备条件），完成由坯料到成品的变形过程谓之变形规程。变形规程的主要内容时确定总的变形量和道次变形量。变形量的分配是个重要参数，它是选择轧机设备、进行工具设计（孔型设计、辊型设计）的重要依据，对轧机产量、产品质量起着决定性作用。确定变形量的大小和分配要进行综合的分析和比较。根据金属的加工性能，电机能力、设备强度、咬入条件以及工具形状等许多影响因素，一般都是在保证产品质量和机械安全的前提下，尽可能的选用较大变形量，以缩短轧制过程，提高轧机产量。2. 速度规程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。提高轧制速度时现代轧机提高生产率的主要途径之一。沿道次实现轧制速度的变化是一些轧机（如

35、初轧机、连轧机）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而实现的，目前从技术上实现轧机主传动调速有三种方法：直流驱动、串级调速、差动调速。本棒材轧机车间内的轧机都采用直流单独传动。按连轧常数分配各道次速度，出口速度最大为16m/s.3. 温度规程温度规程规定了轧制时的温度区间，及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规程要根据钢种特性及其相图来确定。通常在设计和生产过程中，开轧温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与性能，保证产品的质量，主要与钢种有关。总起来看在确定温度制度时要考虑下面几点：

36、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；2) 在某温度下加工，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) 考虑在此温度范围加工，钢的内部组织情况，不允许钢中碳化物成粗大的网状分布，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度差的影响，要保证轧件的头部和尾部尺寸都在允许的公差范围之内。4. 轧制力轧制力是确定轧制工艺参数之一，轧制力是决定轧制设备和动力的原始数据，在工艺设计时必须进行计算。确定

37、轧制力的方法有计算法和实测法，这里采用计算法设计。2.4轧辊的各个参数轧辊的主要参数尺寸就工艺设计来说是辊身直径和辊身长度。在确定轧辊主要尺寸时要考虑到轧制时轧辊的抗弯强度和其允许的挠度，以保证轧辊的安全和轧制产品的精确2.4.1轧辊的材质选择轧辊的主要性能指标有芯部强度和工作层耐磨性。轧辊材质的选择对比见下表3： 表3 轧辊材质的选择机架材质辊身硬度/HS辊颈抗拉强度/MPa特点使用范围粗轧合金半钢4050450硬度较高，与普通轧辊相比，单槽轧制量可提高2倍轧制力较大，轧材咬入性较差，孔型较深的机组石墨钢4052420有良好的热裂性能，抗事故热冲击能力和高耐磨性轧制力较大，轧材咬入性较差、孔

38、型较深的机组珠光体球磨铸铁5360350具有较高的耐磨性性、导热性和抗冷热疲劳性能孔型较浅，轧制压力较小的粗轧机架，轧辊的冷却条件要求较低中轧珠光体球磨铸铁6080400韧性抗剥落性能较高轧机冷却条件较差、孔型比较复杂的机组中Ni无限冷硬400高耐磨性、高强度、高抗事故热冲击能力，但韧性较差轧机冷却条件较好、孔型比较简单的机组精轧高速钢78851.高耐磨性、高强度、高抗事故热冲击能力简单断面的延伸孔型针状球磨铸铁70762.高强度、高抗事故热冲击能力简单断面的延伸孔型高合金无限冷硬72783.高强度、高抗事故热冲击能力选择轧辊时应考虑经济性和换辊换槽周期与停机时间相匹配外，还应从各机架的孔型差

39、别、轧件变形特点、产品精度要求等出发，合理选择不同性能特点的轧辊。棒材粗轧机的主要任务在高温状态缩减断面，其轧制速度较低（一般1m/s）压下率大（压下率高达30%），轧辊孔型深（尤其12架），轧辊负荷大，进入轧机的钢坯温度高。轧辊性能一般考虑保证轧辊的强度和抗热裂性两个方面。根据组粗轧机特性推荐在棒材连轧机材质选用合金半钢、石墨钢和珠光体球体。中轧机组一般采用椭圆圆孔型系统，主要承担轧件延伸和为精轧机组提供精确料型的任务，应具有良好的综合机械性能的特性12。精轧机组轧制品种较大，孔型复杂，变形分配不均匀，轧制速度高，轧制力变化大，要求具有优异的抗热裂性、耐磨性和抗崩裂剥落性能，并具有一定的耐热

40、疲劳性能的特性。同时，带肋钢筋的成品前孔因受横肋的影响，使用过程中极易产生热裂或为裂纹，重车量较大，最好选择高速钢复合辊。切分品种的预切分孔由于存在严重的不均匀变形，应选用工作层的韧性及耐磨性、硬度适中的高速钢复合辊及碳化钨组合辊。切分孔型由于切分楔的存在，不但要求轧辊有良好的耐磨性和韧性，还必须具有可靠的抗热裂性。试验证明，只能使用高镍铬合金球磨铸铁轧辊。综合以上资料，粗轧机组选用石墨钢轧辊；中轧机组选用珠光体球磨铸铁轧辊；精轧机组选用高速钢复合轧辊，预切分孔选用高速钢复合辊，切分孔型选用高镍铬合金球磨铸铁轧辊。2.4.2轧辊直径根据经验，轧机轧辊直径与轧制的坯料高度有如下的关系：DKH .

41、（5）式中：D轧辊直径，mm；H坯料高度，mm；K轧机刚度系数；可按下表4选取。表4 不同轧机的K值范围轧机名称大型轧机中型轧机小型轧机K = D/ H2.54.52.95.04.5 6.0在进行工艺设计时可以采用两种方法来预选轧辊直径：按经验公式选取和参考相同类型的轧机情况选取。参考同类车间，K值取4.0，为中型轧机。DKH =4.0 170=680mm，但在实际设计时由于考虑到轧机制造和备品备件的管理使用方便。往往又采用分组的办法，也即同一组轧机中轧辊直径相同，其尺寸选择见表5。表5各架轧机轧辊尺寸（mm）机架号轧辊直径辊身长度辊颈直径辊颈长度1#2#8007504004003#6#710

42、6503553557#10#60055030030011#14#50055025025015#18#400500200200对于连轧机，随着接近成品机架一般采取愈来愈小的辊径值。因为愈是接近成品机架，由于轧件断面尺寸和压下量的减少，金属对轧辊的压力大为减小，轧制的咬人条件也大为改善。这样选择轧辊直径有利于减少设备重量和减少能量消耗。又考虑到设备制造及备品备件的管理使用方便，因而采用分组的方法，即同一组轧机中轧辊直径相同6。2.4.3辊身长度辊身长度是轧辊尺寸的另一重要参数。型钢轧机辊身长度主要取决于孔型配置轧辊的抗弯强度和刚度。轧辊的辊身长度与辊径比小的轧制时轧辊能承受较大弯曲应力，另外轧机的

43、刚性也增加了，为提高产品精度及壁材也提供了可能，故现代化轧机随着对产品精度要求的提高L/D值正逐渐减小，本车间为短应力线轧机，为提高其刚度，一般辊身长度较短，其尺寸按轧机制造厂商提供的参数并从中选取，一般近似地选d=(0.50.55)D, l/d=0.831.0，一般根据辊身长度与辊径的比值(LD)来选定。K = L / D（6）式中：K系数；L轧辊辊身长度，mm；D轧辊直径，mm。对短应力线轧机，采用滚动轴承，轴承外径较大，故辊颈直径不能过大。辊颈长度按轴承宽度确定，一般按所设计的机型选取。轧辊直接承受轧制压力和转动轧辊的传动力矩，它属于消耗性零件，就轧机整体而言，轧辊安全系数最小，因此轧辊

44、强度往往决定整个轧机负荷能力。通常对辊身仅计算弯曲，对辊径计算弯曲和扭转，对传动端辊头仅计算扭转强度。第3章 孔型系统选择与设计3.1孔型设计理论3.1.1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。3.1.2孔型设计的基本原

45、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；3 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；4 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；5 适应车间的设备条件。3.1.3孔型设计考虑的几点因素：1 产品优质，成本低；2 合理利用车间设备条件，轧机生产率高。3.2孔型系统的选择3.2.1棒材的连轧一根轧件同时在两个或两

46、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，实现小型棒材连轧，孔型设计是其中的关键环节。3.2.2连轧孔型设计原则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；而推力较大时，会使轧件过充满孔型，轧件出现“耳子”和堆钢18。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。则式中：各道次轧制后的轧件断面面积；各道次轧件的出口侧轧件速度；C连轧常数。由于各机架的轧辊工作直径、轧辊的转速

47、n及轧件在各道次的前滑值S均不同，因此将各道次的、n 及S代入（7）式得秒流量的计算精度主要受轧件断面积F、工作辊径以及前滑率S的影响。在实际生产中，轧制温度、孔型磨损、轧机调整等轧制条件的改变，都会直接影响各道次间的断面面积、轧辊工作直径和前滑值的变化，所以要保持各道次的金属秒流量绝对相等式不可能的，而前滑值S随轧件的厚度减少而增大。但前滑值差一般不大，当忽略前滑时，式（8）可写成上式在形式上式相等的，但忽略了前滑的影响，实际上式不相等的，所以采用上式进行孔型设计势必造成轧制时轧件在各机架间有一定的张力，但张力不大，可满足实际轧制的要求。3.3孔型的设计计算3.3.1典型产品品种：圆钢 规格

48、：20mm 3.3.2延伸系数的分配 1、总的延伸系数的计算1 各道次延伸系数的确定原则如下：1) 轧制的前几道次的延伸系数应小些。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。2 轧制道次的确定：连铸坯断面积：=170170 =28900 mm2热膨胀系

49、数=1.0121.015，一般生产取1.01320圆钢直径尺寸d=201.013=20.300mm=0.253.1420.30020.300 =323.49mm220圆钢的总延伸为：式中：总延伸系数；原料断面面积； 成品断面面积。若坯料的断面积F0和成品的断面积Fn均为已知，则总延伸系数为：式中：、 为第1、2n道次轧件的断面积；、为第1、2n道次轧件的延伸系数。为了孔型设计方便，可将粗轧的总延伸系数按对进行分配，粗轧总延伸系数为：中轧同理。延伸系数分配原则如图10 所示图4延伸系数分配原则图一般情况下，在确定轧制道次时，用平均延伸系数代替某个道次的延伸系数。所谓平均延伸系数是指在轧制道次和总

50、延伸系数一定的条件下，各个道次的延伸系数相等。它是为了简化轧制道次的计算而提出来的假想延伸系数，在实际生产中各个道次的延伸系数并不相等。具体确定方法如下：若用平均延伸系数代替各道次延伸系数，则：对上式取对数，则求出轧制道次数N：由于主要采用椭圆圆孔型系统，且其一般不超过1.251.38 ，所以取平均延伸系数1.29，则：N =ln89.34/ln1.2917.64。所以取N为18道。由于轧机共有18架，将18道次分给粗轧机组6道，中轧机组6道，精轧机组6道。在最后几道次中，为减小孔型的磨损，保证成品的断面形状和尺寸精确，应采用较小的延伸系数。3根据孔型分配延伸系数,见表6：表6 孔型延伸系数孔

51、型系统箱型圆型延伸系数1.151.61.21.44 确定各阶段的平均延伸系数：首先确定精轧机组的平均延伸系数，据经验公式可知：=1+（0.80.9）（1）1+(0.80.9)(1.301)=1.2401.270取=1.242其次确定中轧机组的平均延伸系数，在此据经验取1.315。最后确定粗轧机组的平均延伸系数，由可得出1.296。.5 确定各机架的延伸系数，见表7： 表7 各机架的延伸系数机架号123456789延伸系数1.371.341.301.281.251.241.391.371.34机架号101112131415161718延伸系数1.281.261.251.281.271.261.2

52、61.231.216 延伸系数分配的校核：123181.271.341.301.231.2192.04所以以上为延伸系数初步分配。3.3.3 轧制各道次面积的确定由延伸系数与轧件断面面积关系，确定各道次轧件断面面积,见表8：表8 各道次轧件断面面积 单位（mm2）道次面积道次面积121094.89102317.17215742.45111839.02312109.58121471.2447191.17131149.4159460.6114416.4167568.4915905.0575444.9516618.2983974.4217382.6692965.9818316.25第4章 力能参数的

53、校核4.1轧制温度的计算4.1.1 轧制道次中的温度变化的影响因素轧件的塑性和机械性能、压下规程、轧制力和轧制力矩以及轧制产品的精度都与温度有关。在轧制过程中只有相当于总变形功的67 用来使金属晶格扭曲作为弹性位能储存金属之中；而绝大部分变形功则转化为热能进入轧件内部。所以轧制时的变形热在轧制过程中起着提高轧件温度的作用，并参与轧制的全过程。对热轧生产的重要工艺参数即轧件温度变化的研究和准确计算，是正确指导工艺设计、提供可靠的力能参数、校核设备能力、老企业的挖潜改造、建立数学模型、实现轧制过程自动控制的基础。但到目前为止，有关轧制过程中温度变化的研究论文甚少，其重要作用还常常被人们所忽视。关于

54、轧制过程的温度变化，目前普遍停留在经验估计的水平上。显然，这种状况不能适应生产技术水平不断发展的要求12。下面就这个问题作些分析和探讨，并提出轧钢生产过程中求解温度变化的诸因素：1) 轧件塑性变形的变形功转化为热能，结果使轧件的温度上升，以表示；2) 轧件表面向周围空气介质辐射热量，结果使轧件的温度下降，以表示；3) 在变形区内，由于轧件和轧辊表面呈粘着状态，轧件向轧辊进行热传导，由轧辊带走热量，结果使轧件温度下降，以表示；4) 轧制过程用于冷却轧槽和导卫装置的冷却水飞溅到轧件表而带走热量，结果使轧件温度下降以表示；5) 轧件在运行过程中由于空气对流带走一部分热量，其结果使轧件温度下降，以表示；