年产80万吨的高速线材生产车间

1、（2016 届）届）专科科毕业设计专科科毕业设计题目名称题目名称： 年产量年产量 80 万吨高速线材车间工艺设计万吨高速线材车间工艺设计学院（部）学院（部）：冶金工程学院冶金工程学院专业专业：金属材料与热处理技术金属材料与热处理技术学生姓名学生姓名：班级班级：学号：学号：指导教师姓名指导教师姓名 ：职称：职称：湖南工业大学专科毕业设计2016 年年 5 月月湖南工业大学专科毕业设计1摘摘 要要根据设计要求拟建一个优碳年产 80 万吨的高速线材生产车间。它的最高轧制速度为 110m/s，产品规格为 5.512mm，盘卷单重约 2 吨。连铸坯在步进梁式加热炉中使用煤气加热，侧进侧出，加热能力为75

2、t/h。加热炉由微机控制，出炉温度为 9001050。该套轧机采用全连轧无扭工艺，连铸坯为 150150mm，长约为 12m，单重约为 2.3t 的方坯。在 13 架平立-交替布置的粗轧机和中轧机之后，布置了 2 架预精轧机，13 架精轧机。轧后冷却通过水冷箱和一套斯太尔摩冷却运输线（120m）来完成。该套斯太尔摩冷却运输系统采用延迟型冷却装置，可对成品轧材的最终性能控制如抗拉强度及产品的金相组织和氧化铁皮厚度进行最终控制。计算机系统用于控轧和控冷，无张力轧制，最佳剪切尺寸控制和缺陷检测。关键词 ： 高速线材；生产方案；孔型设计；校核湖南工业大学专科毕业设计2目目录录摘 要.1第 1 章 绪

3、论.5第 2 章 产品方案的确定与编制金属平衡表.82.1 产品方案的确定 .82.1.1 产品方案 .82.2 确定金属平衡表 .92.2.1 确定计算产品的成品率.92.3 计算产品的选择 .102.3.1 计算产品选择的原则.112.3.2 计算产品的技术标准.11第 3 章 生产工艺流程的制定.143.1 制定生产工艺流程 .143.1.1 制定生产工艺流程的依据.143.1.2 工艺流程简介.143.2 详细的工艺流程 .153.2.1 上料与加热.153.2.2 高压水除鳞.133.2.3 轧制.133.2.4 控制冷却.143.2.5 精整.143.2.6 剪切、废钢及氧化铁皮清

4、除.14第 4 章主要设备选择.204.1 方案的比较及选择 .164.1.1 轧制速度的确定.164.1.2 线数的确定.164.1.3 总机架数的确定.164.2 高线生产的主要设备的特点及其选用 .164.2.1 高线生产的主要设备概况.16第 5 章 典型产品计算 .265.1 总延伸系数的计算 .225.2 轧制道次的确定 .22湖南工业大学专科毕业设计35.3 孔型系统的选择 .225.3.1 粗轧、中轧孔型系统选择.235.3.2 预精轧、精轧机组孔型的选择.235.4 主要参数的计算 .245.4.1 箱型孔型(K1，K2)设计系数的确定.245.4.2 各道次延伸系数的确定.

5、255.4.3 成品孔(方孔)设计 .251K5.4.4 椭圆孔型的设计 .265.4.5 圆孔型的设计.265.5 各个孔型计算 .265.6 摩擦系数的确定 .31第 6 章 轧机力能参数计算及电机设备校.356.1 轧制压力的计算 .356.1.1 平均单位压力的计算.356.1.2 总轧制压力 P .366.2 轧辊强度校核 .366.2.1 孔型在轧辊上的配置.366.2.2 轧辊强度校核 .376.2.3 危险断面尺寸的确定.386.2.4 轧辊强度校核.386.3 传动力矩计算 .406.3.2 摩擦力矩.406.3.3 空转力矩.416.3.4 动力矩.416.4 电机校核 .

6、416.4.1 电机校核.41第 7 章 生产能力计算 .547.1 典型产品的小时产量计算 .447.2 轧机年可轧制时间 .447.3 主要产品轧机小时产量 .457.4 加热炉小时生产能力计算 .467.5 工作制度及年工作时间的确定 .467.4 轧机负荷率及轧机年产量计算 .477.4.1 轧机负荷率.477.4.2 轧机年产量.47湖南工业大学专科毕业设计47.5 加热炉的生产能力计算 .477.5.1 设计条件.477.5.2 加热炉生产能力计算.48第 8 章 厂房平面布置和起重运输设备.508.1 厂房平面布置 .508.1.1 主轧跨.508.1.2 成品跨.508.1.3

7、 轧辊及导卫轴承加区域.508.1.4 车间原料及成品跨面积计算.508.2 P/F 线运输能力验算.51第 9 章 高线车间主要经济指标.539.1 高线车间主要经济指标 .53参考文献.54致 谢.55湖南工业大学专科毕业设计5第第 1 1 章章 绪绪 论论线材制品的品种与质量，不仅决定于其本身的生产工艺技术与装备水平，而且在很大程度上更有赖于其原料线材的冶炼与轧制技术。也就是说，线材品种质量的提高，将大大促进线材制品行业的发展与进步，否则线材制品行业的发展将受到制约，甚至处于落后状态。这是 100 多年来线材制品行业发展历史所证实的因此线材与其制品的关系是密不可分的。线材一般是指直径为

8、516mm 的热轧圆钢或相当该断面的异型钢，因以盘卷状态交货，统称为线材或盘条。国外线材规格已扩大到约 6.50mm。常见线材多为圆断面，异型断面线材有椭圆形、方形及螺纹形等，但生产数都很少。线材在国民经济中的作用与地位是非常重要的，首先，线材产量占钢材总产量的比例很大、一般国家线树产量占钢材总产量的 8%10%，而我国却占 20%以上；其次，线材用途十广泛，除直接用作建筑钢材外，线材的深加工产品用途更为广泛和重要。例如各类商品钢丝及专用弹簧钢丝、焊丝、冷缴钢丝、镀锌钢丝、通讯线、轮胎钢丝及钢帘线、高强度钢丝及钢纱线舶承钢丝、模具钢丝、不锈钢丝、各种钢丝绳、钢钉、标谁件等等，可以说遍布国民经济

9、各个部门，是不可或缺的重要品种。国外先进工业国家线材加工比在 70%左右，我国为 30%左右。线材生产的兴起与发展是随着科技进步、国民经济的发展而发展起来的。线材轧机的开发与创新是线材生产发展的首要条件。据记载，世界上第一台线材轧机在 16 世纪已经问世当时是用锻坯轧制线材而比较正规的线材轧机在 18 世纪中期才出现，由粗轧及精轧两列横列式轧机组成。因为采用反围盘及人工喂钢轧制，其轧速度超过 8m/s，同时受头尾温差大的影响，线材存在着尺寸精度差、盘重小、性能不稳定等致命缺点，限制了横列式轧机的发展。为了保证产品质量并提高产量，同时也为了降低生产成本，必须提高轧制速度，所以 20 世纪初开发了

10、半连续式轧机。该轧机由粗、中、精轧机组组成，粗轧及中轧采用连轧，精轧机组仍采用横列式轧机，即活套轧制；复二重轧机是半连续式轧机的一个特例，中轧及桔轧机列在两个正围盘之间采用连轧，实现了机械化操作，轧制速度提高到 16m/s，生产能力有很大提高，盘重增加到 200kg 左右，尺寸精度较横列式为好，但品种及质量未有根本好转。湖南工业大学专科毕业设计620 世纪 60 年代是线材生产技术发展的兴盛与创新时期，在轧制速度不断提高的同时也解决丁大盘重线材的控制冷却问题，因此从根本上解决了盘重增大后，内层的线村长时间在高温下停留生成粗大的晶粒，使内外线材的力学性能差别很大，表面氧化铁皮厚等问题。为了进一步

11、解决产品品种及质量问题，英国在 1862 年建成了第一台连续式轧机。该轧机机座采用串列式布置形式，轧件同时在几个机架中轧制，各道次的金属秒流量相等。可单机驱动，有较高的调整精度，实现微张力或无张力轧制：由于没有穿唆轧制，没有大活套，所以头尾温差小，产品性能得到改善。到 20 世纪 50 年代，随着机械制造、电气传动及控制水平的提高，线材轧制速度达 36m/s，尺寸公差(0.30.4)mm，盘重为 500kg 左右，一套轧机年广量在 3050 万吨。当时典型的连续式线材轧机是两线 8 架集体传动的美国摩根型轧。目前世界上应用最广泛的摩根型高速无扭轧机是美国摩根公司 1962 年开始研制的，196

12、6 年首先应用于加拿大钢铁公司哈密尔顿厂。第一套摩根型高速线材轧机于 1966 年 9 月正式投产，轧制速度 4350m/s，同时摩根公司和加拿大斯太尔摩公司联合，开发了线材轧后控制冷却系统，称之为斯太尔摩线。高速线材轧机一出现就显示出极大的优越性，继美国之后，其他一些国家和公司也纷纷创新高速线材轧机，出现了各种机型。目前基本上有四种 1)测交 45 的美国摩根型；2)1575 的德国德马克型；3)顶交 45 的英国阿希洛型；4) 09 平立布置的意大利达涅利肋型。其中摩根机型应用最广泛。各种机型各有优点，但基本工艺特点差异不大。20 世纪 70 年代以来，国外主要产钢国家普遍采用高速线材轧机

13、和控制冷却技术作为线材生产的主要工艺技术；在冶炼方面主要是用转炉或电炉初炼，然后采用炉外精炼技术进行二次精炼，同时基本上是以连传代替模铸，而且采用全保护浇铸；所以生产出的线材生产率高、成本低、品种多、质量又好。据不完全统计，目前世界上有近 3 万条高速线材轧机。年产线材约 7000万吨、其中高线产量约 80%以上，线材产量占钢材总产量 9%10%；各国的输出量与输入量平均在 20%左右。美国是世界上最大的线材输入国，每年线材消费员约 800 万吨，而本国每年只牛产 400450 万吨，输入量占 30%50%，日本是世界上线材输出量最大的国家每年线材产量约 750 万吨，输出量约 20 万吨；世

14、界上线材产量最大的国家是中国，19 四年线材实际产量为260B 万吨。湖南工业大学专科毕业设计7目前我国拥有线材轧机近 110 套，其中复二重轧约占半，横列式线材轧机有近 30 套(将逐步被淘汰)；其余 40 多套多为高速线材轧机，其中从国外引进的高水平线材轧机有 20 多台国产高速线材轧机有近 20 套。1999 年，全国生产线材 2608 万吨，其中高线产量 1218 万吨，高线比已经达到46.7%；优质硬线比约 10%，但精炼比不到 30%。从品种与质量来看，我国对国际标准 ISO、欧洲标 D2TN、日本标准 J15中所列线材钢种、规格等基本可以全部生产，而且能达到相应的标准要求。国产线

15、材除个别品种外(如钢帘线、气门弹簧、超低碳不锈钢用线材等)，基本都能满足用户要求，供需基本平衡，自给率达 93%。湖南工业大学专科毕业设计8第第 2 2 章章 产品方案的确定与编制金属平衡表产品方案的确定与编制金属平衡表2.1 产品方案的确定 2.1.1 产品方案 线材车间工艺设计首先要考虑车间产品方案的选择，产品方案的选择确定了生产品种，从而可以确定生产工艺流程、轧机布置等一系列选择，就是说，产品方案是线材生产车间工艺设计的第一步，也是主要依据。确定产品方案的原则如下：（1） 满足国民经济发展对产品的需要，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

16、） 要考虑地区之间产品的平衡。正确处理长远与当前、局部与整体的关系。做到供应适应、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。如果条件具备，努力争取轧机向专业化和产品系列化方向发展，以利于提高轧机的生产技术水平。（4） 考虑建厂地区资源、坯料的供应条件、物资和材料等运输情况。要适应当前改革开放的经济形势需要，力争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。 2.1.2 产品大纲 根据线材的生产现状、社会线材需求量，产品生产以及现如今我国生产能力和技术的发展水平，现拟订产品方案： 产品规格：5.513mm（典型产品：Q2356mm） 钢种：

17、碳素结构钢、弹簧钢、优质碳素结构钢、冷镦钢和焊条钢。 各类产品的年产量及其在总年产量中所占百分比见表 2.1湖南工业大学专科毕业设计9表 2.1 产品方案表序号品种规格/mm年产量/万吨合计/万吨百分比/%1 1普通低碳钢6-13171721.252 2普通低碳钢5.5-1111.5-13951417.53 3钢丝绳钢7-135.5-6.57512154 4焊条钢5.5-13101012.55 5钢帘线钢5.5-13101012.56 6合金结构钢6-139911.257 7螺纹钢8-12888.75合计合计80801002.2 确定金属平衡表 2.2.1 确定计算产品的成品率成品率是一项重要

18、的技术经济指标，成品率的高低反映了生产组织管理及生产技术水平的高低。成品率是指成品质量与投料量之比的百分数。换句话，也就是指一吨原料能够生产出的合格产品重量的百分数。其计算公式为： （2-1）%100QWQA式中：成品率，%；A投料量（原料重量） ，t；Q金属的损失重量，t。W影响成品率的因素：（1） 烧损：金属在高温状态下的氧化损失称为烧损。（2） 溶损：是指在酸、碱洗或化学处理等过程中的溶解损失。（3） 几何损失：包括切损、残屑。（4）工艺损失：又称技术损失，是指个工序生产中由于设备和工具、技术操作以及表面介质问题所造成的不符合质量要求的产品。 2.2.2 金属平衡表的制定湖南工业大学专科

19、毕业设计10表 2.2 金属平衡表序号品种规格/mm年产量/万吨轧废/吨切损/吨烧损/吨成材率/%年需坯/万吨1普通低碳钢6-13合计1717244244146614661390139098.298.217.3117.312普通低碳钢5.5-1111.5-13合计95142879237910043991403909609151897.697.897.79.225.1114.333钢丝绳钢7-135.5-6.5合计7512102921946634301093665578124398.097.897.97.145.1112.254焊条钢5.5-13合计10102462461228122892692

20、697.797.710.2410.245钢帘线钢5.5-13合计10101631631060106067767798.198.110.1910.196合金结构钢6-13合计992052057177171278127897.697.69.229.227螺纹钢8-12合计77828253053068868898.298.27.137.13合计8015137497819097.981.722.3 计算产品的选择本车间拟生产多个品种多个规格的产品，但是，不可能对每种产品的每一个品种、规格及状态都进行详细的工艺计算。为了减少设计工作量，加快设计速度，同时又不影响整体设计质量，从中选择典型产品作为计算产品

21、。湖南工业大学专科毕业设计11 2.3.1 计算产品选择的原则有代表性：从中找出 12 种产量较大、产品品种、规格、状态、工艺特点等有代表性。通过所有的工序：是指所选的所有计算产品要通过各工序，但不是说每一种计算产品都通过各工序。所选的计算产品要与实际接近。计算产品要留一定的调整余量。 2.3.2 计算产品的技术标准在制定工艺流程时，不论用哪种加工方式和选用什么工序，都必须保证产品达到相应的技术要求，产品才能具有较高的使用价值。因此，产品的技术要求是制定工艺流程的首要依据，是组织生产的基本文件。根据 ZBH44002-88 和 GB/T3429-94 规定，计算产品的几何形状与尺寸精确度，钢的

22、化学成分与性能以及表面质量如下：1. 直径允许偏差直径允许偏差为0.25mm。2. 脱碳层深度允许脱碳深度为 2.00%。3. 不圆度偏差不圆度不大于公差直径的 50%。4. 化学成分标准2.3 化学成分表化学成分%不大于%牌号CSiMnPSCrNiCu65Mn0.620.700.170.370.901.200.0350.0350.250.300.255. 表面质量盘条的表面不得有肉眼可见的裂纹、结疤、折叠及夹杂。允许以实际尺寸算起不超过尺寸公差之半的个别细小划痕、压痕、麻点及深度不超过 0.2mm的小裂纹存在。湖南工业大学专科毕业设计12第第 3 3 章章 生产工艺流程的制定生产工艺流程的制

23、定3.1 制订生产工艺流程合理的生产工艺流程应该是在满足产品技术条件的前提下，要尽可能低的消耗，最少的设备、最小的车间面积、最低的产品成本，并且根据车间具体的技术经济条件确定车间机械化和自动化程度，以利于产品质量和产量的不断提高和使工人具有较好的劳动条件。 3.1.1 制订生产工艺流程的依据根据生产方案的要求：由于产品的产量、品种、规格及质量的不同，所采用的生产方案就不同，那么主要工序就有很大的差别。因此生产方案是编制生产工艺流程的依据；根据产品的质量要求：为了满足产品技术条件，就要有相应的工序给予保证，因此，满足产品标准的要求是设计生产工艺流程的基础。根据车间生产率的要求：由于车间的生产规模

24、不同，所要求的工艺过程复杂程度也不同。在生产同一产品情况下，生产规模越大的车间，其工艺流程也越复杂。因此，设计时生产率的要求是设计工艺流程的出发点。 3.1.2 工艺流程简介钢坯的准备：连铸坯 150mm150mm12000mm装炉加热：将钢坯加热到奥氏体温度，以利于轧制。高压水除鳞：坯料在加热炉加热之后，进入粗轧机组之前，需高压水除鳞，破除坯料表面的氧化铁皮和次生氧化铁皮，以免压下表面产生缺陷。粗、中、精轧机组轧制：使轧件轧成成品的尺寸，其中，粗轧机组 6 架，中轧机组 6 架，预精轧机组 4 架，8 架精轧机，4 架的减定径机组，这条生产线上共有 28 架轧机。飞剪切头尾：轧件进入每组轧机

25、之前都要进行切头尾工作，目的是为了除去温度过低的头部以免损伤辊面，并防止轧件头部卡在机架间导卫装置中，卡断剪用于中轧机组、预精轧机组和精轧机组前，在事故状态下碎断轧件。穿水冷却：为了降低进入精轧机组的轧件温度，在精轧机组之前设置水箱，以控制终轧温度。吐丝成卷：轧出的线材在穿水冷却后，通过吐丝成卷形成散卷。斯太尔摩散卷冷却：控冷线按不同的钢种和产品用途，控制其冷却速度，以得到相应的成品质量。湖南工业大学专科毕业设计13精整与运输：包括集卷、修整、检查、取样、捆轧、称重挂标牌，用集卷装置收集散卷，并将其挂到 P-S 运输线上的 C 形钩上，依次完成集卷、修整、检查、取样、捆轧、称重挂标牌等工序，之

26、后卸卷入库。3.2 详细的工艺流程 3.2.1 上料与加热由于生产的产品主要是优质碳素结构钢，所以不宜采用热装热送工艺。将冷却后连铸坯由电磁盘吊车提升到+5 米高的上料台架上经过喷丸、探伤，修磨处理的合格的钢坯送入入炉辊道，称重、测长后送入加热炉进行加热。根据不同钢种的加热制度和加热要求，钢坯在步进梁式加热炉内加热至开轧温度 9501150，由出炉辊道送往粗轧机进行轧制。 3.2.2 高压水除鳞由于主要生产的是优碳钢，为保证轧件表面质量和成品的综合性能，须在粗轧机前设置高压水除磷装置。 3.2.3 轧制采用全连轧方式生产，钢坯出炉后，由辊道将轧件送入由 6 架平立交替布置的短应力线二辊轧机组成

27、的粗轧机组进行轧制。轧件出粗轧机组经飞剪切头后再进入有 6 架平立交替的短应力线二辊组成的中轧机组进行轧制。中轧机组轧出的轧件经飞剪切头后由导管经立活套进入预精轧机组，预精轧机组由 4 架平立交替的悬臂辊环式轧机组成。机架间设有立活套器，对轧件进行无张力轧制或微张力轧制。从预精轧机组出来的轧件经中间水箱冷却，以保证进精轧机组所需要的轧制温度，再经飞剪切头，由侧活套器进入无扭精轧机组进行轧制。精轧机组为8 架“V”型 45无扭轧机，对轧件进行高速、单线、微张，无扭轧制。为了提高轧机作业率和改善产品质量，在精轧机组后设置减定径机组（2 台减径和 2 台定径轧机） ，可对轧件更加高效、高速、高精度，

28、无扭轧制，终轧最大保证速度为 100 米/秒。 表 3-1 各种钢轧制及吐丝温度表序号钢种名称代表钢号第一架轧机入口温度精轧机入口温度减定机入口温度吐丝温度1优碳钢70#9503085010800108408602低合金钢20MnSi1000308801077020800840湖南工业大学专科毕业设计14 3.2.4 控制冷却从精轧机组和减定径机组出来的线材进入水冷段。采用开环控制，以控制轧件合理的吐丝温度和减少氧化铁皮的生成。轧件由夹送辊进入吐丝机，成线环进入斯太尔摩冷却线进行控制风冷。根据冷却的钢种、规格的不同，在各生产工艺软件中对辊道速度、风量、开启或关闭保温罩进行设计，自动调节，以控制

29、线材的冷却速度，从而获得适应于不同要求的线材。代表性线材控制冷却的目的和控冷工艺如下：表 3-2 各钢种线材控制冷却的目的和控冷工艺序号钢种最终目的最终材质要求最终组织要求控冷工艺1优碳钢省去拉拔加工前的铅浴淬火强度高、拉拔性能好，拉拔后韧性高索氏体控制风冷2低合金钢简化球化退火接近球化前组织细珠光体延迟冷却 3.2.5 精整经风冷后的线环在集卷站收集成盘卷后，经芯棒旋转、翻平，再由挂卷小车将盘卷挂至 P/F 线的形“C”钩上，继续冷却，并进行表面和外形尺寸检查，剪去超公差和未穿水冷却的头尾部，取样，压紧打捆，称重及挂标牌，然后到卸卷站卸卷，排齐，由吊车吊至成品跨呈梯形存放，按合同计划发货。

30、3.2.6 剪切、废钢及氧化铁皮清除整个轧线共设有 6 台剪机，其中 3 台飞剪机分别设置在粗轧机组后、中轧机组后，精轧机组前，用于剪切轧件的头部和尾部，并可起事故碎断作用。3台卡断剪分别设置在 13#机组前、精轧机组前和减定机组前。飞剪切下的头尾及事故碎断的废钢经溜槽落入平台下的收集筐中，由叉车堆料场整理存放；其他轧制废品用火焰切割成小段装入收集筐中，再由汽车运走。落入铁皮沟的氧化铁皮，经水冲至沉淀池中，定期用抓斗抓出放到滤水池中，滤干后用汽车运走。细颗粒氧化铁皮和废油在水处理站凝结成沉淀，制成泥饼，由汽车外运。3.3 生产工艺流程图湖南工业大学专科毕业设计15图 3-1 高速线材车间工艺流

31、程框图连铸坯上料运送坯料称重加热连铸坯热装运送缓冲储存高压水除磷预精轧机轧制飞剪切头（尾）中轧机轧制粗轧机轧制飞剪切头（尾）水冷箱冷却飞剪切头（尾）无扭精轧机轧制在线测径水冷箱控制冷却P&F 线钩式运输机运输及冷却运卷小车卸卷、挂钩集卷机集卷夹送辊吐丝机头尾精整人工表面、尺寸质量检查取样盘卷称重压紧打捆斯太尔摩运输机冷却发货入库挂标签卸卷湖南工业大学专科毕业设计16 第第 4 4 章章 主要设备选择主要设备选择4.1 方案的比较及选择 4.1.1 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1 11 1，以达到优质高

32、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。 4.1.2 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。 4.1.3 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

33、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9024（6262/4）80692。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 1.32，则轧制机架总数为 n（F坯F成 ）/20，取 n20 架本设计计算产品规格为 6，根据标准得知 6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 ）/19.63，取n20 道次。参考现场实际生产情况及相关资料将 28 架轧机分为粗轧、中轧、预精轧、精轧。其中粗轧 5 架，中轧 5 架，预精轧 4 架，精轧 4

34、架，减定径机2 架。湖南工业大学专科毕业设计174.2 高线生产的主要设备的特点及其选用 4.2.1 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。 4.2.1.1 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 4-1 几种常见的加热炉比较 推钢式步进底式炉步进梁式梁

35、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

36、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。 4.2.1.2 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。湖南工业大学专科毕业设计18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

37、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。 4.2.1.3 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

38、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。 4.2.1.4 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 4-2 几种机型的主要特点如下表所示主导机型序号结构和参数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 4

39、50侧交 450，后改为 150/750平立交替顶交 450湖南工业大学专科毕业设计192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

40、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。 4.2.1.5 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

41、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； 4.2.1.6 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，采用卧式吐丝湖南工业大学专科毕业设计20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。 4.2.1.7 斯太尔摩冷却线 控制

42、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。湖南工业大学专科毕业设计21表 4-3 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

43、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。 4.2.1.8 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

44、游动的“C”形钩式的运输设备。 4.2.1.9 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。湖南工业大学专科毕业设计22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 4.2.1.10 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

45、轧制现象；另一个原因是这个部位的轧制速度很低(0.4 米/秒)，若采用成组传动反会增大传动机构的设备重量，因此，这个部位全采用单独传动方式更为合适。2）对轧机采用单独传动，可以满足灵活地调整轧制断面尺寸的要求，对磨损程度不同的轧辊可进行个别调整，可避免不论磨损程度如何而一律去车削的弊病，因而可使轧辊使用寿命得到充分发挥。1）机采用单独传动后，在保持连轧关系的条件下，通过调整轧辊辊缝和转速，可轧出各种规格产品所要求的中间断面尺寸。2）在一定限度内，可以适应加大开孔断面等改变孔设计的情况 。高速线材轧机中，精轧机组采用集体传动方式，这是因为：1）为尽量缩短轧件头尾因拉钢轧制而造成的超差长度，要求轧

46、机的结构尽量紧凑，从而使机架的间距很小，在这种紧凑的条件下，轧机布置成单独传动是不可能的。2）高速线材轧机的精轧机，不仅速度高，而且随产品规格的不同还需调节成各不相同的速度，若搞成单独传动，机架数量多，各产品规格在各架次所要求的速度差异较大,故所需求的电气控制系统必将十分复杂，同时也必须要求有比较高的灵敏度才能适应。因而，即使电气系统能够做到，但要做到保持所有产品规格在机架间的微张力轧制关系，实际上也是难以实现的。3）集体传动组合结构，大大地改善了咬入瞬间的电机动态速降问题，使各机架间微张力关系不受电气设备的影响，从而为高速下微张力轧制创造了有利条件。综上所述，设计中粗、中轧、预精轧机组采用交

47、流电机单独传动，精轧机组采用交流电机集体传动。湖南工业大学专科毕业设计23第第 5 5 章章 典型产品计算典型产品计算 取典型产品直径为 6mm 的线材，5.1 总延伸系数的计算取平均延伸系数: 32. 1平均6 .286r90902n0zFF5.2 轧制道次的确定 轧制道次的确定2032. 1lg6 .286lglglg zn5.3 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

48、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。根据产品要求可选择如下孔型系统： 平箱 立箱 椭圆圆椭圆 圆 椭圆 圆椭圆圆 椭圆 圆 椭圆 圆 椭圆 圆 椭圆 圆 椭圆 圆湖南工业大学专科毕业设计24 5.3.1 粗轧、中轧孔型系统选择 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 作为

49、传统的箱形孔有扁箱和立箱两种，从此孔型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。 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-圆孔型系统该孔型系统的主要优点：

50、 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，冷却比较均匀，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； 2)椭圆件在圆孔型中轧制不稳定； 3)轧件在圆孔型中易出耳子；综合以上各孔型系统的特点，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，后四架选择椭圆-圆孔型系统。湖南工业大学专科毕业设计25 5.3.2 预精轧、精轧机组孔型的选择 现代高速线材

51、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)这一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。5.4 主要参数的

52、计算 5.4.1 箱型孔型(K19，K20)设计系数的确定1.箱型(K19)的设计一般在平箱孔中宽展系数为 0.20.4，在立箱孔中的宽展系数为 0.150.35取第一道次的压下量为 h=40mm孔型槽底宽度：bk19=B-(0.05B0)取 bk19=120mm孔型槽口宽度：Bk19= B+h+(510)取 Bk19=135mm孔型高度：h=H-h=80mm孔型侧壁斜度：tan15=15%槽底圆角半径：r19=(0.120.20)B=18.00mm（取 r19=0.15）槽底圆角半径：r20=15.2mm辊缝：S=12.0mm轧件面积：F=11274.04mm22.箱型(K20)的设计取第二

53、道次的压下量为 h=45mm孔型槽底宽度：bk20=h15-(0.05h10)取 bk2=80mm孔型槽口宽度：Bk20= B+h+(510)取 Bk2=96mm孔型高度：h=H-h=90mm槽底圆角半径：r19=(0.12020)B=13.44mm槽底圆角半径：r20=11.2mm湖南工业大学专科毕业设计26辊缝：S=12mm轧件面积：F=8476.74mm2 3.确定总延伸系数 和平均延伸系数 p 总延伸系数：=Fp/Fc=8069/35.78=286.6取平均延伸系数：p=1.265其轧制道次为：n=/p =19.96 故取 20 道次 4.确定各机组延伸系数机组的平均延伸系数范围: 粗

54、轧机组 ：1.291.395 中轧机组：1.2901.373 预精轧机组：1.211.276 精轧机组：1.2321.255根据以上范围，并结合国内外部分厂家的实际情况，现选取粗轧机组平均延伸系数为 1.330，中轧机组平均延伸系数为 1.290，预精轧机组平均延伸系数为 1.240，精轧机组平均延伸系数为 1.215。3.验算： 验算通过。 5.4.2 各道次延伸系数的确定1）粗轧机组由于粗轧机机组的延伸系数较大 ，但对于第一架轧机，考虑来料波动，咬入条件及轧辊强度等因素，延伸系数可略小一些。1=1.3 2=1.32 3=1. 324=1.3 5=1.6 6=1.55 7=1.48 8=1.

55、45 9=1.45 10=1.4 11=1.28 12=1.28 13=1.26 14=1.26 15=1.24 16=1.2 17=1.2 18=1.18 19=1.15 20=1.15验算：=1.3220).(20193215.4.3 成品孔(圆孔)设计 1K直径：02. 6201. 3)02. 1007. 1 ( )1 . 00(d(211RhRk 6 .2866455 iz湖南工业大学专科毕业设计27孔宽：12. 6012. 1)028. 002. 6()02. 1007. 1()0 . 15 . 0(1dbk根据成品辊缝：s=1mm, 圆角： 则 mm36. 0a06. 0r11mm

56、24. 00.04ar12孔型宽度：=8.52-1=7.52mm1kB1bs孔型高度：=-0.83=8.46-0.83 0.36=8.2mm1kh1h1r5.4.4 椭圆孔型的设计轧件宽度 （5-1）hAb椭圆半径 （5-2）)(4)(22shBshRk椭圆钝边 （5-3）1 sm轧槽宽度 （5-4）bB)11. 1008. 1 (k槽口圆角半径 （5-5）kBr)12. 008. 0(辊缝 （5-6）h)3 . 0-2 . 0(s 轧件断面积 （5-7）bhhmF)2(315.4.5 圆孔型的设计孔型高 （5-8）dhK孔型半径 （5-9）2dR辊缝 （5-Khs)15. 010. 0(10

57、）孔型外圆角半径 （5-55 . 1r11）孔型开口倾角 （5-oo30-1512）孔型宽度 （5-13）)41 ( hbK孔型开口连接圆弧半径 )cos(sin48)cossin(44222KKKBRBsRRsBR湖南工业大学专科毕业设计28 （5-14） 直线侧壁斜度圆孔型切点对应扩张角)arctan(2arccos22KKBssBR （5-15）5.5 各个孔型计算圆孔 3K846. 7325.48/3333dFFF 9401. 73h9401. 73b21.223kP1s3k996. 53 kR（成品前孔） 2K94. 476. 0/62222kkhdhd 75.1065. 1/222

58、kkbdb 1)3 . 02 . 0(22khs 1)12. 0008. 0(22kbr内弧半径24. 8)(4/)(222222skbshRkk 504. 274. 0/23223hdFFFhkk取则1249.10504. 232bbbbb椭圆 4k4s4 槽口高度：05.1171. 034 dhk 槽口宽度：65.1374. 134 dbk 槽口圆角半径37. 1)14. 006. 0(44kBr 椭圆圆弧半径36. 8)(4)(42244444sBBshRkkk圆孔 5k5 . 45s 出口面积16.823235FF 孔高：74.162545DRhk 孔宽：18.17)02. 1001.

59、 1()0 . 15 . 0(55Dbk 侧角：okRRbP14sin2cos2arctan5555 扩张半径:45.14sincos4sin255555pPsRR椭圆 6k56s湖南工业大学专科毕业设计29 槽口高度：57.2371. 056 dhk 槽口宽度：13.2974. 156 dBk 槽口圆角半径：92. 2)14. 006. 0(66kBr 椭圆圆弧半径：83.14)(4)(62266666sBBshRkkk圆孔 7k5 . 57s 出口面积：78.1705457FF 孔高：66.292557DRhk 孔宽：2 .30)02. 1001. 1()0 . 15 . 0(77Dbk

60、侧角：okRRbP17sin2cos2arctan7777 扩张半径：53.18)sin(cos4sin277777ppsRR椭圆孔 8k5 . 5s8 槽口高度：78.4171. 078 dhk 槽口宽度：61.5174. 178 dBk 槽口圆角半径：96. 5)14. 006. 0(88kBr 椭圆圆弧半径：63.21)(4)(82288888sBBshRkkk圆孔 9k6s9 出口面积3 .3927679FF 孔高：26.432989DRhk 孔宽：7 .44)02. 1001. 1()0 . 15 . 0(99Dbk 侧角：o99920sin2cos2arctan9RRbpk湖南工业大学专科