年产80万吨的高速线材生产车间课程设计

，以达到优质高产，节能降耗的目的。为此，依照这一要求和进展趋势，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线数的确定依照国内外各高线厂的实际生产经验及技术的进展，其趋势将以单线为主，具体缘故为：随着扎制速度的提高，单线也能高产；单线设备投资少，建厂快，能尽早收回成本，经济效益好；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，本设计方案将采纳单线。4.1.3总机架数的确定由于本设计产品的最小规格为Φ5.5㎜，故在确定机架数时，应以Φ5.5㎜产品作为设计计算的基础。依照GB/T14981-94可知Φ5.5㎜线材的断面面积F成＝23.8㎜2，坯料圆角半径取8计算断面面积，坯料断面面积F坯＝1202－4（82－Π82/4）＝14345㎜2。对全连续高速线材轧机，平均延伸系数的范围为1.260～1.328，取平均延伸系数μ＝1.265，则轧制机架总数为n＝（㏑F坯－㏑F成）/㏑μ＝27.25，取n＝28架本设计计算产品规格为Φ6.5㎜，依照标准得知Φ6.5㎜线材的断面面积F成＝33.2㎜2，因此轧制道次总数为n＝（㏑F坯－㏑F成）/㏑μ＝25.82，取n＝26道次。4.2高线生产的要紧设备的特点及其选用4.2.1高线生产的要紧设备概况一个完整合理的高速线材生产要紧由以下设备组成：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要紧设备的特点作较全面的讨论。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1~2mm1.0mm0.5mm0.7~0.8mm造价100%115%120%115%步进炉的特点：1)产量高。坯料四面受热，大大缩短加热时刻，能专门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，可不能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，幸免钢坯底面划伤；加热时刻短，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，时刻短，劳动强度低。进出料方式：出料采纳侧出料，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。粗轧机类型专门多，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，特不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。往常用于高级钢的生产，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。轧机形式要紧形式是闭口机架、短应力线轧机和预应力轧机。依照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。当前多采纳平立交替布置，具有悬臂式轧辊的预精轧机，其要紧优点有以下几个；1）由于机架平立交替布置，实现了活套轧制，能够消除粗轧和中轧轧制时不可幸免产生的堆、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制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）本机组采纳悬臂轴，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。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，采纳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。精轧机组是高速线材轧机最重要的、最关键的设备之一。当今世界要紧有四种流行机组：摩根、阿希洛、德马克、达涅利。表4-2几种机型的要紧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φ8“×5+φ6”×5φ210×10φ210×2+φ165×8φ210×103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800～750mm800mm750及650mm920mm本设计采纳摩根第六代V型8架超重型轧机，因为它要紧有以下几个优点：1)采纳顶交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，便于操作治理。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制造了条件。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。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刻等问题。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：可提高常规线材轧机的生产率；提高了产品的尺寸公差；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；实现800℃低温轧制，晶粒组织更细，通过操纵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；由于立式吐丝机要紧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，采纳卧式吐丝机，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。操纵冷却线是高速线材生产的要紧技术之一。为幸免当线材盘卷在800℃～1050℃高温下自然冷却时，因盘卷内外温差大而导致表面严峻氧化、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4.44~10C/s1.11~10C/s0.28~10C/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10~15%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要紧是优碳钢，以及依照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。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，应用实际条件动身，采纳驱动——游动的“C”形钩式的运输设备。轧辊最要紧的动身点是保证线材的表面质量。耐磨性是轧辊最要紧的指标（相关于其它轧钢厂）。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，缘故为：1）在粗轧机的第1－3架轧机上，采纳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；另一个缘故是那个部位的轧制速度专门低(<0.4米/秒)，若采纳成组传动反会增大传动机构的设备重量，因此，那个部位全采纳单独传动方式更为合适。2）对轧机采纳单独传动，能够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不调整，可幸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。机采纳单独传动后，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。在一定限度内，能够适应加大开孔断面等改变孔设计的情况。高速线材轧机中，精轧机组采纳集体传动方式，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，要求轧机的结构尽量紧凑，从而使机架的间距专门小，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,故所需求的电气操纵系统必将十分复杂，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阻碍，从而为高速下微张力轧制制造了有利条件。综上所述，设计中粗、中轧、预精轧机组采纳交流电机单独传动，精轧机组采纳交流电机集体传动。第五章孔型设计5.1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阻碍，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：是连铸坯依旧轧制坯，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：轧制方式是单线依旧双线，孔型共用要求，操作人员的操作适应和技术水平等。5.1.1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，其要紧优点有：1）共用性好。通过改变辊缝的方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，可采纳较大道次的变形量。5）轧件断面温降较为均匀。箱形孔也有其不可幸免的缺点：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行，易发生倒钢或歪扭，小断面轧件尤为严峻。2．椭圆--圆孔型系统该孔型系统的要紧优点：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，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。该孔型系统的要紧缺点有：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。5.1.2预精轧、精轧机组孔型的选择现代高速线材的预精轧、精轧机组都采纳椭圆--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，简化了治理；4)这一孔型系统的每一个圆孔型都能够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要紧采纳椭圆-圆孔型系统。5.2要紧参数的计算5.2.1箱型孔型(K1，K2)设计系数的确定1.箱型(K1)的设计一般在平箱孔中宽展系数为0.2—0.4，在立箱孔中的宽展系数为0.15—0.35取第一道次的压下量为Δh=40mm孔型槽底宽度：bk1=B-(0.05B～0)取bk1=120mm孔型槽口宽度：Bk1=B+β×Δh+(5～10)取Bk1=135mm孔型高度：h=H-Δh=80mm孔型侧壁斜度：tanφ15=15%槽底圆角半径：r1=(0.12—0.20)B=18.00mm（取r1=0.15）槽底圆角半径：r2=15.2mm辊缝：S=12.0mm轧件面积：F=11274.04mm22.箱型(K2)的设计取第二道次的压下量为Δh=45mm孔型槽底宽度：bk2=h15-(0.05h1～0)取bk2=80mm孔型槽口宽度：Bk2=B+β×Δh+(5～10)取Bk2=96mm孔型高度：h=H-Δh=90mm槽底圆角半径：r1=(0.12—020)B=13.44mm槽底圆角半径：r2=11.2mm辊缝：S=12mm轧件面积：F=8476.74mm23.确定总延伸系数μΣ和平均延伸系数μp总延伸系数：μΣ=Fp/Fc=14345/33.18=432.339取平均延伸系数：μp=1.265∴其轧制道次为：n=㏒μΣ/㏒μp=25.82故取26道次4.确定各机组延伸系数机组的平均延伸系数范围:粗轧机组：1.29～1.395中轧机组：1.290～1.373预精轧机组：1.21～1.276精轧机组：1.232～1.255依照以上范围，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。5.2.2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，但关于第一架轧机，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。μ1=1.290μ2=1.330μ3=1.390μ4=1.360μ5=1.320μ6=1.2932）中轧机组：μ7=1.345μ8=1.292μ9=1.320μ10=1.272μ11=1.290μ12=1.2533）预精轧机组：μ13=1.270μ14=1.225μ15=1.250μ16=1.2154）精轧机组：μ17=1.260μ18=1.215μ19=1.250μ20=1.210μ21=1.240μ22=1.200μ23=1.235μ24=1.160μ25=1.225μ26=1.160验算：μΣ=μ1×μ2×μ3┄μ25×μ26=432.4235.3摩擦系数的确定f=k1·k2·k3(1.05-0.0005t)……（式5-1）公式中：k1轧辊材质阻碍系数，对碳化钨轧辊k1=0.7;对铸铁轧辊k1=0.8,本设计1～12机架为球墨铸铁，13～26机架采纳碳化钨辊环k2轧制速度阻碍系数k3轧件材质阻碍系数，本设计以优碳钢为主，故取k3=1.11．轧制温度的确定本设计采纳低温轧制，且为优碳钢，故开轧温度为980℃，具体参见表格5-1中所示。2．轧制速度的确定各道次轧制速度的确定按下式：Vi=Vi+1/μi+1……（式5-2）公式中：Vi,Vi+1分不为第i和第i+1道次的出口速度μi+1为第i+1道次延伸系数本设计保证速度为100米/秒，各道次出口速度见表5-1。5.4孔型设计5.4.1孔型设计讲明1）为有利于消除氧化铁皮，粗、中轧的圆孔均采纳切线扩张；2）予精轧和精轧机组孔型尺寸较小，轧辊强度高，为方便辊环的加工、制造，其圆孔型也采纳切线扩张；3）椭圆孔型一律采纳单弧，因为精轧机组辊环是极硬的碳化钨，需用电解液修磨、加工，为了便于磨削和恢复孔型，常采纳单半径椭圆。5.4.2各孔型计算方法1．已知碳钢总平均延伸系数μzp=1.265，按设置26机架（其中2精轧道次由于产品需要去掉）考虑，来料尺寸Φ原按下式计算并圆整[6]：Φ原2/Φ成2=μzp26……（式5-3）各机组间来料尺寸均可由相应的值求出，确定各机组的坯料尺寸，再进行轧机孔型设计2．算偶数机架的圆坯尺寸，截面积，初定两圆坯间椭坯截面积，设计圆坯孔型。由圆坯名义尺寸Φ135.5至Φ6.5除成品机架外，还有12个偶数机架。依照两圆孔间原坯直径之比约等于平均延伸系数这一概念，通过适当圆整并考虑与公称尺寸相应差值后，这12个园坯的直径（“天地”尺寸）及其名义尺寸、截面积等参数计算结果见表5-1，表5-2。两坯圆间椭坯截面积Ft,依照前面的介绍，能够按以下式初定：Ft=Kt……（式5-4）式中：Fa、Fb－椭坯前、后圆坯的截面积Ft－因椭孔延伸比圆孔大2-4%的修正系数轧制碳钢Kt=0.99轧制合金钢Kt=0.98园孔其余尺寸参数的确定：db=dh+kb……（式5-5）kb－考虑便于调整及因宽展波动引起的差异（当辊径≥200时，kb=0.02dh；当辊径≤160时，kb=-0.01dh）孔侧壁弧圆半径R一般可用作图法求得，当设定α=300时，也可按下式计算：……（式5-6）算出的孔宽db，孔侧圆弧半径R及辊缝S等参数均以在表中3．求各奇数机架即各椭圆孔（1）确定各椭孔高H（即椭坯厚h）依照资料介绍，H可按下式计算……（式5-7）式中：d前、d后－椭孔前、后坯圆外径－椭孔轧辊工作半径。粗算可按=D0/2-1/6(+)+S/2取值D0－公称直径K－修正系数，K=0.87-0.85（随园坯外径增大而递减，并随f增大而增大）4孔型计算中的宽展模型采纳乌萨托夫斯基公式：其中：a为温度修正系数，T>900℃时a=1.0,当T在750~900℃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0.4~17m/s时:c=(0.00341λ-0.002598)v+(1.0768-0.10431)λ……（式5-8）λ为平均压下系数,δ为轧件形状系数，取δ=1.273ε辊径系数：Dg为平均工作辊径Dg=Do+s-2/3hks为辊缝s=(0.18~0.3)hk5.5孔型设计步骤：1)依照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φ16—21），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)依照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%40037817.32.236.51119.924439.5995%40038538.45.3761226.7528.526.7593.80%40038413.41.7551316.833429.987.90%270257273.9541421.722.921.794.70%27025610.91.4541513.1827.224.4689.90%27026023.33.1731617.419.617.494.60%2702588.71.3321711.122219.186.80%20019117.72.461.61814.361514.3695.70%2001907.811.061.7199.1417.515.186.30%20019313.42.081.32011.8312.411.8395.40%2001925.920.921.5217.2615.213.3487.80%20019412.71.761229.7109.797%2001944.90.751.3236.112.811.1487%20019610.81.401247.988.47.9895%2001953.990.661.1254.3811.19.5686.10%2001969.511.201266.576.766.5797.20%2001953.290.521表5-3轧制表道次堆拉率速度(m/s)轧辊实际转速(rpm)压下量(mm)摩擦角(°)10.2710.7940.026.2420.3614.2445.026.6630.519.2644.042740.6925.8147.627.3450.9334.5633.7727.4361.2144.9639.127.1671.6584.5833.9625.482.16110.5726.7222.8792.88144.3018.5620.3103.7186.7521.818114.77236.7514.5815.38125.98297.4217.2514.78137.59564.709.9213.54149.29693.0712.313.541511.61853.818.5213.541614.121043.629.813.54170.0317.081768.766.2814180.0421.632169.667.6414190.0527.042679.955.2214200.0532.743253.325.6714210.0540.624000.954.5714220.0448.774808.665.514230.0660.255864.883.914240.0470.316899.224.8214250.0486.158386.063.6213.772601009804.214.5313.54第六章轧机力能参数计算及电机设备校轧制压力是轧钢工艺和设备设计、选取的差不多参数之一，是设备选取、设备改造、设备核算，制定合理的压下制度，增产挖潜的重要依据之一。6.1轧制压力的计算6.1.1平均单位压力的计算研究单位压力在接触弧上的分布规律，关于从理论上正确确定金属轧制时的力能参数—轧制力，传动轧辊的转矩和功率具有重大意义，因为计算轧辊及工作机架的要紧零件的强度和计算传动轧辊所需的转矩及电机功率，一定要了解金属作用在轧辊上的总压力，而金属作用在轧辊上的总压力大小及合力作用点位置完全取决于单位压力。确定平均单位压力的方法有三种：理论计算法、实测法、经验公式和图表法。采纳理论计算法，计算平均单位压力的公式有几种：Ekelund,Sims,Stone,采利荷夫计算式等等，这些公式具有自己的适用范围和限制条件，本设计采纳S.Ekelund公式来计算平均单位压力。S.Ekelund公式适用范围：1）S.Ekelund公式适用于热轧型钢时计算平均单位压力的半经验公式。2）适用于当轧制温度大于800℃，锰含量小于1.0%。3）当轧制速度小于5m/s，该公式比较准确，当轧制速度大于5m/s时，需要采纳S.Ekelund修正公式。S.Ekelund公式：p=(1+m)(k+ηε)……（式6-1）m：外摩擦对单位压力的阻碍系数△h：该道次平均压下量H,h：轧制前后轧件平均高度η：粘性系数,η=0.01(14-0.01t)C’×10Mpa……（式6-3）ε：平均变形速度η、ε：变形速度关于变形抗力的阻碍系数f：轧件与轧辊间的摩擦系数v：轧制速度K：静载时平面变形抗力[4]K=9.8(14-0.01t)(1.4+C+Mn+0.3Cr)Mpa……（式6-5）公式中：t--轧制温度℃c,Mn,Cr--钢中的碳,锰,铬含量,%S.Ekelund修公式[9]:p=(1+m)(k+ηε)a,a-修正系数,……（式6-6）a=0.9682+0.00656v……（式6-7）6.1.2总轧制压力PP=p·F……（式6-8）轧件与轧辊接触面积为：式中：BH,Bh轧制前后轧件宽度L接触弧长6.2轧辊强度校核6.2.1孔型在轧辊上的配置孔型系统及各孔型尺寸确定以后，还要合理的将孔型分配和布置到各机架的轧辊上，配辊应做到合理，以便轧制操作方便，保证产品质量和产量，并使轧辊得到有效的应用。孔型配置的一般原则为[6]：1）力求轧机各机架的轧制时刻均衡；2）为了便于调整，成品孔必须单独配置在成品机架的一个轧制线上；3）考虑孔型的磨损程度及对其质量的阻碍，每一道次备有不同数量的孔型，当孔型磨损到阻碍成品质量时，能够只换孔型而不必换轧辊。4）咬入条件不行或操作困难的道次应尽量布置在下轧制线；5）确定孔型间距及孔环宽度时，应尽量考虑辊环强度以及安装和调整轧辊辅件的操作条件。图6-1由上而下依次为1#—6#机架孔型在轧辊上的配置情况表6-1轧辊及电机参数表机组机架号机架布置轧辊主电机轧辊尺寸材质功率（kw）转速rmp辊径（mm）辊身长度(mm)MaxMin粗轧机组1H610520760球墨铸铁Ac400750/15002V610520760球墨铸铁Ac400750/15003H610520760球墨铸铁Ac600900/18004V610520760球墨铸铁Ac600900/18005H610320760球墨铸铁Ac600900/18006V610320760球墨铸铁Ac600900/1800中轧机组7H430370650球墨铸铁Ac700900/18008V430370650球墨铸铁Ac600900/18009H430370650球墨铸铁Ac700900/180010V430370650球墨铸铁Ac600900/180011H430370650球墨铸铁Ac700900/180012V430370650球墨铸铁Ac600900/1800预精轧机组13H28525595WCAc700900/180014V28525595WCAc600900/180015H28525595WCAc700900/180016V28525595WCAc600900/1800精轧机组1745°21219272WCAc5400900/18001845°21219272WC900/18001945°21219272WC900/18002045°21219272WC900/18002145°21219272WC900/18002245°21219272WC900/18002345°21219272WC900/18002445°21219272WC900/1800减定径机组2545°21219272WC2×Ac2000900/18002645°21219272WC750/19002745°21219272WC750/19002845°21219272WC750/19006.2.2轧辊强度校核由于粗，中轧机轧制压力较大且来料尺寸波动大，而予精轧、精轧压力小，且使用高硬度的碳化钨辊环，故本设计只校核粗机组的轧辊强度，对辊身只计算弯曲，对辊颈则计算弯曲和扭矩，对中轧机机组，预精轧及精轧机组轧辊则不予校核[8]。6.2.3危险断面尺寸的确定1．轧辊危险断面尺寸的确定Dw=Dmin+S-H……（式6-10）式中：Dw──轧辊危险断面直径；Dmin──轧辊最小直径，即报废前的公称直径；S──该道次的辊缝；h──该道次的孔高度。2．粗、中轧机组轧辊辊颈尺寸的确定粗、中轧机组使用滚动轴承,其型式为四列圆柱滚动轴，辊颈直径d和新辊直径D之间存在以下关系[16]：d=(0.53~0.55)D……（式6-11）辊颈长度l和辊颈直径D之间存在以下关系：l=d+20～30㎜6.2.4轧辊强度校核1轧辊简支梁图示及受力如下所示：轧辊受力图6-2及弯矩、扭矩图6-3和6-4所示：abPRALRB图6-2轧辊受力图MMmaxX图6-3弯矩图X图6-4扭矩图上图中：L──轧辊辊身长度；1──轧辊辊颈长度；a──压下螺丝中心线至辊周围缘的距离，一般a＝1／2；b──辊周围缘至第N孔作用点距离，b＝c＋（n－1）e，c为辊周围缘至第一孔中心线的距离，e为相邻的两孔中心线间距；RA、RB——是机架对轧辊的支撑作用力。Ra＝P(L－b＋a)/(L＋2a)……（式6-12）M＝P(L－b＋a)(a＋b)/(L＋2a)……（式6-13）当n＝1,2,3…时，计算M1；M2；M3…则Mmax＝max(M1；M2；M3…)，如图6-3所示。[17]弯曲应力σ＝Mmax/W＝Mmax/(0.1Dw3)……（式6-14）对QT60-2球墨铸铁轧辊，许用应力Rb＝120Mpa[16]。1）扭转应力τ＝Mn/Wn＝Mn/(0.2d3)……（式6-15）2）弯曲应力σ＝Mj/(0.1d3)……（式6-16）式中：Mn,Mj──辊轧危险断面处的扭转和弯矩；M＝P(L－b＋a)a/(L+2a);……（式6-17）Mn＝9550×N×η/Nj,N·mN──电机输入功率Nj──轧辊差不多转速rmpη──电机功率；计算合成应力σ∑对铸铁辊，由莫尔强度理论，若σ∑<Rb，则辊颈强度满足。6.3传动力矩计算一般讲来，为了传动轧辊，电机轴上所需的力矩，由以下四部分组成[10]：M∑=M/i+Mf+Mo+Md……（式6-18）式中：M──轧制力矩，此即为使轧件发生塑性变形所需的力矩；Mf──传至电机轴上的附加摩擦力矩；Mo──空转力矩，即在空转时传动轧钢机所需的力矩；Md──动力矩，此力矩是为了克服速度变化时的惯性力所必需的；i──电动机到轧辊的传动比。6.3.1轧制力矩MM=2Pxl……（式6-19）式中：x──轧制压力力臂系数，依照《塑加原理》图示19－2确定；l──变形区长度。6.3.2摩擦力矩Mf=Mf1/i+Mf2……（式6-20）式中：Mf1──轧辊轴承中的摩擦力矩；Mf2──传动机构中的摩擦力矩；Mf1=Pdf1d──轧辊辊颈直径f1──轧辊轴承中摩擦系数；Mf2=(1/η-1)(M+Mf1)/iη──主电机到轧辊的传动效率。6.3.3空转力矩Mo=(0.03~0.06)Mh……（式6-21）Mh=9550Nk/n式中：Mh──电机额定力矩；Nk──电机额定功率；n──电机额定转速；6.3.4动力矩高线采纳全连轧，故Md=06.4电机校核6.4.1电机校核关于交流电机，要紧进行额定校核：由于轧制总力矩小于额定力矩，校核通过，详见表6-5。表6-2轧制压力计算表道次外摩擦阻碍系数m变形抗力K(Mpa)粘性系数η(Mpa)变形速度（s-1）修正系数c平均单位压力(Mpa)总压力(KN)10.145115.50.421.141132.81804.2920.1421210.442.0091139.192163.4930.207126.50.462.6621154.161743.4740.256129.250.474.2681164.861733.4150.231320.486.2411166.041273.3560.146134.750.499.4981187.641370.66表6-3轧辊危险断面尺寸及强度校核表道次轧辊除断面直径mm辊颈尺寸mm最大弯距KN·m弯曲压力Mpa辊颈弯距KN·m辊颈扭距N·m合应力Mpa弯曲应力Mpa扫转应力Mpa轧辊许用应力Mpa是否安全1454.86330501.1753.2176.884838.6749.2349.220.67120安全2431330593.4174.12222.534838.6761.9361.920.67120安全3474.54330488.1745.4156.916048.3343.6843.660.84120安全4454.2330477.7751175.516048.3348.8648.880.84120安全5487.47330350.1430.28129.956048.3336.1936.60.84120安全6471.26330383.7836.67123.366048.3334.3534.320.84120安全表6-4传动力矩计算表道次力臂系数Χ传动比i轧辊轴承摩擦系数f1轧制力矩(KN·m)传动效率η轧辊轴承摩擦力矩(KN·m)传动机构摩擦力矩(KN·m)摩擦力矩(KN·m)空转力矩(KN·m)总力矩(KN·m)10.4588.760.003162.390.961.790.0770.0970.2042.1320.4266.540.003218.080.962.140.1380.170.2043.65130.4357.490.003149.940.961.730.110.140.2552.92240.4141.660.003156.350.961.720.1580.1990.2554.20750.4230.910.00396.260.961.260.1320.1730.2553.54260.4623.760.003126.10.961.360.2330.290.2555.852表6-5电机校核表道次轧件长度m速度m/s机架间距m额定力矩(KN·m)轧制总力矩(KN·m)最过载力矩(KN·m)115.220.273.0005.0932.1312.733220.240.363.0005.0933.65112.733328.130.53.0006.3672.92215.918438.150.693.0006.3674.20715.918550.50.933.0006.3673.54215.918665.291.217.5006.3675.85215.918第七章生产能力计算7.1各规格产品轧制时刻，间隙时刻的确定7.1.1各种轧制时刻，间隙时刻的确定1.纯轧时刻TzhTzh=Ln/Vn……（式7-1）式中：Ln──轧件在最后架轧机上所轧出的长度；Vn──轧件在最后架轧机的出口速度；2．机架（机组）之间的间隙时刻：5s3．轧制节奏时刻TT=Tzh+△t……（式7-2）式中：△t──两根轧件之间的间隙时刻，4．轧制总连续时刻Tz=Tzh+∑Tj……（式7-3）式中：∑Tj──各种间隙时刻的总和。具体数据参见表7-1表7-1轧机能力分析表成品直径（㎜）终轧速度（m/s）轧制时刻（s）间隙时刻（s）轧制节奏时刻（s）按钢种计算小时产量（吨）打算年产量（万吨）年轧制时刻（h）Φ5.59576.3581.3503600Φ6.510050.9555.972.8273709Φ7.076.458.6563.663.93469Φ8.066.151.8556.871.63528Φ9.046.558.2563.263.41158Φ10.04153.4558.469.72343Φ12.029.252.1557.171.31175小记4059827.2加热炉小时生产能力计算按钢种计算最大的理论小时产量：A=3600Qnc/T式中：T——轧制节奏时刻Q——坯料单根重量n——轧制线数c——难轧系数（高碳钢，合金钢难轧系数为0.9）7.3工作制度及年工作时刻的确定轧机年工作制度及年工作时刻的确定具体见表7-2所示：表7-2年工作时刻表项目时刻备注日历时数365天计8760小时工作制度三班连续工作，节假日不休大中修20天每年一次小修520小时每周一次用10个小时年打算工作时刻7760交接班329小时每班20分钟设备及操作事故350小时换辊及导卫400小时一般安排在小修中进行，该项是指小修外所占用时刻年有效工作时刻6681小时7.4轧机负荷率及轧机年产量计算7.4.1轧机负荷率轧机负荷率=轧机年需作业时刻/轧机年有效作业时刻=5982/6681=89.54%7.4.2轧机年产量A=∑Antn=A1t1+A2t2+A3t3+…=４０万吨式中：A1，A2，A3——各产品的小时产量t1，t2，t3——轧制相应产品所需的工作时刻7.5加热炉的生产能力计算7.5.1设计条件1.燃料：高炉和焦炉混合煤气2.加热坯料及钢种配比坯料:120×120×12000mm单重:1308Kg同意最大弯曲度:全长不大于70mm短尺钢坯比例:≤3~5%标准钢坯尺寸:120×120×mm以标准钢坯考核炉子额定产量和燃料消耗量钢种分配:优碳钢78%;合金钢22%.3.钢坯装炉温度冷装:室温4.钢坯出炉温度优碳钢,低合金钢9800C;合金钢10500C5.加热炉炉型本设计采纳步进梁式加热炉.7.5.2加热炉生产能力计算1.炉子加热能力的确定 Q炉=75吨/小时2.加热炉尺寸1）炉膛宽度BB=l+2C=12000+2×400=12800mm式中：C——料间或料与炉间的空隙距离，取C=0.42)综合加热速度Z=5+0.1a=5+0.1(12×1.011)=6.2min/cm式中:a─坯料厚度,cm3)钢坯放置根数[7]n=azQ炉/60Q坯=12×6.2×75/(60×1.308)=72根式中:Q炉─加热炉小时产量Q坯─坯料单根重量4)步距s=s’+a式中：s’─坯料间距,s’/a=0.4~0.8(考虑到是生产优碳钢,间距应大些,取s’=80mm)。s=80+120=200mm5)炉子有效长度L有=sn=200×72=14400mm6)炉底有效面积F=L有L坯=12×1.011×14.4=174.70m27)炉底强度P=Q坯×n/F=1308×72/174.70=539.07kg/m2h8)炉体实际长度L=L有+1040=15440mm9）加热时刻：τ＝（1/K）×(14.25S/(1.232－S))式中：S——方坯的厚度；K——修正系数，K=C1×C2×C3K=C1×C2×C3式中：C1——炉型参数，四面加热的步进式加热炉取C1=2.10；C2——钢种系数；优碳钢和低合金钢取C2=0.7；C3——燃料系数，烧煤气，取C3=0.9；K=C1×C2×C3=2.10×0.7×0.9=1.323τ＝（1/K）×(14.25S/(1.232－S))=1×(14.25×0.12)/1.323(1.232-0.12)=1.163小时第八章厂房平面布置和起重运输设备本车间由主轧跨，成品跨，主控室，轧辊导卫间，检验室，水泵房和水处理等设施组成。车间冷坯上料，加热炉，主轧线，PIF线部分设备均布置在主轧跨同一跨间。原料跨全长为100m，跨距30m，建筑面积3000m2，柱距12m。厂房内没有1台10+10t电磁挂梁桥式起重机。原料跨的加热炉区采纳了双层结构，下层表高+0m，上层标高+5m。钢坯上料台架炉后输出辊道，钢坯称重及步进梁试炉钢均布置在标高+5m的平台上。8.1厂房平面布置8.1.1主轧跨本跨全长为400m，跨距30m，建筑面积12000m2，柱距为12