年产63万吨热轧线材车间设计毕业设计(论文)说明书

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安徽工业大学工商学院 毕业设计（论文）说明书毕业设计论文说明书年产63万吨热轧线材车间设计摘 要根据毕业设计的要求，设计年产63万吨的热轧高速线材生产车间，采用单线轧制方式。产品规格为Φ5.5~16mm，单卷盘重约2吨。本设计产品包括碳素结构钢和优质碳素钢。本车间设计的内容主要有：产品大纲和金属平衡表的制定；设计工艺方案和工艺流程；工作制度的确定及轧机生产能力分析；主要设备的选择；辅助设备的选择及计算；车间平面布置及起重运输；车间技术经济指标；环境保护；孔型设计；轧机力能参数计算及电机设备校核等。本设计原料采用连铸坯，以减少金属的损失，而且连铸坯的组织结构较好，这也提高了产品的质量；还可以减少轧制间隙时间，提高生产率。加热炉为步进梁式加热炉，进出料方式采用侧进侧出，以保证炉子的严密性，加热能力为120t/h。加热炉由微机控制，出炉温度为1050~1250°C。轧机采用高速线材轧机，全线均为无扭轧制，终轧保证速度为100m/s，最高轧制速度为120m/s。为改善产品微观组织，轧后采用控制冷却技术，轧后冷却通过水冷箱和一套斯太尔摩冷却运输系统来完成。斯太尔摩冷却运输系统采用延迟型冷却运输装置，它适用于冷却各类碳钢，具有较好的冷却效果。总之，上述先进工艺技术和设备是本设计的产品高质量的重要保证；同时也为高线生产车间设计提供了一个很好的样板。关键词：车间设计 高速线材 线材轧机 控制轧制共 2 页 第 1 页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

安徽工业大学工商学院 毕业设计（论文）说明书Aworkshopofnewhotrolledhigh-speedwirewiththeoutputof630,000t/aAbstractAccordingtotherequirementsofgraduationdesign,anewsinglelineofhigh-speedwirerodworkshopwiththeoutputof630,000t/awillbebuiltProduct.specificationsarefor5.5~16mmdiameter,eachcoilweighsabout2tons.Theproductsinthisdesignincludethecarbonstructuralsteelandhigh-qualitycarbonsteel.Themaincontentsofthedesignaremainlyasfollows,formulationofproductsschemeandmetalbalance,designoftechnologicalplanandprocess,thedeterminationofworkroutineandproductioncapacityanalysisofrollingmill,choiceofthemainequipment,choiceandcalculationoftheauxiliaryequipment,thegroovesdesign,thelayoutofworkshopandhoistingandconveyingequipment,checkofrollstrengthandmotorpower,technicalandeconomicindicatorsoftheworkshopandenvironmentalprotectionetc.Thecontinuouscastingbilletisusedasrawmaterialsinthisdesigntoreducethemetalloss.Thebettermicrostructureofthebilletscanalsoimprovethequalityoftheproductandreducetherollinggaptimetoincreaseproductivity.Thereheatingfurnaceisawalkingbeamtypefurnacewhichissideentryandsideexittoensurethetightnessofthefurnace.Theheatingcapacityis120t/h.Thefurnaceiscontrolledbythecomputer.Theexittemperatureis1050~1250C. °Thehigh-speedwirerodmillisusedinthisworkshop.Notwistrollingisrealizedacrosstherollingline.Thefinishingensurespeedis100m/s,maximumrollingspeedof120m/s.ThecontrolledcoolingtechnologyisusedafterrollingthroughthecoolingwaterboxandaStelmorcoolingconveyorsystemtoimproveproductmicrostructure.Stelmortransportationsystembythedelayedcoolingtypecoolingtransportdevices,whichappliestovariouscarbonsteelsandhasbettercoolingeffect.Inshort,theadvancedtechnologyandequipment,thedesignoftheproductisanimportantguaranteeofhighqualityandprovidingagoodmodelforthehighspeedwireproductionworkshopdesigning.KeyWords:workshopdesignhigh-speedwirerodandwiremillcontrolledrolling共 2 页 第 2 页目 录引11产品方案和金属平衡.......................................................................................................41.1车间产品大纲...........................................................................................................41.2产品质量执行标准及产品交货条件......................................................................41.2.1执行标准.........................................................................................................41.2.2交货条件.........................................................................................................41.3原料............................................................................................................................51.3.1原料来源和年需要量....................................................................................51.3.2钢坯尺寸和质量要求....................................................................................51.3.3连铸坯的化学成分........................................................................................51.4金属平衡表...............................................................................................................52设计方案............................................................................................................................62.1轧机数量的确定.......................................................................................................72.2轧机布置方案...........................................................................................................73工艺流程............................................................................................................................93.1工艺流程图...............................................................................................................93.2生产工艺流程简述.................................................................................................103.2.1坯料的选择及加热......................................................................................103.2.2坯料的除鳞...................................................................................................103.2.3坯料的轧制...................................................................................................103.2.4冷却...............................................................................................................103.2.5后期工作.......................................................................................................114工作时间及轧机生产能力分析.....................................................................................114.1车间工作制度和年工作小时................................................................................114.2轧机生产能力分析.................................................................................................125主要设备的选择..............................................................................................................135.1加热炉......................................................................................................................135.1.1炉型选择.......................................................................................................135.1.2加热炉尺寸的确定......................................................................................14共 4 页 第 1 页5.2轧机形式以及轧辊材质的选择............................................................................155.2.1轧机的选择...................................................................................................155.2.2轧辊尺寸参数的确定..................................................................................155.3粗轧机组..................................................................................................................175.4中轧机组..................................................................................................................175.5预精轧机组.............................................................................................................175.6精轧机组..................................................................................................................175.7减定径机组.............................................................................................................186辅助设备的选择及计算.................................................................................................186.1P/F线运输能力验算...............................................................................................186.1.1“形C钩”的运输周期.....................................................................................186.1.2“形C钩”数量确定.........................................................................................186.2斯太尔摩冷却运输线的选择................................................................................196.3其它辅助设备的选择.............................................................................................207车间平面及起重运输.....................................................................................................237.1车间平面布置.........................................................................................................237.1.1车间平面布置的原则..................................................................................237.1.2平面布置的内容..........................................................................................247.1.3轧制设备间距的确定..................................................................................257.2车间原料和成品库能力的计算............................................................................257.2.1有效方式.......................................................................................................257.2.2原料库和成品库堆放面积的负荷计算.....................................................257.3起重运输设备的选择和性能参数........................................................................267.4其它设施的布置.....................................................................................................268孔型设计(Φ7.0mm).........................................................................................................278.1孔型设计的准备计算.............................................................................................278.1.1延伸系数的分配..........................................................................................278.1.226道次孔型系统选择..................................................................................288.2减定径及精轧机组孔型设计................................................................................298.2.1圆孔型设计...................................................................................................298.2.2椭圆孔型设计...............................................................................................32共 4 页 第 2 页8.3预精轧机组孔型设计.............................................................................................368.3.1圆孔型设计...................................................................................................368.3.2椭圆孔型设计...............................................................................................378.4中轧机组孔型设计.................................................................................................398.4.1圆孔型设计...................................................................................................398.4.2椭圆孔型设计...............................................................................................418.5粗轧机组孔型设计.................................................................................................439轧机力能参数计算及电机设备校核............................................................................499.1轧制压力的计算.....................................................................................................499.1.1平均单位压力计算......................................................................................499.1.2总轧制压力...................................................................................................509.2轧辊强度校核.........................................................................................................509.2.1孔型在轧辊上的配置..................................................................................509.2.2轧辊强度校核...............................................................................................519.2.3危险断面尺寸的确定..................................................................................519.2.4轧辊强度校核...............................................................................................519.3传动力矩计算.........................................................................................................539.3.1轧制力矩.......................................................................................................539.3.2摩擦力矩.......................................................................................................539.3.3空转力矩.......................................................................................................549.3.4动力矩...........................................................................................................549.4电机校核..................................................................................................................549.4.1各种轧制时间及间隙时间的确定.............................................................549.4.2电机校核.......................................................................................................5410车间技术经济指标及环境保护...................................................................................5510.1车间技术经济指标...............................................................................................5510.2环境保护...............................................................................................................5610.2.1编制依据.....................................................................................................5610.2.2本设计中对污染的防治及综合治理.......................................................56致58参考文献................................................................................................................................59共 4 页 第 3 页附录A 各道次孔型图 60附录B 程 序 64共 4 页 第 4 页引 言线材的基本状况线材是指直径为 5~22mm的热轧圆钢或者相当此断面的异形钢。因以盘条形式交货，故又通称为盘条。线材断面周长很小，常见的产品规格直径为 5~13mm。国外线材规格已扩大到 Φ50mm。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，但生产数量很少。根据轧机的不同可分为高速线材 (高线)和普通线材(普线)两种。线材是用量很大的钢材品种之一，在国民经济中的作用与地位较重要，是不可或缺的重要品种。其轧制后可直接用于钢筋凝土的配筋和焊接结构件，也可经再加工使用。例如，经拉拔成各种规格钢丝，再捻制成钢丝绳、编织成钢丝网和缠绕成型及热处理成弹簧；经热、冷锻打成铆钉和冷锻及滚压成螺栓、螺钉等；经切削成热处理制成机械零件或工具等等。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，同时基本上是以连铸代替模铸，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。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，1966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43~50m/s，如今高线的轧制速度在 80~160m/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。我国目前是世界上最大的线材生产国，线材产量占钢材总产量的比例很大，一般线材产量占钢材总产量的8%~10%，而我国占20%以上；年产量占世界生产总量三分之一以上，线材也是我国第二大钢材生产品种，在国内钢铁产量比重一直较高，近几年国内线材产量基本与国内粗钢产量增长速度差不多，保持在 20%左右。据监测数据显示：2012年1~10月，国内线材的产量达1.129亿吨，同比增长11.4%。2012年10月份，我国生产线材1235万吨，同比增长18.01%[14]。高速线材轧机生产的工艺特点与产品特点共79页 第 1 页高速线材轧机的工艺特点可以概括为连续、高速、无扭和控冷。其中无扭精轧是保证高速的前提条件，是现代线材生产的核心技术之一。为提高生产率和解决大盘重线材轧制过程中的温降问题，就要求精轧的高速度；而精轧的高速度则要求轧制过程中轧件无扭转，否则轧制事故频发，轧制过程将无法进行。因此高速无扭精轧是现代高速线材的一个基本特点。高速线材轧机的产品特点是大盘重，高速度，高质量。因为高速度，所以轧制过程中温降很小，甚至有温升，使得盘重得到大大提高，也因为基本没有温降，轧件各部分的温度均一，所以微观组织均一。又因为采用了控冷工艺，所以产品组织得以改善，产品质量也大的提高了[14]。本设计中采用的先进技术和设备为保证高质量产品的生产，本设计采用了以下先进技术和先进设备：1)连续化全无扭轧制，粗轧、中轧、预精轧、精轧机组平立交替布置。精轧机组和减定径机组轧辊为顶交45°布置，全线实现无扭轧制，产品性能大幅度提高；2)坯料采用连铸坯，金属收得率高，能源消耗小；3)采用侧进侧出的步进梁式加热炉，加热较均匀，能耗降低，减少烧损；4)为提高轧件的表面质量，开轧前采用了高压水除鳞；5)采用控轧控冷设备，即设置多段在线水冷箱；6)为保证成品的尺寸精确，精轧机组后设有减定径机组；7)采用激光测径仪进行在线检测产品的尺寸，提高产品精度。线材轧制的发展方向自60年代以来第一台全新结构的摩根45°高速线材无扭精轧机问世后，引起了线材生产领域的革命性变化。今后其发展方向主要有[14]：1.柔性轧制技术：为了减少轧机的停机时间，人们研究了柔性轧制技术，该技术利用无孔型轧制、共用孔型等手段迅速改变轧制规程，改变产品规格。2.高精度轧制：线材的直径公差大小对深加工的影响较大，用户对线材的尺寸精度要求越来越高。3.继续提高轧制速度：线材要求盘重大，但其断面积又很小，故线材的长度很长，如此小断面轧制产品为保证头、尾温差，只有采用高速轧制。4.低温轧制：在线材轧机上，从粗轧到精轧，轧件温降很小，甚至会升温。在生产实践过程中经常出现因终轧温度过高而导致产品质量下降等等的问题。低温轧制不仅可以降低能耗，而且还可以提高产品质量，可创造很大的经济效益。5.无头轧制：其主要的作用和特点是减少切损、100%定尺、生产率提高、对导位和孔型无冲击、尺寸精度高.共79页 第 2 页6.切分轧制：其主要的特点是大幅提高产量、扩大产品规格以及在相同条件下，采用切分轧制可将钢坯的加热温度降低40°C左右，燃料消耗可降低15%左右，轧辊消耗可降低15%左右。总之高速线材轧机的产品发展的总趋势是提高轧速、增加盘重、提高精度及扩大规格范围。共79页 第 3 页产品方案和金属平衡1.1车间产品大纲车间产品大纲为[3]：年生产能力：63万吨；产品规格：Φ5.5~Φ16mm光面线材；主要钢种：碳素结构钢：GB/T700-2006，代表钢号：Q235；优质碳素结构钢：GB/T4354-2008，代表钢号：45#钢；其产品大纲见表1-1。表1-1产品大纲Table1-1Productoutline各规格产品年产量(万吨)产量合计钢种比钢种例Φ5.5Φ6.5Φ7Φ8Φ9Φ10Φ12~16(万吨)(%)mmmmmmmmmmmmmm碳素钢7.014.07.56.06.05.04.55079.4优碳钢2.04.04.01.00.80.60.61320.6合计9.018.011.57.06.85.65.163100比例(%)14.328.618.211.110.88.98.11.2产品质量执行标准及产品交货条件1.2.1执行标准GB/T4354-2008 优质碳素结构钢热轧盘条。GBT701-2008 普通低碳钢热轧圆盘条。1.2.2交货条件按GB/T701-2008国内标准交货。线材尺寸公差：直径公差：Φ5.5~8mm±0.10mmΦ9~16mm±0.15mm线材产品的椭圆度均为公差的80%。线材产品呈盘卷状交货或成捆交货。生产的盘卷尺寸为：线卷外径：Φ1250mm线卷内径：Φ850mm线卷高度约2000mm盘卷单重约2吨。共79页 第 4 页1.3原料1.3.1原料来源和年需要量该车间原料由本厂连铸机供给的连铸坯。年产63万吨线材，成材率为95.5%，年需要66万吨钢坯。1.3.2钢坯尺寸和质量要求连铸坯断面尺寸 150×150mm；连铸坯长度 12000mm；边长公差 ±5mm；对角线长度偏差 <7mm；圆角半径 R>8mm；弯曲度 每米最大弯曲10mm，在全长12m内最大100mm；连铸坯单根重约为2.1吨。连铸方坯和矩形坯标准： YB/T2011-2004对钢坯表面质量的要求：○1钢坯端面不得有缩孔、尾孔和分层；○2钢坯表面缺陷必须沿纵向加工清除，清除处应圆滑、无棱角，清除度不得小于清除深度的5倍，表面清理深度不大于公称厚度的8%；○3钢坯表面应无裂缝、折叠、耳子、结疤、拉裂和夹杂等缺陷。1.3.3连铸坯的化学成分连铸坯的化学成分应符合GB/T222-2006的规定。1.4金属平衡表该车间年产Φ5.5mm~Φ16mm的线材63万吨，成材率为95.5%，每年需合格连铸坯66万吨，金属平衡如下表[3]。表1-2金属平衡表Table1-2Balanceofthemetal产品原料成品废料名称连铸坯线材成材率切头及废品废品率烧损烧损率共79页 第 5 页Φ5.5-16mm66632.343.5%0.66盘条万吨万吨95.5%1%万吨万吨设计方案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方案[11]。此高线车间设计采用单线轧制，最高轧制速度为120m/s，保证速度为100m/s。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：Φ5.5mm、Φ6.5mm、Φ7.0mm、Φ8.0mm、Φ9.0mm、Φ10.0mm、Φ12.0mm、Φ14.0mm、Φ16.0mm。共79页 第 6 页2.1轧机数量的确定本设计产品的最小规格为Φ5.5mm，故在确定机架数目时，以最小直径Φ5.5mm计算得：2－4R2＋πR2坯料断面面积：F0＝at(A（式）)2-11.012×(1502－4×82＋π×82)mm22＝22986.9mmΦ5.5mm成品圆钢的断面面积：Fc＝π(dat2（式）)/42-2＝π×(5.5×1.012)2/4mm2＝24.33mm2上式中：F-------连铸坯料原始面积0F-------热态成品断面面积cA-------原料边长R-------连铸方坯结晶圆角，取R＝8mm（式）则总延伸系数：z＝F0cμ/F2-3＝22986.9/24.33＝944.8取平均延伸系数：μc＝1.28则机架数：Nlnz/lnc＝27.75故取N＝282.2轧机布置方案全线共有28架轧机，分为粗轧、中轧、预精轧、精轧、定减径机组，前 16架轧机为平立交替布置，立辊轧机均为上传动；接着是 8架精轧机组为摩根第六代无扭轧机，整个轧制过程轧件无需扭转。最后是 4架减定径机组，轧辊布置为45°无扭型式。以下是主轧机的特点：粗、中轧机组：粗轧机组为6架，中轧机组为6架，均为无牌坊短应力线轧机。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。共79页 第 7 页预精轧机组：预精轧机组4架为悬臂辊环式轧机，平立交替布置，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。精轧、定减径机组：精轧机组8架为摩根45°无扭轧机，一台交流电机传动，轧辊布置为顶交45°，相邻机架互成90°，精轧机组后布置减定径机组4架，设有辊轴轴向调整机构和液压平衡装置，可在线调整轧制线，轧辊布置为45°无扭型式[2]。共79页 第 8 页工艺流程3.1工艺流程图连铸坯 2﹟飞剪切头切尾输送运输辊 预精轧机组单根运输辊道（剔废） 预水冷入炉辊道 3﹟飞剪切头切尾加热炉加热 精轧机组夹送辊夹送 水冷段控制冷却高压水除鳞 减定径机组粗轧机组 吐丝成卷1﹟飞剪切头切尾 斯太尔摩冷却线中轧机组 集卷图3-1工艺流程图[11]

翻卷、挂卷P/F冷却运输线表面质量检查压紧打捆称重标号卸卷入库发货共79页 第 9 页3.2生产工艺流程简述3.2.1坯料的选择及加热因本厂的连铸机与轧钢线距离较近，故本设计采用连铸热坯为原料，采用连铸坯热装工艺。采用热装工艺的优点如下：①减少了加热炉的燃料消耗，提高加热炉产量。②减少了加热时间，进而减少了金属消耗。③减少库存钢坯量、厂房面积和起重设备等等，使得生产成本降低。④通过热装工艺和省去预热段，缩短了生产周期。根据不同钢种的加热制度和加热要求，钢坯在加热炉中加热至1050°C~1250°C，因为本设计采用连铸坯热装工艺，所以本设计省去了典型的预热﹑加热和均热的三段加热制度中的预热段，只取了加热和均热段。钢坯在加热段进行快速加热，钢坯表面温度达到略高于出炉温度，在均热段完成钢坯温度的均匀化[11]。3.2.2坯料的除鳞在本设计中采用了高压水除鳞装置。加热好的钢坯由出钢辊道推出，用高压水清除表面的氧化铁皮，以提高轧件的表面质量和便于轧件的咬入。3.2.3坯料的轧制加热好的钢坯由辊道运送钢坯进入粗轧机组进行轧制。当轧机出现故障时，设置在粗轧机前的卡断剪将进入粗轧机的钢坯切断，卡断后的钢坯又退回加热炉保温待轧。粗轧机组后设置一台飞剪及卡断剪。根据工艺要求，坯料在粗轧机组﹑中轧机组中进行无扭无张力轧制。钢坯经过侧活套进入四架平立交替布置的悬臂式预精轧机组进行单线无张力无扭活套轧制，最后经预水冷段﹑飞剪切头切尾和侧活套器进入精轧机组轧制。精轧机组采用8架45°无扭精轧机组。轧件在悬臂式碳化钨小辊环中进行高速单线无扭微张力连轧成高精度的线材。3.2.4冷却在精轧机组后面布置斯太尔摩水冷线。轧后的线材经斯泰尔摩水冷段冷却进入卧式吐丝机，线材经吐丝机成圈散落在斯太尔摩风冷运输机上。风冷运输机为辊道延迟型，装有纤维棉隔热罩，辊道的速度可调节。可根据钢种﹑产品规格和性能的要求开﹑闭隔热罩，调节辊道速度和风量，从而调节线圈的冷却速度，获得良好的金相组织和性能的产品。然后在集卷站收集成盘卷。共79页 第 10 页3.2.5后期工作集卷后的盘卷经翻平，由挂卷小车将盘卷挂在 P/F线的“C”形钩上继续冷却，并进行表面质量和外形尺寸检查，以确保线材质量，再取样，压紧打捆，称重标号，然后到卸卷站卸卷﹑排齐，最后由磁盘吊车吊至成品跨[1][10]。工作时间及轧机生产能力分析4.1车间工作制度和年工作小时高速线材车间年工作时间表[3]见表4-1。表4-1车间年工作时间表Table4-1Workingtimeoftheworkshop共79页 第 11 页工作制度连续工作制度

日计划检修时间(h)年计划工生产过程中停工时间(h)年计划轧历作时间制时间时大小小交接班换辊临时小计(h)(h)间(中)修计事故修8760 480 360 840 7920 400 300 120 820 7100备注：○1年计划工作时间是设备一年中最大可能的工作时间。○2生产过程中停工时间包括了许多非计划停工时间，非计划停工时间是由于技术或管理上的原因造成的设备故障，待料，待热，待气待电等。○3大修每两年一次，每次20天。中修每年一次，每次10天。大中修平均每年20天，即480小时。4.2轧机生产能力分析各种规格的线材精轧速度根据各厂的技术条件而定[10]。○1轧制时间：tzh＝单根坯料轧成成品的长度/精轧速度○2间隙时间：△t＝5s○3轧制节奏时间：T＝tzh＋△t○4按坯料计算小时产量：A＝3600GK1n/T（式4-1）式中：A-------平均小时产量，吨/小时；G-------原料重量，吨；T-------轧制节奏时间，秒；------轧机利用系数，即理论轧制节奏时间与实际达到的轧制节奏时间之K1比值。对于现代轧机取0.8~1.0,连续式轧机的为0.9~0.95，本设计取0.92。n-------轧制根数，本设计中取1。○按成品计算的最大小时产量：5共79页 第 12 页A＝3600GK1bn/T（式4-2）式中：b—成材率 95.5%○6轧机负荷率＝年纯轧时间/年计划轧制时间，轧机能力分析见下表。表4-2轧机能力分析Table4-2Millcapacityanalysis间隙轧制按坯按成年计年计成品终轧纯轧料计品计划产年纯划轧轧机时间节奏规格速度时间算小算小量轧时制时负荷(s)时间(mm)(m/s)(s)时产时产(万吨)间(h)间率(s)量(t/h)量(t/h)(h)Φ5.5110103510864.461.59.01284.0Φ6.51057858383.880.018.01944.7Φ7858358879.075.511.51322.1Φ88564569100.896.37.0620.5Φ98053558119.9114.56.8499.2Φ1075445491419135.65.6341.3Φ12~166040545154.6147.65.1282.6合计636294.4710088.7%主要设备的选择5.1加热炉5.1.1炉型选择用于线材车间的加热炉种类很多，按钢坯在炉内运行方式可分为推钢式﹑步进梁式﹑步进底式和步进梁步进底组合式加热炉。目前国内钢厂多使用步进式加热炉，步进式加热炉与推钢式加热炉等相比较，有加热能力增加、擦伤减少和容易维修等优点。而且炉子的预热段、加热段、均热段分得很清楚，在加热段升温到所规定的温度，均热段为消除锭坯内外温度而进行均热，所以本设计选用侧进侧出步进梁式连续加热炉，以保证炉子的严密性[2]。本设计的钢坯断面尺寸为150mm×150mm。步进炉的特点有：共79页 第 13 页○1钢坯的运行是靠步进机构的步进梁前进放下来完成的一个矩形轨迹的循环动作，因此钢坯表面不产生划痕。○2在步进式加热炉内，每个钢坯间都留有较大的间隔，避免了“粘钢”现象，而且实现三面或四面加热，加热速度快，温度均匀。○3操作灵活，与轧机配合灵活方便，可根据需要将坯料推出炉外，避免坯料在炉内长时间停留造成那个钢的氧化和脱碳。○4可以比较精确地计算和控制钢坯在炉内的加热速度和加热时间，有利于计算机控制，实现加热过程的自动化。5.1.2加热炉尺寸的确定○1炉子宽度B[2]炉子宽度B主要根据坯料长度来确定：Bnl(n1)C（式5-1）式中：n—坯料排数，n＝1；C—料间或料与炉的间隙间距(m)，一般取0.3~0.45；L—坯料的长度，(m)；所以，B＝1×12＋2×0.4＝12.8m○2炉子长度[2]炉子长度主要根据加热炉产量确定：L1＝1000Q/PL（式5-2）式中：Q—加热炉小时产量(t/h)，本设计中取120t/h；P—有效炉底强度(kg/m2h)，通常取500~700kg/m2h；—坯料长度(m)；故炉长：L1＝(1000×120)/(60012)×＝16.7m炉子的全长=有效长度+1~3m=18.5m2计算加热炉的有效面积：F=B×L=12.818×.5=236.8m○3加热炉步进机构[2]组成：上框架、下框架、横梁、斜辊、平移油缸、提升油缸等。型式：液压驱动步进式。步进梁：5根步距： 冷坯：260mm 热坯：370mm(参考马钢高线)共79页 第 14 页○ [2]4 加热时间t＝(7＋0.05H)（式5-3）＝7＋0.05×150＝14.5minH—坯料高度5.2轧机形式以及轧辊材质的选择5.2.1轧机的选择轧机选择的主要依据是钢材的品种、生产规模以及由此确定的工艺流程。对工艺设计而言，轧机选择的主要内容是确定轧机的结构，主要参数及它们的布置。一般轧机选择参考以下原则[2]：①在满足产品方案的前提下，使轧机组成合理、布置紧凑；②有较高的生产效率和设备利用系数；③有利于机械化、自动化的实现，有助于工人劳动强度的改善；④保证获得高质量的产品；⑤轧机结构型式先进合理，操作简单，维修方便；⑥备品、备件更换方便，易于实现标准化；⑦有良好的经济技术指标。5.2.2轧辊尺寸参数的确定①轧辊直径D的确定[2]由经验可知：D＝K·H（式5-4）式中：D—轧辊直径，(mm)；K—系数，K＝2.9~5.0；H—坯料的高度，(mm)；由此得粗轧机组1~6架轧机辊径D＝(2.9~5.0)150×＝435~750mm本设计取粗轧机1﹟~4﹟轧辊直径D＝630mm，5﹟~6﹟轧辊直径D＝520mm。○2辊身长度的确定[2]L＝K·D（式5-5）式中：K—系数，对型钢轧机K取1.5~2.5。轧辊尺寸参数详见下表。表5-2轧机主要性能Table5-2Millmainperformance机 机 轧机 辊径(mm) 辊身 主电机共79页 第 15 页组架型式最大最小长度功率号(mm)型式辊径辊径(kw)转速(r/min)01H630540850750AC215/80002V630540850750AC215/800粗03H630540850750AC215/800轧机04V630540850750AC215/800组05H520450800600AC215/80006V520450800600AC215/80007H430370700800AC215/80008V430370700600AC215/800中09H430370700800AC215/800轧机10V430370700600AC215/800组11H430370700800AC215/80012V430370700600AC215/800续表5-2轧机主要性能预13H290260120精14V290260120轧400AC215/800机15H290260120组16V2902601201745°2302104801845°2302104801945°230210480精2045°230210480轧2AC215/800机21002145°170210350组2245°1701503502345°1701503502445°170150350定2545°1701503502AC215/800减21002645°170150350共79页 第 16 页径2745°170150350机组2845°1701503505.3粗轧机组数量：6架型式：双支撑、无牌坊短应力线二辊轧机特点：平立交替布置，轧制线固定，机架可横移，弹簧固定，液压打开。辊缝调整为液压马达。轧辊中心距：3m轧辊材质：球墨铸铁最大辊颈承载：2800KN机架为交流电机单独传动。5.4中轧机组数量：6架型式：双支撑、无牌坊短应力线二辊轧机特点：平立交替布置，轧制线固定，机架可横移，弹簧固定，液压打开。辊缝调整为液压马达。轧辊中心距：3m轧辊材质：球墨铸铁最大辊颈承载：1500KN机架为交流电机单独传动。5.5预精轧机组型式：四机架悬臂辊环式，平立交替布置，实现无扭轧制，结构紧凑，每个机架由直流电机单独驱动。每对轧辊偏心套的同步转动使两个轧辊能相对于轧机中心线进行对称调整，轧制线固定。辊环尺寸：Φ285-208×95mm辊环材质：碳化钨电机功率：400×4kW(交流)5.6精轧机组型式：8机架摩根重载型45°无扭轧机。各机架与水平成45°角交替布置。相邻机架互成90°角。轧制线固定，液压换辊环，无扭微张力轧制。辊环材质：碳化钨保证速度：100m/s共79页 第 17 页电机功率：2100×2kW(交流)5.7减定径机组型式：4机架RSM轧机。辊环材质：碳化钨电机功率：4×2000kW(交流)辅助设备的选择及计算6.1P/F线运输能力验算6.1.1“C形”钩的运输周期“C”形钩行走一圈行程：约450m“C”形钩行走速度：约0.3m/s“C”形钩行走一圈所需时间：1500s从集卷站接受盘卷时间：90s检查时间：50s修剪、取样时间：50s压紧打捆及辅助时间：65s称重、挂标牌时间：50s卸卷时间：25s以上合计：“C”形钩运输周期时间为1830s6.1.2“C”形钩数量确定上卷周期时间：72s在理想工作情况下“C”形钩的数量：1830/72＝26个考虑工作中正常延误时间多增加2个最少正常工作运行“C”形钩的数量为28个为保证25分钟冷却时间，打捆前松卷钩数为15个打捆机后重钩数和卸卷站后空钩数量共13个考虑打捆机出现故障时通常在25分钟内可排除，所以空钩数量必须要维持25分钟挂卷数量，共需设置空钩总数15个共79页 第 18 页补充新钩数量：15－13＝2个维修备用钩数10个以上合计，“C”形钩总数为38个。6.2斯太尔摩冷却运输线的选择在线材生产过程中，轧制出来的线材产品必须从轧后的高温红热状态冷却到常温状态。线材轧后的温度和冷却速度决定了线材内在组织、力学性能及表面氧化铁皮数量，因而对产品质量有着极其重要的影响。所以，线材轧后如何冷却，是整个线材生产过程中产品质量控制的关键环节之一。随着终轧温度和速度的提高，盘重的增大，在这神情况下，再采用自然冷却方式，不仅使线材的冷却时间加长。厂房、设备增大，而且会加剧盘卷内外温差，导致冷却极不均匀，并将造成以下不良后果：1).金相组织不均匀。2).性能不均匀。3).氧化铁皮过厚。4).由于线材成卷堆冷，冷却缓慢，对于含碳量较高的线材来说，容易引起二次脱碳。为了避免线材盘卷在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，在线材生产过程中需要控制冷却。本设计采用斯太尔摩冷却法。该工艺是将热轧后的线材经两种不同冷却介质进行不同冷却速度的两次冷却，即一次水冷和一次风冷。其工艺的特点是适应不同钢种的需要，具体冷却形式为标准型冷却、缓慢型冷却和延迟型冷却。这三种形式的工艺特点及区别如下表。表6-1三种斯太尔摩冷却线的比较Table6-1ThreekindsofcomparisonStelmorcoolingline类型标准型延迟型缓慢型设备链式或辊式运输有绝热面板，侧墙，顶有绝热面板，侧墙、顶盖的运输机，造价低，盖、电热烧嘴的运输特点机，风冷，造价低产量较大机，造价高，产量低冷却速度4.44~10°C/s1.11~10°C/s0.28~10°C/s最小运输速度0.254m/s0.051m/s0.051m/s有一定的软化退火比标准型软化效果好、有较好的软化效果、低低碳钢和效果，不适合于生低合金钢的抗拉强度可碳钢和低合金钢最合适低合金钢产低碳、低合金钢降低3~4Kg/mm有较好的软化效比标准型好，用于紧固比延迟型好，比较接近中碳钢和果、低碳钢和低合件的中碳钢生产，抗拉铅浴淬火处理水平高碳钢金钢最合适强度可减少10%~15%有共79页 第 19 页利于冷镦加工软化退火比标准型好,有合适用于一般生产要利于提高综合机械性能,软化退火效果最好，综金求，比延迟型综合合机械性能最好减少二次氧化铁皮,提高钢性能差表面质量由上述介绍和图表中的比较，本设计选用延迟型的斯泰尔摩冷却线。○1斯太尔摩线长度的确定[3]综合其它钢种的生产，本设计取斯太尔摩冷却线全长为105m的延迟型冷却。○2从冷却效果和质量上看，滚式运输机比链式好。因此本设计采用8段“大风量”滚式运输机。斯太尔摩散卷冷却线长度：105m移送速度：0.05-1.3m/s驱动方式：电机驱动风机数量：11台每台风量：67300m3/h6.3其它辅助设备的选择1.上料台架型式：步进式承载钢坯尺寸：150×150×12000mm台面载荷：75t交流电机传动2.出炉夹送辊上辊横移，液压摆动压下夹紧型辊子规格：上辊 Φ380×220mm下辊 Φ300×980mm夹紧力：90KN3．称重装置称重精度：在称重范围为1500~3000kg时，±0.1%；750~1500时，±0.2%；称重周期：15~18s；最小读数：1kg4.炉尾推钢机共79页 第 20 页总推力：150KN推速：0.035m/s回程速度：0.075m/s工作行程：1m。5.出钢机最大送进速度：1.36m/s最大回程速度：2.54m/s推杆最大行程：19m推杆推力(二辊)：38KN6.轧前事故卡断剪型式：液压摆动式最低剪切温度：900°C最大剪切断面：160×160mm最大剪切力：2000KN7.高压水除鳞装置最大水量：20m3/h水压：20MPa8.1﹟飞剪机型式：启停式回转飞剪最大剪切断面：Φ80mm最低剪切温度：900°C最大剪切力：650KN剪切速度：0.8~1.8m/s2﹟飞剪机型式：连杆式启停飞剪最大剪切断面：Φ50mm最低剪切温度：900°C最大剪切力：250KN剪切速度：2~4m/s10.侧活套作用：在预精轧前，使中轧和预精轧之间实现无张力轧制。型式：水平布置，气动启套。启套范围：0-1300mm11.精轧机组前水箱水箱长度约5米共79页 第 21 页水箱有4个喷嘴，1个清扫喷嘴冷却水压：0.6MPa清扫水压：1.2MPa12.3﹟飞剪机型式：回转式，启停工作制传动：交流变频传动最大剪切断面：470mm2最低剪切温度：900°C最大剪切力：70KN剪切速度：最大12m/s13.碎断剪型式：连续工作制最大剪切断面：470mm2最低剪切温度：900°C最大剪切力：70KN剪切速度：最大12m/s碎断长度：400mm14.水冷装置水箱数：3个每个水箱：4个喷嘴，水压0.6MPa；4个清扫嘴，水压1.2MPa；一个空气喷嘴，空气压力0.6MPa；水箱长度6~8m；水箱间距约5.7m。15.夹送辊型式：悬臂式，气动夹紧。最大速度：120m/s加送辊直径：Φ186/174mm最大夹紧力：5KN每辊槽数：216.吐丝机作用：将成品线材的高速直线运动路线转换成预订散圈直径的受控环形路线，并将这些散圈放置在斯太尔摩冷却线上。最大速度：112m/s吐丝锥：轴倾斜10°共79页 第 22 页吐丝管尺寸：Φ51mm×6.3mm吐丝管在线材出口端的圆周直径为1080mm。17.集卷站集卷筒内径：Φ1160mm鼻子锥最大外径：Φ800mm高度：2235mm散卷接收行程：2200mm横移小车行程：2200mm18.翻卷机作用：将盘卷倾翻90°以便钩式运输机接受。小车横移行程：6000mm19.压紧打捆机作用：将悬挂在P/F钩式运输线上的松散线卷压紧并打捆。型式：液压压紧，自动打捆。盘卷重量：约2t盘卷直径：外径Φ1250mm，内径Φ800mm打捆道数：4道20.盘卷称重机称重范围：50~2500kg称重时间：5s21.卸卷装置作用：将悬挂在P/F钩式运输线上已称重的盘卷卸下。卸卷时间：25s/卷最大盘卷重量：2.1t传动型式：液压车间平面及起重运输7.1车间平面布置车间平面布置主要是指设备和设施方案选定的生产工艺流程确定平面布置，平面布置的合理与否对于生产能力的发挥，工人操作安全，生产周期长短及生产的高低有很大的影响，在平面布置时应从实际出发求得最大合理的布置[3]。7.1.1车间平面布置的原则应满足生产工艺的要求，使生产工艺流程合理；共79页 第 23 页既有利于生产，又使占地面积小，运输线短，以求缩短周期提高生产率和单位面积产量；保证操作方便，作线平行，避免金属流线和金属废料流线以及其它材料的运输线的互相交叉；考虑将来的发展,要留有余地。7.1.2平面布置的内容金属流程线的布置；生产设备的布置；车间内通路的布置；车间内仓库设施的布置；其它设施的布置；车间内部运输设备的布置。考虑到生产工艺的合理顺通，原料成品运输的畅通，生产和采光通风的良好，主厂房的主轧跨，成品跨平行布置，主电室在车间外面。本车间由原料跨，主轧跨，成品跨，主电室及公用辅助设施组成，各跨间的主要尺寸，吊车轨面标高见表7-1，轧制线上的设备安装在+5.00m的平台上，成品库在+0.00m的地坪上。表7-1车间主要尺寸Table7-1Maindimensionsworkshop序号跨间名称跨度(m)长度(m)吊车辊面标高(m)2柱距(m)厂房面积(m)1主轧跨304441413320122原料跨30＋3011096600123成品跨3028898640124机修间188091440125电气室1460840合计30800共79页 第 24 页7.1.3轧制设备间距的确定考虑到夹送辊，高压水除鳞，事故卡断机装置的合理安装，维修和正常运转，以及预留无头轧制，因此从加热炉中心到1#粗轧中心距离为30m，其中从加热炉到高压水除鳞为12m，鳞机到1#粗轧机的距离是18m；考虑到目前国内外一些资料并考虑本设计实际情况，取粗轧机组中心间距为3m；粗中轧机组间距选取7.5m，中轧机组各机架间距离为3m；中轧机组和预精轧机组间距为10.5m；预精轧机组间距为4m（之间设有活套）；预精轧机组和精轧机组间距为14m；其它尺寸详见车间平面布置图。7.2车间原料和成品库能力的计算7.2.1有效方式为了保证生产的连续性，车间内原料与成品的存放、中间料的正常周转。设计时应留有一定的面积作为原料库、成品库，也包括其它物品的存放处。确定仓库面积的原则：必须保证正常生产，不至于由于某个设备短期停车而造成其他设备的停工待料现象，一般规定出各种不同用途仓库的存放天数。坯料间应留有进行各种修理、检查、标记、包装等所需之面积，吊车吊运方式不同而应留的面积以及建筑结构的限制所需的面积，这些面积大多数通过利用系数加以考虑。坯料或半成品堆垛高度应以不超过地坪所允许的负荷为限。其他方面的特殊要求及经济核算等。当轧机停产时，连铸机由吊车吊到原料库存放，堆放高度约 2.5米，成品平行放置。7.2.2原料库和成品库堆放面积的负荷计算本车间主要原料为150×150×12000(mm)的连铸坯，重量2.1吨。一般来说，计算公式为[3]：F24AnKt（式7-1）K1QH式中：A—平均小时产量，t/h；共79页 第 25 页n—存放天数，天；Kt—金属投料量系数；Q—每立方米空间所能存放的原料重量，t/m3；H—每堆原料的堆放高度，m；K1—仓库利用系数。本设计中，要考虑7天的存放能力。A=加热炉小时产量＝120t/h；Kt＝1/成材率＝1/0.955＝1.0471；取QH＝12t/m3K1＝0.7；24AnKt2412071.04712513.04m2FK1QH0.712加上吊车极限，断头死区，连铸坯冷床保温炉，冷坯上料台架占地面积约为2700m2，总建筑面积约为5213m2；成品库的计算[3]取QH=20t/m2Kt=1.047