棒材车间设计

55万吨连轧棒材车间设计

--Ф14毫米螺纹钢生产工艺合理化研究

摘要：棒材作为小型材的重要组成局部，在我国的钢铁生产中占有着极其重要的位置。而我国目前大多数的棒材厂的生产工艺还停留在横列式、半连续式轧机等落后的工艺上面，在能源日趋紧张的今天，如何对棒材生产车间进行合理化设计成为一个重要的话题。本设计以鄂钢棒材厂为参考，以Ф14毫米螺纹钢为根底，对一个年产55万吨的中型棒材车间进行了合理化设计研究。设计以GB1499-91和GB13013-91为准那么，在确定生产钢种、产品品种、产品规格的根底上，进而确定了车间的轧制道次数，，对车间的各种主辅设备进行了合理化的布置，以趋到达紧凑又节省空间的目的在此过程中计算了原料仓库和成品仓库的面积。孔型设计是棒材车间设计的重要一环，本设计参考了大量车间设计的资料及经验公式，在经过生产工艺计算后确定了轧制程序表，从而确定了各道次的孔型方案及孔型的主要尺寸。强度校核主要集中在轧制压力、轧制力矩、轧制功率、轧辊强度、电机发热上，以压下量大、横轴比大的道次为例进行了校核计算。在此根底上，确定了典型产品Ф14毫米螺纹钢的轧制图表，以三班连续工作制为根底进行了年产量的计算，符合设计的要求，最后确定了车间辅助设备的参数。

关键词：棒材典型产品工艺流程平面布置图技术性能孔型设计强度轧制图轧件尺寸咬入稳定性强度校核

前言

小型棒材一直是我国消费量最大的钢材品种之一，并以较高速度的增长。近20年来，小型棒材占钢材重量的比例为23.5%-27.7%。1999年产量高达3141万吨。我国现有县以上小型棒材轧机700套，全国那么多达3000余套，数量堪称世界第一，总生产能力达3400万吨，小型棒材轧机的数量已经大大过剩了，但这些轧机中绝大多数是落后的横列式轧机。80年代以来，我国陆续建设了一批技术先进的连续式〔包括班连续式〕轧机，迄今已达65套，其生产能力约为1980万吨。据预测2005年小型材需求量将达3600万吨，先进轧机产能仅为需求量的一半左右，这说明先进轧机数量远远缺乏，而落后轧机数量过多，显然这种结构极为不合理。这些落后的轧机大多采用二火或多火成材，工艺及设备落后，劳动生产率极低，质量差，成材率低，能源消耗高，产品竞争力差。由以落后轧机套数过多，造成我国每套小型轧机平均年产量仅1.4万吨〔美国为12.1万吨〕。

按照国家政策，上述落后的轧机将期限在2002年淘汰，同时重点对现有大中型企业中的小型轧机进行技术改造，建设一批连续式，半连续式小型轧机，因此，怎样对小型棒材车间进行合理化设计也成为科技工作者的一个课题。

车间平面设计是整个车间设计的重要组成局部，是决定和影响其他各项设计的关键和根底。正确地进行工艺设计是完成车间设计任务的关键。

本次车间设计是作者本人在深入工厂生产实习的根底上，吸取了生产现况的实际经验与缺乏，并参考了其它设计资料进行的。由于作者是初次尝试车间设计，经验缺乏，难免有错误之处，敬请老师和同学批评指正，同时再次对杭乃勤老师的指导表示感谢。

产品大纲及技术要求

产品大纲编制

一、生产钢种、产品品种、规格及产品分配见下表

表1—1

产品

mm

碳素结构钢

优质碳素钢

合金碳素钢

碳素工具钢

弹簧钢

低合金钢

总计

圆钢

t

圆钢

t

圆钢

t

圆钢

t

圆钢

t

螺纹钢

t

t

%

Φ8~Φ12

10000

10000

5000

3000

0

5000

33000

6

Φ14~Φ16

30000

30000

20000

2500

10000

100000

192500

35

Φ18~Φ20

50000

50000

50000

24500

0

150000

324500

59

总计

t

90000

90000

75000

30000

10000

255000

550000

--

%

16.3

16.3

13.6

5.5

1.8

46.4

--

100

产品质量及交货状态

产品质量、尺寸精度及机械性能到达:

圆钢按1/2DIN1013和GB702-86标准要求；

螺纹钢按DIN488和GB1499-91标准要求,见附录。

产品交货状态

成捆交货

捆长：6-12米；

捆重：1-3吨

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，节省能源和根本建设投资，降低生产费用，减少劳动定员和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：

金属收得率可提高6-12%；

每吨钢大约节约热能14万大卡；

降低产品本钱可达10%；

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1—2：

表1—2

原料品种

钢坯长度

钢坯边长

钢坯单重

连铸坯

10000mm

130mm

1318kg

坯料技术条件应符合TB2011-83标准，主要参数见表1—3：

表1—3

钢坯截面

边长允许公差

对角线长度差

定尺长允许差

圆角半径

130×130mm

±4mm

<6mm

60mm

6mm

金属平衡表

拟定金属平衡表就是确定整个生产过程中坯料、成品、烧损及二次氧化铁皮、切头和废品的数量及其比例关系。通常，首先根据现有生产厂家的统计，确定各种金属占钢坯的百分比，在按产品大纲中数量确定各组成金属的数量。产品占相应坯料的百分比称为成材率，其倒数称为金属消耗系数。烧损及二尺氧化铁皮量占相应钢坯的百分比称为烧损率或二次氧化铁皮率。切头量占相应钢坯百分比称为切头率，废品占相应坯料的百分比称为废品率。

根据生产经验，列金属平衡表1—4：

表1—4

产品

连铸坯

成品

切头切尾

烧损

t

%

t

%

t

%

t

%

Φ8~Φ20圆钢及螺纹钢

580000

100

550000

95

20300

3.5

9700

1.5

车间主要设备选择

第一节加热炉的选择

设计条件

燃料：重油；

钢坯规格:130mm×130mm×10000mm；

单重：1318kg/支；

钢材种类：普碳钢、优碳钢、碳素结构钢、合金结构钢及弹簧钢；

钢坯装炉温度：冷装〔20℃〕；

钢坯出炉温度：1150℃~1200℃；

炉子额定小时产量：100t/h；

炉子装出料方式：侧装侧出〔采用炉类辊道〕；

成品规格：Φ8~Φ20圆钢及螺纹钢；

年工作小时：6500h；

二、炉型选择

炉型的选择取决于坯料的断面大小，钢材品种和加热质量等要求。线棒材轧机加热炉大都采用步进梁式加热炉。梁底组合式步进加热炉比推钢式加热炉有较多的优点，也优于步进底式加热炉，它能使钢坯的加热温度均匀，没有或很少有水管墨印，坯料不与滑轨摩擦，不会划伤坯料，加热质量好。

步进式加热炉的结构分步进梁式、步进底式及步进组合式三种炉型，根据国外线棒材轧机生产情况，适合加热小断面、长坯料的炉型首选梁、底组合式加热炉。

三、加热炉的主要尺寸

炉子宽度：由[2]P92

单排料时：B=l+2C

l—来料最大长度〔m〕

C—炉间或料与炉墙间空隙距离，一般取0.15~0.3m

因此，B=10.6m,取11m

有效炉长：由[1]p109的有效炉长的经验计算式:

1.10—考虑到计算式本身有±10%的误差引入的平安系数

p-----要求炉子到达产量，t/h；

τ----加热时间，h；

e-----方坯间隔，m；

s-----方坯边长，m；

ρ----密度，轧件取7.80,；

L1----方坯长度，m；

n-----方坯在炉类装入列数

加热时间τ的计算：由[1]p107

k---修正系数，由炉型系数C1,钢种系数C2,燃料系数C3确定，并有k=C1×C2×C3

因此，τ=17.35m，取18m

有效炉底面积：S=18×10.6=190.8㎡

炉底过钢面积：S`=18×10.0=180㎡

小结：

炉宽：B=10.6m

有效炉长：L=18m

有效炉底面积：S=190.8㎡

炉底过钢面积：S`=180㎡

四、其它参数

空气预热温度：450℃-550℃

步进机构传动方式：液压传动

冷切方式：水冷

第二节轧机的选型

小型轧机现在主要是连续式、半连续式以及横列式轧机，它们有各自的优缺点：

▲横列式小型轧机

这种轧机的主要优点是：基建投资少，投产快。轧件在每架轧机中可穿梭轧制假设干道次，产品品种灵活，适应性强，操作简单。由于它无张力影响，适于生产断面复杂的产品。同架同列可实现多根轧制，提高了产量。以二列式为常见。

主要缺点是：轧制速度低〔约2.5m/s〕，钢坯断面小和产量低。

▲半连续式小型轧机

通常由粗轧机组、中轧机组和精轧机组组成，机架总数为12～15架。精轧机组可布置为横列式或棋盘式。这种轧机特点：产品品种改变方便，轧机轧制速度低，产量较低。粗轧机组与精轧机组的生产能力不协调，为此精轧机组可采用多根轧制，这种在精轧机上辊跳就不一致，从而影响了产品精度。

▲连续式小型轧机

连续式小型轧机式当今世界上最为流行，用的最多的一种小型轧机。单线全连续小型轧机具有以下优点：

〔1〕可显著降低能耗，节约能源；

〔2〕有利于提高产品的质量。〔连轧能保证各道次轧制速度随轧件延伸系数按比例增加，实现了粗轧时低速咬入的微张力轧制和精轧时的活套高速轧制。同时出现的平立交替布置的小型轧机可以实现最正确的无扭轧制，从而使产品质量获得一个飞跃〕；

〔3〕可显著提高生产率.〔轧件在连轧过程中，前一架对后一架轧机产生推力，可以改善咬入，有利于延伸和顺利轧制，为提高生产效率创造条件〕；

〔4〕易于连轧工艺系统的优化，为实现自动控制和开发新技术创造条件；

〔5〕为实现最正确工艺——无头轧制奠定了工艺技术和设备根底；

〔6〕具有轧制速度高，产量高的特点，同时从根本上解决了在小型型钢生产中轧件头尾温差大的问题，也使坯料重量得以增大，使轧件产量和金属收得率均有很大提高。

总之，选择连续式小型轧机是经济技术开展的需要，也是优化产业结构的需要，也是市场经济竞争下的必然结果。

本设计选用全连续式小型轧机

轧机组成的根本原那么

〔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率。

〔3〕保证获得质量较好的产品，并考虑到生产新产品的可能。

〔4〕有利于轧机机械化，自动化的实现，有助于工人劳动条件的改善。

〔5〕轧机结构形式先进合理，制造容易，操作简单，维修方便。

〔6)备品备件更换容易，并利于实现备品备件的标准化。

〔7〕有良好的综合技术经济指标。

而对于钢板轧机、钢管轧机、小型及线材轧机，除了要求一定的强度外，还要求有足够的刚度，以保证这些轧制产品的几何形状的正确和尺寸的精度，因此选择轧钢机时除遵循上述原那么之外，要从工艺要求出发，根据不同产品的生产特点和具体要求来确定轧机的结构形式，主要的技术参数和它们的布置方式。

连续式小型轧机经济规模产量在30~60万吨之间，年产量在30万吨以下时采用连续式显得产量太低。

本车间设计规模为55万吨，所以采用连续式小型轧机。全线采用平立交替布置方式,配置为22个机架,分为粗(六架)/中(六架)/精轧(十架)机组,终轧最大轧速24m/s.粗/中轧机组采用新一代MORGAN闭口轧机.精轧机组为高刚度短应力轧机.

下面按照粗、中、精轧分别介绍各轧机组及主要参数：

本车间轧机机架数为22架次〔详见第三章〕

粗轧机组〔1~6号机架〕

1#、3#、5#机架为二辊水平闭口式，钢板焊接机架；

2#、4#、6#机架为二辊立式，钢板焊接机架；

1#-3#机架：轧辊名义直径为550mm,最大为Φ610mm，最小为Φ530mm，辊身长度为1100mm；

4#-6#机架：轧辊名义直径为450mm,最大为Φ480mm，最小为Φ425mm，辊身长度为900mm；

1#-6#机架轧辊轴承采用双列圆锥滚子轴承，轴承座用厚钢板制作；

压下或侧压方式：采用液压马达快速压下和手动微调，在两侧或单侧手动，通过涡轮杆和压下螺丝来调整；

换辊方式：采用液压小车换辊；

轧制线固定，换轧辊时，机架可横移或上下移动；

每个轧机采用直流电机单独驱动。

中轧机组(7#-12#机架)

7#、9#、11#机架为二辊水平闭口式，钢板焊接机架；

8#、10#、12#机架为二辊立式，钢板焊接机架；

7#~12#轧辊名义直径:Φ400mm,最大为Φ420mm，最小为Φ360mm，辊身长度为650mm；

7#-12#机架轧辊轴承采用双列圆锥滚子轴承，轴承座用厚钢板制作；

压下或侧压方式：采用液压马达快速压下和手动微调，在两侧或单侧手动，通过涡轮杆和压下螺丝来调整；

换辊方式：采用液压小车换辊；

轧制线固定，换轧辊时，机架可横移或上下移动；

每个轧机采用直流电机单独驱动。

精轧机组〔13#-22#机架〕

13#、15#、17#、19#、21#机架为二辊水平卡盘式预应力刚性钢板焊接机架；

14#、16#、18#、20#、22#机架为二辊水平卡盘式预应力刚性钢板焊接机架；

13#~22#轧辊名义直径:Φ300mm,最大为Φ375mm，最小为Φ305mm，辊身长度为600mm；

13#-22#机架轧辊轴承采用多列滚柱轴承；

压下或侧压方式：采用液压马达快速压下和手动调节；

换辊方式：采用机架快速更换装置整机架更换；

轧制线固定，换轧槽时，机架可横移或上下移动；

第三节剪切设备的选型

剪切是轧制生产中的相当重要的一环，剪切设备的选择对产品的质量也是至关重要的。

1#切头飞剪〔一台〕

位于粗轧与中轧之间

其主要参数有：

形式：开口曲柄式，带夹送辊装置；

剪切最大截面积：3500㎡；

剪切温度：900℃；

轧件抗拉强度：110MP~120MP；

轧件运行速度：0.5m/s~2.5m/s

剪切头尾公差：±20mm

碎断长度：600mm

夹送辊装置为焊接钢结构，并带有悬臂辊，辊子直径为330mm，宽度为100mm，由马达通过齿轮传动下辊，上辊为气动压下。

2#切头飞剪〔一台〕

位于中轧与精轧机组之间

其主要参数有：

形式：回转式，带夹送辊装置和碎断剪；

剪切最大截面积：1500㎡；

剪切温度：800℃；

轧件抗拉强度：110MP~120MP；

轧件运行速度：3m/s~7.5m/s

剪切头尾公差：±30mm

碎断长度：~600mm

夹送辊装置为焊接钢结构，并带有悬臂辊，辊子直径为330mm，宽度为

100mm，由马达通过齿轮传动下辊，上辊为气动压下。

三、3#切头飞剪〔一台〕

位于精轧机组18#与19#机架之间

其主要参数有：

形式：回转式，带夹送辊装置和碎断剪；

剪切最大截面积：500㎡

剪切温度：600℃

轧件抗拉强度：110MP~120MP；

轧件运行速度：10m/s~20m/s

剪切头尾公差：±30mm

碎断长度：~600mm

夹送辊装置为焊接钢结构，并带有悬臂辊，辊子直径为330mm，宽度为100mm，由马达通过齿轮传动下辊，上辊为气动压下。

四、成品分段飞剪〔一台〕

位于精轧机组与冷床之间

其主要参数有：意大利S.I.M.A.C公司引进

形式：回转剪切机，带有夹送辊和碎断剪装置；

剪切棒材规格：Φ8~Φ20mm；

剪切棒材水淬后温度：550℃；

轧件抗拉强度：最大1275MP(冷态)；

棒材运行速度：2.5—24m/s；

剪切公差：最大+75mm；

碎断长度：~500mm；

加送辊直径：280mm；

辊宽：70mm

五、冷剪机

作用：对棒材进行定尺剪切

其主要参数有：

形式：上刃下切式，悬臂机架；

剪切棒材规格：Φ8~Φ20mm；

剪切棒材水淬后温度：550℃；

最大抗拉强度：1275MP；

定尺长度：6m、9m、12m；

剪切公差：最大+75mm；

剪切力：5MN；

剪刃长度：950mm；

剪刃开口度：150mm；

第三章生产工艺与流程简图

生产工艺流程简述

本车间采用130×130×10000连铸坯为原料，轧制Φ8~Φ20mm圆钢和螺纹钢。该车间为单线连续式轧机，成品机架最高轧制速度为24m/s。

经检查合格的连铸坯，由天车运入本车间原料跨〔尽可能热装热送〕，用磁盘吊车将存放在格架〔或保温箱〕中的钢坯成排调运到上料台架上，通过台架步进动梁将钢坯前移，并使钢坯在台架的后部逐渐散开，当钢坯移送到台架末端时，使钢坯单根地滑到上料台架上，此时，在台架输出端的止挡钩升起以防止第二根钢坯连续滑到上料辊道上。当一根钢坯滑到上料辊道上时，钢坯通过辊道运送到钢坯称量装置上进行测长和称重，并显示打印，不合格钢坯如在台架发现即可通过不合格钢坯剔除装置剔除。当钢坯通过测长和称量后，钢坯在通过装料辊和装炉炉内辊道送入炉内，并通过设在炉门附近的一对光电管给炉内辊道一个信息，使其对钢坯在炉内准确定位，钢坯通过步进梁底组合式加热到1150℃--1200℃，加热后的钢坯通过出炉炉内辊道和拉料辊道送入粗轧机组轧制6道次，然后经一号切头飞剪切头后进入中轧机组轧制4—6道次，再经过二号切头飞剪切头后进入精轧机组轧制2—10道次，共轧制11—22道次轧制成Φ8~Φ20mm棒材。轧件在粗轧和中轧机组中采用微张力无扭转轧制，在精轧机组机架间设有立式活套实现无张无扭转轧制。轧机传动系统，采用逆向调节，全车间为二级计算机控制，轧线上设有可编程控制器〔PLC〕，轧机速度可进行单机和级联调节控制。轧件从成品机架轧出后，在生产螺纹钢时，采用“Tempcore”水冷技术，然后进入成品分段飞剪分段，而生产圆钢时将水冷装置移出轧线并以辊道替代，那么圆钢经辊道再进入成品分段飞剪分段，经分段的棒材沿冷床上钢装置进入齿条式冷床冷却，需热检的在冷床末端取样热检，然后由冷床卸钢装置成排地抛到冷床输出辊道上在运送到冷剪机剪成6—12米定尺长度，然后经辊道运送到检查打捆台架，有钢材移送装置将钢材从辊道上成排地移送到台架上，钢材在台架上通过链式运输机往前移动，而在移出过程中短尺钢材经短尺剔出装置剔出，而定尺钢材在经过计数别离系统计数和别离，然后将一定数量的钢材送入打捆机辊道，并引入打捆机打捆，然后成捆的钢材经辊道运送至成品称量装置称量后收集，最后由吊车吊入库。

生产工艺流程简图

见附图一

第四章车间平面布置

第一节平面布置原那么及内容

原那么

应满足工艺要求，使车间具有畅通的合理的金属流程线；

应满足产品产量、质量和品种上的要求；

设备的间距应满足工艺上的要求，互不干扰，并考虑操作平安和条件；

跨间位置关系要合理，即满足工艺要求，又节省占地面积和投资；

使上下车间联系紧密，运输距离短，并为车间开展留有充分余地。

内容

金属流程的选定

确定车间流程线是平面布置的首要内容，轧钢车间常规流程线有：

直线式

直线横列式

曲折式

放射式

会聚式

过渡式

轧钢车间除金属流程线外，还有金属废料流程线，原材料、备品备料以及成品加工流程线等，在安排这些流程线时应力求做到与主流程线不交汇，以防相互干扰。

设备间距确实定

主要设备之间在位置上的相互关系和它们之间的距离确定是平面布置中的另一个重要问题。在考虑它们之间相互关系和决定间距时应根据产量大小、轧制产品长度和设备操作条件等因素，在保证满足生产要求的条件下，尽量紧凑，以节约车间面积。

加热炉和装料台架的距离；

加热炉和粗轧机组间的距离；

机组间的距离；

机架间的距离；

轧机到切断设备间的距离。

仓库面积确实定

为了保证原料供给和成品存放，保证生产的正常周转，进行轧钢车间设计时应留有一定的面积的原料仓库、中间仓库以及其它物品的存放面积。

第二节设计选择内容

用全连续式轧制线和步进式加热炉〔详见第二章〕；

装料台架与加热炉间的距离：22米；

加热炉到粗轧机组间的距离：5米；

机架间的距离：

粗轧机组间的距离：1#-2#3500mm

2#-3#3500mm

3#-4#3500mm

4#-5#3500mm

5#-6#3500mm

6#-1#飞剪3500mm

中轧机组间的距离：1#飞剪-7#2800mm

7#-8#2800mm

8#-9#2800mm

9#-10#2800mm

11#-12#2800mm

12#-2#飞剪3200mm

精轧机组间的距离:2#飞剪-13#3000mm

13#-14#3000mm

14#-15#3000mm

15#-16#3000mm

16#-17#3000mm

17#-18#3000mm

18#-3#飞剪3200mm

3#飞剪-19#3000mm

19#-20#3000mm

20#-21#3000mm

21#-22#3000mm

第三节原料及成品仓库面积确实定

一、原料仓库面积的计算

原料仓库面积大小主要受以下因素影响：

车间轧机的生产能力

皮料和成品的钢种，断面形状和大小

坯料供给情况

仓库中对坯料进行检查，清理修磨等工序所需要的工作面积大小

吊车工作场面以及运输路线所占面积

允许坯料堆放的高度以及场地决定的单位面积存放负荷等。

通常原料仓库面积可用下式计算：

[2]p120

式中：A—轧机小时产量，t/h；

n—存放天数；

k—金属消耗系数；

q—每立方米空间所能存放的原料重量，t；

h—每对原料高度，m；

24—每天小时数；

0．7—仓库利用系数；

其中：A=88.83t/h

n=10

k=1.058

h=4m

q=3t/

∴F=2685.20

二、成品仓库面积计算

成品仓库根本上同原料仓库的计算相同。成品库钢材的存放量，当全长没有总成品库时，可按轧机3—7天的平均月产量计算。当全长无时，那么按7—10天的轧机产量考虑，其单位面积钢材的负荷量，决定与钢材的断面形状和其堆方高度的平安要求。

成品库中除堆放备料钢材外，尚要考虑为成品进行外表质量的检查、清理验收、标记和包装等工序准备装置所占面积。

本设计确定该厂有总成品库，取n=7

有效堆放面积：

式中：n—堆放天数

h—轧机的日工作时间，取h=22

--轧机小时产量，取=

--成品堆放负荷量，取=3t/

∴F=4559.94

成品仓库面积：=F/40%=11399.85

第四节平面布置简图

见附图二

第五章典型产品的工艺设计〔孔型设计〕

第一节孔型设计的内容、要求、原那么

一、孔型设计的内容

孔型设计的全部设计与计算内容包括三个方面：

1、断面孔型设计

根据原料和成品的断面形状和尺寸及对产品性能的要求，确定出变形方式、道次和各道次的变形量以及在变形过程中所采用的孔型形状和尺寸。

2、轧辊孔型设计—孔型配置

根据断面孔型设计确定孔型在每个机架上的分布及其在轧辊上的位置和状态，以保证轧件能正常轧制，操作方便，且其节奏时间为最短，成品的质量好和轧机的生产能力高。

3、轧辊辅助设计—导位和诱导装置的设计

诱导装置应保证轧件能按照所要求的状态进、出孔型，或者使轧件在孔型以外发生一定的变形，或者对轧件起矫正或翻转作用等。

二、孔型设计的要求

孔型设计是否合理，直接影响到成品的质量、轧机的生产能力、产品的本钱、劳动条件和劳动强度，因此，合理的孔型设计应满足以下几点要求：

1、保证获得优质的产品

即保证成品的断面几何形状正确，断面尺寸在允许偏差范围内或到达高精度，外表光洁，无耳子，折迭，裂纹，麻点，刮伤外表缺陷，金属内部的剩余应力小，金相组织及机械性能良好。

2、保证轧机生产率高

孔型设计通过轧制节奏时间和作业率影响轧机的生产能力。影响轧机节奏时间的主要因素是轧制道次数，一般越少越好，但在交叉轧制条件下适当增加道次数。

影响轧机作业率的主要因素是孔型系统、负荷分配和孔型及轧机轧辊辅件的共用性。合理的孔型设计应能充分发挥轧机设备能力加以满足工艺上的许可条件等等，以求到达轧机的最高生产能力。

3、产品本钱最低

为到达降低生产本钱的目的。必须降低各种消耗，由于本钱的80%以上取决于金属消耗，所以金属消耗在本钱中起重要作用。

4、劳动条件好、强度小

保证生产平安、改善生产条件，减轻笨重的体力劳动。

5、适应车间的设备条件

孔型设计必须考虑车间各主辅设备的性能及布置。

三、孔型设计的原那么

1、选择合理的孔型系统

在设计新产品的孔型时，应拟定各种可能使用的系统，通过充分地比照分析，然后从中选样出合理的孔型系统。

2、充分利用钢的高温塑性，把变形量和不均匀变形量集中在前几个道次，然后顺轧制程序逐渐减少变形量。

3、采用形状简单的孔型，选用孔型的数量要适当。

4、道次数与翻钢程序及次数要合理。

5、轧件在孔型中的状态应稳定或力求稳定。

6、生产型钢的品种多的型钢轧机，其孔型的共用性应广些。

7、要便于轧机的调整。

第二节孔型系统的选择及变形量分配

一、生产螺纹钢的孔型系统一般由延伸孔和精轧孔两局部组成

延伸孔的目的是减少轧件断面，并为轧件正确、顺利地进入精轧孔创造良好条件，一般采用箱型、六方-方、椭圆-圆、菱方、椭圆-方五种孔型系统。

精轧孔型常见的孔型系统有：圆-椭圆-圆，椭圆-立椭-圆两种。

箱型孔型具有沿轧件整个宽度上变形均匀，压下量大的特点，因而，本设计轧制130MM方坯使用孔型系统为：第1-4道次为箱型孔，以利用道次压下量，第5-22道次采用椭圆-圆孔型系统。

孔型系统示意图见以下图5--1：

图5—1孔型系统示意图

二、延伸系数的分配

1、总的延伸系数的计算

=[3]p59

式中：----原料断面积，==130×130×0.98=16562,a---边长

----成品断面积

----总的延伸系数

其中：=3.14×8×8/4=50.24

∴

由于选用箱型孔型系统和椭圆-圆孔型系统，平均延伸系数为1.1—1.5,取0。

∴轧制道次=22.09=22[2]p63

∴取轧机机架数位22架

2、典型产品Φ14螺纹钢轧制道次确定及延伸系数分配

〔1〕，

取

∴n==18

∴取机架数为18架，精轧机组后四架移开不用

道次分配：粗轧6道，中轧6道，精轧6道

〔2〕延伸系数的分配

由孔型系统的分配，可知偶数道的孔型是轴对称的，所以延伸系数的分配按偶数道次分配如下：

1.66=1.71=1.76

=1.73=1.70=1.69

=1.66=1.62=1.61

且根据

，得

延伸系数分布如下页图5--2

第三节轧件尺寸计算

一、偶数道次轧件尺寸计算

1、轧件面积

式中：---直径，=〔1.011~1.015〕,为名义直径

∴=〔1.011~1.015〕=1.012×14=14.168

图5—2延伸系数分布图

∴157.57

第16道次至第2道次的轧件尺寸：

，

∴=157.57×1.61=253.69

=253.69×1.62=410.97

=410.69×1.66=682.22

=682.22×1.69=1152.95

=1152.95×1.70=1960.01

=1960.01×1.73=3390.82

=3390.82×1.76=5967.84

=5967.84×1.71=10205.00

2、轧件的直径

--轧件的面积

∴17.98mm22.88mm

29.48mm

65.72mm

3、箱方孔型轧件的尺寸

∴78.04mm

102.05mm

二、奇数道次轧件尺寸

1、椭圆-圆孔型中椭圆轧件尺寸计算

根据圆夹椭来计算轧件尺寸

由[4]p190

其中：

，

其中：--轧件在椭圆孔型中的宽展系数，一般取=0.5~0.9,

--轧件在圆孔型中的宽展系数,一般取=0.26~0.4。

现取=0.7,=0.3,

那么=22.37mm

=11.71mm

=28.52mm=14.82mm

=37.08mm=18.62mm

=48.50mm=23.77mm

=63.39mm=30.80mm

=83.36mm=39.80mm

对轧件尺寸，由方-圆夹椭方法计算：

其中：，

；

且

78.04

65.72

取

0.72

0.32

∴93.25mm56.91mm

三、箱型孔轧件尺寸计算

由[4]p183表5—1，一般取=0.25~0.35,=0.2~0.3,故取

=0.3,=0.22；以下图为箱型孔轧件示意图

图5—3箱型孔轧件示意图

其中：

，

；且，

；

对第三道次：A==102.05mm=78.04mm

∴111.46mm70.69mm

对第一道次：A==130mm=102.05mm

∴=140.95mm=93.49mm

把上述数据列入下页表5—1中：

表5—1

机架数

椭轧件宽b

椭轧件宽h

圆轧件直径d(a)

轧件面积F

B/h

18

14

157.57

17

22．37

11．71

0.7

0.3

1.91

16

17.98

253.69

15

28．52

14．82

1.92

14

22.88

410.97

13

37．08

18．62

1.99

12

29.48

682.22

11

48．50

23．77

2.04

10

38.32

1152.95

9

63．39

30．80

2.06

8

49.97

1960.01

7

83．86

39．80

0.72

0.32

2.11

6

65.72

3390.82

5

93．25

56．91

1.64

4

78.04

5967.84

3

〔箱〕111.46

70.69

0.3

0.22

1.58

2

102.05

10205.00

1

(箱)140.95

93.49

0.3

0.22

1.51

坯料

16562

第四节孔型尺寸计算

一、成品孔与成品前孔尺寸计算[3]p113

1、成品孔尺寸计算

A、成品孔内径d,如图5—4

考虑负偏差和热膨胀近似相等，那么

d==14mm

B、成品孔内径开口宽度B

B=×(1.005~1.015)

=14×1.01

=14.14mm

C、成品孔内径的扩张角和扩张半径

成品孔内径的扩张角θ，一般可取θ=20°~30°，取θ=30°

辊缝S根据所轧圆钢直径d按[3]p104表4—2选取，取S=2mm,侧角

ρ=arctg,计算得

ρ=21.95°<30°

扩张半径=，计算得

=9.62mm

D、横肋高度，见图5—5，5—6，

图5—5横筋的弓形弦长

h=标准尺寸+〔0~0.4〕,取标准尺寸为1.4mm

∴h=1.6mm

横肋宽度b应取公称尺寸，b=0.8mm

E、纵肋宽度、高度按标准尺寸选取，宽度a=1.8mm，高度h1=1.8mm

F、横筋半径

横筋在钢筋截面上的投影半径，即是轧槽加工时的铣槽半径，由图5—5可知，横筋的弓形弦长为：

图5—6横筋的弓形高度

，式中r—成品孔内径，r=d/2,mm；

c—横筋末端最大间隙

横筋的弓形高度，

将r=7mm,c=4.3mm,带入上两式中，得=13.32mm

=6.45mm

横筋半径=6.66mm

2、成品前孔〔〕的设计

螺纹钢的成品前孔有三种形式：单半径椭圆、平椭圆和六角孔。

本设计采用平椭圆孔

平椭圆孔的内圆弧半径取R=h,如图5—7：

图5—7平椭圆孔孔型图

由[3]p116表4—13得：

=〔1.76~1.84〕×14=24.64mm~25.76mm,

取=25mm

h=(0.71~0.75)×14=9.94~10.5,

取h=10mm

当=8~14mm时，S=2~3mm,取S=2mm

m=S+(1~4),取m=4

∴==(4/10+2)×25×10/3=200.00

二、其余孔型尺寸

螺纹钢的孔型系统除成品孔与成品前孔和圆钢生产不同外，其余孔型根本均为通用孔型。

因此，以下孔型尺寸设计均为考虑圆钢及线材设计方法及公式。除成品孔与成品前孔外的其它孔型有：A、椭圆孔型

B、圆孔孔型

C、立箱孔型

D、扁箱孔型

下面，就对这几种孔型分类设计。

1、椭圆孔型尺寸计算

椭圆孔型见图5--8

由[4]可得计算椭圆孔型的参数如表5—2

表5—2椭圆孔型参数关系表

参数名称及单位

关系式

说明

孔型高〔mm〕

=h

h-轧件高

轧槽宽〔mm〕

Δ=(1.088~1.11)b

b-轧件宽

椭圆半径〔mm〕

R=

S-辊缝

辊缝〔mm〕

S=(0.01~0.02)

-名义直径

孔型槽口圆角半径〔mm〕

r=(0.05~0.12)

轧件断面面积〔〕

F=

m=S+(1~4)

按上表公式计算椭圆孔尺寸如下：

第15道次：

=b+Δ=(1.088~1.11)b=(1.088~1.11)×28.52=31.03mm~31.66mm

取=31.5mm

=h=14.82mm

S=(0.01~0.02)×300=3mm~6mm

取S=4mm

图5—8椭圆孔型图

R=25.63mm

r=(0.05~0.12)×31.5=1.575mm~3.78mm

取r=2.5mm

m=S+(1~4)=5~8

取m=5

∴=329.31

第13道次：=41mm

=18.62mm

S=4mm

r=3.5mm

R=32.40mm

m=6

∴=534.45

第11道次：=53mm

=23.77mm

S=5mm

r=4mm

R=42.11mm

m=7

∴=881.73

第9道次：=69mm

=30.80mm

S=5mm

r=5mm

R=52.58mm

m=7

∴=1449.52

第7道次：=92mm

=39.80mm

S=5mm

r=7.5mm

R=69.50mm

m=7

∴=2420.76

第5道次：=102mm

=56.91mm

S=6mm

r=6mm

R=63.82mm

m=8

∴=3786.57

2、圆孔孔型尺寸计算

圆孔孔型见图5—9

由[4]可得圆孔尺寸参数关系如下表5—3

表5—3圆孔孔型参数关系表

参数名称及单位

关系式

说明

孔型高〔mm〕

=d

d-轧件直径

孔型圆角半径〔mm〕

r=0时，用于精轧及成品孔型

r=1.5~5,用于延伸孔型

b-轧件宽

孔型开口倾角角度〔°〕

α=15°,20°,25°,30°,用于精轧孔型，α=30°，用于延伸孔型

孔型宽〔mm〕

=d+Δ

Δ—宽展系数，一般取2~4mm

轧件断面面积〔〕

F=

辊缝〔mm〕

S=(0.008~0.02)

--名义直径

按上表公式计算圆孔孔型尺寸参数如下：

第16道次：=17.98mm

r=3mm

α=30°

=20mm

S=3mm

∴=253.77

第14道次：=22.88mm

r=3mm

α=30°

=25mm

S=4mm

∴=410.94

第12道次：=29.48mm

r=3mm

α=30°

=32mm

S=5mm

∴=682.22

第10道次：=38.32mm

r=3mm

α=30°

=41.36mm

S=5mm

∴=1152.95

第8道次：=49.97mm

r=3mm

α=20°

=51.35mm

S=5mm

∴=1960.01

第6道次：=65.72mm

r=3mm

α=20°

=67.75mm

S=6mm

∴=3390.82

3、立箱孔型尺寸计算

立箱孔型见图5--10

图5—10立箱孔型图

根据[3]、[4]可知立箱孔型的参数关系如下页表5—4。

根据上表公式计算立箱孔型参数如下：

第4道次：=67.69mm

=85mm

S=12mm

y=0.262

=11mm

=7mm

f=0

表5—4立箱孔型参数关系表

参数名称及单位

关系式

说明

孔型槽底宽度〔mm〕

=B-(0~6)或者=〔1.01~1.06〕B

B—来料宽

孔型槽口宽度〔mm〕

=b+Δ

b—轧件宽

孔型侧壁斜度

y=

Δ—宽展余量

孔型槽底圆角半径〔mm〕

=(0.12~0.20)B

一般取Δ=5~8

孔型槽口圆角半径〔mm〕

=(0.08~0.12)B

y=10%~20%

辊缝〔mm〕

S=(0.02~0.05)

=0.2~0.3

轧槽底凸值〔mm〕

f=(-0.05~0.05)B

--轧辊名义直径

轧件断面面积〔〕

F=

--方轧件边长

∴=5967.84

第2道次：=90.69mm

=108mm

S=20mm

y=0.209

=15mm

=9mm

f=0

∴=10205.20

扁箱孔型计算

扁箱孔型见图5--11

由[2]、[4]可得扁箱孔型的参数关系如下表5—5：

表5—5扁箱孔型参数关系表

参数名称及单位

关系式

说明

孔型槽底宽度〔mm〕

=B-(0~0.05)B

B—来料宽

孔型槽口宽度〔mm〕

=b+Δ

b—轧件宽

孔型侧壁斜度

y=×100%

Δ—宽展余量

孔型槽底圆角半径〔mm〕

=(0.12~0.20)B

取Δ=5~12

孔型槽口圆角半径〔mm〕

=(0.08~0.12)B

y=15%~45%

辊缝〔mm〕

S=(0.02~0.05)

=0.25~0.35

轧槽底凸值〔mm〕

f=(-0.05~0.05)B

--轧辊名义直径

轧件断面面积〔〕

F=+

-

图5—11扁箱孔型图

根据上表计算扁箱孔型参数如下：

第3道次：=99mm

=119mm

S=16mm

y=0.366

=16mm

=10mm

y=20.10°

f=3mm

∴=8324.05

第1道次：=126mm

=149mm

S=16mm

y=0.297

=21mm

=13mm

y=16.54°

f=3mm

∴13526.06

三、各道次延伸率

计算公式如下：，i=1~18,为坯料面积；

计算得：

=1.249=1.325=1.226

=1.395=1.576=1.117

=1.401=1.235=1.352

=1.257=1.308=1.292

=1.276=1.301=1.248

=1.298=1.269=1.269

四、各道次压下率计算

Δ=130-13526.06/140.95=34.04mm

Δ=140.95-102.05=38.9mm

Δ=102.05-70.69=31.36mm

Δ=111.46-78.04=33.42mm

Δ=78.04-56.91=21.13mm

Δ=93.25-65.72=27.53mm

Δ=65.72-39.80=25.92mm

Δ=83.86-49.97=33.89mm

Δ=49.97-30.80=19.17mm

Δ=63.39-38.32=25.07mm

Δ=38.32-23.77=14.55mm

Δ=48.50-29.48=19.02mm

Δ=29.48-18.62=10.86mm

Δ=37.08-22.88=14.20mm

Δ=22.88-14.82=8.06mm

Δ=28.52-17.98=10.54mm

Δ=17.98-11.71=6.27mm

Δ=22.37-14=8.37mm

将上述参数列入下表5—6中

表5—6孔型及轧件个局部尺寸

机架号

孔型形状

轧件尺寸

压下量

延伸系数

孔型尺寸

高(mm)

宽(mm)

面积()

高(mm)

宽(mm)

辊缝(mm)

1

箱

93.49

140.95

13526.06

34.04

1.25

93.49

149

16

2

箱方

102.05

102.05

10205.20

38.90

1.33

102.05

108

20

3

箱

90.69

111.46

8324.05

31.36

1.23

70.69

119

16

4

箱方

78.04

78.04

5967.84

33.42

1.40

78.04

85

12

5

椭

56.91

93.25

3786.57

21.13

1.58

56.91

102

6

6

圆

65.72

65.72

3390.82

27.53

1.12

65.72

68

6

7

椭

39.80

83.86

2420.76

25.92

1.40

39.80

92

5

8

圆

49.97

49.97

1960.01

33.89

1.24

49.97

53

5

9

椭

30.80

63.39

1449.52

19.17

1.35

30.80

69

5

10

圆

38.32

38.32

1152.95

25.07

1.26

38.32

42

5

11

椭

23.77

48.50

881.73

14.55

1.31

23.77

53

5

12

圆

29.48

29.48

682.22

19.02

1.29

29.48

32

5

13

椭

18.62

37.08

534.45

10.86

1.28

18.62

41

4

14

圆

22.88

22.88

410.94

14.20

1.30

22.88

25

4

15

椭

14.82

28.52

329.31

8.06

1.25

14.82

31.5

4

16

圆

17.98

17.98

253.77

10.54

1.30

17.98

20

3

17

椭

11.71

22.37

200.00

6.27

1.27

11.71

25

2

18

圆

14

14

157.57

8.37

1.27

14

14.14

2

第五节咬入稳定性计算

一、轧辊速度分配

1、连轧常数

确定最后架即18架轧制速度=24m/s,忽略前滑与推拉的影响，

连轧常数

C==157.57×24=3781.68[3]p201

由公式，求出各道次轧件的线速度〔单位：m/s〕

==0.28=0.37=0.45

=0.63=1.00=1.12

=1.56=1.93=2.61

=3.28=4.29=5.54

=7.08=9.20=11.48

=14.90=18.91=24

2、计算各机架轧辊工作直径

(1)、〔a〕在箱型孔型中轧辊的工作直径

[4]

式中：D—名义直径

h—轧件高或孔型高

s—辊缝

〔b〕椭圆孔型轧辊工作直径

式中：z—轧槽最大深度，

D—同上

〔c〕圆孔型轧辊工作直径

式中：D、z同上

(2)、有上述公式得：

1#箱型=550-=511.26mm

2#箱型=508.98mm

3#箱型=522.66mm

4#箱型=416.98mm

5#椭孔=420420.31mm

6#圆孔=403.42mm

7#椭孔=380.63mm

8#圆孔=364.92mm

9#椭孔=386.67mm

10#圆孔=374.01mm

11#椭孔=391.39mm

12#圆孔=380.91mm

13#椭孔=293.18mm

14#圆孔=285.27mm

15#椭孔=295.73mm

16#圆孔=288.32mm

17#椭孔=296.48mm

18#圆孔=290.64mm

3、轧辊转速计算

由公式可得[5]

式中：n—轧辊转速，r/min

v—轧件速度，m/s

--工作辊径，mm

∴=10.46=13.89=16.45

=28.87=45.46=53.05

=78.31=101.06=128.98

=167.58=209.44=277.91

=461.45=616.24=741.77

=987.49=1218.76=1577.89

将上述参数列入表5—7

二、咬入验算

参考鄂钢棒材厂粗轧机组咬入温度，t=1000℃,由[5]p147,知

ψ=

式中：t—轧件温度

--考虑轧辊材质系数，铸铁辊=0.8,钢辊=1

--考虑轧速影响系数

表5—7各机架主要参数

机架数〔n〕

名义直径〔mm〕

轧辊直径〔mm〕

工作辊径〔mm〕

轧辊转速〔r/min〕

轧件速度〔m/s〕

1

Ф550

Ф530~Ф610

511.26

10.46

0.28

2

Ф550

Ф530~Ф610

508.98

13.89

0.37

3

Ф550

Ф530~Ф610

522.66

16.45

0.45

4

Ф450

Ф480~Ф425

416.98

28.87

0.63

5

Ф450

Ф480~Ф425

420.31

45.46

1.00

6

Ф450

Ф480~Ф425

403.42

53.05

1.12

7

Ф400

Ф360~Ф420

380.63

78.31

1.56

8

Ф400

Ф360~Ф420

364.92

101.06

1.93

9

Ф400

Ф360~Ф420

386.67

128.98

2.61

10

Ф400

Ф360~Ф420

374.01

167.58

3.28

11

Ф400

Ф360~Ф420

391.39

209.44

4.29

12

Ф400

Ф360~Ф420

380.91

277.91

5.54

13

Ф300

Ф305~Ф375

293.18

461.45

7.08

14

Ф300

Ф305~Ф375

285.27

616.24

9.20

15

Ф300

Ф305~Ф375

295.77

741.77

11.48

16

Ф300

Ф305~Ф375

288.32

987.49

14.90

17

Ф300

Ф305~Ф375

296.48

1218.76

18.91

18

Ф300

Ф305~Ф375

290.64

1577.89

24.00

--考虑轧件材质系数

对于粗轧机第一架，取=1，=1，=1，t=1000℃

∴ψ=0.55

∵tga=ψ

∴=28.81°

又据公式

∴

式中：Δh—道次压下量，mm

D—轧辊工作辊径,mm

∴=

=21.78°

∴<

∴符合咬入条件

三、稳定性计算

轧机在轧制时，不但要保证轧件顺利咬入，而且要保证轧制是稳定的，这样才能保证轧制顺利进行。

由表5—6可知，第七架的轴比最大，b/h=2.11

由[5]p142，得

式中：--稳定性指标

B—孔型宽

--椭圆半径

--出口轧件高

b—轧件宽

v—轧件出口速度

h—椭轧件高

将第七机架各参数带入上式，得

=2.44

∵b/h=2.11<

∴稳定性条件满足

第六章强度校核

第一节轧制压力、力矩、功率

一、轧制压力的计算

以粗轧第一架为校核对象

1、计算单位轧制压力，采用艾克隆德公式

〔*〕[6]

式中：m—外摩擦影响系数，〔**〕

其中：f—轧件与轧辊间的摩擦系数

f=a(1.05-0.0005t),对于钢轧辊，a=1

R—轧辊的工作半径

Δh—每道次的平均压下量

--坯料轧前后的高度

将第一架各参数带入〔**〕，得

m=0.18

k—静压力下单位变形抗力，

k=,其中：

C、为碳、锰、铬的含量

对合金钢：

40k=(14-0.01×1000)(1.4+0.4%+0.3×1%)×10=56.28

20k=(14-0.01×1000)(1.4+0.2%+1%+0.3×1%)×10=56.60

对优质碳素结构钢：

45#钢k==(14-0.01×1000)(1.4+0.45%)×10=56.18

60#钢k==(14-0.01×1000)(1.4+0.60%)×10=56.24

70#钢k==(14-0.01×1000)(1.4+0.70%)×10=56.28

∴=56.60

--被轧钢材的粘度系数，=0.01×(14-0.01t)c,其中：

c—轧制速度系数

t—轧制温度

轧制速度的选取见下表6—1：

表6--1

轧制速度

<6m/s

6~10

10~15

15~

系数〔c〕

1

0.8

0.65

0.6

∴=0.01×〔14-0.01×1000〕×1=0.04

--平均变形速度，，那么

==0.91

∴单位轧制压力

=(1+0.18)(56.60+0.04×0.91)=66.83

2、计算接触面积

按公式：，

其中：F—接触平均面积

B、h—轧件来料宽、轧出宽，那么

=12637.46

3、计算总轧制力

按公式：=844.57KN

二、计算轧制力矩

1、由[6]可知：

轧制力矩

式中：P—轧制压力

x—力臂系数，对棒材生产，取x=0.5

R—工作辊径的半径

Δh—压下量

∴=2×844.57×0.5×=78.78KN•M

2、计算摩擦力矩

，式中：

--附加摩擦力矩，=P×d×,其中：

P—轧制压力

d—轧辊辊径直径，d=0.55D=0.55×550=302.5mm

--轧辊轴承中的摩擦系数=0.07~1,取=0.5

--传动机构中的摩擦系数，

其中：--传动效率

采用梅花轴接触时，=0.94~-0.96

取=0.95

i—传动比，，i=600/10=60

=

=2.13+0.18=2.31KN•m

3、计算空转力矩

取电机额定力矩的3%~5%，本设计取=5%

轧机参数性能见附表

其中：--电机额定力矩，=〔N•m〕

--电机的额定功率，取=300kw

--电机的额定转速，取=600r/m

∴==4.775KN•m

∴=0.239KN•m

不考虑动力矩和张力矩，故总力矩为：

=++

=0.239+78.78+2.31=81.33KN•m

第二节轧辊强度校核

在完成某个新产品的孔型设计时，或对轧机进行技术改造时，必须对轧辊强度验算以判定工艺规程设计的合理性。

根据前面的配辊情况可知，每架轧机的轧辊都有多个轧槽，由各个轧槽过钢时，轧制压力及轧制力矩均相同，且根据材料力学的有关知识可知：当中间轧槽过钢时，轧辊危险面的弯矩最大，轧辊最危险。在型钢生产中，通常把轧辊上的轧制力当成是集中力来看待。

根据[7]，轧辊断面的弯曲应力为：

，式中：--辊身断面的弯矩，=

a—两根压下螺丝的中心距

x—支反力到危险点的距离

D—辊身计算断面的工作直径

辊颈与辊身处相接处的弯矩最大，其值为：

=，式中：--辊颈与辊身处相接处的弯矩

d--辊颈的直径

R—支反力

C--支反力(压下螺丝中心至辊身边缘的距离，近似取辊颈长度的一半)

辊颈上的扭转应力为：，式中：

--作用在弯曲应力计算侧的辊颈与辊身交界处的辊颈扭矩

辊颈强度按弯矩合成应力考虑，因轧辊材质，故采用不同的计算公式。

1、采用钢轧辊时，按第四强度理论：

[8]

2、采用铸铁轧辊时，按摩尔理论：

辊头强度计算：

，式中：--作用在梅花头上的扭矩

--梅花头的外径，=d-10

本设计在进行轧辊强度校核时，前几道的压下量比拟大，导致轧制力过大，因此，必须校核。至于后几道次中轧、精轧机组，一般没有强度问题。

以第一架为例进行强度校核：

d=0.55×550=302.5mm

L=d+20=322.5mm

=d-10=292.5mm

〔1〕由静力学，求得轧辊辊颈处的支反力为：

==P/2=844.57/2=422.29KN

〔2〕辊身处弯矩为：

=

=844.57×550×〔1100-550〕/1100

=232256N•m

〔3〕辊身强度计算

=

=17.38

〔4〕辊颈强度：

=24.60

〔5〕辊颈危险断面处的扭转应力

===14.23

又∵轧辊材质为钢

∴辊颈危险断面处合成应力按第四强度理论计算：

==34.82

〔6〕辊头强度计算〔采用梅花辊头〕

==44.97

〔7〕轧辊的作用力为：

∵采用钢轧辊

∴其强度极限为

∴

∴

∴轧辊强度验算通过

第三节电机发热校核

正确选择主电机的容量，具有十分重要的意义。如果容量选择过大，或造成浪费，而且主电机经常负载运行，效率及交流电动机的功率因素较低，运行费用较高。反之，如果电机容量过小，电机将超载运行，造成电机过早损坏，或降低负荷使用，影响生产。因此，在确定电机容量时，通常考虑电机的允许过载能力及电机发热两方面的因素。

主电机的过载按下式校验：

式中：--电机在轧制中承受的最大转矩

--电机的额定转矩

--电机的允许过载系数，取=2.5

主电机的发热校核采用均方根力矩值来确定：

，式中，=〔N•m〕

式中：--电机的等效转矩

--电机的额定功率，取=300kw

--电机的额定转速，取=600r/min

--一个轧制周期中各时间区间的转矩

--一个轧制周期中，对应于不同转矩的延续时间

本设计对第一架电机进行发热校核，采用空转力矩法校核。

电机额定转矩：

==4.775KN•m

发热校核，根据Ф14产品的轧制纯轧时间，=10.00s,对于单独传动连轧机只有空转和恒连轧制，其力矩为空转力矩和静力矩,即

空转力矩=239N•m，静力矩=

=

=3862N/m

∴==3526.9N/m

∴≤

∴电机发热校核通过

第七章典型产品的轧制图表及产量计算

一、典型图表的轧制图表

轧制是整个轧钢生产过程的核心，坯料通过轧制工序完成变形过程，轧制图表是研究和分析轧制过程的工具。在轧制图表中表示了轧制过程中道次与时间的关系，通过对这些关系的分析和研究可以清楚地看出:轧件在轧制过程中所占用的轧制时间、各道次的间隙时间、轧制一根钢材机组所需要的延续时间和轧制过程中交叉轧制的情况。轧件在任一时刻所处的位置等，而这些又是了解和掌握轧制过程的重要内容，是研究和改良轧钢机工作的重要依据。

轧制图表在生产过程中的作用归结起来主要内容有以下几点：

1、分析研究轧机工作情况，找出工序间的薄弱环节以便促进；

2、准确计算轧制时间，以及轧钢机轧钢的交叉时间、工序间的间隙时间、轧制节奏时间等，用以计算轧钢的产量；

3、计算轧制过程中的轧辊、机架等所承受的轧制压力和校核电动机传动，轧机所受的负荷情况。

根据典型产品Ф14，纯轧时间计算公式为：

，式中：

--原料重量，t

--成品重量，kg/m

--成品出口线速度

那么=50.00s

取间隙时间=10s

∴轧制周期

=+

=60.00s

计算各机架间隙时间：，其中

--间隙时间

L—机架间距离

v—各机架出口速度

∴=3.5/0.28=12.5s=3.5/0.37=9.5s

=3.5/0.45=7.8s=3.5/0.63=5.6s

=3.5/1.00=3.5s=(3.2+2.8)/1.12=5.4s

=2.8/1.56=1.8s=2.8/1.93=1.5s

=2.8/2.61=1.1s=2.8/3.20=0.9s

=2.8/4.29=0.7s=(2.8+3.0)/5.54=1.0s

=3.0/7.08=0.4s=3.0/9.20=0.33s

=3.0/11.48=0.26s=3.0/14.90=0.20s

=3.0/18.91=0.16s

轧制总延续时间：

=60.00+52.65=112.65s

轧制图表见附图三

二、轧机小时产量计算

由[5]p521,轧机实际小时产量，其中

T—轧制节奏时间,s

Q—原料重量，t

--轧机利用系数,取=0.82

b—成品率，取b=95%

那么A=3600×1.318×0.82×95%

=61.60t/h

各种产品的实际小时产量见下表7—1

规格

品种

轧机平均小时产量〔t/h〕

所占比例

Ф8

螺纹钢

25.03

2%

Ф10

螺纹钢

37.64

2%

Ф12

螺纹钢

51.91

2%

Ф14

螺纹钢

61.60

10%

Ф16

螺纹钢

83.25

25%

Ф18

螺纹钢

99.36

29%

Ф20

螺纹钢

115.51

30%

∴轧机平均小时产量

，其中

表示不同轧制品种在总产品中的百分比例

表示该品种的轧机小时产量

将表7—1中数据带入上式得：

=88.83t/h

三、年产量计算

本设计采用三班连续工作制

前年日历小时数=365×24=8760h

方案大中修小时数=20天/年×24h/天=480h

方案小修小时数=8h/次×4次/月×12月/年=384h

交接班小时数=0.5h/班×3班/天×365天/年=547.5h

全年规定工作时间=---=7348.5h

全年实际利用小时数=×k,取k—轧机利用系数为0.85

那么=6246h

∴年产量A=•

=88.83×6246

=55.48万吨

∴符合设计要求

第八章辅助设备的选择

一、上料台架〔2套〕

形式：步进梁式

台面尺寸：长6.52m〔辊道中心至固定梁端头〕，宽7.5m

钢坯尺寸：130×130×10000

钢坯单重：1318kg

台面最大负荷：65t

台架由动梁和定梁组成，动梁和定梁交替布置，动梁有电机通过减速机、偏心轴传动。

台架末端设有