年产88万吨热轧线材车间设计.docx
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年产88万吨热轧线材车间设计
年产88万吨热轧线材车间设计
摘 要
自高速线材轧机和轧后控制冷却技术问世以来，随着线材生产技术本身的日益完善和控制技术的进步，高速线材轧机的产品在规格范围、轧制速度、尺寸精度等各方面都有了大大提高，本设计就是基于上述技术条件之上的。
本设计拟建一个年产88万吨的高速线材车间，因轧制速度较高，故采用单线轧制工艺，产品规格为Φ6～16㎜，单卷盘重约1.8吨，钢种为普通碳素结构钢。
本设计的设备和工艺均采用目前最先进的，具体如下：
原料采用连铸坯，以减少金属的切损，而且连铸坯的组织结构较好，这也提高了产品的质量；同时对于年产量较大的规格的产品，可采用连铸坯热装热送工艺，这样既可以降低烧损和能耗，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；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，上述先进技术和设备是本设计的产品高质量的重要保证。
关键词是为了文献标引工作从论文中选取出来用以表示全文主题内容信息款目的词或术语。
如有可能，应尽量用《汉语主题词表》等词表提供的规范词。
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关键词：
线材高速线材轧机热装热送控制冷却
Anewplantdesignofhigh-speedwirerodwiththeannualoutputof880,000tons
Abstract
Sincethehigh-speedwirerodmillandthecontrolofcoolingafterrollingcameout,withthewireproductiontechnologyitselfincreasinglyimprovedandcontroltechnologyprogressed,high-speedwirerodmillproductsgreatlyimprovedinthesizerange,rollingspeed,precisionofsizeandsoon,andthisdesignisbaseduponthetechnicalconditions.Thedesignproposedanannualoutputof880,000tonsofhigh-speedwirerodplant,duetohigherrollingspeed,soitwillbeasinglerollingprocess.TheproductspecificationareΦ6~16mm,single-reelweighsabout1.8tons,thesteelistheordinarycarbonsteelstructural.
Thedesignoftheequipmentandtechniquesareusedthemostadvanced,asfollows:
Continuouscastingslabofrawmaterialsusedtoreducethemetalcuttingloss,andbetterorganizationalstructureofcontinuouscasting,whichimprovesthequalityofproducts;whilelargeroutputspecificationsfortheproduct,canbeusedhotbillethotchargingdeliveryprocess,bothtoreducetheburningandenergyconsumptioncanalsoreducetherollinggaptimeandincreaseproductivity;
Furnaceforthewalking-beamfurnace,andoutofthesideintothesideofthefeedingmethodadoptedouttoensuretightnessofthefurnace;millusinghigh-speedwirerodmill,acrosstheboardarenottwistingrolling,finishrollingtoensurespeedof100m/s,Themaximumrollingspeedforthe120m/s.Toimprovetheproductmicrostructure,usingcontrolledcoolingafterrollingtechnology,coolingafterrollingthroughthewatertankandasetofStelmorcoolingtransportsystemtocomplete.Stelmorcoolingtransportsystemwithtransportdelaytypecoolingdevice,itappliestoallkindsofcarbonsteelcoolingwithbettercoolingeffect.
Inshort,theadvancedtechnologyandequipmentdesignistheimportantguaranteeforhighqualityproducts.
KeyWords：
wirehigh-speedwirerodmillhotchargerollingcontrolledcooling
引言
1.本设计的基本状况与高线生产简介
随着轧机的不断改进和计算机控制技术的提高以及机械电器设备的改良等，线材生产的终轧速度也得到了大幅度的提高，高速线材轧制工艺也已得到了公认。
因为高速线材生产线的优越性和市场需求的增加，目前大部分新建线材生产线均采用高速线材轧机，本设计拟建年产88万吨的线材车间，也采用高速线材轧机，钢种为普通碳素结构钢，采用单线轧制工艺。
因为采用了高速线材轧机进行生产，所以设计的最高速度为120m／s终轧机的出口保证速度为100m／s，已达到国际先进水平。
由于市场对大规格线材需求的增加，以及本设计年产较大的缘故，本设计生产的产品规格取的较普通线材厂的大一些，主要产品规格为Φ6～16㎜的光面盘条，盘卷单重约1.8吨。
2．高速线材轧机生产的工艺特点与产品特点
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！
3.本设计中采用的先进技术和设备
1）因产量较大，采用热装热送工艺，大大降低了能耗和烧损；
2）连续无扭轧制，精轧机组轧辊为顶交45°布置，产品性能大幅度提高；
3）原料采用连铸坯，金属收得率高，能源消耗小；
4）采用侧进侧出的步进梁式加热炉，加热较均匀，能耗降低，减少了烧损；
5）为提高轧件的表面质量，开轧前采用了高压水除磷；
6）采用控轧控冷设备，即设置多段在线水冷箱；
7）为提高产品尺寸精度，采用激光测径仪进行在线检测。
1产品方案和金属平衡表
1.1产品大纲
年生产能力：
88万吨；
产品规格范围：
Φ6～Φ16mm线材；
盘卷单重：
1.8t
主要产品规格：
Φ6mm、Φ7mm、Φ8mm、Φ9mm、Φ10mm、Φ12mm、Φ14mm、Φ16mm
钢种：
普通碳素结构钢.GB/T7002006
代表钢号：
Q235A、Q235B、Q215A、Q195A；
其产品大纲如表1-1所示。
表1-1产品大纲
钢种牌号
各规格产品产品（万吨）
产量合计（万吨）
Φ6mm
Φ7mm
Φ8mm
Φ9mm
Φ10mm
Φ12mm
Φ14.5mm
Φ16mm
Q235A
4
4.8
3
3
1.5
2
1.7
1
21
Q235B
4
4.2
3.2
2.5
2
2
2
1.1
21
Q215A
2.5
4.6
5
2.8
1.2
2.4
2
1.5
22
Q215B
3.2
4.3
5
2.5
2.3
2.5
2.8
1.4
24
合计
13.7
17.9
16.2
10.8
7
8.9
8.5
5
88
1.2产品质量执行标准及产品交货条件
1.2.1执行标准
GBT701-2008普通低碳钢热轧圆盘条。
1.2.2交货条件
按按GB/T14981-2009国内标准交货。
线材尺寸公差【15】：
直径公差：
±0.1mm对Φ5.5～8.0mm的产品而言
±0.2mm对Φ9～16mm的产品而言
断面不圆度不大于断面尺寸总偏差的80%。
线材产品呈盘卷状交货或成捆交货。
生产的盘卷尺寸为【12】：
线卷外径：
Φ1250mm
线卷内径：
Φ850mm
线卷高度约1800mm
盘卷单重约1.8t吨。
1.3原料
1.3.1原料来源和年需求量
该车间原料由本厂连铸机供给的连铸坯。
年产88万吨线材，成材率为96.8％，年需要90.91万吨钢坯。
1.3.2钢坯尺寸和质量要求【10】
①方坯尺寸和边长允许偏差:
连铸坯断面尺寸140×140mm；
连铸坯长度12000mm
边长公差±4mm；
对角线长度偏差≤6mm；
圆角半径R＞8mm;
连铸坯单根重约为1.86t吨。
连铸方坯和矩形坯标准：
GB2011-98;
②钢坯标准长度为12000mm;短尺钢坯最短长度为10000mm;每批（炉）短尺钢坯重量不大于全部钢坯重量的10%.
③钢坯的弯曲度在12000mm内不大于100mm;但不允许在钢坯两端,两端最大50mm.
④钢坯扭转在12000mm内为6°.
⑤钢坯端部因剪切变形而造成的局部宽度不大于边长的10%.切头毛刺应清除.端部因剪切变形而造成的局部弯曲不得大于20mm.剪切端面应与钢坯长度方向轴线垂直;端面弯斜量不得大于边长的6%.
1.3.3对表面质量和内部质量的要求
对钢坯表面质量的要求是:
钢坯端面不得有缩孔、尾孔和分层；
钢坯表面缺陷必须沿纵向加工清除，清除处应圆滑、无棱角，清除宽度不得
小于清除深度的5倍，表面清理深度不大于公称厚度的8％.
钢坯表面应无裂缝、折叠、耳子、结疤、拉裂和夹杂等缺陷.
对钢坯内部质量的要求是:
1钢坯低倍组织不得有肉眼可见的缩孔、分层、气泡、裂缝、白点等;
2对优质碳素结构钢根据需要要求,可以做高倍检验,检查脱碳层,检查钢中非金属杂质,检查晶粒度是否达到规定要求.
1.3.4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Φ6mm-Φ26mm的线材88万吨，成材率为96.8％，每年需合格连铸坯90.91万吨，金属平衡如下表【15】：
表1-2金属平衡表
产品
名称
原料
成品
废料
连铸坯
线材
切头及废品
烧损
Φ6-16mm的盘条
90.91万吨
88万吨
96.8％
2.091万吨
2.3％
0.818
万吨
0.9％
2.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。
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：
Φ6mm、Φ7mm、Φ8mm、Φ9mm、Φ10mm、Φ12mm、Φ14.5mm、Φ16mm
2.1轧机数量的确定
本设计产品的最小规格为Φ6mm，故在确定机架数目时，以最小直径Φ6mm计算得：
坯料断面面积：
F0＝at（A2－4R2＋πR2）（2-1）
＝1.012×（1402－4×102＋π×102）mm2
＝19748.168mm2
Φ6mm成品圆钢的断面面积：
Fc＝π（dat）2／4（2-2）
＝π×（6×1.012）2／4mm2
＝28.94mm2
上式中：
F0-------连铸坯料原始面积
Fc-------热态成品断面面积
A-------原料边长
R-------连铸方坯结晶圆角，取R＝10mm
则总延伸系数：
μz＝F0／Fc（2-3）
＝19748.168/28.94＝682.383
取平均延伸系数：
μc＝1.29
则机架数：
N＝㏑μz/㏑μc＝25.63（2-4）
故取N＝26
2.2轧机布置方案
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。
粗轧与中轧机组均采用平立交替布置。
预精轧机组为4架，为悬臂辊环式轧机，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。
’
预精轧机组也采用平立交替布置的布置形式预精轧机组。
精轧机组为10架,均为摩根45°悬臂式无扭轧机。
之所以选择悬臂式精轧机组，是因为悬臂式精轧机组不仅换辊、换槽方便，同时安装和调整也比较便利，而且结构比框架式简单、轧辊直径小，故而选用悬臂式而不用框架式【15】。
悬臂式精轧机组由一台交流电机传动，轧辊布置形式为顶交45°，相邻机架互成90°。
3.工艺流程
3.1工艺流程图
连铸坯
上料台架
中轧
翻卷、挂卷
入炉辊道检测踢废废）
2﹟飞剪切头切尾
P／F冷却运输线
称重
表面质量检查
预精轧机组
加热炉加热
预水冷
漏泄磁束法探伤
夹送辊夹送
3﹟飞剪切头切尾
激光测径测径
出钢辊道
精轧
斯太尔摩水冷段控制冷却
压紧打捆
高压水除鳞
吐丝成卷
称重标号
粗轧
卸卷
斯太尔摩冷却线风冷段
1﹟飞剪切头切尾
集卷
入库
3.2生产工艺流程简述
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）因为减少了加热时间和省去了坯料的运送过程，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℃～1250℃，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【10】。
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。
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。
然后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微张力轧制。
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10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。
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。
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，以及漏泄磁束法探伤，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。
4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见表4-1。
（参考马钢高线车间设计资料）
表4-1年车间工作时间表
时间
日历
时间
计划检修时间
年计划
工作时
间
生产过程中停工时间
年计划轧制时间
大（中）
修
小修
小计
交接
班
换辊
临时事故
小计
小时
8760
384
288
672
8088
304
260
120
680
7404
注：
年计划工作时间是设备一年中最大可能的工作时间。
生产过程中停工时间参照马钢高线车间的停工时间表，包括了很多非计划停工时间。
大修每两年一次，每次20天。
中修每年一次，每次12天。
大中修平均每年16天，即384小时。
3小修一月3次，一次8小时，故一年288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。
轧制时间：
tzh＝单根坯料轧成成品的长度／精轧速度（4-1）
间隙时间：
△t＝5ｓ
轧制节奏时间：
T＝tzh＋△t（4-2）
按坯料计算小时产量：
A＝3600GK1n/T（4-3）
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；
K1------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0.93。
n-------轧制根数，本设计中取1。
按成品计算的最大小时产量
A＝3600GK1bn/T（4-4）
式中：
b为成材率，b＝96.8％。
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轧机能力分析表
成品
终轧
纯轧
间隙
轧制节
奏时间
t/h
计小时
产量
时间
轧制
轧机
规格
速度
时间
时间
产量
时间
负荷率
mm
m/s
s
s
s
t/h
（万吨）
h
h
6.00
99.00
80.06
4.00
84.06
74.48
71.65
13.70
1912.09
7.00
100.00
58.23
4.00
62.23
100.60
96.78
17.90
1849.52
8.00
98.00
45.49
4.00
49.49
126.50
121.69
14.50
1191.55
9.00
95.00
37.08
4.00
41.08
152.40
146.61
10.80
736.64
10.00
88.00
32.42
4.00
36.42
171.88
165.35
7.00
423.34
12.00
78.00
25.40
4.00
29.40
212.92
204.83
8.90
434.50
14.50
60.00
22.62
4.00
26.62
235.20
226.26
8.50
375.67
16.00
55.00
20.27
4.00
24.27
258.01
248.21
5.00
201.44
合计
7124.74
7404
96%
5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。
本设计的钢坯断面尺寸为140mm×140mm，由于步进梁式加热炉的优越性，故本设计采用步进梁式加热炉，进出料方式采用侧进侧出，因为侧入炉门小，以保证炉子的严密性【１０】。
步进炉的特点有：
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。
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。
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。
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
炉子宽度B主要根据坯料长度来定。
B＝nL＋2C（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；本设计取0.4
L—坯料的长度，（m）；
故，B＝1×12＋2×0.4＝12.8m
2炉子长度（参考高速轧机线材生产一书）
炉子长度主要根据加热炉产量确定：
L1＝1000Q／PL（5-2）
式中：
Q—加热炉小时产量（ｔ／ｈ），本设计中取180ｔ／ｈ；
P—有效炉底强度（㎏／㎡ｈ），通常取400㎏／㎡ｈ；
L—坯料长度（m）；
故炉长：
L1＝（1000×180）／（400×12）＝37.5m
③上炉膛高度：
1400mm；下炉膛高度：
2100mm④加热炉步进机构
组成：
上框架、下框架、横梁、斜辊、平移油缸、提升油缸
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