年产63万吨热轧线材车间设计毕业论文设计40论文41说明书.docx
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年产63万吨热轧线材车间设计毕业论文设计40论文41说明书
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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120tdesign,anewsinglelineofthisdesignincludethecarbonstructuralsteelandsteel.
Themaincontentsofthedesignaremainlyasfollows,formulationofproductsschemeandmetalbalance,designoftechnologicalplanandprocess,thedeterminationofworkroutineandproductioncapacityanalysisofrollingmill,choiceofthemainequipment,choiceandcalculationoftheauxiliaryequipment,thegroovesdesign,thelayoutofworkshopandetc.
Thecontinuouscastingbilletisusedasrawmaterialsinthisdesigntoreducethemetalloss.Thebettermicrostructureofthebilletscanalsoimprovethequalityoftheproductandreducetherollinggaptimetoincreaseproductivity.
Thereheatingfurnaceisawalkingbeamtypefurnacewhichissideentryandsideexittoensurethetightnessofthefurnace.Thethisworkshop.Notwistrollingisrealizedacrosstherollingline.Thefinishingensurespeedis100ms,maximumrollingspeedof120ms.
ThecontrolledcoolingtechnologyisusedafterrollingthroughthecoolingwaterboxandaStelmorcoolingconveyorsystemtoimproveproductmicrostructure.Stelmortransportationsystembythedelayedcoolingtypecoolingtransportdevices,whichappliestovariouscarbonsteelsandshort,theadvancedtechnologyandequipment,thedesignoftheproductisanimportantguaranteeofworkshopdesigning.
目 录
引言1
1产品方案和金属平衡4
1.1车间产品大纲4
1.2产品质量执行标准及产品交货条件4
1.2.1执行标准4
1.2.2交货条件4
1.3原料5
1.3.1原料来源和年需要量5
1.3.2钢坯尺寸和质量要求5
1.3.3连铸坯的化学成分5
1.4金属平衡表5
2设计方案7
2.1轧机数量的确定7
2.2轧机布置方案8
3工艺流程9
3.1工艺流程图9
3.2生产工艺流程简述10
3.2.1坯料的选择及加热10
3.2.2坯料的除鳞10
3.2.3坯料的轧制10
3.2.4冷却10
3.2.5后期工作11
4工作时间及轧机生产能力分析12
4.1车间工作制度和年工作小时12
4.2轧机生产能力分析12
5主要设备的选择14
5.1加热炉14
5.1.1炉型选择14
5.1.2加热炉尺寸的确定14
5.2轧机形式以及轧辊材质的选择15
5.2.1轧机的选择15
5.2.2轧辊尺寸参数的确定15
5.3粗轧机组17
5.4中轧机组17
5.5预精轧机组18
5.6精轧机组18
5.7减定径机组18
6辅助设备的选择及计算19
6.1PF线运输能力验算19
6.1.1“C”形钩的运输周期19
6.1.2“C”形钩数量确定19
6.2斯太尔摩冷却运输线的选择19
6.3其它辅助设备的选择21
7车间平面及起重运输25
7.1车间平面布置25
7.1.1车间平面布置的原则25
7.1.2平面布置的内容25
7.1.3轧制设备间距的确定26
7.2车间原料和成品库能力的计算26
7.2.1有效方式26
7.2.2原料库和成品库堆放面积的负荷计算27
7.3起重运输设备的选择和性能参数28
7.4其它设施的布置28
8孔型设计（Φ7.0mm）29
8.1孔型设计的准备计算29
8.1.1延伸系数的分配29
8.1.226道次孔型系统选择30
8.2减定径及精轧机组孔型设计30
8.2.1圆孔型设计31
8.2.2椭圆孔型设计34
8.3预精轧机组孔型设计38
8.3.1圆孔型设计38
8.3.2椭圆孔型设计40
8.4中轧机组孔型设计41
8.4.1圆孔型设计41
8.4.2椭圆孔型设计43
8.5粗轧机组孔型设计45
9轧机力能参数计算及电机设备校核52
9.1轧制压力的计算52
9.1.1平均单位压力计算52
9.1.2总轧制压力53
9.2轧辊强度校核53
9.2.1孔型在轧辊上的配置53
9.2.2轧辊强度校核54
9.2.3危险断面尺寸的确定54
9.2.4轧辊强度校核55
9.3传动力矩计算56
9.3.1轧制力矩56
9.3.2摩擦力矩57
9.3.3空转力矩57
9.3.4动力矩57
9.4电机校核57
9.4.1各种轧制时间及间隙时间的确定57
9.4.2电机校核58
10车间技术经济指标及环境保护59
10.1车间技术经济指标59
10.2环境保护60
10.2.1编制依据60
10.2.2本设计中对污染的防治及综合治理60
致谢62
参考文献63
附录A各道次孔型图64
附录B程序68
引言
1.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43~50ms，如今高线的轧制速度在80~160ms。
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]。
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[14]。
3.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。
4.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.
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。
1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：
GBT700-2006，代表钢号：
Q235；
优质碳素结构钢：
GBT4354-2008，代表钢号：
45#钢；
其产品大纲见表1-1。
表1-1产品大纲
Table1-1Productoutline
钢种
各规格产品年产量（万吨）
产量合计（万吨）
钢种比例
（%）
Φ5.5
mm
Φ6.5
mm
Φ7
mm
Φ8
mm
Φ9
mm
Φ10
mm
Φ12~16
mm
碳素钢
7.0
14.0
7.5
6.0
6.0
5.0
4.5
50
79.4
优碳钢
2.0
4.0
4.0
1.0
0.8
0.6
0.6
13
20.6
合计
9.0
18.0
11.5
7.0
6.8
5.6
5.1
63
100
比例（%）
14.3
28.6
18.2
11.1
10.8
8.9
8.1
1.2产品质量执行标准及产品交货条件
1.2.1执行标准
GBT4354-2008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GBT701-2008国内标准交货。
线材尺寸公差：
直径公差：
Φ5.5~8mm±0.10mm
Φ9~16mm±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。
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：
YBT2011-2004
对钢坯表面质量的要求：
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。
1.3.3连铸坯的化学成分
连铸坯的化学成分应符合GBT222-2006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
名称
原料
成品
废料
连铸坯
线材
成材率
切头及废品
废品率
烧损
烧损率
Φ5.5-16mm盘条
66
万吨
63
万吨
95.5%
2.34
万吨
3.5%
0.66
万吨
1%
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[11]。
此高线车间设计采用单线轧制，最高轧制速度为120ms，保证速度为100ms。
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。
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：
坯料断面面积：
F0＝at（A2－4R2＋πR2）（式2-1）
＝1.012×（1502－4×82＋π×82）mm2
＝22986.9mm2
Φ5.5mm成品圆钢的断面面积：
Fc＝π（dat）24（式2-2）
＝π×（5.5×1.012）24mm2
＝24.33mm2
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＝8mm
则总延伸系数：
μz＝F0Fc（式2-3）
＝22986.924.33＝944.8
取平均延伸系数：
μc＝1.28
则机架数：
＝27.75
故取N＝28
2.2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。
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]。
3工艺流程
3.1工艺流程图
图3-1工艺流程图[11]
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。
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PF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]。
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[3]见表4-1。
表4-1车间年工作时间表
Table4-1Workingtimeoftheworkshop
工
作
制
度
日
历
时
间
（h）
计划检修时间（h）
年计划工
作时间
（h）
生产过程中停工时间（h）
年计划轧制时间
（h）
大
（中）
修
小
修
小
计
交接班
换辊
临时
事故
小计
连续工作制度
8760
480
360
840
7920
400
300
120
820
7100
备注：
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。
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]。
轧制时间：
tzh＝单根坯料轧成成品的长度精轧速度
间隙时间：
△t＝5s
轧制节奏时间：
T＝tzh＋△t
按坯料计算小时产量：
A＝3600GK1nT（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；
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0.92。
n-------轧制根数，本设计中取1。
按成品计算的最大小时产量：
A＝3600GK1bnT（式4-2）
式中：
b—成材率95.5%
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
成品
规格
（mm）
终轧
速度
（ms）
纯轧
时间
（s）
间隙
时间
（s）
轧制
节奏
时间
（s）
按坯
料计
算小
时产
量（th）
按成
品计
算小
时产
量（th）
年计
划产
量
（万吨）
年纯
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