1、1学号： 22大学学院课 程 设 计专业 金属材料工程班级学生姓名指导教师日期： 2014 年 1 月 8 日题目：年产 40 万吨高速线材轧制规程设计2目 录1 线材的定义 .42 原料的选择 .42.1 原料的选择 .42.2 原料的质量、规格及尺寸偏差 .63 主机列选择与布置 .63.1 主机列选择原则 .63.2 主机列选择 .73.2.1 机架数目的确定 .73.2.2 粗轧机组的选择 .73.2.3 中轧机组的选择 .83.2.4 预精轧机组的选择 .83.2.5 精轧机组及减定径机组的选择 .93.3 轧机的选择 .94 孔型设计 .104.1 孔型设计概述 .104.1.1
2、孔型设计的内容 .104.1.2 孔型设计的基本原则 .114.2 孔型系统的选取 .114.2.1 粗轧机孔型系统的选取 .114.2.2 中轧、预精轧及精轧轧机孔型系统的选取 .124.3 孔型设计计算 .124.3.1 确定各道次延伸系数 .124.3.2 确定各道次轧件的断面面积 .124.3.3 孔型设计计算 .134.4 孔型在轧辊上的配置 .144.4.1 孔型在轧辊上的配置原则 .144.4.2 孔型在轧辊上的配置 .144.5 轧辊的平均工作直径及轧辊转速的确定 .154.5.1 工作辊径的确定 .154.5.2 轧辊转速的确定 .165 年产量计算 .175.1 轧制节奏图
3、表轧机的工作图表 .175.1.1 轧制间隙时间 .185.1.2 轧制节奏时间 .195.1.3 轧制总延续时间 .195.2 典型产品的小时产量计算 .195.2.1 典型产品 9mm 轧机小时产量： .195.2.2 轧钢机的平均小时产量 .2035.3 车间年产量计算 .205.3.1 工作制度、工作小时数的确定 .205.3.2 年产量计算 .216 力能参数计算与强度校核 .216.1 力能参数计算 .216.1.1 轧制温度 .216.1.2 轧制力计算 .236.1.3 轧辊辊缝计算 .276.2 电机功率的校核 .286.2.1 传动力矩的组成 .286.2.2 各种力矩的计
4、算 .286.2.3 电机校核 .296.2.4 第一道次电机功率校核举例 .306.3 轧辊强度的校核 .316.3.1 强度校核 .316.3.2 第一架轧机轧辊强度校核举例 .347 线材生产工艺过程概述 .35参考文献 .37致 谢 .3741 线材的定义线材的定义：线材是热轧材中断面尺寸最小的一种，由于轧钢厂需将线材在热状态下圈成盘卷并一次交货，故又称之为盘条。2 原料的选择线材车间坯料选择的是否合适，不仅关系到线材车间本身的产量、质量和成本，而且对以线材为原料的再加工产品的产量、质量和成本也有影响。原料选择包括原料种类、断面形状和尺寸的选择，单重的选择，以及原料材质的选择。2.1
5、原料的选择1. 原料种类的选择线材车间的原料按其生产方式分为钢锭、轧制钢坯和连铸钢还三种。连铸坯的特点：优点：连铸坯使用钢水直接浇注拉矫而成的，在生产过程中省去了整模、脱模、钢锭均热、初轧开坯等生产工序，简化了生产过程及设备，使金属收得率提高了 612以上，并大幅度降低能耗，运行成本降低，较初轧坯形状好，短尺少，组织成分均匀，节省投资，节省劳动力，易于实现自动化。缺点：使用钢种少，目前主要用于镇静钢，压缩比也受一定得限制，也受结晶器得限制，规格不灵活，连铸速度较慢，与轧制速度不匹配，工艺难掌握。使用条件：适合于大、中、小多类钢铁企业，生产品种较少，批量较大的情况；适合于压缩比要求不特别严格的产
6、品。钢坯的特点：优点：钢坯是以大钢锭为原料，经均热，初轧开坯轧制而成。因此，可用较大的钢锭，压缩比也可较大，反复破碎再结晶，得到均匀细小晶粒，并且可以中间清理，所以钢材的内在质量好，钢种范围广，坯料的尺寸规格可灵活选择。钢种不受限制。缺点：需要初轧开坯，使工艺设备复杂化，能源消耗和成本增高，并且在加热过程中烧损，切去头尾，金属收得率降低。使用条件：连铸困难的合金钢及特殊要求的钢种以及生产品种较多的车间。小钢锭的优点：不用初轧开坯，可直接轧制成材。缺点：金属消耗大，成材率低，中间不能进行清理，表面质量差，压缩比小，产量低。使用条件：无初轧开坯和连铸小方坯的中小钢铁企业及特殊用途轧机。随着近些年来
7、，连铸技术得到了飞速发展，许多连铸过程中易出现的问题均得到了较好的解决，目前连铸坯的质量已接近初轧坯，而且今后连铸技术还会有更大的发展，由于连铸自身具有收得率高、工艺简单、成本低等一系列优势，连铸坯已逐渐代替了初轧坯的统治地位，综合以上种种因素，本车间选用连铸坯为钢锭由于铸造工艺的限制，一般断面较大，而且为了脱模不可避免地在钢锭长度方向带有锥度，这就造成以钢锭为原料生产线材时的轧制道次多，轧制过程中温降大。目前，用钢锭作原料直接轧成线材的生产方式已被淘汰。5轧制钢坯经粗轧机开坯轧制而成，其规格范围广、钢种多但并不能消除偏析、缩孔等缺陷且再生产过程中要发生烧损、切头、切尾等。故轧制钢坯很少用。高
8、速线材轧机采用连铸坯为原料后，与采用轧坯相比，从炼钢到成材，能耗可降低 80kg/t 标煤，金属收得率提高 10%左右、能耗低、劳动条件改善、生产率提高。因此本设计原料选用连铸坯。 12. 原料断面形状的选择选择方形坯，不需要特别翻转，也正好配合平立的扁箱和方箱孔型，实现与椭圆-园孔型的过渡。3. 原料单重的选择大盘重要求坯料重量大。粗略按以下计算：金属氧化损失一般占坯重的 1%，粗轧切头在 3kg 以下，预精轧切头一般为 1.5kg，精轧前切头一般为 1.2kg，成品切头一般为3kg 则：(1)781.%Wcb式中：坯料单重；Wb成品盘重。c由用户要求和设备经济性考虑，盘重一般为 2.0 t
9、 左右，取坯料约为 2.03 t4. 原料尺寸的选择坯重一定情况下，选择大断面坯可以缩短坯料长度，但断面过大使轧制道次增加，机架数增加，投资加大。断面小则长度大。对高速线材轧机坯料，一般为 120 mm2 160 mm 2 之间，结合现场选 150mm2。坯料长受加热炉宽度限制，一般不超过 12m 的加热炉技术较为成熟，加热上限温度较高。另外从连轧出入口速度考虑，由连轧关系 CVAbff 坯料、成品断面积；fbA,坯料、成品轧制速度。 2fV轧线出口速度对车间生产能力和技术水平起决定作用，出口速度高，可以增大盘重，提高产量。而且相应提高了入口速度，避免粗轧辊速度低，产生严重热龟裂。但控制水平要
10、求也相应提高。考虑先进性和经济性，参考现场取 为 120m/s。fV为满足粗轧热应力状态下轧辊不龟裂的速度 应大于 0.11m/s，所以坯料边长b6(2)ba1.0fAV式中： 取产品大纲中最小断面尺寸。fA则 154.1mmba由于坯料重 2 t 左右，取连铸坯密度为 7.6 g /m3，则钢坯的长约为：310L = =11.87m26.715.0故最终选择 150 方 X12m 的方坯，单重达 2.03 吨。2.2 原料的质量、规格及尺寸偏差1. 原料质量1) 连铸坯表面不得有肉眼可见的裂纹、重皮、结疤、夹杂。2) 表面不得有深度大于 3mm 的划痕、压痕、擦伤、气孔、皱纹、耳子、凸块、凹
11、坑和深度大于 2mm 的发纹。3) 连铸坯横截面不得有缩孔、皮下气泡2. 原料的规格及尺寸偏差表 1 原料的规格及尺寸偏差 3名义尺寸(mm) 长度(mm) 宽度(mm) 对角线偏差 单重(kg)150150尺寸150偏差4尺寸150偏差4 6 mm 2052钢坯长 ，总弯曲度小于 100mm，不得有明显的扭转。m80123 主机列选择与布置3.1 主机列选择原则轧钢机形式的选择包括轧机结构形式和布置形式两个方面，而在通常情况下，两者应是相匹配的。轧钢机形式的选择主要根据生产的品种、质量、轧制速度、生产规模及所确定的工艺过程来决定，还要考虑到轧钢机的制造条件和工人的劳动条件等因素。总的来说主机
12、列（轧钢机）的选择应依据以下原则：1. 在满足产品方案的前提下，轧机组合要合理2. 有较高的生产率和设备利用系数3. 保证获得良好质量的产品，并考虑到生产新品种的可能4. 有利于实现机械化、自动化，有利于改善工人的劳动条件5. 轧机结构型式合理、操作方便、维修方便。7本车间设计主要生产硬线产品，硬线产品不同于其它普线产品，硬线生产所需的轧制力大，而要求尺寸精度高、表面质量好，还要保证其良好的性能，以便后续加工。由此，主机列的选择也不同于一般线材厂，要满足以上要求需要高精度、高速度的轧机机组，并且粗轧机要有很好的刚度能够实现大压下。年产 50 万吨高速线材一般采用连续式。连续式线材轧机在粗轧、中
13、轧和精轧全部实现连轧，每架轧制一道。连续式线材轧机机械化、自动化装备水平高，轧机结构新，产品范围广。轧制速度高，盘重大。而且后部工序完整，年产量较高。其布置形式如图 4 所示。连续式线材轧机一般使用 8080ll0ll0mm 方坯，精轧速度为 2575ms，其产品为512 线材，而且中轧机组可生产 1425 的盘圆，年产量可达 2560 万 t。连续式轧机机架一般在 25 架以上，精轧机设计轧制速度可达 150m/s，保证速度 120m/s。 4图 1 连续式线材轧机1加热炉；2粗轧机列；3中轧机列；4预精轧机列；5精轧机列连续式线材轧机以其高的轧制速度、精确的轧制精度、稳定的轧制工艺以及轧出
14、件高质量被广泛使用。近几年来我国线材厂引进或更新的基本上都是连续式线材轧机，横列式轧机与复二重轧机已经基本都被淘汰 8。结合现场的实际生产情况，本设计所选得主机列布置形式为连续式。3.2 主机列选择3.2.1 机架数目的确定由坯料尺寸（150mm150mm）和所轧制的最小断面的轧件尺寸（9mm）确定轧制道次。考虑到坯料尺寸偏差和热膨胀因素，所以总延伸系数为：(3)06.3844915.)0(20 nF一般全线平均延伸系数为： .1轧制道次 (4)37.2lnN取整得 ，精轧最后两架为减径机。轧机最后为两架定径机（不考虑在内） 。24N参考现场实际生产情况及相关资料将 22+4 架轧机分为粗轧、
15、中轧、预精轧、精轧及减定径五组机组 5。其中粗轧 4 架，中轧 4 架，预精轧 6 架，精轧 8 架，减定径机 4 架。83.2.2 粗轧机组的选择粗轧机组是使坯料得到初步压缩和延伸，得到温度合适、断面形状正确、尺寸合格、表面质量良好、端头规矩、长度适合工艺要求的轧件。本设计选用 4 架平立辊交替布置的二辊无牌坊式粗轧机组，采用单独传动方式。这种粗轧机组的平一立轧机为单独传动，过去只能单线无扭轧制，主要用在产品精度要求很高的轧机上。目前，立辊轧机已发展成为可转换为水平轧机的结构，其传动方式有上传动和下传动两种。有了这种结构的轧机，在粗轧机组上既可单线无扭轧制，又可多线轧制。它为产品精度要求高，
16、年产量要求大的高速线材轧机车间提供了条件。例如奥钢联里木多纳维茨厂就采用了这种粗轧机组，从而满足了中轧和精轧机组的双路布置，单线轧制的需要 6。图 2 立辊可转换为水平辊的轧机示意图1 一水平机架；2 一立式机架3.2.3 中轧机组的选择中轧的作用是继续缩减从粗轧机组轧出的轧件断面，为精轧提供形状正确、尺寸精确的中间料为保证足够的压下量。本设计所选的中轧机组参考宝钢高线厂、安钢高线厂等高速线材厂，4 架平立交替布置的、双支点、长辊身、多孔型无牌坊轧机。3.2.4 预精轧机组的选择预精轧机组继续缩减从中轧机组轧出来的轧件断面，为后面的精轧机组轧机提供尺寸精确和形状正确的轧件。综合论述，本设计前两
17、架选用无牌坊轧机，后四架选用悬臂轧机。图 2 为预精轧机的机列布置，属于平一立悬臂式轧机交替配置 7。9图 3 预精轧机的机列布置l 一水平机架；2 一立式机架3.2.5 精轧机组及减定径机组的选择高速线材轧机的精轧机组是最具特色的关键设备，它的水平决定整套线材轧机的水平。从高速轧机的诞生与发展看，不论那一种型式的轧机都追求实现高速，而要达到高速都必须解决高速运转所产生的振动问题。 减少振动的方法，一是提高制造精度实现平衡；二是降低轧机高度，缩小轧机尺寸，降低运转部位到基础的距离和尽可能缩减转动体的体积；三是取消振动不可控制的零部件，如轧机接袖、袖套、联轴器。振动问题解决了，轧机运转速度可以提
18、高。这也是设计、生产、制造、使用高速轧机的根本原则。在此基础上，产生了许多不同型式的高速机组，并各具特点，其中摩根高速无扭机组的优势更多一些，应用也更广泛些。本设计中的精轧机组和减定径均为顶交 45超重型无扭轧机，它们分别由 1 台交流电机经联合齿轮箱集中传动，碳化钨辊环，辊缝由偏心套对称调节。精轧机组为 8 架。减定径机为4 架，用换辊小车整机架快速更换。3.3 轧机的选择各机组主要参数如表 2表 2 轧机主要技术参数轧 辊 主电机 速 比机组机架号机架布置辊 径(mm)最大辊径 最小辊径辊身长度(mm)功率 kw 转速r/min10粗轧机组中轧机组预精轧机12345678910111213
19、14HVHVHVHVHVHVHV6106104954954204204204204204202482482482485205204204203603603603603603602222222222228008007007006506506506506506507575757560060070065075070075070070070070065070065070014007001400700140098.3876.4059.4036.9713.5910.107.945.962.942.341.061.060.890.753精轧机组减定径机15161718192021222324 2526454
20、545454545454545454545228228228228228228228228 228228228228205205205205205205205205205 2052052057272727272727272727272725000320050157085017000.5970.4110.4110.3250.2140.2140.1560.1560.1250.1250.1020.1024 孔型设计4.1 孔型设计概述钢坯要在所设计的孔型中轧制若干道次才能获得所要求的断面形状和尺寸，同时孔型设计还与所轧产品的性能、质量及轧机的生产能力、金属消耗、能耗、产品成本、劳动条件都直接相联，所以孔型设计是车间设计重要一环。4.1.1 孔型设计的内容孔型设计是型钢生产的工具设计。孔型设计的全部设计和计算包括三个方面：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，确定孔型系统、轧制道次
