1、课程设计说明书设计题目：年产 60 万吨棒材车间工艺设计学生姓名： 学 号： 专 业： 学 院： 指导教师： 课程设计- - 1 -摘要.4关键词.41 引言.42 方案大纲及坯料选择.52.1 编制产品大纲方法52.2 产品方案的主要内容52.3 坯料选择52.3.1 连铸坯特点62.3.2 钢坯特点.62.3.3 小钢锭特点.62.4 坯料选用所考虑因素.62.4.1 坯料形状尺寸.63 轧机选择.73.1 轧机布置选择及比较73.1.1 横列式布置轧机.83.1.2 顺列式布置轧机.83.1.3 连续式布置轧机.83.2 轧机机架数的确定93.3 轧机型式的选择和对比.93.3.1 开式
2、机架.93.3.2 闭式机架.93.3.3 半闭口机架.93.3.4 短应力线轧机.103.3.5 平立可转换轧机.103.4 轧辊尺寸确定.103.4.1 选择轧辊直径.103.4.2 辊身长度.114 加热设备的选择.124.1 炉型的选择.124.2 产量计算.12课程设计- - 2 -4.3 炉子尺寸的确定.125 孔型设计与系统选择.135.1 孔型设计的要求与基本原则.135.2 孔型系统的选择.145.2.1 箱型孔型系统.145.2.2 椭圆-圆孔型系统.145.3 典型产品 12 螺纹钢的孔型设计.155.3.1 典型产品.155.3.2 分配延伸系数.155.3.3 轧制道
3、次面积的确定.165.3.4 典型的孔型尺寸计算.166 力能参数校核206.1 轧制温度的计算.206.2 轧制力能计算及电机校核.206.2.1 平均单位压力的计算.206.2.2 轧制压力的计算.226.2.3 轧制力矩的计算.236.2.4 附加摩擦力矩的计算.236.2.5 空转力矩的计算.246.3 轧辊强度的校核.256.3.1 辊身强度的校核.266.3.2 辊颈强度的校核.276.3.3 传动端轴头强度的校核.287 产量有关计算297.1 轧钢机产量概述.297.2 车间的年产量计算.317.3 提高轧钢机产量的主要途径.318 车间辅助设备的选择328.1 剪切设备的选择
4、.32课程设计- - 3 -8.1.1 飞剪机.328.1.2 飞剪机.328.1.3 倍尺剪.328.1.4 定尺剪.338.2 冷却设备的选择.338.2.1 冷床的结构与形式.338.2.2 冷床的参数确定.338.3 导卫装置的选择.358.4 活套的设计.359 车间布置359.1 布置的原则及设备间距的确定.369.1.1 车间平面布置的原则.369.1.2 设备间距的确定.369.2 车间工艺流程.3710 结语.37参考文献.38课程设计- - 4 -年产 60 万吨棒材生产车间工艺设计冶金学院 10 轧 1 何杨明 201006020117 摘要：设计年产量 60 万吨的小型
5、棒材厂，品种为 1440mm 的圆钢和螺纹钢，典型产品为 12 的螺纹钢。棒材以定尺交货，横列式、半连续式、全连续式各种轧机都可以进行生产。平立交替的连轧棒材事故少，生产效率高，产量大，因而棒材生产普遍向连轧发展。本设计任务为年产 60 万吨，可以采用半连续式或全连续式，考虑减少事故，为将来扩大产能，本设计采用全连轧方式。本车间设计的主要依据是现代棒材生产工艺过程的理论，参阅了国内有关棒材轧机的先进工艺、轧机的装备、技术、孔型系统及一些辅助设备的论述，重点参照唐银棒材厂和石钢棒材厂, 采用全连轧方式,而设计了此车间。此设计说明书以设计任务书出发，论述了建厂的必要性和可能性，并按照车间设计的步骤
6、进行设计，主要包括：产品大纲的制定、轧机的选择、孔型系统的选择及典型产品的孔型设计、力能参数的计算及校核、辅助设备的选取等。关键词：连轧棒材；高刚度轧机；平立交替轧机；高精度圆钢1 引 言国内正处于高速经济发展时期，大规模基础设施建设和房地产投资促使我国棒材产量在钢材总量中的比例超过了 40，为世界最高，棒材的生产直接影响国家发展全局。棒材的 70%用作建筑，其余用作各种零部件用材。除螺纹钢筋直接应用于建筑之外，有相当部分加工成各种轴类零件。建筑用材要求在较高的屈服强度下，保持一定的延伸率。机械零件要求机加工性能良好，对组织有一定要求。作为建筑用材，提高产品合格率、尺寸精度、强度，增加力学性能
7、的均匀程度，可以节省成本，降低钢材消耗， ；同样对于加工轴类，也可减少车削，降低成本。在进行棒材车间工艺设计时，要考虑到以下几点：1）棒材的断面形状简单，比起线材一般断面大很多，因此散热慢，允许轧制时间长，头尾温差大的问题不突出，但上限产品容易压缩比不足。2）与其他热轧一样，为能轧制高尺寸精度的产品，必须保证加热均匀一致，轧机刚度尽可能的高，轧制中，做到冷却一致。3）轧制中还有磨损带来孔型的变化，影响轧制的持久稳定。 1棒材以直条交货，轧制单根棒条可以使用最小坯料，轧制道次也不是很多，降温不是主要考虑问题，因而把棒材轧制是所有轧材中最容易实现的品种，它可以有多种方式。从三辊横列式，到扭转二重式
8、，从各种半连续式到全连续式，都能生产棒材，但其产量、尺寸精度、成材率、合格率却都大不一样。三辊轧机刚度低，加热温度的波动必然带来严重的产品尺寸波动，加上横列式速度慢、轧制时间长，导致轧件头、尾温差加大，容易尺寸不一致，并且性能不均，产课程设计- - 5 -量很低，质量波动很大，优质率极低。全连续轧机一般采用平立交替，轧件无扭，事故少、产量高，可以实现了大规模的专业化生产和组织性能控制，这类车间一般达到年产 70 万吨左右。 2同时轧机采用高刚度，控制自动化程度较高，使尺寸精度和合格率得到很大提高，尤其成材率提高，减少回炉炼钢的浪费。按照任务书要求，本设计设计年产 60 万吨，规格为 1240m
9、m 圆钢和螺纹钢全连续式棒材车间。2 方案大纲及坯料选择2.1 编制产品大纲方法1)满足国民经济发展对轧制产品的需要，特别要根据市场信息解决某些短缺产品的供应和优先保证国民经济重要部门对于钢材的需要。2)考虑各类产品的平衡，尤其是地区之间产品的平衡。要正确处理长远与当前、局部与整体的关系。做到供求适应、品种平衡、产销对路、布局合理。3)考虑轧机生产能力的充分利用和建厂地区产品的合理分工。有条件的要争取轧机向专业化和产品系列化方向发展，以利提高轧机的生产技术水平。4)做到产品结构和产品标准的现代化，有条件的要考虑生产一些出口产品，走向国际市场。 52.2 产品方案的主要内容1)车间生产的钢种和生
10、产的规模；2)各类产品的品种和规格；3)各类产品的数量和其在总产量中所占的比例等。表 1 产品大纲（单位：万吨）钢种 代表钢号 12-16 17-20 21-25 26-40 合计 比例 % 备注碳素结构钢 Q235 1.2 1.65 1.66 2.32 6.98 0.116优碳结构钢 45 1.0 0.78 0.72 0.73 3.13 0.052螺纹钢圆钢低合金钢20MnSi25MnSi 40Si2MnV8.17 8.87 11.98 9.77 38.78 0.646圆钢螺纹钢锚链钢M15M20M300.97 0.98 0.96 0.95 4.83 0.081铆螺钢 BL2BL3 1.01
11、 0.74 0.66 1.06 3.13 0.052弹簧钢 65Mn 1 0.76 0.76 0.72 3.13 0.052圆钢合计 13.35 13.78 16.74 15.55 60 1课程设计- - 6 -2.3 坯料选择棒材生产所用的原料有三种，可分为小钢锭（用钢锭直接轧制成材） 、钢坯（用钢锭轧制成的坯）和连铸坯。2.3.1 连铸坯特点优点：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
12、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品。2.3.2 钢坯特点优点：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
13、：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。2.3.3 小钢锭特点优点：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。2.4 坯料选 用所考虑因素2.4.1 坯料形状尺寸坯料断面形状的选择主要与轧制产品的形状有密切的关系。棒材轧制常选用方形坯料，因为这样有利于延伸系数的分配和减少轧制道次。1) 为了便于钢坯的运输和保证钢坯加热时沿长度方向上温度的均匀性，钢坯的长度尽可能的短。但为了提高车间产量，减少切损，提高轧机作业率，希望坯料尽可能长。从加热炉宽度考虑，方坯
14、长度不要超过 12 米。2) 最大重量的选择由轧机最后一道次轧制时间计算。(参考现场数据设计能力达 18m/s 的最小规格断面为 12mm)课程设计- - 7 -由公式G1=FLK（1）式中:F成品断面面积 mm2，L轧件的长度，mm轧件比重 kg/mm3，取 7.8510-3 kg/mm3K由坯料道成品的金属消耗系数 取 K1.043因为L=V（2）式中:最后一道次许可轧制的时间 取 60SV成品轧制速度，取 V18m/s由式（1） 、 （2）得 G1=FV K=2776.56kg3) 确定坯料长度取连铸坯的比重为 7.65103Kg/m 3G1=v=L0A2 （3）所以 L010.95m
15、取钢坯长度 L=11m由式（3）得钢坯重量为 G=LA2=2499kg产品断面面积与终轧速度的大小，以及考虑加热炉设计时炉底支撑梁的安全性，取钢坯长度为 11m,平均单重 2.5t/根。4）钢坯规格及允许偏差(1)连铸坯横断面尺寸及允许偏差（符合 YB20118 标准）(2)钢坯长度定尺：1208012000mm；(3)钢坯弯曲度不得大于 15mm/m，总弯曲度不得大于 80mm/12m；(4)端部切斜不得大于 20mm；(5)不得有明显的扭转。表 2 连铸坯横断面尺寸及允许偏差长度 宽度名义尺寸尺寸 偏差 尺寸 偏差对角线长度偏差 单重 kg/m165165 165 5 165 5 7 20
16、8.33 轧机选择轧钢机选择的主要依据是：车间生产钢材的品种，产品品种和规格，生产规模的大小，以及由此而确定的产品生产工艺过程。3.1 轧机布置选择及比较课程设计- - 8 -轧钢机按工作机架排列成某种方式称为轧钢机布置，可以分为六种：单机架布置、横列式布置（包括一列、二列和多列式布置） 、顺列式(跟踪式)布置、布棋式布置、半连续式布置、连续式布置，如图 1 所示。a-单机架，b- 横列式，c-顺列式，d- 棋盘式，e- 半连续式，f-连续式图 1 轧钢机按机架排列的分类轧钢机布置的基本形式只有三种即横列式布置、顺列式布置和连续式布置。布棋式布置可以视为为了缩短车间长度所采取的顺列式布置的一种
17、变形，而半连续式布置则常常是连续式和其它形式(例如横列式布置)的组合。 63.1.1 横列式布置轧机一般都是采用穿梭轧制和活套轧制方式。其每架轧机上可以轧制若干道次，变形灵活，适应性强品种范围宽广，控制操作客易。主要用于生产各种型材、线材、和开坯生产。另外，横列式布置轧机具有设备简单、投资少、建厂时间短的优点。我国中型厂和地方小企业的轧机基本部是横列式轧机。横列式布置的轧机，同一机列轧辊的转速相同，轧制速度并不随轧件长度增加而提高，因而产量小，轧机劳动生产率低，轧制产品的质量也差，不易实现自动控制，国外已淘汰。这是横列式布置轧机的重要缺点3.1.2 顺列式布置的轧机采用跟踪轧制方式，每架轧机只
18、轧一道，各架轧机具有不同的轧制速度，可以随轧件长度的增加而提高轧制速度，因而具有较高的生产率。每架轧机只轧一道，轧辊 L/D=1.5-2.5，机架多采用闭口式，刚度大，产品精度高，不连轧，各架不影响，调整方便。但是轧件轧出的长度随道次的增加而加长。机架之间的距离也随轧件长度的增加而增加。因此顺列式布置的轧机有校长的厂房，导致车间占地面积和投资的增加，故只适宜于生产断面尺寸较大的钢材，或用于其它布置形式的粗轧课程设计- - 9 -机列。3.1.3 连续式布置的轧机除了每架顺次轧制一道外，还必须保持成连轧关系的各架轧机单位时间内金属秒流量相等的原则。由于连续式布置的轧机易于实现轧制过程的机械化和自
19、动化可以采用较高的轧制速度，因而具有很大的生产能力。连续式布置的轧机是各类轧机发展的方向。综上所述，本设计采用连续式布置轧机。3.2 轧机机架数的确定对于每架只轧一道的连续式轧机，确定其机架数是比较容易的。因为其机架数目一般不少于轧制道次，只要知道轧制道次即可确定机架数。首先确定总延伸。z=Fo / Fn（4）式中：z压缩比；F0钢坯断面积， mm2；Fn成品断面积， mm2。产品大纲中，最小规格为 12 。Fn=0.25 * 3.14 * 12 *12采用 165 方坯 F0 =165 *165由式（4）得， z=F0/Fn =（165*165）/（0.25 * 3.14 * 12 *12）
20、=240.84轧制道次和机架数可用下式确定：N = Lgz / Lgp（5）式中：N机架数目；z由坯料到成品的总延伸系数；p各道次的平均延伸系数。设计孔型系统为箱形孔和椭圆-圆的组合孔型生产系统。箱形孔平均延伸系数： p =1.25 -1.4 ；椭圆-圆平均延伸系数： p= 1.3 1.4 ；根据以上经验数据，再参考同类棒材车间， p = 1.31 。由式（5）得 N = Lgz / Lgp = 21选取机架数为 21 架。生产大规格产品可甩架次（空过） ，减少轧制道次。3.3 轧机型式的选择和对比3.3.1 开式机架 这种机架的上盖(上横梁) 可以拆卸，其主要优点是更换辊方便，因此它主要用在换辊比较频繁的横列式布置的型钢轧机上。其主要缺点是刚性较差，轧出的产品精度不高。
