1、学 号：201314660106课 程 设 计论文题目: 年产 90 万吨高速线材轧制规程设计学 生 姓 名: 张凤煦学 院: 冶金学院专 业 班 级 : 13成型 1班指 导 教 师 : 董福涛2017 年 01 月 06 日目 录1.1 原料及产品介绍1.2 主要设备的选择1.2.1 立辊选择 1.2.2 轧机布置 1.2.3 粗轧机的选择： 1.2.4 精轧机的选择： 2 压下规程设计与辊型设计 2.1 压下规程设计 2.2 道次选择确定 2.3 粗轧机组压下量分配 2.4 精轧机组的压下量分配 2.5 校核咬入能力 2.6 确定速度制度 2.7 轧制温度的确定 2.8 轧制压力的计算
2、2.9 传动力矩 3 轧辊强度校核 3.1 轧辊的强度校核 3.1.1 支撑辊弯曲强度校核 3.1.2 工作辊的扭转强度校核： 参考文献 1 原料及产品介绍线材是成卷交货的细长钢材，除部分直接用于金属制品、建筑用材以外，大部分是用于拉拔的原料，要求直径较小，物理性能均匀，金相组织尽可能索氏体化。我国是世界上最大的线材生产国，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，在国内钢铁产量的比重一直较高。2007 年国内线材产量占我国钢材总产量比例的 14.2%。从线材进出口情况看，长期以来一直是我国主要钢材出口品种。但由于资金及认识的滞后，我国仅有为数不多的几家线材厂能生产出高
3、档次的线材产品，因此我国有时还需要从国外进口少量帘线钢丝、钢绞线、镀锌钢丝等硬线产品。线材特点是断面小、散热快，而用户需要长度大的盘卷。增大坯料断面，减少线径，则线材轧制道次越来越多。增大盘重则造成轧制时间加长。过去采用横列轧机只能生产100 公斤盘重，6.5 线材的尺寸公差达到 0.5mm，索氏体化很少。上世纪 70 年代我国曾大力发展 4 线复二重横列轧机，最高出口速度为 16m/s。复二重横列轧机使用廉价交流电机，但盘重仍然很小，成材率仅 80%左右。同期，国外发展单线高速轧制，给线材轧制技术带来突破。生产线全线为平立交替布置，轧件无扭运行，尽可能减少了事故隐患。精轧为减少动态速降，采用
4、成组传动的紧凑悬臂轧机，为高速下顺利轧制带来保证。为解决高速线材冷却均匀问题，出现了吐丝机和散卷风冷线，大大改进了冷却效果。目前，高线生产的最高出口速度达到 150m/s，成材率达到 98%。而且，随着生产技术的提高，高线所用的轧机刚度不断提高，8 尺寸精度从0.4 达到0.1。尤其为能顺利生产硬线，轧机能力不断加大，这对实现低温轧制，各种控轧控冷工艺都是必要的。从磨损角度看，线材轧制公里数长，轧槽磨损大，容易出现堆拉钢事故。因而，精轧机组最先采用碳化钨硬质辊环轧辊。最近，人们又把预精轧后四架布置成安装碳化钨辊环的悬臂轧机，收到良好的效果。生产流程：通过步进式加热炉将方坯加热至 1100 摄氏
5、度以上；加热后的方坯出炉，进行高压水除鳞；进入粗轧机轧制，粗轧机为热连轧机组；粗轧后的轧件进入水冷段进行降温，以控制其内部金相组织；离开水冷段后进入中轧机和精轧机进行进一步轧制；精轧后的轧件由吐丝机吐出形成盘卷状；盘卷状的线材在空冷段中冷却前进；在空冷段的末端，线材由集卷器打成卷筒状；打成卷筒状后的线材送入打捆机打捆；进入成品库。产品品种：普碳钢、优碳钢、焊条刚、焊丝钢、弹簧钢、轴承钢、碳结钢、不锈钢、高速工具钢、冷镦刚、低合金钢等。生产设备：蓄热式加热炉、粗轧区设备、精轧区设备、液压润滑设备、泵和风机、工艺导位和导槽、液压润滑管道、卷取机等。1.1 原料的选择1.1.1 原料种类的选择线材车
6、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。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。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
7、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 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
8、 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 式中：坯料、成品断面积；fbA,坯料、成品轧制速度。fbV,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b(2)ba1.0fAV式中：取产品大纲中最小断面尺寸。fA则
9、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。1.1.2 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名义尺寸(mm) 长度(mm) 宽度(mm) 对角线偏差 单重(kg)150150尺寸1
10、50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。m80121.2 金属平衡表轧制过程中线材消耗一般由烧损、切损、轧废、检查样品及人为的钢号混乱等组成。其中烧损约占 0.8%，轧废约占 1.5%，检查样品约占 0.2%，则年产 90万吨的硬线线材车间金属平衡表如下。表 2金属平衡表钢坯(万 t) 成品(万 t) 损耗 ( t )质量 41.24 40烧损3298.9切损2062轧废6186检查样品824.8比例(%) 100 97 0.8 0.5 1.5 0.2金属消耗系数为： 031.42.成 品 重坯 重K1.2 主要设备的选择1.2.1
11、轧机布置由坯料尺寸（150mm150mm）和所轧制的最小断面的轧件尺寸（8mm）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)=【 （ 150+4） 1.015】 2884 =486.3一般全线平均延伸系数为： =1.25轧制道 (4)2.7lnN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） 。28N参考现场实际生产情况及相关资料将 26+4架轧机分为粗轧、中轧、预精轧、精轧及减定径五组机组。其中粗轧 6 架，中轧 6 架，预精轧 6 架，精轧 8 架，减定径机 4 架。1.2.2 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
12、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6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(如图 1)，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，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 2。图 1立辊可转换为水平辊的轧机示意图1 一水平机
13、架；2 一立式机架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，为 6 架平立交替布置的、双支点、长辊身、多孔型无牌坊轧机。1.2.3 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。本设计前两架选用无牌坊轧机，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 2。图 2 预精轧机的机列布置l 一水平机架；2 一立式机架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
14、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
15、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。2 压下规程设计与辊型设计2.1 压下规程设计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、轧制道次和各道次的变形量，以及各道次的孔型形状和尺寸。2. 配辊确定孔型在各机架上的分配及其在轧辊上的配置方式，以保证轧件能正常轧制、操作方便、成品质量好和轧机产量高。2.2 道次选择确定1. 1# 轧机的孔型为平箱，2# 轧机的孔型为立箱。箱形孔型系统的轧件变形较为均匀，角部没有改变，容易温度偏低。由于箱形孔
16、型系统的特点，在线材生产上它多用于轧制的头几道次，并用于轧制断面尺寸在 60 60 毫米以上的轧件。在 400 毫米轧机上这种孔型最小轧出断面尺寸为 56 56毫米；在 300 毫米轧机上这种孔型最小轧出断面为 45 45 毫米。箱形孔型道次延伸系数一般为 1. 20 1.40。2. 3# 6#轧机的孔型依次为：椭圆圆椭圆圆这种孔型系统的优点在于：1) 孔型形状能使轧件从一种断面平滑地转换成另一种断面，从而避免金属由于剧烈的不均匀变形面产生局部应力。 2) 在此孔型系统中轧出的轧件没有尖锐的棱角，轧件冷却均匀。3) 孔型形状及变形特点有利于去除轧件上的氧化铁皮，使轧件具有良好的表面。4) 必要
17、时可在延伸孔型中获得圆断面成品，从而减少换辊 3。综合比较各种孔型系统，本设计的中轧、预精轧、精轧及减定径轧机孔型选取椭圆2.3 粗轧机组压下量分配典型产品（8.0mm ）总延伸系数为 736.8由延伸系数的分配原则确定各道次延伸系数见表 3表 3各道次的延伸系数轧制道次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12 14延伸系数轧制道次延伸系数1.3151.281.25161.271.39171.251.32181.241.39191.211.28201.221.38211.221.32221.211.32231.201.32241.221.33251.211.25261.21
18、1.28271.201.25281.20确定各道次轧件的断面面积按逆轧顺序进行计算：由公式 7： nnF112n23n.(5)21F所以，各道次轧件断面面积如表 4表 4各道次轧件断面面积轧制道次 1 2 3 4 5 6 7断面面积轧件尺寸轧制道次断面面积轧件尺寸轧制道次断面面积轧件尺寸轧制道次断面面积17307.782328.454.515392.522102.411.213846.2.91763.916309.119.82385.39961.3101336.341.317247.22470.09.47546.498111004.818208.416.32557.85429.112803.8
19、32.019184.42647.777.84241.573.513628.020151.213.92739.83073.514502.425.321123.92833.26.0孔型设计计算由程序计算得各个孔型尺寸如下表：表 5 孔型参数轧件尺寸(mm) 孔型尺寸(mm)规格机架 高度 宽度 高度 宽度 椭圆圆弧半径 圆扩张角 辊缝1 115 150.5 120 160 15.02 117.7 117.7 125 125 12.03 84.8 135.8 84.8 150/9 193.9 20.84 98 98 98 107.5 30 15.05 57 120.5 57 133.9 113.7 13.46 73.5 73.5 73.5 82.3 30 12.577 41.7 91 41.7 101.1 165.9 10
