年產(chǎn)10萬噸小型型鋼車間設計

遼寧科技大學?？粕C合實訓-型鋼生產(chǎn)實訓 第頁遼寧科技大學課題設計標題：10萬噸Φ10圓鋼小型型鋼車間設計姓名：學號：專業(yè)：金屬材料壓力加工指導教師：摘要本設計的主要任務是設計一個成品規(guī)格為Φ10mm圓鋼連軋生產(chǎn)線。在這里我概括性的說明一下我的整個設計工作的情況。圓鋼廣泛用于機械制造、精密金屬結構、橋梁建筑等部門，是一種非常重要的鋼材。型鋼生產(chǎn)在軋鋼車間生產(chǎn)中占有重要的地位，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國每年生產(chǎn)的型材占鋼材生產(chǎn)總數(shù)量的50%左右，因此，掌握型鋼生產(chǎn)理論與工藝，對提高型鋼產(chǎn)品質(zhì)量和精度，開發(fā)新品種、新工藝、新設備，完善生產(chǎn)自動化和計算機控制技術，具有很大的現(xiàn)實意義。在本設計中，自動化程度極高，從坯料上料到成品，一線全部自動化，無需人工操作。坯料選用連鑄坯取代初軋鋼坯，提高了成材率，簡化了工藝過程，降低了生產(chǎn)成本。同時，設計采用全連軋生產(chǎn)線，縮短了軋制周期，提高了軋機產(chǎn)量、軋制精度和成品質(zhì)量，降低了成本。并且在軋制的精軋部分采用平立輥交替軋制，減少軋制事故的發(fā)生，提高了生產(chǎn)效率。根據(jù)本次設計書“年產(chǎn)10萬小型型鋼車間設計”的要求進行的。為做到以事實為依據(jù)，以實踐為出發(fā)點，以認真求知為根本原則，我認真研究了陜西龍門鋼鐵總廠西安軋鋼廠，對期生產(chǎn)過程進行了認真細致的觀察、思考和記錄，掌握了生產(chǎn)第一線的確切數(shù)據(jù)，為本次設計提供了寶貴資料。關鍵詞：型鋼連鑄坯全連軋目錄摘要 1目錄 2第一章緒論 12.1我國歷年普通小型棒材生產(chǎn)和需求情況 12.2我國小型棒材生產(chǎn)能力分析 1第二章車間平面布局 22.1車間平面布置的原則 22.2金屬流程線的確定 22.3設備間距的確定 32.3.1加熱爐到軋機的距離 32.3.2兩機架之間的距離 32.3.3倉庫面積的確定 42.3.3其他設施面積的確定 4第三章Φ10圓鋼生產(chǎn)工藝制度 53.1制定產(chǎn)品的工藝流程 53.1.1生產(chǎn)工藝流程的確定 63.1.2生產(chǎn)工藝流程簡述 73.2金屬平衡表的編制 113.2.1金屬消耗 113.2.2金屬消耗組成 11第四章主設備選擇及技術性能 134.1設備選擇主要內(nèi)容 134.2生產(chǎn)設備分類 134.3設備選擇的原則 134.4主要設備 134.4.1軋機的組成 134.4.2軋機形式的確定 13第五章輔助設備選擇及技術性能 155.1加熱爐 155.1.1爐型選擇 155.1.2爐子尺寸的確定 155.2活套 165.3剪切機 175.4冷床 17第六章原料及壓下規(guī)程的確定 196.1原料確定 196.2孔型設計的內(nèi)容 196.3孔型設計的要求 196.4孔型系統(tǒng)選擇 206.5計算產(chǎn)品10mm圓鋼孔型設計 206.5.1精軋孔型系統(tǒng)的設計 216.5.2延伸孔型設計 22參考文獻 261．緒論2.1我國歷年普通小型棒材生產(chǎn)和需求情況我國小型棒材平均每年增長716%,1998年普通小型棒材產(chǎn)量已占全部鋼材產(chǎn)量的2611%。1998年我國帶肋鋼筋和圓鋼產(chǎn)量分別占全部普通小型材的7410%和1518%,二者合計,占普通小型材的8918%。1988～1998年,小型棒材表觀需求量占鋼材表觀消費總量的比例也呈上升趨勢,1994、1995年均超過25%。1998年為2871萬t,占全部鋼材表觀需求量11623萬t的2417%。根據(jù)我國建筑業(yè)快速發(fā)展形勢及我國20年建筑長遠發(fā)展規(guī)劃精神:從鋼筋混凝土結構逐步過渡到輕型結構,Ⅱ級帶肋鋼筋逐步過渡到Ⅲ級鋼筋等,2005年我國小型棒材需求量約為3250～3375萬t。2.2我國小型棒材生產(chǎn)能力分析我國已建成的54套小型連續(xù)(半連續(xù))軋機,其設計能力為1439萬t;1998年連軋機生產(chǎn)棒材約1300萬t,連軋比約為46%。在目前我國小型棒材生產(chǎn)中,連軋比仍較低。到2005年,小型棒材產(chǎn)量約達到3250萬t,連軋比按60%計,屆時應有1950萬t鋼材用連軋機生產(chǎn)。可見,我國小型連續(xù)(半連續(xù))軋機的設計能力尚有待提高，來滿足我國鋼鐵市場不斷增長的需求，所以要考慮新生產(chǎn)線，若新建生產(chǎn)線按每套40萬t計,還需建設13套軋機。2.車間平面布局車間平面布置主要是指設備和設施按選定的生產(chǎn)工藝流程確定平面位置，平面布置的合理與否對于設備能力的發(fā)揮，工人操作的安全，生產(chǎn)周期的長短及生產(chǎn)率的高低有著很大的影響，在平面布置時應當從實際出發(fā)求得最大合理布2.1車間平面布置的原則在確定軋鋼車間平面布置時，應以下列原則為依據(jù)：(1)應滿足生產(chǎn)工藝的要求，使車間具有暢通的合理的金屬流程線；(2)既有利于生產(chǎn)，又使占地面積小，運輸線最短，以求縮短周期，提高生產(chǎn)率和單位面積產(chǎn)量；(3)保證操作方便，安全生產(chǎn)和工人的健康；(4)使人行道與工作線平行，盡量避免金屬流線與金屬廢料流線以及其他材料的運輸線相互交叉；(5)為車間將來的發(fā)展留有充分的余地。2.2金屬流程線的確定金屬流程線指生產(chǎn)各類產(chǎn)品由原料到成品的工藝流程線，把所選定的設備與設施布置在相應工序的工藝流程線上，同時要考慮中間的堆料場地和運輸?shù)?。常用的金屬流線圖有以下幾種，圖17所示。(1)直線式(2)直線橫移式(3)曲折式(4)放射式(5)匯集式(6)過渡式(7)分支式如圖2.1實際上，由于軋鋼車間的性質(zhì)、生產(chǎn)任務和地形條件等情況不同再加上由原料到成品的工序繁多，各種設備所起的作用又不盡相同，因而金屬流程線的布置只有在少數(shù)情況下才有可能是單一的，而多數(shù)情況下是多種方式的綜合。根據(jù)本車間的實際情況，采用的金屬流程線以直線橫移式為主，其它幾種布置方式配合的方式。另外還有金屬廢料的流程線，原材料、備品備件以及產(chǎn)品的加工流程線也采用類似的方式。2.3設備間距的確定布置主要設備時，主設備在位置上的相互關系和它們之間在距離上的確定是車間平面布置中的一個重要問題，這些關系的確定，應根據(jù)產(chǎn)量的大小、軋制產(chǎn)品長度和設備操作條件等因素。在保證滿足生產(chǎn)要求的條件下，應盡量緊湊，以節(jié)省車間面積和投資。2.3.1加熱爐到軋機的距離它與加熱爐布置方式有很大關系，本車間加熱爐的布置方式為加熱爐中心線與軋機中心線相平行。并考慮到加熱爐和軋機間有一個除磷裝置的布置，另外還要結合廠房柱距模數(shù)確定。本車間所用坯料最大長度為10米。根據(jù)經(jīng)驗資料，加熱爐到軋機的距離取15米。2.3.2兩機架之間的距離對于連軋機架布置的軋機，兩機架之間的距離主要考慮兩機架軋制過程互不干擾，并考慮到軋機間活套的布置及飛箭的布置，還有便于導位的安裝操作，并根據(jù)經(jīng)驗資料和現(xiàn)場資料，機架間距離如表2.1項目距離（米）項目距離（米）加熱爐到第1機架15第9機架到第10機架3.5第1機架到第2機架3第10機架到第11機架3.5第2機架到第3機架3第11機架到第12機架3.5第3機架到第4機架3第12機架到第13機架10第4機架到第5機架3第13機架到第14機架3.5第5機架到第6機架3第14機架到第15機架3.5第6機架到第7機架8第15機架到第16機架3.5第7機架到第8機架3.5第16機架到第17機架3.5第8機架到第9機架3.5第17機架到第18機架3.5表2.12.3.3倉庫面積的確定為保證原料供應和成品存放，保證生產(chǎn)的正常運轉(zhuǎn)，進行車間設計時應充分考慮給車間留有一定面積的原料倉庫、成品倉庫、中間倉庫以及其它物品的存放面積。確定倉庫面積應遵循下列原則：(1)必須保證正常生產(chǎn)，不至于由于某個設備短期停車而造車其他設備的停工待料現(xiàn)象。(2)坯料中間應留有進行各種維修，檢查，標記，包裝等所需的面積。(3)坯料或半成品堆放高度不應超過地坪所允許的高度。(4)其他方面的特殊要求及經(jīng)濟核算。2.3.3其他設施面積的確定除上述主要問題外，對操縱臺、主電室等其它設施也應有合理的布置。3.Φ10圓鋼生產(chǎn)工藝制度3.1制定產(chǎn)品的工藝流程正確制定工藝過程是軋鋼車間工藝設計的重要內(nèi)容。制定軋鋼生產(chǎn)工藝過程的首要目的是為了獲得質(zhì)量符合要求的產(chǎn)品，其次要在保證質(zhì)量的基礎上追求軋機的高產(chǎn)量，并能做到講的各種原料、材料消耗，降低產(chǎn)品成本。因此，正確制定產(chǎn)品工藝過程，對于工藝過程合理化，對于充分發(fā)揮軋機作用具有重要意義。優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗時指定產(chǎn)品工藝過程的總要求。根據(jù)已制定的生產(chǎn)方案，在充分完成產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量要求的前提條件下，用最大可能的低消耗、最少的設備、最小的車間面積、最低的勞動成本，并有利于產(chǎn)品的質(zhì)量的提高和發(fā)展，有較好的勞動條件，最好的經(jīng)濟效益，具體的原則如下：（1）產(chǎn)品的技術條件通常在產(chǎn)品標準中規(guī)定了鋼材各種規(guī)格，技術條件、產(chǎn)品性能檢驗等內(nèi)容。但技術要求則是其主要方面，它對產(chǎn)品的質(zhì)量要求，即它對產(chǎn)品的幾何形狀與尺寸精確度、鋼組織與性能以及表面質(zhì)量都作出了明確的規(guī)定，顯然，產(chǎn)品的技術要求時制定工藝過程的首要依據(jù)。鋼種的加工工藝性能鋼的加工工藝性能包括了鋼的變形抗力、塑性、導熱性以及形成缺陷的傾向性等內(nèi)容。它反映了金屬在加工過程中扥安逸程度，決定并影響了我們對金屬采用何種加工方式和方法，決定并影響了我們選擇工序內(nèi)容和確定工藝參數(shù)。因此，鋼的加工工藝性能時制定工藝過程的重要依據(jù)。生產(chǎn)規(guī)模大小產(chǎn)品成本成品是生產(chǎn)效果的綜合反映，是各種因素影響的結果。一般鋼的加工工藝性能愈差，產(chǎn)品的技術要求愈高，其生產(chǎn)工藝過程就愈復雜，生產(chǎn)過程中金屬、燃料、電力、勞動力等各種消耗也愈高，產(chǎn)品成本必然會相應提高。反之，則產(chǎn)品成本下降。成本的高低在一定程度上也是工藝過程是否合理的反映。當然，成本還與產(chǎn)量大小、生產(chǎn)技術水平等其它因素有關的。（5）工人的勞動條件工藝過程中采用的工序必須保證生產(chǎn)安全，不危及勞動者的身體健康，不造成環(huán)境污染。否則，應采取妥善的防護措施。3.1.1生產(chǎn)工藝流程的確定優(yōu)質(zhì)連鑄坯優(yōu)質(zhì)連鑄坯 上料上料檢驗 檢驗稱重稱重步進梁式加熱爐步進梁式加熱爐 除鱗除鱗粗軋 粗軋切頭切尾和碎斷切頭切尾和碎斷中軋 中軋切頭切尾和碎斷切頭切尾和碎斷 精軋精軋（切分軋制） 圓鋼圓鋼螺紋鋼淬水倍尺飛剪 螺紋鋼淬水倍尺飛剪冷床及精整 冷床及精整 定尺冷剪定尺冷剪入庫打包及稱重 入庫打包及稱重 圖3.1產(chǎn)品工藝流程圖3.1.2生產(chǎn)工藝流程簡述（1）坯料準備①表面缺陷清理連鑄坯表面存在各種缺陷（如結疤、折疊、裂紋、皮下氣泡等），如不在軋制前加以清理去除，灰在扎制過程延伸、擴大，輕者造成鋼材應力集中和腐蝕的起點，使材料強度和耐腐蝕能力降低，嚴重的影響金屬在軋制時的塑性和成型，造成廢品。所以坯料表面缺陷清理是提高鋼材合格率，保證鋼清理和火焰清理的方法；對于和經(jīng)昂，由于表面容易淬硬、開裂、常選用砂輪清理或機床清理。②表面氧化鐵皮清除氧化鐵皮清除的目的在于暴露表面缺陷便于檢查、光潔表面和減少下道工具的磨損。清除表面氧化鐵皮的方法有機械法和化學法兩類。對連鑄坯，一般采用化學法清理。對金屬進行酸洗或堿洗屬于化學法清除。其中酸洗時最常用的去除氧化鐵皮的方法。（2）坯料加熱現(xiàn)代化棒、線材軋制速度很高，軋制中溫降很小，甚至還出現(xiàn)溫度升高現(xiàn)象，所以棒、線材加熱溫度較低。正確的選擇軋鋼加熱設備，制定合適的加熱工藝制度對提高車間生產(chǎn)能力，改善產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響。相反，加熱設備選擇不當，加熱制度制定不妥，可能引起鋼的氧化、脫碳、過熱、過燒等缺陷，給軋鋼生產(chǎn)帶來嚴重后果。因此根據(jù)本車間的產(chǎn)量大等原因，選擇步進梁式加熱爐。坯料加熱工序設計主要考慮：加熱速度、加熱時間、加熱溫度等方面。①加熱速度鋼的加熱速度指在單位時間內(nèi)鋼的溫度的變化。加熱速度應根據(jù)某溫度范圍內(nèi)金屬的塑性和導熱性來確定。一般坯料加熱可分為兩個時期，第一個時期是在低溫加熱時間。這個時期由于金屬導熱性和塑性較差，容易造成金屬內(nèi)外層溫差過大而導致熱應力過大，很容易造成裂紋缺陷，特別合金鋼塑性和導熱性較差，此時要慢速加熱。但一般的碳素鋼和低合金鋼在低溫導熱性和塑性較好，就沒必要采取過低的速度。第二個時期是指高溫加熱時期基金屬加熱到700～800℃以后，這時金屬的導熱性和塑性顯著提高，可采取快速加熱。②加熱時間加熱時間是指金屬裝爐后加熱到加工要求溫度所需要的時間。加熱時間長短不僅影響爐子產(chǎn)量，也影響鋼材質(zhì)量。所以合理確定加熱時間對實現(xiàn)正確加熱、提高爐子產(chǎn)量、保證加熱質(zhì)量和改善爐子的各種技術經(jīng)濟指標具有重要意義。加熱時間與鋼種、坯料尺寸和形狀、鋼料在爐子擺法、爐型結構以及裝爐溫度等因素有關。確定加熱時間除進行理論計算外，還可根據(jù)生產(chǎn)實踐進行估算的方法。實際上運用經(jīng)驗公式和實際資料是當前設計中確定加熱時間常用的方法。連續(xù)式加熱爐的加熱時間計算的估算公式：式中T—加熱時間，（時）；B—鋼料厚度，（厘米）；C—考慮鋼的化學成分和其他因素影響的系數(shù)。對于連續(xù)式加熱爐C值可查下表。鋼種C值鋼種C值低碳鋼0.10～0.15高碳鋼及高合金結構鋼0.20～0.30中碳鋼及低合金鋼0.15～0.20高合金工具鋼0.30～0.40表3.1各鋼種的影響系數(shù)C值③加熱溫度鋼的加熱溫度是指在鋼加熱終了時出爐的表面溫度。鋼加熱的主要目的是為加工變形提供條件，因此，一般加熱溫度越高，則加工條件愈好。但是溫度過高又會產(chǎn)生過熱、過燒、氧化鐵皮增多、甚至發(fā)生熔化等加熱缺陷，因此鋼的加熱溫度有一個“上限”；另一方面，根據(jù)對金屬加工的工藝要求，希望金屬在加工完了時能保持在一定的溫度上，以期得到理想的內(nèi)部組織和性能，并保證軋制的順利進行；所以加熱溫度又有一個“下限”。鋼的加熱溫度范圍主要是根據(jù)鋼的性質(zhì)、化學成分和壓力加工工藝要求來確定的。根據(jù)合金相圖、塑性涂及再結晶圖即所謂“三圖”定溫的原則確定加熱溫度。根據(jù)鋼的性質(zhì)、化學成分和壓力加工工藝要求來確定加熱溫度。一般低碳鋼溫度范圍較大，高碳鋼和低合金鋼溫度范圍較小，特別是低合金鋼，加熱溫度要嚴格控制。依上述原則，確定鋼坯的加熱溫度見表。牌號坯料尺寸(mm)加熱時間(h)加熱溫度（℃）40Mn290×90×1042.251000表3.2計算產(chǎn)品（40Mn2）的時間和加熱溫度（3）鋼的軋制鋼的軋制是整個工藝過程的核心，從工藝設計角度來說，它包括幾個方面的內(nèi)容：制定變形規(guī)程、速度規(guī)程和溫度規(guī)程。①變形規(guī)程在既定的軋制條件下（工藝、設備條件），完成由坯料到成品的變形過程謂之變形規(guī)程。變形規(guī)程的主要內(nèi)容時確定總的變形量和道次變形量。變形量的分配是個重要參數(shù)，它是選擇軋機之設備、進行工具設計（孔型設計、輥型設計）的重要依據(jù)，對軋機產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性作用。確定變形量的大小和分配要進行綜合的分析和比較。根據(jù)金屬的加工性能，電機能力、設備強度、要入條件以及工具形狀等許多影響因素，一般都是在保證產(chǎn)品質(zhì)量和機械安全的前提下，盡可能的選用較大變形量，以縮短軋制過程，提高軋機產(chǎn)量。②速度規(guī)程選擇軋制速度或確定各道次的軋制速度時速度制度的主要內(nèi)容。提高軋制速度時現(xiàn)代軋機提高生產(chǎn)率的主要途徑之一。沿道次實線軋制速度的變化是一些軋機（如初軋機、連軋機）速度規(guī)程的主要內(nèi)容，這些軋機每道次速度的變化是通過傳動軋機的主電機的速度變化而實現(xiàn)的，目前從技術上實現(xiàn)軋機主傳動調(diào)速有三種方法：a直流驅(qū)動采用直流電機，以發(fā)電機組或大功率可控硅裝置供電。b串級調(diào)速主傳動不用直流電機而采用可控硅逆變技術來改變交流電機的轉(zhuǎn)速。c差動調(diào)速將主傳動是做是一個機電系統(tǒng)的集體、機法與電法并用的調(diào)速方法。棒材軋機車間內(nèi)的軋機都采用直流單獨傳動。③溫度規(guī)程溫度規(guī)程規(guī)定了軋制時的溫度區(qū)間，及主要決定軋制時軋件的開軋溫度和終軋溫度。一般確定鋼加工時的溫度規(guī)程要根據(jù)鋼種特性及其相圖來確定。通常在設計和生產(chǎn)過程中，開軋溫根據(jù)鋼料的出爐溫度以保證必須的終軋溫度為依據(jù)；而終軋溫度主要考慮保證產(chǎn)品的組織與性能，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，主要與鋼種有關。總起來看在確定溫度制度時要考慮下面幾點：a根據(jù)鋼的化學成分和特性，選擇在某一溫度下金屬具有最好的塑性條件；b在某溫度下加工，金屬具有最小的變形抗力，以減少軋制時的能量消耗；c考慮軋件能順利的咬入軋輥，考慮軋輥有較少的磨損；d獲得軋后成品有細小的晶粒，使成品具有理想的組織和良好的機械性能；e考慮在此溫度范圍加工，鋼的內(nèi)部組織情況，不允許鋼中碳化物成粗大的網(wǎng)狀分布，也不允許鐵素體與珠光體成粗大的帶狀分布；f考慮到加工的溫度范圍對軋件頭部和尾部溫度差的影響，要保證軋件的頭部和尾部尺寸都在允許的公差范圍之內(nèi)。(4)鋼材的冷卻與精整精整是軋鋼生產(chǎn)工藝過程中最后一個比較復雜的工序，它包括下述幾個內(nèi)容。①鋼材的冷卻經(jīng)熱軋成形的鋼材，仍處在一個較高的溫度范圍，須經(jīng)冷卻使鋼材溫度降至常溫。由于鋼在熱軋后冷卻，在應力作用下可能出現(xiàn)外部或內(nèi)部裂紋，就必須全部或部分地消除冷卻時鋼中所產(chǎn)生的各種應力，入采取緩冷等措施。另外，也可利用軋件軋后的余熱，進行控制冷卻，從而獲得所需要的金相組織和力學性能，這就是鋼材的冷卻制度。冷卻過程對產(chǎn)品最終性能有很重要的影響，因此冷卻制度的確定是控制產(chǎn)品實物質(zhì)量的不可缺少的重要環(huán)節(jié)。冷卻方法分為自然冷卻和控制冷卻。自然冷卻是指軋后的鋼材在冷床上自然冷卻。凡是在空氣中冷卻不會有云誒應列入產(chǎn)生裂紋，對鋼材的組織及性能又無特殊要求時，都可采用這種冷卻方式。控制冷卻時指軋后的軋件冷卻過程進行有目的人為控制，以達到預期的產(chǎn)品內(nèi)部組織和力學性能。通常是利用軋件軋后的余熱在線處理，用一定的方式控制其冷卻速度來實現(xiàn)的。目前，對于鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋，為提高其力學性能，常使用淬火＋自回火工藝。經(jīng)淬水控制冷卻的鋼筋其屈服強度和抗拉強度都有較大幅度的提高。②鋼材的切斷將鋼材切斷成定尺長度，其目的是便于鋼材的運輸和用戶的使用。切斷可用鋸機或剪切機來完成，時軋件的斷面形狀而定。③其它精整工序除上述各工序外，精整內(nèi)容還包括成品的熱處理、表面精加工和各種涂層及成品檢驗等，主要視產(chǎn)品的技術要求而定。成品的質(zhì)量檢驗內(nèi)容包括化學成分分析、機械性能檢驗、工藝試驗、低倍組織及顯微組織等。3.2金屬平衡表的編制3.2.1金屬消耗金屬消耗指標，通常以金屬消耗系數(shù)表示，其含義是生產(chǎn)一噸合格鋼材需要的鋼錠或鋼坯量。3.2.2金屬消耗組成1金屬消耗量：燒損、切損、工藝損失。1）燒損：金屬在高溫下加熱表面被氧化的損失（含爐內(nèi)及成型過程的二次氧化）。一次氧化鐵皮為主。對于推鋼式爐加熱連鑄坯為1%—2%；步進式爐加熱連鑄坯為0.5~1.5%。2）切損：5%左右3）工藝損失軋廢：操作不當出現(xiàn)事故出的廢品，與坯料質(zhì)量、加熱質(zhì)量、成型操作及均衡生產(chǎn)等有關。碳鋼<1%；合金鋼1%~3%根據(jù)產(chǎn)品大綱，碳鋼占40%，合金鋼占60%設：坯料總重為X萬噸則：X－X×1.5%－X×5%－X×40%×0.8%－X×60%×2%＝56得X=60.9因此，本設計車間所需的坯料為：坯料規(guī)格：150×150×10000mm，坯料總重：60.9萬噸。2成品率A=(Q－W)/Q×100%根據(jù)金屬消耗量的計算，碳鋼的成品率為A=92.7%、合金鋼的成品率為91.5%。鋼種坯料重量t金屬消耗%廢料總計t成品率%年產(chǎn)量t燒損切損工藝損失t%t%t%碳鋼24360036541.51218051948.80.81778392.7226000低合金鋼36540054811.5182705730823099691.5334000表3.3金屬平衡編制表4.主設備選擇及技術性能4.1設備選擇主要內(nèi)容設備選擇的主要內(nèi)容是確立出車間設備的種類、形式、結構、規(guī)則、數(shù)量及能力。4.2生產(chǎn)設備分類金屬壓力加工車間的生產(chǎn)設備可分為：（1）主要設備對主要設備，應在預選的基礎上進行必要的設備負荷計算以及零部件強度校核計算。（2）輔助設備對輔助設備，一般不進行驗算，可在主要設備確定之后，再確定與之配套的輔助設備。4.3設備選擇的原則（1）要滿足產(chǎn)品方案（主要指規(guī)格、質(zhì)量、年產(chǎn)量等）的要求，保證獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。（2）滿足生產(chǎn)方案及生產(chǎn)工藝流程的要求。（3）要注意設備的先進性和經(jīng)濟上的合理性。（4）要考慮設備之間的合理配置與平衡。設備選擇時要注意主要設備之間以及主要設備與輔助設備之間的合理配置與平衡。4.4主要設備4.4.1軋機的組成該生產(chǎn)線主軋機由18個機架組成，為全連扎小型軋機。初軋機的前三架人字齒輪節(jié)圓直徑為550mm，輥身長為1375mm，后三架為450mm，輥身長為1125。中軋機六架，人字齒輪節(jié)圓直徑為350mm，輥身長為700mm。精軋機組6架，人字齒輪節(jié)圓直徑均為300mm，輥身長度均為600mm。4.4.2軋機形式的確定線材軋機的發(fā)展過程中其形式主要分為三類：橫列式線材軋機這種軋機是最古老的線材軋機，每列由一個電機驅(qū)動，同一機列各架轉(zhuǎn)速相同，各機架間用人工或圍盤送鋼進行活套軋制。缺點：軋制速度低，活套不能調(diào)節(jié)，軋制周期長，溫降嚴重，盤重小，成品精度和性能較差，生產(chǎn)率極低。（2）連續(xù)式線材軋機這種軋機指同時在幾架或在全部軋機上軋制，金屬秒流量相等。優(yōu)點：①避免了不能調(diào)節(jié)的活套，實現(xiàn)了連軋關系。從根本上解決了長活套軋制大量散熱問題，使得溫降因素對線材盤重無影響。②設備布置緊湊，軋制周期大大縮短，軋制速度高，盤重大，生產(chǎn)效率高。缺點：由于設備精良，自動化程度高，使得車間造價高，不適合小型車間的改造。（3）半連續(xù)式線材軋機這種軋機指橫列式軋機和連續(xù)式軋機混合組成的線材軋機。初軋為可逆軋，中軋和精軋多采用橫列式軋機。優(yōu)點：增加了連軋比，提高了效率，縮短了軋制周期，溫降有所提高，可進行多條軋制，造價低。缺點：由于在中軋和精軋依然采用橫列式軋機，存在橫列式軋機的幾個問題，如溫降大，尤其在精軋系列中頭尾溫差大。因此盤重不宜過大，軋速不宜高等。綜合以上各線材軋機的工藝特點，以本次設計的任務書為重要依據(jù)，參考陜西龍門鋼鐵總廠西安軋鋼廠的實際情況，擬定以下軋制方案：初軋：六機架二輥軋機。中軋：六機架二輥軋機。精軋：六機架二輥軋機。5.輔助設備選擇及技術性能5.1加熱爐5.1.1爐型選擇用作錠坯加熱（或均勻化退火）的爐子主要有：均熱爐、均勻化爐和連續(xù)式加熱爐。連續(xù)式加熱爐又有幾種類型：推鋼式加熱爐、步進式加熱爐、環(huán)形加熱爐以及感應加熱爐。根據(jù)車間需要，即對低合金鋼坯料需進行熱處理，而碳鋼不需要，決定選用步進梁式加熱爐。其原因是：步進式加熱爐和推鋼式加熱爐相比，有加熱能力強、加熱均勻、加熱時間短、減少脫碳、節(jié)能、減少擦傷、容易維修、并排除了粘鋼的可能性；在我國現(xiàn)有型鋼生產(chǎn)中，大部分都采用此種加熱爐,本車間也采用此加熱爐。本設計中加熱爐主要參數(shù)：端進側(cè)出步進梁式加熱爐，長度l為：18000mm，寬度為：10.5m；燃料為：發(fā)生爐煤氣；年加熱鋼坯量為：40萬噸/年；鋼坯出爐溫度：1000-1100℃；加熱爐小時產(chǎn)量：70～80t/h坯料加熱時，部分選用連鑄坯熱裝軋制，其優(yōu)點在于：節(jié)約能源消耗，并且熱裝溫度愈高，節(jié)能效果愈顯著；提高金屬收得率；縮短生產(chǎn)周期和生產(chǎn)工藝流程，縮減廠房面積等。5.1.2爐子尺寸的確定①爐子寬度主要根據(jù)坯料的長度確定B=nl+(n+1)δ式中：l——坯料的長度，（m）；n——坯料排列數(shù)；δ——料間或料與爐墻的空隙距離，一般取0.2～0.3m。本車間生產(chǎn)所用的坯料最大長度為12m，采用單排加熱，δ取0.25m。所以爐子寬度：B=10+2×0.25=10.5m②爐子長度爐子的長度分為全長和有效長度兩個概念，有效長度是料坯在爐膛內(nèi)所占的長度，而全長還包括從出料口到端墻的一段距離。爐子有效長度的計算公式為L=式中：G——爐子的生產(chǎn)能力，（kg/小時）；b——坯料寬度，m；n——坯料排數(shù)；——加熱時間（小時）；g——每根鋼坯的重量，(kg)。下面本設計產(chǎn)品計算爐子的有效長度：g=637kg,G=69270kg/小時=(7+0.05S)S=1.12小時,計算結果：L==所以選取L=16m.爐子全長等于有效長度加上出料口到端墻的距離A,對于端進端出的爐子，只要考慮能設置出料口即可，取A=2m,所以爐子全長為L=16+2=18m.根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定爐子各段的長度：均熱段長度占爐子有效長度的15～30%，具體大小按坯料斷面尺寸確定；加熱段和預熱段的長度各占爐子有效長度的25～40%。所以取加熱爐各段長度分別為：預熱段5米，加熱段10米，均熱段10米。③爐底有效面積：F=1·B·L=1×10.5×16=168m25.2活套小型型鋼連軋生產(chǎn)中，為了保證尺寸精度，通常在精軋機機組之間設置若干個活套，因為它可以使相鄰機架間的鋼貯存一定的活套量，作為機架間速度不協(xié)調(diào)時的緩沖環(huán)節(jié)，從而消除軋制過程中各機架間動態(tài)速度變化引起的軋件尺寸精度的波動?；钐灼魇墙咚傩⌒蜔徇B軋機速度自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)?；钐子址譃殡妱?、氣動、液壓三種類型，在本設計中選用電動活套，雖然這種活套電器控制系統(tǒng)復雜，造價較高，但活套采用直流電機，力矩可調(diào)，反應快，張力波動小，控制精度較高?；钐灼靼雌鹛追较?，又分為立活套和側(cè)活套?，F(xiàn)代小型軋機連軋生產(chǎn)大多采用立活套，所以在本設計中選用立活套，活套量在0～500mm之間。5.3剪切機用于軋鋼生產(chǎn)的切斷設備主要有三大類，即剪切機、鋸機和火焰切割機。剪切機主要用來剪切軋件的頭、尾或切定尺、切邊、切試樣以及切除軋件局部缺陷等.橫向切運動軋件的剪切機叫飛剪機。它可裝設在連軋鋼坯車間或小型型鋼車間里，放在軋制線的后部，將軋件切成定尺或切頭尾。在冷熱帶鋼車間里的橫剪機組、重剪機組、鍍鋅或鍍錫機組里，都配置各種不同類型的飛剪機，將帶鋼剪成定尺或剪成規(guī)定重量的鋼卷。在某種程度上，剪切機限制了軋制速度的提高。采用飛剪機有利于使軋鋼生產(chǎn)迅速向高速化、連續(xù)化方向發(fā)展。因此，它是軋鋼生產(chǎn)發(fā)展的主要手段之一。飛剪機的特點是能橫向剪切運動著的軋件。因此，對其基本要求為：（1）剪刃在剪切軋件的同時還要隨著運動的軋件一起運動，即剪刃應同時完成剪切與移動兩個動作，且剪刃在軋件運動方向的瞬時分速度V應與軋件運動速度V0相等或大于2～3%。即V=（1～1.03）V0本設計中倍尺剪采用起/?；剞D(zhuǎn)式飛剪，又一臺直流電機驅(qū)動。剪切性能如下：剪切軋件的最大移動速度18m/s剪切軋件斷面2000mm2剪切軋件溫度550℃剪刃數(shù)2片剪刃速度2.7～19.8m/s5.4冷床軋件被冷床飛剪剪成倍尺后，有冷床輸入裝置輸送并卸到冷床上。軋件在緩慢的橫向移動過程中，逐漸自然冷卻，是軋件溫度由約1000℃下降到100℃左右。冷床卸料裝置將軋件收集組成組并卸到輸出輥道上，成組軋件將被送至冷剪剪切成定尺成品。冷床分為搖擺式冷床和步進式齒條冷床。在本車間中選用步進式齒條冷床，它的優(yōu)點是，軋件冷卻均勻，而且能保證軋件在冷卻過程中平直，不彎曲扭轉(zhuǎn)，表面擦傷小，所以被廣泛應能夠用。冷床的傳動速度和運動周期可根據(jù)產(chǎn)品大綱調(diào)整，具有生產(chǎn)靈活性，在靠近輸出設備側(cè)設置齊頭輥道，保證下冷床后的成組軋件頭部整齊，便于輥道運輸、成品剪切和成材率的提高。本車間中采用的冷床主要技術參數(shù)：冷床面積62m×12.5m；冷床由兩套直流電機驅(qū)動，直流電機的功率為2×120kW；齒板厚度15mm；齒距100mm。6.原料及壓下規(guī)程的確定6.1原料確定選用連鑄坯，其原因在于連鑄坯有以下優(yōu)點：（１）金屬收得率可提高6－12%（２）每噸鋼大致可節(jié)約熱能14萬大卡（３）降低產(chǎn)品成本可達10%（４）由于比較坯好，短尺少，成分均勻，使用連鑄坯比用初軋坯金屬收得率還可提高2－4%根據(jù)設計的要求，成品規(guī)格為10的圓鋼，采用90mm×90mm×104mm的方坯。6.2孔型設計的內(nèi)容將鋼錠或鋼坯在軋輥孔型中經(jīng)過若干次軋制變形，以獲得所需的斷面形狀尺寸和性能的產(chǎn)品，為此而進行的設計和計算工作稱為孔型設計?？仔驮O計的內(nèi)容包括：（1）斷面孔型設計根據(jù)原料斷面和成品斷面形狀和尺寸以及對產(chǎn)品性能的要求，確定出變形方式、道次和各道次變形量以及在變形過程中的孔型形狀和尺寸。（2）軋輥孔型設計即孔型配置。根據(jù)斷面孔型設計確定孔型在每機架上的分布及其在軋輥上的位置和狀態(tài)，以保證軋件正常軋制，操作方便，且節(jié)奏時間最短，成品質(zhì)量好，軋機生產(chǎn)能力高。（3）軋輥輔件設計即導衛(wèi)或誘導裝置的設計。誘導裝置應保證軋件能按照所要求的狀態(tài)進出孔型，或者使軋件在孔型以外發(fā)生一定的變形，或者對軋件起一定的矯直或翻轉(zhuǎn)作用等。6.3孔型設計的要求型設計是否合理，直接影響到成品的質(zhì)量、軋機的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品的成本、勞動條件和勞動強度。因此，合理的孔型設計應滿足以下要求：（1）獲得優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，即保證成品斷面幾何形狀正確，斷面尺寸精度合格，表面光潔，無折疊，裂紋等表面缺陷，金屬內(nèi)部殘余應力小，金相組織及機械性能良好。（2）保證軋機生產(chǎn)率高。合理的孔型設計應能充分發(fā)揮軋機設備能力，滿足工藝上的許可條件，以求達到軋機的最高生產(chǎn)能力。（3）產(chǎn)品成本低。為降低生產(chǎn)成本，必須降低各種消耗。（4）勞動條件好，勞動強度小。為保證安全生產(chǎn)，減輕勞動強度，在孔型設計時應考慮軋制過程易于機械化，軋制穩(wěn)定，便于調(diào)整，軋件輔件堅固耐用，裝卸容易。（5）適應車間的設備條件?？仔驮O計必須考慮車間各主、輔設備的性能及其布置形式。6.4孔型系統(tǒng)選擇孔型系統(tǒng)的選擇與軋機的布置和軋件的斷面大小關系密切，對本設計來說，原料為90mm×90mm的方坯，斷面尺寸比較大，為了去除來料表面之氧化鐵皮及減少刻槽深度，采用一對箱形孔型，箱形孔型之后，為了使軋制變形均勻，采用橢圓－圓孔型系統(tǒng)。此孔型系統(tǒng)有以下優(yōu)點：（1）變形均勻，軋前軋后軋件斷面形狀能平滑地過渡，可防止產(chǎn)生局部應力。（2）由于軋件沒有明顯的棱角，冷卻比較均勻，軋制中有利去除軋件表面的氧化鐵皮。（3）在某些情況下，可由延伸孔型軋出成品圓鋼，因而減少軋輥的數(shù)量和換輥的次數(shù)。6.5計算產(chǎn)品10mm圓鋼孔型設計總延伸系數(shù)：∑=根據(jù)本軋機的布置形式和選擇的孔型系統(tǒng)，參考有關廠的延伸系數(shù)，取平均延伸系數(shù)c=1.294，則軋制道次數(shù)為：n==18.1采用連續(xù)式軋制，取n=18，初軋6道，中軋6道，精軋6道。6.5.1精軋孔型系統(tǒng)的設計精軋孔型系統(tǒng)的設計：考慮到變形均勻，本設計中精軋孔型系統(tǒng)采用橢－圓－橢－圓系統(tǒng)。按GB702－86，10圓鋼的允許偏差3組為±0.35mm。（１）成品孔型尺寸：BK1=[d+(0.5~1.0)△+]×(1.007～1.02)=[10+0.7×0.35]×1.011=10.36mmhK1=[d－(0~1.0)△—]×(1.007～1.02)=[10－0.9×0.35]×1.011=9.79mm取輥縫S=1.5mm，擴張角=30°則===因為＜，故可求出為=＝mm（２）確定成品前橢圓孔型尺寸為：BK2=(1.34~1.64)d＝22mmhK2=（0.8~0.83）d=8mm取輥縫S=2mm，則橢圓半徑R為：R=mm（３）橢圓前圓孔型的基圓直徑為：D=hK3=（1.18~1.22）d=1.21×10=12.1mm，允許偏差±0.35mm,取輥縫S=2mm（４）驗算精軋孔型充滿情況：取寬展系數(shù)第17孔型：橢圓軋件的尺寸為：h=6mmb=12.09+(12.09－6)×1.2=20.28mm則其充滿程度為20.28/22=0.92第18孔型：成品孔型中軋件的尺寸為：h=9.78mmb=6+(20.28－10)×0.36=9.78mm則其充滿程度為9.78/10.36=0.95經(jīng)驗算孔型充滿度均合適，故精軋孔型設計合理。6.5.2延伸孔型設計延伸孔型由14道組成，為了孔型設計方便，可將粗軋的總延伸系數(shù)按對進行分配，總延伸系數(shù)為：圖6.1延伸系數(shù)分配原則圖各對延伸系數(shù)為：確定等軸孔軋件斷面尺寸：mm2mm2mm2mm2mm2mm2mm2mm2延伸孔型設計:（1）第1孔型—矩形箱孔型軋件在第1孔和第2孔中的寬展系數(shù)?。辉O孔型高為h1=65.5mmb1