课程设计：年产80万吨的高速线材生产车间
摘 要根据设计要求拟建一个优碳年产80万吨的高速线材生产车间。它的最高轧制速度为110m/s，产品规格为5.512mm，盘卷单重约2吨。连铸坯在步进梁式加热炉中使用煤气加热，侧进侧出，加热能力为75t/h。加热炉由微机控制，出炉温度为9001050。该套轧机采用全连轧无扭工艺，连铸坯为150×150mm，长约为12m，单重约为2.3t的方坯。在13架平立-交替布置的粗轧机和中轧机之后，布置了2架预精轧机，13架精轧机。轧后冷却通过水冷箱和一套斯太尔摩冷却运输线（120m）来完成。该套斯太尔摩冷却运输系统采用延迟型冷却装置，可对成品轧材的最终性能控制如抗拉强度及产品的金相组织和氧化铁皮厚度进行最终控制。计算机系统用于控轧和控冷，无张力轧制，最佳剪切尺寸控制和缺陷检测。关键词 ： 高速线材；生产方案；孔型设计；校核目录第一章 绪 论1第二章 车间产品大纲和金属平衡表22.1车间产品大纲22.1.1产品方案表22.1.2产品交货的技术条件22.1.3产品的性能32.1.4产品国内国际销售应符合以下标准32.2原料及其质量要求32.2.1原料规格32.2.2钢坯的技术条件32.3金属平衡表4第三章 设计方案53.1方案的比较及选择53.1.1轧制速度的确定53.1.2线数的确定53.1.3总机架数的确定53.2高线生产的主要设备的特点及其选用63.2.1高线生产的主要设备概况6第四章 工艺流程124.1生产工艺流程说明124.1.1上料与加热124.1.2高压水除鳞124.1.3轧制124.1.4控制冷却134.1.5精整134.1.6剪切、废钢及氧化铁皮清除134.2生产工艺流程144.2.1生产工艺流程简14第五章 孔型设计及速度制度155.1孔型系统的选择155.1.1粗轧、中轧孔型系统选择155.1.2预精轧、精轧机组孔型的选择165.2主要参数的计算175.2.1箱型孔型(K1，K2)设计系数的确定175.2.2各道次延伸系数的确定185.3摩擦系数的确定185.4孔型设计195.4.1孔型设计说明195.4.2各孔型计算方法195.5孔型设计步骤：21第六章 轧机力能参数计算及电机设备校256.1轧制压力的计算266.1.1平均单位压力的计算266.1.2总轧制压力P276.2轧辊强度校核276.2.1孔型在轧辊上的配置276.2.2 轧辊强度校核306.2.3危险断面尺寸的确定306.2.4轧辊强度校核306.3传动力矩计算326.3.1轧制力矩M336.3.2摩擦力矩336.3.3空转力矩336.3.4动力矩336.4电机校核336.4.1电机校核33第七章 生产能力计算367.1各规格产品轧制时间，间隙时间的确定367.1.1各种轧制时间，间隙时间的确定367.2加热炉小时生产能力计算387.3工作制度及年工作时间的确定387.4轧机负荷率及轧机年产量计算397.4.1轧机负荷率397.4.2轧机年产量397.5加热炉的生产能力计算397.5.1设计条件397.5.2加热炉生产能力计算40第八章 厂房平面布置和起重运输设备418.1厂房平面布置428.1.1主轧跨428.1.2成品跨428.1.3轧辊及导卫轴承加区域428.1.4车间原料及成品跨面积计算428.2 P/F线运输能力验算43第九章 高线车间主要经济指标449.1高线车间主要经济指标44第十章 环境保护及综合治理4610.1编制依据4610.2主要污染物及治理措施46致谢47参 考 文 献48附录A 轧机力能参数计算及电机设备校核程序1149附录B 6.5MM孔型图1454附录C 英文翻译67第一章 绪 论线材制品的品种与质量，不仅决定于其本身的生产工艺技术与装备水平，而且在很大程度上更有赖于其原料线材的冶炼与轧制技术。也就是说，线材品种质量的提高，将大大促进线材制品行业的发展与进步，否则线材制品行业的发展将受到制约，甚至处于落后状态。这是100多年来线材制品行业发展历史所证实的因此线材与其制品的关系是密不可分的。线材一般是指直径为516mm的热轧圆钢或相当该断面的异型钢，因以盘卷状态交货，统称为线材或盘条。国外线材规格已扩大到约6.50mm。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，但生产数都很少。线材在国民经济中的作用与地位是非常重要的，首先，线材产量占钢材总产量的比例很大、一般国家线树产量占钢材总产量的8%10%，而我国却占20%以上；其次，线材用途十广泛，除直接用作建筑钢材外，线材的深加工产品用途更为广泛和重要。例如各类商品钢丝及专用弹簧钢丝、焊丝、冷缴钢丝、镀锌钢丝、通讯线、轮胎钢丝及钢帘线、高强度钢丝及钢纱线舶承钢丝、模具钢丝、不锈钢丝、各种钢丝绳、钢钉、标谁件等等，可以说遍布国民经济各个部门，是不可或缺的重要品种。国外先进工业国家线材加工比在70%左右，我国为30%左右。线材生产的兴起与发展是随着科技进步、国民经济的发展而发展起来的。线材轧机的开发与创新是线材生产发展的首要条件。据记载，世界上第一台线材轧机在16世纪已经问世当时是用锻坯轧制线材而比较正规的线材轧机在18世纪中期才出现，由粗轧及精轧两列横列式轧机组成。因为采用反围盘及人工喂钢轧制，其轧速度超过8m/s，同时受头尾温差大的影响，线材存在着尺寸精度差、盘重小、性能不稳定等致命缺点，限制了横列式轧机的发展。为了保证产品质量并提高产量，同时也为了降低生产成本，必须提高轧制速度，所以20世纪初开发了半连续式轧机。该轧机由粗、中、精轧机组组成，粗轧及中轧采用连轧，精轧机组仍采用横列式轧机，即活套轧制；复二重轧机是半连续式轧机的一个特例，中轧及桔轧机列在两个正围盘之间采用连轧，实现了机械化操作，轧制速度提高到16m/s，生产能力有很大提高，盘重增加到200kg左右，尺寸精度较横列式为好，但品种及质量未有根本好转。20世纪60年代是线材生产技术发展的兴盛与创新时期，在轧制速度不断提高的同时也解决丁大盘重线材的控制冷却问题，因此从根本上解决了盘重增大后，内层的线村长时间在高温下停留生成粗大的晶粒，使内外线材的力学性能差别很大，表面氧化铁皮厚等问题。为了进一步解决产品品种及质量问题，英国在1862年建成了第一台连续式轧机。该轧机机座采用串列式布置形式，轧件同时在几个机架中轧制，各道次的金属秒流量相等。可单机驱动，有较高的调整精度，实现微张力或无张力轧制：由于没有穿唆轧制，没有大活套，所以头尾温差小，产品性能得到改善。到20世纪50年代，随着机械制造、电气传动及控制水平的提高，线材轧制速度达36m/s，尺寸公差(0.30.4)mm，盘重为500kg左右，一套轧机年广量在3050万吨。当时典型的连续式线材轧机是两线8架集体传动的美国摩根型轧。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4350m/s，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。高速线材轧机一出现就显示出极大的优越性，继美国之后，其他一些国家和公司也纷纷创新高速线材轧机，出现了各种机型。目前基本上有四种1)测交45的美国摩根型；2)1575的德国德马克型；3)顶交45的英国阿希洛型；4) 09平立布置的意大利达涅利肋型。其中摩根机型应用最广泛。各种机型各有优点，但基本工艺特点差异不大。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，同时基本上是以连传代替模铸，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。据不完全统计，目前世界上有近3万条高速线材轧机。年产线材约7000万吨、其中高线产量约80%以上，线材产量占钢材总产量9%10%；各国的输出量与输入量平均在20%左右。美国是世界上最大的线材输入国，每年线材消费员约800万吨，而本国每年只牛产400450万吨，输入量占30%50%，日本是世界上线材输出量最大的国家每年线材产量约750万吨，输出量约20万吨；世界上线材产量最大的国家是中国，19四年线材实际产量为260B万吨。目前我国拥有线材轧机近110套，其中复二重轧约占半，横列式线材轧机有近30套(将逐步被淘汰)；其余40多套多为高速线材轧机，其中从国外引进的高水平线材轧机有20多台国产高速线材轧机有近20套。1999年，全国生产线材2608万吨，其中高线产量1218万吨，高线比已经达到46.7%；优质硬线比约10%，但精练比不到30%。从品种与质量来看，我国对国际标准ISO、欧洲标D2TN、日本标准J15中所列线材钢种、规格等基本可以全部生产，而且能达到相应的标准要求。国产线材除个别品种外(如钢帘线、气门弹簧、超低碳不锈钢用线材等)，基本都能满足用户要求，供需基本平衡，自给率达93%。第二章 产品方案的确定与编制金属平衡表2.1 产品方案的确定 2.1.1 产品方案 线材车间工艺设计首先要考虑车间产品方案的选择，产品方案的选择确定了生产品种，从而可以确定生产工艺流程、轧机布置等一系列选择，就是说，产品方案是线材生产车间工艺设计的第一步，也是主要依据。确定产品方案的原则如下：（1） 满足国民经济发展对产品的需要，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） 要考虑地区之间产品的平衡。正确处理长远与当前、局部与整体的关系。做到供应适应、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。如果条件具备，努力争取轧机向专业化和产品系列化方向发展，以利于提高轧机的生产技术水平。（4） 考虑建厂地区资源、坯料的供应条件、物资和材料等运输情况。要适应当前改革开放的经济形势需要，力争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。 2.1.2 产品大纲 根据线材的生产现状、社会线材需求量，产品生产以及现如今我国生产能力和技术的发展水平，现拟订产品方案： 产品规格：5.513mm（典型产品：Q2356.5mm） 钢种：碳素结构钢、弹簧钢、优质碳素结构钢、冷镦钢和焊条钢。 各类产品的年产量及其在总年产量中所占百分比见表2.1表 2.1 产品方案表序号品种规格/mm年产量/万吨合计/吨百分比/%1普通低碳钢6-13171721.252普通低碳钢5.5-1111.5-13951417.53钢丝绳钢7-135.5-6.57512154焊条钢5.5-13101012.55钢帘线钢5.5-13101012.56合金结构钢6-139911.257螺纹钢8-12778.75合计
