目錄 任務書 I 摘要 II 第 1 章 緒論 1 1 1 設計背景及意義 1 1 1 1 國際市場 1 1 1 2 國內市場 2 1 1 3 中國線材行業生產的現狀 4 1 2 設計任務 6 1 3 廠址選擇 6 1 3 1 區域優勢 6 1 3 2 交通優勢 7 1 3 3 成本優勢 7 1 3 4 政策優勢 7 第 2 章 產品方案的確定與編制金屬平衡表 9 2 1 產品方案的確定 9 2 2 確定金屬平衡表 10 2 2 1 確定計算產品的成品率 10 2 2 2 金屬平衡表 10 2 3 計算產品的選擇 11 2 3 1 計算產品選擇的原則 11 2 3 2 計算產品的技術標準 11 第 3 章 生產工藝流程的制訂 13 3 1 制訂生產工藝流程 13 3 1 1 制訂生產工藝流程的依據 13 3 1 2 工藝流程簡介 13 第 4 章 設備選擇 15 4 1 加熱爐 15 4 1 1 爐型選擇 15 4 1 2 爐子尺寸的確定 15 4 2 主軋機 16 4 2 1 軋機的組成 16 4 2 2 軋機的主要技術參數的確定 16 4 3 控制冷卻線 18 4 3 1 水冷裝置 18 4 3 2 精軋機后夾送輥 18 4 3 3 吐絲機 19 4 3 4 斯太爾摩運輸機 19 4 4 剪機 19 4 5 盤卷收集和處理系統 20 第 5 章 工藝計算 21 5 1 坯料選擇 21 5 2 坯料加熱制度確定 21 5 2 1 加熱溫度確定 21 5 2 2 加熱速度的確定 22 5 2 3 加熱時間的確定 23 5 3 計算產品的孔型設計 23 5 3 1 選擇孔型系統 24 5 3 2 確定軋制道次數 24 5 3 3 各道次延伸系數的分配 25 5 3 4 各孔型及軋件尺寸的確定 26 5 4 延伸系數校核 32 5 5 充滿度的校核 32 5 6 軋制力的計算 33 5 6 1 各機組的溫度制度 33 5 6 2 孔型軋制力系數 33 5 6 3 軋件的變形抗力 35 5 6 4 軋制力的計算公式 36 5 7 主電機傳動軋輥所需力矩及功率 37 5 7 1 傳動力矩的組成 37 5 7 2 軋制力矩的確定 37 5 7 3 附加摩擦力矩的確定 37 5 7 4 空轉力矩的確定 38 5 8 軋制程序表 39 第 6 章 軋輥及電機校核 41 6 1 軋輥強度校核 41 6 1 1校核輥身強度 41 6 1 2 輥頸強度 42 6 1 3 輥頭校核 42 6 2 電機校核 43 6 2 1 等效力矩計算 44 6 2 2 電機的過熱過載校核 44 第 7 章 設備生產能力的計算 46 7 1 繪制軋制圖表 46 7 1 1 軋制圖表 46 7 1 2 確定純軋制時間 間隙時間 軋制節奏 46 7 2 軋機生產能力計算 48 7 2 1 軋機小時生產能力 48 7 2 2 年產量的計算 48 7 2 3 軋機負荷率的計算 49 第 8 章 車間平面布置 50 8 1 車間平面布置的原則 50 8 1 1 車間整體平面設計內容 50 8 2 金屬流程線的確定 51 8 2 1 設備間距的確定 51 8 2 2 車間內倉庫設施的布置 51 8 2 3 其它設施的布置 52 8 3 車間廠房參數 52 第 9 章 安全技術及環保 53 9 1 安全技術 53 9 2 環境保護 53 第 10 章車間主要經濟指標和經濟效益分析 55 10 1 車間勞動組織 55 10 2 主要經濟技術分析 55 10 2 1 資金來源以及投資費用 55 10 2 2 產品成本預算 56 10 2 3 主要經濟技術指標 57 10 2 4 車間效益估算 58 第 11 章專題 59 11 1 前言 59 11 2 飛剪的啟動信號控制 59 11 3 飛剪的速度曲線的建立 60 11 3 1 剪速度的要求 60 11 3 2 飛剪的速度曲線 60 11 3 3 飛剪制動狀態與位置調節狀態的轉換 61 11 4 飛剪電氣自動控制系統 62 11 4 1 剪控制系統主回路 62 11 4 2 飛剪控制程序分析 63 11 5 常見故障與處理 65 11 6 結束語 65 參考文獻 66 致謝 67 第 1 章緒論 1 1設計背景及意義 隨著全球經濟形勢的持續回暖 全球經濟逐步走出低谷 鋼鐵產品產能和 需求都恢復增長態勢 其主要市場空間不僅來自發達國家 還來自于發展中國 家的強勁需求 1 1 1 國際市場 1 美國經濟 美國商務部 Commerce Department 28 日公布 2010 年第四季度美國實際國內生產總值 GDP 按年率計算增長 3 2 快于 第三季度的 2 6 但略低于分析師 3 5 的增速預期 為去年最強勁季度增長 這不僅確認了去年年底以來美國經濟復蘇勢頭已增強 也激起了今年經濟增長 將更為強勁的希望 美國經濟形勢的好轉得益于政府龐大的貨幣與財政刺激方 案 2 歐元區及歐盟 相對于美國經濟的樂觀期待 歐元區經濟形勢仍沒 有達到樂觀的程度 IMF 預計 2011 年歐元區經濟增長 1 5 歐盟統計局公布 的預估數據顯示 歐元區和歐盟 2010 年國內生產總值均增長 1 7 預估統計 數字表明 歐元區和歐盟 2010 年第四季度國內生產總值分別比上個季度增長 0 3 和 0 2 低于 2010 年第三季度的增幅 與 2009 年同期相比 歐元區和歐 盟 2010 年第四季度國內生產總值分別增長 2 和 2 1 3 從近期歐洲工業生產情況看 在 09 年 8 9 月份大幅回升后 10 月份 工業生產均是收縮態勢 其中歐元區 16 國下降了 0 6 歐盟 27 國則下降了 0 7 但從同比的角度看 歐元區和歐盟的工業生產均呈現出恢復的跡象 降 幅明顯收窄 對比 5 月份 歐元區 16 國和歐盟 27 國工業生產降幅分別收窄了 6 6 個百分點 4 日本 日本經濟增長出現持續增長趨勢 日本公布 2010 年一季度經 濟數據 GDP 同比增長 4 9 受國內需求和出口穩步復蘇的影響 日本連續 4 個季度實現正增長 經濟復蘇勢頭更趨明顯 遭受金融危機打擊后的全球鋼鐵行業正在逐漸恢復生產能力 粗鋼產量呈 現為前低后高的增長態勢 這當然與全球經濟回暖帶來的需求增長有直接的關 系 但更值得關注的是 中國不再扮演全球粗鋼產量增長的領軍角色 因為扣 除中國以外的其他國家和地區的粗鋼產量增長速度已明顯超過了中國 對比 08 年 12 月份粗鋼日均產量水平 全球 11 月份累計增長了 31 0 同期中國大陸 粗鋼日均產量增長了 25 1 扣除中國以外其他國家和地區粗鋼產量大幅增長 36 0 粗鋼生產的擴張幅度超過中國 10 9 IMF 預測 2011 年全球經濟將持續增長 但 2011 年全球經濟增速料略低于 去年的 4 8 相比較 2009 年的 1 4 負增長 無疑還是令人充滿振奮和期待的 美國第三季度經濟增長了 2 6 為去年最強勁季度增長 也是自 2007 年年底 步入衰退以來的最好表現 從表列數據看 發達國家粗鋼生產恢復程度更為徹 底 美歐日粗鋼日產平均增長了 51 0 比金磚四國合計日均產量增速高出 23 個百分點 歐盟 27 國粗鋼產量累計增長 61 3 美國增長 52 2 巴西增長了 62 6 獨聯體增長了 54 3 金磚四國 中的中國 印度 巴西和俄羅斯 2011 年預計分別增長 8 7 8 4 4 2 和 4 為了便于比較 美國在今年的經濟增長率預期將為 2 8 而在歐元區 這個指標將為 1 4 總的來說 據世界銀行的意見 世 界經濟目前正由危機后的恢復階段向足夠穩定的增長階段過渡 經濟形勢的好 轉將帶來了需求的恢復增長 預計 2011 年全球粗鋼供需形勢將趨于改善 并且 基于原燃材料價格的上升預期 預計鋼材價格將明顯區別于 2010 年低位 窄幅 震蕩的運行態勢 從線材進出口情況看 長期以來線材一直是我國主要鋼材出口品種 也是 我國一直保持凈出口狀態的鋼材品種 特別是近幾年出口增長特別迅速 國際 市場需求旺盛 據世界鋼鐵協會 2010 年 7 月 20 日公布的統計數據 6 月當月 該協會 66 個會員國粗鋼產量合計為 1 19 億噸 同比增長 18 0 2010 年上半年累計為 7 06 億噸 同比增長 27 9 2010 年上半年 各地區的粗鋼產量與 2009 年同 期相比都呈增長態勢 2010 年上半年 66 個會員國粗鋼產量比 2007 年同期增 長了 7 2 受經濟危機的影響 世界上大部分國家的粗鋼產量還沒有恢復到危 機前的水平 只有中東和亞洲地區的粗鋼產量比 2007 年分別增長了 25 3 和 23 7 歐盟 CIS 和美國的粗鋼產量仍比 2007 年同期下降 15 以上 中國 2010 年 6 月份粗鋼產量達到 5376 6 萬噸 同比增長 9 0 比 2007 年 6 月的 4260 8 萬噸增長 26 2 2010 年上半年中國粗鋼產量達到創紀錄的 32317 2 萬噸 同比增長 21 1 比 2007 年同期增長了 34 6 2010 年上半年 世界十五大鋼鐵生產國依次是 單位 萬噸 年上半年 世界十五大鋼鐵生產國依次是 單位 萬噸 1 中國大陸 32317 2 2 日本 5457 3 3 美國 4100 7 4 俄羅斯 3268 5 5 印度 3252 9 估計數 6 大韓民國 2833 9 7 德國 2274 4 8 巴西 1638 0 9 烏克蘭 1635 8 10 意大利 1353 0 11 土耳其 1349 6 12 中國臺灣 906 9 13 西班牙 885 1 14 墨西哥 845 5 15 法國 822 0 1 1 2 國內市場 1 初步預計 2010 年下半年國內市場粗鋼資源供應量為 3 億噸左右 比 上年同期增長 4 左右 與上半年同比增長 14 5 相比 增幅下降了 10 個百分 點左右 2010 年 出口鋼材 4256 萬噸 同比增長 73 其中 1 7 月同比 增長 1 52 倍 8 12 月出口增速回落至 7 4 進口鋼材 1643 萬噸 下降 6 8 進口鋼坯 64 萬噸 下降 86 1 全年鋼材 鋼坯折合粗鋼凈出口 2730 萬噸 2009 年為凈出口 286 萬噸 我國遭受金融危機以來 推出 4 萬億投資計劃 加上我國固定資產投資大 幅增長 使得 2009 年我國鋼材消費大幅增加 今年 1 10 月納入統計的 75 戶大 中型鋼鐵企業實現銷售收入 24776 42 億元 比上年同期增長 35 07 實現利稅 1280 71 億元 比上年同期增長 31 55 實現利潤 693 4 億元 比上年同期增長 84 37 企業盈利總額提高 2 鋼材消費強度意外增長 從長期的實踐看 我國鋼鐵工業的重要特點是市場需求的拉動 考慮 2011 年國家實施擴大內需 特別是消費需求的戰略 消費 投資 出口協調拉動經 濟增長 對投資的拉動將保持合理增長 重在優化投資結構 在這種情況下 如果 2011 年全社會固定資產投資保持 20 左右的增長率 則 2011 年國內市場 粗鋼表觀消費量將保持適度增長 全年國內市場粗鋼需求總量將比 2010 年增加 4000 5000 萬噸 3 房地產拉動需求值得期待 從 2006 年至 2008 年 3 季度 建筑用鋼消費基本與房地產走勢一致 但金 融危機以來 特別是我國刺激經濟后 大量的基礎設施建設開工 建筑用鋼消 費主要是由于基建投資拉動 而同期房地產開工面積持續呈下降趨勢 房地產 拉動建筑用鋼消費到 2009 年 3 季度才逐步顯現出來 2011 年基礎設施建設仍能繼續支撐鋼材的巨大消費 但拉動鋼材消費增長 的動力將主要轉換成房地產 從近期國內房地產銷售和開工來看 房地產拉動 鋼材消費是值得期待的 4 交通運輸用鋼量同比大幅增長 下游用鋼行業主要包括房地產及建筑 工業 交通運輸和其他 2010 年鋼 材消費明顯增長的是建筑和交通用鋼 工業用鋼總占比呈現下降趨勢 主要是 由于 2010 年加大了基礎設施建設 綜上所述 當前國際國內形勢為鋼鐵行業的發展創造了有利的條件 鋼材 市場的前景十分良好 1 1 3 中國線材行業生產的現狀 據中鋼協 2009 年 12 月統計月報 2009 年全國粗鋼產量 5 68 億 t 鋼材產量 6 92 億 t 同比增長 13 5 18 5 全國線材產量 9 586 萬 t 同比增長 20 9 線材產量占鋼材總產量的 13 84 在全國鋼材分品種產量中 鋼筋 線材 中 厚寬鋼帶產品所占比例較大 分別為 17 55 13 84 12 11 其次為棒材 熱軋窄帶鋼 中小型型鋼等 產品產量比例分別為 8 04 6 61 5 95 全 國鋼材分品種產量比例見圖 1 隨著我國工業化進程的快速發展 城市建設 基礎設施建設 重大項目建設等均加快了 建設的步伐 近年來我國線材生產保持持續增長的旺盛態勢 線材產能 產量同步增長 2003 年至 2009 年底 線材產能 產量均增長了 1 3 倍 年平均增長率近 20 線材產能利 用率在 85 95 之間 其中 2008 年受世界金融危機影響 線材產能未能得到較大釋放 產 能利用率為 85 產量同比增長僅 1 3 見表 1 2009 年 面對金融危機的強大沖擊 在國家積極的貨幣政策及擴大內需等措施激勵下 鋼鐵工業得到穩步增長 2009 年線材新 增產能 1000 萬 t 產量達 9585 7 萬 t 同比增長 20 90 2009 年我國已建 在建線材生 產線見表 2 我國線材產業的發展趨勢我國線材產業的發展趨勢 近年來 世界線材生產先進企業日益重視高附加值產品的研發與制造 自 主創新能力日益成為線材生產企業在高端市場競爭的重要武器 雖然我國線材 產業在生產規模不斷擴大 在技術進步 產品研發方面也取得了可喜成效 但 與世界先進水平還有相當大的距離 我國線材生產先進技術的應用路線仍以 引進一消化一吸收 為主 自主 創新很少 信息技術在流程中的應用還處于初步水平 大型企業一流裝備由于 缺乏軟件技術和人才 不能以一流的效率生產出一流的產品 高附加值鋼材品 種 特別是高質量功能材料和結構材料 還不能生產或質量達不到用戶要求 仍需依賴進口 根據國家最新制定的鋼鐵產業振興規劃要求 今后較長時期我國線材產業 總的發展方向為 統籌國內外兩個市場 以控制總量 淘汰落后 技術改造為 重點 著力推動線材產業結構調整和優化升級 切實增強企業素質和國際競爭 力 加快線材產業由大到強的轉變 總之 無論是從中國線材產業的現狀還是國家制定的產業政策來看 今后 國內線材行業的新建甚至改建項目都將急劇減少 而生產工藝的創新和新產品 的研發將會成為以后工作的重點 我國線材產業要得到更好的長足發展 必須 因勢利導 投入人力物力進行線材生產工藝的創新和新產品的研發 加快進行 線材產業品種結構的調整和產品質量的提高 1 2設計任務設計任務 車間設計的目的是為了建設新的企業 擴建或是改建老企業 企業在建設 中能否加快速度 保證質量和節約投資 在建成后能否達到最好的經濟效果 設計工作是起決定性作用的 本次設計欲通過對國內外形勢的調研 以國內某鋼廠為背景 結合國內外 先進的技術以及實際情況 設計年產量 50 萬噸的高速線材車間 采用全線連續 無扭軋制 主要生產碳素結構鋼 彈簧鋼 鋼簾線 預應力鋼絲鋼絞線 冷鐓 鋼和焊條鋼等制品用線材 規格為 5 5 20mm 1 3 廠址選擇 廠址定于重慶市長壽宴家工業園區 1 3 1 區域優勢 長壽區是重慶市地區性中心城市 地處重慶腹心地帶 是重慶 一小 時經濟圈 的重要組成部分 位于三峽庫區與沿江經濟帶的交匯處 是重慶 主城區通往華東 華中 湘西地區的必經之路 水陸交通樞紐 是重慶經 濟社會資源向三峽庫區輻射的重要中繼站 1 3 2 交通優勢 長壽是區域性交通樞紐 公路 鐵路 航空 水路運輸發達 晏家工 業園區毗鄰長江黃金水道 是重慶主城區通往三峽庫區的水陸交通樞紐 也 是通往華中 華東地區的必經之路 具有明顯的區位和水陸交通優勢 是少 有的具備水路 公路 鐵路 航空近距離聯運的工業園區 既能參與主城產 業分工協作和承接主城區 退二進三 的梯度轉移 融入重慶主城共同發展 又能影響和帶動三峽庫區產業發展 輻射湖南 湖北 貴州 四川等省 1 公路網絡發達 上海經重慶至成都 福州經重慶至成都兩條高速公 路在園區交匯 園區江南鋼城可通過南岸 涪陵高等級公路和即將開建的 沿江高速公路直達重慶城市二環 連同鄰水 南川高速公路構成交通主骨 架 2 鐵路運輸便捷 建成的渝懷鐵路和建設中的渝懷鐵路復線 渝利鐵 路 渝萬城際鐵路從長壽境內穿過 渝懷鐵路在長壽晏家建有長壽客貨火車 站 在長壽江南建有渝懷鐵路王家壩貨運編組站 渝利鐵路建成后可實現 4 小時通達武漢 8 小時通達上海 渝萬城際鐵路建成后每天開行114 對 時速達 300 公里 可以實現從重慶主城 12 分鐘到長壽區 3 水運港口優勢突出 重慶主城長壽港區分為長江以南和長江以北兩 部分 共 37 個泊位 總通過能力將超過 1 億噸 萬噸級船隊可常年通航 可直抵武漢 南京 蘇州 上海等地 并通過江海聯運通達世界各地 水運 交通相當便利 4 航空運輸快速高效 晏家工業園區距重慶江北國際機場僅50 公里 經渝長高速公路可直達機場 具有便捷的航空運輸優勢 江北國際機場正在 成為國際商業門戶樞紐機場 為園區的物流提供了良好的航空運輸條件 1 3 3 成本優勢 由于長壽特殊的區位條件 晏家工業園區入駐企業的土地成本 基 建成本 規費成本都大大低于東部沿海地區和重慶市主城區 勞動力成本至 少比重慶主城地區低 30 比沿海地區低 60 1 3 4 政策優勢 重慶市是西部惟一的直轄市和國家重點關注的庫區 因此晏家工業 園區集中了許多優惠政策 可以享受直轄市 西部大開發 三峽庫區 特色 工業園區的多項優惠政策 形成了 政策洼地 效應 一是重慶直轄后國 家給予了一系列優惠政策 以及由此帶來的直轄效應 二是解決庫區產業空 虛 確保移民穩得住 逐步能致富的問題得到國家的高度重視 國家設立三 峽庫區產業發展基金等一系列優惠政策為庫區產業發展帶來新的機遇 同時 重慶還具有西部大開發政策 老工業基地振興政策等 第 2 章產品方案的確定與編制金屬平衡表 2 1產品方案的確定 產品方案是進行車間設計時制訂產品生產工藝過程 確定軋機組成 工藝 參數的計算和選擇各項設備的主要依據 確定產品方案的原則如下 1 滿足國民經濟發展對產品的需要 特別要根據市場信息解決某些短 缺產品的供應和優先保證國民經濟重要部門對于鋼材的需要 2 要考慮地區之間產品的平衡 正確處理長遠與當前 局部與整體的 關系 做到供應適應 品種平衡 產銷對路 布局合理 3 考慮軋機生產能力的充分利用 如果條件具備 努力爭取軋機向專 業化和產品系列化方向發展 以利于提高軋機的生產技術水平 4 考慮建廠地區資源 坯料的供應條件 物資和材料等運輸情況 5 要適應當前改革開放的經濟形勢需要 力爭做到產品結構和產品標 準的現代化 有條件的要考慮生產一些出口產品 走向國際市場 根據目前我國對產品的品種 質量 規格等方面的需求情況以及我國目前 小型材進出口差額情況 現擬訂產品方案 產品規格 5 5 20mm 鋼種 碳素結構鋼 彈簧鋼 優質碳素結構鋼 冷鐓鋼和焊條鋼 各類產品的年產量及其在總年產量中所占百分比見表 2 1 表 2 1 產品方案 序號產品分類代表鋼號 產量 萬噸 比例 1碳結鋼45 8 016 2硬線鋼72 5 410 8 3碳素冷鐓鋼ML357 014 4低合金冷鐓鋼SCr4406 513 5彈簧鋼65Mn1530 6焊條鋼YGW121 63 2 7軟線鋼SWRM121 02 8簾線鋼B72LX5 511 合計50100 2 2確定金屬平衡表 2 2 1 確定計算產品的成品率 成品率是一項重要的技術經濟指標 成品率的高低反映了生產組織管理及 生產技術水平的高低 成品率是指成品質量與投料量之比的百分數 換句話 也就是指一噸原料能夠生產出的合格產品重量的百分數 其計算公式為 2 1 100 Q WQ A 式中 成品率 A 投料量 原料重量 t Q 金屬的損失重量 t W 影響成品率的因素 1 燒損 金屬在高溫狀態下的氧化損失稱為燒損 2 溶損 是指在酸 堿洗或化學處理等過程中的溶解損失 3 幾何損失 包括切損 殘屑 4 工藝損失 又稱技術損失 是指個工序生產中由于設備和工具 技 術操作以及表面介質問題所造成的不符合質量要求的產品 2 2 2 金屬平衡表 本車間產量為 500000 噸 年 所需坯料約 518264 噸 年 金屬平衡表見表 2 2 表 2 2 金屬平衡表 燒損切頭和廢品 序 號 產品分類代表鋼號成品 t坯料 t 成品 率 t t 金屬 系數 1碳結鋼45 800008282096 6952 431 151863 452 251 035 2硬線鋼72 540005595096 5593 071 061365 182 441 036 3 碳素冷鐓 鋼 ML35700007250096 55804 751 111696 52 341 036 4 低合金冷 鐓鋼 SCr440650006734096 5700 31 041656 62 461 036 5彈簧鋼65Mn15000015576096 31760 11 134003 032 571 038 6焊條鋼YGW12160001653096 8186 791 13342 172 071 033 7軟線鋼SWRM12100001031097123 721 2185 581 81 031 8簾線鋼B72LX550005705496 4604 771 061449 172 541 037 合計50000051768096 585725 931 1112561 682 311 0353 2 3計算產品的選擇 本車間擬生產多個品種多個規格的產品 但是 不可能對每種產品的每一 個品種 規格及狀態都進行詳細的工藝計算 為了減少設計工作量 加快設計 速度 同時又不影響整體設計質量 從中選擇典型產品作為計算產品 2 3 1 計算產品選擇的原則 有代表性 從中找出 1 2 種產量較大 產品品種 規格 狀態 工藝特 點等有代表性 通過所有的工序 是指所選的所有計算產品要通過各工序 但不是說每 一種計算產品都通過各工序 所選的計算產品要與實際接近 計算產品要留一定的調整余量 根據以上原則 本設計計算產品如表 2 3 表 2 3 計算產品 鋼種牌號鋼坯規格 彈簧鋼65Mn130 130 6 5mm 2 3 2 計算產品的技術標準 在制定工藝流程時 不論用哪種加工方式和選用什么工序 都必須保證產 品達到相應的技術要求 產品才能具有較高的使用價值 因此 產品的技術要 求是制定工藝流程的首要依據 是組織生產的基本文件 根據 ZBH44002 88 和 GB T3429 94 規定 計算產品的幾何形狀與尺寸精確 度 鋼的化學成分與性能以及表面質量如下 1 直徑允許偏差 直徑允許偏差為0 25mm 2 脫碳層深度 允許脫碳深度為 2 00 3 不圓度偏差 不圓度不大于公差直徑的 50 4 化學成分標準 化學成分 不大于 牌號 CSiMnPSCrNiCu 65Mn0 62 0 70 0 17 0 370 90 1 200 0350 0350 250 300 25 5 力學性能標準 牌號抗拉強度伸長率收縮率 65Mn800 1200830 6 表面質量 盤條的表面不得有肉眼可見的裂紋 結疤 折疊及夾雜 允許以實際尺寸 算起不超過尺寸公差之半的個別細小劃痕 壓痕 麻點及深度不超過 0 2mm 的小裂紋存在 以上已修正以上已修正 第 3 章生產工藝流程的制訂 3 1制訂生產工藝流程 合理的生產工藝流程應該是在滿足產品技術條件的前提下 要盡可能低的 消耗 最少的設備 最小的車間面積 最低的產品成本 并且根據車間具體的 技術經濟條件確定車間機械化和自動化程度 以利于產品質量和產量的不斷提 高和使工人具有較好的勞動條件 3 1 1 制訂生產工藝流程的依據 根據生產方案的要求 由于產品的產量 品種 規格及質量的不同 所 采用的生產方案就不同 那么主要工序就有很大的差別 因此生產方案 是編制生產工藝流程的依據 根據產品的質量要求 為了滿足產品技術條件 就要有相應的工序給予 保證 因此 滿足產品標準的要求是設計生產工藝流程的基礎 根據車間生產率的要求 由于車間的生產規模不同 所要求的工藝過程 復雜程度也不同 在生產同一產品情況下 生產規模越大的車間 其工 藝流程也越復雜 因此 設計時生產率的要求是設計工藝流程的出發點 3 1 2 工藝流程簡介 鋼坯的準備 連鑄坯 130mm 130mm 16000mm 裝爐加熱 將鋼坯加熱到奧氏體溫度 以利于軋制 高壓水除鱗 坯料在加熱爐加熱之后 進入粗軋機組之前 需高壓水除鱗 破除坯料表面的氧化鐵皮和次生氧化鐵皮 以免壓下表面產生缺陷 粗 中 精軋機組軋制 使軋件軋成成品的尺寸 其中 粗軋機組 6 架 中軋機組 6 架 預精軋機組 4 架 精軋機組 10 架 這條生產線上共有 26 架軋 機 飛剪切頭尾 軋件進入每組軋機之前都要進行切頭尾工作 目的是為了除 去溫度過低的頭部以免損傷輥面 并防止軋件頭部卡在機架間導衛裝置中 卡 斷剪用于中軋機組 預精軋機組和精軋機組前 在事故狀態下碎斷軋件 穿水冷卻 為了降低進入精軋機組的軋件溫度 在精軋機組之前設置水箱 以控制終軋溫度 吐絲成卷 軋出的線材在穿水冷卻后 通過吐絲成卷形成散卷 斯太爾摩散卷冷卻 控冷線按不同的鋼種和產品用途 控制其冷卻速度 以得到相應的成品質量 精整與運輸 包括集卷 修整 檢查 取樣 捆軋 稱重掛標牌 用集卷 裝置收集散卷 并將其掛到 P S 運輸線上的 C 形鉤上 依次完成集卷 修整 檢查 取樣 捆軋 稱重掛標牌等工序 之后卸卷入庫 連鑄坯上料運送坯料稱重加熱 連鑄坯 熱裝 運送 緩沖儲存 高壓水除磷 預精軋 機軋制 飛剪 切頭 尾 中軋機 軋制 粗軋機 軋制 飛剪切 頭 尾 水冷箱 冷卻 飛剪切 頭 尾 無扭精軋 機軋制 在線 測徑 水冷箱 控制冷卻 P F 線 鉤式運輸 機運輸及 冷卻 運卷小車卸 卷 掛鉤 集卷機 集卷 夾送輥 吐絲機 頭尾精整 人工表面 尺寸質量 檢查 取樣盤卷稱重壓緊打捆 斯太爾 摩運輸 機冷卻 發貨入庫掛標簽卸卷 圖 3 1 高速線材車間工藝流程框圖 以上已修正 以上已修正 第 4 章設備選擇 4 1加熱爐 4 1 1 爐型選擇 目前國內鋼廠多使用步進式加熱爐 步進式加熱爐與推鋼式加熱爐相比較 有加熱能力增加 擦傷減少和容易維修等優點 而且爐子的預熱段 加熱段 均熱段分得很清楚 在加熱段升溫到所規定的溫度 均熱段為消除錠坯內外溫 度而進行均熱 所以本設計選用側進側出步進梁式連續加熱爐 本高線車間坯 料規格為 130 130 4 1 2 爐子尺寸的確定 1 爐子的寬度 主要根據坯料長度確定 公式如下 4 1 1 Bn ln 式中 l 坯料的最大長度 mm n 坯料排列數 鋼坯和爐墻以及鋼坯和鋼坯之間的間隔 一般取 0 15 0 3m 已知 l 16000 mm 16 0m 取 n 1 0 25 則 B 1 16 0 2 0 25 16 5m 2 爐子的長度 主要根據加熱爐產量決定 公式如下 4 2 Gn TBQ L 式中 Q 加熱爐小時產量 L 加熱爐有效長度 m n 加熱爐內裝料排數 G 每根料重 噸 b 加熱鋼料斷面寬度 m T 加熱時間 h 本車間年產量為 50 萬噸 取加熱爐的加熱能力 110 t h G 2 055t n 1 b 0 13 T 3 5 所以 mm 20 9 055 2 1 313 0 110 Gn TBQ L 爐子的全長 有效長度 1 3m 22 5m 計算加熱爐的有效面積 F B L 16 5 20 9 344 85 m2 3 加熱爐性能參數 爐型 步進梁式加熱爐 裝出料方式 側進側出 單排出料 爐底有效面積 344 85m2 采用熱源 發生爐煤氣 溫度自動控制段 8 個 最大加熱能力 130t h 4 2主軋機 4 2 1 軋機的組成 全線共有 26 架軋機 其有關參數見主軋機參數表 全部軋機分為粗軋 中 軋 預精軋 精軋組 前 16 架軋機為平立交替布置 立輥軋機均為上傳動 后 10 架精軋機組為摩根第六代型超重級軋機 整個軋制過程軋件無需扭轉 以 下是主軋機的特點 粗 中軋機組 粗 中軋機組由 12 架二輥平立交替布置的軋機組成 立式軋機為上傳動 預精軋機組 由 4 架平立交替布置的懸臂式機架組成 采用碳化鎢輥環 油膜軸承 壓下裝置為手動偏心機構 各架由電機單獨傳動 無扭精軋機組 為 10 架型無扭超重型機組 前 5 架為 230mm 超重型機 架以提高軋制能力 后 5 架為 160mm 超重型機架 以在高速下提高能 力 懸臂式碳化鎢輥環 液壓換輥 電機經增速箱伸出 2 根長軸 再 經傘齒輪驅動各對軋輥 軋輥軸徑向為滑動軸承套支撐 軸向為滾珠 軸承 油膜軸承用在從動軸上 10 個機架封閉于一個可開啟的保護罩 內 并設有 魚線 及事故廢鋼箱 4 2 2 軋機的主要技術參數的確定 1 軋輥直徑 輥身直徑是表征軋機的特性參數 通常從輥身直徑大小來稱呼軋機規格 因此軋輥直徑是軋機的一個重要參數 選擇軋輥直徑時要考慮 軋制時軋輥強度和剛度 及其允許撓度 同時要 注意咬入角的允許值 通常可根據軋機軋輥直徑與軋制的坯料高度選擇 D K1 H 4 3 式中 H 坯料高度 mm 對于線材軋機 K1 5 0 8 0 本車間擬采用規格為 130 130 連鑄坯 軋制 5 5 20mm 的線材 為保證 軋輥抗彎強度及鋼要求 現用 130 130mm 的坯料進行計算 則粗軋機組第一 機架的輥徑為 D 130 5 130 8 650 1040mm 取 D 720mm 為粗軋機組第一機架的軋輥直徑 為滿足連軋過程中秒流量相等要求 按照連軋過程中軋輥直徑逐漸遞減原 則確定各個機組軋輥直徑 再考慮軋機的系列化 各軋機機組軋輥直徑見主軋 機參數表 2 輥身長度 為了保證軋制的尺寸精度 還應考慮軋輥的剛度要求 因此軋輥直徑 D 與 輥身長度 L 有一定的關系 軋機的經驗公式 4 4 1 5 2 5L D 式中 L 輥身長度 mm D 軋輥直徑 mm 則粗軋機組輥身長度 L 1 5 2 5 D 800 1 5 2 5 1200 2000mm 由于粗軋機組配置的孔型較少 坯料壓下量大 孔型較深在保證軋輥抗彎 強度 減少軋輥撓度 節約能源的前提下 輥身長度可取小一些 所以取粗軋 機組輥身長度 L 1300mm 隨著軋機對軋件壓下量的增大 軋輥受到變形抗力不 斷增加 綜合考慮軋輥剛度和配置孔型要求等諸多因素 取各軋機組輥身長度 L 見主軋機參數表 3 電機選擇 根據以上軋機軋輥直徑 輥身長度 機架數 機器型式的確定 確定連軋 機組軋輥的主傳動電機 粗軋機組采用 400KW 600KW 的直流電機 中軋和預 精軋機組采用 600KW 700KW 的直流電機 精軋機組由于采用集體傳動 故采 用一臺 6800KW 的交流電機 這些電機傳動參數見主軋機參數表 表 4 1 主軋機基本參數 軋輥尺寸 mm 軋機序號軋機型式 輥徑輥身長 功率 kW 主電機 轉速 r min 1 型式 1 750 二輥水平 810 7201300400650 1300 2 750 二輥立式 810 7201300400650 1300 3 750 二輥水平 810 7201300600650 1300 4 650 二輥立式 795 6201100600650 1300 5 650 二輥水平 795 6201100600650 1300 6 粗軋機組 650 二輥立式 795 6201100600650 1300 直流 7 600 二輥水平 620 550650600650 1300 8 600 二輥立式 620 550650600650 1300 9 600 二輥水平 620 550650700650 1300 10 600 二輥立式 620 550650600650 1300 11 600 二輥水平 620 550650700650 1300 12 中軋機組 600 二輥立式 620 550650600650 1300 直流 13 285 二輥水平懸臂 285 25570 95700650 1300 14 285 二輥立式懸臂 285 25570 95600650 1300 15 285 二輥水平懸臂 285 25570 95700650 1300 16 預精軋機組 285 二輥立式懸臂 285 25570 95600650 1300 直流 17 21228 38 20572 22 26 精軋機組 V 型超重型 無扭精軋機組 170 15370 57 6800850 1600 交流 同步 機 4 34 3 控制冷卻線 4 3 1 水冷裝置 精軋機前水箱 每段水箱長度 6m 2 個水冷箱 環形噴嘴 水箱的最大溫 降為 75 精軋機后水箱 水箱長度約 6m 6 個水冷箱 環形噴嘴 每個水箱最大溫 降 標準冷卻為 75 芯熱回火冷卻為 150 水流量和溫度由自動閉環溫控 系統調節 人工進行預先設定 4 3 2 精軋機后夾送輥 1 設在 2 3 水箱之間的夾送輥是專為生產 6mm 和 8mm 自回火線 材用的 軋輥為雙槽或槽碳化鎢輥環 可利用無扭精軋機廢 230mm 輥環研磨 后使用 上下輥以軋制中心為基準對稱調節 調節壓縮空氣系統壓力 0 03 0 5 MPa 可改變夾送輥的夾送力 最大夾送力為 0 4MPa 輥子直徑 為 210 179 5 mm 71 7mm 2 吐絲機前夾送輥技術參數與 2 3 水箱之間夾送輥相同 最大夾送力為 0 4MPa 速度調節與無扭精軋機和吐絲機同步 生產小規格線材時尾部降速生 產大規格線材時尾部增速 并可在全長方向進行張力調整 4 3 3 吐絲機 臥式 水平傾角為 20 設計最大速度 150m s 吐圈直徑 1075mm 一 般允許振動值范圍 2 50mm s 3 81mm s 最大為 5 04mm s 4 3 4 斯太爾摩運輸機 其形式為輥道延遲型 運輸機速度為 6 120 m min 輥子最大允許溫度 為 900 線材冷卻速度 0 3 17 每個風機風量 154700m h 靜態風壓 0 03MPa 運輸機總長為 98 2m 共 10 個運輸段 每段 9m 長 每段輥道通過 變速電機靠齒輪減速裝置鏈式驅動 1 至 6 段 每段配有個 2 風機 第 7 和第 10 段 各配有 1 個風機 風機入口設有風門調節機構 隔熱罩通過氣缸啟閉 4 4 剪切機 軋線剪機的主要技術參數見下表 表 4 2 主軋機基本參數 剪機名 稱 粗軋前 卡斷剪 1 飛剪2 飛剪 預精軋前 卡斷剪 精軋前 飛剪 精軋前碎 斷剪 精軋前卡 斷剪 功能事故用 切頭尾 碎斷 切頭尾事 故用碎斷 事故用 切頭尾 分段 取樣 事故用事故用 型式 曲柄連 桿啟停 式 回轉啟 停式 回轉啟 停式 回轉連 續式 剪斷面 積 mm2 178253121595 894595 894224 484224 484224 484 軋件溫 度 850850850900800800800 最大剪 切力 kN 2450 520 132 95 69 74 59 4 5 盤卷收集和處理系統 盤卷收集和處理系統的設備組成及有關參數見下表 表 4 3 盤卷收集和處理系統 名稱性能參數名稱性能參數 P F 鉤式運輸機 C 形鉤數量 個約 70 C 形鉤能力 t最大 2 11 最高集卷溫度 600 運行速度 m s 10 3 長度 m約 500 集卷機 由集卷筒 線卷室和雙芯 棒組成 集卷筒內設有氣 動分離爪 用于分離前后 2 個盤卷 盤卷卷室的 2 個門由液壓缸驅動 打開 移走已形成的盤卷 雙芯 棒兩臂位于水平和豎直位 置 通過液壓馬達旋轉 180 后 兩種位置互換 集卷筒帶有線圈分配器 盤卷打捆機 盤卷尺寸 mm 外徑 1250 1200 內徑 900 850 打捆周期 s 32 盤卷重量 t2 11最大壓緊力 kN400 盤卷高度 mm2700 3200最大線卷重量 t2 13 運卷小車小車通過齒輪條系統有電 機驅動進行橫移 卸卷機 液壓升降 液壓橫移 運輸車速度 mm s 1700小車最大橫移 距離 m 約 11 8 側移車速度 mm s 1250 小車最大 速度 mm s 1 690卸卷站存放能力 t最大 5 4 章已初修 第 5 章工藝計算 工藝計算是在確定計算產品工藝流程和所選擇設備的基礎上 根據對產品 質量的要求以及產品與設備的工藝性能的特點 對各主要工序進行具體的科學 分析和必要的理論計算 從而確定出各種產品在各工序中的準確而又具體的生 產工藝流程 工藝參數等 5 1坯料選擇 目前 軋鋼廠普遍使用的坯料有三種 連鑄坯 初軋坯 鍛壓坯 本車間 使用坯料為 130 130 連鑄坯 因為連鑄坯具有 金屬收得率提高 10 左右 每 噸鋼大致可節約熱能 14 萬大卡 可以降低產品成本可達 10 的優點 由于本車間使用的是在上游車間已經清理合格的坯料 所以本車間不再需 要另設鋼坯的清理設備 只需在上料的同時 經目視檢查 如果發現不合格鋼 坯 剔除即可 5 2坯料加熱制度確定 坯料加熱制度包括加熱溫度 加熱時間 加熱速度 燃料選擇 爐型結構 及輔助設備選擇 坯料經過清理后 在進入粗軋之前 需要將其加熱 目的是提高鋼坯的塑 性 降低金屬變形抗力以及改善金屬內部組織和性能 以便于軋制 一般來說 把坯料加熱到奧氏體單相固熔的組織的溫度范圍內 并有足夠的時間以均化組 織及融化碳酸物 從而得到具有塑性良好的面心晶格 較低變形抗力 良好機 械性能的金屬組織 保證順利軋制 5 2 1 加熱溫度確定 坯料的加熱溫度主要取決于各種鋼的特性和壓力加工工藝要求 以保證鋼 材的質量和產量 高線軋制過程中 當軋制速度大于 9m s 時 軋件是升溫的 當達到 100m s 時 在精軋段就要開始控冷 甚至必須降低鋼坯的開軋溫度 所 以高線軋機鋼坯加熱溫度不再單純是為了使鋼坯獲得盡可能大的塑性和盡可能 小的變形抗力以及軋后不存在有害的殘余加工應力的要求 而必須與軋機 軋 制速度和控軋控冷要求結合起來 按高速軋制工藝及控制工藝確定鋼坯的加熱 溫度 加熱溫度的選擇應依鋼種不同而不同 對于碳素鋼 最高加熱溫度應低于 固相線 100 150 加熱溫度偏高 時間偏長 會使奧氏體晶粒過分長大 引 起晶粒之間的結合力減弱 鋼的機械性能變壞 這種缺陷成為過熱 加熱溫度 過高或在高溫下時間過長 金屬晶粒除長得很粗大外 還使偏析夾雜富集的晶 粒邊界發生氧化或融化在軋制時金屬經受不住變形 往往發生碎裂 這種缺陷 稱為過燒 過燒的金屬無法進行補救 只能報廢 過燒實質上是過熱的進一步 發展 因此防止過熱即可防止過燒 表 5 1 是某些鋼的加熱及過燒溫度 表 5 1 某些鋼的加熱及過燒溫度 鋼 種加熱溫度 過燒溫度 碳素鋼 1 5 C10501140 碳素鋼 1 1 C10801180 碳素鋼 0 9 C11201220 碳素鋼 0 7 C11801280 碳素鋼 0 5 C12501350 碳素鋼 0 2 C13201470 碳素鋼 0 1 C13501490 硅錳彈簧鋼12501350 鎳鋼 3 Ni12501370 8 鎳鉻鋼12501370 鉻釩鋼12501350 高速鋼12801380 奧氏體鎳鉻鋼13001420 根據上述理由 擬定計算產品的加熱溫度如表 5 2 所示 表 5 2 計算產品坯料的加熱參數 計算產品彈簧鋼 加熱溫度 1150 5 2 2 加熱速度的確定 加熱速度是指在單位時間內鋼的溫度變化 加熱速度應根據各種金屬在某 溫度范圍內的塑性和導熱性以及鋼的溫度應力來確定 一般坯料加熱可分為 預熱段 加熱段 均熱段 在預熱段很多合金鋼和高碳鋼在 500 600 以下塑性 很差 因此應放慢加熱速度以免使坯鋼中部產生 穿孔 開裂的缺陷 當溫度 達到 700 以上時鋼的塑性和導熱性都大大提高 此時金屬坯料內部的熱應變 力較小 應盡可能快的加熱 這樣不僅提高加熱爐的生產能力 同時還可防止 或減輕某些缺陷如氧化 脫碳及過熱等 當鋼坯溫度達到加熱要求溫度后 為 使鋼坯首尾 內外以及上下各處的溫度均勻 應在該溫度下停留一段時間 對 一般的碳鋼及低合金鋼 由于在低溫時其塑性及導熱都比較好 所以可縮短或 者除去預熱段 從而提高生產率 5 2 3 加熱時間的確定 加熱時間是指鋼坯裝爐后 加熱到加工要求的溫度所需的時間 原料的加 熱時間長短不僅影響加熱設備的生產能力 同時也影響鋼材的質量 即使加熱 溫度不過高 也會由于時間過長而造成加熱缺陷 合理的加熱時間取決于原料 的鋼種 尺寸 裝爐溫度 加熱速度及加熱設備的性能與結構 關于加熱時間 的計算 目前用理論方法還很難滿足生產實際的要求 常用的經驗公式有 5 1 DKT l 式中 加熱時間 h T 坯料厚度或直徑 mm D 修正系數 l K 考慮鋼種成分和其它因素影響 各種鋼的修正系數見表 5 3 表 5 3 各種鋼的修正系數 鋼種Kl值 碳鋼0 10 0 15 低合金鋼0 15 0 20 高合金結構鋼0 20 0 30 高合金工具鋼0 30 0 40 本設計的小型軋鋼廠 計算產品是 65 錳彈簧鋼 則加熱時間為 0 15 0 20 130 19 5 26h 取加熱時間為 21h 5 3計算產品的孔型設計 鋼坯只有依次通過一系列孔型 經過若干道次的軋制變形后 才能獲得所 要求的斷面形狀和尺寸的型鋼 把為達到此目的而確定各孔型形狀 計算各孔 型尺寸 把孔型合理地配置在軋輥上等工作稱為孔型設計 良好的孔型設計應該做到 1 得到符合要求的形狀 精確的尺寸 良好的表面質量和內部組織以 及力學性能均佳的優質線材 2 軋制工藝穩定 生產操作簡單 軋鋼機調整方便 并使軋機具有盡 可能高的生產能力 3 使軋制能耗和軋輥消耗最低 4 勞動條件好 安全 便于實現高度機械化 自動化操作 為達到上述要求 獲得最佳的效果 孔型設計者除應掌握金屬在孔型設計 的方法步驟外 還必須熟悉軋機設備工藝特點和操作習慣 針對具體軋機工藝 特點和操作條件進行相應的孔型設計看 并在實踐中不斷改進和完善 5 3 1 選擇孔型系統 軋制某種產品 一般需要一定數量對形狀和尺寸都有嚴格要求的孔型 即 所謂精軋孔型 按軋制順序 在精軋孔型以前的孔型 是將大斷面的鋼錠或鋼 坯盡量用較少的軋制道次軋成第一個精軋孔型所需的斷面形狀和尺寸的軋件 通常稱之為延伸孔型 選擇延伸孔型的依據如下 1 軋機條件 2 坯料的技術條件 3 生產技術水平及操作人員的熟練程度等 根據以上原則 并結合產品實際情況 采用最為合適的孔型系統使其既能 適應各種合金鋼種的軋制 以便于各種坯料順利進行 為此 選擇橢圓 圓孔 型系統 該孔型系統具有下列優點 1 孔型共用性大 有利于提高軋機生產能力 2 壓下量大 對軋制大斷面軋件有利 3 孔型磨損均勻 能耗相對較小 4 氧化鐵皮易脫落 軋件表面質