目錄第1章 緒論 11.1車間設計的一般概述 11.1.1車間設計的目的與任務 11.1.2車間設計的依據 11.1.3設計工作的原則 11.2可行性研究 21.2.1背景 21.2.2中國線材行業生產的現狀 21.2.3設計任務 41.3廠址選擇 41.3.1區域優勢 41.3.2交通優勢 41.3.3成本優勢 51.3.4政策優勢 5第2章產品方案與計算產品的確定 62.1產品方案的確定 62.2計算產品的選擇 62.3計算產品的技術標準 7第3章生產工藝流程的制訂 93.1制訂生產工藝流程 93.1.1制訂生產工藝流程的依據 93.1.2工藝流程簡介 9第4章設備選擇 114.1主要設備 114.1.1加熱爐 114.1.2軋機 124.3控制冷卻線 144.3.1水冷裝置 144.3.2剪切裝置 144.3.3吐絲機 144.3.4斯太爾摩冷卻系統 144.3.5盤卷收集和處理系統 15第5章工藝計算 155.1坯料選擇 165.2坯料加熱制度確定 165.2.1加熱溫度確定 165.2.2加熱速度的確定 175.2.3加熱時間的確定 175.3計算產品的孔型設計 185.3.1孔型設計的基本原則 185.3.2選擇孔型系統 185.4延伸系數校核 235.5填充系數的校核 235.6軋制速度的確定 245.7軋制力的計算 255.8主電機傳動軋輥所需力矩及功率 275.8.1傳動力矩的組成 275.8.2軋制力矩的確定 275.8.3附加摩擦力矩的確定 285.8.4空轉力矩的確定 285.9編制生產工藝流程定額卡 295.10編制金屬平衡表 305.10.1燒損 305.10.2幾何損失 305.10.3工藝損失 30第6章軋輥及電機校核 316.1軋輥強度校核 316.2輥身強度的校核 316.3輥頸強度校核 326.4棍頭校核 326.5電機校核 336.6等效力矩的計算 336.7電機的過熱過載校核 34第7章設備負荷計算 347.1工作制度和年工作臺時的決定 347.1.1工作制度 347.1.2設備工作臺時的確定 357.2設備負荷能力計算 357.2.1設備小時生產定額 357.2.2年產量計算 357.2.3設備完成年計劃產量所需臺時 367.2.4設備完成年計劃產量所需臺數 367.2.5設備負荷率的計算 367.3軋鋼機工作圖表 377.3.1軋制節奏 377.3.2純軋時間 377.3.3間隙時間 377.3.4軋制總延續時間 37第8章車間平面布置 388.1車間平面布置的原則 388.2車間整體平面設計內容 398.3金屬流程線的確定 398.3.1設備間距的確定 398.3.2車間內倉庫設施的布置 398.4車間廠房參數 40第9章車間勞動組織與技術經濟指標 409.1車間勞動組織 409.1.1勞動定額 409.1.2車間勞動定員 409.2投資概算 429.2.1資金來源及投資預算 429.2.2產品成本預算 439.3投資回收期估算 449.4經濟技術指標 45第10章安全技術及環保 4610.1安全技術 4610.2環境保護 46參考文獻 47致謝 1第1章 緒論1.1車間設計的一般概述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車間設計的目的與任務車間設計的目的就是為了建設新的企業，擴建或改建老企業。設計的任務是對需要建設得企業做出技術和經濟得詳細規劃，確定出企業的生產經濟狀況，技術經濟指標及施工的組織方法等。1.1.2車間設計的依據在進行車間設計之前，應從技術經濟部分取得設計任務，而設計任務是有關部門根據國家計劃經過充分討論訂出指定的基本內容：（1)車間的生產規模，生產品種；（2)車間的生產方案；（3)建廠地址，廠區范圍和資源情況，水文地質，原材料、燃料、動力，供水以及供電等供應情況，還有運輸情況等；（4)要求達到的經濟效益和技術水平；（5)投資以及勞動定員的控制數字；（6)環保情況。設計任務書是進行車間設計的依據。1.1.3設計工作的原則設計工作原則有：（1）遵守國家的法律，法規，貫徹執行國家的經濟建設方針與改革，提高經濟效益與社會效益，為社會主義現代化服務；（2)從全局出發，服從國家或地區對產品的需要；（3)從實際出發，服從國家或地區對產品的確定設計標準，對生產工藝，主要設備和主題工程設計要做到先進，合理，可靠。對非生產性的建設，應堅持適用，經濟，在可能的條件下注意主觀；（4)注意綜合利用與環境保護，造福人民；（5)節約能源；（6）合理使用勞動力；（7）節約建廠用地，應盡量利用荒地，劣地，少占耕地。總平面圖的布置湊合理；（8）立足于自力更生。1.2可行性研究1.2.1背景目前,我國鋼鐵行業區域布局存在不合理現象,鋼鐵工業“北重南輕”的布局長期未能改善,環渤海地區鋼鐵產能近4億噸,50%以上產品外銷,從而增加了運輸成本,造成整個行業物流的成本非常高。2012年2月，國務院批復同意了《西部大開發“十二五”規劃》這是國務院批復的第三個西部大開發五年規劃。此次規劃首次提到產業布局要考慮“物流配套能力”。由于,鋼材具有典型的銷售半徑,產品一般只能覆蓋300~500公里的需求。假如布局不合理,產品遠途倒運必然增大物流成本。今年以來，西部地區，特別是四川、新疆等地螺紋鋼價格明顯高于上海地區300-400元/噸。隨著《西部大開發“十二五”規劃》的正式批復，西部地區將迎來基礎建設高潮，也必將帶動大量鋼材需求。1.2.2中國線材行業生產的現狀1. 工裝現狀高速線材軋機誕生的40多年來，隨著科學技術的不斷進步，高速線材行業的工藝、技術、裝備的發展日新月異，軋機裝備水平迅速提高，軋制速度由最初的50米/秒提升至120米/秒。表1.1是摩根軋機裝備的發展情況。表1-1摩根第Ⅰ代至第Ⅵ代線材精軋機的軋制速度代次ⅠⅡⅢⅣⅤ保證軋制速度，m/s4350617580最大輥徑時的軋制速度，m/s50607590100電機最大速度時的軋制速度，m/s607290112120目前中國約有140條線材生產線，60個高速線材生產廠共77條高速線材生產線在生產，高速比約為50%。表1.2是中國高速線材設備狀況。表1.2中國高速線材設備狀況設備來源數量設備投產數量引進新設備3220世紀80年代20引進二手設備1720世紀90年代36自制設備2821世紀21中國目前正在生產的77條高速線材生產線的裝備水平大致分為四個等級：（1） 具有世界領先水平的生產線。這類生產線主要特點是：單線軋制，盤重大，可進行熱機軋制，軋制保證速度達120米/秒，采用超重型精軋機組和減定徑機組，尺寸精度控制在±0.10毫米以內，全線控軋控冷。（2） 具有世界二流水平的生產線。這類生產線主要特點是：單線軋制，盤重較大，軋制速度可達到90米/秒以上，尺寸精度可以控制在±0.15毫米以內，采用延遲型風冷線，能實現控溫軋制。（3） 一般水平的生產線。這類生產線的主要特點是：多線軋制，盤重較小，軋制速度一般在70米/秒以上，尺寸精度可以滿足B級要求，采用了延遲型或標準型風冷段。（4） 較落后的生產線。這類生產線是對原有的復二重橫列式軋機改造而成，或是20世紀80年代末至90年代初建成，由于當時的起點和市場定位就不高，所以裝備水平和技術水平都低。其主要特點是：盤重很小（不超過1噸），軋制速度一般在70米/秒以下，尺寸精度控制水平很低。這類生產線目前約占1/6左右，隨著產品結構調整步伐的加快和市場競爭壓力的增大，以及裝備精良的新生產線在近幾年將不斷地投人使用，這類落后的生產線退出舞臺將是必然的。2. 產量現狀中國是世界上線材產量最多的國家。2004年世界線材產量為11461萬噸，中國產量占世界產量的43.2%。3. 產品結構現狀中國線材在產量上是世界第一大國，也具有世界最先進的工裝設備，但是品種結構上還不能與線材軋機設備相匹配，仍以一般碳結構鋼為主。以2003年為例，一般碳結構鋼盤條占總量的81.02%。中國的出口線材逐年增加，已經大于進口量，出口量超過100萬噸，但在出口的品種中98.19%為普碳鋼盤條。然而進口線材中不銹鋼、合金鋼、易切削鋼盤條占約30%的比例，對于專用深加工產品80%以上需要進口，如簾線鋼2004年進口量為81.7%，國內自產部分也僅僅是低級別簾線鋼。中國出口線材品種的質量及價格也要遠低于進口線材產品。平均計算，出口產品比進口產品的噸鋼價格低將近200美元。以鋼簾線用盤條為例，目前中國能夠批量生產的只有寶鋼、武鋼、青鋼、鞍鋼和沙鋼，產品質量與日本、歐洲同類產品有相當大的差距，日本新日鐵生產產品售價平均高達8400元/噸，而國內售價在6000至7000元/噸。經過近10年的發展，中國線材的深加工比在25%至30%，大大低于發達國家50%至70%的水平。4. 產品質量現狀中國雖然是線材產量大國，但部分專用產品質量還達不到國際標準。例如簾線鋼，國內僅能生產得到貝卡爾特G09D認證的產品，而基本不能生產達到高級別簾線鋼V00D技術條件的產品。目前世界眾多線材生產大企業中，產品質量較好的屬日本神戶和德國撒斯特，其次有日本新日鐵和住友及韓國浦項等。很多線材廠家不能生產高利潤專用產品，主要原因在于不能保證產品的質量。5. 市場現狀隨著中國國民經濟恢復到平穩發展階段，線材行業也在迅速發展，目前，除個別品種外（鋼簾線用鋼、汽車彈簧鋼、高級冷鐓鋼、超低碳鋼等），基本都能滿足用戶需求，自給率不斷上升。但中國線材市場仍存在問題，2005年中國線材產能可以達到6500萬噸，而國內需求僅為4300余萬噸，在此情況下，自給率也僅僅可達到93%左右，一些專用材仍需要進口。中國線材生產技術及裝備進步很快，從工裝狀況和產量上來看，已屬于線材大國，但在管理、生產技術方面與世界一流水平還有差距，不能稱為強國。因此在我國新建高速線材車間是很有必要且可行的。1.2.3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Φ5.5～Φ20mm。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章產品方案與計算產品的確定2.1產品方案的確定產品方案是指所設計的工廠或車間擬生產的產品名稱、品種、規格、狀態及年計劃產量。產品方案是進行車間設計的主要依據，根據產品方案可以選擇設備和確定生產工藝。編制產品方案應考慮以下原則：1)滿足國民經濟發展的要求；2)產品的平衡；考慮全國各地生產的布局和配套加以平衡；3)建廠地區的條件，生產資源、自然條件、投資等的可能性。進行產品方案編制時要以上述三點為依據，全面考慮，三者不可偏廢。產品方案是進行車間設計的主要依據，因為產品方案不但規定了車間的類型，同時也規定了車間生產品種的方向。根據產品方案可以選擇設備和確定生產工藝。根據以上原則，可以確定生產方案為：表2-1生產方案序號產品分類代表鋼號產量萬噸比例%1碳結鋼40#13.426.82冷鐓鋼SCr44013.5273彈簧鋼65Mn15304焊條鋼YGW121.63.25軟線鋼SWRM121.026簾線鋼B72LX5.511合計501002.2計算產品的選擇車間生產的產品品種、規格及狀態組合起來可能有數十種、數百種以上。但是在設計中不可能對每種合金的每一個產品的每一個品種、規格及狀態都進行詳細的工藝計算。為了減少設計工作量，加快進度，同時又不影響整個設計質量，可以將各類產品進行分組，從中選取典型產品作為計算產品。計算產品選擇的原則:1）有代表性這些計算產品從全車間總體來說，在合金、品種、規格、產量和工藝特點等方面有代表性。2）通過所有的程序所選的所有計算產品要通過各工序，但不是每一種計算產品都通過各工序，而是對所有計算產品綜合來看的。3）所選的計算產品要與實際相接近4）計算產品要留一定的調整余量根據以上原則,計算產品確定如表2-2。名稱牌號（mm）鋼種年產量(萬噸)標準圓鋼Φ9405.4GB/T699-1999圓鋼Φ1165Mn15GB/T1222-20072.3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.化學成分標準表2-3：牌號化學成分%不大于%CSiMnPSCrNiCu400.37～0.450.17～0.370.50～0.80≤0.035≤0.035≤0.25≤0.25≤0.2565Mn0.62~0.700.17~0.370.90~1.20≤0.035≤0.035≤0.25≤0.30≤0.252.力學性能標準表2-4：牌號抗拉強度伸長率斷面收縮率40≥570≥19≥4565Mn820~92514~22.5≤103.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。4.直徑允許偏差直徑允許偏差為0.25mm。5.脫碳層深度允許脫碳深度為2.00%。6.不圓度偏差不圓度不大于公差直徑的50%。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150×150×16000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5架，中軋機組4架，預精軋機組4架，精軋機組10架，這條生產線上共有23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高速線材車間工藝流程框第4章設備選擇設備選擇的內容是確定出車間設備的種類、型式、結構、規格、數量及能力。金屬壓力加工車間的生產設備可分為：主要設備與輔助設備，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。對于輔助設備，一般不進行驗算，可在主要設備確定后，再確定與之配套的輔助設備。設備選擇一般考慮如下原則：1、要滿足產品方案的要求，保證獲得高質量的產品。2、要滿足生產方案及生產工藝流程的要求。每種生產方案都要求與之相適應的主要設備以及相應的輔助設備，生產工藝流程中的每一個工序必須按該工序的工藝要求選擇設備。3、要注意設備的先進性與經濟上的合理性。在可能條件下，盡可能選用機械化、自動化程度化程度高的先進設備，以利于提高生產效率和設備利用系數，一般為70～80%。此外，還要注意選擇標準設備，力求投資少，而有較好的技術經濟指標。4、要考慮設備之間的合理配置與平衡工藝設計者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。4.1主要設備4.1.1加熱爐（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150×150。（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）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=16000mm=16.0m，取n=1，=0.25則：B=1×16.0+2×0.25=16.5m2．爐子的長度主要根據加熱爐產量決定，公式如下：（4-2）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110t/h，G=2.055t，n=1，b=0.13，T=3.5所以：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=344.85m23．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/h4.1.2軋機（1）軋機的組成全線共有23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13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9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。表4-1主軋機基本參數軋機序號軋機型式軋輥尺寸/mm功率/kW主電機轉速/r?min-1型式輥徑輥身長1粗軋機組φ600二輥立平600/510800700360/1200直流2φ580二輥水式580/500800600360/12003φ520二輥立平520/420800600360/12004φ520二輥水式520/420800600360/12005φ450二輥立平450/360800600360/12006中軋機組φ450二輥水平450/360650550360/1200直流7φ450二輥立式450/360650550360/12008φ450二輥水平450/360650550360/12009φ360二輥立式360/270650550360/120010預精軋機組φ360二輥水平360/270400550360/1200直流11φ280二輥立式280/200350550360/120012φ280二輥水平280/200350550360/120013φ280二輥立式280/200350550360/120014~23精軋機組V型超重型無扭精軋機組280/200706800850/1600交流同步機（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；對于中型型鋼軋機K1=2.9~5.0本車間擬采用規格為150×150連鑄坯，軋制Ф5.5~20mm的線材，為保證軋輥抗彎強度及鋼要求，現用150×150mm的坯料進行計算。則粗軋機組第一機架的輥徑為：D=150×2.8～150×5.0=435～750mm取D=600mm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。2．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。4.3控制冷卻線4.3.1水冷裝置精軋機（定徑機）前水箱：2個水冷箱，第一段水箱長度6m，第二段水箱長3m，環形噴嘴。水箱的最大溫降為75℃。精軋機后水箱：一個水箱長度6m，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剪切裝置軋線共安裝3臺飛剪，用于切頭尾、事故碎斷、和倍尺剪切。一臺冷剪機和兩臺砂輪鋸。1#飛剪位于粗軋機組5#軋機之后，用于軋件的切頭、切尾、和事故碎斷處理。啟停工作制。由主電機、剪機本體、前后導槽、收集裝置組成。飛剪的結構形式是曲柄連桿式飛剪，由一臺直流電機驅動，剪切精度可達到±30mm。剪切最大斷面15000mm2，剪切溫度大于850℃。2#飛剪位于中軋機組9#軋機之后，精軋機組之前。在生產中對軋件實施切頭切尾和事故碎斷處理。由主電機、剪機本體、前后導槽、收集裝置組成。其剪切精度可以控制在±25mm。切頭、切尾長度50～200mm，剪切溫度大于850℃。3#飛剪位于預精軋之后，精軋之前。主要用于需要時的切頭尾，剪切溫度大于820℃。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斯太爾摩冷卻系統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，運輸機總長為60m。共10個運輸段，每段6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。4.3.5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4-2盤卷收集和處理系統名稱性能參數名稱性能參數集卷機由集卷筒、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。P&F鉤式運輸機C形鉤數量/個約70C形鉤能力/t最大3最高集卷溫度/℃600運行速度/m?s-10.3長度/m約500盤卷打捆機盤卷尺寸/mm外徑1250/1200內徑900/850打捆周期/s32盤卷重量/t2.11最大壓緊力/kN400盤卷高度/mm2700/3200最大線卷重量/t3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、液壓橫移小車最大橫移距離/m約11.8運輸車速度/mm?s-1700側移車速度/mm?s-1250小車最大速度/mm?s-1690卸卷站存放能力/t最大5第5章工藝計算工藝計算是確定各種計算產品的工藝流程和初選設備的基礎上，根據產品產量的要求，制品的工藝性能以及設備的特點，對個主要設備或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的準確而具體的生產工藝流程、工藝參數及其各種消耗定額，并確定各部分及各環節之間的協作配套關系。工藝計算的內容包括：主要加工工序的工藝規程的制定；編制生產工藝流程定額卡。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150×150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%Ni125013708%鎳鉻鋼12501370鉻釩鋼12501350高速鋼12801380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，℃11505.2.2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）式中：——加熱時間，h；——坯料厚度或直徑，cm；——修正系數。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）×15=2.25～3h，取加熱時間為2.5h。5.3計算產品的孔型設計5.3.1孔型設計的基本原則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：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。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。使軋制能耗和軋輥消耗最低。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。5.3.2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：軋機條件；坯料的技術條件；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：孔型共用性大，有利于提高軋機生產能力；壓下量大，對軋制大斷面軋件有利；孔型磨損均勻，能耗相對較小；氧化鐵皮易脫落，軋件表面質量好。根據以上原則，確定出粗軋第一個道次的孔型為箱型，后續軋制道次為平-立交替的橢圓-圓形孔型系統。是因為橢圓-圓孔型系統變形較為均勻，在孔型中軋出的軋件沒有尖銳的棱角，可以保證軋機斷面各處冷卻均勻，軋制時不易形成裂紋，而且此孔型形狀有利于去除軋件表面的氧化鐵皮，使軋件具有良好的表面質量。綜上所述，這套孔型系統共用性廣，變形均勻，軋輥平立交替、無扭轉軋制，是較合適的孔型系統，可獲得好的軋材表面質量及機械性能。（1）、確定軋制道次數本高線車間的主導產品是以150×150的彈簧鋼連鑄坯軋制成的Ф11mm線材，下面就以此詳述孔型設計的過程。11mm為冷尺寸，考慮到熱膨脹，成品孔型軋件的出口直徑依來確定，取為11.1mm；又考慮到鋼坯的斷面組成，根據經驗其斷面積F0=0.9965×（110×110）mm2。則總的延伸系數：（5-2）=236.880根據車間生產經驗，可擬定該車間平均延伸系數=1.297，根據公式，把此式取對數，則可求出計算產品的軋制道次：（5-3）=21所以計算產品的軋制道次n=21。（2）、成品孔K1的確定成品孔為一平圓。成品孔的尺寸主要有寬度尺寸bk和高度尺寸hk,由于成品孔垂直方向的溫度低于水平方向的溫度，又大于寬展條件的變化，為防止成品過充滿出現耳子，必須是bk大于hk，一般寬度尺寸要按正公差或部分公差考慮。則按公式：bk=d+0.5～1?+1.007～1.02,高度尺寸采用部分負公差設計，則有公式hk=d-0～1采用高精度法成品孔設計，孔型設計用切線連結成品孔的擴張角θ小于30°，則有：α=β=θ=式中S——為輥縫。輥縫S可以根據經驗選擇，一般圓鋼成品孔輥縫S與d關系為表5-4：d/mm10—1920—2830—50S/mm1.5—22—33—24圓孔面積計算公式為：F=式中R——孔型半徑，mm；θ——擴張角，rad；S——輥縫，mm；bk——孔型寬度，mm（3）、成品再前圓孔K3的確定（這是成品孔為圓-橢-圓系統設計方法）基圓直徑：D孔型寬度：b式中d0（4）、成品前孔K2的確定（這是成品孔為圓-橢-圓系統設計方法）用絕對寬展系數法計算，橢圓的孔型寬度bk和高度hbh式中A——K3孔的方坯或圓坯直徑；β2β1d0絕對寬展系數的選擇可查以下表：軋件在橢圓-圓精軋孔型中寬展系數表5-5：孔型成品孔橢圓孔圓孔β0.3-0.50.8-1.20.4-0.5橢圓孔型面積的計算公式：F=式中bk——孔型寬度，mmh——孔型高度，mm；S——輥縫，mm。精軋（定徑機）孔型系統為橢-圓-圓系統，則其設計方法為：K1的設計方法和圓-橢-圓系統的相同。K2的確定，K2為圓孔，則圓直徑：D孔型寬度：b式中d0K3的確定，K3為橢圓孔，需根據K4和K2兩個圓孔來確定K3。K4為預精軋的成品孔，為延伸孔。其尺寸可以根據公式：bhd=d為圓孔直徑，F為軋件面積。由K4和K2的尺寸，再根據中間中間扁孔型設計方法確定出K3軋件的尺寸：bh式中B,H——進入中間孔的軋件寬度和高度，mmb1，h1β1，β一般中間扁孔橢圓孔β2的寬展系數為0.35～0.55，下一個孔（圓孔）β1的寬展系數為0.25則根據公式可算得橢圓孔型寬和高：bh式中b,h——分別為軋件的寬和高，mm（5）、延伸孔的確定延伸橢圓孔方法同橢-圓-圓系統中的K4算法相同.延伸圓孔,由延伸系數確定各道次的軋件面積和圓孔軋件的直徑及相關尺寸,再根據軋件尺寸確定孔型尺寸：hb式中d——圓孔直徑（軋件直徑）輥縫：r=(0.1~0.15)h(6)、箱孔的確定粗軋開坯，用箱型孔軋制，可使軋件整個寬度變形均勻，減少輥型的磨損。軋件側表面的氧化皮易于脫落，可以改善表面質量。箱型孔尺寸：孔型槽底寬度：b孔型槽口寬度：B孔型高度：h=H-輥縫：S=式中B——來料寬度?hβ——本孔型寬展系數H——來料高度箱孔孔型面積計算公式為：F=式中y——孔型側壁斜度，bk——孔型槽底寬度，mmBk——孔型槽口寬度，mm根據以上方法，得出各道次的孔型尺寸如下表5-6：機組道次孔型形狀孔型號孔型尺寸Hk高mmBk寬mm輥縫mm面積mm2粗軋機1箱K21113.92165.0220.0019450.462橢K2097.20186.5922.0013459.683圓K19113.92114.9212.0010258.294橢K1873.15147.7316.007991.875圓K1787.2688.2614.806054.47中軋機6橢K1656.78112.7514.004794.027圓K1567.3368.3310.003604.988橢K1443.6687.0812.002882.909圓K1351.8552.856.102280.1910橢K1233.5367.129.001701.5211圓K1139.8740.877.101272.66預精軋12橢K1026.0051.497.001012.5613圓K930.8031.803.90758.93精軋14橢K820.2021.206.00586.4015圓K723.8724.874.50460.6016橢K615.4716.474.80350.8017圓K518.3719.371.80271.9718橢K412.0013.003.30205.9819圓K314.2015.202.20164.9520橢K29.2910.292.50122.9321圓K110.9918.332.15100.445.4延伸系數校核由公式：μ可算得Φ11規格的總延伸為：μΣ=237.302，而μΣ5.5填充系數的校核成品孔型尺寸在計算的時候是由書中的經驗公式求出的，因此，應進行成品孔型充滿度的校核，而其余孔型符合要求，不需校核。校核公式為：δ=則Φ11規格的成品孔δ=0.944，符合要求。5.6軋制速度的確定連續軋制時，隨著軋件斷面的壓縮軋制其軋制速度遞增，保持正常軋制的條件是軋件在軋制線上每一機架的秒流量相等。則其關系式為：F式中1、2、…、n——逆軋制方向的軋機序號；F1、F2、…、FnV1、V2、…、VnC——連軋常數。由于有前滑的存在，軋件離開軋輥的軋出速度大于軋輥的線速度。前滑的大小用前滑系數S表示，則此時秒流量為：F式中S1、S2…Sn1、n2…nnC‘在孔型軋制時，前滑值一般取其平均值：S式中γ——變形區中性角的平均值，γ=α——咬入角的平均值；β——摩擦角，一般為12°～27°D——軋輥工作直徑的平均值；h——軋件軋后高度的平均值。又已知成機架軋輥的軋速：V則成品孔的連軋常數：C軋件出口速度的選取十分重要，過高的出口速度雖可提高生產率，但易引起溫升過高，出現芯部過熱、芯溶現象；而過低的出口速度會造成較大溫降，嚴重影響軋制參數、力矩、功率、變形速度及生產效率等等。現在根據產品規格以及生產能力的要求，同時考慮同類現代化軋機已達到的最大終軋速度來確定成品孔的軋出速度。因此定Φ11的軋出速度為100m/s，帶入上式即可求出成品孔的連軋常數及其它道次的軋制速度。5.7軋制力的計算(1)、各機組的軋制溫度為了計算軋輥和軋機其他各個部件的強度，以及校核和選擇電動機的負荷，正確的制定壓下制度，必須確定軋制力，而計算軋制力，首先需要確定各道次的溫度。由于棒材軋制的工藝特性，軋制過程中的溫度難以用公式來計算。所以，在此以同類車間生產實際中采集的數據來大概確定各道次的溫度，詳見下表5-7。各道次的軋制溫度5-7：道次123456789軋制溫度（℃）105610501047104010391032102510201010道次101112131415161718軋制溫度（℃）100510011001994986971965955950道次192021軋制溫度（℃）950948944(2)、孔型軋制力的計算①、平均單位軋制壓力的計算愛克倫公式用于熱軋計算平均單位壓力，同時也適用于孔型軋制。其公式為：P式中m——考慮外摩擦對單位壓力的影響系數，m=f——摩察系數，f=a(1.05-0.0005t)，式中a為關于軋輥的參數，對于剛軋輥a=1，對于鑄鐵軋輥a=0.8。t——軋制溫度；η——粘性系數，經修正后，η=0.1（14-0.01t）C軋制速度:5-8軋制速度m/s小于66～1010～1515～20系數10.80.650.6K——變形抗力；?——變形程度系數，?=ν——軋制速度，Δh，H、h——該道次的壓下量，該道次軋前、軋后的高度；R——工作輥徑。②、變形抗力的確定根據經驗公式，可求得變形抗力：K=9.8式中C、Mn、Cr——合金鋼中C、Mn、Cr的含量。③、接觸面積的計算軋件與軋輥的接觸面積：F=l式中b——軋件平均寬，它等于軋輥入輥和出輥處的寬度的平均值；l——接觸弧長。根據以上公式，則軋制力的公式為：P=式中P——平均單位壓力，F——軋件與軋輥的接觸面積。根據軋制力公式，算的各道次的軋制力如下表5-9：65Mn，Φ11規格各道次軋制力道次軋制力P平均單位壓力p變形抗力K變形程度系數ε接觸面積F軋制溫度工作輥徑D外摩擦系數m粘性系數η軋制速度v平均壓下量軋輥直徑單位KNN/mm2Mpa1mm2℃mm11m/smmmm11569.135105.2392.031.1814911.911056506.080.1380.3440.54736.0860021178.705109.4193.641.1510773.431050504.800.1630.350.71716.7158031792.016109.5394.443.7316361.131047478.080.1440.3530.93155.7158041387.1115.0696.313.6012054.971040462.850.1790.361.22140.7752051346.062118.4396.587.9211365.691039447.540.1910.3611.58647.045206917.2654122.7298.457.307474.431032407.220.2130.3682.06230.484507926.7315131.34100.3315.887056.061025392.670.2360.3752.66435.174508711.9615138.13101.6713.855154.181020418.340.2920.383.46923.674509754.7946155.07104.3430.264867.411010404.250.3350.394.49227.3145010481.8541154.01105.6829.813128.681005335.470.3110.3955.84918.3236011534.7356180.24106.7564.892966.851001327.230.3590.3997.59821.1436012321.3814174.29106.7564.591843.961001261.000.3150.3999.90013.8728013392.4943224.74108.62138.611746.41994253.100.3630.40612.73216.0128014276.8806225.99110.76120.571225.17986265.800.4070.41416.50010.6028015347.7029320.66114.77239.841084.33971260.630.4730.42921.20310.6028016280.33329.11116.38230.15851.78965269.330.5200.43527.5218.4028017392.498522.63119.06465.33751.00955263.430.6030.44535.7778.4028018297.3904519.16120.39436.38572.83950271.300.6390.4546.3686.3828019450.3696885.86120.39867.55508.40950268.000.7340.4559.8616.3828020340.3255872.23120.93825.47390.18948273.210.7660.45277.5194.9228021945.91662724.31122.002899.38347.21944271.160.8860.456100.0004.922805.8主電機傳動軋輥所需力矩及功率5.8.1傳動力矩的組成欲確定主電機的功率，必須首先確定傳動軋輥的力矩。軋制過程中，在主電機軸上，傳動軋輥所需力矩最多由下面四個部分組成：M=式中Mz—MmMkMd——i——軋輥與主電機間的傳動比。5.8.2軋制力矩的確定轉動兩個軋輥所需的軋制力矩為：M式中a——力臂；Ψ——軋制力臂系數，熱軋時，Ψ=0.55～lj——5.8.3附加摩擦力矩的確定在軋制過程中，軋件通過軋輥間時，在軸承中及軋制傳動機構中有摩擦力產生，克服這些摩擦力所需力矩，而且在此附加摩擦力矩不包括孔樁力矩。組成附加摩擦力矩的基本參數值有兩大項：一是軋輥軸承中的摩擦力矩，二是傳動機構中的摩擦力矩。①、軋輥軸承中摩擦力矩棒材軋制只有兩個軋輥（共四個軸承），則力矩為：M式中P——軋制力；d1——軋輥輥頸直徑，由于受軋輥軸承徑向尺寸的限制，輥頸直徑要比輥身直徑小，輥頸與輥身過渡處，往往也是軋輥強度最差的地方。一般只要條件允許，輥頸直徑應選大些，取d1=（0.5~0.55）D，f1——軋輥軸承摩擦系數，液體摩擦軸承：=0.003~0.004，取=0.003滾動軸承：=0.003②、傳動機構中的摩擦力矩M式中Mm2η1——傳動機構中的傳動效率,為齒輪傳動，取η換算到主電動機軸上的附加摩擦力矩應為：M5.8.4空轉力矩的確定空轉力矩是指空載轉動軋機主電機列所需的力矩。通常，按轉動部分軸承中引起的摩擦力計算，又計算甚為復雜，則通常按經驗公式確定：M式中MH——電動機的額定轉矩，對新式軋機可取下限，MHN——電動機額定功率；n——電動機額定轉速。則各道次的軋制力矩如下表5-10：65Mn，Φ11規格各道次軋制力矩道次傳動力矩M軋制力矩Mz摩擦力矩Mm空轉力矩Mk摩擦力矩Mm1摩擦力矩Mm2額定轉矩MH傳動比iKN.mKN.mKN.mKN.mKN.mKN.mKN.m19.41149.940.260.561.410.1818.5717.4426.4576.560.200.481.030.1215.9213.26322.45206.810.600.481.560.4415.929.68419.89134.730.540.481.080.3915.927.14527.19138.100.730.481.050.5315.925.32620.4372.260.570.440.620.4014.593.72728.9777.010.800.440.630.5714.592.78823.1550.100.670.440.480.4514.592.27934.5056.080.980.440.510.6814.591.701025.9126.710.750.440.260.5114.591.081140.3531.451.150.440.290.8014.590.811213.670.460.130.310.901317.660.780.160.540.681410.390.600.120.390.551512.930.990.150.640.42169.430.940.120.590.331713.061.740.161.080.25188.751.540.120.910.201913.163.030.191.790.15208.822.720.141.530.122124.429.800.405.490.095.9編制生產工藝流程定額卡生產工藝卡的主要內容是把生產工藝流程具體化并制定出各種消費定額。在設計中總是希望采用最少的工序、最適合的設備、最先進的技術和熟練的操作，以便獲得高質量的產品、高的成品率和低的成本。編制生產工藝卡片是為設備負荷計算，平衡設備，編制金屬平衡表及技術經濟指標提供依據。在制定工藝卡片時，應特別注意幾何損失廢料和工藝損失廢料（技術廢品）的問題。幾何廢料是由于幾何形狀或邊緣、頭尾部的關系所造成的廢料，它是加工過程中必不可免的，但如工序安排合理，生產組織的好就會減少。工藝廢料主要是由于操作技術上或設備、工具上的缺陷或周圍介質條件等原因而造成的，這種廢料可以通過采取措施加以避免或減少到最低限度，不論哪種廢料的產生都將導致成品率的下降。因此，在生產中要積極地采取有效措施減少廢料和廢品，提高成品率。本設計中計算產品的工藝流程卡見附表。5.10編制金屬平衡表成品率是指成品重量與投料煉之比的百分數。也就是一噸原料能夠生產出合格產品重量的百分數。其計算公式是：A=式中A——成品率，%；Q——投料量（原料重量），t；W——金屬的重量，t。成品率乃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的及生產技術水平的高低。成品率應根據國內外同類企業實際成品率的情況，結合本設計車間的技術特點以及各項產品工藝卡片的計算結果加以確定。影響成品率的因數是各工序的各種損失。金屬損失有以下幾種：5.10.1燒損金屬在高溫狀態下的氧化損失成為燒損。金屬加熱過程中的燒損與加熱溫度、加熱時間有關。加熱溫度越高，時間越長，燒損就越大。在棒材生產過程中，燒損主要是加熱爐內和粗中軋階段，其中加熱階段的燒損最大。5.10.2幾何損失棒材生產中主要的集合損失為切損。切損指切頭、切尾、切邊等大塊殘料損失。損失的數量由工藝定額卡計算加以具體確定。實際生產過程中主要是切頭尾造成的切損。5.10.3工藝損失又稱技術損失，是指各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。它與車間的技術裝備、生產管理及操作水平有關。燒損是不可回收損失，幾何損失和工藝損失是可回收損失，幾何廢料和工藝廢料可返回熔鑄車間重熔。為了提高成品率，必須采取各種有效措施減少各種損失。在車間設計時，必須深入現成實際調查研究，分析同類車間的生產情況，成品率及各種損失情況，根據先進水平定出所設計車間的平均成品率及各種計算產品的成品率和各種損失率。同時還必須在設計中吸收現在生產中的先進技術和經驗，改進和強化工藝，采取各種措施保證所制定的先進的成品指標得到實現，以求達到先進的設計水平和技術經濟指標。金屬平衡是反映在某一定時期（通常是一年），制品金屬材料的收支情況。它是編制工廠或車間預算與制定計劃的重要數據。同時對于設計工廠或車間內部運輸與外部運輸，以及片面布置都是極為重要的依據。因此，必須在確定成品率和金屬損失的基礎上，編制出各種計算產品的金屬平衡表。金屬平衡表見附表。第6章軋輥及電機校核6.1軋輥強度校核軋輥直接承受軋制力和轉動軋輥的轉動力矩，因此，軋輥強度往往決定整個軋機負荷能力。為了保證軋輥有足夠的強度抵抗破壞的能力，孔型設計完成之后一般要對軋輥進行強度校核，它包括：輥身強度、輥頸強度和輥頭強度的校核。由于第3架軋機軋輥對軋件施加的軋制力最大，所以，此軋輥最危險，故校核之。6.2輥身強度的校核輥頸直徑：d=0.6D=0.6×580=348mm輥頸長：l=0.92d=0.92×348=320mmc=l=160mm軋輥力作用面所受最大彎矩：M式中P——軋輥承受的軋制力；a——壓下螺絲中心距，a=320+580=900mm；x——軋制力作用點到支撐反力的距離，x=450mm。則軋輥最大彎矩為：M彎曲應力為：σ式中D——軋輥的直徑。最大彎曲應力σ查得：σ=60~70MPa，可見σD<6.3輥頸強度校核對帶孔型軋輥輥頸彎矩，由支撐反力Md輥頸危險斷面上的彎曲應力σd求得：=34MPa作用在軋輥上的扭矩可按下式計算：Mn扭轉應力為：τ=求得：τ=12.3采用鑄鐵軋輥，合成應力按第二強度理論計算：σ則有σ2=39.0MPa6.4棍頭校核萬向接軸的輥頭的最大扭轉應力：τ式中d1——萬向接軸式輥頭外徑，d求得：τ又查得動載荷下，鑄鐵軋輥的τ=0.75~0.95σ=45~57MPa，可見<6.5電機校核由前面軋制力矩的計算可知：第3機架的軋制力矩最大，則只需校核該道次的電機。輥頸直徑d和長度l與軋輥軸承型式及工作載荷有關。由于受軋輥軸承徑向尺寸的限制，輥頸直徑要比輥身直徑小，輥頸與輥身過渡處，往往也是軋輥強度最差的地方。一般只要條件允許，輥頸直徑應選大些，ld電動機額定功率600kW，額定轉數360～1200r/min，該道次的傳動比為：i=360n經計算得：軋制力矩：M附加摩擦力矩：M空轉力矩：Mk=0.48kN?m則軋輥轉動所需力矩為：M=為了校核和選擇主電機，除了確定其負荷值，還要知道軋機負荷隨時間變化圖。力矩隨時間變化圖稱為靜負荷圖。繪制靜負荷圖之前，首先要決定出軋件在整個過程中在主電機軸上的靜負荷圖，其次決定各道次的純軋制時間和間隙時間。由上面的計算可知：靜力矩為：M純軋制時間：t=間隙時間：?t=5s軋制節奏時間為：T=?t+t=42.9s6.6等效力矩的計算軋機工作時電動機的負荷是間斷式的不均勻負荷，而電動機的額定力矩是指電動機在此負荷下長期工作，其溫升在允許的范圍內的力矩。為此必須計算出負荷圖中的等效力矩，其值按下式計算：M式中Mjum——tntnMnMn對于第1架軋機來說：M6.7電機的過熱過載校核校核電動機溫升條件為：M又MH=9550Nn校核電動機過載條件：M式中MH——電動機的額定力矩KG——電動機的額定功率允許過載系數，直流電機KGMmax——軋制周期內最大力矩電動機允許達到最大力矩KG?M對于第1架軋機電動機來說：M而KG?MH=5.57×2.0=11.14KN.m，顯然Mmax遠遠小于KG?MH，所以電機不會達到過載現象。第7章設備負荷計算7.1工作制度和年工作臺時的決定7.1.1工作制度在選擇設備時，計算設備負荷時首先要確定車間工作制度和設備年工作臺時。車間工作制度主要取決于車間內主要生產設備的工作制度，一般有兩種形式：（1）連續工作制——星期日不停工。如大、中型廠的金屬熔煉車間，其生產特點是連續的，因為熔鑄爐若停工則會造成很大的損失。年工作日可采用358天，每天3班，每班8小時。（2）非連續工作制——星期日和節假日休息。如加工車間，其生產過程可以是非連續，因為整個生產流程是由一定數量的單體設備構成的一系列中間工序組成，年工作日按306天，每天3班，每班8小時。對于加工車間的設備，如有的負荷率較低，也可采用兩班制或一班工作制。考慮到鋼鐵加工廠的產量較大，則采用連續工作制，年工作日采用358天，每天3班，每班3小時。然每班換鋼種、規格時需要換輥，和各道次的檢查，故除加熱爐外，每班實際生產用一個小時準備，故正常生產時間為加熱爐24小時，其他設備21小時。生產天數都為358天。7.1.2設備工作臺時的確定設備年工作臺時=年工作日×班次×每班工作時間。考慮到設備需要安排一定的時間進行大修（一般2-4年1次）和中修（一般1-2年1次）的時間損失，用于生產的有效時間系數稱為設備臺時系數。考慮到交接班、更換工具、更換品種、調整設備、待料以及工人生理所須的時間等的時間損失，用于生產的有效時間系數，稱之為設備運轉系數。設備臺時系數和設備運轉系數的乘積就是設備利用系數。設備年實際工作臺時=設備年時基數×設備利用系數。7.2設備負荷能力計算為了正確選擇設備，合理使用設備，充分發揮設備潛力，做好設備的平衡工作，則必須進行設備負荷能力計算。設備的負荷能力，就是設備的生產能力。要求算出各種計算產品在每個工序為完成年計劃產量所需的臺時數，確定出為完成年計劃產量所需的設備數量，計算出設備負荷率。首先從設備小時生產額入手。7.2.1設備小時生產定額設備小時生產定額，即設備小時生產能力。以HbH式中G——設備每生產該種計算產品的一根坯料的平均重量，tT——設備每生產該種計算產品的一根坯料所需之平均總計時間，s，T=t+t——機動時間，st'設備負荷能力計算，對一個機列來說，取決于機列中負荷能力最低的設備。7.2.2年產量計算設備小時產量是常用的生產率指標，是指生產合格產品而言。在加工工藝過程中，要產生各種金屬損耗及廢品、廢料，因此將各工序小時處理量Hb設備年產量的計算式為：Q式中TjwHp——綜合平均小時產量，t/hQ年——綜合平均小時產量，t/7.2.3設備完成年計劃產量所需臺時設備完成年計劃產量所需臺時u的計算時為：u=式中Q——年計劃產量，t；HbK1kt7.2.4設備完成年計劃產量所需臺數據前面所述，已知設備完成年技術產量所需的臺時總數，則設備計算臺時總數N為：N=式中W——設備年實際工作臺時總數；u——設備完成年技術產量所需的臺時總。7.2.5設備負荷率的計算設備負荷率反映了設備是否被充分利用以及設備間的平衡情況。設備負荷率有下式決定：設備負荷率=若設備負荷大于0.9甚至1.0，說明負荷過重，在這種情況下，應考慮增加設備臺數，另行增加的設備，既可以與原設備大小規格相同，也可以不同。在一般情況下，設備負荷率以介于0.7～0.85之間較合適。該值過低，設備不能充分發揮性能，過高則負荷過重。在選擇加熱爐時，應考慮停爐檢修，負荷率不能要求太高。設備負荷表見附表。7.3軋鋼機工作圖表軋鋼機的工作圖表或稱軋制圖表，它是研究和分析軋制過程的工具。它表示和反應了軋制道次和時間的關系，圖表主要反映軋制過程中的純軋制時間、間隙時間、軋制節奏時間和軋制總延續時間的變化規律，通過對這些關系的研究和分析可以清楚的看到軋件在軋制過程中各道次所占用的純軋制時間、各道次間隙時間、軋制一根鋼所需要的總的延續時間和軋制過程中軋件交叉軋制的情況，軋件在一時間所處位置等。軋制圖表在軋鋼生產中作用很大，用它可以分析軋鋼機的工作情況，找出工序間的薄弱環節，以利用制定改進措施，使軋制過程趨于合理；準確地計算軋制時間、交叉軋制時間和軋制節奏時間，用以計算軋鋼機的產量；計算軋制過程總設備所承受的軋制壓力和電機所承受的負荷情況等。軋制圖標表示和反映了軋制道次和時間的關系。而在軋制圖標中所標明的純軋時間、間隙時間、軋制節奏時間和軋制總延續時間被稱為四個特征時間。軋機的布置方式不同，軋制產品品種不同，軋制圖表的形式就不同。本設計采用國內一流世界新進的生產線布置——連續順列式。7.3.1軋制節奏T=?t+即軋制節奏時間等于一道軋制時間tzh加上前后兩根軋件之間的間隙時間?t。?t是按現場放條操作工人按經驗的間隔時間，一般按經驗?t=5s而tzh=L7.3.2純軋時間由于各機架軋機的軋制速度可調，故各道次軋制時間近于相等。即：T式中Tzh1、Tzh2、Tzh3…T7.3.3間隙時間通過調整軋制速度和機架間距離可使道次間的間隙時間做到近似相等，即有：T式中Tj1、Tj2、Tj3…T7.3.4軋制總延續時間n道次的軋制總延續時間與軋制時間、間隙時間有如下關系：T式中n——軋制道次數；Tz——軋制總延續時間，s軋制圖表形式如圖所示7-1：第8章車間平面布置8.1車間平面布置的原則車間平面布置主要是指設備和設施按選定的生產工藝流程確定車間位置。