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论文1

材料工程技术专业

题目：

年产60万吨的线棒材厂设计，典型产品为φ22的螺纹钢，钢种为低合金钢，占年产量的10％.

学号:

110xxxxx

姓名:

xxx

摘要

经济的飞速发展对高质量的棒材产品的需求，促进了棒材生产的进步，杂志技术的发展，从以往过多的追求产量向如何高效的生产高质量、高附加值产品方向发展。

本说明说介绍了国内棒材的发展概况，并介绍了棒材的各种工艺及轧线的设备系统。

棒材以定尺交货，设计年产量60万吨，品种为螺纹钢的小型棒材厂，其规格为Φ16~Φ40螺纹钢，在此设计占年产量10%，钢种为低碳合金钢的Φ22螺纹钢。

整条轧线采用全连续式平立交替布置轧机，采用计算机自动控制，实现单线微张力，无张力，无扭的生产工艺。

此设计书首先论述了棒材的发展概况和市场需求，建厂的必然性和可能性，然后按照车间设计的步骤进行设计，主要是产品大纲的制定、轧机的选择、孔型系统的选择、力能参数的计算及校准、辅助设备的选取、车间布置等。

关键词：

棒材，孔型系统，设备，工艺

目录

摘要……………………………………………………………………..1

目录……………………………………………………………………..2

第一章棒材发展概况…………………………………………………3

第二章建厂的经济技术依据…………………………………………5

第三章产品方案大纲及金属平衡表制定……………………………8

第四章棒材轧制工艺流程……………………………………………15

第五章孔型系统选择与设计…………………………………………19

第六章轧机布置选择…………………………………………………27

第七章年产量计算……………………………………………………31

第八章车间技术经济指标……………………………………………34

第九章轧钢厂环境保护及综合利用…………………………………40

结论……………………………………………………………………..43

致谢……………………………………………………………………..44

第一章棒材的发展概况

1.1产量高

我国线棒材产量居世界第一位,而且其产量还在以较快速度增长（年平均增长速度为15%左右）,目前我国线棒材占钢材总产量的48%～50%。

与此同时,美国同期线棒材产量占钢材总产量的22%左右,日本同期线棒材产量占钢材总产量的27%左右,而且几年来产量相对平稳。

因此我国线棒材无论是所占钢材总产量的比例还是绝对产量均高于美国和日本。

1.2生产设备差异较大

近年来我国小型轧机向连续化发展,线材生产则趋向采用高速线材轧机,到2002年6月底,全国共投产连续及半连续小型轧机70套,设计产能超过2100万t/a,其中国产化设备超过40%。

到目前为止,全国共投产高速线材轧机约70台套（含线棒材复合轧机）,设计产能超过1700万t/a[2]。

国产化设备最高精轧速度可达90m/s。

与此同时,我国目前尚有一些落后的小型线材轧机再生产。

据调查,约有40%的小型型钢（线棒材）生产线属于落后淘汰设备,约30%的落后线材生产线应被淘汰。

1.3管理水平逐年提高

近年来,我国线棒材厂总体生产管理水平不断提高,一般连续小型及高速线材轧机投产后2年左右即能达到或超过设计产量。

2000年以后,不少小型线材轧机的成材率达到97%,一些实行负偏差轧制的轧机,成材率约在98%以上。

并且,不少企业努力增加硬线生产比例,特别是在扩大高强度低松弛预力钢丝、钢绞线生产份额,改善冷墩钢质量,扩大产品规格上采取了多项措施。

最近新投产的几套高速线材轧机,可提供Ф5～25mm线材,直径公差达±0.1mm,椭圆度达0.14mm,可满足不同用户的需求。

1.4高质量、高附加值的经济线材少

金属制品是高速线材的深加工产品,其使用价值优于热轧产品,可节约金属30%～40%。

据统计,发达国家金属制品的产量已占线材产量的50%～70%。

我国虽然线材产量占钢材总产量的21.9%（居世界第一位）,可用于金属制品的只占线材产量的30%,很多高质量要求的产品仍靠进口。

工业发展的历史表明，钢铁工业是整个工业发展的基础，钢铁生产状况往往是衡量一个国家工业水平的重要标志。

随着我国改革开放，现代化事业的发展，工业、农业、交通运输、国防和科学技术等部门都需要大量钢材。

钢材产量、品种、质量是衡量一个国家钢铁工业发展的尺度。

一个完整的金属压力加工车间设计，其内容包括生产、工艺、设备、土建、供水和排水、供气、供电、运输、采暖与通风等设计[2]。

它们之间是一个完整的不可分割的整体，要求各个不同的设计部门互相协作，紧密配合，其中车间工艺设计是整个设计的主体。

第二章建厂的经济技术依据

2.1建厂依据

现阶段全国棒材生产的装备水平比较低，为了扩大轧钢生产能力，尤其提高产品的附加值，就必须建设符合时代需要的现代化全连续棒材厂，在品种方面，满足基本建设的同时，需积极发展供需矛盾比较突出的品种，抓住市场机遇，生产特色产品，这样才能增加效益，使企业在市场竞争中立于不败之地。

近代棒材生产发展了许多新技术，短应力无扭高速轧制；大批料低能耗；控轧、控冷超级钢技术；多线切分技术，国内两线切分技术已经得到了广泛应用，三线切分技术目前也有几家得到成功应用，并取得预期效益。

高强度钢在市场上所占的比重会越来越大，用小规格产品替代原来的中大规格已经成为必然的趋势。

熟练掌握并应用好多线切分技术对连轧棒材生产线是十分必要的。

我们的综合实力不比国外差，部分引进生产线在管理、装备、技术经济指标都优于国外企业，竞争力是非常明显的。

国内外市场对棒材的需求量是巨大的，且对其质量要求也越来越高。

棒材广泛用于机械、汽车、船舶、建筑等工业领域。

我国是一个发展中国家，住房尚需大量发展，虽然受国家宏观调控政策的抑制，商品房的和数量和速度明显下降，但是政府投入大量资金加大对保障性住房的开发建设，同时我国住房使用寿命较短，因此建筑用钢的需求仍然旺盛。

另外随着国家装备制造业和家电、汽车行业的发展，机械工业用钢比例将进一步扩大，根据中国钢铁工业协会对“十二五”期间钢材市场消费需求的预测，我国机械工业的钢材消费量将达到1.5亿吨（不含汽车、集装箱和家电用钢消费），其中优质钢棒材4100万吨，占27.33%，普通长材1400万吨，占9.3%[6]。

综合以上信息棒材有着广阔的发展空间，所以设计现代化的棒材车间是合理的也是有必要的。

2.2厂址的选择

厂址选择工作实际包括两个方面：

一是建厂地区的确定，一般由上级主管部门在设计任务中规定；二是建厂地址的选择，由设计者会同有关部门共同进行实际调查研究提出几个初步方案进行比较，然后选取最优方案。

2.2.1建厂地区选择应考虑的要求

1必须符合国家工业布局的基本原则。

充分利用各地区的丰富资源和有利条件，产品合理的分配，使所设计的厂在最少的投资条件下，获得最大的经济效益。

2原料、燃料、动力的来源与运输条件。

要能满足生产和生活的水质和量；

3适当靠近产品销售地区；

4自然条件好，有适宜的气候环境；

5能就近取得足够的建筑材料；

6与其它企业协作方便。

2.2.2建厂地址的选择

建厂地址的选择，就是在指定的建厂地区内，选择一块地方，它在自然和地理特点、运输条件、水电供应、布置工厂厂区及生活区等方面，都能最大限度地得到满足[6]。

具体要求如下：

1厂区面积与外形满足总平面布置的面积；

2工程地质和水文地质满足建厂的要求；

3厂址选择适应城市的总体规划。

从经济方面来看，厂址应靠近城市，以便充分利用城市的交通工具与线路，充分利用城市的供排水设施和动力设施，利用城市住宅和文化福利没施；

4运输条件满足工厂生产要求。

大型企业多采用铁路运输，因此应在铁路支线段最短；中、小型企业多为汽车运输，厂址应靠近汽车运输干线；

5离电源、水源最近；

6在公用设施与生产方面，搞好环保措施（例如三废处理），不致造成环境污染；

7选择合适的居民点，作为职工生活区。

结合以上原则，初将厂址选为唐钢二钢轧厂内部。

唐钢隶属河北省钢铁集团，唐山地理位置优越，拥有自己的矿山，毗邻陡河水资源充足，电力来源于华北电网。

唐钢内部公路、铁路发达，并与外部主干铁路相连。

唐山铁路、公路网发达，有京唐港，并毗邻秦皇岛港、天津港，随着曹妃甸大型工业园区的不断完善，为铁矿石的进口和钢材的出口带来极大的便利。

因此，唐山具有得天独厚的优势。

结合唐山具体实际情况，选择唐钢二钢轧厂内部建厂主要还有以下几个方面：

1利用唐钢现有资源和技术，加强唐钢棒材产业集中度，优化布局，淘汰落后产能，促进唐钢装备优化升级，打造优质建材生产基地；

2唐山及其周边地区对棒材等产品需求旺盛，主要表现在两个方面，一是“十二五”期间，河北装备制造业将得到快速发展，尤其以唐山轨道客车高速动车组扩能和唐山丰润中国动车城的建设，将会需要大量优质棒材；二是建筑用钢的增长，虽然受国家宏观调控政策的抑制，商品房的和数量和速度明显下降，但是政府投入大量资金加大对保障性住房的开发建设，就河北省政府下达唐山市2011年的保障性安居工程任务为：

建设保障性住房93216套，总投资251.4亿元，此比例在未来几年还有扩大的趋势。

我国住房使用寿命较短，同时唐山承办2016年世界园艺博览会，将会以此为契机建设大量地标性建筑，由此可以判断建筑用钢市场仍然有较大发展。

综合以上信息，得出结论将厂址选择在河北钢铁集团唐山钢铁集团二钢轧厂内部。

第三章产品大纲及金属平衡表

3.1产品的标准

国家有关部门根据产品使用上的技术要求和生产部门可能达到的技术水平，制定了产品标准。

按照制定的权限与使用范围的不同、产品标准可分为国标、冶标、企标等。

产品标准一般包括以下内容：

1.规格标准：

规定产品的牌号、形状、尺寸及表面质量，并且附有使用供参考的有关参数等。

2.性能标准：

规定产品的化学成分、物力机械性能、热处理性能、晶粒度、抗腐蚀性、工艺性能及其他特殊的性能要求等。

3.试验标准：

规定作实验时的取样部位、试样形状和尺寸、试验条件以及实验方法等。

4.交货标准：

规定产品交货、验收时的包装、标志方法及部位等。

3.2产品大纲编制时应注意的问题

1满足国民经济发展对轧制产品的需要，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[6]。

2考虑各类产品的平衡，尤其是地区之间产品的平衡。

要正确处理长远与当前、局部与整体的关系。

做到供求适应、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和建厂地区产品的合理分工。

有条件的要争取轧机向专业化和产品系列化方向发展，以利提高轧机的生产技术水平。

4考虑建厂地区资源及钢材的供应条件，物资和材料等运输的情况，逐步完善和配套起独立的轧钢生产体系。

5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.

3.3产品方案的主要内容

1车间生产的钢种和生产的规模；

2各类产品的品种和规格；

3各类产品的数量和其在总产量中所占的比例等。

3.4产品质量

1圆钢按下列国家标准组织生产、进行检验和交货：

GB700-88：

《碳素结构钢》

GB/T699-1999：

《优质碳素结构钢》

GB3077-1999：

《合金结构钢》

GB/T6478-2001：

《冷镦和冷挤压用钢》

GB1222-84：

《弹簧钢》

其中产品尺寸精度应满足GB/T702-86中I组允许偏差，具体数值为：

直径公差：

Φ20～Φ30mm±0.30mm

Φ31～Φ50mm±0.40mm

Φ51～Φ80mm±0.60mm

椭圆度：

Φ20～Φ40mm不超过直径公差总值的50%。

Φ41～Φ80mm不超过直径公差总值的70%。

弯曲：

每米不超过2.5mm，总弯曲不超过棒材全长的0.25%。

定尺长度误差：

±60mm。

2螺纹钢筋按国家标准GB1499-98组织生产、进行检验和交货。

3成品交货状态

成品棒材以直条成捆状态交货。

棒材定尺长度：

6～12m

每捆棒材重量：

2000～4000kg

4打捆道次

6m棒材捆3道；

6～9m棒材捆4道；

9～12m棒材捆5道；

3.5产品大纲

生产的钢种主要有：

φ22低碳合金钢螺纹钢。

如表1：

表1棒材生产线产品大纲

序号

品种

标准

规格/mm

年产量/万t

比例/%

钢种

1

螺纹钢

GB/T1499.2—2007

GB13013—1991

φ16

15

25

低碳合金钢.普碳钢、优质碳素钢、低合金钢。

φ20

12

20

φ22

6.0

10

φ32

21

35

φ40

6

10

该棒材车间设计为年产60万t的钢材，产品规格为螺纹钢Φ16～Φ40mm，以热轧直条状态交货，定尺长度为6mm～12mm，具体的长度根据客户的要求确定。

典型商品为Φ22低碳合金螺纹钢。

金属平衡表

产品名称

年产量（t）

坯料规格（mm）

废料量

成品率（％）

年需坯料（t）

几何废料

工艺废料

废料总量

（％）

（t）

（％）

（t）

（％）

（t）

Φ22螺纹钢筋

6万

165*165

3

1800

10

6000

13

7800

88.4

67800

φ16螺纹钢筋

15万

165*165

5

7500

10

15000

15

9000

94

159000

φ20螺纹钢筋

12万

165*165

4

4800

12

14400

16

6240

94.8

126240

φ32螺纹钢筋

21万

165*165

2

4200

8

16800

10

5880

97.2

215880

φ40螺纹钢筋

6万

165*165

1

600

5

3000

6

3600

94

63600

3.6坯料选择

目前，轧钢生产用坯有三种：

即用连铸坯、钢坯、钢锭。

钢锭是炼钢生产的最终产品，也是钢材生产的原料。

钢锭质量的优劣、重量的大小及钢锭的类型对钢材产品生产有很大的影响。

钢锭经开坯轧制成不同规格的钢坯。

可根据不同的产品特点，选择与成品钢材形状相近似的钢坯。

连铸坯是直接将钢水铸成轧机所需要的各种规格和断面形状的钢坯的生产过程，省去了初轧生产过程。

随着冶炼技术的不断发展，连铸和棒材轧机之间的连接的合理优化，从连铸坯考虑采用较大的断面，大连铸坯在连铸过程中有利于夹杂物上浮，更能保证质量，同时，在压缩比一定的情况下，较大断面的连铸坯有利于生产更大规格和产品质量更好的钢材。

三种原料比较如下表2所示：

表2轧钢生产各种原料比较

原料种类

优点

缺点

使用条件

钢锭

不用初轧开坯，可直接轧制成材

金属消耗大，成材率低，中间不能进行清理，压缩比小，产量低

仅特殊用途轧机用钢锭作原材料，大部分钢锭要经初轧机、中型开坯轧机或锻压机轧成各种钢坯

钢坯

压缩比大，可中间清理，故产量大。

钢种不受限制，成材率高

需要初轧开坯，使工艺和设备复杂。

能耗和产品成本提高，比用连铸坯金属消耗大得多，成材率低

大型钢铁联合企业以及生产品种较多的各种车间

连铸坯

金属消耗少，成材率可提高6～12%，不用初轧，缩短工艺流程，可节能降耗，降低成本

钢种受到一定限制（主要用于镇静钢），压缩比较小，对有些产品受到限制，另外连铸坯规格较少，不适用于多品种小批量生产的要求，连铸工艺要求严格

适合于大、中、小多类钢铁企业，生产品种较少，毗连较大的情况；适用于压缩比要求不特别严格的产品

通过上述比较，本设计选用连铸坯作为生产原料。

3.7坯料选用所考虑因素

3.7.1坯料形状尺寸

坯料断面形状的选择主要与轧制产品的形状有密切的关系，当轧制断而形状比较简单的成品钢材时可选择与其形状相近的钢坯。

棒材轧制常选用方形坯料，因为这样有利干延伸系数的分配和减少轧制道次。

对于连续式轧机，温度条件好，轧机数目多，故可选用较大的坯料，使压缩比增大。

压缩比，一般表示（钢坯）连铸坯的平均变形量。

压缩比是保证产品组织结构和力学所要求的最小变形量。

连铸坯内部存在缺陷的比例较大，连铸坯的规格选取上考虑轧机本身的能力，从而确保连铸坯的内部缺陷在前几道次的轧制得到消除。

建议采用以下的压缩比能满足产品质量的要求：

优质碳素结构钢的压缩比>6，40Cr合金结构钢的压缩比>7；合金结构钢的压缩比>15。

…………………………………………..

（1）

式中：

——锭到成品的压缩比；

——坯料断面积,mm2；

——成品断面积,mm2。

综合考虑以上因素，选择连铸坯断面面积为165×165mm2.

3.7.2钢坯的重量

取连铸坯的比重为：

=7.65×10

kg/m

……………………….………………

（2）

考虑内容

（1），已知钢坯长度为：

=14m。

钢坯重量为：

=7.65×10

×14×〔165×10

〕

＝2919.8kg。

取钢坯重量为：

G=3t∕根

钢坯单重为：

G1=208.3kg∕m

3.7.3坯规格及允许偏差

1）连铸坯横断面尺寸及允许偏差（符合YB2011-8标准），见表3：

表3连铸坯横断面尺寸及允许偏差

名义尺寸

长度/mm

宽度/mm

对角线长度偏差

单重kg/m

尺寸

偏差

尺寸

偏差

165×165

165

±5

165

±5

≤7

208.3

2）钢坯长度定尺：

12080～12000mm，短尺6000mm；

3）钢坯弯曲度不得大于15mm/m，总弯曲度不得大于80mm/12m；

4）端部切斜不得大于20mm；

5）不得有明显的扭转。

3.7.4坯料的检查与清理

炼钢工艺的不断改进，使连铸坯和轧材的表面质量不断提高，对要求很高的优质碳素结构钢和特殊钢，在轧制之前，清理坯料表面缺陷对提高产品质量起着重要作用[4]。

目前，坯料的检查主要有抛丸和探伤。

连铸坯质量提高后，对高质量产品的要求，坯料探伤主要有表面探伤和内部探伤。

坯料的表面探伤主要有荧光磁粉法、涡流法和漏磁法。

后两者多用于成品探伤，荧光磁粉法则主要用于钢坯探伤。

而钢坯内部的探伤主要是超声波探伤。

第四章棒材轧制工艺流程

4.1制定生产工艺的原则

根据已制定的生产方案，在充分完成产品产量质量要求的前提条件下，用最大可能的低消耗、最少的设备、最小的车间面积、最低的劳动成本，并有利于产品的质量的提高和发展，有较好的劳动条件，最好的经济效益，具体的原则如下：

由于产品的产量、品种、规格及质量的不同，所采用的生产方案就不同，那么主要工序就有很大差距。

因此生产方案是编制生产工艺流程的依据。

根据产品的质量要求：

通常在产品标准中规定了钢材各种规格，技术条件、产品性能检验等内容。

但技术要求则是其主要方面，它对产品的质量要求，即它对产品的几何形状与尺寸精确度、钢组织与性能以及表面质量都作出了明确的规定，显然，产品的技术要求是制定工艺过程的首要依据。

为了满足产品技术条件要求，就要有相应的工序给予保证。

因此，满足产品标准要求是设计生产工艺流程的基础。

生产规模大小：

由于车间生产规模不同，所要求的工艺过程复杂程度也不同。

在生产同一产品情况下，生产规模越大的车间，其工艺过程也越复杂。

应此，设计时生产率的要求是设计工艺过程的出发点。

产品成本：

成品是生产效果的综合反映，是各种因素影响的结果。

一般钢的加工工艺性能愈差，产品的技术要求愈高，其生产工艺过程就愈复杂，生产过程中金属、燃料、电力、劳动力等各种消耗也愈高，产品成本必然会相应提高。

反之，则产品成本下降。

成本的高低在一定程度上也是工艺过程是否合理的反映。

当然，成本还与产量大小、生产技术水平等其它因素有关的。

工人的劳动条件：

工艺过程中采用的工序必须保证生产安全，不危及劳动者的身体健康，不造成环境污染。

否则，应采取妥善的防护措施。

4.2生产工艺流程图

工艺流程就是把产品的生产工序排列起来。

正确制定工艺过程是轧钢车间工艺设计的重要内容，它直接关系到整个设计能否满足设计任务书的要求。

制定轧钢生产工艺过程的首要目的是为了获得质量符合要求的产品，其次要在保证质量的基础上追求轧机的高产量，并能做到降低各种原料、材料消耗。

因此，正确制定产品工艺过程，对于工艺过程合理化，对于充分发挥轧机作用具有重要意义。

优质、高产、低消耗时指定产品工艺过程的总要求。

工艺流程如下图5：

4.3生产工艺特点

1.轧制工艺：

1～10架轧机为微张力轧制，10～18架为立活套控制，实现无张力轧制，保证产品尺寸精度，产品尺寸偏差可达到1/3DIN标准公差范围的水平。

2.导卫装置使用滑动导卫和滚动导卫，进口导卫的鼻锥（耐磨块）设计，滚动导卫采用油气润滑和循环水冷却系统，延长了导板和导轮的使用寿命，使吨钢耗导卫仅0.015kg。

3.剪切系统：

轧制过程共设有三台旋转飞剪。

其中1#旋转式飞剪置于粗轧机组后，用于切头切尾和事故碎断处理。

最大剪切直径72mm,2#旋转式飞剪置于中轧机组后，作用同1#飞剪，最大剪切直径38mm.3#旋转式飞剪置于精轧机组后，也叫倍尺剪，是将棒材在上冷床前成倍尺分段，同样起事故碎断处理作用。

最大剪切直径为:

经余热处理的棒材为40mm，未经余热处理的棒材为50mm。

倍尺飞剪采用优化剪切技术可使上冷床的倍尺都为定尺的整倍数，且每支只出1支短尺并进人非尺冷床，提高了成材率及产品定尺率和剪切效率。

整个过程全部由计算机控制，实现剪切作业的高精度。

4.冷床和棒材分组系统：

齿条式冷床长度120m，宽度15m，棒材经倍尺飞剪剪切后进入拨入裙板的冷床输入辊道，电气传动的制动裙板使棒材降速并将他们拨入冷床，冷床的初始部分为矫直板，使棒材保持平直。

随后的动齿条和固定齿条用于接收和冷却轧件，动齿条自动驱动。

接着棒材由动齿条输送到分组输送链上，在此棒材按不同规格产品剪切支数的要求分组。

随后，由平移小车将各组棒材送到冷床的输出辊道以供剪切。

齿条末端设置对齐辊道用于产品端部的对齐，经冷飞剪将棒材按定尺剪切[10]。

此冷床冷却质量高、冷却均匀，且具有根据要求自动编组的功能，方便定尺剪切。

4.4轧制方案制定

由于本车间的设计产量较高，而产品规格又较小，所以采用全连轧生产

轧制Φ22低碳合金螺纹钢，全线共设18台轧机粗轧机组1#~5#1-3架轧机规格为Φ780mm4-5架轧机规格为Φ610mm。

中轧机组6#~9#轧机规格为Φ610、预精轧轧机组10#~13#轧机规格为Φ480mm。

精轧机组为摩根减定径轧机可生产高精棒材。

全部为无牌坊、高刚度短应力线轧机。

轧机按照H/V平-立交替布置可实现全线无扭转轧制。

H为水平轧机共八机架V为立式轧机也是共有八架。

轧机采用直流电机单独传动传动系统采用联合减速机、可伸缩的万向接轴接轴托架采用移动式

根据延伸系数计算总的延伸系数

μ总=F原料∕F成品=165*165/3.14*11*11=71.65

平均延伸系数μ平均可查相关资料和现场数据确定一般为1.20-1.30之间，可选为1.25

总的轧制道次N总=㏑μ总∕㏑μ平均=4.271/0.223=18

所以总的轧制道次为18道

第五章孔型系统选择与设计

5.1孔型设计理论

5.1.1孔型设计的内容

1断面孔型设计

根据原料和成品的断面形状、尺寸和产品的性能要求，选择孔型系统，确定轧制各道次的变形量，