辅助设备选择.docx
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辅助设备选择
辅助设备选择
辅助设备是指轧钢机械设备中除轧钢机以外的各种机械设备。
它是由完成一系列辅助加工工序所需的机械设备组成。
根据辅助设备在轧钢生产过程中的不同用途，可以将辅助设备归纳为如下几类[13]：
（1）加热设备；
（2）剪切设备；（3）升降设备；
（4）矫直设备；（5）冷却设备；（6）翻转设备；
（7）弯曲、卷曲设备；（8）起重运输设备。
选择原则
辅助设备选择一般要遵循下列原则：
（1）满足产品生产工艺要求；
（2）有较高的工作效率，保证轧机获得较短的轧制节奏时间而有较高的产量；
（3）设备结构的型式要先进合理，动作灵活、结构紧凑，操作维修容易，备品备件标准化，制造、换辊方便；
（4）辅助设备的生产能力一般要大于轧机的生产能力，以保证轧机生产能力得到发挥；
（5）设备设计经济合理，体积小，重量轻，以减少设备总重量和节省车间投资。
加热设备的选择
加热是热轧生产中的一个重要工序。
而钢料加热质量的保证和加热炉产量的大小，完全依赖于加热炉产量的大小，完全依赖于所选择的加热设备和它的加热制度。
（1）加热炉炉型：
步进式加热炉。
（2）加热炉产量计算
Q=
（9.1）
式中：
Q——加热炉小时产量（t／h）；
P——有效炉底强度（kg／m²·h）；
F——炉底布料面积（m²）；
F=L·l（9.2）
式中：
L——炉底有效长度，m；
l——加热料长，m；
设炉长36m，坯料间距0.2m。
n=
=180（根）
考虑到坯料在炉内循环，只放置170根。
F=10×170×0.2=340（m²）
Q=
=
=221（t／h）
（3）炉子宽度
双排料时：
B=l+2c（9.3）
式中：
l——来料最大长度，m；
c——料间或料与炉墙间的间隙距离。
一般取0.15~0.3m。
B=l+2c=10+2×0.3=10.6（m）
考虑到实际操作难度，炉子宽度选取B=15m
（4）推钢机选择
1推力大小推力计算用下式：
P=Q·f（9.4）
式中：
Q——被推金属的重量（t）；
f——摩擦系数，f取0.5~0.6；
2速度确定
推钢机速度大小取决于坯料断面形状及尺寸、炉子产量要求以及出料方式等因素。
断面尺寸高100~300mm时，v=0.1~0.12（m／s）
3行程选择
推钢机行程主要与以下因素有关：
坯料断面形状和尺寸、辊道宽度、出料要求。
吊车一次吊运钢坯数量以及检修要求等。
本次行程取3000mm。
剪切设备的选择
用于轧钢生产的切断设备主要有三大类，即剪切机、锯机和火焰切割机。
剪切机主要用来剪切轧件的头、尾或切定尺、切边、切试样以及切除轧件局部缺陷等。
横向切运动轧件的剪切机叫飞剪机。
它可装设在连轧钢皮车间或小型型钢车间里，放在轧制线的后部，将轧件切成定尺或切头尾。
在冷热带钢车间里的横剪切机组、重剪机组、镀锌或镀锡机组里，都配置各种不同类型的飞剪机，将带钢剪成定尺或剪成规定重量的钢卷。
在某种程度上，剪切机限制了轧制速度的提高。
采用飞剪机有利于使轧钢生产迅速向高速化、连续化方向发展。
因此它是轧钢生产发展的主要手段之一。
1、粗轧后热剪
（1）剪切力计算
P=
（9.5）
式中：
P——剪切力（t）；
K1——考虑剪刃钝化和剪刃间隙的影响因素，热剪时K1=1.2~1.3；
K2——换辊系数，K2=0.7~0.8；
——被剪金属在剪切温度下的强度极限（kg／m²）；
——被剪金属剪断时相对剪切深度，mm；
F——被剪金属的横断面积（mm²）；
P=
（2）剪切行程
H=
式中：
H——剪切行程，mm；
H1——辊道上平面到剪切机压板下面的距离，mm；
H1=h+（50~70）h——被剪金属的最大厚度（mm）；
——上下刀片的重迭量，常取5~25mm，取
=15mm；
——压板低于上刀刃的值，一般可取5~50mm，取
=25mm；
v——辊道上平面超出下刀刃的值，一般可取5~20mm,取v=10
H=
（3）剪刃长度
L=（3~4）B
式中：
L——刀片长度，mm；
B——被剪金属最大宽度，mm。
L=3.5×0.15=0.525（m）
（4）刀刃横断面尺寸
h=（0.65~1.5）H
（0.3~0.4）h
式中：
h——刀片横断面高度，mm；
——刀片横断面宽度，mm；
H——被剪金属最大高度，mm；
h=1.1×0.15=0.165（m）
0.35×0.15=0.0525（m）
（5）剪切行程次数
主要考虑轧机生产能力，并考虑剪切时轧件的质量，剪切次数取20次／分。
2、中轧后飞剪
切轧件的速度：
0.8~6m/s
剪切温度：
大于950℃
剪切最大断面：
45×45mm2
最大剪切力：
158KN
切废料长度：
1700mm。
3、倍尺飞剪
长度：
60mm；
剪切最大断面：
1267mm2
最大剪切力：
35t。
4、定尺冷剪
定尺冷剪位于冷床出口侧，用于剪切成品定尺钢材。
冷剪按其剪切方式可分为两类：
一类是停剪，即钢材在辊道上静止后剪切；另一类是飞剪，即钢材在辊道上运输过程中完成剪切。
后者生产效率高，所以在本设计中就用冷飞剪。
冷飞剪由分为曲柄式冷飞剪和摆式冷飞剪。
在本设计中选用意大利的摆式冷飞剪，它可用于直径为12~50的小型棒型材生产线。
其技术参数为：
最大剪切力：
3300KN
剪切速度：
0.5~1.5m/s
剪切精度：
15mm；
剪刃宽度：
800mm；
该剪切机具有刀片自动更换功能，是有可横向移动正面卸下和装入剪刃刀片的小车完成的，换一次剪刃大约需要10min。
冷却设备选择
轧件被冷床飞剪剪成倍尺后，由冷床输入装置输送并卸到冷床上。
轧件在缓慢的横向移动过程中，逐渐自然冷却，是轧件温度由约1000℃下降到100℃左右。
冷床卸料装置将轧件收集组成并卸到输出辊道上，成组轧件将被送至冷剪剪切成定尺成品。
冷床结构与形式
冷床分为以下几种：
（1）设有钢绳拉钢机的冷床
这类冷床以固定的导轨为床面，配以带往复运动的多爪式拉钢机。
这种冷床的工作特点是靠绳式拉钢机使轧件成批地横向运动，冷床的面积利用率较高。
此类冷床多用于大型及中型钢材生产。
（2）设有链式运输机的冷床
这类冷床多用于轧件表面质量要求较高、表面怕擦伤的钢材。
如钢板、带钢和钢管生产等。
（3）齿条式冷床
它由齿条和导轨组成。
活动的齿条相对于固定的导轨作圆周运动，每上下前后运动一次，轧件就向前运行一段距离。
这种冷床的缺点是床面的利用率较小，但特别适用于冷却过程中容易产生弯曲或扭转的中小型棒材。
（4）辊式冷床
这种冷床由多组细长的辊子所组成。
辊子轴线与轧件运行方向成一定的角度，因此轧件在冷却过程中在其上面一边运动，一边自身相应的转动。
这样使轧件冷却不仅均匀，也防止了轧件的弯曲和扭转。
此类冷床设备重量大，造价较高，因此适用于要求较高的小型钢材生产。
（5）步进式冷床
由一套步进机构组成。
轧件在冷床上的运动情况和齿条式冷床相类似，步进机构每动作一次，轧件向前运行一段距离。
此类冷床多用于钢管生产或其他要求在冷却过程中防止产生弯曲和变形的钢材生产。
（6）钩式运输机
这类冷床主要用于线材生产中。
冷却时由钩式运输机将成卷的线材挂起来，一边沿导轨运输一边进行冷却，在运输过程中达到冷却要求[11]。
冷床的性能参数
1、冷却时间
冷却时间的计算非常复杂，因为它受诸如钢种、轧件尺寸、轧件断面形状、冷却设备周围条件、轧件冷却温度范围等一系列因素的影响。
在设计中可采用两种方法：
一是按照同类生产条件进行实测取得；一是按公式计算，但其结果只能供参考。
因此本设计中根据以往的经验数据取得。
T=1h。
2、冷床宽度
主要取决于产品计划中钢材的最大成品长度，其相互之间的关系如下式所示：
B=lmax+1~2m（9.6）
式中：
B——冷床宽度；
——轧成成品的最大长度。
B=12.5m
3、冷床长度
冷床长度的决定比较复杂。
因此参考其他车间冷床的参数。
起重运输设备的选择
辊道的选择
辊道是轧钢车间中不可缺少的辅助设备。
它的主要作用是用来运送轧件（运输辊道）、参与轧机的轧制过程（工作辊道）和连接车间内设备之间、机组之间的联系（运输辊道）。
辊道按其在生产过程中所起的作用分为：
上料辊道、炉后辊道、炉后辊道、运输辊道、工作辊道等。
1原料运输辊道
类型：
集体传动
辊速：
2.6m/s
辊距：
1m
2入炉辊道
类型：
集体传动
转速：
1.9m/s
辊距：
1m
辊子规格：
φ300×600mm
3拉料辊
类型：
单独传动，可逆不可调速
转速：
2m/s
辊距：
1m
辊子规格：
φ300×600mm
4轧机辊道
类型：
单独传动，可逆不可调速
转速：
1.8m/s
辊距：
1m
辊子规格：
φ300×700mm
5精轧飞剪前辊道
（1）
类型：
单独传动，可逆不可调速
转速：
2.2m/s
辊距：
0.8m
辊子规格：
φ150×500mm
精轧飞剪后辊道
（2）
类型：
单独传动，可逆不可调速
转速：
2.2m/s
辊距：
0.8m
辊子规格：
φ250×500mm
6冷床对齐辊道
转速：
1.8m/s
辊距：
1m
辊子规格：
φ250×500mm
7冷剪机辊道
转速：
2.5m/s
辊距：
1.5m
辊子规格：
φ200×800mm
8矫直输入辊道
转速：
1.5m/s
辊距：
1m
辊子规格：
φ250×500mm
9输出辊道
转速：
2m/s
辊距：
1.2m
辊子规格：
φ250×550mm
10精整台架前辊道
转速：
2.8m/s
辊距：
1.5m
辊子规格：
φ200×800mm
11成品检查台架前辊道
转速：
3m/s
辊距：
1.7m
辊子规格：
φ200×800mm
12改尺寸台架前辊道
转速：
3m/s
辊距：
1.8m
辊子规格：
φ200×800mm
13成品收集辊道
转速：
3m/s
辊距：
2m
辊子规格：
φ200×800mm
起重运输设备选择
50t电动平车：
3台
分布：
初轧—原料1台原料跨—主机跨1台
30／5吨电机双钩桥式起重机：
1台
20／5吨电机双钩桥式起重机：
4台
30／5双钩桥电动式起重机：
4台
15／3吨电机双钩桥式起重机：
1台
15吨刚性料耙桥式起重机：
2台
表9.1起重设备性能参数
名称
重量
跨度
标高
大车运行速度
小车运行速度
工作制度
30／5吨电机双钩桥式起重机
44700Kg
28.5m
10.17m
62.5m／min
48.7m／min
中级
20／5吨电机双钩桥式起重机
34800Kg
28.5m
10.17m
65.2m／min
60m／min
中级
30／5双钩桥电动式起重机
36600Kg
26m
10.17m
70m／min
50m／min
重级
15／3吨电机双钩桥式起重机
26500Kg
22.5m
10.17m
71.5m／min
48.7m／min
中级
15吨刚性料耙桥式起重机
38560Kg
12.17m
12.17m
126m／min
134m／min
重级
车间平面布置及经济技术指标
车间布置形式
平面布置原则
车间平面布置是车间设计中的重要问题。
布置的是否合理不仅对当前生产情况、车间占地面积、车间投资直接带来影响，且对车间今后发展、扩大车间再生产能力也起重要作用[14]。
在平面布置时，主要应以以下原则为依据：
（1）满足工艺要求，使车间具有畅通合理的金属的流程线；
（2）满足产品今后在产量、质量和品种上发展的需要；
（3）设备的间距应满足上下工序工艺上的要求，互不干扰，并考虑到操作条件和劳动安全；
（4）跨间组成和相互位置关系要合理，既要满足工艺要求，又要节省车间占地面积和投资；
（5）使上下车间联系紧密，缩短运输距离，缩短管线铺设长度。
10.1.2金属流程线确定
确定金属流程线是车间布置的重要内容。
轧钢车间常用的金属流程线如图10.1。
12
34
56
图10.1金属流程图
1—直线式；2—直线横移式；3—曲折式；
4—放射式；5—汇聚式；6—过渡式；
根据车间性质、生产任务和地形条件等情况不同，再加上轧钢车间由原料到成品工序繁多，各种设备所起的作用又不尽相同，本车间是上述各种方式的综合。
设备间距的确定
1加热炉到轧机距离大小与加热炉布置方式有很大关系。
它的布置方式是加热炉中心线和轧机中心线相互垂直。
它们的间距是15m。
2轧机间的距离
粗轧机之间的距离2.5m；粗轧机到中轧机之间距离18.5m；中轧机之间的距离2.1m；中轧机到精轧机之间的距离8.4m；精轧机之间的距离4.2m。
3轧机到切断设备的距离
粗轧机到曲柄连杆式飞剪间距5m；精轧机到意大利飞剪距离20m；
仓库面积计算
1原料仓库面积
F=
（10.1）
式中：
F——原料仓库面积，m²；
A——轧机小时产量，t／h；
n——存放天数；
k——金属综合消耗指数；
%——没立方米所能存放的原料重量，t；
h——每堆原料堆放高度，m；
F=
1856（m²）
2成品仓库面积
F=
1911（m²）
3中间仓库面积
Q=A·T·μ
式中：
Q——堆放量，t；
A——轧机平均日产量（t／天）；
T——生产周转时间，天；
μ——轧机产量与各项精整设备的不平衡系数；
Q=2001×4×0.8=6403（t）
F=
=
=2416（m²）
轧钢车间组成及尺寸确定
1厂房跨度布置
轧钢车间一般均由原料跨、加热炉跨、主轧机跨、精整跨和成品跨组成。
车间跨度的布置就是解决和处理这些跨间的相互位置关系。
跨间布置的方式很多，要根据生产工艺流程、轧机组成及地形条件等因素来决定[13]。
2厂房跨度大小
厂房跨度实际上可视为厂房宽度。
本车间原料跨车间距离60m，加热炉跨54m，主轧机跨40m，精整跨40m，成品跨30m。
车间主要技术经济指标
表示轧钢车间内各项设备、原材料、燃料、动力以及劳动力、资金等利用程度的指标称之为技术经济指标。
这些指标的高低反映了车间生产技术水平和生产管理制度执行的情况,是鉴定车间设计水平和工艺过程制订质量好坏的重要标推,是评定车间工作优劣的主要依据。
因为通过对同一类型不同车间的技术经济指标的分析和对比,可以找出相互之间的差距,存在的问题,从而分析原因,寻找提南指标、改进生产的措施,故而研究和分析各项技术经济指标也就成了研究和分析轧钢车间工作情况的重要方法之一了[15]。
在轧钢生产过程中,有多种多样的技术经济指标。
其中包括：
综合技术经济指标、各项材料消耗指标、车间劳动生产率指标以及车间资金利用与消耗等方面的指标。
而其中尤以产品的产量、质量、各项材料消耗、劳动力使用、资金利用以及轧机作业率等指标最为人们所重视和关心,因而这些反映生产水平的主要指标是人们分析和研究的主要内容。
各类材料消耗
1.金属的消耗
棒材生产过程中金属损失有两种类型：
一是物理损耗,包括：
切头、切尾、切边、过程废品、取样损失、改尺损失、成品放尺损失等。
二是化学损耗,包括：
倍尺连铸坯在高温切割时的割渣、钢坯在加热过程中表面氧化产生的一次氧化铁皮、高温轧件在空气中产生的二次氧化铁皮等[13]。
（1）烧损：
烧损就是金属在高温状态下的氧化损失,它包括坯料在加热的过程中生成的氧化铁皮和轧制过程中形成的二次氧化铁皮,但前者是重要的。
从钢锭到合格产品的整个过程中,金属消耗经过多次加热和冷却。
据统计,在生产的全过程中,金属烧损量最高可以达到5～6%。
烧损与加热时间、加热温度、炉气气氛、钢的化学成分等因素有关,实践证明,加热温度越高,在高温下停留时间越长,炉内氧气气氛越强,金属烧损越多。
如图2.1、图2.2所示[8],表示加热温度,保温时间对金属烧损的影响。
轧制过程中,金属一次加热,轧制所形成的氧化损失一般在2～3%左右[6]。
图10.1铁皮生成量与加热温度的关系图10.2时间对氧化铁皮的影响
（2）切损：
切损包括：
切头、切尾、切边和由于质量不合格而且除所造成的金属消耗,切损主要与钢种、钢材种类及其要求、坯料尺寸计算的精确程度以及选用的原料状况有关,在钢材中钢板要切边,其切边损失量是切损的主要损失因素。
（3）清理表面损失：
清理金属表面的损失包括原料表面缺损处理,酸洗以及轧后成品表面缺损处理的金属损失。
由于钢种和清理方法不同,以及对钢材要求不一样。
因此造成的金属清理损失也不同。
一般在1～3%的范围内[7]。
（4）轧废：
轧废是由于操作不当、管理不善或者出现事故造成的废品损失,对于操作和管理得当的企业,轧废率并不是很高。
为了研究金属消耗情况,任何轧钢车间都要按期进行金属平衡分析工作,对期间金属消耗诸因素进行统计分析,找出金属消耗变化的影响因素,采取切实可行的对策、措施,尽力降低金属消耗,提高车间的综合经济效益。
2.燃料消耗
轧钢车间的燃料消耗主要用于坯料的加热。
常用的燃料有煤、煤粉、煤气和重油等。
其消耗量一般用每吨钢材需要消耗多少热量来表示。
有时固体燃料或液体燃料用每吨钢材加热消耗的燃料重量表示[8]。
每吨钢材的燃料消耗决定于加热时间与加热制度、加热炉的结构和产量、坯料的钢种和断面尺寸、入炉时料的温度等因素。
对连续式加热炉而言,炉子的产量愈高,相对的燃料消耗愈少。
因此提高轧机的作业率、提高炉子生产率是减少单位燃料消耗的重要途径。
另外,坯料断面愈小、加热时间愈短、炉子的热损失愈少,则燃料消耗也就减少。
3.电能消耗
轧钢车间的电能消耗主要用于驱动轧机的主电机和车间内各类辅助设备的电机,照明用电只占耗电总量中的很少部分。
每吨钢材的电能消耗与钢种、产品种类、轧制道次、轧制温度以及车间用电设备的多少有关、轧制总延伸系数愈大,或者轧制道次愈多,电能消耗愈大[7]。
4轧辊消耗
轧辊是轧机的主要备件,其消耗量取决于轧辊每车削一次所能轧出的钢材数量和一对轧辊所能车削的次数。
表示轧辊消耗量的单位是每吨钢材平均消耗轧辊的重量。
显然轧辊每车削一次所能轧出的钢材数量愈多、一对轧辊车削次数愈多,辊消耗量愈少。
反之则辊消耗量愈大。
影响轧辊消耗量的因素很多,主要有：
1）轧机型式及机架数目；2）轧辊材质；3）所轧钢材的钢种和产品形状的复杂程度；4）轧制过程中金属变形的均匀性；5）轧制时采用的冷却方法和工作条件；6）轧制操作的水平以及轧辊的加工方法等。
5.水的消耗
轧钢车间用水按其用途可以分为：
1）生产用水；2）生活用水；3）劳动保护用水。
这三项用水中后两项用水量不大,生产用水是轧钢厂水耗量的主要方面。
生产用水主要用于各项设备（加热炉、轧机、热锯等）和钢材的冷却、冲刷氧化铁皮、酸洗、清洗用水以及动力用水等。
轧钢车间耗水量主要取决于车间规模大小、用水设备的多少、每项设备的需水量以及用水项目的多少和它的需水情况。
综合技术经济指标
1日作业率
轧机日历作业率=
（10.2）
2有效作业率
轧机有效作业率=
（10.3）
3成材率
b=
（10.4）
式中：
b——成材率；
Q——原料重量（t）；
W——各种原因造成的金属损失量（t）；
G——合格产品量（t）；
b=92.7%
4合格率
合格率=
（10.5）
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