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80万吨高速线材生产线工程方案设计

摘要

本设计是依据鞍钢线材厂设计的年产量80万吨的高速线材车间工艺。

典型产品为Q235、Φ6.5mm的线材。

设计说明书包括文献综述，车间工艺设计，专题三个部分。

在综述部分叙述了线材的基本知识和当前线材生产的状况。

设计部分主要包括产品方案及工艺流程的设计及制定、生产设备的选择、工艺参数的计算及校核、年产量计算、车间平面布局设计及图纸绘制，还有技术经济指标

关键词：

高速线材；生产方案；孔型设计；校核；帘线钢

任务书I

摘要II

第1章绪论1

1.1线材生产的基本知识1

1.1.1线材的定义1

1.1.2线材的种类1

1.1.3线材的品种与用途2

1.1.4高速线材生产特点6

1.2国内外线材生产的兴起与发展8

1.3国内外线材生产的现状与展望11

1.3.1国外线材生产现状11

1.3.2国内线材生产现状12

1.3.3对我国线材发展的几点看法12

第2章产品大纲及金属平衡表制定13

2.1产品方案的确定13

2.1.1产品方案13

2.1.2产品大纲14

2.2确定金属平衡表15

2.2.1确定计算产品的成品率15

2.2.2金属平衡表17

2.3计算产品的选择17

2.3.1计算产品选择的原则18

2.3.2计算产品的技术标准18

2.4生产工艺流程的制定19

2.4.1制订生产工艺流程的19

2.4.2制定生产工艺流程的依据20

2.4.3工艺流程简介20

第1章综述

1.1线材生产的基本知识

1.1.1线材的定义

线材是断面周长很小，可以卷起来的金属材料称之为线材。

如铅丝等。

钢铁中的线材通常是指直径为5.5-14的盘成线圈状的钢线材料。

线材大多用卷材机卷成盘卷供应，故又称为盘条或盘圆。

线材一般用普通碳素钢和优质碳素钢制成。

按照钢材分配目录和用途不同，线材包括普通低碳钢热轧圆盘条、优质碳素钢盘条、碳素焊条盘条、调质螺纹盘条、制钢丝绳用盘条、琴钢丝用盘条以及不锈钢盘条等。

在我国一般直径在（5-9）毫米共八种规格的成卷供应的热轧圆钢称为线材。

线材因以盘卷交货又叫盘条。

国外对线材的概念和我国的略有不同，除了圆形断面外也有其他形状，其直径由于需求量和生产技术的水平不同而不同。

美国的标准规格规定线材的直径一般为（5.5-18.7）毫米，每个0.4毫米为一种规格。

英国标准规定线材直径为（5.38-25）毫米。

还有的国家把直径超过20毫米称为成卷圆钢。

一般分为：

拉丝用线材螺纹钢盘圆普线高线热轧带肋钢筋热轧光圆钢筋热轧螺纹钢硬线

1.1.2线材的种类

（1）按钢的化学成分，线材可分为两大类：

一是碳素钢，按含碳量多少又可分为低碳钢，中碳钢和高碳钢；二是合金钢。

目前线材的钢种主要是普通低碳钢，优质碳素钢，焊条钢，钢丝绳钢，不锈耐酸钢，耐热钢，滚动轴承钢等三十多种。

（2）按断面形状，线材有圆形，方形，椭圆形，梯形和异性等。

异性和方形的一般都较少而圆形的断面较多。

（3）按用途，线材可分为两种：

一是直接做建筑材料用；二是做拔丝的原料。

1.1.3线材的品种与用途

线材一般用普通碳素钢和优质碳素钢制成。

1．普通低碳钢热轧圆盘条（GB701-65），普通低碳钢热轧圆盘条由低碳普通碳素结构钢或屈服点较低的碳素结构钢轧制而成，是线材品种中用量最大、使用最广泛的盘条，故又称普通线材，简称普线。

主要用途：

普线主要用于建筑钢筋混凝土结构作配筋用，也可冷拔拉制成钢丝，作捆扎等用。

2．普通低碳钢无扭控冷、热轧盘条（ZBH4403-88），无扭控冷、热轧盘条由无扭高速线材轧机轧制后采取控制冷却制成，材质与普线相同，但无扭控冷、热轧盘条具有尺寸精度高、表面质量好、较高的力学性能等优点。

主要用途：

无扭控冷、热轧盘条尺寸精度分A、B、C三级。

A、B、C级精度适用于拉丝、建筑、包装和焊条等用途，B、C级精度适用于加工成螺栓、螺丝和螺母等。

3．优质碳素钢盘条（GB4354-84），优质碳素钢盘条是用优质碳素结构钢轧制而成。

是线材品种中用量较大的品种之一。

主要用途：

优质碳素钢盘条主要用于加工制造碳素弹簧钢丝、油淬火回火碳素弹簧钢丝、预应力钢丝、高强度优质碳素结构钢丝、镀锌钢丝、镀锌绞线钢丝绳等。

4．优质碳素钢无扭控冷、热轧盘条（ZBH44002-88），优质碳素钢无扭控冷、热轧盘条由无扭高速线材轧机轧制而成，轧制后采取控制冷却处理。

与优质碳素钢盘条相比，具有尺寸精度高、表面质量好，有较高的力学性能。

主要用途：

主要用途与优质碳素钢盘条相同。

常用于制造碳素弹簧钢丝、油淬火回

火碳弹簧钢丝、预应力钢丝、优质碳素结构钢丝，镀锌钢丝等。

5．制绳钢丝用盘条（YB349-64），制绳钢丝用盘条是优质碳素结构钢热轧圆盘条之一。

主要用途：

制绳钢丝用盘条可用35、40、45、55、60、65、70、75、80和85钢号的优质碳素结构钢制造。

化学成分符合GB699（优质碳素结构钢技术条件）的规定。

6．制绳钢丝用无扭控冷、热轧盘条（ZBH44004-88），制绳钢丝用无扭控冷热轧盘和用优质碳素结构钢，在无扭线材轧机上轧制，轧制后控制冷却而制成。

这样轧成的盘条，尺寸精度高，表面质量好，力学性能优越。

主要用途：

主要用于拉制制绳钢丝和钢绞线钢丝。

7．碳素焊条钢盘条（GB3429-82），碳素焊条钢盘条由低碳优质碳素结构钢热轧制

成。

主要用途：

主要用于制造手工电弧焊焊芯。

8．碳素焊条钢无扭控冷、热轧盘条（ZBH44005-88），碳素焊条钢无扭控冷、热轧盘条是在封锁扭线材轧机上轧制，并进行轧后控制冷却而制成。

其尺寸精度高、表面质量好、性能优越，是一种高质量的焊条钢盘条。

主要用途：

主要用于制造具有药皮的电焊条钢芯的碳素钢热轧圆盘条。

9．合金结构钢热轧盘条（GB3077-82），合金结构钢热轧盘条由合金结构钢作材质轧制而成。

合金结构钢共有26个钢组、78个钢牌号。

各生产厂依据需方要求及不同用途选用各牌号进行生产。

主要用途：

合金结构热轧盘条主要用于拉制钢丝、金属制品和结构件。

10．碳素工具钢热轧盘条（GB1298-86），碳素工具钢由优质或高级优质高碳钢轧制而成。

加工性能与耐磨性能好，价格便宜。

主要用途：

主要用于拉制钢比与制造工具等。

11．合金工具钢热轧盘条（GB1299-77），合金工具钢是在碳素工具钢的基质上加入铬、钨、钼、钒、硅、锰、镍和钴等合金元素而炼成的钢种。

与碳素工具钢相比。

它具有淬透性好、热处理开裂倾向小、耐磨性与耐热性高的特点。

合金工具钢热轧盘条由5

个钢组33个钢号的合金工具钢作材质轧制而成。

分别由大连钢厂、本溪钢厂和陕西钢

厂等单位生产。

主要用途：

适用于量具、刃具和冷、热作模具、耐冲击工具等的制作。

12．弹簧钢热轧盘条（GB1222-84），弹簧钢是用于制造弹簧或其他弹性元件的钢种。

弹簧和弹性元件主要利用其弹性变性吸收与储存能量，达到缓和震动、冲击或使机件完成某些动作为目的。

由于它是在冲击、震动或长期均匀的周期交变应力条件下工作，因

此要求弹簧钢具有高的屈服强度，尤其要有较高的屈强比（屈服强度与抗拉强度之比）和弹性高的疲劳强度、较高的耐高温和耐腐蚀等性能。

弹簧钢还应有良好的表面质量。

弹簧钢有碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类共17个牌号。

主要用途：

弹簧钢热轧盘条主要用于生产各种用途的螺旋弹簧。

13．滚珠轴承钢热轧盘条（YB9-68），滚珠轴承钢简称轴承钢，是用来制造各类滚动轴承的套圈（轴套）和滚动体（滚珠）的钢种。

由于其用途的特殊性，要求轴承钢具有高而均匀的硬度和耐磨性、高的弹性和疲劳强度。

足够的韧性和淬透性，同时在大气环境或润滑剂中具有一定的耐蚀能力。

一些特殊用途的滚动轴承还要求具有耐高温、抗腐蚀、无磁性、超低温、高精度、长寿命等性能。

因此对轴承钢的选择和钢材质量要求比一般钢材严格。

轴承钢通常是指高碳铬钢，此外还有渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢。

一般用于轧制滚珠轴承钢热轧盘条的钢号有5个。

主要用途：

滚珠轴承钢热轧盘条主要用于制造轴承的钢珠（钢珠）等。

14．不锈钢盘条（GB4356-84），不锈钢盘条是由多种牌号不同组织体型的不锈钢材质热轧而成。

主要用途：

不锈钢盘条主要用于制造不锈钢丝、不锈弹簧钢丝、不锈顶锻钢丝和不锈钢丝绳用钢丝。

根据工业上的主要用途来区分，不锈钢盘条也有不锈钢和不锈耐酸钢盘条之分。

15．焊接用不锈钢盘条（GB4241-84），焊接用不锈钢盘条与一般不锈钢盘条在化学成分上有所不同。

为了保证其优良的焊接性能，提高焊缝质量，焊接用不锈钢盘条在成分上的显著特点是含碳量低、磷、硫等有毒杂质少、镍、铬含量较高。

主要用途：

主要用于制造电焊条钢芯和焊丝。

1.1.4高速线材生产特点

高速线材轧机一出现就显示出极大的优越性，高速、无扭、控冷是现代高速线材轧机主要的工艺特点：

（1）高速，普通线材轧机轧制速度很少超过35m/s，我国广泛应用的复二重轧机。

其轧制速度为16m/s左右，而目前使用的高速线材轧机的实际轧制速度一般为75m/s，最高轧制速度可达120m/s。

（2）无扭，摩根无扭轧机机组一般由10个机架组成，使用碳化钨辊环，轧辊为悬臂式，相邻机架的轧辊互成90度，这样就避免了轧件进入下一道时的扭转翻钢，实现了无扭轧制。

（3）控冷，由于轧制速度高，盘重大（一般为1.2t），已不可能采取普通轧机的集卷冷却方式。

线材从精轧机轧出后，首先进行芽水冷却，快冷至要求的温度范围，然后通过成圈器使线团散布在运输辊道上，进行散卷冷却。

一股采用风冷，水冷及散卷冷却，具体工艺根据不同钢种的要求确定，从而得到全长冷却均匀和性能良好的线材。

这种斯太尔摩冷却工艺生产线，后来又发展成为标准型、缓冷型、延迟型三种，根据不同钢种性能的要求，采用不同类型的冷却方式。

控制冷却工艺主要是控制终轧温度、吐丝温度、相变区冷却速度（通过调节运输机速度、风量大小及保温时间来控制）和集卷温度等。

三种斯太尔摩冷却法的主要工艺参数见表。

国内外线材生产的兴起与发展

斯太尔摩冷却法主要工艺参数

冷却类型

运输速度/（m/s）

冷却速度/（℃/s）

标准型

0.25~1.40

4~10

延迟型

0.05~1.40

1~10

缓冷型

0.05~1.40

0.25~10

随着科学技术的进步，对炼钢的生产率、成本、产品内在质量等都提出了愈来愈高的要求。

20世纪60年代、在世界范围内，传统的炼钢方法发生了根本性的创新，即由原来单一设备初炼及精炼的一步炼钢法，变成由传统炼钢设备初炼然后再进行炉外精炼的二步炼钢法．从而出现了各种各样的炉外精炼法。

炉外精炼是近年来发展起来的一项炼钢新技术，无论转炉、电炉都可采用各种各样的炉外精炼方法。

国外经炉外精炼的普通钢已占其总量的70％以上，特殊钢几乎100％经过炉外精炼。

炉外精练这种新技术得到迅猛发展的原因是：

（1）提高韧烁炉生产率。

电弧炉生产率提高25%左右，可提高超高功率电炉生产率50%—10%。

（2）降低产品成本。

对于精炼超低碳不锈钢，可降低成本500—1000元/吨；

（3）提高产品内在质量、扩大产品品种。

当钢中氢含量低于某含量时可以避免白点的形成：

钢的纯治度大大提高、同时钢的化学成分均匀稳定，偏析减轻；钢的综合力学性能得到显著提高，品种也得到扩大，从而满足了用户的要求。

1.2国内外线材生产的兴起与发展

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5——16mm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（0.3—0.4）mm，盘重为500kg左右，一套轧机年广量在30—50万吨。

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43—50m/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）15／75的德国德马克型；3）顶交45的英国阿希洛型；4）0／9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。

1.3国内外线材生产的现状与展望

1.3.1国外线材生产现状

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400—450万吨，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。

1.3.2国内线材生产现状

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%

1.3.3对我国线材发展的几点看法

纵观我国线材发展的历史，可以说有了突飞猛进的发展．特别是近几十年来，我国线材行业持续高速发展，以每年净增产200多万吨高速度增长，其产量从1987年的693万吨，增加列]999年的2608万吨。

增长2.8倍；同期高速线材产量从32万吨增加到1218万吨，增长37倍；线材自给率达到99%以上；在品种质量方面也有很大提高，目前完全可以按国际先进技术指标进行生产。

多数线品种与质量能够满足线材制品企业使用要求。

所有这些都说明：

我国已经成为世界最大的线材生产国，为世界同行所瞩目。

但是也应看到，我国虽然是世界线材生产大国，但还不能说是线材生产强国；目前我国还有部分线材品种仍然依靠进口维持生产。

如钢帘线、高应力弹簧钢、不锈钢、冷墩钢等线材。

在重要用途线材实物质量方面，与世界先进工业国家仍有较大差距，为此，对我国线材发展提出以下几点看法。

（1）今后线材生产的重点任务是提高品种质量而不是追求产量、特别是要提高重要用途线材品种实物质量。

（2）应该进一步发展高速线材轧机，国外先进工业国家高线比已超过80%应该淘汰落后的横列式线材轧机，改造并限制复二重线材轧机的发展，重点发展国产高速线材轧机。

（3）扩大线材出口是今后发展方向之一，我国是世界线材产量最大的国家，但是出口却很少，每年只有几十万吨，同时还有几十万吨需要进口。

这种现象应该得到改变.。

第2章产品大纲及金属平衡表制定

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：

Ф5.5～Ф13mm（典型产品：

Q235Ф6.5mm）

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/%

普通低碳钢

Φ6-13

21.25

普通低碳钢

Φ5.5-11

Φ11.5-13

17.5

钢丝绳钢

Φ7-13

Φ5.5-6.5

焊条钢

Φ5.5-13

12.5

钢帘线钢

Φ5.5-13

12.5

合金结构钢

Φ6-13

11.25

螺纹钢

Φ8-12

8.75

合计

100

2.2确定金属平衡表

2.2.1确定计算产品的成品率

成品率是一项重要的技术经济指标，成品率的高低反映了生产组织管理及生产技术水平的高低。

成品率是指成品质量与投料量之比的百分数。

换句话，也就是指一吨原料能够生产出的合格产品重量的百分数。

其计算公式为：

（2-1）

式中：

—成品率，%；

—投料量（原料重量），t；

—金属的损失重量，t。

影响成品率的因素：

（1）烧损：

金属在高温状态下的氧化损失称为烧损。

（2）溶损：

是指在酸、碱洗或化学处理等过程中的溶解损失。

（3）几何损失：

包括切损、残屑。

（4）工艺损失：

又称技术损失，是指个工序生产中由于设备和工具、技术操作以及表面介质问题所造成的不符合质量要求的产品。

2.2.2金属平衡表的制定

表2.2金属平衡表

序号

品种

规格/mm

年产量/万吨

轧废/吨

切损/吨

烧损/吨

成材率/%

年需坯/万吨

普通低碳钢

Φ6-13

合计

244

1466

1390

98.2

17.31

普通低碳钢

Φ5.5-11

Φ11.5-13

合计

287

379

1004

399

1403

909

609

1518

97.6

97.8

97.7

9.22

5.11

14.33

钢丝绳钢

Φ7-13

Φ5.5-6.5

合计

102

194

663

430

1093

665

578

1243

98.0

97.8

97.9

7.14

5.11

12.25

焊条钢

Φ5.5-13

合计

246

1228

926

97.7

10.24

钢帘线钢

Φ5.5-13

合计

163

1060

677

98.1

10.19

合金结构钢

Φ6-13

合计

205

717

1278

97.6

9.22

螺纹钢

Φ8-12

合计

530

688

98.2

7.13

合计

1513

7497

8190

97.9

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