年产50万吨优碳线材热轧车间设计.docx
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年产50万吨优碳线材热轧车间设计
50万吨/年优碳线材热轧车间设计
摘 要
本设计拟建一个单线的年产50万吨的优碳线材热轧生产车间。
它的最高轧制速度为120m／s，保证速度为100m／s，产品规格为Φ5.5～14㎜，单卷盘重约2吨。
钢种主要是优质碳素结构钢。
本车间设计的内容主要有：
产品大纲和金属平衡表的制定；设计工艺方案和工艺流程；工作制度的确定及轧机生产能力分析；主要设备的选择；辅助设备的选择及计算；车间平面布置及起重运输；车间经济技术指标；环境保护；孔型设计；轧制力计算；电机校核与轧辊强度校核等。
本设计采用连铸冷坯为原料,坯料加热之前要对其进行检查、修磨，把个别有缺陷的钢坯用废坯剔除装置剔除。
这样既保证了坯料的质量，同时也保证了产品的高质量。
在12架粗轧机和中轧机之后，布置了4架预精轧机，10架精轧机。
精轧机为摩根无扭精轧机组。
连铸坯在步进梁式加热炉中使用混合煤气加热，加热能力为90t／h。
加热炉由微机控制，出炉温度为1050～1250℃。
轧后冷却通过水冷箱和一套斯太尔摩冷却运输系统来完成。
该套斯太尔摩冷却运输系统采用延迟型冷却运输装置，采用大风量风机，长度为120米，同时，足够的长度且10段都有保温罩，使得生产冷镦钢和焊条钢等钢种有足够的缓冷，获得良好的组织和性能。
本设计采用的工艺技术及选用的设备代表了当今世界上较为成熟的主流先进技术，在市场经济中具有很强的竞争力。
关键词：
车间设计高速线材线材轧机优质碳素结构钢
Anewworkshopofhotrolledqualitycarbonstructuralsteelwiththeoutputof500,000t／a
Abstract
Thedesignoftheproposedannualoutputofasinglelineof500,000tonsofhigh-qualitycarbonstructuralsteelhot-rolledhigh-speedwirerodproductionplant.Itsmaximumrollingspeedof120m/s,toensurespeedof100m/s,productspecificationsforΦ5.5~14mm,single-reel,weighingabouttwotons.Steelisamajorqualitycarbonstructuralsteel.
Thecontentofthisworkshopdesignismainlyasfollows,productsschemeandmetalbalancedformulation;Designtechnologicalplanandtechnologicalprocess;Thedeterminationofworkroutineandrollingmillproductioncapacityanalysis;Choiceofthecapitalequipment;Choiceandcalculationoftheauxiliaryequipment;Theassigningforthelevelofworkshopandjack-uptransportation;Economictechnicalindicatoroftheworkshop;Environmentalprotection;Thepassisdesigned;Rollingmillstrengthcanparametercalculateandelectricalmachineryapparatuscheckedetc..
Thedesignusesacontinuouscastingbilletcoldasrawmaterial,heatingbilletspriortotheirinspection,grinding,flawedindividualbilletbilletremovedeviceswithwasteremoved.Thiswillnotonlyensurethequalityofthebillets,butalsotoensurethehighqualityoftheproduct.12intheroughingmillandthemill,thearrangementofthefourpre-finishingmill,finishingmill10.Morganfinishingmillforfinishingunitwithouttwisting.
Billetinthewalkingbeamfurnaceintheuseofmixedgasheating,theheatingcapacityof90t/h.Furnacebycomputercontrol,announcedatemperatureof1050~1250℃.
CoolingafterrollingthroughthewatertankandatransportStelmorcoolingsystem.ThecoolingStelmordelayed-typetransportsystemcoolingtransportdevices,theuseofwindcapacityfan,alengthof120meters,atthesametime,adequatelengthand10haveaheatshield,makingtheproductionofcoldheadingsteel,suchassteelandsteelrodrelievecoldenough,goodorganizationandperformance.
Thedesignandselectionoftechnologyequipmentintoday'sworldrepresentsthemainstreamofmorematureadvancedtechnology,inamarketeconomyhasastrongcompetitiveedge.
KeyWords：
workshopdesignhigh-speedwirerodandwiremillQualitycarbonstructuralsteel
引言
1.本设计的基本状况
本设计在综合考虑国内外线材生产状况的基础上，主要参考马钢和唐钢高线厂的生产和技术条件，综合分析目前线材的市场销售形势，拟建年产量为50万吨的优碳线材热轧车间，采用单线轧制工艺。
生产规格为Φ5.5～14㎜的光面盘条，品种主要是：
优质碳素结构钢、低合金钢。
盘卷单重约2吨。
保证速度为100m／s，设计最高速度为120m／s。
2.设计中采用的先进技术及先进设备
根据产品大纲别的要求，本设计采用了以下先进技术和先进设备：
1）连续化全无扭轧制，粗轧、中轧、预精轧、精轧机组平立交替布置。
精轧机组轧辊为顶交45°布置，全线实现无扭轧制，产品性能大幅度提高；
2）原料为连铸坯，金属收得率高，采用冷装冷送；
3）采用侧进侧出的步进梁式加热炉，对钢坯表面损伤小，降低能耗；
4）为提高轧件的表面质量，开轧前采用了高压水除磷；
5）采用了控轧控冷设备，即设置多段在线水冷箱；
6）在线检测装置（ORBIS）：
位于吐丝机前，测量精度可达上下偏差为0.02㎜。
1产品方案和金属平衡表
1.1车间产品大纲
车间产品大纲为：
年生产能力：
50万吨；
产品规格：
Φ5.5～Φ14mm光面盘条；
主要钢种：
优质碳素结构钢：
GB／T699-1999；
低合金钢：
GB3077-99；
代表钢号：
45#，40Mn，20MnSiV。
其产品大纲见表1-1。
表1-1产品大纲
钢种
牌号
各规格产品年产量（万吨）
产量合计（万吨）
钢种比例
（％）
Φ5.5
mm
Φ6.5
mm
Φ7
mm
Φ8
mm
Φ9
mm
Φ10
mm
Φ12～14
mm
优质碳素结构钢
2.32
9.34
9.34
7.0
3.5
2.34
1.16
35
70
低合金钢
1.0
4.0
4.0
3.0
1.5
1.0
0.5
15
30
合计
3.32
13.34
13.34
10.0
5.0
3.34
1.66
50
100
比例（％）
6.6
26.7
26.7
20
10
6.7
3.3
1.2产品质量执行标准及产品交货条件
1.2.1执行标准
GB／T4354-1994：
优质碳素结构钢热轧盘条；
GB3077-99：
合金钢热轧盘条。
1.2.2交货条件
按GB／T14981-94国内标准交货。
线材尺寸公差：
直径公差：
Φ5.5～8mm±0.10mm
Φ9～14mm±0.15mm
线材产品的椭圆度均为公差的80％。
线材产品呈盘卷状交货或成捆交货。
生产的盘卷尺寸为【1】：
线卷外径：
Φ1250mm
线卷内径：
Φ850mm
线卷高度约1800mm
盘卷单重约2吨。
1.3原料
1.3.1原料来源和年需求量
该车间原料由本厂连铸机供给的连铸冷坯。
年产50万吨线材，成材率为95％，年需要52.63万吨钢坯。
1.3.2钢坯尺寸和质量要求
①方坯尺寸和边长允许偏差[2]:
连铸坯断面尺寸140×140mm；
连铸坯长度12000mm；
边长公差±4mm（YB/T001-91）；
对角线长度偏差≤6mm（YB/T001-91）；
圆角半径R＞8mm（YB/T001-91）；
连铸坯单根重约为2.1吨；
连铸方坯和矩形坯标准：
YB/T2011-2004。
②钢坯标准长度为12000mm;短尺钢坯最短长度为10000mm;每批（炉）短尺钢坯重量不大于全部钢坯重量的10%；
③钢坯的弯曲度在12000mm内不大于100mm;但不允许在钢坯两端,两端最大50mm；
④钢坯扭转在12000mm内为6°；
⑤钢坯端部因剪切变形而造成的局部宽度不大于边长的10%.切头毛刺应清除.端部因剪切变形而造成的局部弯曲不得大于20mm.剪切端面应与钢坯长度方向轴线垂直;端面弯斜量不得大于边长的6%。
1.3.3对表面质量和内部质量的要求
对钢坯表面质量的要求是:
钢坯端面不得有缩孔、尾孔和分层；
钢坯表面缺陷必须沿纵向加工清除，清除处应圆滑、无棱角，清除宽度不得
小于清除深度的5倍，表面清理深度不大于公称厚度的8％；
钢坯表面应无裂缝、折叠、耳子、结疤、拉裂和夹杂等缺陷。
对钢坯内部质量的要求是:
1钢坯低倍组织不得有肉眼可见的缩孔、分层、气泡、裂缝、白点等；
2对优质碳素结构钢根据需要要求,可以做高倍检验,检查脱碳层,检查钢中非金属杂质,检查晶粒度是否达到规定要求。
1.3.4连铸坯的化学成分
连铸坯的化学成分应符合GB222-84、GB699-88、GB1591-79的规定。
1.4金属平衡表
该车间年产Φ5.5mm-Φ14mm的线材50万吨，成材率为95％，每年需合格连铸坯52.63万吨，金属平衡如下表。
表1-2金属平衡表[3]
产品
名称
原料
成品
废料
连铸坯
线材
切头及废品
烧损
Φ5.5-14mm的盘条
52.63万吨
50万吨
95％
2.104万吨
4％
0.526
万吨
1％
2.设计方案
根据年产量和工艺要求，本设计在参考马钢设计研究院的技术资料的基础上制定方案。
此高线车间设计采用单线轧制，最高轧制速度为120m／ｓ，保证速度为100m／ｓ。
加热炉采用侧进侧出步进梁式加热炉。
轧制生产线由粗轧﹑中轧﹑预精轧﹑精轧机组组成。
2.1轧机数量的确定
本设计产品的最小规格为Φ5.5mm，故在确定机架数目时，以最小直径Φ5.5mm计算得：
坯料断面面积：
F0＝at（A2－4R2＋πR2）（2-1）
＝1.012×（1402－4×102＋π×102）mm2
＝19748.168mm2
Φ5.5mm成品圆钢的断面面积：
Fc＝π（dat）2／4（2-2）
＝π×（5.5×1.012）2／4mm2
＝24.32mm2
上式中：
F0-------连铸坯料原始面积
Fc-------热态成品断面面积
A-------原料边长
R-------连铸方坯结晶圆角，取R＝10mm
则总延伸系数：
μz＝F0／Fc（2-3）
＝19748.168/24.32＝812.013
取平均延伸系数：
μc＝1.3
则机架数：
N＝㏑μz/㏑μc＝25.77（2-4）
故取N＝26
2.2轧机布置方案
粗轧机组为6架，中轧机组为6架，均为无牌坊短应力线轧机。
交流电机单独传动，轧机轧制线固定，通过调整轧辊和机架，使孔型对准轧制线，轧机由弹簧固定在底座上，整体更换，液压松开。
机架的抽出和横移均由液压缸驱动，辊缝调节为液压马达。
轧件在粗轧机内轧制。
预精轧机组为4架，为悬臂辊环式轧机，平立交替布置，轧机轧制线固定，液压换辊，直流电机单独传动，轧件在预精轧机组内实现无张力轧制。
精轧机组为10架,均为摩根45°无扭轧机，一台交流电机传动，轧辊布置为顶交45°，相邻机架互成90°。
3.工艺流程
3.1工艺流程图
连铸坯
中轧
翻卷、挂卷
坯料检查、修磨
2﹟飞剪切头切尾
P／F冷却运输线
钢坯称重、测长
预精轧机组
表面质量检查
运输辊道输送
预水冷
压紧打捆
加热炉加热
3﹟飞剪切头切尾
称重标号
夹送辊夹送
精轧机组
水冷段控制冷却
卸卷
高压水除鳞
吐丝成卷
入库
粗轧
斯太尔摩冷却线
1﹟飞剪切头切尾
集卷
3.2生产工艺流程简述
本设计采用连铸冷坯为原料。
坯料加热之前先对其进行质量检查、修磨，把个别有缺陷的不合标准的钢坯用废坯剔除装置剔除，合格钢坯经称重、测长后由入炉辊道将钢坯送入加热炉内进行加热。
根据不同钢种的加热制度和加热要求，钢坯在加热炉中加热至1050℃～1250℃，加热方式采用预热﹑加热和均热的方式。
钢坯在预热段得到充分的预热，然后进入加热段进行快速加热，钢坯表面温度达到略高于出炉温度，在均热段完成钢坯温度的均匀化。
加热好的钢坯由出炉辊道推出，用高压水清除表面的氧化铁皮，以提高轧件的表面质量。
然后通过夹送辊使钢坯进入粗轧机组进行轧制。
当轧机出现故障时，设置在粗轧机前的卡断剪将进入粗轧机的钢坯切断，卡断后的钢坯又退回加热炉保温待轧。
粗轧机组后设置一台飞剪及卡断剪。
根据工艺要求，坯料在粗轧机组﹑中轧机组中进行无扭微张力轧制。
钢坯经过侧活套进入四架平立交替布置的悬臂式预精轧机组进行单线无张力无扭活套轧制，最后经预水冷段﹑飞剪切头切尾和侧活套器进入精轧机组轧制。
精轧机组采用10架45°无扭精轧机组。
轧件在悬臂式碳化钨小辊环中进行高速单线无扭微张力连轧成高精度的线材。
轧后的线材经水冷段冷却进入卧式吐丝机，线材经吐丝机布圈散落在斯太尔摩风冷运输机上。
风冷运输机为辊道延迟型，装有纤维棉隔热罩，辊道的速度可调节。
可根据钢种﹑产品规格和性能的要求开﹑闭隔热罩，调节辊道速度和风量，从而调节线圈的冷却速度，获得良好的金相组织和性能的产品。
然后在集卷站收集成盘卷。
集卷后的盘卷经翻平，由挂卷小车将盘卷挂在P／F线的“C”形钩上继续冷却，并进行表面质量和外形尺寸检查，取样，压紧打捆，称重标号，然后到卸卷站卸卷﹑排齐，最后由磁盘吊车吊至成品跨。
4工作时间及轧机生产能力分析
4.1车间工作制度和年工作小时
高速线材车间年工作时间表见表4-1。
表4-1年车间工作时间表
时间
日历
时间
计划检修时间
年计划
工作时
间
生产过程中停工时间
年计划轧制时间
大（中）
修
小修
小计
交接
班
换辊
各种事故
小计
小时
8760
504
392
896
7864
490
490
650
1630
6234
注：
①年计划工作时间是设备一年中最大可能的工作时间；
②生产过程中停工时间参照马钢高线车间的停工时间表，包括了很多非计划停工时间；
③大修每两年一次，每次25天。
中修每年一次，每次15天。
大中修平均每年21天，即504小时；
4小修一月4次，一次8～10小时，故一年取392小时。
4.2轧机生产能力分析
各种规格的线材精轧速度根据各厂的技术条件而定。
轧制时间：
tzh＝单根坯料轧成成品的长度／精轧速度（4-1）
间隙时间：
△t＝5ｓ
轧制节奏时间：
T＝tzh＋△t（4-2）
按坯料计算小时产量：
A＝3600GK1n/T（4-3）
式中：
A-------平均小时产量，吨/小时；
G-------原料重量，吨；
T-------轧制节奏时间，秒；
K1------轧机利用系数，即理论轧制节奏时间与实际达到的轧制节奏时间之比值。
对于现代轧机取0.8～1.0,连续式轧机的为0.9～0.95，本设计取0.93。
n-------轧制根数，本设计中取1。
按成品计算的最大小时产量：
A＝3600GK1bn/T（4-4）
式中：
b为成材率，b＝95％。
轧机负荷率＝年纯轧时间／年计划轧制时间，轧机能力分析见下表。
表4-2轧机能力分析表
成品
规格
mm
终轧
速度
m/s
纯轧
时间
s
间隙
时间
s
轧制节奏时间
s
按坯料计小时产量
t/h
按成品
计小时
产量
t/h
年计划
产量
（万吨）
年纯轧
时间
h
年计划
轧制
时间
h
轧机
负荷率
5.5
95
104
5
109
64.3
61.1
3.3
543
6.5
100
71
5
76
92.6
88
13.34
1516.2
7
80
76
5
81
86.3
82
13.34
1626.4
8
75
62
5
67
104.3
99.1
10
1009.4
9
70
53
5
58
121.6
115.5
5
433
10
60
50
5
55
128
121.6
3.34
275
12~14
50~40
42~38
5
47
150.8~
162.7
143.3~
154.6
1.66
116~107
合计
5519
6234
88.5%
5主要设备的选择
5.1加热炉
5.1.1炉型选择
用于线材车间的加热炉种类很多，按钢坯在炉内运行方式可分为推钢式﹑步进梁式﹑步进底式和步进梁步进底组合式加热炉。
本设计的钢坯断面尺寸为140mm×140mm，由于步进梁式加热炉的种种优点，故本设计采用步进梁式加热炉，进出料方式采用侧进侧出，以保证炉子的严密性。
步进炉的特点有：
钢坯的运行是靠步进机构的步进梁前进放下来完成的一个矩形轨迹的循环动作，因此钢坯表面不产生划痕；
在步进式加热炉内，每个钢坯间都留有较大的间隔，避免了“粘钢”现象，而且实现三面或四面加热，加热速度快，温度均匀；
操作灵活，与轧机配合灵活方便，可根据需要将坯料推出炉外，避免坯料在炉内长时间停留造成那个钢的氧化和脱碳；
可以比较精确地计算和控制钢坯在炉内的加热速度和加热时间，有利于计算机控制，实现加热过程的自动化。
5.1.2加热炉尺寸的确定
1炉子宽度B[2]
炉子宽度B主要根据坯料长度来定。
B＝nL＋2C（5-1）
式中：
n—坯料排数，n＝1；
C—料间或料与炉的间隙间距（m），一般取0.3～0.45；本设计取0.4
L—坯料的长度，（m）；
故，B＝1×12＋2×0.4＝12.8m
2炉子长度
炉子长度主要根据加热炉产量确定：
L1＝1000Q／PL（5-2）
式中：
Q—加热炉小时产量（ｔ／ｈ），本设计中取90ｔ／ｈ；
P—有效炉底强度（㎏／㎡ｈ），通常取400㎏／㎡ｈ；
L—坯料长度（m）；
故炉长：
L1＝（1000×90）／（400×12）＝18.75m
③上炉膛高度：
1400mm；下炉膛高度：
2100mm；
④加热炉步进机构
组成：
上框架、下框架、横梁、斜辊、平移油缸、提升油缸等。
型式：
液压驱动步进式；
步进梁：
5根；
步距：
冷坯：
260mm；热坯：
300mm。
5.2轧机形式以及轧辊材质的选择
5.2.1轧机的选择
轧机选择的主要依据是钢材的品种、生产规模以及由此确定的工艺流程。
对工艺设计而言，轧机选择的主要内容是确定轧机的结构，主要参数及它们的布置。
一般轧机选择参考以下原则：
在满足产品方案的前提下，使轧机组成合理、布置紧凑；
有较高的生产效率和设备利用系数；
有利于机械化、自动化的实现，有助于工人劳动强度的改善；
保证获得高质量的产品；
轧机结构型式先进合理，操作简单，维修方便；
备品、备件更换方便，易于实现标准化；
有良好的经济技术指标。
5.2.2轧辊尺寸参数的确定
轧辊直径D的确定[2]
由经验可知：
D＝K·H（5-4）
式中：
D—轧辊直径，（mm）；K—经验系数（粗轧机组轧辊辊身直径一般为轧件高度的4～5倍，故K取4～5）
H—坯料的高度，（mm）；
由此得粗轧机组1～6架轧机辊径D＝（4～5）×140＝560～700mm
本设计取粗轧机1﹟～4﹟轧辊直径D＝600mm，5﹟～6﹟轧辊直径D＝560mm。
辊身长度的确定
经验公式：
L＝K·D（5-5）
式中：
K—经验系数，对型钢轧机K取1.6～1.9。
轧机主要性能如下表：
表5-2轧机主要性能表
机
组
机
架
号
轧机
型式
辊径（mm）
辊身长度
（mm）
主电机
最大
辊径
最小辊径
功率（kw）
型式
转速（r／min）
粗
轧
机
组
01
H
600
540
960
400
AC
215／800
02
V
600
540
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