年產(chǎn)160萬噸中厚板廠的工藝設(shè)計課程

60/65北京科技大學專業(yè)課程設(shè)計題目：年產(chǎn)160萬噸中厚板廠的工藝設(shè)計（典型產(chǎn)品：24×4350mm的D36船板鋼）2012摘要本次設(shè)計的對象是年產(chǎn)量160萬噸的4600mm中厚板廠。結(jié)合設(shè)計條件及年產(chǎn)量要求完成了10個產(chǎn)品品種、10個產(chǎn)品規(guī)格的產(chǎn)品方案表和金屬平衡表。以鋼種為Q195的連鑄坯（500mm×1500mm×4100mm）軋制中厚板，典型產(chǎn)品規(guī)格為24mm×整個設(shè)計分四章進行詳細描述，前言為中厚板的國內(nèi)外進展概況的介紹及分析，總結(jié)了當前世界上中厚板生產(chǎn)技術(shù)的先進水平，包括設(shè)備、技術(shù)及理念。第一章要緊介紹設(shè)計要求和方案選擇。第二章分為七個小節(jié)，前三個小節(jié)分不對設(shè)計任務(wù)、生產(chǎn)品種及工藝流程進行了確定；制定了產(chǎn)品方案和生產(chǎn)工藝；介紹了車間平面布置，確定設(shè)備的間距、生產(chǎn)流線及設(shè)施面積的計算；第四小節(jié)對車間產(chǎn)量進行計算，包括各設(shè)備的生產(chǎn)能力、車間平均小時生產(chǎn)能力及車間年生產(chǎn)能力；第五小節(jié)進行力能參數(shù)的計算，內(nèi)容包括軋制表的計算、工具設(shè)計及強度校核；第七小節(jié)進行主輔設(shè)備選擇，依照產(chǎn)品的要求，合理確定設(shè)備參數(shù)。第三章編制了技術(shù)經(jīng)濟指標，確定了車間內(nèi)各項設(shè)備、原材料、動力等利用程度的指標。第四章依照設(shè)計參數(shù)，繪制出簡單車間平面布置圖。AbstractInthispaper,arollingmachineproductionlinewasdesignedformediumplateinwhichthetypicalproductionisD36shipplate(24mm×4350mm).Therearefourchapterswerewrittentodescribethisdesign.Thefirstpartgavethedesignrequirement.Andinthesecondpart,thebodypart,allofthedesigndetailswerediscussedanddetermined.InChapter3,inviewoftheeconomyandenvironment,someindexesoftheproductionlinewerediscussed.Finally,theworkshopplanfigurewasputinthelastchapter.目錄摘要 IIIAbstract III前言 51.設(shè)計要求及方案選擇 51.1設(shè)計要求 51.2產(chǎn)品方案的確定 51.2.1產(chǎn)品大綱 51.2.2典型產(chǎn)品的技術(shù)要求及金屬平衡圖 52.分析與設(shè)計 52.1坯料選擇與工序組成 52.1.1坯料的選擇 52.1.2工藝流程的確定 52.2軋機的組成 52.2.1軋機型式及布置形式 52.2.2軋機各部分的選擇 52.3工藝制度的編制 52.3.1變形制度的確定 52.3.2溫度制度 52.3.3速度制度 52.3.4要緊設(shè)備距離的確定 52.4產(chǎn)量計算 52.4.1車間工作制度和工作時刻的確定 52.4.2軋鋼機產(chǎn)量計算 52.4.3倉庫面積的計算 52.5力學參數(shù)的計算 52.6要緊設(shè)備的校核 52.6.1軋輥強度的驗算 52.6.2主電機的校核 52.7輔助設(shè)備的選擇 53.車間經(jīng)濟技術(shù)指標 53.1技術(shù)指標 53.2環(huán)境指標 54.車間平面布置 5致謝 5參考文獻 5前言中厚板是指厚度4.5-25.0mm的鋼板，厚度25.0-100.0mm的稱為厚板，厚度超過100.0mm的為特厚板。中厚板要緊應用于建筑工程、機械制造、容器制造、造船、橋梁建筑等。還能夠用來制造各種容器、爐殼、爐板、橋梁及汽車靜鋼鋼板、低合金鋼鋼板、造船鋼板、鍋爐鋼板、壓力容器鋼板、花紋鋼板、汽車大梁鋼板、拖拉機某些零件及焊接構(gòu)件等。通常中厚板用途簡要總結(jié)如下：廣泛用來制造各種容器、爐殼、爐板、橋梁及汽車靜鋼鋼板、低合金鋼鋼板、橋梁用鋼板、造般鋼板、鍋爐鋼板、壓力容器鋼板、花紋鋼板、汽車大梁鋼板、拖拉機某些零件及焊接構(gòu)件具體應用。隨著國民經(jīng)濟建設(shè)，其需求量特不之大，范圍也十分廣：（1）造船鋼板：用于制造海洋及內(nèi)河船舶船體。要求強度高、塑性、韌性、冷彎性能、焊接性能、耐蝕性能都好。（2）橋梁用鋼板用于大型鐵路橋梁。要求承受動載荷、沖擊、震動、耐蝕等。

（3）鍋爐鋼板：用于制造各種鍋爐及重要附件，由于鍋爐鋼板處于中溫（350℃（4）壓力容器用鋼板：要緊用于制造石油、化工氣體分離和氣體儲運的壓力容器或其它類似設(shè)備，一般工作壓力在常壓到320kg/cm2甚至到630kg/cm2，溫度在-20～50℃范圍內(nèi)工作，要求容器鋼板除具有一定強度和良好塑性和韌性外，還必須有較好冷彎和焊接性能。（5）汽車大梁鋼，用于制造汽車大梁（縱梁、橫梁）用厚度為2.5-12.0mm的低合金熱軋鋼板。由汽車大梁形狀復雜，除要求較高強度和冷彎性能外，要求沖壓性能好。我國是造船業(yè)大國，預期今后幾年將是我國造船業(yè)大力進展的一段時期，造船技術(shù)的進展，促使造船及采油平臺用鋼的需求量不斷增加，這就需要大量的高強度、高精度、具有良好低溫沖擊韌性、焊接性能的船體用結(jié)構(gòu)鋼。焊接鋼結(jié)構(gòu)用中厚鋼板產(chǎn)品(通常指厚度范圍為6～80mm的鋼板)已幾乎占所有扁平材鋼鐵產(chǎn)品(FlatSteelProducts)的一半，并被認為是當今鋼結(jié)構(gòu)橋梁、船舶及海洋平臺、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)、管線、壓力容器等制造領(lǐng)域用鋼的主導產(chǎn)品。毋庸置疑，這些領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)輕量化、低制造成本、高安全可靠度等技術(shù)經(jīng)濟指標的不斷追求，也帶動了世界范圍內(nèi)中厚鋼板產(chǎn)品的開發(fā)及工程應用?？傆^世界上鋼鐵技術(shù)發(fā)達國家中厚板鋼鐵產(chǎn)品開發(fā)及應用的進展歷程不難發(fā)覺，中厚鋼板產(chǎn)品的開發(fā)正如其他薄帶材、長型材、鑄鍛材等一樣，一方面充分利用了近、現(xiàn)代冶金學研究成果，另一方面又因其產(chǎn)品厚度、工程應用等專門要求而帶動了冶金學理論的不斷進展，兩者相輔相成，相互促進，并成為鐵基材料學中研究最多的對象產(chǎn)品之一。盡管我國中厚板軋機的數(shù)量和產(chǎn)量已居世界之最,但與國外先進水平相比軋機規(guī)模小、裝備水平低、生產(chǎn)能力分散。我國每套中厚板軋機平均能力2002年最高為61.5萬t，低于國外的89萬t。日本最高為202萬t。國內(nèi)單機產(chǎn)量僅為日本的26%，德國的45%（2006年數(shù)據(jù)）。日本中厚板生產(chǎn)為世界之冠，約占鋼板生產(chǎn)的20%以上。中厚板生產(chǎn)日益趨向合金化和大型化。軋機日趨重型化、高速化和自動化，絕大多數(shù)是大軋制力、大功率、高剛度的最新一代中厚板軋機，為實現(xiàn)其真正意義上的控軋控冷工藝、生產(chǎn)出性能優(yōu)良的中厚板產(chǎn)品制造了裝備上的有利條件。到2009年6月，我國已建成和正在規(guī)劃建設(shè)的中厚板生產(chǎn)線共有55條，其中軋機尺寸3.5m的9條、2.8m的4條、3.8m的2條、4.3m的1條、5.1m的2條(未計算正在設(shè)計中的鞍鋼在營口鲅魚圈的5.5m生產(chǎn)線)，18條生產(chǎn)線能釋放產(chǎn)能2000萬依照上海鋼聯(lián)電子商務(wù)股份有限公司研究中心公布的《2012年中國鋼鐵市場預測報告（年度報告）》，2012年期間，歐債危機間歇性發(fā)作，鋼鐵市場悲觀情緒難以緩解。2011年3月份以來，國際鋼市整體表現(xiàn)震蕩走低，10月份以后，越來越多的鋼廠加入到減產(chǎn)行列，后期市場供應持續(xù)下降。歐洲市場需求疲軟，而且目前需求仍在萎縮，鋼廠減產(chǎn)短期內(nèi)并不能引領(lǐng)市場復蘇，歐洲鋼鐵市場或仍將保持低迷。美國薄板價格接著下滑，長材穩(wěn)定。目前美國經(jīng)濟相對較好，鋼鐵需求問題不大，薄板價格下滑要緊是供應過剩。亞洲市場整體下滑，中國市場暴跌帶動周邊市場下滑。亞洲市場宏觀面的積極因素正在積存，比如中國宏觀調(diào)控方向發(fā)生微調(diào)，印尼和越南央行開始降息，需求前景有轉(zhuǎn)好跡象。2011年7月份以后，由于鐵礦石價格的上漲，大中型企業(yè)大多處于贏虧平衡或虧損的狀態(tài)，9月份之后，鋼鐵企業(yè)全國鋼鐵企業(yè)幾乎沒有贏利，中小企業(yè)贏利狀況也比較嚴峻。為了變革低迷的行業(yè)現(xiàn)狀，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)開始采取多種措施。兼并重組，提高行業(yè)集中度，提升技術(shù)含量，加工配送，擴大企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，加強對原料價格的掌控能力、適當擴大非鋼產(chǎn)業(yè)的投入等等是企業(yè)走出當前困境，值得嘗試的較好途徑。加強企業(yè)的研究能力，從前期的“重生產(chǎn)”積極向“重采購和銷售”的經(jīng)營模式轉(zhuǎn)變，逐步掌握并利用金融、期貨市場規(guī)避價格風險，提高對信息服務(wù)的重視和利用程度，降本增效。成功企業(yè)的經(jīng)驗應該能夠借鑒和汲取，期待國內(nèi)鋼鐵企業(yè)能夠盡快地“由大到強”。2011年11月，《鋼鐵工業(yè)“十二五”進展規(guī)劃》正式對外公布，對以后五年鋼鐵行業(yè)進展戰(zhàn)略和目標做出了調(diào)整，并對鋼鐵工業(yè)轉(zhuǎn)型升級進行了部署。《規(guī)劃》規(guī)劃回憶了“十一五”期間我國鋼鐵工業(yè)取得的要緊成就和目前面臨的要緊問題，明確了“十二五”期間鋼鐵工業(yè)進展的九項重點任務(wù)，包括加快產(chǎn)品升級、深入推進節(jié)能減排、強化技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造、淘汰落后生產(chǎn)能力、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局、增強資源保障能力、加快兼并重組、進一步提高國際化水平以及加強鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈延伸和協(xié)同，并從進展環(huán)境、2015年粗鋼消費量以及中遠期粗鋼消費量進行了預測。表0-1.下游行業(yè)要緊用鋼材品種要緊差距及“十二五”期間升級方向中國鋼鐵工業(yè)現(xiàn)已進入全面結(jié)構(gòu)調(diào)整期。企業(yè)全面實施結(jié)構(gòu)調(diào)整，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，提高市場競爭力，這也是企業(yè)面對日趨激烈的市場競爭所做出的必定選擇。1.設(shè)計要求及方案選擇1.1設(shè)計要求設(shè)計主體為一條中厚板生產(chǎn)線。年產(chǎn)量160萬噸，以24×4350的D36船板鋼為典型產(chǎn)品。1.2產(chǎn)品方案的確定表1-1.產(chǎn)品大綱1.2.1產(chǎn)品大綱表1-1.產(chǎn)品大綱序號產(chǎn)品名稱代表鋼號執(zhí)行標準產(chǎn)品規(guī)格(厚×寬/mm)產(chǎn)量萬t/a%1造船板d36GB71224×435024152碳素結(jié)構(gòu)鋼Q19540×310020.8133管線鋼X80APISPEC5L20×260019.2124低合金高強度鋼Q295，345GB159160×280012.885建筑結(jié)構(gòu)板Q235GJSN490BYB4104-2000JISG313650×320017.6116鍋爐板16Mnq20qGB71320×350016107壓力容器板20RSPV235GB6554JISG311510×360012.888汽車大梁板06TiL16MnLGB327312×26009.669工程機械用鋼StE460DIN1710270×4100161010耐候鋼Q235NHGB/T417128×310011.27合計1601001.2.2典型產(chǎn)品的技術(shù)要求及金屬平衡圖一、產(chǎn)品的技術(shù)要求為能使實物質(zhì)量更好地符合GB712-2000，制定了D36高強度船板化學成分、性能及厚度公差的內(nèi)控要求．表1-2和表1-3分不列出了船板剛D36的熔煉成分和性能要求。表1-2.船板鋼D36的熔煉成分/%鋼種CMnSiPSNbD36≤0.180.9～1.6≤0.5≤0.035≤0.0350.02～0.05表1-3.船板鋼D36的性能要求鋼種σs/MPaσb/MPaδs/%20℃沖擊功縱向橫向D36≥355490～63021≥34≥24注：厚度公差為±0．3mm．成分操縱包含以下幾個方面：（1)C、Mn操縱C含量增高,強度、硬度增大,而塑性、韌性相應降低。Mn在鋼中是有益元素,錳還能夠與S化合成MnS,減輕硫的有害作用。為保證具有良好的韌性、焊接性能和高的強度,C操縱在0.08%～0.14%,Mn操縱在1.10%～1.50%,利用低C和微合金化的設(shè)計原理,即在C—Mn固溶強化的基礎(chǔ)上,配合細晶強化、沉淀強化的手段達到所要求性能。（2)碳當量為保證鋼板具有較高的強度和良好的焊接性能,在實際生產(chǎn)中合理操縱成分,確保鋼板焊接碳當量。新鋼公司中板廠采納TMCP狀態(tài)交貨碳當量Ceq為0.38%。（3)S、P操縱S是鋼中最有害的元素產(chǎn)生“熱脆性”使鋼材變得極脆，降低鋼的韌性和塑性。在鋼中增加含錳量，可消除硫的有害作用，幸免“熱脆。P也是鋼中的有害元素提高鋼的強度和硬度，卻使鋼的室溫塑性、韌性急劇降低，脆性轉(zhuǎn)化溫度升高，在冷加工中易于斷裂，即“冷脆”。P也使焊接性能變壞。為保證各項性能S、P含量應盡可能低。4)Nb操縱Nb作為重要的微合金元素，用以細化晶粒提高鋼的強度和韌。Nb在鋼中的作用十分顯著，能在低碳的情況下提高鋼的強度。Nb在鋼中形成細小的碳、氮化物，抑制奧氏體晶粒長大和奧氏體的再結(jié)晶，使鋼材晶粒細化。二、金屬平衡圖成品率是指成品重量與投料量相比的百分數(shù)。其計算公為式中A——成品率，％；Q——投料量（原料重量），t；W——金屬的損失重量，t。成品率是一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指標，成品率的高低反映了生產(chǎn)組織治理及生產(chǎn)技術(shù)水平的高低。阻礙成品率的因素是各工序的各種損失。金屬損失要緊有以下幾種：（1）燒損：金屬在高溫狀態(tài)下的氧化損失稱為燒損。金屬加熱過程中的燒損與加熱溫度和時刻有關(guān)系，加熱溫度越高，時刻越長，燒損量就越大。燒損率一般在1%～5%。（2）切損：切損是指切頭、切尾、切邊等大塊殘料損失。鋼材切損要緊與鋼種坯料尺寸以及原料狀況等有關(guān)。本車間產(chǎn)品切損均為0.1%～6％。（3）軋廢：軋件各工序生產(chǎn)中由于設(shè)備和工具、操作技術(shù)以及表面介質(zhì)問題所造成的不符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品。表1-4.金屬平衡表編號產(chǎn)品單根原料成品燒損/%切損/%軋廢/%金屬消耗成材率/%重量/kg重量/kg系數(shù)/%1造船46.21.71.10390.72碳素結(jié)構(gòu)鋼222320221.66.01.41.09991.03管線鋼877579761.75.81.61.10090.94低合金結(jié)構(gòu)36.01.81.10090.95建筑結(jié)構(gòu)86.11.01.09891.16鍋爐板176913961.66.01.41.09991.07壓力容器板877580021.76.11.01.09691.28汽車大梁36.01.71.09991.09工程機械用95.81.51.10190.810耐磨鋼86.01.21.09991.02.分析與設(shè)計2.1坯料選擇與工序組成2.1.1坯料的選擇原料的種類、尺寸重量的選擇，不僅要考慮其產(chǎn)品和質(zhì)量，而且要綜合考慮生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟指標的情況及生產(chǎn)的可能條件。為滿足成品質(zhì)量，原料應滿足一定的技術(shù)要求。本廠以鋼種為Q195的連鑄坯（500mm×1500mm×4100mm）軋制中厚板，典型產(chǎn)品規(guī)格為24mm×4350mm的D36船板鋼。同時，坯料應滿足以下的技術(shù)要求:（1）鋼的化學成分符合標準（2）坯料表面不得有缺陷（3）對坯料的缺陷必須清理2.1.2工藝流程的確定工藝流程：優(yōu)質(zhì)高爐鐵水(廢鋼)→100t氧氣底頂復吹轉(zhuǎn)爐冶煉→鋼包合金化→LF爐精煉→直弧R8．0板坯連鑄→熱送熱裝→板坯加熱→粗除鱗→四輥粗軋→精除鱗→四輥精軋→操縱冷卻→矯直→空冷→上表檢驗→翻板→精整(取樣一性能檢測)→成品檢驗→標志→入庫．2.2軋機的組成2.2.1軋機型式及布置形式一、軋機型式本設(shè)計的粗軋機和精軋機都選用四輥可逆式軋機。由于對鋼坯要橫縱軋，在每個四輥可逆軋機后面配立輥軋機。二、軋機布置形式本設(shè)計采納四輥式加四輥式的雙機架布置形式。雙機架式布置，是在兩架軋機上完成由原料到成品的整個軋制過程，是現(xiàn)代中厚板生產(chǎn)的要緊方式。由于粗軋和精軋兩個時期的任務(wù)非不由兩架軋機承擔，因此雙機架式有軋機產(chǎn)量高、產(chǎn)品尺寸精度高、板型和表面質(zhì)量好、換輥時刻少的優(yōu)點。2.2.2軋機各部分的選擇一、機架的選擇機架是軋機的要緊組成部分，它是裝置軋輥及其調(diào)整裝置和其它零件，同時在軋制過程中承受巨大軋制壓力的框架。因此機架的要求除了有足夠的強度和剛性外，還要考慮裝卸方便，快捷換輥等方面的要求。一般軋機的機架分為開口式，閉口式和半閉口式。本設(shè)計中軋機均為閉口式機架。二、軋輥的選擇1、輥身長度L=b+a式中b為鋼板的最大寬度b=4350mm；a是隨鋼板寬度變化的值，對寬鋼板a=200～400mm;取a=250mm；因此，L=b+a=4350+250=4600mm.2、輥身直徑D=L/k,k:系數(shù)。關(guān)于四輥軋機的工作輥，k=2.5～4.0;關(guān)于四輥軋機的支承輥，k=1.8～2.7.關(guān)于工作輥取k=3.0，D工=4600÷3.0=1533mm，取工作輥D工=1500mm。關(guān)于支撐輥取k=2.0，D支=4600÷2.0=2300mm，取支撐輥D支=2300mm。3、輥頸直徑和輥頸長度輥頸尺寸與所用的軸承形式有關(guān)。選取滾動軸承，由于其外圍尺寸較大，輥頸直徑就無法取得專門大。軋輥軸頸直徑和軸頸長度一般按下式選?。篸=（0.5～0.55）Dl=（0.83～1.0）d式中d—軋輥輥頸直徑，mm；D—軋輥輥身直徑，mm；l—軋輥輥勁長度，mm。假如選取滑動軸承，則同意軋輥輥勁直徑大些。則使用滑動軸承時輥勁尺寸按下式選?。篸=（0.67～0.75）Dl=（0.83～1.0）d本設(shè)計中工作輥軸用滾動軸承，則輥頸及長度為d工=0.54×1533=827.8≈830mml工=0.92×827.8=761.6≈760mm支撐輥選用滑動軸承，則輥頸及長度為d支=0.74×2300=1702≈1700mml支=0.84×1702=1429≈1430mm4、軋輥的材質(zhì)在本連軋車間內(nèi)，粗軋機組的立輥和工作輥，考慮到強度和咬入條件，采納鑄鋼輥，精軋機的工作輥采納鑄鐵輥。粗軋機和精軋機的支承輥均采納鑄鐵輥。5、軋輥軸承的選擇軋輥軸承用于支承轉(zhuǎn)動的軋輥，采納軸承應有小的摩擦系數(shù)、足夠的強度、壽命長亦便于換輥。本設(shè)計中粗軋機和精軋機的工作輥采納滾動軸承，支承輥采納油膜軸承。各架機座的性能參數(shù)見表2-1.表2-1.各機座性能參數(shù)軋輥輥身輥頸主電機速比材質(zhì)D/mmL/mmd/mml/mm功率/kw轉(zhuǎn)速/rpm粗軋工作150046008307606750×20～±50/1201.9:1鑄鋼支承2300460017001430鑄鐵精軋工作150046008307606750×20～±50/1201.9:1鑄鐵支承2300460017001430鑄鐵6、軋輥的調(diào)整裝置軋輥調(diào)整裝置有以下作用：（1）調(diào)整兩工作輥軸線之間的距離，以保證正確的輥縫開口度，給定所需的壓下量。（2）調(diào)整軋輥與工作輥輥道水平面的相對位置，在連軋機組中，還需調(diào)整各機座間軋輥的相對位置，以保證軋制線高度一致。（3）調(diào)整兩工作輥平行度。（4）更換軋輥或處理事故時需要的操作。（5）調(diào)整軋輥軸向位置，以保證型鋼有槽軋輥的孔型對準，在新型板帶軋機和高性能凸度可控軋機中，軸向調(diào)整軋輥以獲得理想板形。（一）、壓下裝置軋輥的壓下裝置屬于調(diào)整裝置一種，軋輥壓下裝置的結(jié)構(gòu)型式分手動壓下裝置，電動壓下裝置，和液壓壓下裝置三種。在本設(shè)計中，由于粗軋軋機要緊任務(wù)是減小厚度，精度要求不高，因此選用成本相對較低的電動壓下裝置，就可滿足生產(chǎn)需求。在精軋中，軋制速度快，且要操縱帶鋼板型，因此，需選擇全液壓壓下裝置。（二）、平衡裝置軋輥平衡裝置的作用：（1）軋件尚未進入軋機之前，軋輥間沒有軋件時消除軋機機構(gòu)間間隙。（2）當壓下螺絲反轉(zhuǎn)時，關(guān)心提升上軋輥。（3）在回輥板帶軋機上，由于上輥平衡裝置作用，幸免了工作輥與支承輥間的打滑。平衡裝置類型有彈簧平衡、重錘平衡和液壓平衡裝置。在本設(shè)計中，軋機的軋輥平衡裝置采納液壓平衡裝置。(三)、換輥裝置在本設(shè)計中四輥軋機工作輥采納橫移式快速換輥裝置換輥，支撐輥采納液壓缸單架更換。三、預選各軋機電機粗軋機和精軋機的電機均選用6750KW的電機。2.3工藝制度的編制本設(shè)計工藝制度的制定包括：(1)變形制度要緊是確定所采納的軋制方法、軋制道次和到此壓下量。(2)溫度制度包括加熱溫度制度和冷卻溫度制度。(3)速度制度包括確定咬入速度、拋出速度和穩(wěn)定軋制速度，加速度，減速度及各段速度所對應時刻，間隙時刻，總延伸時刻。(4)要緊設(shè)備之間的距離要緊是軋機之間的距離，及其與加熱爐之間的距離2.3.1變形制度的確定一、軋制方式和軋制道次設(shè)計采納粗軋和精軋兩個時期軋制，即采納綜合軋制法與立輥軋邊法相結(jié)合，先在粗軋時期用立輥軋制一道次，然后轉(zhuǎn)90°，進行寬展軋制6道次，使坯料的寬度等于成品的寬度，然后再轉(zhuǎn)90°縱軋9道次成型。同時立輥在橫軋過程中操縱板坯的長度，使其在長度方向上保持不變。在精軋時期，立輥軋邊操縱板坯的寬度，直至縱軋成形。分配壓下量，編制壓下規(guī)程表，采納按經(jīng)驗分配壓下量再校核、修正的方法。取最大壓下量為max等于52mm，軋制道次n＝16。二、道次壓下量1.限制壓下量的因素在各種軋機上軋制中厚板，為了提高軋機產(chǎn)量，通常總希望以較少的道次軋出成品。這就需要加大道次壓下量，但它受到下列因素的限制，設(shè)計中必須全面考慮，合理分配。1)金屬塑性—般以板坯或連鑄坯軋制中厚板時，不存在塑性條件限制壓下量的問題。只有在以鋼錠為原料或軋制某些專門鋼種時才需考慮塑性的限制。實踐證明，倘若道次壓下率同意越過50％，則金屬塑性就不是限制壓下量的要緊因素。2)咬入條件依照平輥自然咬入條件，只有當α≤β時，金屬才能被軋輥咬入建立軋制過程。因此，每道次壓下量應小于由最大咬入角所決定的最大壓下量，即式中：D—軋輥直徑；f—軋輥與軋件的摩擦系數(shù)。平輥熱軋板材時，摩擦系數(shù)即最大同意咬入角要緊與軋制速度、軋輥材質(zhì)、軋制溫度、鋼種等因素有關(guān)。依照實驗資料，熱軋?zhí)间摦攖＞700℃及v＜5m/s時，摩擦系數(shù)可按下式計算：鋼軋輥f＝1.05-0.0005×t-0.056×v冷硬鑄鐵輥f=0.94-0.0005×t-0.056×v依照經(jīng)驗數(shù)據(jù)，在不同軋制速度下平輥軋制的最大咬入角如下表表2-2.不同軋制速度下平輥軋制的最大咬入角軋制速度/m/s00.51.01.52.02.53.5最大咬入角/°252322.522211711二輥和四輥可逆式中厚板軋機，咬入時可降低軋制速度(即低速咬入)，有較好的咬入條件，實際最大咬入角可達22～25°，故在這類軋機上軋制時，咬入條件不是限制壓下量的要緊因素。3）軋輥強度在軋制中厚板的多數(shù)道次中，軋輥強度經(jīng)常是限制壓下量的要緊因素，特不是在三輥勞特軋機及二輥軋機上軋制較寬鋼板的情況下更是如此。因此道次壓下量的分配必須考慮軋輥的強度條件。為滿足軋輥的強度條件。金屬對軋輥的總壓力，必須小于由軋輥強度所決定的最大同意壓力，即式中：—平均單位壓力；b—鋼板寬度；—由軋輥強度所決定的最大同意壓力；故由軋輥強度所決定的最大同意壓下量為：由于公式中的平均單位壓力是壓下量Δh的函數(shù)，因此直接按公式確定是專門困難的。實際計算時，能夠參考有關(guān)資料先給出Δh值，再按公式校驗。通常在二輥和三輥勞待軋機上，最大同意軋制壓力要緊取決于軋輥輥身強度，一般由下式確定：式中：L與l—輥身與輥頸長度，mm；D—軋輥直徑(勞特式軋機應使用大輥直徑)，mm；b—軋件寬度，mm；—軋輥許用彎曲應力，kg/mm2，通常取其為軋輥材料強度極限的五分之一。不同材質(zhì)軋輥的許用應力如下表表2-3.不同材質(zhì)軋輥的許用應力軋輥材質(zhì)一般鑄鐵合金鑄鐵鑄鋼鍛鋼合金鍛鋼許用應力/kg/mm27～88～910～1212～1414～16軋制時金屬對軋輥的總壓力應為：上式中的平均單位壓力采納恰古諾夫公式計算。在四輥軋機上，由于支撐輥輥身強度專門大，輥頸常常是薄弱環(huán)節(jié)。現(xiàn)在，最大同意軋制壓力應按支承輥輥頸強度計算，即式中：、——支承輥輥頸直徑與長度，mm。4)鋼板的質(zhì)量壓下量特不是在精軋時期對成品鋼板的質(zhì)量(板形、尺寸精度、表面、性能)有著重要作用。如開始道次壓下量過大，由于鑄坯的塑性差，容易在軋制過程中形成裂紋等缺陷，造成表面不良；而最后道次壓下量過大，則不能得到良好板形和尺寸精度；又如整個軋制過程壓下量分配不當，則會導致終軋溫度過高或過低，從而阻礙成品的機械性能。因此，道次壓下量的分配還要考慮保證成品鋼板的質(zhì)量。為獲得良好板形和尺寸精度以及減輕軋輥磨損提高鋼板表面質(zhì)量，一般要求在精軋時期的成品道次和成品前道次給以小一些的壓下量。但這壓下量又必須大于臨界變形量，以防止晶粒粗大，使鋼板性能下降。中板常有壓下不足，僅僅表層變形的道次，造成最終板各層晶粒不一致。因此嚴格來講，每塊中板都應進行正火處理。2．道次壓下量的分配規(guī)律道次壓下量，按軋制道次的順序，通常有二種分配規(guī)律：1)中間道次有最大壓下量(圖2-1a)。考慮到熱軋的坯料尺寸公差等，為了留有余地，給予小的壓下量。以后為了充分利用鋼的高溫給予大的壓下量。隨著軋件溫度下降，軋制壓力增大，壓下量逐漸減小。最后為了保證板形采納較小的壓下量。2)壓下量隨道次逐漸減小(圖2-1b)。當壓下量在開始道次不受咬入條件的限制，平軋的除鱗比較好以及坯料尺寸較精確時，軋制一開始就能夠充分利用軋件的高溫采納大的壓下量；以后隨軋件溫度的下降壓下且逐漸減小；最后1～2道次為保證板形采納小的壓下量。圖2-1.兩種道次壓下量的分配規(guī)律從兩種壓下量分配規(guī)律能夠看出，咬入條件限制一般只在開始道次起作用；板形限制一般只在終了1～2道次起作用；中間道次則可給以軋輥強度和主電機能力所同意的最大壓下量(這部分道次約占總道次數(shù)的1/3)。本設(shè)計采納第一種分配規(guī)律，壓下量隨道次先增大再逐漸減小。典型產(chǎn)品到D36船板鋼的壓下規(guī)程見表2-4。2.3.2溫度制度加熱溫度的選擇應依鋼種的不同而不同。關(guān)于低碳鋼加熱溫度能夠達到1320℃，理論過燒溫度為1470℃。軋件在加熱爐中加熱到1200℃，經(jīng)高壓水除鱗設(shè)施和傳送過程的空氣冷卻后開軋溫度為1150℃。軋件開軋溫度為1150℃，為了確定各道的軋制溫度，必須求出逐道的溫度降。高溫時的軋制溫度降可按輻射熱計算，而且認為對流和傳導所散失的熱量大致能夠與變形功所轉(zhuǎn)換的熱量相抵消。輻射散熱引起的溫度降可由近似公式計算：式中—道次間的溫度降。由于軋件頭部和尾部道次間的輻射時刻不同，為設(shè)備安全計，確定各道的溫降以尾部為準；Z—輻射時刻，即該道的軋制時刻與上道間隙時刻之和，s；h—軋件厚度，mm；T1—前一道軋件的絕對溫度，K。第7道次軋出的軋件送至操縱冷卻區(qū)操縱冷卻，操縱冷卻區(qū)采納水幕冷卻，冷卻速度達40℃/S。冷卻后中間坯進精軋的溫度操縱在990℃。精軋中各道次的溫降按上式計算，結(jié)果見表4-2。依照典型產(chǎn)品的組織特點，精軋完后，進行冷卻，冷卻后溫度操縱在600℃左右，然后上冷床冷卻。2.3.3速度制度中厚板軋機有兩種速度制度，一是軋輥轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速不變的定速軋制速度制度，它用于三輥勞特式軋機。這種速度制度的計算較簡單，要緊是選擇軋制速度。一般依照產(chǎn)量要求、操作條件等確定。二是軋輥轉(zhuǎn)向經(jīng)常變化的可調(diào)速可逆式軋制速度制度，它用于二輥和四輥可逆式軋機。合理速度制度的確定：制定可逆式軋機的速度制度包括確定選用何種速度圖(三角形、梯形)；選擇各道的咬入和拋出轉(zhuǎn)速；計算最大轉(zhuǎn)速及純軋時刻；確定間隙時刻。（1）在本設(shè)計中1～7坯料較短道采納三角形速度制度8～14道采納梯形速度制度。（2）選擇各道咬入、穩(wěn)定軋制、拋出速度。三角形速度圖選取軋機的平均加速度a＝5r/min/s，平均減速度b=10r/min/s。當咬入速度n1與拋出速度n3相等時有最短的軋制節(jié)奏時刻。因此即n1=n3=20r/min。最大軋制速度=23.9r/min。梯形速度圖中平均加速度a＝20r/min/s，平均減速度b＝20r/min/s。咬入速度和拋出速度n1=n3=20r/min，最大軋制速度n2=28r/min。（3）計算各道軋制時刻第一道次：其純軋時刻包括加速軋制時刻、穩(wěn)定軋制時刻和減速軋制時刻。代入數(shù)值ny＝20r/min、nd＝28r/min、np＝20r/min計算得出tzh1＝1.63s，同樣，計算得各道軋制時刻見表2-4。(4)間隙時刻，它由經(jīng)驗取值，在四輥軋機上往返軋制中，不用推床定心時（m），取s，若需定心時，則當m時，取；當m時，取。轉(zhuǎn)鋼時刻取。各道次時刻計算結(jié)果列于2-4中。道次軋制方法機架形式表2-4.軋制壓下規(guī)程表表2-4.軋制壓下規(guī)程表壓下量/mm軋制速度/r.min-1軋制時刻/s間隙時刻/s軋制溫度（A端）oC變形程度%變形速度σsp/Mp變形區(qū)長度/mm總壓力/MN總力矩/KNmhblΔhΔh%穩(wěn)速拋出0坯料5081525.338641L1側(cè)軋二輥5111465.33998.633.9318184.12311503.930.2224175.786.3632.8立輥側(cè)軋一道次后，轉(zhuǎn)90°進行寬展軋制2P1橫軋四輥可逆4691945.023998.6427.4418181.6331149.347.440.3836139.89251965.143P2橫軋四輥可逆4212425.383998.6489.3018181.8031148.839.300.4540150.5331.22525.24P3橫軋四輥可逆3702905.133998.65110.9642200.6861148.2410.961.242.8155.5836.53038.975P4橫軋四輥可逆3183385.823998.65212.5742201.0861147.312.571.3745.5157.2341.33681.626P5橫軋四輥可逆2713865.953998.64714.0742201.2561146.1414.071.5649.6155.5847.13175.747P6橫軋四輥可逆225.543503998.645.515.8542201.4661144.7315.851.852.5153.0852.534688F1縱軋四輥可0540.516.862202.226981.6616.83.0101144.4249.33110.159F2縱軋四輥可253818.962202.716979.7818.93.53110139.8953.6328010F3縱軋四輥可逆12243506998.672515.362203.186977.8415.33.46102113.4740.22016.5411F4縱軋四輥可逆9843508472.072417.462203.844973.7217.44109111.1843.42158.0312F5縱軋四輥可逆764350104982219.362204.734970.6619.34.74115106.4445.52164.2213F6縱軋四輥可逆58435013051.561819.5662205.864963.8419.565.3212196.2844.62148.0714F7縱軋四輥可逆45435015833.051317.5762207.094954.8817.575.5611781.8237.11407.1815F8縱軋四輥可逆33435019710.531219.6762208.84940.5819.676.3813778.6143.81589.7216F9縱軋四輥可逆24435024145.40918.36622010.6493018.36713968.0839.41264.372.3.4要緊設(shè)備距離的確定依照產(chǎn)品大綱的要求，通過計算粗軋機軋出的最大長度約為20m，精軋機第一架機軋前長度38m。并考慮以后進展的需要故軋機機架間距選擇為100m。從加熱爐到軋機之間有高壓水除鱗裝置，故計算軋鋼機與加熱爐距離應由坯料的最大長度加上粗軋機軋出的最大長度，同時在加上一定的余值即可。Lmin=L軋max+（2～3）L坯Lmin：加熱爐和軋機的最小距離L軋：第一架軋機中軋件長度由于車間生產(chǎn)線布置并非直線，在參考直線布置數(shù)據(jù)的前提下，充分考慮二期建設(shè)需要的基礎(chǔ)，選擇粗軋機與1#步進式加熱爐的縱向距離為55m，精軋機與步進式加熱爐的縱向距離為155m。選定軋機到熱矯直機距離為：130m。2.4產(chǎn)量計算2.4.1車間工作制度和工作時刻的確定本車間采納四班三運轉(zhuǎn)連續(xù)工作制，節(jié)假日不休息。打算每年安排大修一次，每次14天。打算檢修每周一次，一次8小時。具體如表2-5所示。表2-5.工作時刻表日歷時刻(h/a)年維修時刻(h/a)操作時刻(h/a)換輥及換剪刃時刻(h/a)打算生產(chǎn)時刻(h/a)機械和電氣故障停產(chǎn)時刻(h/a)總計有效工作時刻(h/a)日歷作業(yè)率%年修打算檢修合計換支承輥換工作輥及剪刃8760336(14d)4007368024（334d）212287780580720082.1注：(1)支承輥每軋制150000t更換1次，每次2.0小時，換支承輥時刻：1600000t/a150000t/次2.0h/次21h/a；(2)工作輥每軋制3500t更換1次，每次0.5h，換工作輥時刻：1600000t/a3500t/次0.5h/次228h/a。(3)各剪機剪刃每2班更換1次，每次0.5h，剪刃更換與工作輥換輥同時進行。2.4.2軋鋼機產(chǎn)量計算一、軋機小時產(chǎn)量計算軋鋼機單位時刻內(nèi)的產(chǎn)量稱為軋鋼機的生產(chǎn)率。分不以小時、班、日、月和年為時刻單位進行計算。其中小時產(chǎn)量為常用的生產(chǎn)率指標。軋鋼機技術(shù)上可能達到的小時產(chǎn)量能夠用下式計算：式中A—軋機小時產(chǎn)量，t/h；Q—原料重量，t；T—節(jié)奏時刻，T＝484.12s；K1—時刻利用系數(shù)，成品軋機為0.80～0.85，取0.80；b—成品率，b＝91%。軋機節(jié)奏時刻：T=Tz+Δt=252.21+4=256.21s，設(shè)定所計算的坯料尺寸為：300mm×1800mm×3000mm，則Q＝0.3×1.8×3×7.8t/m3＝12.64t。二、軋鋼機平均小時產(chǎn)量以上所述只是單品種小時產(chǎn)量計算。當一個車間生產(chǎn)若干個品種時，每個品種或由于選用坯料斷面尺寸不同，或由于軋制道次不同，因而具有不同的小時產(chǎn)量。為考核一個車間的生產(chǎn)水平和計算年產(chǎn)量，就需要計算各種品種所占不同比例的小時產(chǎn)量。那個產(chǎn)量稱為平均小時產(chǎn)量，也稱產(chǎn)品綜合小時產(chǎn)量。計算軋機平均小時產(chǎn)量采納按勞動量換算系分數(shù)計算：式中——不同品種占產(chǎn)量中的百分數(shù)；—標準產(chǎn)品小時產(chǎn)量；——不同品種的勞動換算系數(shù)。現(xiàn)各品種的小時產(chǎn)量如表2-6表2-6.產(chǎn)品小時產(chǎn)量表編號鋼種產(chǎn)品規(guī)格/mm所占比例/%小時產(chǎn)量t/h勞動換算系數(shù)1Q19540×310013227.3912D3624×435015129.301.33X8020×260012162.421.44Q29560×28008203.021.125Q235GJ50×320011210.541.08616Mnq20×350010187.921.21720R10×36008172.261.32806TiL12×16005151.601.59StE46070×380010145.761.5610Q235NH28×31007216.561.05代入上述公式，可得平均小時產(chǎn)量＝124.38t/h。故年產(chǎn)量為：124.38×7200＝1615536t＝161.5536萬t。2.4.3倉庫面積的計算軋鋼車間原料倉庫面積可用下列公式計算：式中F——原料倉庫面積m2；A——軋機小時產(chǎn)量，t/m；n——存放天數(shù)，本廠供料，存放天數(shù)取為15天；K——金屬綜合消耗系數(shù)；q——每m2空間所能存放的原料重量，q=6.5t/m2；h——每堆原料的高度，h=2.5m；24——每天小時數(shù)；0.7——倉庫利用系數(shù)。計算的本車間原料倉庫面積m2.而成品倉庫面積的計算要緊考慮的因素，金屬消耗系數(shù)取為1，存放天數(shù)n取為16天，堆放高度查閱資料取為3m，每m2空間所能存放的產(chǎn)品重量為13.5t。則成品倉庫的面積：m2。2.5力學參數(shù)的計算一、軋制壓力的計算計算條件：軋輥直徑D=1500mm，軋件厚度H=274mm，寬度B=1883mm，軋制一道次之后軋成254mm，軋件與軋輥的摩擦系數(shù)μ為0.1。計算過程：首先求平均單位壓力，由得出=1.22同時由圖2-1，查出，平面變形抗力K=1.15σs，可由加工硬化曲線確定。圖圖2-1.平均單位壓力與摩擦、尺寸因素阻礙關(guān)系圖先用下式求該道次后累積壓下率的平均值依照，由加工硬化曲線來求該道次之平均σs值。當=0.489時，查得σs=700MPa，因此平面變形抗力K為K=1.15σs=1.15×700=805MPa現(xiàn)在，平均單位壓力為忽略寬展和軋輥彈性變形，接觸面積為故得出軋制壓力二、咬入角合理的咬入角應當在15°～20°之間，且當軋輥半徑相同時，咬人角a隨壓下量Δh呈拋物線形增長。由于咬人角a與軋輥半徑R、壓下量Δh之間存在如下關(guān)系（單位rad）在壓下規(guī)程中，最大壓下量Δh為52mm，工作輥半徑為750mm。代入公式得此條件下的咬入角為15.1°，接近合理的咬入角范圍。2.6要緊設(shè)備的校核2.6.1軋輥強度的驗算表2-7.表2-7.本次設(shè)計采納工作輥驅(qū)動方式。依據(jù)表，關(guān)于工作輥，校驗輥身的彎曲應力和滾頭的扭轉(zhuǎn)應力；關(guān)于支承輥，校驗輥身彎曲應力和輥頸彎曲應力。1、輥身的強度計算：輥身斷面的彎矩為：當x=b/2時，彎矩值為最大：其輥身中部具有最大的彎矩MDmax，該處的應力為：式中P--作用在軋輥上的軋制力；a--壓下螺絲中心距；b--所軋板帶的寬度；D--輥身直徑（軋輥重車后的最小直徑）關(guān)于工作輥，P=2.37×105kN，a=4350mm，b=4350mm，D=1500mm。最大彎矩處的應力為關(guān)于支承輥，P=2.37×105kN，a=4350mm，b=4350mm，D=2300mm。最大彎矩處的應力為2、輥頸的強度計算當輥頸受彎矩和扭矩的作用時，需計算彎曲應力和扭轉(zhuǎn)應力。作用在輥頸上的反力應等于軋制力的一半。即R=P/2輥頸上與輥身相接處的彎矩最大，其值為：Md=Rc式中c--支反力（壓下螺絲中心線）至輥周圍緣的距離，近似取輥頸長度之半。R--支反力，取max{R1,R2}中較大值，即R=max{R1,R2}輥頸與輥身相接處的彎曲應力為：σd=Md/Wd=Rc/Wd=Rc/(0.1d3)輥頸上的扭轉(zhuǎn)應力為：τd=Mn/Wn=Mn/(0.2d3)式中Mn--作用在彎曲應力計算側(cè)的輥頸與輥身交界處的輥頸扭矩；Wn--抗扭斷面系數(shù)。輥頸強度按彎扭合成應力考慮。因軋輥材質(zhì)不同，故采納不同的計算公式：(1)采納鋼軋輥時，按第四強度理論：(2)采納鑄鐵軋輥時，按莫爾理論：本設(shè)計中支承輥都選用鑄鐵輥。故按照莫爾理論計算支承輥輥頸的強度。R=1.18×105kN，c=380mm，d=830mm，因此3、輥頭的強度計算輥頭的危險斷面在傳動側(cè)，其應力為：帶單鍵槽的輥頭：Wn=0.19d1