棒材車間設(shè)計

55萬噸連軋棒材車間設(shè)計

--Ф14毫米螺紋鋼生產(chǎn)工藝合理化研究

摘要：棒材作為小型材的重要組成局部，在我國的鋼鐵生產(chǎn)中占有著極其重要的位置。而我國目前大多數(shù)的棒材廠的生產(chǎn)工藝還停留在橫列式、半連續(xù)式軋機等落后的工藝上面，在能源日趨緊張的今天，如何對棒材生產(chǎn)車間進行合理化設(shè)計成為一個重要的話題。本設(shè)計以鄂鋼棒材廠為參考，以Ф14毫米螺紋鋼為根底，對一個年產(chǎn)55萬噸的中型棒材車間進行了合理化設(shè)計研究。設(shè)計以GB1499-91和GB13013-91為準那么，在確定生產(chǎn)鋼種、產(chǎn)品品種、產(chǎn)品規(guī)格的根底上，進而確定了車間的軋制道次數(shù)，，對車間的各種主輔設(shè)備進行了合理化的布置，以趨到達緊湊又節(jié)省空間的目的在此過程中計算了原料倉庫和成品倉庫的面積?？仔驮O(shè)計是棒材車間設(shè)計的重要一環(huán)，本設(shè)計參考了大量車間設(shè)計的資料及經(jīng)驗公式，在經(jīng)過生產(chǎn)工藝計算后確定了軋制程序表，從而確定了各道次的孔型方案及孔型的主要尺寸。強度校核主要集中在軋制壓力、軋制力矩、軋制功率、軋輥強度、電機發(fā)熱上，以壓下量大、橫軸比大的道次為例進行了校核計算。在此根底上，確定了典型產(chǎn)品Ф14毫米螺紋鋼的軋制圖表，以三班連續(xù)工作制為根底進行了年產(chǎn)量的計算，符合設(shè)計的要求，最后確定了車間輔助設(shè)備的參數(shù)。

關(guān)鍵詞：棒材典型產(chǎn)品工藝流程平面布置圖技術(shù)性能孔型設(shè)計強度軋制圖軋件尺寸咬入穩(wěn)定性強度校核

前言

小型棒材一直是我國消費量最大的鋼材品種之一，并以較高速度的增長。近20年來，小型棒材占鋼材重量的比例為23.5%-27.7%。1999年產(chǎn)量高達3141萬噸。我國現(xiàn)有縣以上小型棒材軋機700套，全國那么多達3000余套，數(shù)量堪稱世界第一，總生產(chǎn)能力達3400萬噸，小型棒材軋機的數(shù)量已經(jīng)大大過剩了，但這些軋機中絕大多數(shù)是落后的橫列式軋機。80年代以來，我國陸續(xù)建設(shè)了一批技術(shù)先進的連續(xù)式〔包括班連續(xù)式〕軋機，迄今已達65套，其生產(chǎn)能力約為1980萬噸。據(jù)預(yù)測2005年小型材需求量將達3600萬噸，先進軋機產(chǎn)能僅為需求量的一半左右，這說明先進軋機數(shù)量遠遠缺乏，而落后軋機數(shù)量過多，顯然這種結(jié)構(gòu)極為不合理。這些落后的軋機大多采用二火或多火成材，工藝及設(shè)備落后，勞動生產(chǎn)率極低，質(zhì)量差，成材率低，能源消耗高，產(chǎn)品競爭力差。由以落后軋機套數(shù)過多，造成我國每套小型軋機平均年產(chǎn)量僅1.4萬噸〔美國為12.1萬噸〕。

按照國家政策，上述落后的軋機將期限在2002年淘汰，同時重點對現(xiàn)有大中型企業(yè)中的小型軋機進行技術(shù)改造，建設(shè)一批連續(xù)式，半連續(xù)式小型軋機，因此，怎樣對小型棒材車間進行合理化設(shè)計也成為科技工作者的一個課題。

車間平面設(shè)計是整個車間設(shè)計的重要組成局部，是決定和影響其他各項設(shè)計的關(guān)鍵和根底。正確地進行工藝設(shè)計是完成車間設(shè)計任務(wù)的關(guān)鍵。

本次車間設(shè)計是作者本人在深入工廠生產(chǎn)實習的根底上，吸取了生產(chǎn)現(xiàn)況的實際經(jīng)驗與缺乏，并參考了其它設(shè)計資料進行的。由于作者是初次嘗試車間設(shè)計，經(jīng)驗缺乏，難免有錯誤之處，敬請老師和同學批評指正，同時再次對杭乃勤老師的指導表示感謝。

產(chǎn)品大綱及技術(shù)要求

產(chǎn)品大綱編制

一、生產(chǎn)鋼種、產(chǎn)品品種、規(guī)格及產(chǎn)品分配見下表

表1—1

產(chǎn)品

mm

碳素結(jié)構(gòu)鋼

優(yōu)質(zhì)碳素鋼

合金碳素鋼

碳素工具鋼

彈簧鋼

低合金鋼

總計

圓鋼

t

圓鋼

t

圓鋼

t

圓鋼

t

圓鋼

t

螺紋鋼

t

t

%

Φ8~Φ12

10000

10000

5000

3000

0

5000

33000

6

Φ14~Φ16

30000

30000

20000

2500

10000

100000

192500

35

Φ18~Φ20

50000

50000

50000

24500

0

150000

324500

59

總計

t

90000

90000

75000

30000

10000

255000

550000

--

%

16.3

16.3

13.6

5.5

1.8

46.4

--

100

產(chǎn)品質(zhì)量及交貨狀態(tài)

產(chǎn)品質(zhì)量、尺寸精度及機械性能到達:

圓鋼按1/2DIN1013和GB702-86標準要求；

螺紋鋼按DIN488和GB1499-91標準要求,見附錄。

產(chǎn)品交貨狀態(tài)

成捆交貨

捆長：6-12米；

捆重：1-3噸

坯料選擇

正確選擇坯料對棒材生產(chǎn)具有重要影響。皮料選擇合理，不僅可使棒材質(zhì)量得到保證，而且可是軋機生產(chǎn)能力得以發(fā)揮，金屬收得率也能提高。

目前，棒材生產(chǎn)通常使用連鑄坯和粗軋坯兩種。

連鑄坯是60年代才開始大規(guī)模用以工業(yè)生產(chǎn)的一項新技術(shù)。它是直接將鋼水鑄成軋機所需要的各種規(guī)格和斷面形狀的鋼柱。由于連鑄坯且有省掉煉鋼生產(chǎn)中澆注這一復雜工序和軋鋼生產(chǎn)中粗軋這一生產(chǎn)過程的特點，且較模鑄開坯少了鋼錠再加熱及開坯后的切頭切尾，因而有提高金屬收得率，節(jié)省能源和根本建設(shè)投資，降低生產(chǎn)費用，減少勞動定員和改善勞動條件等以系列優(yōu)點。其與粗軋坯相比，主要優(yōu)點如下：

金屬收得率可提高6-12%；

每噸鋼大約節(jié)約熱能14萬大卡；

降低產(chǎn)品本錢可達10%；

由于連鑄坯形狀好，短尺寸，成份均勻，使用連鑄坯比用粗軋坯金屬收得率還可提高2-4%。

從節(jié)約能耗和提高金屬收得率的角度出發(fā)，本設(shè)計選用連鑄坯。

本設(shè)計具體選用鋼種品種、規(guī)格，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，列表1—2：

表1—2

原料品種

鋼坯長度

鋼坯邊長

鋼坯單重

連鑄坯

10000mm

130mm

1318kg

坯料技術(shù)條件應(yīng)符合TB2011-83標準，主要參數(shù)見表1—3：

表1—3

鋼坯截面

邊長允許公差

對角線長度差

定尺長允許差

圓角半徑

130×130mm

±4mm

<6mm

60mm

6mm

金屬平衡表

擬定金屬平衡表就是確定整個生產(chǎn)過程中坯料、成品、燒損及二次氧化鐵皮、切頭和廢品的數(shù)量及其比例關(guān)系。通常，首先根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)廠家的統(tǒng)計，確定各種金屬占鋼坯的百分比，在按產(chǎn)品大綱中數(shù)量確定各組成金屬的數(shù)量。產(chǎn)品占相應(yīng)坯料的百分比稱為成材率，其倒數(shù)稱為金屬消耗系數(shù)。燒損及二尺氧化鐵皮量占相應(yīng)鋼坯的百分比稱為燒損率或二次氧化鐵皮率。切頭量占相應(yīng)鋼坯百分比稱為切頭率，廢品占相應(yīng)坯料的百分比稱為廢品率。

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，列金屬平衡表1—4：

表1—4

產(chǎn)品

連鑄坯

成品

切頭切尾

燒損

t

%

t

%

t

%

t

%

Φ8~Φ20圓鋼及螺紋鋼

580000

100

550000

95

20300

3.5

9700

1.5

車間主要設(shè)備選擇

第一節(jié)加熱爐的選擇

設(shè)計條件

燃料：重油；

鋼坯規(guī)格:130mm×130mm×10000mm；

單重：1318kg/支；

鋼材種類：普碳鋼、優(yōu)碳鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼及彈簧鋼；

鋼坯裝爐溫度：冷裝〔20℃〕；

鋼坯出爐溫度：1150℃~1200℃；

爐子額定小時產(chǎn)量：100t/h；

爐子裝出料方式：側(cè)裝側(cè)出〔采用爐類輥道〕；

成品規(guī)格：Φ8~Φ20圓鋼及螺紋鋼；

年工作小時：6500h；

二、爐型選擇

爐型的選擇取決于坯料的斷面大小，鋼材品種和加熱質(zhì)量等要求。線棒材軋機加熱爐大都采用步進梁式加熱爐。梁底組合式步進加熱爐比推鋼式加熱爐有較多的優(yōu)點，也優(yōu)于步進底式加熱爐，它能使鋼坯的加熱溫度均勻，沒有或很少有水管墨印，坯料不與滑軌摩擦，不會劃傷坯料，加熱質(zhì)量好。

步進式加熱爐的結(jié)構(gòu)分步進梁式、步進底式及步進組合式三種爐型，根據(jù)國外線棒材軋機生產(chǎn)情況，適合加熱小斷面、長坯料的爐型首選梁、底組合式加熱爐。

三、加熱爐的主要尺寸

爐子寬度：由[2]P92

單排料時：B=l+2C

l—來料最大長度〔m〕

C—爐間或料與爐墻間空隙距離，一般取0.15~0.3m

因此，B=10.6m,取11m

有效爐長：由[1]p109的有效爐長的經(jīng)驗計算式:

1.10—考慮到計算式本身有±10%的誤差引入的平安系數(shù)

p-----要求爐子到達產(chǎn)量，t/h；

τ----加熱時間，h；

e-----方坯間隔，m；

s-----方坯邊長，m；

ρ----密度，軋件取7.80,；

L1----方坯長度，m；

n-----方坯在爐類裝入列數(shù)

加熱時間τ的計算：由[1]p107

k---修正系數(shù)，由爐型系數(shù)C1,鋼種系數(shù)C2,燃料系數(shù)C3確定，并有k=C1×C2×C3

因此，τ=17.35m，取18m

有效爐底面積：S=18×10.6=190.8㎡

爐底過鋼面積：S`=18×10.0=180㎡

小結(jié)：

爐寬：B=10.6m

有效爐長：L=18m

有效爐底面積：S=190.8㎡

爐底過鋼面積：S`=180㎡

四、其它參數(shù)

空氣預(yù)熱溫度：450℃-550℃

步進機構(gòu)傳動方式：液壓傳動

冷切方式：水冷

第二節(jié)軋機的選型

小型軋機現(xiàn)在主要是連續(xù)式、半連續(xù)式以及橫列式軋機，它們有各自的優(yōu)缺點：

▲橫列式小型軋機

這種軋機的主要優(yōu)點是：基建投資少，投產(chǎn)快。軋件在每架軋機中可穿梭軋制假設(shè)干道次，產(chǎn)品品種靈活，適應(yīng)性強，操作簡單。由于它無張力影響，適于生產(chǎn)斷面復雜的產(chǎn)品。同架同列可實現(xiàn)多根軋制，提高了產(chǎn)量。以二列式為常見。

主要缺點是：軋制速度低〔約2.5m/s〕，鋼坯斷面小和產(chǎn)量低。

▲半連續(xù)式小型軋機

通常由粗軋機組、中軋機組和精軋機組組成，機架總數(shù)為12～15架。精軋機組可布置為橫列式或棋盤式。這種軋機特點：產(chǎn)品品種改變方便，軋機軋制速度低，產(chǎn)量較低。粗軋機組與精軋機組的生產(chǎn)能力不協(xié)調(diào)，為此精軋機組可采用多根軋制，這種在精軋機上輥跳就不一致，從而影響了產(chǎn)品精度。

▲連續(xù)式小型軋機

連續(xù)式小型軋機式當今世界上最為流行，用的最多的一種小型軋機。單線全連續(xù)小型軋機具有以下優(yōu)點：

〔1〕可顯著降低能耗，節(jié)約能源；

〔2〕有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量?！策B軋能保證各道次軋制速度隨軋件延伸系數(shù)按比例增加，實現(xiàn)了粗軋時低速咬入的微張力軋制和精軋時的活套高速軋制。同時出現(xiàn)的平立交替布置的小型軋機可以實現(xiàn)最正確的無扭軋制，從而使產(chǎn)品質(zhì)量獲得一個飛躍〕；

〔3〕可顯著提高生產(chǎn)率.〔軋件在連軋過程中，前一架對后一架軋機產(chǎn)生推力，可以改善咬入，有利于延伸和順利軋制，為提高生產(chǎn)效率創(chuàng)造條件〕；

〔4〕易于連軋工藝系統(tǒng)的優(yōu)化，為實現(xiàn)自動控制和開發(fā)新技術(shù)創(chuàng)造條件；

〔5〕為實現(xiàn)最正確工藝——無頭軋制奠定了工藝技術(shù)和設(shè)備根底；

〔6〕具有軋制速度高，產(chǎn)量高的特點，同時從根本上解決了在小型型鋼生產(chǎn)中軋件頭尾溫差大的問題，也使坯料重量得以增大，使軋件產(chǎn)量和金屬收得率均有很大提高。

總之，選擇連續(xù)式小型軋機是經(jīng)濟技術(shù)開展的需要，也是優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的需要，也是市場經(jīng)濟競爭下的必然結(jié)果。

本設(shè)計選用全連續(xù)式小型軋機

軋機組成的根本原那么

〔1〕在滿足產(chǎn)品方案的前提下，使軋機組成合理，布置緊湊。

〔2〕有較高的生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率。

〔3〕保證獲得質(zhì)量較好的產(chǎn)品，并考慮到生產(chǎn)新產(chǎn)品的可能。

〔4〕有利于軋機機械化，自動化的實現(xiàn)，有助于工人勞動條件的改善。

〔5〕軋機結(jié)構(gòu)形式先進合理，制造容易，操作簡單，維修方便。

〔6)備品備件更換容易，并利于實現(xiàn)備品備件的標準化。

〔7〕有良好的綜合技術(shù)經(jīng)濟指標。

而對于鋼板軋機、鋼管軋機、小型及線材軋機，除了要求一定的強度外，還要求有足夠的剛度，以保證這些軋制產(chǎn)品的幾何形狀的正確和尺寸的精度，因此選擇軋鋼機時除遵循上述原那么之外，要從工藝要求出發(fā)，根據(jù)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)特點和具體要求來確定軋機的結(jié)構(gòu)形式，主要的技術(shù)參數(shù)和它們的布置方式。

連續(xù)式小型軋機經(jīng)濟規(guī)模產(chǎn)量在30~60萬噸之間，年產(chǎn)量在30萬噸以下時采用連續(xù)式顯得產(chǎn)量太低。

本車間設(shè)計規(guī)模為55萬噸，所以采用連續(xù)式小型軋機。全線采用平立交替布置方式,配置為22個機架,分為粗(六架)/中(六架)/精軋(十架)機組,終軋最大軋速24m/s.粗/中軋機組采用新一代MORGAN閉口軋機.精軋機組為高剛度短應(yīng)力軋機.

下面按照粗、中、精軋分別介紹各軋機組及主要參數(shù)：

本車間軋機機架數(shù)為22架次〔詳見第三章〕

粗軋機組〔1~6號機架〕

1#、3#、5#機架為二輥水平閉口式，鋼板焊接機架；

2#、4#、6#機架為二輥立式，鋼板焊接機架；

1#-3#機架：軋輥名義直徑為550mm,最大為Φ610mm，最小為Φ530mm，輥身長度為1100mm；

4#-6#機架：軋輥名義直徑為450mm,最大為Φ480mm，最小為Φ425mm，輥身長度為900mm；

1#-6#機架軋輥軸承采用雙列圓錐滾子軸承，軸承座用厚鋼板制作；

壓下或側(cè)壓方式：采用液壓馬達快速壓下和手動微調(diào)，在兩側(cè)或單側(cè)手動，通過渦輪桿和壓下螺絲來調(diào)整；

換輥方式：采用液壓小車換輥；

軋制線固定，換軋輥時，機架可橫移或上下移動；

每個軋機采用直流電機單獨驅(qū)動。

中軋機組(7#-12#機架)

7#、9#、11#機架為二輥水平閉口式，鋼板焊接機架；

8#、10#、12#機架為二輥立式，鋼板焊接機架；

7#~12#軋輥名義直徑:Φ400mm,最大為Φ420mm，最小為Φ360mm，輥身長度為650mm；

7#-12#機架軋輥軸承采用雙列圓錐滾子軸承，軸承座用厚鋼板制作；

壓下或側(cè)壓方式：采用液壓馬達快速壓下和手動微調(diào)，在兩側(cè)或單側(cè)手動，通過渦輪桿和壓下螺絲來調(diào)整；

換輥方式：采用液壓小車換輥；

軋制線固定，換軋輥時，機架可橫移或上下移動；

每個軋機采用直流電機單獨驅(qū)動。

精軋機組〔13#-22#機架〕

13#、15#、17#、19#、21#機架為二輥水平卡盤式預(yù)應(yīng)力剛性鋼板焊接機架；

14#、16#、18#、20#、22#機架為二輥水平卡盤式預(yù)應(yīng)力剛性鋼板焊接機架；

13#~22#軋輥名義直徑:Φ300mm,最大為Φ375mm，最小為Φ305mm，輥身長度為600mm；

13#-22#機架軋輥軸承采用多列滾柱軸承；

壓下或側(cè)壓方式：采用液壓馬達快速壓下和手動調(diào)節(jié)；

換輥方式：采用機架快速更換裝置整機架更換；

軋制線固定，換軋槽時，機架可橫移或上下移動；

第三節(jié)剪切設(shè)備的選型

剪切是軋制生產(chǎn)中的相當重要的一環(huán)，剪切設(shè)備的選擇對產(chǎn)品的質(zhì)量也是至關(guān)重要的。

1#切頭飛剪〔一臺〕

位于粗軋與中軋之間

其主要參數(shù)有：

形式：開口曲柄式，帶夾送輥裝置；

剪切最大截面積：3500㎡；

剪切溫度：900℃；

軋件抗拉強度：110MP~120MP；

軋件運行速度：0.5m/s~2.5m/s

剪切頭尾公差：±20mm

碎斷長度：600mm

夾送輥裝置為焊接鋼結(jié)構(gòu)，并帶有懸臂輥，輥子直徑為330mm，寬度為100mm，由馬達通過齒輪傳動下輥，上輥為氣動壓下。

2#切頭飛剪〔一臺〕

位于中軋與精軋機組之間

其主要參數(shù)有：

形式：回轉(zhuǎn)式，帶夾送輥裝置和碎斷剪；

剪切最大截面積：1500㎡；

剪切溫度：800℃；

軋件抗拉強度：110MP~120MP；

軋件運行速度：3m/s~7.5m/s

剪切頭尾公差：±30mm

碎斷長度：~600mm

夾送輥裝置為焊接鋼結(jié)構(gòu)，并帶有懸臂輥，輥子直徑為330mm，寬度為

100mm，由馬達通過齒輪傳動下輥，上輥為氣動壓下。

三、3#切頭飛剪〔一臺〕

位于精軋機組18#與19#機架之間

其主要參數(shù)有：

形式：回轉(zhuǎn)式，帶夾送輥裝置和碎斷剪；

剪切最大截面積：500㎡

剪切溫度：600℃

軋件抗拉強度：110MP~120MP；

軋件運行速度：10m/s~20m/s

剪切頭尾公差：±30mm

碎斷長度：~600mm

夾送輥裝置為焊接鋼結(jié)構(gòu)，并帶有懸臂輥，輥子直徑為330mm，寬度為100mm，由馬達通過齒輪傳動下輥，上輥為氣動壓下。

四、成品分段飛剪〔一臺〕

位于精軋機組與冷床之間

其主要參數(shù)有：意大利S.I.M.A.C公司引進

形式：回轉(zhuǎn)剪切機，帶有夾送輥和碎斷剪裝置；

剪切棒材規(guī)格：Φ8~Φ20mm；

剪切棒材水淬后溫度：550℃；

軋件抗拉強度：最大1275MP(冷態(tài))；

棒材運行速度：2.5—24m/s；

剪切公差：最大+75mm；

碎斷長度：~500mm；

加送輥直徑：280mm；

輥寬：70mm

五、冷剪機

作用：對棒材進行定尺剪切

其主要參數(shù)有：

形式：上刃下切式，懸臂機架；

剪切棒材規(guī)格：Φ8~Φ20mm；

剪切棒材水淬后溫度：550℃；

最大抗拉強度：1275MP；

定尺長度：6m、9m、12m；

剪切公差：最大+75mm；

剪切力：5MN；

剪刃長度：950mm；

剪刃開口度：150mm；

第三章生產(chǎn)工藝與流程簡圖

生產(chǎn)工藝流程簡述

本車間采用130×130×10000連鑄坯為原料，軋制Φ8~Φ20mm圓鋼和螺紋鋼。該車間為單線連續(xù)式軋機，成品機架最高軋制速度為24m/s。

經(jīng)檢查合格的連鑄坯，由天車運入本車間原料跨〔盡可能熱裝熱送〕，用磁盤吊車將存放在格架〔或保溫箱〕中的鋼坯成排調(diào)運到上料臺架上，通過臺架步進動梁將鋼坯前移，并使鋼坯在臺架的后部逐漸散開，當鋼坯移送到臺架末端時，使鋼坯單根地滑到上料臺架上，此時，在臺架輸出端的止擋鉤升起以防止第二根鋼坯連續(xù)滑到上料輥道上。當一根鋼坯滑到上料輥道上時，鋼坯通過輥道運送到鋼坯稱量裝置上進行測長和稱重，并顯示打印，不合格鋼坯如在臺架發(fā)現(xiàn)即可通過不合格鋼坯剔除裝置剔除。當鋼坯通過測長和稱量后，鋼坯在通過裝料輥和裝爐爐內(nèi)輥道送入爐內(nèi)，并通過設(shè)在爐門附近的一對光電管給爐內(nèi)輥道一個信息，使其對鋼坯在爐內(nèi)準確定位，鋼坯通過步進梁底組合式加熱到1150℃--1200℃，加熱后的鋼坯通過出爐爐內(nèi)輥道和拉料輥道送入粗軋機組軋制6道次，然后經(jīng)一號切頭飛剪切頭后進入中軋機組軋制4—6道次，再經(jīng)過二號切頭飛剪切頭后進入精軋機組軋制2—10道次，共軋制11—22道次軋制成Φ8~Φ20mm棒材。軋件在粗軋和中軋機組中采用微張力無扭轉(zhuǎn)軋制，在精軋機組機架間設(shè)有立式活套實現(xiàn)無張無扭轉(zhuǎn)軋制。軋機傳動系統(tǒng)，采用逆向調(diào)節(jié)，全車間為二級計算機控制，軋線上設(shè)有可編程控制器〔PLC〕，軋機速度可進行單機和級聯(lián)調(diào)節(jié)控制。軋件從成品機架軋出后，在生產(chǎn)螺紋鋼時，采用“Tempcore”水冷技術(shù)，然后進入成品分段飛剪分段，而生產(chǎn)圓鋼時將水冷裝置移出軋線并以輥道替代，那么圓鋼經(jīng)輥道再進入成品分段飛剪分段，經(jīng)分段的棒材沿冷床上鋼裝置進入齒條式冷床冷卻，需熱檢的在冷床末端取樣熱檢，然后由冷床卸鋼裝置成排地拋到冷床輸出輥道上在運送到冷剪機剪成6—12米定尺長度，然后經(jīng)輥道運送到檢查打捆臺架，有鋼材移送裝置將鋼材從輥道上成排地移送到臺架上，鋼材在臺架上通過鏈式運輸機往前移動，而在移出過程中短尺鋼材經(jīng)短尺剔出裝置剔出，而定尺鋼材在經(jīng)過計數(shù)別離系統(tǒng)計數(shù)和別離，然后將一定數(shù)量的鋼材送入打捆機輥道，并引入打捆機打捆，然后成捆的鋼材經(jīng)輥道運送至成品稱量裝置稱量后收集，最后由吊車吊入庫。

生產(chǎn)工藝流程簡圖

見附圖一

第四章車間平面布置

第一節(jié)平面布置原那么及內(nèi)容

原那么

應(yīng)滿足工藝要求，使車間具有暢通的合理的金屬流程線；

應(yīng)滿足產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量和品種上的要求；

設(shè)備的間距應(yīng)滿足工藝上的要求，互不干擾，并考慮操作平安和條件；

跨間位置關(guān)系要合理，即滿足工藝要求，又節(jié)省占地面積和投資；

使上下車間聯(lián)系緊密，運輸距離短，并為車間開展留有充分余地。

內(nèi)容

金屬流程的選定

確定車間流程線是平面布置的首要內(nèi)容，軋鋼車間常規(guī)流程線有：

直線式

直線橫列式

曲折式

放射式

會聚式

過渡式

軋鋼車間除金屬流程線外，還有金屬廢料流程線，原材料、備品備料以及成品加工流程線等，在安排這些流程線時應(yīng)力求做到與主流程線不交匯，以防相互干擾。

設(shè)備間距確實定

主要設(shè)備之間在位置上的相互關(guān)系和它們之間的距離確定是平面布置中的另一個重要問題。在考慮它們之間相互關(guān)系和決定間距時應(yīng)根據(jù)產(chǎn)量大小、軋制產(chǎn)品長度和設(shè)備操作條件等因素，在保證滿足生產(chǎn)要求的條件下，盡量緊湊，以節(jié)約車間面積。

加熱爐和裝料臺架的距離；

加熱爐和粗軋機組間的距離；

機組間的距離；

機架間的距離；

軋機到切斷設(shè)備間的距離。

倉庫面積確實定

為了保證原料供給和成品存放，保證生產(chǎn)的正常周轉(zhuǎn)，進行軋鋼車間設(shè)計時應(yīng)留有一定的面積的原料倉庫、中間倉庫以及其它物品的存放面積。

第二節(jié)設(shè)計選擇內(nèi)容

用全連續(xù)式軋制線和步進式加熱爐〔詳見第二章〕；

裝料臺架與加熱爐間的距離：22米；

加熱爐到粗軋機組間的距離：5米；

機架間的距離：

粗軋機組間的距離：1#-2#3500mm

2#-3#3500mm

3#-4#3500mm

4#-5#3500mm

5#-6#3500mm

6#-1#飛剪3500mm

中軋機組間的距離：1#飛剪-7#2800mm

7#-8#2800mm

8#-9#2800mm

9#-10#2800mm

11#-12#2800mm

12#-2#飛剪3200mm

精軋機組間的距離:2#飛剪-13#3000mm

13#-14#3000mm

14#-15#3000mm

15#-16#3000mm

16#-17#3000mm

17#-18#3000mm

18#-3#飛剪3200mm

3#飛剪-19#3000mm

19#-20#3000mm

20#-21#3000mm

21#-22#3000mm

第三節(jié)原料及成品倉庫面積確實定

一、原料倉庫面積的計算

原料倉庫面積大小主要受以下因素影響：

車間軋機的生產(chǎn)能力

皮料和成品的鋼種，斷面形狀和大小

坯料供給情況

倉庫中對坯料進行檢查，清理修磨等工序所需要的工作面積大小

吊車工作場面以及運輸路線所占面積

允許坯料堆放的高度以及場地決定的單位面積存放負荷等。

通常原料倉庫面積可用下式計算：

[2]p120

式中：A—軋機小時產(chǎn)量，t/h；

n—存放天數(shù)；

k—金屬消耗系數(shù)；

q—每立方米空間所能存放的原料重量，t；

h—每對原料高度，m；

24—每天小時數(shù)；

0．7—倉庫利用系數(shù)；

其中：A=88.83t/h

n=10

k=1.058

h=4m

q=3t/

∴F=2685.20

二、成品倉庫面積計算

成品倉庫根本上同原料倉庫的計算相同。成品庫鋼材的存放量，當全長沒有總成品庫時，可按軋機3—7天的平均月產(chǎn)量計算。當全長無時，那么按7—10天的軋機產(chǎn)量考慮，其單位面積鋼材的負荷量，決定與鋼材的斷面形狀和其堆方高度的平安要求。

成品庫中除堆放備料鋼材外，尚要考慮為成品進行外表質(zhì)量的檢查、清理驗收、標記和包裝等工序準備裝置所占面積。

本設(shè)計確定該廠有總成品庫，取n=7

有效堆放面積：

式中：n—堆放天數(shù)

h—軋機的日工作時間，取h=22

--軋機小時產(chǎn)量，取=

--成品堆放負荷量，取=3t/

∴F=4559.94

成品倉庫面積：=F/40%=11399.85

第四節(jié)平面布置簡圖

見附圖二

第五章典型產(chǎn)品的工藝設(shè)計〔孔型設(shè)計〕

第一節(jié)孔型設(shè)計的內(nèi)容、要求、原那么

一、孔型設(shè)計的內(nèi)容

孔型設(shè)計的全部設(shè)計與計算內(nèi)容包括三個方面：

1、斷面孔型設(shè)計

根據(jù)原料和成品的斷面形狀和尺寸及對產(chǎn)品性能的要求，確定出變形方式、道次和各道次的變形量以及在變形過程中所采用的孔型形狀和尺寸。

2、軋輥孔型設(shè)計—孔型配置

根據(jù)斷面孔型設(shè)計確定孔型在每個機架上的分布及其在軋輥上的位置和狀態(tài)，以保證軋件能正常軋制，操作方便，且其節(jié)奏時間為最短，成品的質(zhì)量好和軋機的生產(chǎn)能力高。

3、軋輥輔助設(shè)計—導位和誘導裝置的設(shè)計

誘導裝置應(yīng)保證軋件能按照所要求的狀態(tài)進、出孔型，或者使軋件在孔型以外發(fā)生一定的變形，或者對軋件起矯正或翻轉(zhuǎn)作用等。

二、孔型設(shè)計的要求

孔型設(shè)計是否合理，直接影響到成品的質(zhì)量、軋機的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品的本錢、勞動條件和勞動強度，因此，合理的孔型設(shè)計應(yīng)滿足以下幾點要求：

1、保證獲得優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品

即保證成品的斷面幾何形狀正確，斷面尺寸在允許偏差范圍內(nèi)或到達高精度，外表光潔，無耳子，折迭，裂紋，麻點，刮傷外表缺陷，金屬內(nèi)部的剩余應(yīng)力小，金相組織及機械性能良好。

2、保證軋機生產(chǎn)率高

孔型設(shè)計通過軋制節(jié)奏時間和作業(yè)率影響軋機的生產(chǎn)能力。影響軋機節(jié)奏時間的主要因素是軋制道次數(shù)，一般越少越好，但在交叉軋制條件下適當增加道次數(shù)。

影響軋機作業(yè)率的主要因素是孔型系統(tǒng)、負荷分配和孔型及軋機軋輥輔件的共用性。合理的孔型設(shè)計應(yīng)能充分發(fā)揮軋機設(shè)備能力加以滿足工藝上的許可條件等等，以求到達軋機的最高生產(chǎn)能力。

3、產(chǎn)品本錢最低

為到達降低生產(chǎn)本錢的目的。必須降低各種消耗，由于本錢的80%以上取決于金屬消耗，所以金屬消耗在本錢中起重要作用。

4、勞動條件好、強度小

保證生產(chǎn)平安、改善生產(chǎn)條件，減輕笨重的體力勞動。

5、適應(yīng)車間的設(shè)備條件

孔型設(shè)計必須考慮車間各主輔設(shè)備的性能及布置。

三、孔型設(shè)計的原那么

1、選擇合理的孔型系統(tǒng)

在設(shè)計新產(chǎn)品的孔型時，應(yīng)擬定各種可能使用的系統(tǒng)，通過充分地比照分析，然后從中選樣出合理的孔型系統(tǒng)。

2、充分利用鋼的高溫塑性，把變形量和不均勻變形量集中在前幾個道次，然后順軋制程序逐漸減少變形量。

3、采用形狀簡單的孔型，選用孔型的數(shù)量要適當。

4、道次數(shù)與翻鋼程序及次數(shù)要合理。

5、軋件在孔型中的狀態(tài)應(yīng)穩(wěn)定或力求穩(wěn)定。

6、生產(chǎn)型鋼的品種多的型鋼軋機，其孔型的共用性應(yīng)廣些。

7、要便于軋機的調(diào)整。

第二節(jié)孔型系統(tǒng)的選擇及變形量分配

一、生產(chǎn)螺紋鋼的孔型系統(tǒng)一般由延伸孔和精軋孔兩局部組成

延伸孔的目的是減少軋件斷面，并為軋件正確、順利地進入精軋孔創(chuàng)造良好條件，一般采用箱型、六方-方、橢圓-圓、菱方、橢圓-方五種孔型系統(tǒng)。

精軋孔型常見的孔型系統(tǒng)有：圓-橢圓-圓，橢圓-立橢-圓兩種。

箱型孔型具有沿軋件整個寬度上變形均勻，壓下量大的特點，因而，本設(shè)計軋制130MM方坯使用孔型系統(tǒng)為：第1-4道次為箱型孔，以利用道次壓下量，第5-22道次采用橢圓-圓孔型系統(tǒng)。

孔型系統(tǒng)示意圖見以下圖5--1：

圖5—1孔型系統(tǒng)示意圖

二、延伸系數(shù)的分配

1、總的延伸系數(shù)的計算

=[3]p59

式中：----原料斷面積，==130×130×0.98=16562,a---邊長

----成品斷面積

----總的延伸系數(shù)

其中：=3.14×8×8/4=50.24

∴

由于選用箱型孔型系統(tǒng)和橢圓-圓孔型系統(tǒng)，平均延伸系數(shù)為1.1—1.5,取0。

∴軋制道次=22.09=22[2]p63

∴取軋機機架數(shù)位22架

2、典型產(chǎn)品Φ14螺紋鋼軋制道次確定及延伸系數(shù)分配

〔1〕，

取

∴n==18

∴取機架數(shù)為18架，精軋機組后四架移開不用

道次分配：粗軋6道，中軋6道，精軋6道

〔2〕延伸系數(shù)的分配

由孔型系統(tǒng)的分配，可知偶數(shù)道的孔型是軸對稱的，所以延伸系數(shù)的分配按偶數(shù)道次分配如下：

1.66=1.71=1.76

=1.73=1.70=1.69

=1.66=1.62=1.61

且根據(jù)

，得

延伸系數(shù)分布如下頁圖5--2

第三節(jié)軋件尺寸計算

一、偶數(shù)道次軋件尺寸計算

1、軋件面積

式中：---直徑，=〔1.011~1.015〕,為名義直徑

∴=〔1.011~1.015〕=1.012×14=14.168

圖5—2延伸系數(shù)分布圖

∴157.57

第16道次至第2道次的軋件尺寸：

，

∴=157.57×1.61=253.69

=253.69×1.62=410.97

=410.69×1.66=682.22

=682.22×1.69=1152.95

=1152.95×1.70=1960.01

=1960.01×1.73=3390.82

=3390.82×1.76=5967.84

=5967.84×1.71=10205.00

2、軋件的直徑

--軋件的面積

∴17.98mm22.88mm

29.48mm

65.72mm

3、箱方孔型軋件的尺寸

∴78.04mm

102.05mm

二、奇數(shù)道次軋件尺寸

1、橢圓-圓孔型中橢圓軋件尺寸計算

根據(jù)圓夾橢來計算軋件尺寸

由[4]p190

其中：

，

其中：--軋件在橢圓孔型中的寬展系數(shù)，一般取=0.5~0.9,

--軋件在圓孔型中的寬展系數(shù),一般取=0.26~0.4。

現(xiàn)取=0.7,=0.3,

那么=22.37mm

=11.71mm

=28.52mm=14.82mm

=37.08mm=18.62mm

=48.50mm=23.77mm

=63.39mm=30.80mm

=83.36mm=39.80mm

對軋件尺寸，由方-圓夾橢方法計算：

其中：，

；

且

78.04

65.72

取

0.72

0.32

∴93.25mm56.91mm

三、箱型孔軋件尺寸計算

由[4]p183表5—1，一般取=0.25~0.35,=0.2~0.3,故取

=0.3,=0.22；以下圖為箱型孔軋件示意圖

圖5—3箱型孔軋件示意圖

其中：

，

；且，

；

對第三道次：A==102.05mm=78.04mm

∴111.46mm70.69mm

對第一道次：A==130mm=102.05mm

∴=140.95mm=93.49mm

把上述數(shù)據(jù)列入下頁表5—1中：

表5—1

機架數(shù)

橢軋件寬b

橢軋件寬h

圓軋件直徑d(a)

軋件面積F

B/h

18

14

157.57

17

22．37

11．71

0.7

0.3

1.91

16

17.98

253.69

15

28．52

14．82

1.92

14

22.88

410.97

13

37．08

18．62

1.99

12

29.48

682.22

11

48．50

23．77

2.04

10

38.32

1152.95

9

63．39

30．80

2.06

8

49.97

1960.01

7

83．86

39．80

0.72

0.32

2.11

6

65.72

3390.82

5

93．25

56．91

1.64

4

78.04

5967.84

3

〔箱〕111.46

70.69

0.3

0.22

1.58

2

102.05

10205.00

1

(箱)140.95

93.49

0.3

0.22

1.51

坯料

16562

第四節(jié)孔型尺寸計算

一、成品孔與成品前孔尺寸計算[3]p113

1、成品孔尺寸計算

A、成品孔內(nèi)徑d,如圖5—4

考慮負偏差和熱膨脹近似相等，那么

d==14mm

B、成品孔內(nèi)徑開口寬度B

B=×(1.005~1.015)

=14×1.01

=14.14mm

C、成品孔內(nèi)徑的擴張角和擴張半徑

成品孔內(nèi)徑的擴張角θ，一般可取θ=20°~30°，取θ=30°

輥縫S根據(jù)所軋圓鋼直徑d按[3]p104表4—2選取，取S=2mm,側(cè)角

ρ=arctg,計算得

ρ=21.95°<30°

擴張半徑=，計算得

=9.62mm

D、橫肋高度，見圖5—5，5—6，

圖5—5橫筋的弓形弦長

h=標準尺寸+〔0~0.4〕,取標準尺寸為1.4mm

∴h=1.6mm

橫肋寬度b應(yīng)取公稱尺寸，b=0.8mm

E、縱肋寬度、高度按標準尺寸選取，寬度a=1.8mm，高度h1=1.8mm

F、橫筋半徑

橫筋在鋼筋截面上的投影半徑，即是軋槽加工時的銑槽半徑，由圖5—5可知，橫筋的弓形弦長為：

圖5—6橫筋的弓形高度

，式中r—成品孔內(nèi)徑，r=d/2,mm；

c—橫筋末端最大間隙

橫筋的弓形高度，

將r=7mm,c=4.3mm,帶入上兩式中，得=13.32mm

=6.45mm

橫筋半徑=6.66mm

2、成品前孔〔〕的設(shè)計

螺紋鋼的成品前孔有三種形式：單半徑橢圓、平橢圓和六角孔。

本設(shè)計采用平橢圓孔

平橢圓孔的內(nèi)圓弧半徑取R=h,如圖5—7：

圖5—7平橢圓孔孔型圖

由[3]p116表4—13得：

=〔1.76~1.84〕×14=24.64mm~25.76mm,

取=25mm

h=(0.71~0.75)×14=9.94~10.5,

取h=10mm

當=8~14mm時，S=2~3mm,取S=2mm

m=S+(1~4),取m=4

∴==(4/10+2)×25×10/3=200.00

二、其余孔型尺寸

螺紋鋼的孔型系統(tǒng)除成品孔與成品前孔和圓鋼生產(chǎn)不同外，其余孔型根本均為通用孔型。

因此，以下孔型尺寸設(shè)計均為考慮圓鋼及線材設(shè)計方法及公式。除成品孔與成品前孔外的其它孔型有：A、橢圓孔型

B、圓孔孔型

C、立箱孔型

D、扁箱孔型

下面，就對這幾種孔型分類設(shè)計。

1、橢圓孔型尺寸計算

橢圓孔型見圖5--8

由[4]可得計算橢圓孔型的參數(shù)如表5—2

表5—2橢圓孔型參數(shù)關(guān)系表

參數(shù)名稱及單位

關(guān)系式

說明

孔型高〔mm〕

=h

h-軋件高

軋槽寬〔mm〕

Δ=(1.088~1.11)b

b-軋件寬

橢圓半徑〔mm〕

R=

S-輥縫

輥縫〔mm〕

S=(0.01~0.02)

-名義直徑

孔型槽口圓角半徑〔mm〕

r=(0.05~0.12)

軋件斷面面積〔〕

F=

m=S+(1~4)

按上表公式計算橢圓孔尺寸如下：

第15道次：

=b+Δ=(1.088~1.11)b=(1.088~1.11)×28.52=31.03mm~31.66mm

取=31.5mm

=h=14.82mm

S=(0.01~0.02)×300=3mm~6mm

取S=4mm

圖5—8橢圓孔型圖

R=25.63mm

r=(0.05~0.12)×31.5=1.575mm~3.78mm

取r=2.5mm

m=S+(1~4)=5~8

取m=5

∴=329.31

第13道次：=41mm

=18.62mm

S=4mm

r=3.5mm

R=32.40mm

m=6

∴=534.45

第11道次：=53mm

=23.77mm

S=5mm

r=4mm

R=42.11mm

m=7

∴=881.73

第9道次：=69mm

=30.80mm

S=5mm

r=5mm

R=52.58mm

m=7

∴=1449.52

第7道次：=92mm

=39.80mm

S=5mm

r=7.5mm

R=69.50mm

m=7

∴=2420.76

第5道次：=102mm

=56.91mm

S=6mm

r=6mm

R=63.82mm

m=8

∴=3786.57

2、圓孔孔型尺寸計算

圓孔孔型見圖5—9

由[4]可得圓孔尺寸參數(shù)關(guān)系如下表5—3

表5—3圓孔孔型參數(shù)關(guān)系表

參數(shù)名稱及單位

關(guān)系式

說明

孔型高〔mm〕

=d

d-軋件直徑

孔型圓角半徑〔mm〕

r=0時，用于精軋及成品孔型

r=1.5~5,用于延伸孔型

b-軋件寬

孔型開口傾角角度〔°〕

α=15°,20°,25°,30°,用于精軋孔型，α=30°，用于延伸孔型

孔型寬〔mm〕

=d+Δ

Δ—寬展系數(shù)，一般取2~4mm

軋件斷面面積〔〕

F=

輥縫〔mm〕

S=(0.008~0.02)

--名義直徑

按上表公式計算圓孔孔型尺寸參數(shù)如下：

第16道次：=17.98mm

r=3mm

α=30°

=20mm

S=3mm

∴=253.77

第14道次：=22.88mm

r=3mm

α=30°

=25mm

S=4mm

∴=410.94

第12道次：=29.48mm

r=3mm

α=30°

=32mm

S=5mm

∴=682.22

第10道次：=38.32mm

r=3mm

α=30°

=41.36mm

S=5mm

∴=1152.95

第8道次：=49.97mm

r=3mm

α=20°

=51.35mm

S=5mm

∴=1960.01

第6道次：=65.72mm

r=3mm

α=20°

=67.75mm

S=6mm

∴=3390.82

3、立箱孔型尺寸計算

立箱孔型見圖5--10

圖5—10立箱孔型圖

根據(jù)[3]、[4]可知立箱孔型的參數(shù)關(guān)系如下頁表5—4。

根據(jù)上表公式計算立箱孔型參數(shù)如下：

第4道次：=67.69mm

=85mm

S=12mm

y=0.262

=11mm

=7mm

f=0

表5—4立箱孔型參數(shù)關(guān)系表

參數(shù)名稱及單位

關(guān)系式

說明

孔型槽底寬度〔mm〕

=B-(0~6)或者=〔1.01~1.06〕B

B—來料寬

孔型槽口寬度〔mm〕

=b+Δ

b—軋件寬

孔型側(cè)壁斜度

y=

Δ—寬展余量

孔型槽底圓角半徑〔mm〕

=(0.12~0.20)B

一般取Δ=5~8

孔型槽口圓角半徑〔mm〕

=(0.08~0.12)B

y=10%~20%

輥縫〔mm〕

S=(0.02~0.05)

=0.2~0.3

軋槽底凸值〔mm〕

f=(-0.05~0.05)B

--軋輥名義直徑

軋件斷面面積〔〕

F=

--方軋件邊長

∴=5967.84

第2道次：=90.69mm

=108mm

S=20mm

y=0.209

=15mm

=9mm

f=0

∴=10205.20

扁箱孔型計算

扁箱孔型見圖5--11

由[2]、[4]可得扁箱孔型的參數(shù)關(guān)系如下表5—5：

表5—5扁箱孔型參數(shù)關(guān)系表

參數(shù)名稱及單位

關(guān)系式

說明

孔型槽底寬度〔mm〕

=B-(0~0.05)B

B—來料寬

孔型槽口寬度〔mm〕

=b+Δ

b—軋件寬

孔型側(cè)壁斜度

y=×100%

Δ—寬展余量

孔型槽底圓角半徑〔mm〕

=(0.12~0.20)B

取Δ=5~12

孔型槽口圓角半徑〔mm〕

=(0.08~0.12)B

y=15%~45%

輥縫〔mm〕

S=(0.02~0.05)

=0.25~0.35

軋槽底凸值〔mm〕

f=(-0.05~0.05)B

--軋輥名義直徑

軋件斷面面積〔〕

F=+

-

圖5—11扁箱孔型圖

根據(jù)上表計算扁箱孔型參數(shù)如下：

第3道次：=99mm

=119mm

S=16mm

y=0.366

=16mm

=10mm

y=20.10°

f=3mm

∴=8324.05

第1道次：=126mm

=149mm

S=16mm

y=0.297

=21mm

=13mm

y=16.54°

f=3mm

∴13526.06

三、各道次延伸率

計算公式如下：，i=1~18,為坯料面積；

計算得：

=1.249=1.325=1.226

=1.395=1.576=1.117

=1.401=1.235=1.352

=1.257=1.308=1.292

=1.276=1.301=1.248

=1.298=1.269=1.269

四、各道次壓下率計算

Δ=130-13526.06/140.95=34.04mm

Δ=140.95-102.05=38.9mm

Δ=102.05-70.69=31.36mm

Δ=111.46-78.04=33.42mm

Δ=78.04-56.91=21.13mm

Δ=93.25-65.72=27.53mm

Δ=65.72-39.80=25.92mm

Δ=83.86-49.97=33.89mm

Δ=49.97-30.80=19.17mm

Δ=63.39-38.32=25.07mm

Δ=38.32-23.77=14.55mm

Δ=48.50-29.48=19.02mm

Δ=29.48-18.62=10.86mm

Δ=37.08-22.88=14.20mm

Δ=22.88-14.82=8.06mm

Δ=28.52-17.98=10.54mm

Δ=17.98-11.71=6.27mm

Δ=22.37-14=8.37mm

將上述參數(shù)列入下表5—6中

表5—6孔型及軋件個局部尺寸

機架號

孔型形狀

軋件尺寸

壓下量

延伸系數(shù)

孔型尺寸

高(mm)

寬(mm)

面積()

高(mm)

寬(mm)

輥縫(mm)

1

箱

93.49

140.95

13526.06

34.04

1.25

93.49

149

16

2

箱方

102.05

102.05

10205.20

38.90

1.33

102.05

108

20

3

箱

90.69

111.46

8324.05

31.36

1.23

70.69

119

16

4

箱方

78.04

78.04

5967.84

33.42

1.40

78.04

85

12

5

橢

56.91

93.25

3786.57

21.13

1.58

56.91

102

6

6

圓

65.72

65.72

3390.82

27.53

1.12

65.72

68

6

7

橢

39.80

83.86

2420.76

25.92

1.40

39.80

92

5

8

圓

49.97

49.97

1960.01

33.89

1.24

49.97

53

5

9

橢

30.80

63.39

1449.52

19.17

1.35

30.80

69

5

10

圓

38.32

38.32

1152.95

25.07

1.26

38.32

42

5

11

橢

23.77

48.50

881.73

14.55

1.31

23.77

53

5

12

圓

29.48

29.48

682.22

19.02

1.29

29.48

32

5

13

橢

18.62

37.08

534.45

10.86

1.28

18.62

41

4

14

圓

22.88

22.88

410.94

14.20

1.30

22.88

25

4

15

橢

14.82

28.52

329.31

8.06

1.25

14.82

31.5

4

16

圓

17.98

17.98

253.77

10.54

1.30

17.98

20

3

17

橢

11.71

22.37

200.00

6.27

1.27

11.71

25

2

18

圓

14

14

157.57

8.37

1.27

14

14.14

2

第五節(jié)咬入穩(wěn)定性計算

一、軋輥速度分配

1、連軋常數(shù)

確定最后架即18架軋制速度=24m/s,忽略前滑與推拉的影響，

連軋常數(shù)

C==157.57×24=3781.68[3]p201

由公式，求出各道次軋件的線速度〔單位：m/s〕

==0.28=0.37=0.45

=0.63=1.00=1.12

=1.56=1.93=2.61

=3.28=4.29=5.54

=7.08=9.20=11.48

=14.90=18.91=24

2、計算各機架軋輥工作直徑

(1)、〔a〕在箱型孔型中軋輥的工作直徑

[4]

式中：D—名義直徑

h—軋件高或孔型高

s—輥縫

〔b〕橢圓孔型軋輥工作直徑

式中：z—軋槽最大深度，

D—同上

〔c〕圓孔型軋輥工作直徑

式中：D、z同上

(2)、有上述公式得：

1#箱型=550-=511.26mm

2#箱型=508.98mm

3#箱型=522.66mm

4#箱型=416.98mm

5#橢孔=420420.31mm

6#圓孔=403.42mm

7#橢孔=380.63mm

8#圓孔=364.92mm

9#橢孔=386.67mm

10#圓孔=374.01mm

11#橢孔=391.39mm

12#圓孔=380.91mm

13#橢孔=293.18mm

14#圓孔=285.27mm

15#橢孔=295.73mm

16#圓孔=288.32mm

17#橢孔=296.48mm

18#圓孔=290.64mm

3、軋輥轉(zhuǎn)速計算

由公式可得[5]

式中：n—軋輥轉(zhuǎn)速，r/min

v—軋件速度，m/s

--工作輥徑，mm

∴=10.46=13.89=16.45

=28.87=45.46=53.05

=78.31=101.06=128.98

=167.58=209.44=277.91

=461.45=616.24=741.77

=987.49=1218.76=1577.89

將上述參數(shù)列入表5—7

二、咬入驗算

參考鄂鋼棒材廠粗軋機組咬入溫度，t=1000℃,由[5]p147,知

ψ=

式中：t—軋件溫度

--考慮軋輥材質(zhì)系數(shù)，鑄鐵輥=0.8,鋼輥=1

--考慮軋速影響系數(shù)

表5—7各機架主要參數(shù)

機架數(shù)〔n〕

名義直徑〔mm〕

軋輥直徑〔mm〕

工作輥徑〔mm〕

軋輥轉(zhuǎn)速〔r/min〕

軋件速度〔m/s〕

1

Ф550

Ф530~Ф610

511.26

10.46

0.28

2

Ф550

Ф530~Ф610

508.98

13.89

0.37

3

Ф550

Ф530~Ф610

522.66

16.45

0.45

4

Ф450

Ф480~Ф425

416.98

28.87

0.63

5

Ф450

Ф480~Ф425

420.31

45.46

1.00

6

Ф450

Ф480~Ф425

403.42

53.05

1.12

7

Ф400

Ф360~Ф420

380.63

78.31

1.56

8

Ф400

Ф360~Ф420

364.92

101.06

1.93

9

Ф400

Ф360~Ф420

386.67

128.98

2.61

10

Ф400

Ф360~Ф420

374.01

167.58

3.28

11

Ф400

Ф360~Ф420

391.39

209.44

4.29

12

Ф400

Ф360~Ф420

380.91

277.91

5.54

13

Ф300

Ф305~Ф375

293.18

461.45

7.08

14

Ф300

Ф305~Ф375

285.27

616.24

9.20

15

Ф300

Ф305~Ф375

295.77

741.77

11.48

16

Ф300

Ф305~Ф375

288.32

987.49

14.90

17

Ф300

Ф305~Ф375

296.48

1218.76

18.91

18

Ф300

Ф305~Ф375

290.64

1577.89

24.00

--考慮軋件材質(zhì)系數(shù)

對于粗軋機第一架，取=1，=1，=1，t=1000℃

∴ψ=0.55

∵tga=ψ

∴=28.81°

又據(jù)公式

∴

式中：Δh—道次壓下量，mm

D—軋輥工作輥徑,mm

∴=

=21.78°

∴<

∴符合咬入條件

三、穩(wěn)定性計算

軋機在軋制時，不但要保證軋件順利咬入，而且要保證軋制是穩(wěn)定的，這樣才能保證軋制順利進行。

由表5—6可知，第七架的軸比最大，b/h=2.11

由[5]p142，得

式中：--穩(wěn)定性指標

B—孔型寬

--橢圓半徑

--出口軋件高

b—軋件寬

v—軋件出口速度

h—橢軋件高

將第七機架各參數(shù)帶入上式，得

=2.44

∵b/h=2.11<

∴穩(wěn)定性條件滿足

第六章強度校核

第一節(jié)軋制壓力、力矩、功率

一、軋制壓力的計算

以粗軋第一架為校核對象

1、計算單位軋制壓力，采用艾克隆德公式

〔*〕[6]

式中：m—外摩擦影響系數(shù)，〔**〕

其中：f—軋件與軋輥間的摩擦系數(shù)

f=a(1.05-0.0005t),對于鋼軋輥，a=1

R—軋輥的工作半徑

Δh—每道次的平均壓下量

--坯料軋前后的高度

將第一架各參數(shù)帶入〔**〕，得

m=0.18

k—靜壓力下單位變形抗力，

k=,其中：

C、為碳、錳、鉻的含量

對合金鋼：

40k=(14-0.01×1000)(1.4+0.4%+0.3×1%)×10=56.28

20k=(14-0.01×1000)(1.4+0.2%+1%+0.3×1%)×10=56.60

對優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：

45#鋼k==(14-0.01×1000)(1.4+0.45%)×10=56.18

60#鋼k==(14-0.01×1000)(1.4+0.60%)×10=56.24

70#鋼k==(14-0.01×1000)(1.4+0.70%)×10=56.28

∴=56.60

--被軋鋼材的粘度系數(shù)，=0.01×(14-0.01t)c,其中：

c—軋制速度系數(shù)

t—軋制溫度

軋制速度的選取見下表6—1：

表6--1

軋制速度

<6m/s

6~10

10~15

15~

系數(shù)〔c〕

1

0.8

0.65

0.6

∴=0.01×〔14-0.01×1000〕×1=0.04

--平均變形速度，，那么

==0.91

∴單位軋制壓力

=(1+0.18)(56.60+0.04×0.91)=66.83

2、計算接觸面積

按公式：，

其中：F—接觸平均面積

B、h—軋件來料寬、軋出寬，那么

=12637.46

3、計算總軋制力

按公式：=844.57KN

二、計算軋制力矩

1、由[6]可知：

軋制力矩

式中：P—軋制壓力

x—力臂系數(shù)，對棒材生產(chǎn)，取x=0.5

R—工作輥徑的半徑

Δh—壓下量

∴=2×844.57×0.5×=78.78KN?M

2、計算摩擦力矩

，式中：

--附加摩擦力矩，=P×d×,其中：

P—軋制壓力

d—軋輥輥徑直徑，d=0.55D=0.55×550=302.5mm

--軋輥軸承中的摩擦系數(shù)=0.07~1,取=0.5

--傳動機構(gòu)中的摩擦系數(shù)，

其中：--傳動效率

采用梅花軸接觸時，=0.94~-0.96

取=0.95

i—傳動比，，i=600/10=60

=

=2.13+0.18=2.31KN?m

3、計算空轉(zhuǎn)力矩

取電機額定力矩的3%~5%，本設(shè)計取=5%

軋機參數(shù)性能見附表

其中：--電機額定力矩，=〔N?m〕

--電機的額定功率，取=300kw

--電機的額定轉(zhuǎn)速，取=600r/m

∴==4.775KN?m

∴=0.239KN?m

不考慮動力矩和張力矩，故總力矩為：

=++

=0.239+78.78+2.31=81.33KN?m

第二節(jié)軋輥強度校核

在完成某個新產(chǎn)品的孔型設(shè)計時，或?qū)垯C進行技術(shù)改造時，必須對軋輥強度驗算以判定工藝規(guī)程設(shè)計的合理性。

根據(jù)前面的配輥情況可知，每架軋機的軋輥都有多個軋槽，由各個軋槽過鋼時，軋制壓力及軋制力矩均相同，且根據(jù)材料力學的有關(guān)知識可知：當中間軋槽過鋼時，軋輥危險面的彎矩最大，軋輥最危險。在型鋼生產(chǎn)中，通常把軋輥上的軋制力當成是集中力來看待。

根據(jù)[7]，軋輥斷面的彎曲應(yīng)力為：

，式中：--輥身斷面的彎矩，=

a—兩根壓下螺絲的中心距

x—支反力到危險點的距離

D—輥身計算斷面的工作直徑

輥頸與輥身處相接處的彎矩最大，其值為：

=，式中：--輥頸與輥身處相接處的彎矩

d--輥頸的直徑

R—支反力

C--支反力(壓下螺絲中心至輥身邊緣的距離，近似取輥頸長度的一半)

輥頸上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：，式中：

--作用在彎曲應(yīng)力計算側(cè)的輥頸與輥身交界處的輥頸扭矩

輥頸強度按彎矩合成應(yīng)力考慮，因軋輥材質(zhì)，故采用不同的計算公式。

1、采用鋼軋輥時，按第四強度理論：

[8]

2、采用鑄鐵軋輥時，按摩爾理論：

輥頭強度計算：

，式中：--作用在梅花頭上的扭矩

--梅花頭的外徑，=d-10

本設(shè)計在進行軋輥強度校核時，前幾道的壓下量比擬大，導致軋制力過大，因此，必須校核。至于后幾道次中軋、精軋機組，一般沒有強度問題。

以第一架為例進行強度校核：

d=0.55×550=302.5mm

L=d+20=322.5mm

=d-10=292.5mm

〔1〕由靜力學，求得軋輥輥頸處的支反力為：

==P/2=844.57/2=422.29KN

〔2〕輥身處彎矩為：

=

=844.57×550×〔1100-550〕/1100

=232256N?m

〔3〕輥身強度計算

=

=17.38

〔4〕輥頸強度：

=24.60

〔5〕輥頸危險斷面處的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力

===14.23

又∵軋輥材質(zhì)為鋼

∴輥頸危險斷面處合成應(yīng)力按第四強度理論計算：

==34.82

〔6〕輥頭強度計算〔采用梅花輥頭〕

==44.97

〔7〕軋輥的作用力為：

∵采用鋼軋輥

∴其強度極限為

∴

∴

∴軋輥強度驗算通過

第三節(jié)電機發(fā)熱校核

正確選擇主電機的容量，具有十分重要的意義。如果容量選擇過大，或造成浪費，而且主電機經(jīng)常負載運行，效率及交流電動機的功率因素較低，運行費用較高。反之，如果電機容量過小，電機將超載運行，造成電機過早損壞，或降低負荷使用，影響生產(chǎn)。因此，在確定電機容量時，通常考慮電機的允許過載能力及電機發(fā)熱兩方面的因素。

主電機的過載按下式校驗：

式中：--電機在軋制中承受的最大轉(zhuǎn)矩

--電機的額定轉(zhuǎn)矩

--電機的允許過載系數(shù)，取=2.5

主電機的發(fā)熱校核采用均方根力矩值來確定：

，式中，=〔N?m〕

式中：--電機的等效轉(zhuǎn)矩

--電機的額定功率，取=300kw

--電機的額定轉(zhuǎn)速，取=600r/min

--一個軋制周期中各時間區(qū)間的轉(zhuǎn)矩

--一個軋制周期中，對應(yīng)于不同轉(zhuǎn)矩的延續(xù)時間

本設(shè)計對第一架電機進行發(fā)熱校核，采用空轉(zhuǎn)力矩法校核。

電機額定轉(zhuǎn)矩：

==4.775KN?m

發(fā)熱校核，根據(jù)Ф14產(chǎn)品的軋制純軋時間，=10.00s,對于單獨傳動連軋機只有空轉(zhuǎn)和恒連軋制，其力矩為空轉(zhuǎn)力矩和靜力矩,即

空轉(zhuǎn)力矩=239N?m，靜力矩=

=

=3862N/m

∴==3526.9N/m

∴≤

∴電機發(fā)熱校核通過

第七章典型產(chǎn)品的軋制圖表及產(chǎn)量計算

一、典型圖表的軋制圖表

軋制是整個軋鋼生產(chǎn)過程的核心，坯料通過軋制工序完成變形過程，軋制圖表是研究和分析軋制過程的工具。在軋制圖表中表示了軋制過程中道次與時間的關(guān)系，通過對這些關(guān)系的分析和研究可以清楚地看出:軋件在軋制過程中所占用的軋制時間、各道次的間隙時間、軋制一根鋼材機組所需要的延續(xù)時間和軋制過程中交叉軋制的情況。軋件在任一時刻所處的位置等，而這些又是了解和掌握軋制過程的重要內(nèi)容，是研究和改良軋鋼機工作的重要依據(jù)。

軋制圖表在生產(chǎn)過程中的作用歸結(jié)起來主要內(nèi)容有以下幾點：

1、分析研究軋機工作情況，找出工序間的薄弱環(huán)節(jié)以便促進；

2、準確計算軋制時間，以及軋鋼機軋鋼的交叉時間、工序間的間隙時間、軋制節(jié)奏時間等，用以計算軋鋼的產(chǎn)量；

3、計算軋制過程中的軋輥、機架等所承受的軋制壓力和校核電動機傳動，軋機所受的負荷情況。

根據(jù)典型產(chǎn)品Ф14，純軋時間計算公式為：

，式中：

--原料重量，t

--成品重量，kg/m

--成品出口線速度

那么=50.00s

取間隙時間=10s

∴軋制周期

=+

=60.00s

計算各機架間隙時間：，其中

--間隙時間

L—機架間距離

v—各機架出口速度

∴=3.5/0.28=12.5s=3.5/0.37=9.5s

=3.5/0.45=7.8s=3.5/0.63=5.6s

=3.5/1.00=3.5s=(3.2+2.8)/1.12=5.4s

=2.8/1.56=1.8s=2.8/1.93=1.5s

=2.8/2.61=1.1s=2.8/3.20=0.9s

=2.8/4.29=0.7s=(2.8+3.0)/5.54=1.0s

=3.0/7.08=0.4s=3.0/9.20=0.33s

=3.0/11.48=0.26s=3.0/14.90=0.20s

=3.0/18.91=0.16s

軋制總延續(xù)時間：

=60.00+52.65=112.65s

軋制圖表見附圖三

二、軋機小時產(chǎn)量計算

由[5]p521,軋機實際小時產(chǎn)量，其中

T—軋制節(jié)奏時間,s

Q—原料重量，t

--軋機利用系數(shù),取=0.82

b—成品率，取b=95%

那么A=3600×1.318×0.82×95%

=61.60t/h

各種產(chǎn)品的實際小時產(chǎn)量見下表7—1

規(guī)格

品種

軋機平均小時產(chǎn)量〔t/h〕

所占比例

Ф8

螺紋鋼

25.03

2%

Ф10

螺紋鋼

37.64

2%

Ф12

螺紋鋼

51.91

2%

Ф14

螺紋鋼

61.60

10%

Ф16

螺紋鋼

83.25

25%

Ф18

螺紋鋼

99.36

29%

Ф20

螺紋鋼

115.51

30%

∴軋機平均小時產(chǎn)量

，其中

表示不同軋制品種在總產(chǎn)品中的百分比例

表示該品種的軋機小時產(chǎn)量

將表7—1中數(shù)據(jù)帶入上式得：

=88.83t/h

三、年產(chǎn)量計算

本設(shè)計采用三班連續(xù)工作制

前年日歷小時數(shù)=365×24=8760h

方案大中修小時數(shù)=20天/年×24h/天=480h

方案小修小時數(shù)=8h/次×4次/月×12月/年=384h

交接班小時數(shù)=0.5h/班×3班/天×365天/年=547.5h

全年規(guī)定工作時間=---=7348.5h

全年實際利用小時數(shù)=×k,取k—軋機利用系數(shù)為0.85

那么=6246h

∴年產(chǎn)量A=?

=88.83×6246

=55.48萬噸

∴符合設(shè)計要求

第八章輔助設(shè)備的選擇

一、上料臺架〔2套〕

形式：步進梁式

臺面尺寸：長6.52m〔輥道中心至固定梁端頭〕，寬7.5m

鋼坯尺寸：130×130×10000

鋼坯單重：1318kg

臺面最大負荷：65t

臺架由動梁和定梁組成，動梁和定梁交替布置，動梁有電機通過減速機、偏心軸傳動。

臺架末端設(shè)有