(完整版)年产68万吨热轧线材车间设计毕业设计

内蒙古科技大学

本科生毕业设计说明书

题目：设计年产68吨高速线材车间姓名：

学号：

专业：材料成型及控制工程

班级：

指导教师：

年产68万吨热轧线材车间设计

摘要

根据毕业设计的要求，设计年产68万吨的热轧高速线材生产车间，采用单线连续轧制方式。产品规格为Φ5.5~20mm，单卷盘重约2.1吨,本设计典型产品为优质碳素钢。

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；车间技术经济指标；孔型设计；轧机力能参数计算和电机设备校核等。

本设计坯料采用连铸坯，一方面连铸坯的组织结构很好，同时提高了产品的质量；另一方面还可以减少轧制间隙时间，提高生产率。

加热炉选为步进梁式加热炉，进出料方式采用侧进侧出，加热炉由微机控制，出炉温度为1050~1250°C。轧机采用高速线材轧机，全线均为无扭轧制。

在轧制后的坯料多数采用冷却技术为斯太尔摩冷却运输系统来完成。本设计采用的是延迟性的斯太尔摩冷却运输系统，它适用于冷却各类碳钢，具有较好的冷却效果。

关键词：车间设计孔型设计产量计算设备选择

Annual output of 680000 tons of hot-rolled wire rod workshop

design

Abstract

According to the requirements of graduation design, the design capacity of 680000 tons of hot rolled high speed wire rod production workshop, the single wire rolling way. Product specifications for the Φ 5.5 ~ 20 mm, single reel weighs about 2.1 tons. The main products of the design quality carbon steel.

The content of this workshop design mainly include: product outline and the formation of metal sheets; Design process and process flow; The determination of working system and the rolling mill production ability analysis;

The main equipment choice; Selection and calculation of the auxiliary equipment; Workshop layout and lifting transportation; Workshop technical and economic indicators; Pass design; Rolling force can parameters calculation and motor equipment checking, etc.

This design materials using continuous casting billet, in order to reduce the loss of metal, and the organizational structure of the continuous casting billet is better, it also improve the quality of the products; Also can reduce the gap of rolling time and improve productivity.

As the walking beam type reheating furnace, heating furnace front-rear way using side in side out.Heating furnace is controlled by microcomputer, melt temperature is 1050

~ 1250 ° C. Rolling mill and high-speed wire mill, across all is no twist rolling.

Microstructure, to improve the product after rolling by adopting the technology of controlled cooling, cooling after rolling by cold box and a set of steyr the cooling water transportation system. Steyr the cooling transportation system with delayed type cooling device, it is suitable for cooling various kinds of carbon steel, has good cooling effect.

In a word, the advanced technology and equipment is the design of the important guarantee of product quality; High speed wire rod production workshop design as well as provides a good example.

Keywords: groove design production workshop design equipment

selection calculation

目录

摘要 .................................................................................................................................................... I Abstract....................................................................................................................................................... II 第一章总论 . (1)

1.1工程总述 (1)

1.2高速线材介绍 (1)

1.3行业市场分析 (1)

1.3.1 国内高速线材利用情况分析 (1)

1.3.2市场小结 (2)

1.4包头地区建设高速线材车间的可行性与必要性分析 (2)

第二章产品方案及金属平衡表 (3)

2.1产品方案的编制 (3)

2.2产品技术条件 (4)

2.2.1产品技术条件 (4)

2.2.2成品线材盘卷成捆交货 (4)

2.2.3产品的性能 (4)

2.3金属平衡表的确定 (5)

2.3.1 确定计算产品的成品率 (5)

2.3.2影响成品率的因素 (5)

2.4.典型产品的化学成分表 (7)

第三章高速线材生产工艺 (7)

3.1车间生产工艺的确定 (7)

3.3.1轧机的选择 (7)

3.3.2轧机数量的确定 (8)

3.3.3轧辊尺寸参数的确定 (9)

3.3.4轧机的主要技术参数的确定 (9)

3.3.5轧机布置方案 (10)

3.2生产工艺流程制定 (12)

3.2.1工艺流程 (12)

3.3.产品的工艺制度 (12)

3.3.1坯料 (12)

3.3.2钢坯的加热炉和钢坯的加热 (13)

第四章孔型设计 (14)

4.1概述 (14)

4.1.1孔型设计的内容 (14)

4.1.2孔型设计的要求 (14)

4.1.3孔型设计的程序 (14)

4.2孔型系统 (15)

4.2.1孔型系统的选择 (15)

4.2.2成品前精轧孔的设计 (15)

4.3典型产品孔型设计 (16)

4.3.1代表产品为直径17mm产品孔型设计 (16)

4.3.2各孔型中轧件尺寸的确定 (17)

4.3.3计算平辊出口轧件的断面积 (17)

4.3.4椭圆孔型中轧件尺寸的确定 (20)

4.3.5各孔型尺寸参数的确定 (24)

第五章年产量的计算 (29)

5.1工作辊径的确定 (29)

5.2轧辊转速的确定 (30)

5.3 轧制节奏图表 (31)

5.3.1轧制图表 (31)

5.3.2确定纯轧制时间、间隙时间、轧制节奏 (32)

5.3.3轧机小时生产能力 (32)

5.3.4 轧机的平均小时产量 (33)

5.3.5车间年产量计算 (34)

第六章轧制力计算和轧辊校核 (36)

6.1 轧制力能参数计算 (36)

6.1.1 轧制温度 (36)

6.1.2 轧制力计算 (38)

6.2电机功率的校核 (43)

6.2.1轧辊强度校核 (43)

6.3主电机传动轧辊所需力矩及功率 (45)

6.3.1传动力矩的组成 (45)

6.3.2轧制力矩的确定 (45)

6.3.3附加摩擦力矩的确定 (45)

6.3.4空转力矩的确定 (46)

6.4电机校核 (46)

6.4.1等效力矩计算 (47)

6.4.2电机的过热过载校核 (48)

第七章辅助设备的选择 (49)

7.1 加热炉 (49)

7.1.1炉型选择 (49)

7.1.2炉子尺寸的确定 (49)

7.2斯太尔摩冷却运输线的选择 (50)

7.2.1P/F线运输能力验算 (51)

7.3其他辅助设备的选择 (52)

第八章车间平面的布置 (55)

8.1车间平面布置的原则 (55)

8.1.1车间整体平面设计内容 (55)

8.2金属流程线的确定 (55)

8.2.1设备间距的确定 (55)

8.2.2车间内仓库设施的布置 (55)

8.3车间厂房主要参数 (56)

第九章车间主要技术经济指标 (58)

9.1 车间技术经济指标 (58)

参考文献 (59)

致谢 (60)

第一章总论

1.1工程总述

（1）项目名称: 设计年产量为68万吨的高速线材车间，计算产品优质碳素结构钢：（2）项目概述：根据对国内高速线材市场现状的分析以及前景预测，综合对各种物料供应、能源等其它资源的分析，我们选择区域和资源优势居一体的包头地区作为建厂厂址，设计一座年产量68万吨高速线材车间，并且能够生产规格全、性能强，能满足市场需求的产品。

1.2高速线材介绍

在冶炼方面．大多是用电炉初炼和转炉，然后再在炉外进行第二次精炼，同时大多上是以连铸代替模铸，都是全保护浇铸；所以，生产出的线材生产率、品种、质量都很好。

美国摩根公司在1962年开始研制的摩根型高速无扭轧机是目前世界上应用最广泛的，在1966年首先摩根型高速无扭轧机在加拿大钢铁公司哈密尔顿厂应用。在1966年9月正式投产第一套摩根型高速线材轧机，轧制速度为43~50m/s，如今高线的轧制速度在20~120m/s。

世界上最大的线材生产国是中国，在钢材总产量中线材产量占的比例很大，并且在钢材总产量中线材产量占的8%~10%，我国就占20%以上，这几年线材在国内产量与醋缸增长差不多，通常为20%左右。据监测数据显示：2012年1~11月，线材在国内的产量达1.212亿吨，同比增长12.1%。2012年11月份，中国生产线材1256万吨，同比增长19.01%。

1.3行业市场分析

1.3.1 国内高速线材利用情况分析

钢铁产量在2009年需要增加超过20%，10月份我国生产粗钢、生铁和钢材分为5175

万t、4928万t和6245万t，45.5%

长

44.1%

同比增，1-10月份我国累计生产

、

和

44.4%

粗钢、t

、t

万

生铁铁和钢材分别生铁和钢材分别为

45559.21

47215.06

万

万

和

56425.04

t

14%

和

、

长

同比增，比1-9月份分万

10.5%

47215.06，15.6%

56425.04

、t

t

和

万

45559.21

万

t

别提高3%、2.9%和3.2%，产量增速呈加快之势。

1.3.2市场小结

通过对国内高线的使用情况得知，我国的利用还是可以的，而且产业政策和市场的大量需求是很有发展前景的，市场潜力比较大。对于该产业的投资是非常市场可行性[1]的、在经济这方面也是很可行性的，所以我认为在这个项目上可以促进我国在新兴高速线材的大踏步发展，同时也对市场有一定的促进，也发展了对我国低碳环保和之有关的产业链的大踏步发展，也在发展中提高了社会效益与经济效益，同时对于促进经济社会可持续发展有着长远的意义。

1.4包头地区建设高速线材车间的可行性与必要性分析

(1)地理位置

包头位于中国的西北地区，包头属于在内蒙的中西方位，包头市内有黄河流经，北面有大片土地，有利于建设厂子。离河套平原和接土默川平原都不远。

(2)自然条件

地形由西向东、由南向北倾斜。境内海拔高度在2955米～1100米之间。黄河流经包头地区，整个黄河基本都包头的管辖地区。包头地区的自然条件很好，冬夏都能适宜工作。

(3)矿产资源条件

包头市是世界最大的稀土矿床——白云鄂博铁矿所在地，该市的矿产资源具有种类多、储量大、品位高、分布集中、易于开采的特点，这里的稀土是这个地方的特有代表，这里已发现矿物74种，矿产类型14个。主要金属矿有好多种：比如铁、稀土、铌、钛、锰、金、铜等69个矿种，9个矿产类型等一些大型的矿。非金属矿也有许多：比如石灰石矿比较出名。能源矿有：煤、油页岩等。

(4)水资源环境

水资源条件优越，地下水蕴藏丰富。2000米高峰平均海拔2324米最高峰海拔。由中央山区,山地草甸和高原北部三部分组成的山南平城市,是高和低,南北之间，从西到东的地形.黄河流经包头市214公里高速公路境内,铁路架起两座桥黄河并行南北。(5)运输条件

属于呼包银经济带、呼包鄂城市的中心城市，包头为中国重要的交通枢纽，京包铁路，包兰铁路，包西铁路，包环铁路、包满铁路、包神铁路、甘泉铁路等在此交汇。

第二章产品方案及金属平衡表

2.1产品方案的编制

产品方案是指设计的这个工厂或者是要开始生产的的长子所生产出来的东西的名字、品种、大小。根据这个产品在使用的多少设计这个产品的生产工艺。

编制产品方案的原则:

1).国内人民生活水平对一些产品的要求：据在生活中国人对产品的数量.质量和品种等方面的需要情况,也对人民的现在的需求,还要考虑未来的发展需求，最后设计一个符合社会的产品。

2).国内使用的平衡：全国生产的产品与它的布局相平衡。

3).建厂的位置：包括它的生产资源，当地的环境条件，.投资等的可能性。.

以上三点缺一不可才能保障产品方案编制的可行性。

下面对产品的分类进行品种、大小、产量、比例，列出了下表2.1。

表2.1高线生产的产品大纲

2.2产品技术条件：

2.2.1产品技术条件

表2.2产品技术条件

注：（1）直径公差控制在0.1㎜以内；（2）线材头尾公差控制在0.2㎜以内。

2.2.2成品线材盘卷成捆交货

盘卷尺寸：外径1250㎜，内径850㎜；盘卷压紧打捆后高度约2000㎜

盘卷单重约2.1吨。

2.2.3产品的性能

（1）生产的产品的机械与冶金行很稳定，对于优碳钢机械性能和拉拔性能都是进行过铅浴淬火处理的；

销售的产品的按直径的1%验收。

以下标准是国际上规定的：

2.3金属平衡表的确定

编制金属平衡表就是以任务书为中心，参考一些在国内外建成的厂子企业他们的先进指标，现在自己的建成根据自己的情况确定出自己的年产量计划的原料，并且确定出产品的成品率，编制了金属平衡表。 2.3.1 确定计算产品的成品率 成品率的计算公式：

。

t , 量 重 失 损 金属—— W ；t )( 投料量，——Q %

率， 品 成——A 式中(2.1) %100)(的原料重?-=A Q W Q

2.3.2影响成品率的因素

以下是对成平率不利的几点：

1） 烧损。金属在加热下处于高温会发生氧化，称为烧损。金属在加热过程中，由

于加热时间越长，加热温度越高就会出现烧损，所以加热过程中的烧损与

加热法度和时间有关，。2.5%

~1.5%为钢材在加热过程中烧损 2） 溶损。金属在轧制中经过化学处理的过程会发生溶损。在加热情况下铝合金溶

损为0.2%左右，钢材酸洗时的溶损为0.3%~0.2%。

3） 几何损失。主要包括切损、残屑。切损是大块的坯料进行切头，切尾，切边等

的损失。钢材都以钢的品种、坯料的大小以及原料状况有关。

4） 工艺损失。又称技术不好的损失，是指在加工坯料的过程中工具、设备、技术

的不熟练产生出的不符合产品。工艺损失与控制车间的设备、生产管理操

作水平有关。工艺损失一般不得大于1%。

综合以上的因素设计划了方案，参考建成的厂子企业的金属平衡表，因此得出了本车间设计方案的金属平衡表2.3。

表2.3金属平衡表

2.4.典型产品的化学成分表

优质碳素结构钢（GB/T699—88）

表2.4优质碳素结构钢的化学成分表

第三章高速线材生产工艺

3.1车间生产工艺的确定

3.3.1轧机的选择

轧机选择的一般是依据钢材的种类[1]、对于市场的需求量大小以及由此确定的工艺流程[2]。对于轧机选择一般考虑轧机的结构、主要参数和它们的轧机布置形式。通常的轧机考虑以下几点原则：

（1）在轧制过程中保持轧机的布置合理和排列紧凑；

（2）必须有利的提高产品的生产效率和设备的利用系数；

（3）必须对于机械自动化能实现，对于工人的劳动强度有所利于； （4）保证获得高质量的产品；

（5）在轧制过程中轧机必须合理、先进、便于操作、维修简单； （6）维修时需要的替补品，需到位； （7）有良好的经济技术指标。 3.3.2轧机数量的确定

本车间拟采用规格为150×150连铸坯，轧制Ф5.5~20mm 的线材确定轧制道次。料断面面积：

10mm ＝R 连铸方坯结晶圆角，取-------R 原料边料

-------A 热态成品断面面积

-------Fc 连铸坯料原始面积

-------F0上式中：(3.1) πR2＋4R2－A2＝F0

F 0＝1502－4×102＋π×102mm 2 ＝22414mm 2

Φ5.5mm 成品圆钢的断面面积：F c ＝π（d ）2／4

＝π×（5.5）2／4 mm 2 ＝23.74mm 2

26

＝N 故取 25.36＝μc ㏑μz/＝㏑N 则机架数： 1.31

＝μc 取平均延伸系数： 944.14

＝422414/23.7＝

Fc ／F0＝μz 则总延伸系数：

3.3.3轧辊尺寸参数的确定

经过计算得出全线共有26架轧机，下面表有关 轧机的有关参数。本设计我把

轧机分为粗轧、中轧、预精轧、精轧组，粗轧和中轧为平立交替布置共16架轧机，立辊轧机均为上传动，预精轧和精轧为摩根第六代型超重级轧机共10架精轧机组。在整个轧制过程中是没有扭转的。以下是主轧机的特点：

● 粗中轧机组：是由二辊平立交替布置的轧机组成确定出粗中轧机组为12架，立

式轧机为上传动。

● 预精轧机组：是由平立交替布置的悬臂式机架组成的，经过计算安排为4架。

并且由碳化钨辊环，油膜轴承组成；用手控制压下装置，其余都是电机自己转动。

● 无扭精轧机组：是由无扭超重型机组组成，确定为为10架，前5架采用230mm

超重型机架，并且可以提高轧制能力；后5架为180mm 超重型机架，通常可以在非常快的速度下提高能力。油膜轴承用在从动轴上，保护罩把10个机架封闭在一个单位内，而且设了一个“鱼线”和事故废钢箱。

3.3.4轧机的主要技术参数的确定

1. 轧辊直径

在选择轧机轧辊直径的时候，要考虑轧制时轧辊抗弯强度，还有允许挠度，最后还得考虑咬入角的允许值，一般情况下依据轧机轧辊直径与轧制的坯料高度的乘积所决

定：

之间

5.0~2.9=K1对于中型型钢轧机；

mm 坯料高度，——H 式中：

(3.2) H K1=D ?

对于中型型钢轧机K 1=2.9~5.0之间

本车间拟采用规格为150×150连铸坯，轧制Ф5.5~20mm 的线材，为保证轧辊有一个好的强度和抗弯强度，现用150×150mm 的坯料进行计算。现已粗轧机的第一机架为例确定辊径为：

D =150×2.9～150×5=435～750mm

从计算出来的范围内确定以轧辊直径。为粗轧机组第一机架的610mm =D

2. 辊身长度

在已经确定好的轧辊直径尺寸精度，随后考虑轧辊的刚度问题，所以轧辊直径D

除以辊身长度L 就可确定辊身长度：

轧机的经验公式：

。

mm ， 辊 轧—D ；

mm 度， 长 身 辊—L 式中：

(3.3) 2.5-1.5L/D 直径=

从上面可以确定出粗轧机组辊身长度：L=（1.5~2.5）D =610×（1.5~2.5）=915~1525mm

因为在粗轧机配置中，孔型比较少，坯料的压下量比较大，孔型的深度就可以保证轧辊抗弯强度，一次来减少轧辊挠度，在全世界以节约能源为前提下，辊身长度可以取的既适合又合理，所以在经过以上计算可取粗轧机组辊身长度L=950mm ，由于在轧制过程中轧机对轧件压下量会不断增加，轧机轧辊肯定会受到变形抗力不断增加。 3.3.5轧机布置方案 轧机主要性能如下表：

表3.1轧机主要性能表

3.2生产工艺流程制定

3.2.1工艺流程

本设计的线材生产工艺流程为[2]：

图3-1高速线材车间工艺流程框图

3.3.产品的工艺制度

3.3.1坯料

（1）坯料的选择

根据国内外轧钢厂普遍使用的坯料所知有三种：连铸坯，初轧坯，锻压坯，本车间拟采用规格为150×150连铸坯。因为连铸坯具有：金属收得率提高10%左右；可以降低产品成本可达10%的优点。

因为本车间使用的坯料都是已经在坯料生产车间处理过的都算比较合理的坯料，所以本车间一般就不会再设立专门清除钢坯的清理设备，只要在上料台的时候目视检查一下就可以，一旦发现有不合格的就会剔除。

（2）钢坯的检查和清理

在进行轧制的钢坯表面一旦有缺陷就应当清除，在清除的地方为圆滑并且无棱角，在清除的地方宽度不能小于清除深度的6倍，两个相对面的清除深度加和不能大于深度的12%。

通常我们知道的高碳钢和合金钢在清理表面缺陷应当可采用风铲以及砂轮进行清理，对于普碳钢以及普通低合金钢必须采用火焰清理。

1)钢坯的检查方法

在线材的生产过程中质量是必须保证的，这样就得在进行生产时对坯料进行检查及清理时很重要的。质量检查的方法有下列几种：

A)第一种为工人通过眼睛观察钢坯表面是否有缺陷。这种方法一方面是效率低，不可靠，只能检查出很明显的缺陷，另一方面这种方法设备少，只需要大架运行就可以。