年产XX万吨棒材车间研究设计中期报告

河北联合大学本科毕业设计中期检查报告题目：年产90万吨棒材车间设计学院：冶金与能源学院专业：金属材料工程班级：姓名：学号：指导教师：2012年4月30日一、工作任务的进展情况本设计是在导师的指导及毕业设计任务书的要求下，从选题开始，经过相关理论知识的复习，收集论文相关的资料并对收集的资料进行整理分析，另外，回顾去年八月份到鞍钢实习所见棒材材生产线比以其作为模板，从第四周开始查阅了资料，从而对本毕业设计课题有了一定的了解并开始着手做年90万t（典型产品Φ16mm）棒材车间设计，完成了论文的文献综述和开题报告等论文撰写过程。在开题报告中，主要讲述的是棒材的定义及分类、生产发展史、生产现状、市场分析、棒材生产的应用型和先进性，设计的主要要研究内容以及设计方案。经过近20多天的收集整理，完成的主要内容是产品大纲的确定、坯料选择、轧机的选择、孔型系统选择与设计、咬入角的计算、前滑值的计算的初步的设计等。在本次报告中，主要介绍的是设计中的各数据及设备选择，对校核及根据具体问题最终确定整个方案上，由于完成的内容有限，未作详细讲述，只能先了解大概的理论公式。对棒材生产的各个环节进行初步掌握，了解在布置整个车间所要涉及的问题、以及对所用参数的确定。在把握了上述问题后，在针对本次设计的要求，结合现场的经验，及未来该工艺的发展趋势，设计年产90万t棒材车间生产工艺设计。1.1产品大纲的确定产品标准一般包括以下内容：规格标准、试验标准、性能标准、交货标准。该棒材车间设计为年产90万吨的棒材，产品规格圆钢Φ16mm，以热轧直条状态交货，具体的长度根据客户的要求确定。棒材定尺长度：6～12m每捆棒材重量：2000～4000kg打捆道次：6m棒材捆3道；6～9m棒材捆4道；9～12m棒材捆5道；1.2坯料选择目前，轧钢生产用坯有三种：即用连铸坯、钢坯、钢锭。钢锭是炼钢生产的最终产品，也是钢材生产的原料。钢锭质量的优劣、重量的大小及钢锭的类型对钢材产品生产有很大的影响。钢锭经开坯轧制成不同规格的钢坯。可根据不同的产品特点，选择与成品钢材形状相近似的钢坯。连铸坯是直接将钢水铸成轧机所需要的各种规格和断面形状的钢坯的生产过程，省去了初轧生产过程。随着冶炼技术的不断发展，连铸和棒材轧机之间的连接的合理优化，从连铸坯考虑采用较大的断面，大连铸坯在连铸过程中有利于夹杂物上浮，更能保证质量，同时，在压缩比一定的情况下，较大断面的连铸坯有利于生产更大规格和产品质量更好的钢材。通过上述比较，本设计选用连铸坯作为生产原料。1.2.1坯料形状尺寸棒材轧制常选用方形坯料，因为这样有利干延伸系数的分配和减少轧制道次。对于连续式轧机，温度条件好，轧机数目多，故可选用较大的坯料，使压缩比增大。压缩比，一般表示（钢坯）连铸坯的平均变形量。压缩比是保证产品组织结构和力学所要求的最小变形量。连铸坯内部存在缺陷的比例较大，连铸坯的规格选取上考虑轧机本身的能力，从而确保连铸坯的内部缺陷在前几道次的轧制得到消除。0nFF………………………………………..（1）式中：——锭到成品的压缩比；0F——坯料断面积,2mm；nF——成品断面积,2mm。综合考虑以上因素，选择连铸坯断面面积为165×1652mm.1.2.2钢坯的重量取连铸坯的比重为：=7.65×103kg/m32GlA……………………….………………（2）考虑内容(1)，已知钢坯长度为：l=14m。钢坯重量为：2GlA=7.65×103×14×〔165×103〕2＝2915.8kg。取钢坯重量为：G=3t∕根钢坯单重为：1G=208.3kg∕m1.2.3坯规格及允许偏差连铸坯横断面尺寸及允许偏差（符合YB2011-8标准），见表1：表1连铸坯横断面尺寸及允许偏差名义尺寸长度/mm宽度/mm对角线长度偏差/mm单重kg/m尺寸偏差尺寸偏差165×165165±5165±5≤7208.31.3轧机的选择轧钢机形式的选择包括轧机布置形式和结构形式两个方面，而在通常情况下，两者应是相匹配的。轧钢机形式的选择主要根据生产的品种、质量、轧制速度、生产规模及所确定的工艺过程来决定，还要考虑到轧钢机的制造条件和工人的劳动条件等因素。1.3.1横列式轧机横列式轧机，特别是粗轧机组要求多道次轧制，轧制速度慢，轧制节奏长。而坯料断面小，轧件温降快，头尾温差大，在给定坯料尺寸、成品规格时，为尽量减少轧制道次，需尽可能选用快速延伸孔型系统。如椭圆—方、六角—方孔型。横列式轧机的自动化程度低，轧机喂钢和翻钢需要人工完成或采用轧机前后辅助设备机械化操作，因此，对咬入条件、孔型对轧件的夹持力、轧件在孔型中的稳定性等方面要求较高，需尽可能选用六角—方、菱—方等孔型系统。1.3.2连续式轧机连续棒材轧机的坯料断面大，机架间距小，单道次轧制、轧件温降和头尾温差已不是影响轧钢生产和产品质量的主要因素；相反，在高速轧制时（v≥10m/s），变形功转化的热量占轧制温度变化的主导地位，轧件产生温升，以中间水冷为主要手段的控温轧制和以节能降耗为目的的低温轧制地位相对突出，因此，尽可能减少轧制道次的要求远不如横列式轧机那么迫切。连续棒线材轧机把提高轧机作业率及产量，保证坯料内外质量和成品尺寸精度，以及降低轧辊消耗和成本等作为增强产品市场竞争力的主要手段。因此，要求选用的孔型系统变形柔和、生产稳定、孔型磨损均匀，这些正是椭圆—圆孔型系统的典型特征。连续棒线材轧机产品规格范围宽，为尽量采用共用孔型和调整孔型，特别是生产较大规格从精轧机组前几个机架甚至从中轧机组出成品，因此要求圆孔前置，这也相应扩大了椭圆一圆孔型系统的使用范围。连续棒材轧机已广泛使用微张力和活套控制技术。粗、中轧机组的微张力控制系统，不仅需要各道次轧件断面相对稳定，而且需轧辊工作直径相对稳定，即需要孔型磨损均匀，从而缩短轧机自适应过程，降低微张力控制系统的调节频率；就活套控制而言，活套器的设置及其工况与轧件断面形状和大小密切相关。显然，圆、椭圆轧件与同断面积的其它等轴轧件相比，惯性矩较小，更容易成套，而且其断面周边呈弧形，可以减轻成套过程中轧件弯曲及活套辊与轧件接触对轧件表面质量的影响。这对裂纹敏感、采用控温轧制的合金钢棒材更为有利，这些也是选用椭圆—圆孔型系统的重要原因。比较横列式轧机与连续式轧机布置形式的优缺点，本设计采用全连续式布置轧机。1.3.3确定机架数对于每架只轧一道的连续式轧机，确定其机架数是比较容易的。因为其机架数目一般不少于轧制道次，只要知道轧制道次即可确定机架数。轧制道次和机架数可用下式确定：lnlnpN………………………………………..（3）式中：N——机架数目；——由坯料到成品的总延伸系数；p——各道次的平均延伸系数。24nnFD………………………………………（4）2024165135.473.1416nFF设计孔型系统为箱形孔和椭圆-圆的组合孔型生产系统。箱形孔平均延伸系数p=1.25～1.4；椭圆-圆平均延伸系数p=1.3～1.4；根据以上经验数据，再参考同类棒材车间，p=1.32。lnln176.9517.68lnln1.32pN选取机架数为18架。生产大规格产品可甩过架次（空过），减少轧制道次。1.4孔型系统选择与设计本设计的典型产品品种：圆钢；规格：Φ16mm；钢种：20MnSi。根据原料和成品的断面形状和尺寸及对产品性能的要求，确定孔型系统、轧制道次和各道次的变形量．以及各道次的孔型形状和尺寸。1.4.1断面孔型设计孔型系统是指按轧制顺序依次排列起来的若干个孔型的组合。为了将皮料轧制成成品，轧件所经过的孔型通常分为延伸孔型系统和精轧孔型系统两大类。轧件在延伸孔型系统的目的以压缩断面为主；而在精轧孔型系统中轧制的目的以获得最终的成品断面尺寸和精度为主。在连续棒线材轧机发展进程中，椭圆－圆孔型系统逐渐占主导地位，究其原因主要是连续棒线材轧机把提高轧机作业率及产量，保证坯料内外质量和成品尺寸精度，以及降低轧辊消耗和成本等作为增强产品市场竞争力的主要手段。因此，要求选用的孔型系统变形柔和、生产稳定、孔型磨损均匀，这些正是椭圆—圆孔型系统的典型特征。1.4.2粗轧机孔型系统的选取由于轧机共有18架，将18道次分给粗轧机组6道，中轧机组6道，精轧机组6道。在最后几道次中，为减小孔型的磨损，保证成品的断面形状和尺寸精确，应采用较小的延伸系数。本设计采用以下孔型系统：粗轧：扁箱型－方箱型－扁箱型—方箱型—椭圆－圆；中轧：椭圆－圆－椭圆－圆－椭圆－圆；精轧：椭圆－圆－椭圆－圆—椭圆—圆。1.4.3中轧、预精轧、精轧及减定径轧机孔型系统的选取综合比较各种孔型系统，本设计的中轧、预精轧及精轧轧机孔型选取椭圆—圆孔型系统。粗轧短应力线悬臂式机，中、精轧可选用短应力线轧机，全线全连续式布置型式，具体规格为见表2：表2轧机布置形式机架布置形式轧机结构#1～#6平／立交替布置悬臂式轧机#7～#12平／立交替布置卡盘式机架、四拉杆机构短应力线轧机#13～#18平／立交替布置（#14、#16、#18机架为平／立可转换机架)。卡盘式机架、四拉杆机构短应力线轧机1.5咬入角的计算钢坯与轧辊接触时，只有满足咬入条件，才能稳定轧制。箱形孔的临界咬入角为28~30°，连续式轧机的临界咬入角为21~30°。由咬入角公式：arccos(1)haD……………………………………（5）可得160arccos(1)25.79595a，同理可得其他道次的咬入角，见下表3：1.6前滑值的计算1.6.1摩擦系数f的选择根据大量咬入条件的实际数据统计，发现热轧时的摩擦系数受轧辊材质、轧制速度和轧件化学成分的影响。本设计参考同类规格的棒材车间，轧制过程中摩擦系数的选取如下表3所示。1.6.2中性角的计算由中性角的计算公式：sina1-cosaγ=arcsin(-)22f…………………………（6）可得1sin25.791cos25.79arcsin()6.24220.424；同理可得其他道次的咬入角，见下表3：1.6.3前滑值hS的计算由前滑值公式：(cos)(1cos)hDhsh…………………………（7）可得1(591.43cos6.24105)(1cos6.24)5.3%105hs；同理可得其他道次的前滑值如下表3所示。1.6.4轧辊转速及电机速度的确定参考同类车间，选取成品架次轧制速度为1816/vms，连轧常数181816.0205.983259.68CFv，则轧辊转速：100060(1)ghvnDs…………………………………（8）1816.0100060995.64/min3.14287.52(10.068)nr，第10架到第18架机架间设有活套，采用无张力轧制，连轧常数相等：171713.33/CvmsF；1713.33100060822.56/min3.14288.02(10.0635)nr同理可得10到16道次的轧制速度和轧辊转速，见下表3：同时由第1架到第9架采用电流记忆微张力轧制，取90.1%，则1393295.683292.391.0011.001CC；109102.14/CvmsF；92.1410006077.82/min3.14459.09(10.1087)nr；同理可得其他道次的轧制速度和轧辊，见下表3：表3轧制过程中相关参数道次压下量△h/mm轧辊平均直径Dp/mm摩擦系数f咬入角γ/°前滑值Sh/%轧制速度v/m.s-1轧辊转n/r.min-1160591.430.42425.975.30.175.03269.1578.010.42628.245.10.247.27345.39531.590.42823.796.40.3310.76455.69525.530.43026.495.060.4514.98530.68544.30.43119.9810.040.6119.15635.94534.530.43121.098.32