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1、年产60万吨棒材生产车间工艺设计摘 要本设计为年产60万吨棒材车间工艺设计。产品为1636mm的热轧带肋钢筋和圆钢，主要钢种为碳素结构钢，优质碳素结构钢，低合金钢，产品质量执行国家标准。根据成品规格选择尺寸为150mm150mm10000mm的连铸坯为原料，加热炉为三段步进梁式加热炉。本设计采用全连续轧制生产工艺，全线共有轧机18架，其中粗轧机6架，中轧机6架，精轧机6架，终轧最大轧制速度为13m/s。设计中采用的孔型系统为：扁箱（1#）方箱（2#）椭（3#）圆（4#）椭（5#）圆（6#）椭（7#）圆（8#）椭（9#）圆（10#）椭（11#）圆（12#）椭（13#）圆（14#）椭（15#）圆（
2、16#）椭（17#）圆（18#）。关键词：工艺设计，热轧带肋钢筋，型钢、连铸坯，全连续轧制109 第 109 页Process Design of hot rolled bar Workshop with Production Capacity of 600,000 t/aSpecialty：Metal Material EngineeringName：Yang LeiInstructor：Zhao XichengAbstractThis is the technology design for producing six-hundred thounsands tons of hot roll
3、ed bar workshop per year. The size of the product is between 16 and 36 with the major steel grade of the carbon structural steel ,the carbon constructional quality steel or the low alloyed steel.And we carry out national standard during the production .According to the size of product we use the con
4、cast billets with the size of 150mm150mm10000mm for the raw material and the Walking Beam Heating Furnace . We use continuous rolling technology ，there is 18 mill in common ,6 for roughing mill ,6 for medium mill ,6 for finishing mill . The largest end mill speed is about 13m/s .In the production of
5、 steel rolling we use the pass system of squaresquareellipsecircleellipsecircleellipsecircleellipsecircleellipsecircleellipsecircleellipsecircleellipsecircleKey words：process design，hot rolled ribbed bar，shape steel ，concast billet，fully continuous rolling目录1 绪论12 产品方案和产品标准52.1 产品方案的制定52.2 计算产品的选择62
6、.3 产品标准与技术要求73坯料选择和金属平衡表103.1 坯料选择103.2 金属平衡表104 制定生产工艺流程124.1 生产工艺的制定124.2 生产工艺过程145.孔型设计195.1孔型系统选择195.2 孔型设计的内容195.3 孔型设计的要求205.4 计算产品16mm热轧带肋钢筋孔型设计205.5 典型产品25热轧带肋钢筋的孔型设计265.6 典型产品32热轧带肋钢筋孔型296 压下规程的确定336.1 轧制参数计算336.2 轧制压力计算346.3 轧制力矩的计算357主电机的选择及其参数计算377.1 主电机类型的选择377.2 初选主电机378 主要设备选择408.1 设备
7、选择主要内容408.2生产设备分类408.3 设备选择的原则408.4 主要设备409 电动机的校核及功率计算439.1 校核原则439.2产品16热轧带肋钢筋的电机校核4310 轧辊及机架强度刚度计算4610.1 轧辊选择4610.2 配辊4610.3轧辊校核4611 轧机生产能力计算5211.1 轧机小时产量的计算5211.2 轧钢机平均小时产量5311.3 轧钢车间轧机年产量计算5311.4 轧机负荷率计算5411.5 轧制图表5512 辅助设备的选择5612.1 选择原则5612.2 加热设备5612.3 导位、活套设备6012.4 剪切机6012.5 冷却设备6312.6 堆垛机63
8、12.7 打捆机6312.8 起重运输设备的选择6413 车间平面布置6713.1 车间平面布置的原则6713.2 金属流程线的确定6713.3 设备间距的确定6813.4 其它设施面积的确定7013.5 车间厂房组成及立面尺寸的确定7214 车间主要经济技术指标7414.1 经济技术指标及其重要性7414.2 制定经济技术指标的依据7614.3 车间劳动组织7715 环境保护及综合利用8015.1轧钢厂的环境保护8015.2节能和综合利用81参考文献83附录184附表1：三种计算产品的孔型系统计算84附表2：轧制力86附表3：轧制力矩89附表4：电机校核91附表5：轧辊强度校核93致谢96英
9、文翻译及原文971.介绍972.实验材料，设备和试验步骤982.2 实验设备982.3 轧制规程设计991 绪论近20年是我国型钢生产技术飞速发展的20年。20年前，我国型钢装备水平和生产技术约落后国际先进水平30年，而今天，其装备水平大体接近国际先进水平。我国型钢生产技术用20年的时间，走过了约50年的发展路程。20世纪50年代我国钢产量很低，生产的钢筋品种有限，国有钢铁企业也只能生产3号光圆钢筋(I级钢筋)和5号螺纹钢筋，屈服强度标准值分别为235, 275MPa; 20世纪60年代开始研制16MnSi(后改为20MnSi，也称II级钢筋)和25MnSi(也称班级钢筋)2种低合金带肋钢筋，
10、实际上研制成功并大量生产的是20MnSi钢筋，而25MnSi钢筋产量有限，两者屈服强度标准值分别为335, 375MPa;同时研制并投人生产的还有44Mn2Si等带肋钢筋(也称N级钢筋)，其主要用于经热处理或冷拉后的预应力钢筋。 20世纪50年代，我国正处于国民经济建设的高潮，钢筋供需矛盾较为突出，为发展冷加工生产，通过对低强度钢筋的冷轧、冷拔、冷扭或冷拉等冷加工手段，使钢筋冷作硬化，在牺牲原钢筋塑性的条件下，获得较高的屈服强度。冷加工钢筋主要采用细直径盘条生产冷拔钢丝，其既用作预应力混凝土中、小型构件中的预应力钢筋，也部分用作某些钢筋混凝土构件中的受力钢筋和构造钢筋;另外，通过冷拉后的粗带肋
11、钢筋，用作大、中型预应力混凝土构件中的预应力钢筋，部分用作钢筋混凝土构件中的配筋。20世纪80年代，小规格钢筋产量和规格不能满足工程建设需求，国内中小型企业针对这一形势，开始引进或自制冷轧带肋钢筋设备，轧机数量和产量达到了相当规模。此外，还生产了小规格、断面为矩形的冷轧扭钢筋用作钢筋混凝土楼板中的配筋，填补了原来热轧带肋钢筋没有小规格的空缺，为工程建设所需钢筋规格的配套起到了辅助作用。此外，在20世纪70年代所用的预应力钢筋，除为上述的冷拉钢筋、冷拔钢丝外，在大型工程结构中还采用了钢丝、钢绞线，其抗拉强度标准值不超过1670MPa.20世纪80年代开始研制，90年代正式投人生产的新一代热轧带肋
12、钢筋有2种:一种是以微合金元素(V, Ti, Nb)为基础的HRB400钢筋，另一种是采用余热处理工艺生产的RRB400(K L400)钢筋(包括按英国BS标准生产的钢筋)，使我国钢筋在化学成分上进行了更新换代;余热处理钢筋既可用于出口，也可为国内工程选用。在同一时期，引进了相当数量的低松弛高强度钢绞线生产线，使这种高质量的预应力钢筋在公路、房屋、铁路及其他工程领域获得了广泛应用，推动了预应力混凝土结构的发展。20年前，我国小型与线材生产状况为，我国拥有小型与棒线材轧机约700多套，为世界第一。但每套轧机的平均年产量仅2万多吨，而当时世界平均水平为10几万t/a。我国小型和棒线材产品长期供不应
13、求；轧机装备和生产技术远低于当时世界先进水平。主要表现在以下方面。（1）棒线材轧机连轧比很低，以横列式和布棋式为主。（2）连铸比很低，1984年不足10%。（3）轧机刚度低，弹跳大。20年来小型与棒线材生产取得了一定的的技术进步。一、小型与棒线材轧机的连轧化。1984年我国小型与棒线材连轧比不足5%，但在1985年北京召开的全国中小型轧机技术改造会议、1993年无锡召开的全国小型型钢工作会议上，强调了以连轧为方向，推进小型型钢轧机实现连续化的重要性和紧迫性。1994年在江阴召开的全国小型型钢工作会议上明确了其具体步骤和基本作法。从这之后，我国小型连轧机的数量从1988年的14套升至目前的100
14、套以上；高速线材轧机的数量也已达到80套，使我国棒材和线材的生产能力居世界首位。二、产品升级。对于棒材产品，大力推广应用III级热轧带肋钢筋，替代II级钢筋，并开发标准件用钢、汽车用钢、船用钢、经济断面钢材等专用钢材。对于线材产品，推行大盘重，开发硬线。产品基本能满足飞速发展的国民经济建设需求。目前我国小型和棒材的生产现状为：到2004年，我国小型和棒材生产拥有3个世界第一，即轧机套数、年生产能力及占钢材总量的比值（连轧机套数已超过100套，年生产能力约6000万t，连轧机的轧制能力可达到生产总量的70%）。目前我国小型和棒材轧机的总体装备和生产技术已达国际先进水平，并具有以下特点：（1）新建
15、轧机大多为18架，分粗、中、精轧机组，每组6架，平立交替布置，实现无扭连轧。采用步进式加热炉，全数字式直流传动系统。坯料为150mm150mm连铸方坯，长1012m。产品规格为1040，20以下产品采用切分轧制。（2）产品以带肋钢筋为主。不生产带肋钢筋的小型连轧机只有杭州钢铁公司、石家庄钢铁公司和邢台钢铁公司等几家。（3）对提高产量有益的无头轧制、切分轧制技术等，我国使用和推广的力度高于工业发达国家。如无头轧制技术，到2004年，唐山钢铁公司引进了意大利DANIELI公司的技术；邢台钢铁公司第二高线厂引进了日本NKK公司的技术；通化钢铁公司自行开发了棒线材无头轧制技术。而值得注意的是，该技术在
16、美国、日本、德国和俄罗斯等产钢大国尚没有很好的应用实例，日本NKK公司的棒线材无头轧制技术，在日本也仅有1家试验厂。棒材的3切分和4切分轧制技术，国内企业的研究和推广使用热情很高，也有很成熟的技术，但仍有国外公司在我国专门推广该技术。（4）对提高产品质量、满足用户需求有益而影响产量的技术，在我国的使用和推广力度低于世界先进水平国家。这些技术包括：棒材自由规格减定径技术。其可为用户提供任意规格的产品，适应多品种、小批量市场需求。棒材高精度轧制技术。合金钢和低合金钢棒材在线控制冷却技术。多钢种、小批量棒材的市场开发。专用小型材的市场开发。工业先进国家的型钢轧制品种多达万余种，而我国的热轧型材品种只
17、有上千种。差距最大的是专用小型材。这些型材多用于汽车、纺织、电机、农业等等，我国在这方面的工作与20年前相比进步不大。上述特点说明我国小型与棒材生产还处于市场需求旺盛阶段。钢材生产厂取得效益主要仍依靠产量来实现。从我国的热轧带肋钢筋发展史可以看出，我国热轧带肋钢筋的生产水平不断提高，普通钢筋从低碳钢、低合金钢向微合金钢发展;预应力钢筋从强度偏低、松弛较大向高强度、低松弛的钢绞线、钢丝发展;同时，冷加工钢筋的发展趋向是:冷拔钢丝、冷拉钢筋从广泛采用到被淘汰出局，而作为细直径的冷轧钢筋和冷轧扭钢筋，仍将是普通钢筋的一种补充，它们的存在与发展，取决于其产品的质量、价格和售后服务，它们将通过市场机制与
18、细直径的热轧带肋钢筋进行竞争。热轧带肋钢筋广泛用于被广泛用于民用建筑、高层建筑、重点工程：机场、港口、高速公路、桥梁、电厂等建设，是一种非常重要的钢材。型钢生产在轧钢车间生产中占有重要的地位，据不完全统计，目前我国每年生产的型材占钢材生产总数量的50%左右，因此，掌握型钢生产理论与工艺，对提高型钢产品质量和精度，开发新品种、新工艺、新设备，完善生产自动化和计算机控制技术，具有很大的现实意义。在本设计中，自动化程度极高，从坯料上料到成品，一线全部自动化，无需人工操作。坯料选用连铸坯取代初轧钢坯，提高了成材率，简化了工艺过程，降低了生产成本。同时，设计采用全连轧生产线，缩短了轧制周期，提高了轧机产
19、量、轧制精度和成品质量，降低了成本。并且在轧制的精轧部分采用平立辊交替轧制，减少轧制事故的发生，提高了生产效率。 2 产品方案和产品标准2.1 产品方案的制定产品方案又称产品大纲，是指设计的工厂或车间拟定的生产产品名称、品种、规格、状态、计划产量。产品方案是进行车间设计、制定产品生产工艺过程、确定轧机组成或选择各项设备的主要依据，包括车间拟生产的产品名称、品种、规格及年产量计划。产品方案不但规定了车间的类型，同时也规定了车间的生产产品方向，是车间组织生产的依据。2.1.1 产品方案的选择原则产品方案是指所设计的工厂的主要生产车间拟生产的产品的名称、品种、规格、状态及年计划产量，依次来选择设备和
20、制定工艺。确定产品方案的原则：（1） 国民经济发展对产品的要求，既考虑当前的急需又要考虑将来发展的需要。（2） 产品的平衡，考虑全国各地的布局和配套加以平衡。（3） 建厂地区的条件、生产资源、自然条件、投资等可能性。（4） 考虑轧机生产能力的充分发挥，提高轧机的生产技术水平。根据上级下达的设计任务书对各项产品的数量及质量、品种、规格范围、状态需要的同时，进行一系列的调查工作，针对国民经济现状及发展，国内外市场动态，综合全国各地区布局和配套加以平衡，满足国防需要，车间的规模和技术上的可能性以及建厂地区的水煤气电，交通、资源等自然条件，并考虑各车间的配套和合理分工来确定最优的产品方案。2.1.2
21、产品方案的确定根据本次设计任务书要求并借鉴相关的陕西龙门钢铁总厂西安轧钢厂的生产实际情况，制定产品方案见表2.1。轧机年生产1636mm的热轧带肋钢筋和圆钢60万吨，全部以直条交货，定尺长度为612m。钢种为碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金钢。热轧带肋钢筋按GB14991998标准进行生产、检查和验收。产品包装执行GB14991988标准。热轧圆钢的尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T702热轧圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允许偏差的有关规定。表2.1 产品方案表产 品 大 纲品种材质规格（mm）年产量(万t)所占比例(%)交货状态热轧带肋钢筋、圆钢碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金钢16
22、203050热轧态2030183030361220合计601002.2 计算产品的选择 车间拟生产的产品品种、规格及状态组合起来可能有数十种以上。但是，在设计中不可能对每种合金的每一个品种、规格及状态都进行详细的工艺计算，为了减少工作量，加快进度同时又不影响整个设计质量，可以将各类产品进行分类编组，从中选择典型产品作为计算产品。计算产品选择原则：（1）有代表性 指所选的所有计算产品从车间总体来说，在合金、品种、规格、状态、年产量和工艺特点等方面有代表性。（2）通过所有工序 指所选的所有计算产品要通过各工序，但不是说每一种计算产品都通过各工序，而是对所有计算产品综合来看。（3）所选计算产品要与实
23、际相接近。（4）计算产品要留有一定的调整余量。本车间制定产品方案时，依据设计任务术要求，经过对同类厂的调查和统计分析，选取很具有代表性的品种和规格作为典型产品。所以，在本设计中选择钢的牌号为20MnSi的16、25、32的热轧带肋钢筋作为典型产品，即计算产品，见下表：表2.2 计 算 产 品计算产品钢号品种规格（mm）年产量(万t)所占比例(%)标准交货状态20MnSi热轧带肋钢筋163050GB1499 -1998热轧态251830321220合计601002.3 产品标准与技术要求实际生产中为了满足用户客观上的使用要求，每个品种都必须满足形状、尺寸规格和内部性能的要求。因而，各类产品的分类
24、、编制、牌号、化学成分、品种规格和尺寸公差、生产技术条件、机械相能、验收规程、试验及包装方法、交货状态等，国家均有标准规定，如国标、冶标、企标等，如果国家没有标准规定，可由生产厂家和客户商定。产品的技术要求就是人们对产品的牌号、规格、表面质量以及组织性能等方面的要求产品的技术要求也是不同的，生产者根据产品技术要求组织生产。生产的产品能否满足技术要求，要看企业的技术水平。2.3.1 产品的标准国家有关部门根据产品使用上的技术要求和生产部门可能达到的技术水平，制定了产品标准。按照制定的权限与使用范围的不同、产品标准可分为国标、冶标、企标等。产品标准一般包括以下内容：（1）规格标准规定产品的牌号、形
25、状、尺寸及表面质量，并且附有使用供参考的有关参数等。（2）性能标准规定产品的化学成分、物力机械性能、热处理性能、晶粒度、抗腐蚀性、工艺性能及其他特殊的性能要求等。（3）试验标准 规定作实验时的取样部位、试样形状和尺寸、试验条件以及实验方法等。（4）交货标准 规定产品交货、验收时的包装、标志方法及部位等。2.3.2 热轧带肋钢筋相关技术要求（1）尺寸、外形、重量及允许偏差 热轧带肋钢筋的尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB1499-1998钢筋混凝土用热轧带肋钢筋的有关规定，具体要求在合同中注明。 其他截面形状钢材尺寸、外形、重量及允许偏差应符合相应标准或供需双方协议的规定，具体要求在合同中注明
26、。（2）牌号及化学成分见表2.3。表2.3 20MnSi性能参数钢号化学成分%力学性能CMnSPSis/MPab/MPa5/%不小于20MnSi0.251.600.0450.0450.8033549016 钢材（或坯）的化学成分允许偏差应符合GB/T222钢的化学分析用试样及化学成分允许偏差的规定。（3）冶炼方法 除非合同中用规定，冶炼方法有生产厂自行选择。（4）交货状态 钢材通常以热轧或热锻状态交货。如需方要求（并在合同中注明），也可以以热处理（退火、正火或高温回火）状态交货。（5）力学性能用热处理毛坯制成试样测定钢材的纵向力学性能和退火或高温回火状态的硬度，检验结果应符合表2.3中的规定。
27、钢筋在最大力下的总伸长率gt不小于2.5%。供方如能保证，可不做检验。根据需方要求，供应以淬火和回火状态交货的钢材，其测定力学性能用试样不再进行热处理，力学性能指标由供需双方协议确定。（6）表面质量 压力加工用钢材的表面不得有裂纹、结疤、折叠及夹杂。如有上述缺陷必须清除，清除深度从钢材实际尺寸算起应符合相关的规定。清除宽度不小于深度的5倍，同一截面达到最大清除深度不用多于一处。允许从实际尺寸算起不超过尺寸公差的1/2的个别细小划痕、压痕、麻点及深度不超过0.2mm的小裂纹存在。（7）脱碳层 根据需方要求（并在合同中注明），对含碳量大于0.30%的钢应检验脱碳层，采用显微组织法检验每边总脱碳层深
28、度（铁素体+过渡层）不大于钢材直径的或厚度的1.5%。（8）热轧带肋钢筋钢成品相关标准见表2.4。 表2.4 热轧带肋钢筋成品标准 mm公称直径内径d横肋高h纵肋高h1横肋宽纵肋宽间距l横筋末端最大间隙（工程周长的10%弦长）公称横截面面积/mm2理论重量，kg/m公称尺寸允许偏差公称尺寸允许偏差公称尺寸允许偏差公称尺寸允许偏差1615.30.41.50.41.50.80.91.810.00.55.0201.11.581817.31.6+0.5-0.41.61.02.010.05.6254.52.002019.30.41.70.51.71.22.010.00.86.2314.22.472221
29、.31.90.61.90.91.32.510.56.8380.12.982524.22.12.11.52.512.57.7490.93.852827.20.42.22.21.73.012.51.08.6615.84.833231.02.4+0.8-0.72.41.11.93.014.09.9804.26.313坯料选择和金属平衡表3.1 坯料选择 正确选择坯料对轧钢生产具有重要影响。坯料选择合理，不仅可使钢材质量得到保证，而且可使轧机生产能力得以发挥，金属收得率也能提高。 坯料选择的内容是正确地确定坯料的种类、断面形状及其尺寸大小。坯料的选择是个复杂的问题，它受许多因素的影响和限制。选择坯料时
30、要全面考虑生产需要和客观肯恩格之间的相互关系，综合分析各种因素的影响，这样才能取得良好的技术经济效果。根据设计任务的要求，在本设计中选用20MnSi。碳素结构钢占棒材总产量70%以上，碳、硅、锰、硫、磷是碳素结构钢中的五大元素，碳、锰是钢中的主要强化元素，它具有良好的焊接工艺性能，用量比较大，生产的厂家也不少比较适合本设计任务。综上，在本设计中就用20MnSi钢作为坯料钢种。目前，轧钢生产用坯有三种：即用连铸坯、用钢锭轧制成的坯、用钢锭直接轧制成材。与其它两种相比，连铸坯的特点：金属收得率可提高612；每吨钢大概可节约热能14万卡；降低产品成本可达10；金属压力加工车间设计表4-1，选用连铸方
31、坯对轧制生产来说有很多优点，它可以减少金属消耗量，成材率高，生产过程简化，节能耗，降成本，生产规模设置灵活，还可以节省劳动力，改善劳动条件，连铸坯是当今行业的发展趋势；同时现在国内外轧合金钢的轧机也主要是以连铸坯为原料，所以在本设计中就选用连铸方坯为原料。由于连铸坯有这些特点，根据本车间的设计要求，选择优质连铸坯。根据成品的断面尺寸、工艺安排及设计产量的，我们将连铸坯的尺寸选为150mm150mm10000mm。3.2 金属平衡表金属消耗是轧钢生产中最重要的消耗，因此，降低金属消耗对节约金属、降低成本有重要的意义。根据本设计的特点，确定金属消耗有以下几部分组成：（1）氧化和烧损 即金属在高温状
32、态下的氧化损失，本设计取1%；（2）切损 包括切头、切尾、切边河由于局部质量不合格而必须切除所造成的金属损失，本设计中取1.0%；（3）轧废 轧废是由于操作不当、管理不善或者出现事故所造成的废品损失，本设计中取1.0%；以上各项均参照八一钢厂型钢生产线取的经验值，具体金属平衡表见表3.1。表3.1 金属平衡表金属平衡表锭坯成品烧损切损和轧废检验废品年产量（万t）62.5600.941.250.31比例（%）100961.520.54 制定生产工艺流程4.1 生产工艺的制定4.1.1 制定生产工艺的原则工艺流程就是把产品的生产工序排列起来。 正确制定工艺过程是轧钢车间工艺设计的重要内容，它直接关
33、系到整个设计能否满足设计任务书的要求。制定轧钢生产工艺过程的首要目的是为了获得质量符合要求的产品，其次要在保证质量的基础上追求轧机的高产量，并能做到降低各种原料、材料消耗。因此，正确制定产品工艺过程，对于工艺过程合理化，对于充分发挥轧机作用具有重要意义。优质、高产、低消耗时指定产品工艺过程的总要求。根据已制定的生产方案，在充分完成产品产量质量要求的前提条件下，用最大可能的低消耗、最少的设备、最小的车间面积、最低的劳动成本，并有利于产品的质量的提高和发展，有较好的劳动条件，最好的经济效益，具体的原则如下： 由于产品的产量、品种、规格及质量的不同，所采用的生产方案就不同，那么主要工序就有很大差距。
34、因此生产方案是编制生产工艺流程的依据。根据产品的质量要求 通常在产品标准中规定了钢材各种规格，技术条件、产品性能检验等内容。但技术要求则是其主要方面，它对产品的质量要求，即它对产品的几何形状与尺寸精确度、钢组织与性能以及表面质量都作出了明确的规定，显然，产品的技术要求是制定工艺过程的首要依据。为了满足产品技术条件要求，就要有相应的工序给予保证。因此，满足产品标准要求是设计生产工艺流程的基础。生产规模大小 由于车间生产规模不同，所要求的工艺过程复杂程度也不同。在生产同一产品情况下，生产规模越大的车间，其工艺过程也越复杂。应此，设计时生产率的要求是设计工艺过程的出发点。产品成本成品是生产效果的综合
35、反映，是各种因素影响的结果。一般钢的加工工艺性能愈差，产品的技术要求愈高，其生产工艺过程就愈复杂，生产过程中金属、燃料、电力、劳动力等各种消耗也愈高，产品成本必然会相应提高。反之，则产品成本下降。成本的高低在一定程度上也是工艺过程是否合理的反映。当然，成本还与产量大小、生产技术水平等其它因素有关的。工人的劳动条件 工艺过程中采用的工序必须保证生产安全，不危及劳动者的身体健康，不造成环境污染。否则，应采取妥善的防护措施。4.1.2 生产工艺流程图生产工艺流程见图4.1。4.1.3 轧制方案制定由于本车间的设计产量较高，而产品规格又较小，所以采用全连轧生产。粗轧开坯吊车上料坯料上料台架入炉加热出钢
36、热剪切头精轧飞剪切头冷床冷却检查收集卸车、过磅、入库打捆、过磅、入库切定尺飞剪切倍尺穿水冷却中轧图4.1 生产工艺流程图4.2 生产工艺过程4.2.1 坯料表面预处理表面缺陷清理连铸坯表面存在各种缺陷（如结疤、折叠、裂纹、皮下气泡等），如不在轧制前加以清理去除，会在轧制过程延伸、扩大，轻者造成钢材应力集中和腐蚀的起点，使材料强度和耐腐蚀能力降低，严重的影响金属在轧制时的塑性和成型，造成废品。所以坯料表面缺陷清理是提高钢材合格率，保证钢清理和火焰清理的方法。清理表面常用的方法有：火焰清理、风铲清理、砂轮清理和机床清理。根据港中、缺陷的性质与状态、产品质量的要求不同，而采取的清理方法也不同。一般碳
37、素钢及部分合金钢的局部处理采用人工火焰清理；碳钢和部分合金钢的大面积剥皮采用机械火焰清理。各种清理方法中，费用比较砂轮清理是风铲清理的3倍，二机床与火焰清理费用是风铲清理的1/2。表面氧化铁皮清除 氧化铁皮清除的目的在于暴露表面缺陷便于检查、光洁表面和减少下道工具的磨损。 清除表面氧化铁皮的方法有机械法和化学法两类。对连铸坯，一般采用化学法清理。对金属进行酸洗或碱洗属于化学法清除。其中酸洗是最常用的去除氧化铁皮的方法。4.2.2 坯料加热对于热轧型钢来说，轧前加热的目的是提高钢的塑性以降低刚在热轧时的变形抗力，降低轧制压力，是坯料内外温度均匀，减少坯料表面和心部的温度差，以避免由于温度应力过大
38、而造成的严重缺陷，改善坯料的组织状态，形成均匀的奥氏体组织，消除偏析等。 现代化棒、线材轧制速度很高，轧制中温降很小，甚至还出现温度升高现象，所以棒、线材加热温度较低。正确的选择轧钢加热设备，制定合适的加热工艺制度对提高车间生产能力，改善产品质量有重要影响。相反，加热设备选择不当，加热制度制定不妥，可能引起钢的氧化、脱碳、过热、过烧等缺陷，给轧钢生产带来严重后果。因此根据本车间的产量大等原因，选择步进梁式加热炉。 坯料加热工序设计主要考虑：加热速度、加热时间、加热温度等方面。 加热速度 钢的加热速度指在单位时间内钢的温度的变化。加热速度应根据某温度范围内金属的塑性和导热性来确定。一般坯料加热可
39、分为两个时期，第一个时期是在低温加热时间。这个时期由于金属导热性和塑性较差，容易造成金属内外层温差过大而导致热应力过大，很容易造成裂纹缺陷，特别合金钢塑性和导热性较差，此时要慢速加热。但一般的碳素钢和低合金钢在低温导热性和塑性较好，就没必要采取过低的速度。第二个时期是指高温加热时期即金属加热到700800以后，这时金属的导热性和塑性显著提高，可采取快速加热。加热时间 加热时间是指金属装炉后加热到加工要求温度所需要的时间。加热时间长短不仅影响炉子产量，也影响钢材质量。所以合理确定加热时间对实现正确加热、提高炉子产量、保证加热质量和改善炉子的各种技术经济指标具有重要意义。 加热时间与钢种、坯料尺寸
40、和形状、钢料在炉子摆法、炉型结构以及装炉温度等因素有关。确定加热时间除进行理论计算外，还可根据生产实践进行估算的方法。实际上运用经验公式和实际资料是当前设计中确定加热时间常用的方法。 连续式加热炉的加热时间计算的估算公式： 式中，T 加热时间，（h）； B 钢料厚度，（cm）； K1 考虑钢的化学成分和其他因素影响的修正系数。对于连续式加热炉K1值可查表4.1。表4.1 各钢种的影响修正系数K1值钢 种K1 值低碳钢0.100.15中碳钢及低合金钢0.150.20粗轧机组轧制加热温度钢的加热温度是指在钢加热终了时出炉的表面温度。钢加热的主要目的是为加工变形提供条件，因此，一般加热温度越高，则加
41、工条件愈好。但是温度过高又会产生过热、过烧、氧化铁皮增多、甚至发生熔化等加热缺陷，因此钢的加热温度有一个“上限”；另一方面，根据对金属加工的工艺要求，希望金属在加工完了时能保持在一定的温度上，以期得到理想的内部组织和性能，并保证轧制的顺利进行；所以加热温度又有一个“下限”。钢的加热温度范围主要是根据钢的性质、化学成分和压力加工工艺要求来确定的。根据合金相图、塑性涂及再结晶图即所谓“三图”定温的原则确定加热温度。根据钢的性质、化学成分和压力加工工艺要求来确定加热温度。一般低碳钢温度范围较大，高碳钢和低合金钢温度范围较小，特别是低合金钢，加热温度要严格控制。依上述原则，确定钢坯的加热温度见表4.2
42、。 表4.2 计算产品（20MnSi）的时间和加热温度牌号坯料尺寸(mm)加热时间(h)加热温度（）20MnSi150150100002.2510504.2.3 钢材的轧制钢的轧制是整个工艺过程的核心，从工艺设计角度来说，它包括几个方面的内容：制定变形规程、速度规程和温度规程。变形规程在既定的轧制条件下（工艺、设备条件），完成由坯料到成品的变形过程谓之变形规程。变形规程的主要内容时确定总的变形量和道次变形量。变形量的分配是个重要参数，它是选择轧机设备、进行工具设计（孔型设计、辊型设计）的重要依据，对轧机产量、产品质量起着决定性作用。确定变形量的大小和分配要进行综合的分析和比较。根据金属的加工性
43、能，电机能力、设备强度、咬入条件以及工具形状等许多影响因素，一般都是在保证产品质量和机械安全的前提下，尽可能的选用较大变形量，以缩短轧制过程，提高轧机产量。 速度规程选择轧制速度或确定各道次的轧制速度是速度制度的主要内容。提高轧制速度时现代轧机提高生产率的主要途径之一。沿道次实现轧制速度的变化是一些轧机（如初轧机、连轧机）速度规程的主要内容，这些轧机每道次速度的变化是通过传动轧机的主电机的速度变化而实现的，目前从技术上实现轧机主传动调速有三种方法：直流驱动、串级调速、差动调速。本棒材轧机车间内的轧机都采用直流单独传动。按连轧常数分配各道次速度，出口速度最大为13m/s. 温度规程温度规程规定了
44、轧制时的温度区间，及主要决定轧制时轧件的开轧温度和终轧温度。一般确定钢加工时的温度规程要根据钢种特性及其相图来确定。通常在设计和生产过程中，开轧温根据钢料的出炉温度以保证必须的终轧温度为依据；而终轧温度主要考虑保证产品的组织与性能，保证产品的质量，主要与钢种有关。总起来看在确定温度制度时要考虑下面几点：根据钢的化学成分和特性，选择在某一温度下金属具有最好的塑性条件；在某温度下加工，金属具有最小的变形抗力，以减少轧制时的能量消耗；考虑轧件能顺利的咬入轧辊，考虑轧辊有较少的磨损；获得轧后成品有细小的晶粒，使成品具有理想的组织和良好的机械性能；考虑在此温度范围加工，钢的内部组织情况，不允许钢中碳化物成粗大的网状分布，也不允许铁素体与珠光体成粗大的带状分布；考虑到加工的温度范围对轧件头部和尾部温度差的
