新建年产35万吨高速连续式棒材车间

摘　　要

本设计根据任务书的要求，新建年产35万吨高速连续棒材车间。产品规格为φ8～φ22mm圆钢和φ8～φ22mm螺纹钢,原料为无缺陷连铸坯。可生产钢种为普碳钢、优质钢和低合金钢。其中，主要设计产品为φ10mm螺纹钢。

设计的主要流程为：车间产品大纲、原料的确定、金属平衡、设计方案的确定、工艺流程的确定、孔型设计与轧制程序表、设备强度与电机能力校核、车间工作制度和年工作小时的确定、轧机组成和型式及其生产能力计算、主要辅助设备及其生产能力计算、车间品面布置及起重运输的确定、主要经济技术指标的确定。

设计主要附件内容为：孔型图、轧制力能参数、轧辊强度校核、主电机能力校核等计算程序、工艺平面布置图。

关键词: 高速棒材 车间设计 连轧

Design a high speed continuously bar rolling plant with

annual output of 350,000t

Abstract

According to the requirements of the project, this design is based on new annual capacity of 350000 tons of high-speed continuous bar rolling workshop.The product specification is φ 8 ~ φ 22 mm round steel and φ 8 ~ φ 22 mm rebar, raw materials for the continuous casting slab without defect.It can produce various kinds of carbon-steel, high-quality steel and low alloy steel. Among them, the main design products is φ 10 mm rebar.

The design of the main process is: workshop products outline, ensurance of raw materials, metal balance, determine the determination of design scheme, technological process, determine the groove design and rolling table, equipment strength and motor ability check, workshop work system and ensurance of annual working hours , rolling mill composition and type and its production capacity calculation, main auxiliary equipment and production capacity calculation, workshop product surface arrangement and lifting transportation determination, main technical and economic indexes determination.Design main accessories content is: holed figure, rolling force can parameters, roll strength check, the main motor ability check calculation program, process the floor plan.

Key Words: High speed bar Work shop design Continuous rolling

概 述

1.我国棒材生产现状

近些年来，随着我国经济的快速发展，各个行业对钢材的需求大大增加，从而促进了我国钢铁业的发展，目前我国钢产量居世界第一位。作为钢材的一种特殊产品棒材也得到快速发展。现在竞争日益激烈，人们对产品质量要求越来越高。使得棒材生产技术不断更新，棒材生产轧制逐步实现高速连续化、自动化和现代化。

我国棒材轧机的总数装备和生产能力技术已经达到国际先进水平，并具有以下特点：

（1）新建轧机大多是18～24架，本设计采用24架分粗、一中、二中、精轧机组，每组分别为：6、6、4、8架，平立交替布置，实现高速连续轧制。采用步进式加热炉，全数字式直流传动系统。

（2）无头轧制和连铸坯热装热送使用力度大，使用技术也比较成熟。

（3）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低于世界先进水平。这些技术包括：

a)棒材自由规格剪定径技术。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。

b)棒材高精度轧制技术。

c)多钢种、小批量棒材的市场开发。

d)专用小型材的市场开发。

小型、棒材轧制技术的发展方向：

1.1高速轧制:经济学家从成本构成角度分析指出，如果轧制速度提高1倍，虽然设备造价也提高1倍，但冶金企业仍会因人工投入的相对减少而赢利。提高速度需要更多投入，用经济法则可权衡在某一时期或许会有暂时的最高经济速度，但“高速轧制”无疑是小型轧机发展中的追求。

1.2连续轧制:通过对各种小型、棒材轧机诸多布置形式和工艺特点比较后，得出横列式、顺列式、半连续式都不如连续式更能适应轧制要求。连续式不仅轧制时间短，而且可以减少轧件头尾温差，理论上可以实现各机架的恒温轧制，从而在工艺上取消了对坯料重量的限制，这是横列式、顺列式、半连续式布置做不到的。连续式轧机操作最简单，用人最少，轧机效率最高。

1.3无头轧制:20世纪50年代就开展了多方面研究，如薄板坯连铸连轧。然而小型材的无头轧制还有很多技术问题，就目前看钢铁生产还难以实现无头轧制。

1.4运用控轧控冷工艺:采用控轧控冷工艺不仅可以简化工序，减少离线作业，还可以节约合金用量，用控制金属组织转变的办法开发性能优异的新产品。

2. 新建年产35万吨高速连续式棒材车间设计

主要产品：Φ8～Φ22mm圆钢，Φ8～Φ22mm螺纹钢。

主要钢种：普通碳素结构钢、低合金结构钢、优质碳素结构钢；

设计产品：Φ10mm螺纹钢.

3.设计中采用的新技术、新工艺：

a)连铸坯热装热送；

b)穿水冷却技术；

c)预留无头轧制；

d)微张力轧制；

e)成品飞剪优化剪切技术；

f)低温轧制技术；

由于编者技术有限或由于不慎设计中难免存在错误和不足之处，请读者谅解并不吝赐教。

1 产品方案及金属平衡

1.1产品大纲

设计年产量：35万吨

产品规格：Φ8～Φ22圆钢和螺纹钢

钢种：普通碳素结构钢，优质碳素结构钢，低合金结构钢

坯料：140×140×12000连铸坯

单重：1788㎏

设计产品：Φ10㎜螺纹钢

▓ 产品方案

车间年生产各种规格的圆钢、螺纹钢共计3.5×104t。主要材质为普通碳素结构钢、低合金结构钢、优质碳素结构钢。产品方案见表1-1：

表1-1 产品方案

注：其中热轧光面圆钢占总产量的25%，热轧螺纹钢筋占总产量的75% 。

1.2产品质量标准

1.2.1圆钢质量标准及技术条件

1)执行标准：GB/T700-88、GB/T702-86 和 GB13013-91；

2)圆度: 不超过直径公差的50%；

3)弯曲：每米不超过4mm，总弯曲度不超过棒材全长的0.4%；

4)定尺长度6 ～ 12 m；

5)定尺长度误差：+50 mm；直径公差：±0.25；

允许短尺不短于3.5 m，其数量不超过定货量的3%。

1.2.2螺纹钢质量标准及技术条件

▓执行标准：GB1499-98和GB13014-91；

1）横肋与钢筋轴线的夹角β不应小于45°，当该夹角不大于70°时，钢筋相对两面上的方向应相反；

2）横肋间距l不得大于钢筋公称直径的0.7倍；

3）横肋侧面与钢筋表面的夹角α不得小于45°；

4）钢筋相对两面上横肋末端之间的间隙（包括纵肋宽度）总和不应大于钢筋公称周长的20%；

5）对于Ⅱ、Ⅲ级带肋钢筋，当公称直径不大于12mm时，相对肋面积不应小于0.055；公称直径为14mm和16mm时，相对肋面积不应小于0.066；公称直径大于16mm时，相对肋面积不应小于0.065；

6）钢筋按直条交货时，起通常长度为3.5～12m，其中长度为3.5m至小于6m之间的钢筋不得超过每批重量的3%；

7）长度允许偏差不应大于＋50mm；

8）钢筋每米弯曲度不应大于4mm，总弯曲度不大于钢筋总长度的0.4%；

9）重量允许偏差±0.5%。

1.2.3定尺长度及公差

▓定尺长度：6～12m 允许偏差：0～50mm

其它产品参照有关国家标准

1.3原料选择

▓本车间使用的原料为连铸坯，由连铸车间供应。

1.3.1 连铸坯特点

1）产品成本低；

2）产品成材率高，可提高8～12%；

3）基建投资少；

4）劳动条件好；

5）同轧制坯相比，形状好、短尺少、成分均匀；

6）可一次加热轧制成材；

7）节能效果显著，可降低能耗35～45%；

8）用连铸坯轧制可提高产品的表面和内在质量。

1.3.2连铸坯技术要求

▓执行标准：YB2011-83

(1)连铸坯每米弯曲度不得大于20mm，总弯曲度不得大于总长度的2%；

(2)剪切斜度：连铸坯端部因剪切而造成的局部宽展不得大于边长的10%；

(3)扭转：不得有明显扭转；

(4)表面不得有肉眼可见的裂纹、重叠、翻皮、结疤、夹杂、深度或高度大于3mm的划痕、压痕、擦伤、气孔、冷溅、耳子、凸块、凹块和深度大于2mm的发纹。连铸坯横截面不得有缩孔、皮下气泡；

(5)连铸坯允许有鼓胀，但高度不得超过连铸坯边长的允许正偏差；

(6)连铸坯表面不应有的缺陷必须清除。应沿纵向清除，清除处应圆滑无棱角。清除宽度不得小于深度的6倍，长度不得小于深度的8倍。清除尺寸自实际尺寸算起，单面清除深度不得大于连铸坯厚度的10%，两相对面清除深度之和不得大于厚度的15%；

(7)表面脱碳：允许数值取决于产品的最终用途；

(8)内部缺陷：连铸坯应无内部裂纹、气孔和缩孔、硫化物和碳化物偏析及夹杂物必须分布均匀；

(9)化学成分及偏析：整个坯料的化学成份（除去脱碳区），应在相应的国标偏差范围内，偏析不允许扩展成大的不均匀带；

(10) 非金属夹杂物：非金属夹杂物必须分布在断面和长度方向上。

连铸坯的化学成分按GB222—84、GB699—88、GB1591—79的规定。

1.3.3连铸坯规格

▓目前小型型钢车间的坯料断面多为90×90mm～150×150mm，也有大于160×160mm的，大于160×160mm的比较少，坯料重量为1.5～2.0t，有的甚至重达2.5～3.0t，合金钢使用的连铸坯断面为160×160mm～240×240mm；以160×160mm～200×200mm用的最多。

如果连铸坯断面尺寸过小（如小于110×110mm～120×120mm），将影响连铸机的效率和质量；如果连铸坯断面过大，又会增加轧制道次增加轧机的变形功，同样也是不合理的。因此，连铸坯断面限定在一个合理的范围内，目前国际上棒材轧机所使用的坯料在120×120mm～160×160mm范围之间。

综上所述，本设计选择坯料材质：普通碳素结构钢（代表钢号：Q235A） 低合金结构钢（代表钢号：25MnSi） 优质碳素结构钢（代表钢号：45）。

尺寸： 140×140×1200mm。

单重： 1788 kg。

表1-2 质量标准和技术条件

1.4金属平衡

编制金属平衡表是为了根据设计任务书的要求，参照国内外同类企业或车间所达到的先进指标，并且结合本设计车间的具体情况确定出完成年计划产量所需要的连铸坯量。

▓金属平衡见表1-3

表1-3 金属平衡

总成材率95.5%，年坯料需求量366666吨。

2 设计方案

2.1轧制方案的选择：

小型轧机种类繁多，连轧机组发展迅猛主要有以下几种形式[13]：

（1）传统连续式轧机特点是：轧制速度高；轧件沿长度方向上温差小；产品尺寸精度高、精度高。连续式轧机一般分粗、中、精轧机组。由于这类轧机在轧制过程中轧件有扭转、翻钢，故轧制速度不高，一般为20～30m/s,年产量20～30万吨。

（2）现代棒材轧机特点是：采用平、立交替式布置全线无扭，同时在粗轧机组采用易操作和换辊机架，中轧机组采用短应力线的高刚度轧机，电气传动采用直流单独传动或交流变频传动，采用微张力和无张力控制，配合于合理孔型设计，使轧制速度提高；产品精度提高；表面质量改善。在设备上，进行机架整体更换和孔型导卫调整，并配合快速换辊装置，使换辊时间缩短到5～10分钟，轧件作业率大大提高。

（3）型、棒材一体化节能轧机，该轧机是当今型、棒材轧机发展重要趋势。这种轧机在生产中具有设备先进、自动化程度高、在一台轧机上可生产质量高的多种产品、金属收得率高、生产率高、周期短、操作人员少等优点。

近年来，由于轧机技术的进步，加上控制技术的完善。连续式小型轧机逐步成为小型轧机的主流，其主要优点如下 ：

1） 轧机速度快，产量高；

2） 轧机紧密排列，间隙时间短，轧件温降小，有利于小规格产品；

3） 由于轧件长度不受机架间距的限制，故在保证轧键首尾温降不超过允许值

的前提下，可尽量增大坯料重量，使轧机产量和金属收得率提高；

4） 连续式轧机便于实现自动化，减轻工人的劳动强度；

5） 产品精度高，高质量的产品，其综合效益也高。

鉴于以上比较，设计采用型、棒材一体化节能轧机。前16架均采用短应力线、轧机采用平立交替布置，实现无扭轧制。粗、中轧机采用微张力轧制；精轧采用摩根机组，以确保产品尺寸精度。

2.2轧机机架确定

机架数目与很多因素有关，主要有：坯料的断面尺寸、生产的品种范围、生产数量的大小、轧机布置型式、投资的多少以及建厂条件等因素。但在其它条件既定的情况下，主要考虑与轧机布置的形式有关。

总延伸系数μΣ按照最小规格φ8mm螺纹钢计算，则：

(式2-1)

式中：Fo——坯料断面面积；

Fn——成品断面面积。

μΣ=Fo/Fn=140×140/（π42）=19600/（50.3）=389.8

按经验取μc=1.29

(式2-2)

得到n=23.4

则n=24

∴取24架轧机

2.3新工艺新技术采用

近年来，随着型钢生产的迅猛发展，产生了很多新工艺、新技术。本设计借鉴同类厂家经验，结合自身特点，采用了部分新工艺、新技术。[7]

2.3.1连铸坯热装热送技术

随着我国炼钢连铸化的普及和连铸技术的迅速发展，在线棒材生产中实现连铸坯热装热送已成为节能降耗的重要措施。

（1）热送热装的分类

按连铸坯装炉温度，可分为下列4种类型：

①直接轧制：高温连铸坯直接送入轧钢加热炉，装炉温度≥950～1000℃，有时采用通道式电感应加热炉加热钢坯，直接轧制需要连铸坯和轧钢紧凑布置，加热炉应有一定的钢坯缓冲能力，以便连铸机和轧钢小时生产能力相匹配；

②高温热装：装炉温度约Ar3～900℃，轧钢车间需紧邻连铸车间，连铸坯通过辊道或保温车送至轧钢加热炉；

③温装：第3种连铸坯装炉温度为Ar1～Ar3，第4种为400℃～Ar1。这两种类型通常连铸车间与轧钢车间距离较远，热连铸坯用保温车运送到轧钢车间。

由于产品规格不同使轧机小时产量变化范围较大，很难与连铸机能力完全匹配；另外，连铸机生产方坯速度较低（如生产150×150mm方坯，拉坯速度在2m/min左右），生产的钢坯温度较低，长坯料则温降更大。因此，在线棒材生产中一般能实现第2～第4类热装工艺。

综上所述，本设计采用高温热装方式进行生产。

（2）工艺的优点

①节能：轧钢加热炉燃料消耗降低40%～67%；

②提高加热炉产量约20%～40%；

③加热时间缩短，表面烧损降低0.3%～0.8%；

④热坯入炉的钢坯质量好，温度均匀，减少生产事故，提高成材率；

⑤降耗：钢坯温度均匀，轧制电耗和其它消耗降低；

⑥减少脱碳；

⑦减少了钢坯库存量。

2.3.2穿水冷却

优点：

（1）提高了产品的力学性能，与合金化强化相比，可大大降低成本；

（2）减少了产品表面二次氧化损失；

（3）穿水冷却后，由于轧件温度低，刚度大，在冷床输入辊道上事故减少，轧件在冷床上冷却时塌腰弯曲减少，可提高成材率和产品质量；

（4）冷床冷却能力提高。

2.3.3预留无头轧制

在坯料出炉辊道与1#粗轧机之间预留有足够的距离，预留无头轧制。此技术具有如下优点：

1）消除了坯料间隔时间，增加了纯轧时间和年产量；

2）所有的上冷床轧件均是定尺，冷却效率提高；

3）轧件不再切头、尾，成材率提高；

4）减少了轧制事故。

2.3.4微张力轧制

第1—16架粗、中轧机间采用微张力轧制，精轧机组采用无张力轧制。

前16架间轧件断面太大，无法形成活套，精轧机组为集体传动，若机架间出现推力会造成轧件失稳、弯曲、堆积等现象，张力过大会造成同一根轧件头中尾的尺寸差，给产品的尺寸精度带来不利

2.3.5成品飞剪优化剪切技术

其目的是保证任何情况下不出现小于最小上冷床长度的尾部短钢，同时获得最大限度的成品定尺率。优化剪切系统再轧制过程中提前测量出当前轧件的总成品长度，再根据预计的尾部长度决定最后一次（或两次）分段剪切的长度设定。

2.3.6低温轧制

低温轧制是将钢坯加热到低于常规的加热温度下进行的轧制。一般开轧温度在950℃～1000℃的轧制就称为低温轧制。其目的是为了大幅度降低坯料加热所消耗的燃料，减少金属烧损。常用的方法有控制开轧温度和既控制开轧温度又控制终轧温度两种，本设计采用控制开轧温度来实现。

优点：

（1）加热工序节省了能耗；

（2）减少了氧化烧损；

（3）减少了轧辊由于热应力引起的疲劳裂纹；

（4）减少了氧化铁皮对轧辊的磨损。

主要运用于普碳钢和低合金钢

3 .生产工艺流程

3.1生产工艺流程框图

▓生产工艺流程框图见表3-1：

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定尺材 非定尺材

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3.2生产工艺流程简述

本设计车间所用连铸坯分热装、冷装两种方式装料。热装时通过辊道从连铸出

坯跨单根送至原料跨，经旋转辊道旋转90 后，由辊道、横移台架送至提升机前

提升至入炉辊道。冷坯由磁盘吊运至冷坯上料台架，经横移台架横移后由提升机提

升至入炉辊道。连铸坯在入炉辊道上称重、测长后送入步进式加热炉。不合格的坯

料从辊道侧边的剔除装置剔除。当轧件因故障、检修、换辊等情况停机时，热坯经

旋转辊道旋转90 后反向运送至热坯回收台架收集。

根据不同钢种的加热制度和加热要求，钢坯加热至950℃～1150℃。按照轧制 节

奏要求，由炉内辊道将加热好的钢坯送到出炉辊道上，送入轧机进行轧制。

在加热炉出口到1#粗轧机之间预留了实现无头轧制的位置，以便安装焊机等设

备，实现无头轧制。

整个轧线共设24架轧机，分粗轧机组、一中轧机组、二中轧机组和精轧机组，

分别由6架、6架、4架短应力线轧机组成，平立交替布置；精轧机组为8架侧交无

扭精轧机组。

整个轧线采用全连续轧制。为保证精轧机组轧件尺寸精确，1#～11#、17#～24#

机架之间采用微张力轧制，11#～17#各架轧机之间设置活套，实现无张力轧制，从

而生产出高质量产品。再粗轧机之后设置一台飞剪可对轧件进行切头、尾和事故碎

断。再一中轧机组后预留一台飞剪位置。精轧机前设有卡断剪、飞剪、事故碎断一

台，用于对轧件进行切头、事故碎断和剪切，以便于轧件顺利咬入轧机及事故处理。

此外，在1#轧机入口处设一台卡断剪。根据生产不同的产品，钢坯在轧机中轧制

18～24道次。为确保生产高精度的产品，所有产品均从精轧机组中轧出。

生产Φ8㎜成品时，保证轧制速度为35m/s，最大设计轧制速度为40 m/s。

为提高产品机械性能，在精轧机组前后各设一组水箱，前者用于控制轧件进精

轧机组的温度，后者通过在线热处理的方法提高产品性能。

精轧机组生产出来的各种规格的棒材，经过水冷装置进行在线冷却后送至成品

倍尺飞剪分段剪切。

分段剪切成倍尺的棒材经夹尾机夹尾减速，由高速上钢装置抛入步进尺条式冷

床。倍尺棒材在冷床上矫直冷却并经冷床出口侧的一组齐头辊道对齐端部后，由设

在冷床出口侧的一套卸钢装置成排收集卸钢。冷床输出辊道将成排棒材送至固定冷

剪，由固定冷剪进行6.0～12.0m定尺剪切。少量短尺棒材在短尺收集处人工收集。

剪后定尺棒材由辊道和平托移钢机送至检查计数台架，在此进行移钢、检查和人工

计数。合格的定尺棒材被收集，再由气动打捆机首动打捆。

打捆后的棒材经辊道送至链式移钢收集台架上，进行称重、标牌、移钢并集捆，

再由吊车吊运至成品跨入库堆放，按合同计划发货。

剪切下的头、尾经溜槽落入收集筐中，其它轧制废品用火焰切割成小段装入收

集筐中，用叉车将收集筐中的废钢运至指定地点堆放，定期外运。

落入铁皮沟中的氧化铁皮经水冲至旋流沉淀池，定期用抓斗抓入滤水池，滤干

后运出厂外。

4 车间年工作制度和年工作小时

4.1年工作时间表

根据车间生产特点，考虑员工自身作息需要，车间三班连续工作制，节假日公休日不休息，检修时间每周安排一班检修。具体安排如下表4-1：

表4-1 年工作时间表

说明：

（1）其中大、中修每年一次，每次25天，小修每周一次，每次8小时。

（2）交接班时间包括事故、停电等不可预知因素。

4.2轧机年工作小时分析

4.2.1日历作业率

日历作业率指校核轧钢企业日历时间利用程度的指标，其值越高，轧机产量越高。

计算公式：

日历作业率=实际工作时间/（日历时间-计划大、中修时间）×100%

本车间作业率=5400/（8760-600）×100%

=66.2%

4.2.2有效作业率

为了便于分析研究和对比观察同类型轧机作业率，有效作业率是校核轧机实际生产作业水平又一依据。

计算公式：

有效作业率=实际工作时间/计划工作时间×100%

=5400/7200×100%=75.0

5 轧机组成、型式及生产能力计算

5.1轧机组成、型式

粗轧机组、一中轧机组、二中轧机组分别有6架、6架、4架平立交替布置的无牌坊高刚度短应力线轧机，轧制线固定，单独传动，四个轴承座由拉杆组成轧机本体，轴承座设有自动就位装置。轧辊轴承为四列短圆柱轴承，平衡采用弹簧平衡，该弹簧平衡与传统的弹簧平衡结构完全不同，短应力线轧机的弹簧平衡力和轧缝变化无关，一组弹簧平衡上辊，另一组弹簧平衡下辊（仅用于消除间隙），不管轧机辊缝如何变化，都能保证有足够的平衡力，从而保证平稳过钢。辊缝对称调节采用蜗轮蜗杆直接带丝杆螺母。采用内藏式轴向调节机构，蜗杆-齿轮-前后双螺纹结构。轧机本体由四只快开螺栓连接在底座上。换辊时仅带走轧机本体，底座不动。无牌坊短应力线轧机，其优点如下：

轧机应力线短，刚性好，轧件尺寸精度高；

轴承座为浮动机构，承载均匀，寿命长；

采用四列短圆柱轴承，承受能力高

设有止推轴承承受轴向力，并设有螺纹间隙消除机构，可进行轴向精密调整；

轴承座采用新型弹簧平衡，消除间隙；

水平和立式机架可以互换，减少备件；

轧辊辊缝对称调节，轧制线固定，操作方便，提高作业率；

立式轧机采用上传动，避免冷却水和氧化铁皮进入传动系统；

更换轧辊（机架）、调整孔型方便，水平轧机采用液压缸，立式轧机使用升降机构，安全可靠；

机架采用整体更换，减少换辊时间，轧辊拆装采用专用工具在轧辊间进行，操作简单方便。

8机架側交无扭精轧机组，辊环材质为碳化钨。选用一台交流变频调速主电机，通过增速齿轮箱，传动精轧机组。

详细参数见表5-1

表5-1 轧机技术性能参数表

5.2轧辊主要参数

5.2.1轧辊尺寸确定

轧辊的主要尺寸就工艺设计来说定轧辊身长度和辊身直径在确定轧辊主要尺寸时，要考虑到轧制时轧辊的抗弯强度和其耐磨性，以保证轧辊的安全和轧制产品的精确度。

在确定轧辊直径时必须注意不同情况下咬入角的允许值和压下量与辊径之间的比值，以保证轧机顺利咬入。另外，还要考虑到接轴的传动情况和轧辊最大限度的使用效率，以节省轧辊储备和消耗，并减少换辊时间。

（1）轧辊直径D的确定[12]

由

(式5-1)

式中：D—轧辊直径,;mm

K—系数，K=2.9~5；

H—坯料高度，H=140mm

根据经验取：

粗轧机组：1#～6#，D=610mm

中轧机组：7#～16#，D=420mm

精轧机组：17#～18#，D=210.5mm，19#～24#，D=158.75mm

（2）轧身长度的确定:

(式5-2)

式中：L—辊身长，mm;

K—─系数，取K=1.5～2.5;

D─轧辊直径，mm。

据经验取：

粗轧机组：1#～6#，L＝760mm

中轧机组:7#～16#，L＝650mm

精轧机组：17#～18#，L＝72㎜，19#～24#，L＝62㎜

(3)辊颈尺寸的确定

辊颈直径：

d/D=0.5～0.53 (式5-3)

式中：d—辊径直径，mm;

D—轧辊直径，mm.

据经验：

粗轧机组：1#～6#，d=390mm

中轧机组：7#～16#， d=220

精轧机组：17#～18#， d=90mm，：19#～24#， d=60mm

辊颈长度：

l/d=0.83～1.0 (式5-4)

粗轧机组：1#～6#，l=390mm

中轧机组：7#～16#，l=240mm

精轧机组：17#～18#，l=90mm，19#～24#，l=60mm

轧辊参数见表5—1

表5—2 轧辊参数

5.2.2其它相关项目确定

5.2.2.1轧辊材质选择

轧钢车间根据轧机型式、用途和轧制条件的不同，对轧辊的具体要求也有很大的差别。

一般而言，轧辊的材质要满足一定的强度和硬度要求，对小型型钢轧机的粗轧机来讲，着重要求轧辊具有足够的强度和较大的摩擦，以满足较大的压下量和咬入条件的要求，同时还要考虑经济因素。中、精轧机要求轧辊具有较高的表面硬度，使孔型耐磨，使用寿命长，换辊次数少。型钢轧辊受力较大且具有冲击载荷，应具有足够的强度，而辊面硬度可放在其次考虑。成品机架对成品的公差要求严格，要求轧辊具有较高的硬度和耐磨度。

轧辊可选用钢和铸铁两种材质，因型钢轧制时温度较高，用钢轧辊易粘连，破坏产品质量，而铸铁轧辊不易发生粘连，且能满足设计要求，较经济，故本设计所选材质均为球墨铸铁。

5.2.2.2轴承选择

轧辊轴承的主要类型有滚动和滑动两种。滚动轴承刚性大，摩擦系数小，但其径向尺寸受到限制；滑动轴承具有良好的高速运转性能，摩擦很小，但其制动和安装精度高，成本高，一般用在板带轧机上。综上所述，本设计选用四列圆柱滚子轴承，其径向载荷由圆柱滚子承担，轴向载荷由止推轴承承受，轴承座是滚动的。

5.3轧机生产能力计算

5.3.1连续式轧机轧制工作图表.

一、基本参数含义

（1）纯轧时间（Tzh）：轧件通过轧辊的时间。

由公式 ：

(式5-5)

确定纯轧时间

式中: ln—轧件在第n架轧机上所轧出的长度；

υn—轧件在第n架轧机上的出口速度；

（2）间隔时间（Tj）：轧件从前一道抛出到后一道咬入之间停留的时间。

(式5-6)

式中：υn—轧件在第n-1架轧机上的出口速度；

ln´—机架（机组）间的距离；

（3）间隙时间（Δt）：在同一机架上，前一根轧件轧制完到后一根轧件咬入之间的间隔时间；本设计取Δt=5s。

（4）轧制节奏时间T：第一根轧件咬入到第二根轧件咬入之间的间隔时间。

[12] (式5-7)

（5）轧制总延续时间（Tz）：一根轧件从第一道咬入到最后一道抛出所经历的全部时间。

(式5-8)

式中：∑Tj—各道次之间的间隙时间总和。

二、轧制工作图表：

5.3.2轧机生产能力分析、计算

（1）按坯料计算的理论小时产量（t/h）

(式5-9)

式中： Q—单根坯料重量，t；

T—轧制节奏时间，s；

（2）按坯料计算的实际小时产量（t/h）

(式5-10)

式中： K1—轧机利用系数；

（3）按成品计算的实际小时产量，t/h

(式5-11)

式中： b—成品率，%；

轧机生产能力计算见表5—2:

表5-3 轧机生产能力及年实际轧制小时

按表5—2的计算，生产35×104t的成品，年需纯轧时间4665小时，

轧机负荷率=年需纯轧时间/全年计划工作时间×100%

=4665/5400×100%=86.4%

5.3.3轧制程序表

表5-4 代表产品10螺纹钢轧制程序

6 轧制工艺参数设定

6.1 代表产品设计

本设计以Ф10的螺纹钢为代表产品进行设计

6.1.1孔型系统的选择

圆钢及螺纹钢的孔型系统一般由延伸孔型系统和精轧孔型系统两部分组成延伸孔型的作用是压缩轧件断面，为成品孔型系统提供合适的红坯。它对钢材轧制的产量、质量有很大的影响，但对产品最后的形状尺寸影响不大。常用的延伸孔型系统一般有箱形、菱—方、菱—菱、椭—方、六角—方、椭圆—圆、椭圆——立椭圆等,；精轧孔型系统一般是椭圆—圆孔型系统

本设计采用箱形孔型、椭圆—圆孔型系统。

6．1.1.1箱形孔型系统：

优点：

（1） 用改变辊缝的方法可以轧制多种尺寸不同的轧件，共用形好，这样可减

少孔型数量，减少换孔或换辊次数，提高轧机的作业率。

（2） 在轧件整个宽度上变形均匀，因此孔型磨损均匀且变形能耗少。

（3） 轧件侧表面的氧化铁皮易于脱落，这对于改善轧件表面质量有益。

（4） 与相等断面面积的其他孔型相比，箱型孔型在轧辊上的切槽浅，轧辊强度高，故允许采用较大的道次变形量。

（5） 轧件断面温降较均匀。

缺点：

（1） 由于箱形孔型的结构特点，难以从箱形孔型轧出几何形状精确的轧件。

（2） 轧件在孔型中只能受两个方向的压缩，故轧件侧表面不易平直，甚至出

现皱纹。

6.1.1.2椭圆—圆孔型系统:

优点：[11]

（1）孔型形状能使轧件从一种断面平滑的过渡到另一种断面，从而避免由于剧烈不均匀变形而产生的局部应力。

（2）孔型中轧出的轧件断面圆滑无棱、冷却均匀，从而消除了因断面温度分布不均而引起轧制裂纹的因素。

（3）孔型形状有利于去除轧件表面氧化铁皮，改善轧件的表面质量。

（4）需要时可在延伸孔型中生产成品圆钢，从而减少换辊。

缺点：[11]

(1)延伸系数小。通常延伸系数不超过1.15～1.40，使轧制道次增加。

(2)变形不太均匀，但比椭圆—方孔型要好一些。

(3)轧件在圆孔型中稳定性差，需要借助于导卫装置来提高轧件在孔型中的稳定性，因而对导卫装置的设计、安装及调整要求严格。

圆孔型对来料尺寸波动适应能力差，容易出耳子，故对调整要求高。

6.1.2轧制道次n确定

以代表产品为Φ10的螺纹钢为例。

坯料断面积140×140mm2,成品断面积78.5mm2。

μΣ==1402/78.5=19600/78.5=249.68 (式6-1)

式中：Fp—红坯断面面积，mm2;

Fc—成品断面面积，mm2;

n==21.8 （式6-2）

取轧制道次为22

6.1.3孔型系统有关尺寸确定

6.1.3.1箱形孔（K21～K22）的设计

孔型高度h，其直等于轧后轧件的高度。

凸度f，采用凸度的目的是为了使轧件在辊道上行进时稳定；也使轧件进入下一个孔型时状态稳定避免轧件左右倾倒，同时也给轧件翻钢后在下一个孔型中轧制时多留一些展宽的余量，以防止轧件出“耳子”。

在初轧机上f值一般取5～10 mm；本设计取 f= 8 mm

孔型槽底宽度bk ， bk= B - (0～6), mm

式中：B—来料的宽度，mm

孔型槽口宽度Bk,, Bk= b + △, mm

式中：b—出孔型时的轧件宽度，mm

△—宽展余量，一般取5～12mm，本设计取10mm

内外圆角半径R和r, R= (0.1～0.2)h; mm

r= (0.05～0.15)h, mm

式中：h—孔型高度，mm

表6-1 K19～K20孔型尺寸

6.1.3.2椭圆孔—圆孔（K2～K20）的设计

K3到K20延伸系数为：

μ20=1.37 μ19=1.28

μ18 =1.35 μ17=1.30

μ16=1.35 μ15=1.30

μ14=1.39 μ13=1.31

μ12=1.30 μ11=1.30

μ10=1.32 μ9=1.24

μ8=1.22 μ7=1.21

μ6=1.22 μ5=1.22

μ4=1.22 μ3=1.22

K2孔面近似积s=11490mm2故圆孔K4、K6、K8、K10、K12、K14、K16、K18、K20的面积可知：

F4=6552mm2 F6=3733mm2 F8=2127mm2 F10=1168mm2

F12=670mm2 F14=419mm2 F16=277mm2 F18=188mm2

F20=126mm2

辊缝： s=(0.10～0.15)d mm

外圆角半径： r=(0.2～0.3)h mm

内圆半径： R=d/2 mm

轧件断面积： F=(0.98～0.99)d2π/4 mm2

又由经验公式知：椭圆孔高 hi=(0.8～0.95)Di-1,

宽 bi=(1.35～1.5)Di-1

辊缝：s=(0.20～0.3)h

外圆角半径：r=(0.08～0.12)Bk

内圆半径： R= (式6-3)

轧件断面积： F= (式6-4)

表6-2 K2～K18孔型尺寸

6.1.3.3成品前孔（K2）设计

表6-3椭圆孔型尺寸hk和Bk与D和d的关系

按最小圆钢直径d确定孔型高度为：

hk= (0.75～0.88)d = 0.82×12 = 8.2 mm

按最大圆钢直径D确定孔型宽度为：

Bk= (1.5～1.8)D = 1.5×14.9 = 18.9 mm

辊缝 s≤ 0.01D0 取 s= 1.52 mm

椭圆孔型的圆弧半径 R= = 15.0 mm (式6-5)

外圆角半径 r= (0.08～0.12)Bk = 2.0 mm

6.1.3.4成品孔（K1）设计

(1)成品孔内径d

由于螺纹钢圆形槽底的摸素磨损大于其他各处，并考虑负偏差轧制，因此成品孔内径d按负偏差设计，即：

d= [d0- (0～1.0) Δ-] × (1.01～1.015) (式6-6)

式中 Δ- ——内径允许最大负偏差，mm

d0 ----成品内径的公称直径，mm

d= (10-0.9×0.5)×1.011

d= 9.7

(2)成品孔内径开口宽度B

为了保证螺纹钢的椭圆度要求，成品孔内径的开口宽度按下式确定：

B= d0×(1.005～1.015)

= 10×1.013= 10.1

(3)成品孔内径的扩张角θ和扩张半径R´

成品孔的扩张角θ，一般取为θ=200～300，本设计取θ=300。

成品孔的扩张半径R´按如下步骤确定，即先确定侧角ρ，其直为：

ρ= (式6-7)

= 20.90

因为ρ〈θ，既扩张半径R´按下式确定

R´= (式6-8)

= 13.0

辊缝取s= 1.5 mm

开口处的圆角取r= 1 mm

6.1.4各道次面积和延伸系数

6.1.4.1各道次面积

F20= 14923 mm2 F19=11700 mm2 F18=8534mm2 F17=6662mm2

F16=4534mm2 F15=3483mm2 F14=2375mm2 F13=1824mm2

F12=1314mm2 F11=1000mm2 F10=747mm2 F9=589mm2

F8=460mm2 F7=373mm2 F6=309 mm2 F5=257mm2

F4=210mm2 F3=174mm2 F2=139 mm2 F1=113 mm2

6.1.4.2各道次延伸系数

μ20=1.32 μ19=1.27 μ18=1.37 μ17=1.28 μ16=1.47

μ15=1.30 μ14=1.47 μ13=1.30 μ12=1.39 μ11=1.31

μ10=1.34 μ9=1.27 μ8=1.28 μ7=1.23 μ6=1.21

μ5=1.20 μ4=1.21 μ3=1.22 μ2=1.26 μ20=1.22

6.1.5验算：

由于个各孔型尺寸都是按经验数据确定的，为了保证轧制顺利及成品质量，应进行校核，即计算轧件在各孔型中的轧后宽度，要求轧件在轧后应小于孔型的槽口宽度(b验算每道次轧件在孔型中的充满度b/Bk是否合适：

(1)箱形孔：

b1/BK1=156.8/166.8=94.0

b2/BK2=107.2/117.2=91.5

(2)椭圆孔：

b3/BK3=148.9/163.8=91.0

b5/BK5=116.6/128.3=10.9

b7/BK7=84.4/88.2=95.7

b9/BK9=60.2/66.2=90.9

b11/BK11=44.7/49.2=90.9

b13/BK13=35.6/39.2=90.8

b15/BK15=27.8/30.6=90.8

b17/BK17=21.2/23.2=90.9

b19/BK19=20.3/22.3=91.0

B21/BK21=17.2/18.9=91.0

(3)圆形孔:

b4/BK4=91.3/95.3=95.8

b6/BK6=69/73=94.5

b8/BK8=52/56=92.9

b10/BK10=39/43=90.7

b12/BK12=29/33=87.9

b14/BK14=23.0/27.0=88.0

b16/BK16=18.8/22.8=92.5

b18/BK18=17.4/19.4=89.7

b20/BK20=12.6/14.6=86.3

B22/BK22=10/10.1=99.1

箱形孔充满度适合范围是：0.88～0.95,椭圆孔充满度适合范围是：0.85～0.95,圆形孔充满度适合范围是：0.88～0.95,经验算设计合适。

6.2轧制压力计算

轧制压力是轧钢工艺和设备设计的基本参数之一，也是制定合理压下规程、增产和挖掘潜能的主要依据之一。

计算轧制压力通常是先计算平均单位压力和接触面水平投影面积；平均单位压力的计算公式很多，其中比较切合实际的有А.И.采利柯夫公式、R.B.Sims公式、M.D.Stone公式以及S.Eklund公式等。

本设计采用S.Eklund公式，它是用于热轧时计算平均单位压力的半经验公式。

6.2.1关于S.Eklund公式的几点说明

(1)温度t≥800℃，Mn≤1.0%；

(2)考虑了合金元素对变形抗力K的影响，故适用于合金钢轧制；

(3)轧制型钢时用平均高度法，然后按平辊轧矩形件计算；

(4）当轧制速度增大时，需对粘性系数η进行修正，按下式计算：

,×10MPa·s

(5)本设计在计算轧制力时，螺纹钢以20MnSi为代表钢种，其化学成分见下表：

其修正值C´见下表

表6-4 不同速度对粘性系数的修正

表6-5 代表钢号的化学成分

6.2.2计算公式

[14] (式6-9)

式中：—平均单位压力，MPa；

—表示外摩擦对单位压力影响的系数；

—粘性系数；

—平均变形速度，1/s。

用下式计算：

(式6-10)

式中：—摩擦系数，，对钢轧辊，对铸

铁轧辊;

—轧辊平均工作半径，mm；

—平均压下量，mm；

、—轧件轧制前后的平均高度，mm；

用下式计算：

(式6-11)

式中：—轧制速度，m/s；

和用以下经验公式确定：

,Mpa (式6-12)

,MPa·s (式6-13)

式中： —轧制温度，℃；

—轧件在静压缩时的变形抗力，MPa；

—以%表示的碳含量；

—以%表示的锰含量；

—以%表示的铬含量；

—决定于轧制速度的修正系数。

6.2.3接触面水平投影面积的确定方法

按平均高度法公式计算

(式6-14)

则接触弧水平投影面积为：

[14] (式6-15)

式中：、—轧件轧制前后的宽度，mm；

—轧辊平均工作半径，mm；

—平均压下量，mm；

、—轧件轧制前后的断面面积，mm²；

—在变形区轧件的平均宽度，mm；

—变形区长度，mm；

6.2．4轧制压力计算

(式6-16)

式中：—平均单位压力，MPa；

—接触面水平投影面积，mm²；

轧制压力计算结果见表6-6：

表6-6 轧制压力计算表

6.3主电机传动轧辊所需力矩

传动力矩组成：

[14] (式6-17)

式中： —轧制力矩，kNm；

—克服轧制时发生在轧辊轴承、传动机构等的附加摩擦力矩，kNm；

—空转力矩，即克服空转时的摩擦力矩，kNm；

—动力矩，为克服轧辊不均速运动时产生的惯性力所必需的，

本设计为连轧，故；

—轧辊与主电机间的传动比。

6.3.1轧制力矩

(式6-18)

式中：—轧制力，kN；

χ—力臂系数，热轧时χ=0.3～0.6，本设计取χ=0.5；

—轧制变形区长度，mm。

6.3.2摩擦力矩

(式6-19)

式中：—轧辊轴承间的摩擦力矩，kNm；

—传动机构中的摩擦力矩，kNm；

其中 :

(式6-20)

式中：—轧制压力，kN；

—轧辊辊颈直径，mm；

—轧辊轴承中的摩擦系数，对滚动轴承取；

(式6-21)

式中：—传动机构的效率，本设计取。

6.3.3空转力矩

通常可按经验办法来确定：

(式6-22)

其中 :

(Nm) (式6-23)

式中：—电机额定转矩，Nm；

—电机额定功率，kW；

—电机额定转速，rpm；

本设计取:

综上得，本设计的传动力矩为

(式6-24)

其中:—为静力矩

6.4电机校核

电机校核包括发热校核和过载校核两部分。

6.4.1发热校核

(式6-25)

≤

式中：包括和两部分，相应的由和两部分组成。

6.4.2过载校核

≤ (式6-26)

式中： —电动机的允许过载系数，对直流电动机，

本设计取；

—电机最大输出力矩，本设计。

电机校核数据见表6-7：

表6-7 电机校核数据表

6.5轧辊强度校核

轧辊强度校核的几点说明:

1）轧制压力视为集中力，并且作用在孔槽的正中央；

2）轧辊材质均匀；

3）辊身只进行弯曲强度校核，辊颈则进行弯曲核扭转强度的校核，用莫尔强度理论合成；

4）安全系数取n=5，球墨铸铁其许用应力[σ]=80～120MPa。

6.5.1轧辊辊身强度校核

在轧制过程中可近似看着轧制力作用在辊身正中央，并且轧辊危险断面也在正中间，此时轧辊的外力（轧制力）可看着集中力，本设计所用轧机均为两辊轧机 ；故强度校核按两辊轧机强度校核计算，通常对辊身只计算弯曲。

最大弯矩:

(式6-27)

式中： —轧辊辊身长度，mm；

—轧辊辊颈长度，mm；

—轧制压力，kN；

最大正应力

[15] (式6-28)

式中： —抗弯截面系数，mm3;

其中

—轧辊重车后的最小直径，mm；

—辊缝值，mm；

—孔型高度，mm；

轧辊受力情况如图6-1所示[11]：

P/2 P/2

图6-1轧辊弯矩扭矩图

6.5.2辊颈强度校核

电机传动端边槽过钢时辊颈最危险，其受力图如图6-2所示：

P1 P2

图6-2 辊颈弯矩扭矩图

6.5.2.1正应力

(式6-29)

式中：—轴承对辊颈的反作用力，kN；

(式6-30)

—轴承对辊颈力作用点到边槽中间的距离，mm；

(式6-31)

—边端辊环宽度，mm；

—孔型槽口宽度，mm；

(式6-32)

其中 ：

—辊颈直径，mm；

6.5.2.2剪应力

(式6-33)

式中：

(式6-34)

根据莫尔强度理论，合成计算应力为：

(式6-35)

式中：—铸铁材料抗拉许用应力与抗压许用应力的比值，对球

墨铸铁，。

6.5.3强度校核条件

度校核的通过条件为：

≤ （式6-38）

＜ (式6-39)

轧辊强度校核数据见表6-8：

表6-8轧辊强度校核数据表

6.6计算示例

以用Q235A钢种轧制Φ16螺纹钢第一道次为例计算，根据相关资料取开轧温度t=1050℃[3]，则

（1） 轧制力计算：

==0.8×(1.05-0.0005×1050)=0.42

===0.080

=

=10×(14-0.01×1050)×(1.4+0.18+0.45)

=71.05 (Mpa)

=0.1×（14-0.01×1050）×1=0.35(Mpa)

==0.0007（1/s）

=(1+0.080)×(71.05+0.35×0.0007)

=76.71(Mpa)

F====16525.3㎜2

P=F=76.71×16525.3=1267655.8()=1267.7()

(2) 轧制力矩计算：

===140.3（）

=1267.7×396.5×0.003=1.51（）=1507.9（）

==0.028（）

=28.03（）

式中：取： =69

==30.22（）=0.03（）

=0.05 =

=0.05×9550×400/750=286.5（）=0.287（）

式中： ==9550×400/750=5730（）=5.73（）

=0

则：

=140.3/69+0.03+0.287+0=2.622（）

（3） 电机校核：

==2.54（）

=5.73（）

取： =1.5 则： =1.5×5.73=8.60（）

＜=8.60

则：电机发热校核和过载校核都通过。

（4） 轧辊强度校核：

辊身： =1/4×1267.7×（760+390）=364463.8（）

=25.1(Mpa)

式中： =0.0145m3

=610+15-96.5=528.5㎜

辊颈： ==0.00582m3

=324302（）

正应力： =334302/0.00528=64 (Mpa)

剪应力： =70.9/0.0116=6.11(Mpa)

式中： ==0.0116m3

==70.9（）

根据莫尔强度理论，合成计算应力为：

=

=64.7 (Mpa)

7 主要辅助设备及生产能力计算

辅助设备的选择对产品的产量和质量有十分重要的影响，一般来说要遵循下列原则：

1.满足生产工艺流程的要求；

2.保证有较高的工作效率，充分发挥主设备的能力。

3.设备设计经济合理，并尽量选择重量轻、体积小的辅助设备，以节约车间投资。

4.设备结构型式要先进合理，运作灵活，机构紧凑，操作维修容易，备品备件备件化，制造更换方便。

7.1加热炉选择

7.1.1设计条件

(1) 燃料：高焦炉混合煤气 温度：常温

热值：（2000±200）×4.18kJ/m3 供给压力：（800±100）×9.81Pa

(2) 加热坯料：140×140×16000mm 单重：2.42t

(3) 加热钢种：普通碳素结构钢、低合金结构钢、优质碳素结构钢

(4) 钢坯装炉：常温冷装、750℃热装

(5) 出炉温度：950～1150℃

(6)装、出料方式：侧进侧出（炉内辊道）

7.1.2炉型选择

表7-1 各种形式加热炉比较

可见：步进梁式加热炉有烧损少、比结渣、四面受热等优点。结合各种炉型特点，参照有关资料及现在经验，本设计选用步进梁式。

7.1.3有关参数确定

7.1.3.1加热炉小时产量

加热炉小时产量有轧机小时产量来确定，本设计定加热炉额定顶小时产量为：A=90t

注：坯料热装时加热炉最大小时产量可达120吨/每小时。

7.1.3.2加热炉尺寸

（1）炉膛宽度B

B=nl+2c [12] (式7-2)

式中：l—坯料最大长度，m；

c—料间或料与炉墙间的空隙距离，m; c=0.2~0.4m

n—坯料排数

B=0.25×2＋12=12.5m

（2）炉子有效长度L

[7] (式7-3)

式中： 1.10—考虑到计算式本身有+10%的误差而引入的安全系数；

P—需要达到的炉子产量，t/h;

τ—加热时间， h;

e—方坯间隔，m;(e/s=0.5)

s—方坯厚度，m;

ρ—密度，t/m2;(取7.85)

L1—方坯长，m;

n—方坯在炉内的装入列数

加热时间τ的计算：

修正赫斯（Hays）计算式

[7] (式7-4)

式中：s—方坯厚，m;

K—修正系数。由炉型系数C1、钢种系数C2 、燃料系数C3确定。

K=C1C2C3 (式7-5)

步进梁式炉：C1=1.2;

普碳钢、低合金钢、优碳钢：C2=0.8;

混合煤气：C3=0.9

K=1.8=1.2×0.8×0.9=0.85

τ=1/0.85×14.25×0.15/(1.232-0.15)=2.324h

L=1.10×90×2.324×(0.5×0.15+0.15)/(7.85×12×1×0.15×0.15)=24.4m

取L=25m

（3）炉底有效面积F

(式7-6)

F=L×B=25×12.5=312.5m2

（4）炉底强度P

(式7-7)

式中： Q—加热炉小时产量，t/h;

P=90×1000/312.5=288kg/(m2h)

7.2冷床选择

7.2.1冷床形式选择

主要冷床形式有：步进齿条式、摇摆式、斜辊式、拉钢式等，如下表：

由下表可知：相比之下，步进齿条式主要有以下优点：冷却均匀、钢材与床面摩擦小、钢材表面摩擦小等。适合于小型型、棒材车间成品冷却，本设计采用步进齿条式冷床。

表7—2 不同型式冷床的性能比较

7.2.2主要参数确定

7.2.2.1冷床宽度B

B=nl+4～6m (式7-8)

式中：n—定尺数，取n=9;

l—定尺长，取 l=12m

B=9×12+4=112m

7.2.2.2冷床长度L

(式7-9)

式中： Q—轧机最大小时产量，t/h;

G—每根轧件重，t;

G=ml=单位米种×轧件长度

C—冷床上相邻两根轧件中心距，取0.110m;

T—每根轧件在冷床上的冷却时间， h;

(式7-10)

式中: m—轧件单位米重，kg/m;

F—每米钢材散热面积，m2;

Δt—重1kg、散热面积为1m2的轧件从850oC冷却到100~50oC时所需的冷却时间,h。

由于型钢轧件冷却时间理论公式与实际出入较大，因此冷却时间T应按现场实测数据进行选取。

取Φ10的T=6.8min.

取冷床长度利用系数K=0.8

取L=18m

7.2.2.3冷床面积

(式7-11)

F0=B×L=112×18=2016m2

7.2.3冷床能力校核

（1）冷却时间T：

,min (式7-12)

式中： G—轧件单重，kg/m;（GB702—86）

F— 单位长度表面积，m2 ;

Δt—重量为1kg、散热面积为1的轧件冷却时间，min.

《轧钢工艺设计参考资料》p159图72,取200oC 下冷床。

各规格棒材的 G、Δt、F、T值之间的关系见表7-3：

（2）冷床动作节奏时间

冷床动作节奏时间=冷却时间/冷床齿数，s;

（3） 每小时钢坯根数

每小时钢坯根数=轧机小时产量/单根钢坯重量/96

表7—3 G、Δt、F、T值之间的关系

（4） 冷床通过负荷率

冷床通过负荷率=每小时上冷床根数/冷床每小时最大通过能力×100%

（5） 冷床冷却能力Q

, t/h (式7-13)

式中： Q—冷床小时产量，t/h;

T—冷床动作节奏时间，s;

G—产品单重，kg/m;

l—轧件上冷床长度，l=108m

（6）冷床冷却负荷率K

(式7-14)

式中： A—轧机小时产量，t/h;

Q—冷床小时产量，t/h.

7.2.4冷床冷却能力及负荷率验算表

7.3冷定尺飞剪

作用：将运行中的倍尺成排棒材切成定尺，定尺长为6~12m。

形式：曲柄式

剪刃宽：750mm

剪机工作速度：1～2.5m

剪切公差：0～+30mm

表7—4 冷床冷却能力和负荷率

曲柄飞剪特点：

（1）剪刃刀座是双支点支撑，刚性好；

（2）刀片装在平行四连杆臂连接的曲柄轴上，在剪切运动中可以与钢材的运行平行，从而可获得十分精确的剪切尺寸；

（3）在上刀座上固定着专门压住钢材的压紧板和高精度测速装置，以确保尺寸公差要求；

（4）剪刃尺寸小且轻，使得剪刃更容易更换；

（5）在剪机前设置有移动小车，可放置新、旧刀刃，对剪刃进行更换。

7.3.1剪切力计算：

P= （式7-15）

其中： P—剪切力

K1—刀刃磨钝后使剪切力增大的钝化系数 K1=1.2；

K2— 被切轧件抗拉强度换算成抗剪强度的换算系数，为剪切应力极限与抗拉强度极限比值， K2=0.61；

—轧件剪切时的抗拉强度；

F—剪切断面积，mm2。

7.3.2剪切生产能力计算：

A= （式7-16）

其中： A—剪切机小时产量；

n—一次剪切根数；

G—剪切前轧件重量，t；

T1—剪切时间 ，s；

T2—间隙时间 ，s。

7.3.3剪切负荷率：

K=×100% （式7-17）

各种产品的剪切数据见表7-5：

表7-5 剪切负荷率

7.4其它辅助设备选择及参数确定

1.冷坯上料台架（1台）

布置在钢坯跨，将冷坯上料

型式：步进式

传动方式：交流电机传动

载荷：21吨

2.热坯运输辊道（1组）

布置于旋转辊道下游，运输热坯至钢坯横移台架。

传动方式：交流电机单独传动

轧辊直径：ф300mm

辊身长度：450 mm

辊子间距：1200 mm

辊子数量：13个

辊面线速度：1.5m/s

3.钢坯横移台架（1套）

布置于冷坯上料台架出口侧，横移冷坯上料台架上冷坯或热装运输辊道上热坯至提升机

型式：链式

传动方式：直流电机传动

载荷：10.5吨

4.提升机（1套）

布置于钢坯横移台架出口侧，将热送辊道上的热坯提升至平台上入炉辊道

型式：拔爪式链条提升机

传动方式：交流电机传动

提升高度：~6m

提升速度：0.53m/s

每根链条拔爪数：4个

同时提升钢坯树：2根

4. 入炉辊道（含钢坯称量辊道）（1组）

布置于上料台架下游，钢坯入炉

称量范围：0-2.5吨

传动方式：交流电机单独传动

轧辊直径：ф300mm

辊身长度：450 mm

辊子间距：1500 mm

刻度：1kg

称量精度：0.1%

辊面线速度：1.5m/s

5. 出炉辊道

传动方式：交流变频电机单独传动

轧辊直径：ф300mm

辊身长度：450 mm

辊面线速度：0.1~1.5m/s

辊子数量：21个

辊子间距：1500 mm

6. 废钢剔除装置（2套）

位于入炉辊道及出炉辊道侧边，剔除不合铬钢坯

型式：液压推钢式

推进速度：0.2m/s

行程：750mm

8.事故卡断剪（摆式）（1台）

位于粗轧机入口处，事故切断。

型式：液压

钢坯规格：150×150 mm

刀片数：2 2

最大剪切断面：400m㎡ 650 m㎡

最低剪切温度：850℃ 850℃

9.1#切头飞剪（1台）

布置在粗轧机出口侧，正常生产时对轧件进行切头（尾）。事故时对轧件进行碎断

型式：曲柄式，启/停工作制

传动方式：直流电机传动

轧件运行速度：0.44~0.9m/s

切头长度：≤200mm

事故碎断长度：≤700mm

10.2#切头飞剪（预留）（1台）

布置在一中轧机出口侧，正常生产时对轧件进行切头（尾）。事故时对轧件进行碎断

型式：回转式，启/停工作制

传动方式：直流电机传动

轧件运行速度：2.8~5.5m/s

切头长度：≤200mm

事故碎断长度：≤1250mm

11.立式活套器（5台）

布置在11#~16#轧机之间，为过渡状态下轧件的存储提供一定空间。并根据存储轧件多少，给上游轧机发出调速信号，确保各架轧机之间实现无张力轧制

起套型式：气动

活套稳定套位高度：200~300mm

12.精轧机前水箱（1套）

布置在二中轧机与精轧机之间，冷却16#机架轧出的轧件，根据钢种控制轧件进精轧机组的温度

水箱：一组并设一恢复段

喷嘴布置：设4个水冷喷嘴，1个清扫喷嘴

水冷喷嘴水压：0.6Mpa

清扫喷嘴水压：1.2Mpa

13. 3#切头飞剪（1台）

布置在精轧机组入口侧，（对轧件进行切头尾）。事故时切分轧件以便后段轧件进入碎断剪碎断

型式：回转式，启/停工作制

传动方式：直流电机传动

轧件运行速度：6~9.7m/s

切头长度：≤500±100mm

最低剪切温度：850℃

最大剪切断面：472m㎡

14.碎断剪（1台）

布置于3#切头飞剪之后，用于轧件的事故碎断

型式：回转式，连续工作制

传动方式：直流电机传动

轧件运行速度：9.7m/s

切头长度：最短400mm

最低剪切温度：850℃

最大剪切断面：472m㎡

15.精轧机前侧活套（1套）

布置在二中轧机与精轧机组之间，碎段剪之后。为过渡状态下轧件的存储提供一定空间。并根据存储轧件多少，给上游轧机发出调速信号，确保各架轧机之间实现无张力轧制

型式：起套辊气动式

活套工作高度：300mm

调节范围：0~1000mm

16.精轧机前卡短剪（1台）

布置于精轧机前，当精轧机及其下游设备发生故障时卡短轧件，以减少精轧机内废品

传动方式：气动

最低剪切温度：850℃

最大剪切断面：472m㎡

17.控制水冷装置（1套）

布置于精轧机组之后，成品倍尺飞剪之前，用于棒材的在线热处理，提高棒材的综合机械性能

全长：38m 3个水箱

水箱长：8.44m 5.99m 5.99m

水冷喷嘴数： 6 4 4

清扫喷嘴数： 4 2 2

空气清扫喷嘴数：1 1 1

水冷喷嘴水压：0.6Mpa

清扫喷嘴水压：1.2Mpa

18.倍尺飞剪夹送辊（1台）

布置在成品倍尺飞剪之前，夹持轧件向前运行，当轧件尾部脱离成品轧机后，夹送辊夹持轧件仍以原速向前运行，确保成品倍尺飞剪剪切精度

型式：悬臂式，上、下辊由汽缸同步调整开口度

传动方式：直流电机传动

辊子数：2个

辊径：ф320/305mm

辊身长度：40mm

夹送轧件规格：ф8~ф20mm

最大夹送速度：50m/s

夹持力：10kN

19. 成品倍尺飞剪(1台)

布置于精轧机组之后将轧后小规格棒材剪切成倍尺长度

型式：圆盘式

传动方式：直流电机传动

剪切棒材规格：ф8~ф20mm

轧件运行速度：16.8~35 m/s

最低剪切温度：550℃

轧件冷态抗拉强度：800MPa

20.转 辙器（1台）

布置在成品倍尺飞剪之后，用于轧件进入“双导槽”前的换向

21.碎断剪（1台）

布置在转辙器之后，事故时碎断轧件，以缩短事故处理时间

型式：连续多剪刃式

传动方式：直流电机传动

剪刃数量：4+4

22.运输导槽（1套）

布置在成品倍尺飞剪前后，之前称谓“单路导槽”，转辙器之后称为“双路导槽”

23.夹尾机（2台）

布置在高速上钢系统入口侧上方，初期运送轧件，后期制动轧件

型式：悬臂式，气动夹紧

最大轧件速度：35 m/s

制动辊数：2个

辊径：ф320/305mm

24.高速上钢系统（1套）

布置在冷床入口侧上方，运送和制动轧件，并将轧件抛入步进尺条式冷床

传动方式：直流电机单独驱动

工作周期：约0.5秒

系统长度：90m

轧件长度：84m

25. 步进尺条式冷床（1座）

用于各种规格轧件 自然冷却和自矫直

型式：步进尺条式

工作周期：1.5s（最小）

名义长度：9.5 m

宽度：90 m

齿节距：80㎜

齿条间距：高温300㎜ 低温600㎜

26.冷床齐头辊道（1组）

靠近冷床出口处，将下冷床轧件一端对齐，以便下游工序操作

型式：齿型辊

传动方式：交流电机单独传动

辊径：ф250/210mm

辊身长：480mm

辊间距：1200mm

辊数：75个

辊面线速度：0.45 m/s

27.冷床卸钢装置（1套）

布置在冷床出口侧，将下冷床轧件成排送至冷床输出辊道

型式：升降链式机构

额定载荷：9500Kg

链条间距：1200㎜

链条数：75

链条最大速度：0.6 m/s

28.冷床输出辊道（1组）

布置在冷床出口侧，将成排轧件送至8330KN冷剪进行定尺剪切

传动方式：交流变频电机单独传动

辊面线速度：0.1~1.5 m/s

辊径：ф188mm

辊身长度：1200㎜

辊间距：1200㎜

轧辊数量：73个

29. 8330KN冷剪及定尺剪（1套）

用于将冷态轧件切头、切尾及定尺长度剪切

型式：下刀片固定，上刀片升降

剪切力：8330KN

刃长：1200㎜

曲柄回转数：15次/分

定尺长度范围：6.0~12.0m

30.剪后运输辊道（带短尺收集槽）（1组）

布置在冷床出口侧，将成排轧件送至过垮台架前

传动方式：交流变频电机单独传动

收集槽容量：5吨

辊面线速度：0.1~1.5 m/s

辊径：ф190mm

辊身长度：1200㎜

辊间距：1200/1300㎜

轧辊数量：48个

31.平托移钢机（2台）

布置在过跨检查台架输入端，将剪后运输辊道上成排定尺棒材平托至过跨检查台架

型式：平托小车式

移钢速度：0.5 m/s

小车数：9个

小车间距：1300㎜

升降速度：0.15 m/s

32. 过跨检查台架（2套）

接收升降链式移钢机易送来的成排定尺棒材，并将其移至打捆站前辊道

型式：三段链式运输机，型钢结构台架

传动方式：交流变频电机单独传动

链间距：1300㎜

链条数：9根

链条运行速度：0.2~0.6/0.3~1.0/0.15~1.0 m/s

33.收集装置（2套）

布置在过跨检查台架出口侧，由U型收集托臂和U型成捆下降托臂及打捆站前辊道组成，将收集的成束定尺棒材送往打捆站

打捆站前辊道型式：每个水平辊配带2个立式从动辊构成槽型

传动方式：水平辊交流电机单独传动

轧辊尺寸：水平辊ф250×400mm 10个 立辊ф159×350mm 20个

辊间距：1200/1400㎜

辊面线速度：1 m/s

34.棒材运输辊道（1组）

布置在两个过跨检查台架之间

传动方式：交流电机单独传动

轧辊尺寸：水平辊ф250×1800mm 10个 立辊ф159×350mm 20个

辊间距：1200㎜

辊面线速度：1 m/s

35.打捆站辊道（2组）

布置在打捆站前辊道之后，运输棒材捆并在此进行勒紧和打捆

传动方式：水平辊由交流电机单独传动

轧辊尺寸：水平辊ф250×400mm 10个 立辊ф159×350mm 18个

辊间距：1300㎜

辊面线速度：1 m/s

36.成捆器（4×2台）

布置在过跨检查台架出口侧

棒材捆直径：ф150~350㎜

37.手提式打捆机（5×2台）

用于棒材捆捆扎

型号：2k-19/32A

38.收集台架输入辊道（2组）

布置在称量辊道之后，将称量后棒材捆输送至收集升降链

传动方式：交流电机单独传动

轧辊尺寸：ф250×450mm 9个

辊间距：1500㎜

辊面线速度：1 m/s

39. 收集升降台架（包含称重装置）（2组）

型式：升降链式运输机

称重范围：0~600㎏

称重精度：0.2%

名义长度：2700㎜

链条数：8根

链条间距：1500㎜

链条速度：0.3 m/s

刻度值：1㎏

收集槽容量：10t

8 车间组成及平面布置

车间平面布置的主要指设备和设施按选定的生产工艺流程确定平面布置，平面布置的合理与否对于设备生产能力的发挥、工人操作安全、生产周期的长短及生产率的高低有着很大的影响，在平面布置时应当从实际出发求得最大合理的布置。

8.1车间平面布置的原则：

1） 应满足工艺要求，使车间具有畅通合理的金属流线；

2） 应满足产品产量、质量和品种上的要求；

3） 设备间距位置关系要合理，互不干扰，并考虑到操作条件和安全；

4） 跨间位置关系要合理，既满足工艺要求，又节省占地面积和投资；使上下车

间联系紧密，运输距离短，并为车间发展留有余地。

8.2金属流线的布置

车间厂房由原料跨、主轧跨、主电室、成品跨以及轧辊间等组成。

本车间采用连铸坯热送热装工艺。连铸坯由连铸车间直接通过运输辊道运至轧钢加热炉前。当连铸与轧钢发生不匹配时，连铸坯则由运输辊道运至缓冲保温台架。原料跨主要用于堆放冷坯及布置上料设备。上料设备包括运输辊道，热坯缓冲保温台架，冷坯上料台架，这些设备均布置在车间地坪上。

主轧跨与原料跨以及成品跨呈“丁”字形布置，厂房设计为高架式布置，工艺操作设备均布置在＋5m平台上。在平台下除了设备基础、铁皮冲渣沟外，还布置了润滑站、液压站、电缆通道、各种管线、切头尾收集装置等设施。因而极大减少了地下工程，给设计施工、生产管理和操作等都带来了极大的便利条件。

成品跨、轧辊间、主电室与主轧跨平行布置。成品跨由收集区和堆放区组成，成品收集区包括链式运输机、计数器、堆垛机、打捆机、收集台架等设备，均布置在＋5m平台上；堆放区用于堆放成品。厂房相关部分均留有通道和大门。

车间主厂房参数及吊车轨面标高见表8—1：

表8—1 主厂房各跨间主要尺寸及吊车轨面标高表

8.3仓库面积计算

8.3.1原料库面积计算

原料库主要用以存放生产用各种原料，其面积主要与下列因素有关：

1） 车间轧机的似的厂能力大小；

2） 坯料和成品钢种、断面形状和尺寸；

3） 坯料供应和运输条件；

4） 仓库中对坯料进行检查、清理、修磨等工序所需的工作面积；

5） 吊车工作场面积运输线路所占面积；

6）坯料堆放方法，允许堆放高度以及由于场地条件所决定的单位面积堆放的负荷量大小；

7）操作安全及人行通道等要求。

轧钢车间原料仓库面积用下式计算：

[12] (式8-1)

式中：—原料库面积，m2；

—轧机平均小时产量，t/h；

—存放天数；

—金属投料量系数，即成品率的倒数，；

—仓库面积利用系数；K1=0.4

q—每m3空间所能存放的原料重量，t；

—每堆原料堆放高度，m；

由于本设计采用热送热装工艺，考虑到与连铸车间的匹配：在连铸坯停止供应条件下保证不影响本车间生产；由现场经验，取n=10天，H=2.0m，q=6t/m3，K1=0.7，A=36×104/5227=68.9t/h，则

m2

取：F=3960 m2

验算（100%冷装）：

冷坯日周转量=冷坯年总需求量/日历作业天数

=377083×24/7512

=1205t/天

实际总存放量=1205×10=12050t

实际所需面积=12050/(30×0.4)=1004.2m2

故本车间原料库面积合理。

8.3.2成品库面积计算

成品库面积计算方法与原料大体相同，只是不考虑投料量系数(或投料量系数为1)，根据经验取n=6天，q=2t/m3，H=2m，K1=0.3，则

取：F=8316 m2

验算：成品日周转量=成品年产量/年日历作业天数

=360000×24/7512

=1150t/天

实际总存放量=1150×6=6901t

实际所需面积=6901/(8×0.3)=2875m2

故本车间成品库面积合理。

8.4起重运输设备组成

8.4.1吊车布置

原料跨设有2台（10+10）t电动挂梁式电磁吊车，用于钢坯卸料及上料之用；

主轧跨设有1台20t和1台5t普通桥式吊车用于轧机更换、设备检修、短尺吊运、切头尾和轧废等吊运；

成品跨设有2台（10+10）t挠性挂梁电磁桥式吊车，用于成品卸料堆放和成品装车；

轧辊导卫间设有15t和3t普通桥式吊车各1台，用于机架拆装，机架、轧辊的吊运。轧辊间与主轧跨之间设有1台20t电动平车用于过跨运输。

主轧跨与成品跨之间设有2台10t电动平车，用于两跨间过跨运输。

旋流沉淀池设有1台5t但梁式吊车，配单绳抓头，用于清除沉淀池内的氧化铁皮及氧化铁皮的装车吊运。

8.4.2吊车数量确

（1）原料跨吊车

本车间为短流程生产车间，主要使用热连铸坯为原料，在实际生产中必须保证一定量的冷钢坯，因此钢坯跨必须配备钢坯吊运吊车进行倒料和上料操作。

其单班所需工作时间如表8-2：[18]

表8-2 吊车工作时间表

吊车数量确定：

N= (式8-2)

其中：K—吊车作业率，K=0.8；

η—吊车有效工作时间系数，η=0.8；

T—吊车每班工作时间（min）。

吊车实际选用2台。

（2）成品跨吊车

选用10+10t磁盘吊车，其操作入库周期4.5min，装车3.8min。[18]

表8-3 吊车工作时间表

注：（1）成品装车按平均班产量计算，成品按入库最大班产量计算；

（2）大车运行加载系数取1.2；

（3）吊车班计划工作时间27000秒（7.5小时）。

吊车数量计算：

其中：K—吊车作业率，K=0.8；

η—吊车有效工作时间系数，η=0.8；

T—吊车每班工作时间（min）。

吊车实际选用3台。

（3）其它跨吊车

其它跨吊车仅用于维修及事故处理之用，无须进行能力校核。

8.5主轧线设备间距确定

1）加热炉中心到第一架粗轧机中心：应考虑到方坯从出炉到第一架轧机咬入期间的温降，考虑夹送辊、事故卡断剪的合理安装、维修及正常运作。因此，从加热炉中心线到1#粗轧机的中心线距离取30000mm；

2）粗轧机组：原则上轧机中心距越小越好，以便使因张力变化引起的尺寸超差减到最小；同时，构成紧凑式机架，可以利用推力实现大压下量轧制，但实际上机架间的距离还受到轧机传动、导卫装置安装、调整、换辊等操作因素的影响，间距太小不利于上述操作的进行。参考目前国内外的一些资料并考虑到本设计的实际情况，取粗轧机组机架中心距为2400mm，整个粗轧机组布置长度（头尾机架中心距）为144000mm；

3）中轧机组：根据终多厂家的实际应用情况，具体间距分配如下：7#12#机架间距为5600mm，12#16#机架间距为9000mm（以便安装活套），故中轧机组总长度为24600mm；

4）粗轧机组与中轧机组之间距离取7500mm；

5）精轧机组：与粗轧机组相同。另外考虑到机架间需要安装立式活套以实现无张力轧制，机架间距应大一些，取其间距为4500mm。故精轧机组总长度为36000mm

6）中轧机组与精轧机组之间需安装飞剪、立式活套，因此取中、精轧机组间距为6500mm；

7）精轧机组到倍尺飞剪这段工艺上布置有穿水冷却装置、导槽、夹送辊、倍尺飞剪等设备，取其总长度为40000mm。

9 车间经济技术指标

9.1车间经济技术指标

表示轧钢车间内各项设备、原材料、燃料、动力以及劳动力、资金等利用程度的指标称之为技术经济指标。这些指标的高低反映了车间生产技术水平和生产管理制度执行的情况，是鉴定车间设计水平和工艺过程制定质量好坏的重要标准，是评定车间工作优劣的主要依据。具体指标数据见表9—1。

表9—1 主要技术经济指标

10 环境保护

随着生产力的发展和社会的进步，我国对环境的要求也越来越高。为适应可持续发展的战略要求及美化厂区工作环境，本车间从一开始设计就兼顾环境的保护，力图把污染控制在最低水平。

10.1设计要点

（1） 在厂房建筑和总布置时留绿化区；

（2） 保护车间良好的通风，车间厂区纵轴布置或东西向。厂房主要近而与夏

季主导风成60度角，放散热量大的设备在下位置或采取通风措施；

（3） 污水治理排放或循环使用；

（4） 有毒、有害物质应回收，不排放；

（5） 粉尘应有吸尘设施，集中处理；

（6）尽量实现工艺过程机械化、自动化；

10.2环境保护的内容与对策

环境保护工作是以、水质环境的保护为中心，实行有利的措施，不断的开发新的环保设备与技术。

（1）绿化

厂区设置绿化带，空地和道路两侧均种植树木，在车间四周种灌木和花草，土地不裸露，形成整个企业的绿化环境。

（2）水质的处理

车间供水采用混合供水方式，污水经处理后即使排出或循环使用，污水净化后还不能全部清除细菌，在经氯化消毒后泻入排水系统，污物要综合利用，排水袭用由废水收集设备、排水管网、处理构筑物和增加设备等几部分组成。

工厂设回水设备循环使用。设备含油水排水处理及适应生产设备和排出水质的处理设备，加强排水管理，使其符合工业排水标准。

（3）噪声的防治

尽量选用低噪音的设备，采用防震和隔音措施，安置隔音罩，建造隔音建筑，油画设备操作规程等。进一步把消音作为重要的研究课题，使其符合我国工业企业噪音标准。

（4）污染的防治

硫化物的控制 采用含硫量低的燃料，对煤气进行脱硫，设置排

烟脱硫装置。

氮氧化物控制氮氧化物是在高温下燃烧或者空气中氮发生氧化而

产生的，采用对均热炉和锅炉等改善燃烧装置来控制氮氧化物的产生。

粉尘除尘在烟尘处放置高性能的集尘装置，对烟尘进行处理，同时

加强工艺的改革，加强文明生产教育，选取合理的除尘设备。

（5）有害废弃物的处理

对有害的废弃物采取的措施，一般是综合利用，对有用的物质回收，而对确无实用的废弃物埋掉。

（6）氧化铁皮

对氧化铁皮进行综合利用后重新回炉。

（7）厂区绿化

为调整工程建设对该区域生态环境的影响，同时为了减少噪声对厂区的影响，厂区的绿化率控制在20%左右。

致 谢

本车间设计历经四个月，在曹杰老师细心指导、监督下，并得到了教研室沈小辉、钱键清、陈启伟等其他老师的指导以及同组其他同学的帮助，使得本设计得以圆满完成。在此，向曹老师、沈老师、钱老师、陈老师、同组同学以及给过我帮助的老师和同学表示感谢！

本设计由于时间短，任务重，而且缺乏实际的设计经验，故在本设计中可能存在许多与实际不符的地方，恳请老师和同学们多多指出批评和指正。

致谢人： 侯树龙

参 考 文 献

[1] 北京钢铁设计研究院 . 南钢小型车间初步设计 . 1999，6 .

[2] 马钢股份有限公司设计研究院轧钢科 . 全国小型车间汇编 . 1994，12 .

[3] 马钢设计院 . 新建60万吨连续式棒材车间工程初步设计 . 1994，6 .

[4] 马钢设计研究有限责任公司 . 新建50万吨高速棒材生产线可行性研究 . 2002，8 .

[5] 武汉钢铁设计院 . 轧钢设计参考资料通用部分（一）（二）. 1978，12 .

[6] 《轧钢机械设备》编写组 . 轧钢机械设备 .1974 .

[7] 《小型型钢连轧生产工艺与设备》编写组 . 小型型钢连轧生产工艺与设备 . 北京：冶金工艺出版社，1999，4 .

[8] 王有铭 . 型钢生产理论与工艺[M] . 北京：冶金工艺出版社，1986，10 .

[9] 梁爱生 . 小型连轧及近终形连铸500问 . 北京：冶金工业出版社，1995，12 .

[10] 赵松筠，唐文林 . 型钢孔型设计[M] . 北京：冶金工业出版社，2000，4 .

[11] 许云祥 . 型钢孔型设计[M] . 北京：冶金工业出版社，1993，10 .

[12] 温景林 . 金属压力加工车间设计[M] . 北京：冶金工业出版社，2002，8 .

[13] 王廷溥，齐克敏 . 金属塑性加工学[M] . 北京：冶金工业出版社，2001，8 .

[14] 赵志业 . 金属塑性变形与轧制理论 . 北京：冶金工业出版社，1996，5 .

[15] 郑光文 . 塑性加工设备 . 安徽工业大学 . 2001，7 .

[16] 马钢与DANIELI公司合同资料 .

[17] 马钢与POMINI公司合同资料 .

[18] 北京钢铁设计院.淮阴40万吨型钢车间设计

[19] 周强.棒线材轧机新设备[J].轧钢，2004，1.

[20] 吴迪，赵宪明 . 我国型钢生产进步20年及展望[J] . 轧钢，2004.

[21] 乔德庸.我国小型和线材轧机发展及技术开发策略[J].轧钢，2004

[22] 叶建林，黎景全 . 英汉金属塑性加工词典 . 北京：冶金工业出版社，2001，

[23] Tlusty J.Chatter in Hote Rolling [J].Annals of CIRP 1982.(31).

[24] Martin DL,Cheyer AJ,Moran DB,The Open Agent Architecture:A Frame work

for Buiding Distributed soft ware Systems [J].Applied A rticial In telligence 1998.13.

附录1.力能参数及校核计算程序

#include"stdio.h"

#include"math.h"

float fs(float m[],int i)

{float g;

g=0.8*(1.05-m[i]*0.0005);/*摩擦系数f*/

return (g); /*温度m[i]*/

}

float ks(float m[],int i)

{float b;

b=(14-m[i]*0.01)*(1.4+0.18+0.45)*10;/*系数K*/

return (b);

}

float ns(float m[],int i,float v[])/*系数η*/

{float y,z;

if (v[i]<6)

z=1;

else if (v[i]<10&&v[i]>6)

z=0.8;

else if (v[i]<15&&v[i]>10)

z=0.65;

else if (v[i]<20&&v[i]>15)

z=0.6;

y=0.1*(14-0.01*m[i])*z;/*系数η*/

return (y);

}

float es(float m1[],float m2[],float m3[],float m4[],float m5[],int i)

{float s,q,x;

s=sqrt(m2[i]*2/m3[i]);

q=(m4[i])+(m5[i]);

x=(m1[i])*2*s/q;

return (x);

}

float ms(float m1[],float m2[],float m3[],float m4[],float m5[],int i)

{float s,q,r,u;

s=(m1[i])*sqrt((m2[i])*(m3[i])/2);

q=(m3[i])*1.2;

r=(m4[i])+(m5[i]);

u=(1.6*s-q)/r;

return (u);

}

float Fs(float m1[],float m2[],float m3[],float m4[],int i)

{float r,q,j;

r=(m1[i])+(m4[i]);

q=sqrt((m2[i])*(m3[i])/2);

j=r*q/2;

return (j);

}

float Mzs(float y1[],float y2[],float y3[],int i)/*轧制力矩*/

{float r,q;

q=sqrt((y2[i])*(y3[i])/2);

r=(y1[i])*2*0.5*q;

return (r);

}

float Mf1s(float y1[],float y2[],int i)/*摩擦力矩f1*/

{float r;

r=(y1[i])*(y2[i])*0.003;

return (r);

}

float Mf2s(float y1[],float y2[],float y3[],int i)/*摩擦力矩f2*/

{float r,q;

q=((y1[i])+(y2[i]))/(y3[i]);

r=(1/0.97-1)*q;

return (r);

}

float MHs(float y1[],float y2[],int i)/*额定转矩MH*/

{float r;

r=(y1[i])*9550/(y2[i])/1000;

return (r);

}

main()

{

float f[16],k[16],n[16],e[16],m[16],F[16],p[16],P[16],

Mz[16],Mf1[16],Mf2[16],MH[16],Mf[16],Mk[16],Mzd[16],M[16],

a[16],Mjum[16],MH1[16],Mmax[16],Mwmax[16],dmin[16],Wz[16],

dmax[16],y[16],P1[16],Mwmax1[16],Wz1[16],d1[16],Mn[16],Wn[16],t1[16],a1[16],u=0.30,dj[16];

float t[16]={1000,997,994,991,989,986,983,980,977,974,971,968,964,960,955,950};

float v[16]={0.20,0.25,0.35,0.45,0.67,0.88,1.30,1.71,2.38,3.15,4.25,5.46,7.05,8.76,10.70,12.82};

float dh[16]={46,47.5,41.2,35.4,32.6,28,22.7,19.7,14.7,14.7,10.7,10.8,8.1,7.8,5.7,6.1};

float D[16]={529.4,516.8,565,549.7,580.3,567.7,397.4,389.2,402.4,397.5,407.5,403.9,409.6,403.9,411.6,408.8};

float H[16]={141.6,95.6,108.2,72.5,92.1,56.5,66.6,41.3,48.2,30.8,35.7,23.1,27.4,18.5,21.8,15.2};

float h[16]={95.6,108.2,72.5,92.1,56.5,66.6,41.3,48.2,30.8,35.7,23.1,27.4,18.5,21.8,15.2,18.1};

float B[16]={141.6,156.1,108.2,149.7,92.1,114.2,66.6,80.2,48.2,56.9,35.7,43.1,27.4,34.4,21.8,27.1};

float b[16]={156.1,108.2,149.7,92.1,114.2,66.6,80.2,48.2,56.9,35.7,43.1,27.4,34.4,21.8,27.1,18.1};

float d[16]={390,390,390,390,390,390,220,220,220,220,220,220,220,220,220,220};

float si[16]={69,54,46,36,33,25,13.5,10,7.5,5.6,5,4.2,2.5,2.1,1.85,1.55};

float N[16]={400,400,400,400,600,600,600,600,600,600,800,800,800,800,800,800};

float nd[16]={1000,1000,1000,1000,1200,1200,1200,1200,1200,1200,1600,1600,1600,1600,1600,1600};

float L[16]={760,760,760,760,760,760,650,650,650,650,650,650,650,650,650,650};

float l[16]={390,390,390,390,390,390,210,210,210,210,210,210,210,210,210,210};

float Dmin[16]={520,520,520,520,520,520,360,360,360,360,360,360,360,360,360,360};

float s[16]={15,15,12,12,10,10,7,7,5.5,5.5,4.8,5.4,3.0,3.0,3.0,3.0,};

float hk[16]={95.6,108.2,72.5,92.1,56.5,66.6,41.3,48.2,30.8,35.7,23.1,27.4,18.5,21.8,15.2,18.1};

float Bk[16]={166.9,119.5,166.2,96.1,126.8,70.6,88.5,52.2,63.0,38.7,47.5,30.4,38.2,24.0,29.5,20.0};

float x[16]={0,0,60,60,75,75,70,70,70,70,70,80,75,75,60,60};

int i,o,q,c;

for(i=0;i<16;i++)

{f[i]=fs(t,i);

k[i]=ks(t,i);

n[i]=ns(t,i,v);

e[i]=es(v,dh,D,H,h,i);

m[i]=ms(f,D,dh,B,h,i);

F[i]=Fs(B,D,dh,b,i);

p[i]=(1+m[i])*(k[i]+n[i]*e[i]);

P[i]=p[i]*F[i]/1000;

Mz[i]=Mzs(P,D,dh,i);

Mf1[i]=Mf1s(P,d,i);

Mf2[i]=Mf2s(Mz,Mf1,si,i);

MH[i]=MHs(N,nd,i);

Mf[i]=(Mf1[i]/si[i]+Mf2[i])/1000;

Mk[i]=0.05*MH[i];

Mz[i]=Mz[i]/1000;

Mzd[i]=Mz[i]/si[i];

M[i]=Mzd[i]+Mf[i]+Mk[i];

a[i]=M[i]*M[i]*52.8+Mk[i]*Mk[i]*5.0;

Mjum[i]=sqrt(a[i]/57.8); /*均方根力矩*/

MH1[i]=MH[i]*2.2;

if((Mjum[i]

o=1;

else o=0;

Mwmax[i]=0.25*P[i]*(L[i]+l[i])*1000;

dmin[i]=Dmin[i]+s[i]-hk[i];

Wz[i]=3.14*dmin[i]*dmin[i]*dmin[i]/32;/*抗弯系数*/

dmax[i]=Mwmax[i]/Wz[i];

y[i]=l[i]/2+Bk[i]/2+x[i];

P1[i]=(L[i]+l[i]-y[i])*P[i]/(L[i]+l[i]);

Mwmax1[i]=0.5*P1[i]*l[i]*1000;

Wz1[i]=3.14*d[i]*d[i]*d[i]/32;/*抗弯系数*/

d1[i]=Mwmax1[i]/Wz1[i];

Mn[i]=Mz[i]/2+(Mf1[i]/1000)/2;

Wn[i]=3.14*d[i]*d[i]*d[i]/16;/*抗扭系数*/

t1[i]=Mn[i]*1000000/Wn[i];

a1[i]=sqrt(d1[i]*d1[i]+4*t1[i]*t1[i]);

dj[i]=(1-u)*d1[i]/2+(1+u)*a1[i]/2;

if((dmax[i]<120)&&(dj[i]<120))

q=1;

else q=0;

c=i+1;

printf("%-3d,%-3d,%-3d,%-8.4f,%-8.4f,%-8.4f,%-8.4f, %-8.4f\n",

c,o,q,f[i],k[i],n[i],e[i],m[i]);

}

getch();

for(i=0;i<16;i++)

printf("%-2d, %-8.0f,%-8.2f,%-8.2f,%-8.3f,%-8.3f,%-8.3f,%-8.3f,%-8.3f\n",

i+1,F[i],p[i],P[i],Mz[i]/1000,Mf1[i],Mf2[i],MH[i],Mf[i]);

printf("\n");

for(i=0;i<16;i++)

printf("%-2d,%-8.2f,%-8.2f,%-8.2f,%-8.3f,%-8.3f,%-8.3f,%-8.3f,%-8.3f\n",

i+1,Mk[i],Mzd[i],Mjum[i],M[i],dmax[i],d1[i],t1[i],dj[i]);

getch();

}

运行结果：

1 ,1 ,1 ,0.4200 ,71.0500 ,0.3500 ,0.0007 , 0.0800

2 ,1 ,1 ,0.4412 ,74.8090 ,0.4030 ,0.0011 , 0.0802

3 ,1 ,1 ,0.4424 ,78.4180 ,0.4060 ,0.0015 , 0.1490

4 ,1 ,1 ,0.4436 ,81.0270 ,0.4090 ,0.0020 , 0.1139

5 ,1 ,1 ,0.4444 ,83.4330 ,0.4110 ,0.0030 , 0.2021

6 ,1 ,1 ,0.4456 ,84.0420 ,0.4140 ,0.0045 , 0.1657

7 ,1 ,1 ,0.4468 ,84.6510 ,0.4170 ,0.0081 , 0.1925

8 ,1 ,1 ,0.4480 ,85.2600 ,0.4200 ,0.0122 , 0.1615

9 ,1 ,1 ,0.4492 ,85.8690 ,0.4230 ,0.0163 , 0.2715

10 ,1 ,1 ,0.4504 ,86.4780 ,0.4260 ,0.0258 , 0.2302

11 ,1 ,1 ,0.4516 ,87.0870 ,0.4290 ,0.0331 , 0.3554

12 ,1 ,1 ,0.4528 ,87.6960 ,0.4320 ,0.0500 , 0.2961

13 ,1 ,1 ,0.4544 ,88.5080 ,0.3488 ,0.0611 , 0.4334

14 ,1 ,1 ,0.4560 ,89.3200 ,0.3520 ,0.0854 , 0.3487

15 ,1 ,1 ,0.4580 ,90.3350 ,0.2892 ,0.0963 , 0.4935

16 ,1 ,1 ,0.4600 ,91.3500 ,0.2925 ,0.1330 , 0.4130

1 , 16425 ,88.90 ,1460.13 ,0.161 ,1708.354,72.984 ,3.820 ,0.098

2 , 14641 ,88.37 ,1293.85 ,0.143 ,1513.804,82.965 ,3.820 ,0.111

3 , 13912 ,94.70 ,1317.42 ,0.142 ,1541.385,96.596 ,3.820 ,0.130

4 , 11925 ,92.48 ,1102.88 ,0.109 ,1290.369,94.568 ,3.820 ,0.130

5 , 10032 ,100.30 ,1006.18 ,0.098 ,1177.236,92.817 ,4.775 ,0.128

6 , 8059 ,97.97 ,789.57 ,0.070 ,923.793 ,88.224 ,4.775 ,0.125

7 , 4930 ,100.95 ,497.64 ,0.033 ,328.445 ,77.320 ,4.775 ,0.102

8 , 3975 ,99.04 ,393.68 ,0.024 ,259.830 ,76.191 ,4.775 ,0.102

9 , 2858 ,109.19 ,312.05 ,0.017 ,205.954 ,70.831 ,4.775 ,0.098

10, 2503 ,106.39 ,266.26 ,0.014 ,175.734 ,80.456 ,4.775 ,0.112

11, 1840 ,118.06 ,217.18 ,0.010 ,143.342 ,63.613 ,4.775 ,0.092

12, 1646 ,113.69 ,187.16 ,0.009 ,123.526 ,65.275 ,4.775 ,0.095

13, 1259 ,126.90 ,159.70 ,0.007 ,105.404 ,81.773 ,4.775 ,0.124

14, 1115 ,120.51 ,134.40 ,0.005 ,88.701 ,79.864 ,4.775 ,0.122

15, 837 ,134.95 ,113.01 ,0.004 ,74.588 ,65.956 ,4.775 ,0.106

16, 798 ,129.13 ,103.05 ,0.004 ,68.014 ,73.964 ,4.775 ,0.118

1 ,0.19 ,2.34 ,2.51 ,2.624 ,50.428 ,37.072 ,6.994 ,38.730

2 ,0.19 ,2.65 ,2.83 ,2.957 ,48.761 ,33.744 ,6.222 ,35.187

3 ,0.19 ,3.09 ,3.26 ,3.411 ,39.786 ,31.160 ,6.171 ,32.690

4 ,0.19 ,3.02 ,3.20 ,3.343 ,37.960 ,27.211 ,4.728 ,28.249

5 ,0.24 ,2.97 ,3.19 ,3.333 ,27.770 ,23.936 ,4.254 ,24.889

6 ,0.24 ,2.82 ,3.04 ,3.180 ,23.248 ,19.429 ,3.063 ,20.042

7 ,0.24 ,2.48 ,2.69 ,2.816 ,31.559 ,37.261 ,8.076 ,39.438

8 ,0.24 ,2.44 ,2.66 ,2.778 ,26.622 ,30.311 ,5.894 ,31.749