【文章內(nèi)容簡介】 ............................................................................................................... 63 附 錄 .......................................................................................................................... 64 太原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計 引言 1 引 言 鋼鐵材料以其所具有的特性 ——較高的強度、韌性、易加工成型性、綠色可循環(huán)性在未來很長一段時期內(nèi)仍將是重要的結(jié)構(gòu)材料。我國是一個發(fā)展中的大國，消 費市場巨大，對鋼鐵的需求，特別是對線棒材需求量仍然很大。工業(yè)發(fā)展的歷史表明，鋼鐵工業(yè)是整個工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，鋼鐵生產(chǎn)狀況是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志。我國棒材的總產(chǎn)量在鋼材總量中的比例超過 40%，在世界上是最高的。這是國內(nèi)經(jīng)濟建設(shè)和出口需要所決定。 棒材的斷面形狀簡單，比起線材一般斷面大很多，因此散熱慢，允許軋制時間長，頭尾溫差大的問題不突出，但上限產(chǎn)品容易壓縮比不足。與其他熱軋一樣，為能軋制高尺寸精度的產(chǎn)品，必須保證加熱均勻一致，軋機剛度盡可能的高，軋制中，做到冷卻一致。軋制中還有磨損帶來孔型的變化，影 響軋制的持久穩(wěn)定。 棒材以直條交貨，軋制單根棒條可以使用最小坯料，軋制道次也不是很多，降溫不是主要考慮問題，因而把棒材軋制是所有軋材中最容易實現(xiàn)的品種，它可以有多種方式。從三輥橫列式，到扭轉(zhuǎn)二重式，從各種半連續(xù)式到全連續(xù)式，都能生產(chǎn)棒材，但其產(chǎn)量、尺寸精度、成材率、合格率卻都大不一樣。三輥軋機剛度低，加熱溫度的波動必然帶來嚴(yán)重的產(chǎn)品尺寸波動，加上橫列式速度慢、軋制時間長，導(dǎo)致軋件頭、尾溫差加大，容易尺寸不一致，并且性能不均，產(chǎn)量很低，質(zhì)量波動很大，優(yōu)質(zhì)率極低。 全連續(xù)軋機一般采用平立交替，軋件無扭，事故少、 產(chǎn)量高，可以實現(xiàn)了大規(guī)模的專業(yè)化生產(chǎn)和組織性能控制 .同時軋機采用高剛度，控制自動化程度較高，使尺寸精度和合格率得到很大提高，尤其成材率提高，減少回爐煉鋼的浪費。合金棒材在機械軸類零件中有廣泛的應(yīng)用，在軋制加工的基礎(chǔ)上，熱處理性能極為優(yōu)良，可以經(jīng)過淬火，達到相當(dāng)高的強度和韌性。但合金鋼熱塑性差，加工性能差，軋制變形要求減少道次壓下。 本設(shè)計按照任務(wù)書要求，設(shè)計年產(chǎn) 90 萬 t 全連續(xù)式棒材車間。選擇 Φ16 mm的圓鋼作為典型產(chǎn)品的孔型設(shè)計。 太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計 說明書 2 第 1 章 文獻綜述 在現(xiàn)代社會的國民生產(chǎn)中，棒材作為鋼鐵產(chǎn)品的組成部分，即 便是在當(dāng)前國際經(jīng)濟危機的大環(huán)境下，由于我國采取擴大內(nèi)需，建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，鼓勵發(fā)展房地產(chǎn)業(yè)的政策，棒材的生產(chǎn)仍然十分重要。由于鋼鐵材料的用途十分廣泛，不論農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防建設(shè)，都需要有質(zhì)量優(yōu)良，品種齊全，數(shù)量足夠的鋼鐵，因此鋼鐵工業(yè)的發(fā)展有著非常重要的意義 [1]。我國是一個發(fā)展中國家，住房尚需大量發(fā)展，建筑用鋼的需求在很長一段時間內(nèi)都將是很高的。另外隨著人民生活水平的提高，相應(yīng)汽車用鋼的需求也會越來越多。 我國線棒材發(fā)展現(xiàn)狀 鋼鐵材料以其所具有的特性 ———較高的強度和韌性、易加工成型性、綠色可循環(huán)性在未來 時期內(nèi)仍將是重要的結(jié)構(gòu)材料。隨著我國汽車制造、電氣機械、船舶制造工業(yè)的發(fā)展 ,板材、管材在鋼材中所占的比例將逐漸提高 ,線棒材所占比例將有所下降 ,但其絕對值仍在上升。而且線棒材生產(chǎn)結(jié)構(gòu)將發(fā)生很大的變化。我國目前線棒材生產(chǎn)有如下特點 [2]。 產(chǎn)能高 我國線棒材無論是軋機數(shù)量 ,還是產(chǎn)量均居世界第一位 ,而且其產(chǎn)量還在以較快速度增長 (年平均增長速度為 15 %左右 ),目前我國線棒材占鋼材總產(chǎn)量的48 %～ 50 %。與此同時 ,美國同期線棒材產(chǎn)量占鋼材總產(chǎn)量的 22 %左右 ,日本同期線棒材產(chǎn)量占鋼材總產(chǎn)量的 27 % 左右 ,而且?guī)啄陙懋a(chǎn)量相對平穩(wěn)。因此我國線棒材無論是所占鋼材總產(chǎn)量的比例還是絕對產(chǎn)量均高于美國和日本。 生產(chǎn)裝備參差不齊 近年來我國小型軋機向連續(xù)化發(fā)展 ,線材生產(chǎn)則趨向采用高速線材軋機 ,到2020 年 6 月底 ,全國共投產(chǎn)連續(xù)及半連續(xù)小型軋機 70 套 ,設(shè)計產(chǎn)能超過 2 100 萬t/ a ,其中國產(chǎn)化設(shè)備超過 40 %。到目前為止 ,全國共投產(chǎn)高速線材軋機約 70 臺套(含線棒材復(fù)合軋機 ) ,設(shè)計產(chǎn)能超過 1 700 萬 t/ a [2]。國產(chǎn)化設(shè)備最高精軋速度可達 90 m/ s。與此同時 ,我國目前尚有一些落 后的小型線材軋機再生產(chǎn)。據(jù)調(diào)查 ,約有 40 %的小型型鋼 (線棒材 ) 生產(chǎn)線屬于落后淘汰設(shè)備 ,約 30 %的落后線材生產(chǎn)線應(yīng)被淘汰。 太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計 說明書 3 管理水平逐年提高 近年來 ,我國線棒材廠總體生產(chǎn)管理水平不斷提高 ,一般連續(xù)小型及高速線材軋機投產(chǎn)后 2 年左右即能達到或超過設(shè)計產(chǎn)量。 2020 年以后 ,不少小型線材軋機的成材率達到 97 % ,一些實行負偏差軋制的軋機 ,成材率約在 98 %以上。另外 ,由于注重產(chǎn)品質(zhì)量的提高 ,開發(fā)了 400 MPa Ⅲ 級帶肋鋼筋。并且 ,不少企業(yè)努力增加硬線生產(chǎn)比例 ,特別是在擴大高強度低松弛預(yù)力鋼絲 、鋼絞線生產(chǎn)份額 ,改善冷墩鋼質(zhì)量 ,擴大產(chǎn)品規(guī)格上采取了多項措施。最近新投產(chǎn)的幾套高速線材軋機 ,可提供 Ф5～ 25 mm線材 ,直徑公差達 177。 mm ,橢圓度達 mm,可滿足不同用戶的需求。 棒材的種類和用途 棒材是一種簡單斷面型材，一般是以直條狀交貨。棒材的品種按斷面形狀分為圓形、方形和六角形以及建筑用螺紋鋼筋等幾種，后者是周期斷面型材，有時被稱為帶肋鋼筋。棒材的斷面形狀最主要的還是圓形。國外通常認為，棒材的斷面直徑是 Φ9~300 mm。國內(nèi)在生產(chǎn)時約定俗成地認定為：棒材車間的產(chǎn)品范圍是斷面直 徑為 Φ10~50 mm。 棒材的用途非常廣泛，除建筑螺紋鋼筋等可直接被應(yīng)用的成品之外，一般都要經(jīng)過深加工才能制成產(chǎn)品。深加工的方式有熱緞、溫鍛、冷鍛、拉拔、擠壓、回轉(zhuǎn)成形和切削等，為了便于進行這些深加工，加工之前需要進行退火、酸洗等處理。加工后為保證使用時的機械性能，還要進行淬火、正火或滲碳等熱處理。有些產(chǎn)品還要進行鍍層、噴漆、涂層等表面處理。 市場對棒材的質(zhì)量要求 由于棒的用途廣泛，因此市場對它們的質(zhì)量要求也是多種多樣的，根據(jù)不同的用途，對力學(xué)強度、冷加工性能、熱加工性能、易切削性能和耐磨耗性能等也各有所偏重 [3]?？偟囊笫牵禾岣邇?nèi)部質(zhì)量，根據(jù)深加工的種類，材料本身應(yīng)具有合適的性能，以減少深加工工序，提高最終產(chǎn)品的使用性能。 用作建筑材料的螺紋鋼筋，主要是要保證化學(xué)成分并具有良好可焊性，要求物理性能均勻、穩(wěn)定，以利于冷彎，并有一定的耐蝕性。 棒材的生產(chǎn)特點 棒材的斷面形狀簡單，用量巨大，適于進行大規(guī)模的專業(yè)化生產(chǎn)。我國棒材太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計 說明書 4 的總產(chǎn)量在鋼材總量中的比例超過 40 %，在世界上是最高的。預(yù)計隨著我國經(jīng)濟現(xiàn)代化程度的逐漸提高。棒、線材在鋼材總量中的比例將會逐步降低。 棒材的斷面尺寸比線材要大，但仍是熱軋 材中較小的。棒材的特點是斷面較線材大的多，散熱慢，可軋時間長，但壓縮比不很大。長度定尺交貨，使得可有多種生產(chǎn)方式進行軋制。但隨著尺寸精度和表面質(zhì)量要求增加，橫列式已經(jīng)多數(shù)被淘汰。因為，三輥橫列式速度慢、軋制時間長，導(dǎo)致軋件終軋溫度下降過多，頭、尾溫差加大，結(jié)果造成軋件頭、尾尺寸公差不一致，并且性能不均。采用平立交替軋機提高軋制速度可以解決上述矛盾，滾動導(dǎo)衛(wèi)的使用也可減少事故，這些都推動了棒材生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。 棒材的生產(chǎn)工藝 坯料 棒材的坯料現(xiàn)在各國都以連鑄坯為主，對于某些特殊鋼種有使用初軋 坯的情況。為兼顧連鑄和軋制的生產(chǎn)，目前生產(chǎn)棒材的坯料斷面形狀一般為方形，邊長120~200 mm。連鑄時希望坯料斷面大，而軋制工序為了適應(yīng)小直徑、長尺寸，保證終軋溫度，則希望坯料斷面盡可能小。從壓縮比上看希望斷面大些，以提高變形比。生產(chǎn)棒材的坯料一般較長，最長達 22 m。一些車間為擴大產(chǎn)品上限，有時也選兩種坯料，這時粗軋第一架的能力要加大，同時設(shè)備作業(yè)率降低。一個車間最好一個坯料規(guī)格，這樣軋機有最大的利用率 [5]。 連鑄可以明顯節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和收得率，有巨大的經(jīng)濟效益，這已經(jīng)在普通鋼種上得到廣泛應(yīng)用，也 正在向高檔鋼材和特殊鋼種的生產(chǎn)迅速擴大。對機械結(jié)構(gòu)用鋼，由于中心偏析和延伸比等問題，連鑄質(zhì)量較難保證，由于電磁攪拌、低溫鑄造等技術(shù)的顯著進步，使這些鋼種也可以采用連鑄進行生產(chǎn)。 當(dāng)采用常規(guī)冷裝爐加熱軋制工藝時，為了保證坯料全長的質(zhì)量，對一般鋼材可采用目視檢查，手工清理的方法。對質(zhì)量要求嚴(yán)格的鋼材，則采用超聲波探傷、磁粉或磁力線探傷等進行檢查和清理，必要時進行全面的表面修磨。棒材產(chǎn)品軋后還可以探傷和檢查，表面缺陷還可以清理。 采用連鑄坯熱裝爐或直接軋制工藝時，必須保證無缺陷高溫鑄坯的生產(chǎn)。對于有缺陷的鑄坯，可 進行在線熱檢測和熱清理，或通過檢測將其剔除，形成落地冷坯，進行人工清理后，再進入常規(guī)工藝軋制生產(chǎn)。 太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計 說明書 5 加熱和軋制 棒材加熱和軋制的工藝流程如下： 冷坯加熱 粗軋 中軋 精軋 冷卻 精整 連鑄坯熱裝加熱 1) 加熱。在現(xiàn)代化的軋制生產(chǎn)中，棒材的軋制速度很高，一般在 12m/s 以上時，軋制變形時的溫升較為明顯，與散熱抵消以后，甚至還出現(xiàn)升溫。棒材斷面大，軋制時間短，而且冷床散熱慢，故一般棒材軋制的加熱溫度較低，出口速度也不太高。加熱要嚴(yán)防 過熱和過燒，要盡量減少氧化鐵皮。對易脫碳的鋼種，要嚴(yán)格控制高溫段的停留時間，采取低溫、快熱、快燒等措施。對于現(xiàn)代化的棒材生產(chǎn)，一般是用步進式加熱爐加熱，由于坯料較長，爐子較寬，為保證尾部溫度，采用側(cè)進側(cè)出的方式。為適應(yīng)熱裝熱送和連鑄直軋，有的生產(chǎn)廠采用電感應(yīng)加熱、電阻加熱以及無氧化加熱等 [4]。 2) 軋制。為提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，適合棒材的軋制方式是連軋。連軋時一根坯料同時在多機架中軋制，在孔型設(shè)計和軋制規(guī)程設(shè)定時要遵守各機架間軋件出入口速度相等或稍有速差的原則。在棒材軋制的過程中，前后孔型應(yīng)該交替地壓 下軋件的高向和寬向。軋輥軸線全平布置的連軋機在軋制中將會出現(xiàn)前后機架間軋件扭轉(zhuǎn)的問題，扭轉(zhuǎn)將帶來軋件表面易被扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)劃傷，軋制不穩(wěn)定等問題。粗軋速度慢，一些車間在粗軋采用平輥軋制，平立交替的中精軋采用橢圓圓孔型。盡管粗軋速度低，只要有扭轉(zhuǎn)，事故還是增加，對塑性差的鋼種也有限制，容易出現(xiàn)角裂。 3) 控制軋制。為了細化晶粒，減少深加工時的退火和調(diào)質(zhì)等工序，得到產(chǎn)品的特殊機械性能，可以采用控制軋制或低溫軋制等措施，這時軋機能力更要有富裕。 棒材軋制的發(fā)展方向 連鑄坯熱裝熱送或連鑄直接軋制 由 于實現(xiàn)了連鑄，棒材生產(chǎn)可以不經(jīng)過開坯工序。目前，即使是對于高檔鋼材也可以使用連鑄坯生產(chǎn)，但是連鑄還是無法保證提供無缺陷坯料，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要在冷狀態(tài)下對坯料進行表面缺陷和內(nèi)部質(zhì)量檢查。因此加熱爐還要對冷坯重新加熱再進行軋制。今后隨著精煉技術(shù)、連鑄無缺陷技術(shù)、坯料熱狀態(tài)表面缺陷和內(nèi)部質(zhì)量檢查技術(shù)的發(fā)展，連鑄坯熱裝熱送將會很快應(yīng)用于生產(chǎn)實太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計 說明書 6 踐，以充分利用能源。對于一般材質(zhì)以及高檔鋼材的棒材連鑄坯直接軋制技術(shù)仍在研究之中。連鑄坯以 650～ 800℃ 熱裝熱送，可提高加熱爐的能力 20%～ 30%，比冷裝減少坯料的氧化 損失 %～ %，節(jié)約加熱能耗 30%～ 45%。同時可減少鋼坯的庫存量，減少設(shè)備和操作人員，縮短生產(chǎn)周期，加快資金周轉(zhuǎn)，可見有巨大的經(jīng)濟效益。 繼續(xù)提高軋制速度 目前，先進的棒材軋機的終軋速度一般為 17～ 18m/s ，隨著飛剪剪切技術(shù)及控制冷卻等技術(shù)的完善，棒材的終軋速度還會繼續(xù)提高。然而，對于較大斷面的棒材，不能盲目的提高終軋速度，因為其斷面大，冷卻較慢，若終軋速度過高，冷卻將成問題，這必將導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，或者導(dǎo)致冷床過大，增加輔助投資。 在本設(shè)計中，自動化程度極高，從坯料上料到成品，一 線全部自動化，無需人工操作。坯料選用連鑄坯取代初軋鋼坯，提高了成材率，簡化了工藝過程，降低了生產(chǎn)成本。同時，設(shè)計采用全連軋生產(chǎn)線，縮短了軋制周期，提高了軋機產(chǎn)量、軋制精度和成品質(zhì)量，降低了成本。并且在軋制的精軋部分采用平立輥交替軋制，減少軋制事故的發(fā)生，提高了生產(chǎn)效率。太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計 說明書 7 第 2 章 建廠依據(jù)和產(chǎn)品大綱 坯料選擇 目前，軋鋼生產(chǎn)用坯有三種：即用連鑄坯、鋼坯、鋼錠。 鋼錠是煉鋼生產(chǎn)的最終產(chǎn)品，也是鋼材生產(chǎn)的原料。鋼錠質(zhì)量的優(yōu)劣、重量的大小及鋼錠的類型對鋼材產(chǎn)品生產(chǎn)有很大的影響。鋼錠經(jīng)開坯軋制成不同規(guī)格的鋼坯。 可根據(jù)不同的產(chǎn)品特點，選擇與成品鋼材形狀相近似的鋼坯。連鑄坯是直接將鋼水鑄成軋機所需要的各種規(guī)格和斷面形狀的鋼坯的生產(chǎn)過程，省去了初軋生產(chǎn)過程。 隨著冶煉技術(shù)的不斷發(fā)展，連鑄和棒材軋機之間的連接的合理優(yōu)化，從連鑄坯考慮采用較大的斷面，大連鑄坯在連鑄過程中有利于夾雜物上浮，更能保證質(zhì)量，同時，在壓縮比一定的情況下，較大斷面的連鑄坯有利于生產(chǎn)更大規(guī)