【導(dǎo)讀】品種為圓鋼和螺紋鋼的小型棒材。廠，在此選擇Φ16mm的圓鋼作為典型產(chǎn)品進(jìn)行該車(chē)間的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用全連續(xù)軋制生產(chǎn)工藝，全線共有軋機(jī)18架，其中粗軋機(jī)6架，中軋機(jī)6架，精軋機(jī)6架，終軋最大軋制速度為16m/s。采用主要工藝流程為選。棒材以定尺交貨，橫列式、半連續(xù)式、全連續(xù)式各種軋機(jī)都可以進(jìn)。采用全連續(xù)式平立交替布置軋機(jī)，以保證產(chǎn)量減少事故。

　　

【正文】 、中軋機(jī)組的微張力控制系統(tǒng)，不僅需要各道次軋件斷面相對(duì)穩(wěn)定，而且需軋輥工作直徑相 對(duì)穩(wěn)定，即需要孔型磨損均勻，從而縮短軋機(jī)自適應(yīng)過(guò)程，降低微張力控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)頻率；就活套控制而言，活套器的設(shè)置及其工況與軋件斷面形狀和大小密切相關(guān)。顯然，圓、橢圓軋件與同斷面積的其它等軸軋件相比，慣性矩較小，更容易成套，而且其斷面周邊呈弧形，可以減輕成套過(guò)程中軋件彎曲及活套輥與軋件接觸對(duì)軋件表面質(zhì)量的影響。這對(duì)裂紋敏感、采用控溫軋制的合金鋼棒材更為有利，這些也是選用橢圓 —圓孔型系統(tǒng)的重要原因。 比較各軋機(jī)布置形式的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用全連續(xù)式布置軋機(jī)。 軋機(jī)機(jī)架數(shù)確定 對(duì)于每架只軋一道的連續(xù)式軋機(jī)， 確定其機(jī)架數(shù)是比較容易的。因?yàn)槠錂C(jī)架數(shù)目一般不少于軋制道次，只要知道軋制道次即可確定機(jī)架數(shù)。 軋制道次和機(jī)架數(shù)可用下式 [6]確定： lnlnpN???? ……………………………………….. （ 3） 式中： N——機(jī)架數(shù)目； ?? ——由坯料到成品的總延伸系數(shù)； p? ——各道次的平均延伸系數(shù)。 24nnFD?? ……………………………………… （ 4） 2024 1 6 5 1 3 5 . 4 73 . 1 4 1 6nFF? ? ?? ? ?? 設(shè)計(jì)孔型系統(tǒng)為箱形孔和橢圓 圓的組合孔型生產(chǎn)系統(tǒng)。 箱形孔平均延伸系數(shù) p? = ～ ；橢圓 圓平均延伸系數(shù) p? = ～ ； 太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 17 根據(jù)以上經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再參考同類(lèi)棒材車(chē)間， p? =。 ln l n 1 7 6 .9 5 1 7 .6 8l n l n 1 .3 2pN?? ?? ? ? 選取機(jī)架數(shù)為 18 架。 生產(chǎn)大規(guī)格產(chǎn)品可甩過(guò)架次（空過(guò)），減少軋制道次。 綜上所述，粗短應(yīng)力線軋懸臂式機(jī)，中、精軋可選用短應(yīng)力線軋機(jī) ，全線全連續(xù)式布置型式，具體規(guī)格為見(jiàn)表 5： 表 5 軋機(jī)布置形式 機(jī)架 布置形式 軋機(jī)結(jié)構(gòu) 1 ～ 6 平／立交替布置 懸臂式軋機(jī) 7 ～ 12 平／立交替布置 卡盤(pán)式機(jī)架、四拉桿機(jī)構(gòu)短應(yīng)力線軋機(jī) 13 ～ 18 平／立交替布置（ 14 、 16 、 18 機(jī)架為平／立可轉(zhuǎn)換機(jī)架 )。 卡盤(pán)式機(jī)架、四拉桿機(jī)構(gòu)短應(yīng)力線軋機(jī) 軋制分為粗、中、精軋三部分。采用平立輥交替的軋機(jī)，這樣軋件在軋機(jī)中可以不用扭轉(zhuǎn)，改善咬入，減少事故的發(fā)生。 軋機(jī)結(jié)構(gòu)形式主要以軋輥的數(shù)目、配置和大小來(lái)區(qū)分，有如下幾種： (1)二輥軋機(jī) (2)三輥軋機(jī) (3)四輥軋機(jī)及多機(jī)架連軋 (4)多輥軋機(jī) (5)復(fù)合式多輥軋機(jī) (6)萬(wàn)能軋機(jī) 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，由于是全連軋生產(chǎn)，所以軋機(jī)全部選二輥軋機(jī)平立交替布置， 這樣可以改善咬入，減少事故發(fā)生。 棒材軋制生產(chǎn)工藝的制定 制定生產(chǎn)工藝的原則 根據(jù)已制定的生產(chǎn)方案，在充分完成產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量要求的前提條件下，用最大可能的低消耗、最少的設(shè)備、最小的車(chē)間面積、最低的勞動(dòng)成本，并有利于產(chǎn)品的質(zhì)量的提高和發(fā)展，有較好的勞動(dòng)條件，最好的經(jīng)濟(jì)效益，具體的原則如下： 太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 18 由于產(chǎn)品的產(chǎn)量、品種、規(guī)格及質(zhì)量的不同，所采用的生產(chǎn)方案就不同，那么主要工序就有很大差距。因此生產(chǎn)方案是編制生產(chǎn)工藝流程的依據(jù)。 根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求：通常在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了鋼材各種規(guī)格，技術(shù)條件、產(chǎn)品性能 檢驗(yàn)等內(nèi)容。但技術(shù)要求則是其主要方面，它對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求，即它對(duì)產(chǎn)品的幾何形狀與尺寸精確度、鋼組織與性能以及表面質(zhì)量都作出了明確的規(guī)定，顯然，產(chǎn)品的技術(shù)要求是制定工藝過(guò)程的首要依據(jù)。為了滿足產(chǎn)品技術(shù)條件要求，就要有相應(yīng)的工序給予保證。因此，滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求是設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝流程的基礎(chǔ)。 生產(chǎn)規(guī)模大?。河捎谲?chē)間生產(chǎn)規(guī)模不同，所要求的工藝過(guò)程復(fù)雜程度也不同。在生產(chǎn)同一產(chǎn)品情況下，生產(chǎn)規(guī)模越大的車(chē)間，其工藝過(guò)程也越復(fù)雜。應(yīng)此，設(shè)計(jì)時(shí)生產(chǎn)率的要求是設(shè)計(jì)工藝過(guò)程的出發(fā)點(diǎn)。 產(chǎn)品成本：成品是生產(chǎn)效果的綜合反映，是各種因素影 響的結(jié)果。一般鋼的加工工藝性能愈差，產(chǎn)品的技術(shù)要求愈高，其生產(chǎn)工藝過(guò)程就愈復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程中金屬、燃料、電力、勞動(dòng)力等各種消耗也愈高，產(chǎn)品成本必然會(huì)相應(yīng)提高。反之，則產(chǎn)品成本下降。成本的高低在一定程度上也是工藝過(guò)程是否合理的反映。當(dāng)然，成本還與產(chǎn)量大小、生產(chǎn)技術(shù)水平等其它因素有關(guān)的。 工人的勞動(dòng)條件：工藝過(guò)程中采用的工序必須保證生產(chǎn)安全，不危及勞動(dòng)者的身體健康，不造成環(huán)境污染。否則，應(yīng)采取妥善的防護(hù)措施。 生產(chǎn)工藝流程圖 工藝流程就是把產(chǎn)品的生產(chǎn)工序排列起來(lái)。正確制定工藝過(guò)程是軋鋼車(chē)間工藝設(shè)計(jì)的重 要內(nèi)容，它直接關(guān)系到整個(gè)設(shè)計(jì)能否滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求。制定軋鋼生產(chǎn)工藝過(guò)程的首要目的是為了獲得質(zhì)量符合要求的產(chǎn)品，其次要在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上追求軋機(jī)的高產(chǎn)量，并能做到降低各種原料、材料消耗。因此，正確制定產(chǎn)品工藝過(guò)程，對(duì)于工藝過(guò)程合理化，對(duì)于充分發(fā)揮軋機(jī)作用具有重要意義。優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗時(shí)指定產(chǎn)品工藝過(guò)程的總要求。工藝流程如下圖 5： 太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 19 圖 5 生產(chǎn)工藝 連鑄坯或初軋坯 廢料剔除上料稱(chēng)量 加熱爐加 熱 高壓水除鱗 粗軋機(jī)組 1飛剪機(jī)及事故碎斷剪 中軋機(jī)組 2飛剪機(jī)及事故碎斷剪 精軋機(jī)組 倍尺剪 取樣剪 冷床冷卻、齊頭 成排收集 冷飛剪剪切 計(jì)數(shù)、自動(dòng)打捆、標(biāo)記 稱(chēng)量 發(fā)貨 冷卻 打捆標(biāo)記 稱(chēng)量 存放 取卷 打包收集 稱(chēng)重 存放 太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 20 生產(chǎn)工藝特點(diǎn) 1. 軋制工藝： 1～ 10 架軋機(jī)為微張力軋制， 10～ 18 架為立活套控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制，保證產(chǎn)品 尺寸精度，產(chǎn)品尺寸偏差可達(dá)到 1/3 DIN 標(biāo)準(zhǔn)公差范圍的水平。 2. 導(dǎo)衛(wèi)裝置使用滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)和滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)，進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)的鼻錐 (耐磨塊 )設(shè)計(jì)，滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)采用油氣潤(rùn)滑和循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，延長(zhǎng)了導(dǎo)板和導(dǎo)輪的使用壽命，使噸鋼耗導(dǎo)衛(wèi)僅 kg。 3. 剪切系統(tǒng)：軋制過(guò)程共設(shè)有三臺(tái)旋轉(zhuǎn)飛剪。其中 1旋轉(zhuǎn)式飛剪置于粗軋機(jī)組后，用于切頭切尾和事故碎斷處理。最大剪切直徑 72 mm, 2旋轉(zhuǎn)式飛剪置于中軋機(jī)組后，作用同 1飛剪，最大剪切直徑 38 mm. 3旋轉(zhuǎn)式飛剪置于精軋機(jī)組后，也叫倍尺剪，是將棒材在上冷床前成倍尺分段，同 樣起事故碎斷處理作用。最大剪切直徑為 :經(jīng)余熱處理的棒材為 40 mm，未經(jīng)余熱處理的棒材為 50 mm。倍尺飛剪采用優(yōu)化剪切技術(shù)可使上冷床的倍尺都為定尺的整倍數(shù)，且每支只出 1支短尺并進(jìn)人非尺冷床，提高了成材率及產(chǎn)品定尺率和剪切效率。整個(gè)過(guò)程全部由計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)剪切作業(yè)的高精度。 4. 冷床和棒材分組系統(tǒng)：齒條式冷床長(zhǎng)度 120 m，寬度 15 m，棒材經(jīng)倍尺飛剪剪切后進(jìn)入撥入裙板的冷床輸入輥道，電氣傳動(dòng)的制動(dòng)裙板使棒材降速并將他們撥入冷床，冷床的初始部分為矯直板，使棒材保持平直。隨后的動(dòng)齒條和固定齒條用于接收和冷 卻軋件，動(dòng)齒條自動(dòng)驅(qū)動(dòng)。接著棒材由動(dòng)齒條輸送到分組輸送鏈上，在此棒材按不同規(guī)格產(chǎn)品剪切支數(shù)的要求分組。隨后，由平移小車(chē)將各組棒材送到冷床的輸出輥道以供剪切。齒條末端設(shè)置對(duì)齊輥道用于產(chǎn)品端部的對(duì)齊，經(jīng)冷飛剪將棒材按定尺剪切 [10]。此冷床冷卻質(zhì)量高、冷卻均勻，且具有根據(jù)要求自動(dòng)編組的功能，方便定尺剪切。 軋制方案制定 由于本車(chē)間的設(shè)計(jì)產(chǎn)量較高，而產(chǎn)品規(guī)格又較小，所以采用全連軋生產(chǎn)。 生產(chǎn)工藝的過(guò)程 坯料表面預(yù)處理 1. 表面缺陷清理 連鑄坯表面存在各種缺陷（如結(jié)疤、折疊、裂紋、 皮下氣泡等），如不在軋制前加以清理去除，會(huì)在軋制過(guò)程延伸、擴(kuò)大，輕者造成鋼材應(yīng)力集中和腐蝕的起點(diǎn)，使材料強(qiáng)度和耐腐蝕能力降低，嚴(yán)重的影響金屬在軋制時(shí)的塑性和成型，造成廢品。所以坯料表面缺陷清理是提高鋼材合格率，保證鋼清理和火焰清理的方法。清理表面常用的方法有：火焰清理、風(fēng)鏟清理、砂輪清理和機(jī)床清理。根據(jù)港中、缺陷的性質(zhì)與狀態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不同，而采取的清理方法也不同。一般碳素鋼及部分合金鋼的局部處理采用人工火焰清理；碳鋼和部分合金鋼的大太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 21 面積剝皮采用機(jī)械火焰清理。各種清理方法中，費(fèi)用比較砂輪清理是風(fēng)鏟清理的3 倍，二機(jī)床與火焰清理費(fèi)用是風(fēng)鏟清理的 1/2。 2. 表面氧化鐵皮清除 氧化鐵皮清除的目的在于暴露表面缺陷便于檢查、光潔表面和減少下道工具的磨損。 清除表面氧化鐵皮的方法有機(jī)械法和化學(xué)法兩類(lèi)。對(duì)連鑄坯，一般采用化學(xué)法清理。對(duì)金屬進(jìn)行酸洗或堿洗屬于化學(xué)法清除。其中酸洗是最常用的去除氧化鐵皮的方法。 坯料加熱 對(duì)于熱軋型鋼來(lái)說(shuō)，軋前加熱的目的是提高鋼的塑性以降低剛在熱軋時(shí)的變形抗力，降低軋制壓力，是坯料內(nèi)外溫度均勻，減少坯料表面和心部的溫度差，以避免由于溫度應(yīng)力過(guò)大而造成的嚴(yán)重缺陷，改善坯料的組織狀 態(tài)，形成均勻的奧氏體組織，消除偏析等。 現(xiàn)代化棒、線材軋制速度很高，軋制中溫降很小，甚至還出現(xiàn)溫度升高現(xiàn)象，所以棒、線材加熱溫度較低。正確的選擇軋鋼加熱設(shè)備，制定合適的加熱工藝制度對(duì)提高車(chē)間生產(chǎn)能力，改善產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響。相反，加熱設(shè)備選擇不當(dāng)，加熱制度制定不妥，可能引起鋼的氧化、脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒等缺陷，給軋鋼生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重后果。因此根據(jù)本車(chē)間的產(chǎn)量大等原因，選擇步進(jìn)梁式加熱爐 [12]。 坯料加熱工序設(shè)計(jì)主要考慮：加熱速度、加熱時(shí)間、加熱溫度等方面。 1. 加熱速度 鋼的加熱速度指在單位時(shí)間內(nèi)鋼的溫度的變化 。加熱速度應(yīng)根據(jù)某溫度范圍內(nèi)金屬的塑性和導(dǎo)熱性來(lái)確定。一般坯料加熱可分為兩個(gè)時(shí)期，第一個(gè)時(shí)期是在低溫加熱時(shí)間。這個(gè)時(shí)期由于金屬導(dǎo)熱性和塑性較差，容易造成金屬內(nèi)外層溫差過(guò)大而導(dǎo)致熱應(yīng)力過(guò)大，很容易造成裂紋缺陷，特別合金鋼塑性和導(dǎo)熱性較差，此時(shí)要慢速加熱。但一般的碳素鋼和低合金鋼在低溫導(dǎo)熱性和塑性較好，就沒(méi)必要采取過(guò)低的速度。第二個(gè)時(shí)期是指高溫加熱時(shí)期即金屬加熱到 700～ 800℃ 以后，這時(shí)金屬的導(dǎo)熱性和塑性顯著提高，可采取快速加熱。 2. 加熱時(shí)間 加熱時(shí)間是指金屬裝爐后加熱到加工要求溫度所需要的時(shí)間。加熱時(shí)間 長(zhǎng)短不僅影響爐子產(chǎn)量，也影響鋼材質(zhì)量。所以合理確定加熱時(shí)間對(duì)實(shí)現(xiàn)正確加熱、提高爐子產(chǎn)量、保證加熱質(zhì)量和改善爐子的各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有重要意義。 太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 22 加熱時(shí)間與鋼種、坯料尺寸和形狀、鋼料在爐子擺法、爐型結(jié)構(gòu)以及裝爐溫度等因素有關(guān)。確定加熱時(shí)間除進(jìn)行理論計(jì)算外，還可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行估算的方法 [20]。實(shí)際上運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)際資料是當(dāng)前設(shè)計(jì)中確定加熱時(shí)間常用的方法。 連續(xù)式加熱爐的加熱時(shí)間計(jì)算的估算公式： BK=T 1 式中： T—加熱時(shí)間， h； B —鋼料厚度， cm； K1— 考 慮鋼的化學(xué)成分和其他因素影響的修正系數(shù)。 3. 加熱溫度 鋼的加熱溫度是指在鋼加熱終了時(shí)出爐的表面溫度。鋼加熱的主要目的是為加工變形提供條件，因此，一般加熱溫度越高，則加工條件愈好。但是溫度過(guò)高又會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱、過(guò)燒、氧化鐵皮增多、甚至發(fā)生熔化等加熱缺陷，因此鋼的加熱溫度有一個(gè) ―上限 ‖；另一方面，根據(jù)對(duì)金屬加工的工藝要求，希望金屬在加工完了時(shí)能保持在一定的溫度上，以期得到理想的內(nèi)部組織和性能，并保證軋制的順利進(jìn)行；所以加熱溫度又有一個(gè) ―下限 ‖[24]。 鋼的加熱溫度范圍主要是根據(jù)鋼的性質(zhì)、化學(xué)成分和壓力加工工藝 要求來(lái)確定的。根據(jù)合金相圖、塑性涂及再結(jié)晶圖即所謂 ―三圖 ‖定溫的原則確定加熱溫度。 根據(jù)鋼的性質(zhì)、化學(xué)成分和壓力加工工藝要求來(lái)確定加熱溫度。一般低碳鋼溫度范圍較大，高碳鋼和低合金鋼溫度范圍較小，特別是低合金鋼，加熱溫度要嚴(yán)格控制。 鋼材的軋制 鋼的軋制是整個(gè)工藝過(guò)程的核心，從工藝設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)，它包括幾個(gè)方面的內(nèi)容：制定變形規(guī)程、速度規(guī)程和溫度規(guī)程。 1. 變形規(guī)程 在既定的軋制條件下（工藝、設(shè)備條件），完成由坯料到成品的變形過(guò)程謂之變形規(guī)程。變形規(guī)程的主要內(nèi)容時(shí)確定總的變形量和道次變形量。變形量 的分配是個(gè)重要參數(shù)，它是選擇軋機(jī)設(shè)備、進(jìn)行工具設(shè)計(jì)（孔型設(shè)計(jì)、輥型設(shè)計(jì)）的重要依據(jù)，對(duì)軋機(jī)產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性作用。 確定變形量的大小和分配要進(jìn)行綜合的分析和比較。根據(jù)金屬的加工性能，太 原科技大 學(xué) 課 程 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 23 電機(jī)能力、設(shè)備強(qiáng)度、咬入條件以及工具形狀等許多影響因素，一般都是在保證產(chǎn)品質(zhì)量和機(jī)械安全的前提下，盡可能的選用較大變形量，以縮短軋制過(guò)程，提高軋機(jī)產(chǎn)量。 2. 速度規(guī)程 選擇軋制速度或確定各道次的軋制速度是速度制度的主要內(nèi)容。提高軋制速度時(shí)現(xiàn)代軋機(jī)提高生產(chǎn)率的主要途徑之一。 沿道次實(shí)現(xiàn)軋制速度的變化是一些軋機(jī)（如初軋機(jī)、連 軋機(jī)）速度規(guī)程的主要內(nèi)容，這些軋機(jī)每道次速度的變化是通過(guò)傳動(dòng)軋機(jī)的主電機(jī)的速度變化而實(shí)現(xiàn)的，目前從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)軋機(jī)主傳動(dòng)調(diào)速有三種方法：直流驅(qū)動(dòng)、串級(jí)調(diào)速、差動(dòng)調(diào)速。本棒材軋機(jī)車(chē)間內(nèi)的軋機(jī)都采用直流單獨(dú)傳動(dòng)。按連軋常數(shù)分配各道次速度，出口速度最大為 16m/s. 3. 溫度規(guī)程 溫度規(guī)程規(guī)定了軋制時(shí)的溫度區(qū)間，及主要決定軋制時(shí)軋件的開(kāi)軋溫度和終軋溫度。 一般確定鋼加工時(shí)的溫度規(guī)