【導讀】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)品進行該車間的設計。本設計采用全連續(xù)軋制生產(chǎn)工藝，全線共有軋機18架，其中粗軋機6架，中軋機6架，精軋機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)式各種軋機都可以進。采用全連續(xù)式平立交替布置軋機，以保證產(chǎn)量減少事故。

　　

【正文】 、中軋機組的微張力控制系統(tǒng)，不僅需要各道次軋件斷面相對穩(wěn)定，而且需軋輥工作直徑相 對穩(wěn)定，即需要孔型磨損均勻，從而縮短軋機自適應過程，降低微張力控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)頻率；就活套控制而言，活套器的設置及其工況與軋件斷面形狀和大小密切相關。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，可以減輕成套過程中軋件彎曲及活套輥與軋件接觸對軋件表面質量的影響。這對裂紋敏感、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。 比較各軋機布置形式的優(yōu)缺點，本設計采用全連續(xù)式布置軋機。 軋機機架數(shù)確定 對于每架只軋一道的連續(xù)式軋機， 確定其機架數(shù)是比較容易的。因為其機架數(shù)目一般不少于軋制道次，只要知道軋制道次即可確定機架數(shù)。 軋制道次和機架數(shù)可用下式 [6]確定： lnlnpN???? ……………………………………….. （ 3） 式中： N——機架數(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? ? ?? ? ?? 設計孔型系統(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 課 程 設計 說明書 17 根據(jù)以上經(jīng)驗數(shù)據(jù)，再參考同類棒材車間， p? =。 ln l n 1 7 6 .9 5 1 7 .6 8l n l n 1 .3 2pN?? ?? ? ? 選取機架數(shù)為 18 架。 生產(chǎn)大規(guī)格產(chǎn)品可甩過架次（空過），減少軋制道次。 綜上所述，粗短應力線軋懸臂式機，中、精軋可選用短應力線軋機 ，全線全連續(xù)式布置型式，具體規(guī)格為見表 5： 表 5 軋機布置形式 機架 布置形式 軋機結構 1 ～ 6 平／立交替布置 懸臂式軋機 7 ～ 12 平／立交替布置 卡盤式機架、四拉桿機構短應力線軋機 13 ～ 18 平／立交替布置（ 14 、 16 、 18 機架為平／立可轉換機架 )。 卡盤式機架、四拉桿機構短應力線軋機 軋制分為粗、中、精軋三部分。采用平立輥交替的軋機，這樣軋件在軋機中可以不用扭轉，改善咬入，減少事故的發(fā)生。 軋機結構形式主要以軋輥的數(shù)目、配置和大小來區(qū)分，有如下幾種： (1)二輥軋機 (2)三輥軋機 (3)四輥軋機及多機架連軋 (4)多輥軋機 (5)復合式多輥軋機 (6)萬能軋機 根據(jù)本設計的要求，由于是全連軋生產(chǎn)，所以軋機全部選二輥軋機平立交替布置， 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)量質量要求的前提條件下，用最大可能的低消耗、最少的設備、最小的車間面積、最低的勞動成本，并有利于產(chǎn)品的質量的提高和發(fā)展，有較好的勞動條件，最好的經(jīng)濟效益，具體的原則如下： 太 原科技大 學 課 程 設計 說明書 18 由于產(chǎn)品的產(chǎn)量、品種、規(guī)格及質量的不同，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)品的質量要求：通常在產(chǎn)品標準中規(guī)定了鋼材各種規(guī)格，技術條件、產(chǎn)品性能 檢驗等內(nèi)容。但技術要求則是其主要方面，它對產(chǎn)品的質量要求，即它對產(chǎn)品的幾何形狀與尺寸精確度、鋼組織與性能以及表面質量都作出了明確的規(guī)定，顯然，產(chǎn)品的技術要求是制定工藝過程的首要依據(jù)。為了滿足產(chǎn)品技術條件要求，就要有相應的工序給予保證。因此，滿足產(chǎn)品標準要求是設計生產(chǎn)工藝流程的基礎。 生產(chǎn)規(guī)模大?。河捎谲囬g生產(chǎn)規(guī)模不同，所要求的工藝過程復雜程度也不同。在生產(chǎn)同一產(chǎn)品情況下，生產(chǎn)規(guī)模越大的車間，其工藝過程也越復雜。應此，設計時生產(chǎn)率的要求是設計工藝過程的出發(fā)點。 產(chǎn)品成本：成品是生產(chǎn)效果的綜合反映，是各種因素影 響的結果。一般鋼的加工工藝性能愈差，產(chǎn)品的技術要求愈高，其生產(chǎn)工藝過程就愈復雜，生產(chǎn)過程中金屬、燃料、電力、勞動力等各種消耗也愈高，產(chǎn)品成本必然會相應提高。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程是否合理的反映。當然，成本還與產(chǎn)量大小、生產(chǎn)技術水平等其它因素有關的。 工人的勞動條件：工藝過程中采用的工序必須保證生產(chǎn)安全，不危及勞動者的身體健康，不造成環(huán)境污染。否則，應采取妥善的防護措施。 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。正確制定工藝過程是軋鋼車間工藝設計的重 要內(nèi)容，它直接關系到整個設計能否滿足設計任務書的要求。制定軋鋼生產(chǎn)工藝過程的首要目的是為了獲得質量符合要求的產(chǎn)品，其次要在保證質量的基礎上追求軋機的高產(chǎn)量，并能做到降低各種原料、材料消耗。因此，正確制定產(chǎn)品工藝過程，對于工藝過程合理化，對于充分發(fā)揮軋機作用具有重要意義。優(yōu)質、高產(chǎn)、低消耗時指定產(chǎn)品工藝過程的總要求。工藝流程如下圖 5： 太 原科技大 學 課 程 設計 說明書 19 圖 5 生產(chǎn)工藝 連鑄坯或初軋坯 廢料剔除上料稱量 加熱爐加 熱 高壓水除鱗 粗軋機組 1飛剪機及事故碎斷剪 中軋機組 2飛剪機及事故碎斷剪 精軋機組 倍尺剪 取樣剪 冷床冷卻、齊頭 成排收集 冷飛剪剪切 計數(shù)、自動打捆、標記 稱量 發(fā)貨 冷卻 打捆標記 稱量 存放 取卷 打包收集 稱重 存放 太 原科技大 學 課 程 設計 說明書 20 生產(chǎn)工藝特點 1. 軋制工藝： 1～ 10 架軋機為微張力軋制， 10～ 18 架為立活套控制，實現(xiàn)無張力軋制，保證產(chǎn)品 尺寸精度，產(chǎn)品尺寸偏差可達到 1/3 DIN 標準公差范圍的水平。 2. 導衛(wèi)裝置使用滑動導衛(wèi)和滾動導衛(wèi)，進口導衛(wèi)的鼻錐 (耐磨塊 )設計，滾動導衛(wèi)采用油氣潤滑和循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，延長了導板和導輪的使用壽命，使噸鋼耗導衛(wèi)僅 kg。 3. 剪切系統(tǒng)：軋制過程共設有三臺旋轉飛剪。其中 1旋轉式飛剪置于粗軋機組后，用于切頭切尾和事故碎斷處理。最大剪切直徑 72 mm, 2旋轉式飛剪置于中軋機組后，作用同 1飛剪，最大剪切直徑 38 mm. 3旋轉式飛剪置于精軋機組后，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。整個過程全部由計算機控制，實現(xiàn)剪切作業(yè)的高精度。 4. 冷床和棒材分組系統(tǒng)：齒條式冷床長度 120 m，寬度 15 m，棒材經(jīng)倍尺飛剪剪切后進入撥入裙板的冷床輸入輥道，電氣傳動的制動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。隨后的動齒條和固定齒條用于接收和冷 卻軋件，動齒條自動驅動。接著棒材由動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，由平移小車將各組棒材送到冷床的輸出輥道以供剪切。齒條末端設置對齊輥道用于產(chǎn)品端部的對齊，經(jīng)冷飛剪將棒材按定尺剪切 [10]。此冷床冷卻質量高、冷卻均勻，且具有根據(jù)要求自動編組的功能，方便定尺剪切。 軋制方案制定 由于本車間的設計產(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)工藝的過程 坯料表面預處理 1. 表面缺陷清理 連鑄坯表面存在各種缺陷（如結疤、折疊、裂紋、 皮下氣泡等），如不在軋制前加以清理去除，會在軋制過程延伸、擴大，輕者造成鋼材應力集中和腐蝕的起點，使材料強度和耐腐蝕能力降低，嚴重的影響金屬在軋制時的塑性和成型，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、風鏟清理、砂輪清理和機床清理。根據(jù)港中、缺陷的性質與狀態(tài)、產(chǎn)品質量的要求不同，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 課 程 設計 說明書 21 面積剝皮采用機械火焰清理。各種清理方法中，費用比較砂輪清理是風鏟清理的3 倍，二機床與火焰清理費用是風鏟清理的 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械法和化學法兩類。對連鑄坯，一般采用化學法清理。對金屬進行酸洗或堿洗屬于化學法清除。其中酸洗是最常用的去除氧化鐵皮的方法。 坯料加熱 對于熱軋型鋼來說，軋前加熱的目的是提高鋼的塑性以降低剛在熱軋時的變形抗力，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，以避免由于溫度應力過大而造成的嚴重缺陷，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備，制定合適的加熱工藝制度對提高車間生產(chǎn)能力，改善產(chǎn)品質量有重要影響。相反，加熱設備選擇不當，加熱制度制定不妥，可能引起鋼的氧化、脫碳、過熱、過燒等缺陷，給軋鋼生產(chǎn)帶來嚴重后果。因此根據(jù)本車間的產(chǎn)量大等原因，選擇步進梁式加熱爐 [12]。 坯料加熱工序設計主要考慮：加熱速度、加熱時間、加熱溫度等方面。 1. 加熱速度 鋼的加熱速度指在單位時間內(nèi)鋼的溫度的變化 。加熱速度應根據(jù)某溫度范圍內(nèi)金屬的塑性和導熱性來確定。一般坯料加熱可分為兩個時期，第一個時期是在低溫加熱時間。這個時期由于金屬導熱性和塑性較差，容易造成金屬內(nèi)外層溫差過大而導致熱應力過大，很容易造成裂紋缺陷，特別合金鋼塑性和導熱性較差，此時要慢速加熱。但一般的碳素鋼和低合金鋼在低溫導熱性和塑性較好，就沒必要采取過低的速度。第二個時期是指高溫加熱時期即金屬加熱到 700～ 800℃ 以后，這時金屬的導熱性和塑性顯著提高，可采取快速加熱。 2. 加熱時間 加熱時間是指金屬裝爐后加熱到加工要求溫度所需要的時間。加熱時間 長短不僅影響爐子產(chǎn)量，也影響鋼材質量。所以合理確定加熱時間對實現(xiàn)正確加熱、提高爐子產(chǎn)量、保證加熱質量和改善爐子的各種技術經(jīng)濟指標具有重要意義。 太 原科技大 學 課 程 設計 說明書 22 加熱時間與鋼種、坯料尺寸和形狀、鋼料在爐子擺法、爐型結構以及裝爐溫度等因素有關。確定加熱時間除進行理論計算外，還可根據(jù)生產(chǎn)實踐進行估算的方法 [20]。實際上運用經(jīng)驗公式和實際資料是當前設計中確定加熱時間常用的方法。 連續(xù)式加熱爐的加熱時間計算的估算公式： BK=T 1 式中： T—加熱時間， h； B —鋼料厚度， cm； K1— 考 慮鋼的化學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。但是溫度過高又會產(chǎn)生過熱、過燒、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 ―上限 ‖；另一方面，根據(jù)對金屬加工的工藝要求，希望金屬在加工完了時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行；所以加熱溫度又有一個 ―下限 ‖[24]。 鋼的加熱溫度范圍主要是根據(jù)鋼的性質、化學成分和壓力加工工藝 要求來確定的。根據(jù)合金相圖、塑性涂及再結晶圖即所謂 ―三圖 ‖定溫的原則確定加熱溫度。 根據(jù)鋼的性質、化學成分和壓力加工工藝要求來確定加熱溫度。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，加熱溫度要嚴格控制。 鋼材的軋制 鋼的軋制是整個工藝過程的核心，從工藝設計角度來說，它包括幾個方面的內(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、設備條件），完成由坯料到成品的變形過程謂之變形規(guī)程。變形規(guī)程的主要內(nèi)容時確定總的變形量和道次變形量。變形量 的分配是個重要參數(shù)，它是選擇軋機設備、進行工具設計（孔型設計、輥型設計）的重要依據(jù)，對軋機產(chǎn)量、產(chǎn)品質量起著決定性作用。 確定變形量的大小和分配要進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 課 程 設計 說明書 23 電機能力、設備強度、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)品質量和機械安全的前提下，盡可能的選用較大變形量，以縮短軋制過程，提高軋機產(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。提高軋制速度時現(xiàn)代軋機提高生產(chǎn)率的主要途徑之一。 沿道次實現(xiàn)軋制速度的變化是一些軋機（如初軋機、連 軋機）速度規(guī)程的主要內(nèi)容，這些軋機每道次速度的變化是通過傳動軋機的主電機的速度變化而實現(xiàn)的，目前從技術上實現(xiàn)軋機主傳動調(diào)速有三種方法：直流驅動、串級調(diào)速、差動調(diào)速。本棒材軋機車間內(nèi)的軋機都采用直流單獨傳動。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)定了軋制時的溫度區(qū)間，及主要決定軋制時軋件的開軋溫度和終軋溫度。 一般確定鋼加工時的溫度規(guī)