【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)90萬噸棒材車間工藝設(shè)計(jì)。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】 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 管理水平逐年提高 近年來 ,我國(guó)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(jī)投產(chǎn)后 2 年左右即能達(dá)到或超過設(shè)計(jì)產(chǎn)量。 20xx 年以后 ,不少小型線材軋機(jī)的成材率達(dá)到 97 % ,一些實(shí)行負(fù)偏差軋制的軋機(jī) ,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(jí)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(kuò)大高強(qiáng)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(kuò)大產(chǎn)品規(guī)格上采取了多項(xiàng)措施。最近新投產(chǎn)的幾套高速線材軋機(jī) ,可提供 Ф5～ 25 mm線材 ,直徑公差達(dá) 177。 mm ,橢圓度達(dá) mm,可滿足不同用戶的需求。 高質(zhì)量、高附加值的經(jīng)濟(jì)線材少 金屬制品是高速線材的深加工產(chǎn)品 ,其使用價(jià)值優(yōu)于熱軋產(chǎn)品 ,可節(jié)約金屬30 %～ 40 %。據(jù)統(tǒng)計(jì) ,發(fā)達(dá)國(guó)家金屬制品的產(chǎn)量已占線材產(chǎn)量的 50 %～ 70 %。我國(guó)雖然線材產(chǎn)量占鋼材總產(chǎn)量的 21. 9 %(居世 界第一位 ) ,可用于金屬制品的只占線材產(chǎn)量的 30 % ,很多高質(zhì)量要求的產(chǎn)品仍靠進(jìn)口。 工業(yè)發(fā)展的歷史表明，鋼鐵工業(yè)是整個(gè)工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，鋼鐵生產(chǎn)狀況往往是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志。隨著我國(guó)改革開放，現(xiàn)代化事業(yè)的發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)等部門都需要大量鋼材。鋼材產(chǎn)量、品種、質(zhì)量是衡量一個(gè)國(guó)家鋼鐵工業(yè)發(fā)展的尺度。 一個(gè)完整的金屬壓力加工車間設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括生產(chǎn)、工藝、設(shè)備、土建、供水和排水、供氣、供電、運(yùn)輸、采暖與通風(fēng)等設(shè)計(jì) [2]。它們之間是一個(gè)完整的不可分割的整體，要求各個(gè)不同的設(shè)計(jì) 部門互相協(xié)作，緊密配合，其中車間工藝設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的主體。 棒材的種類和用途 棒材是一種簡(jiǎn)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(shí)被稱為帶肋鋼筋。棒材的斷面形狀最主要的還是圓形。國(guó)外通常認(rèn)為，棒材的斷面直徑是 Φ9~300 mm。國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)時(shí)約定俗成地認(rèn)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，一般都河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 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(jìn)行這些深加工，加工之前需要進(jìn)行退火、酸洗等處理。加工后為保證使用時(shí)的機(jī)械性能，還要進(jìn)行淬火、正火或滲碳等熱處理。有些產(chǎn)品還要進(jìn)行鍍層、噴漆、涂層等表面處理。 市場(chǎng)對(duì)棒材的質(zhì)量要求 由于棒的用途廣泛，因此市場(chǎng)對(duì)它們的質(zhì)量要求也是多種多樣的，根據(jù)不同的用途，對(duì)力學(xué)強(qiáng)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(diǎn) 棒材的斷面形狀簡(jiǎn)單，用量巨大，適于進(jìn)行大規(guī)模的專業(yè)化生產(chǎn)。我國(guó)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。預(yù)計(jì)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(huì)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(diǎn)是斷面較線材大的多，散熱慢，可軋時(shí)間長(zhǎng)，但壓縮比不很大。長(zhǎng)度定尺交貨，使得可有多種生產(chǎn)方式進(jìn)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?yàn)?，三輥橫列式速度慢、軋制時(shí)間長(zhǎng)，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(jī)提高軋制速度可以解決上述矛盾，滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)的使用也可減少事故，這些都推動(dòng)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(guó)都以連鑄坯為主，對(duì)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(zhǎng)120~200 mm。連鑄時(shí)希望坯料斷面大，而軋制工序?yàn)榱诉m應(yīng) 小直徑、長(zhǎng)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(zhǎng)，最長(zhǎng)達(dá) 22 m。一些車間為擴(kuò)大產(chǎn)品上限，河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 有時(shí)也選兩種坯料，這時(shí)粗軋第一架的能力要加大，同時(shí)設(shè)備作業(yè)率降低。一個(gè)車間最好一個(gè)坯料規(guī)格，這樣軋機(jī)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(jì)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(kuò)大。對(duì)機(jī)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(jìn) 步，使這些鋼種也可以采用連鑄進(jìn)行生產(chǎn)。 當(dāng)采用常規(guī)冷裝爐加熱軋制工藝時(shí)，為了保證坯料全長(zhǎng)的質(zhì)量，對(duì)一般鋼材可采用目視檢查，手工清理的方法。對(duì)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(jìn)行檢查和清理，必要時(shí)進(jìn)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(shí)，必須保證無缺陷高溫鑄坯的生產(chǎn)。對(duì)于有缺陷的鑄坯，可進(jìn)行在線熱檢測(cè)和熱清理，或通過檢測(cè)將其剔除，形成落地冷坯，進(jìn)行人工清理后，再進(jìn)入常規(guī)工藝軋制生產(chǎn)。 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(shí)，軋制變形時(shí)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(shí)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(duì)易脫碳的鋼種，要嚴(yán)格控制高溫段的停留時(shí)間，采取低溫、快熱、快燒等措施。對(duì)于現(xiàn)代化的棒材生產(chǎn)，一般是用步進(jìn) 式加熱爐加熱，由于坯料較長(zhǎng)，爐子較寬，為保證尾部溫度，采用側(cè)進(jìn)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(jì)效益，適合棒材的軋制方式是連軋。連軋時(shí)一根坯料同時(shí)在多機(jī)架中軋制，在孔型設(shè)計(jì)和軋制規(guī)程設(shè)定時(shí)要遵守各機(jī)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(jī)在軋制中將會(huì)出現(xiàn)前后機(jī)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河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 圓孔型。盡管粗軋速度低，只要有扭轉(zhuǎn)，事故還是增加，對(duì)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(xì)化晶粒，減少深加工時(shí)的退火和調(diào)質(zhì)等工序，得到產(chǎn)品的特殊機(jī)械性能，可以采用控制軋制或低溫軋制等措施，這時(shí)軋機(jī)能力更要有富裕。 棒材的冷卻和精整 由于棒材軋制時(shí)軋件出精軋機(jī)的溫度較高，對(duì)優(yōu)質(zhì)鋼材，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，要進(jìn)行控制冷卻，冷卻介質(zhì)有風(fēng)、水霧等等。即使是一般建筑用鋼材，冷床也需要較大的冷卻能力，有一些棒材軋機(jī)在軋件進(jìn)入 冷床前對(duì)建筑用鋼筋進(jìn)行余熱淬火。余熱淬火軋件的外表面具有很高的強(qiáng)度，內(nèi)部具有很好的塑性和韌性，建筑鋼筋的平均屈服強(qiáng)度可提高約 1/3。 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(shí)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(duì)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(duì)坯料進(jìn)行表面缺陷和內(nèi)部質(zhì)量檢查。因此加熱爐還要對(duì)冷坯重新加熱再進(jìn)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(huì)很快應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，以充分利用能源。對(duì)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(shí)可減少鋼坯的庫(kù)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(jì)效益。 柔性軋制技術(shù) 實(shí)現(xiàn)了連鑄熱裝熱送甚至連鑄坯直接軋制等先進(jìn)的工藝以后，對(duì)于小批量、多品種的生產(chǎn)，在規(guī)格和品種改變時(shí)，會(huì)增加軋機(jī)停機(jī)的時(shí)間。為減少停機(jī)， 人們研究了柔性軋制技術(shù)，該技術(shù)利用無孔型軋制、共用孔型等手段迅速改變軋制規(guī)程，改變產(chǎn)品規(guī)格。另外，長(zhǎng)壽命軋輥、快速換輥技術(shù)等的日趨成熟都為棒線河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 材的柔性軋制提供了條件。 高精度軋 棒材的直徑公差大小對(duì)深加工的影響較大，故用戶對(duì)棒材的尺寸精度要求越來越高。棒材在軋制時(shí)，軋件高度上的尺寸是由孔型高度來保證，但寬度上的尺寸卻是算出來的或者是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的，孔型不能嚴(yán)格限制寬度方向的尺寸。另外機(jī)架間的張力和軋件的頭、尾溫差也會(huì)明顯地對(duì)軋件的尺寸產(chǎn)生影響。棒材產(chǎn)品的尺寸精度目前可以達(dá)到 177。 mm。發(fā)展 的目標(biāo)是使棒材產(chǎn)品的尺寸精度達(dá)到177。 mm。 繼續(xù)提高軋制速度 目前，先進(jìn)的棒材軋機(jī)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(huì)繼續(xù)提高。然而，對(duì)于較大斷面的棒材，不能盲目的提高終軋速度，因?yàn)槠鋽嗝娲?，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。 低溫軋制 在棒材連軋機(jī)上，從開軋到終軋，軋件溫降很小，甚至?xí)郎?。在生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)因終軋溫度過高而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降或螺紋鋼成品孔 型不能順利咬入等問題，故棒材連軋機(jī)具有實(shí)現(xiàn)低溫軋制的條件。低溫軋制不僅可以降低能耗，并且還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，可創(chuàng)造很大的經(jīng)濟(jì)效益。 棒材的低溫軋制規(guī)程一般有兩種。一種是利用連軋機(jī)軋件溫降很小或升溫的特點(diǎn)，降低開軋溫度，從 1050～ 1100℃ 降至 850～ 950℃ ，終軋溫度與開軋溫度相差不大，主要目的是節(jié)能。在扣除因變形抗力增大導(dǎo)致電機(jī)功率消耗增加的因素，節(jié)能可達(dá) 20%左右。另一種是不僅降低開軋溫度，并且將終軋溫度降至再結(jié)晶溫度 (700～ 800℃ )以下，除節(jié)能外，還明顯提高產(chǎn)品的機(jī)械性能，效果優(yōu)于任何傳統(tǒng)的熱處 理方法。 目前對(duì)低溫軋制實(shí)施的主要限制是，由于軋機(jī)和驅(qū)動(dòng)主電機(jī)是按傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)的，因此設(shè)備能力不足，無法實(shí)現(xiàn)控制低溫軋制。 本設(shè)計(jì)負(fù)荷留有較大余量，為控制軋制作準(zhǔn)備。 河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 棒材生產(chǎn)的目的和意義 從我國(guó)的 棒材 發(fā)展史可以看出，我國(guó)熱軋帶肋鋼筋的生產(chǎn)水平不斷提高，普通鋼筋從低碳鋼、低合金鋼向微合金鋼發(fā)展 。預(yù)應(yīng)力鋼筋從強(qiáng)度偏低、松弛較大向高強(qiáng)度、低松弛的鋼絞線、鋼絲發(fā)展 。同時(shí)，冷加工鋼筋的發(fā)展趨向是 :冷拔鋼絲、冷拉鋼筋從廣泛采用到被淘汰出局，而作為細(xì)直徑的冷軋鋼筋和冷軋扭鋼筋，仍將是普通鋼筋的一種補(bǔ)充，它們 的存在與發(fā)展，取決于其產(chǎn)品的質(zhì)量、價(jià)格和售后服務(wù)，它們將通過市場(chǎng)機(jī)制與細(xì)直徑的熱軋帶肋鋼筋進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。 棒材 廣泛用于被廣泛用于民用建筑、高層建筑、重點(diǎn)工程：機(jī)場(chǎng)、港口、高速公路、橋梁、電廠等建設(shè)，是一種非常重要的鋼材。型鋼生產(chǎn)在軋鋼車間生產(chǎn)中占有重要的地位，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)每年生產(chǎn)的型材占鋼材生產(chǎn)總數(shù)量的 50% 左右，因此，掌握型鋼生產(chǎn)理論與工藝，對(duì)提高型鋼產(chǎn)品質(zhì)量和精度，開發(fā)新品種、新工藝、新設(shè)備，完善生產(chǎn)自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。 在本設(shè)計(jì)中，自動(dòng)化程度極高，從坯料上料到成品，一線 全部自動(dòng)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(jiǎn)化了工藝過程，降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)，設(shè)計(jì)采用全連軋生產(chǎn)線，縮短了軋制周期，提高了軋機(jī)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。河北 聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 第 2 章 建廠依據(jù)和產(chǎn)品大綱 建廠依據(jù) 現(xiàn)階段全國(guó)棒材生產(chǎn)的裝備水平比較低，為了擴(kuò)大軋鋼生產(chǎn)能力，尤其提高產(chǎn)品的附加值，就必須建設(shè)符合時(shí)代需要的現(xiàn)代化全連續(xù)棒材廠，在品種方面，滿足基本建設(shè)的同時(shí)，需積極發(fā)展供需矛盾比較突出的品種，抓住市場(chǎng) 機(jī)遇，生產(chǎn)特色產(chǎn)品，這樣才能增加效益，使企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。近代棒材生產(chǎn)發(fā)展了許多新技術(shù)，短應(yīng)力無扭高速軋制；大批料低能耗；控軋、控冷超級(jí)鋼技術(shù)；多線切分技術(shù)，國(guó)內(nèi)兩線切分技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，三線切分技術(shù)目前也有幾家得到成功應(yīng)用，并取得預(yù)期效益。高強(qiáng)度鋼在市場(chǎng)上所占的比重會(huì)越來越大，用小規(guī)格產(chǎn)品替代原來的中大規(guī)格已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)。熟練掌握并應(yīng)用好多線切分技術(shù)對(duì)連軋棒材生產(chǎn)線是十分必要的。我們的綜合實(shí)力不比國(guó)外差，部分引進(jìn)生產(chǎn)線在管理、裝備、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都優(yōu)于國(guó)外企業(yè)，競(jìng)爭(zhēng)力是非常明顯的。 國(guó) 內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)棒材的需求量是巨大的，且對(duì)其質(zhì)量要求也越來越高。棒材廣泛用于機(jī)械、汽車、船舶、建筑等工業(yè)領(lǐng)域。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，住房尚需大量發(fā)展，雖然受國(guó)家宏觀調(diào)控政策的抑制，商品房的和數(shù)量和速度明顯下降，但是政府投入大量資金加大對(duì)保障性住房的開發(fā)建設(shè)