1、年产 60 万吨棒材生产车间工艺设计1 第 1 页年产 60 万吨棒材生产车间工艺设计摘 要本设计为年产 60 万吨棒材车间工艺设计。产品为16 36mm 的热轧带肋钢筋和圆钢，主要钢种为碳素结构钢，优质碳素结构钢，低合金钢，产品质量执行国家标准。根据成品规格选择尺寸为 150mm150mm10000mm 的连铸坯为原料，加热炉为三段步进梁式加热炉。本设计采用全连续轧制生产工艺，全线共有轧机 18 架，其中粗轧机 6 架，中轧机 6 架，精轧机 6 架，终轧最大轧制速度为 13m/s。设计中采用的孔型系统为：扁箱（1#）方箱（2#）椭（3#）圆（4#）椭（5#）圆（6#）椭（7#）圆（8#）椭
2、（9#）圆（10#）椭（11#）圆（12#）椭（13#）圆（14#）椭（15#）圆（16#）椭（17#）圆（18#） 。关键词：工艺设计，热轧带肋钢筋，型钢、连铸坯，全连续轧制年产 60 万吨棒材生产车间工艺设计2 第 2 页Process Design of hot rolled bar Workshop with Production Capacity of 600,000 t/aSpecialty：Metal Material EngineeringName：Yang LeiInstructor：Zhao XichengAbstractThis is the technology des
3、ign for producing six-hundred thounsands tons of hot rolled bar workshop per year. The size of the product is between 16 and 36 with the major steel grade of the carbon structural steel ,the carbon constructional quality steel or the low alloyed steel.And we carry out national standard during the pr
4、oduction .According to the size of product we use the concast billets with the size of 150mm150mm10000mm for the raw material and the Walking Beam Heating Furnace . We use continuous rolling technology ，there is 18 mill in common ,6 for roughing mill ,6 for medium mill ,6 for finishing mill . The la
5、rgest end mill speed is about 13m/s .In the production of steel rolling we use the pass system of squaresquareellipse circleellipsecircleellipsecircle ellipsecircleellipse circleellipsecircle ellipse circleellipsecircleKey words：process design，hot rolled ribbed bar，shape steel ，concast billet，fully
6、continuous rolling年产 60 万吨棒材生产车间工艺设计3 第 3 页目录1 绪论 .12 产品方案和产品标准 .52.1 产品方案的制定 .52.2 计算产品的选择 .62.3 产品标准与技术要求 .73 坯料选择和金属平衡表 .103.1 坯料选择 .103.2 金属平衡表 .104 制定生产工艺流程 .124.1 生产工艺的制定 .124.2 生产工艺过程 .145.孔型设计 .195.1 孔型系统选择 .195.2 孔型设计的内容 .195.3 孔型设计的要求 .205.4 计算产品 16MM 热轧带肋钢筋孔型设计 .205.5 典型产品 25 热轧带肋钢筋的孔型设计
7、.265.6 典型产品 32 热轧带肋钢筋孔型 .296 压下规程的确定 .336.1 轧制参数计算 .336.2 轧制压力计算 .346.3 轧制力矩的计算 .357主电机的选择及其参数计算 .377.1 主电机类型的选择 .377.2 初选主电机 .378 主要设备选择 .408.1 设备选择主要内容 .408.2 生产设备分类 .408.3 设备选择的原则 .408.4 主要设备 .409 电动机的校核及功率计算 .439.1 校核原则 .43年产 60 万吨棒材生产车间工艺设计4 第 4 页9.2 产品 16 热轧带肋钢筋的电机校核 .4310 轧辊及机架强度刚度计算 .4610.1
8、轧辊选择 .4610.2 配辊 .4610.3 轧辊校核 .4611 轧机生产能力计算 .5211.1 轧机小时产量的计算 .5211.2 轧钢机平均小时产量 .5311.3 轧钢车间轧机年产量计算 .5311.4 轧机负荷率计算 .5411.5 轧制图表 .5512 辅助设备的选择 .5612.1 选择原则 .5612.2 加热设备 .5612.3 导位、活套设备 .6012.4 剪切机 .6012.5 冷却设备 .6312.6 堆垛机 .6312.7 打捆机 .6312.8 起重运输设备的选择 .6413 车间平面布置 .6713.1 车间平面布置的原则 .6713.2 金属流程线的确定
9、.6713.3 设备间距的确定 .6813.4 其它设施面积的确定 .7013.5 车间厂房组成及立面尺寸的确定 .7214 车间主要经济技术指标 .7414.1 经济技术指标及其重要性 .7414.2 制定经济技术指标的依据 .7614.3 车间劳动组织 .7715 环境保护及综合利用 .8015.1 轧钢厂的环境保护 .8015.2 节能和综合利用 .81参考文献 .83年产 60 万吨棒材生产车间工艺设计5 第 5 页附录 1 .84附表 1：三种计算产品的孔型系统计算 .84附表 2：轧制力 .86附表 3：轧制力矩 .89附表 4：电机校核 .91附表 5：轧辊强度校核 .93致谢
10、.96英文翻译及原文 .971.介绍 .972.实验材料，设备和试验步骤 .982.2 实验设备 .982.3 轧制规程设计 .99年产 60 万吨棒材生产车间工艺设计1 第 1 页1 绪论近 20 年是我国型钢生产技术飞速发展的 20 年。20 年前，我国型钢装备水平和生产技术约落后国际先进水平 30 年，而今天，其装备水平大体接近国际先进水平。我国型钢生产技术用 20 年的时间，走过了约 50 年的发展路程。20 世纪 50 年代我国钢产量很低，生产的钢筋品种有限，国有钢铁企业也只能生产 3 号光圆钢筋(I 级钢筋)和 5 号螺纹钢筋，屈服强度标准值分别为 235, 275MPa; 20
11、世纪 60 年代开始研制 16MnSi(后改为 20MnSi，也称 II 级钢筋)和25MnSi(也称班级钢筋 )2 种低合金带肋钢筋，实际上研制成功并大量生产的是20MnSi 钢筋，而 25MnSi 钢筋产量有限，两者屈服强度标准值分别为 335, 375MPa;同时研制并投人生产的还有 44Mn2Si 等带肋钢筋(也称 N 级钢筋)，其主要用于经热处理或冷拉后的预应力钢筋。 20 世纪 50 年代，我国正处于国民经济建设的高潮，钢筋供需矛盾较为突出，为发展冷加工生产，通过对低强度钢筋的冷轧、冷拔、冷扭或冷拉等冷加工手段，使钢筋冷作硬化，在牺牲原钢筋塑性的条件下，获得较高的屈服强度。冷加工钢
12、筋主要采用细直径盘条生产冷拔钢丝，其既用作预应力混凝土中、小型构件中的预应力钢筋，也部分用作某些钢筋混凝土构件中的受力钢筋和构造钢筋; 另外，通过冷拉后的粗带肋钢筋，用作大、中型预应力混凝土构件中的预应力钢筋，部分用作钢筋混凝土构件中的配筋。20 世纪 80 年代，小规格钢筋产量和规格不能满足工程建设需求，国内中小型企业针对这一形势，开始引进或自制冷轧带肋钢筋设备，轧机数量和产量达到了相当规模。此外，还生产了小规格、断面为矩形的冷轧扭钢筋用作钢筋混凝土楼板中的配筋，填补了原来热轧带肋钢筋没有小规格的空缺，为工程建设所需钢筋规格的配套起到了辅助作用。此外，在 20 世纪 70 年代所用的预应力钢
13、筋，除为上述的冷拉钢筋、冷拔钢丝外，在大型工程结构中还采用了钢丝、钢绞线，其抗拉强度标准值不超过 1670MPa.年产 60 万吨棒材生产车间工艺设计2 第 2 页20 世纪 80 年代开始研制，90 年代正式投人生产的新一代热轧带肋钢筋有2 种: 一种是以微合金元素(V, Ti, Nb)为基础的 HRB400 钢筋，另一种是采用余热处理工艺生产的 RRB400(K L400)钢筋(包括按英国 BS 标准生产的钢筋)，使我国钢筋在化学成分上进行了更新换代;余热处理钢筋既可用于出口，也可为国内工程选用。在同一时期，引进了相当数量的低松弛高强度钢绞线生产线，使这种高质量的预应力钢筋在公路、房屋、铁
14、路及其他工程领域获得了广泛应用，推动了预应力混凝土结构的发展。20 年前，我国小型与线材生产状况为，我国拥有小型与棒线材轧机约 700多套，为世界第一。但每套轧机的平均年产量仅 2 万多吨，而当时世界平均水平为 10 几万 t/a。我国小型和棒线材产品长期供不应求；轧机装备和生产技术远低于当时世界先进水平。主要表现在以下方面。（1）棒线材轧机连轧比很低，以横列式和布棋式为主。（2）连铸比很低，1984 年不足 10%。（3）轧机刚度低，弹跳大。20 年来小型与棒线材生产取得了一定的的技术进步。一、小型与棒线材轧机的连轧化。1984 年我国小型与棒线材连轧比不足 5%，但在 1985 年北京召开
15、的全国中小型轧机技术改造会议、1993 年无锡召开的全国小型型钢工作会议上，强调了以连轧为方向，推进小型型钢轧机实现连续化的重要性和紧迫性。1994 年在江阴召开的全国小型型钢工作会议上明确了其具体步骤和基本作法。从这之后，我国小型连轧机的数量从 1988 年的 14 套升至目前的 100 套以上；高速线材轧机的数量也已达到 80 套，使我国棒材和线材的生产能力居世界首位。二、产品升级。对于棒材产品，大力推广应用 III 级热轧带肋钢筋，替代II 级钢筋，并开发标准件用钢、汽车用钢、船用钢、经济断面钢材等专用钢材。对于线材产品，推行大盘重，开发硬线。产品基本能满足飞速发展的国民经济建设需求。年
16、产 60 万吨棒材生产车间工艺设计3 第 3 页目前我国小型和棒材的生产现状为：到 2004 年，我国小型和棒材生产拥有 3 个世界第一，即轧机套数、年生产能力及占钢材总量的比值（连轧机套数已超过 100 套，年生产能力约 6000 万 t，连轧机的轧制能力可达到生产总量的70%） 。目前我国小型和棒材轧机的总体装备和生产技术已达国际先进水平，并具有以下特点：（1）新建轧机大多为 18 架，分粗、中、精轧机组，每组 6 架，平立交替布置，实现无扭连轧。采用步进式加热炉，全数字式直流传动系统。坯料为150mm150mm 连铸方坯，长 1012m。产品规格为 1040，20 以下产品采用切分轧制。
17、（2）产品以带肋钢筋为主。不生产带肋钢筋的小型连轧机只有杭州钢铁公司、石家庄钢铁公司和邢台钢铁公司等几家。（3）对提高产量有益的无头轧制、切分轧制技术等，我国使用和推广的力度高于工业发达国家。如无头轧制技术，到 2004 年，唐山钢铁公司引进了意大利 DANIELI 公司的技术；邢台钢铁公司第二高线厂引进了日本 NKK 公司的技术；通化钢铁公司自行开发了棒线材无头轧制技术。而值得注意的是，该技术在美国、日本、德国和俄罗斯等产钢大国尚没有很好的应用实例，日本NKK 公司的棒线材无头轧制技术，在日本也仅有 1 家试验厂。棒材的 3 切分和 4 切分轧制技术，国内企业的研究和推广使用热情很高，也有很
18、成熟的技术，但仍有国外公司在我国专门推广该技术。（4）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力度低于世界先进水平国家。这些技术包括：棒材自由规格减定径技术。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。棒材高精度轧制技术。合金钢和低合金钢棒材在线控制冷却技术。多钢种、小批量棒材的市场开发。年产 60 万吨棒材生产车间工艺设计4 第 4 页专用小型材的市场开发。工业先进国家的型钢轧制品种多达万余种，而我国的热轧型材品种只有上千种。差距最大的是专用小型材。这些型材多用于汽车、纺织、电机、农业等等，我国在这方面的工作与 20 年前相比进步不大。上述特点说明我
19、国小型与棒材生产还处于市场需求旺盛阶段。钢材生产厂取得效益主要仍依靠产量来实现。从我国的热轧带肋钢筋发展史可以看出，我国热轧带肋钢筋的生产水平不断提高，普通钢筋从低碳钢、低合金钢向微合金钢发展;预应力钢筋从强度偏低、松弛较大向高强度、低松弛的钢绞线、钢丝发展; 同时，冷加工钢筋的发展趋向是:冷拔钢丝、冷拉钢筋从广泛采用到被淘汰出局，而作为细直径的冷轧钢筋和冷轧扭钢筋，仍将是普通钢筋的一种补充，它们的存在与发展，取决于其产品的质量、价格和售后服务，它们将通过市场机制与细直径的热轧带肋钢筋进行竞争。热轧带肋钢筋广泛用于被广泛用于民用建筑、高层建筑、重点工程：机场、港口、高速公路、桥梁、电厂等建设，
20、是一种非常重要的钢材。型钢生产在轧钢车间生产中占有重要的地位，据不完全统计，目前我国每年生产的型材占钢材生产总数量的 50%左右，因此，掌握型钢生产理论与工艺，对提高型钢产品质量和精度，开发新品种、新工艺、新设备，完善生产自动化和计算机控制技术，具有很大的现实意义。在本设计中，自动化程度极高，从坯料上料到成品，一线全部自动化，无需人工操作。坯料选用连铸坯取代初轧钢坯，提高了成材率，简化了工艺过程，降低了生产成本。同时，设计采用全连轧生产线，缩短了轧制周期，提高了轧机产量、轧制精度和成品质量，降低了成本。并且在轧制的精轧部分采用平立辊交替轧制，减少轧制事故的发生，提高了生产效率。年产 60 万吨
21、棒材生产车间工艺设计5 第 5 页2 产品方案和产品标准2.1 产品方案的制定产品方案又称产品大纲，是指设计的工厂或车间拟定的生产产品名称、品种、规格、状态、计划产量。产品方案是进行车间设计、制定产品生产工艺过程、确定轧机组成或选择各项设备的主要依据，包括车间拟生产的产品名称、品种、规格及年产量计划。产品方案不但规定了车间的类型，同时也规定了车间的生产产品方向，是车间组织生产的依据。2.1.1 产品方案的选择原则产品方案是指所设计的工厂的主要生产车间拟生产的产品的名称、品种、规格、状态及年计划产量，依次来选择设备和制定工艺。确定产品方案的原则：（1） 国民经济发展对产品的要求，既考虑当前的急需
22、又要考虑将来发展的需要。（2） 产品的平衡，考虑全国各地的布局和配套加以平衡。（3） 建厂地区的条件、生产资源、自然条件、投资等可能性。（4） 考虑轧机生产能力的充分发挥，提高轧机的生产技术水平。根据上级下达的设计任务书对各项产品的数量及质量、品种、规格范围、状态需要的同时，进行一系列的调查工作，针对国民经济现状及发展，国内外市场动态，综合全国各地区布局和配套加以平衡，满足国防需要，车间的规模和技术上的可能性以及建厂地区的水煤气电，交通、资源等自然条件，并考虑各车间的配套和合理分工来确定最优的产品方案。2.1.2 产品方案的确定根据本次设计任务书要求并借鉴相关的陕西龙门钢铁总厂西安轧钢厂的生产实际情况，制定产品方案见表2.1。轧机年生产16 36mm的热轧带肋钢筋和圆钢60万吨，全部以直条交货，定尺长度为612m。钢种为碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金钢 。热轧带肋钢筋按GB14991998标准进行生产、检查和验收。产品包装执行GB14991988标准。热轧圆钢的尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T702热轧圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允许偏差 的有关规定。
