年产50万吨小型车间设计.docx
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年产50万吨小型车间设计
1绪论·························································2
2产品方案及工艺流程·········································4
2.1产品方案的编制···········································4
2.2原料种类及尺寸···········································5
2.3工艺流程的确定···········································6
3轧钢机的选择················································10
3.1轧钢机机架布置及数目····································10
3.2轧钢机结构形式···········································10
3.3轧钢机主要技术参数的确定·······························11
4典型产品孔型设计············································12
4.1断面孔型设计··············································12
4.2轧辊孔型设计··············································14
5轧制图表及轧机产量计算····································15
5.1轧制图表··················································15
5.2轧机小时产量计算··········································16
5.3车间年产量计算···········································17
6辅助设备选择·················································20
6.1加热设备选择··············································20
6.2切断设备选择··············································22
6.3冷床的选择················································26
7车间平面布置图················································28
7.1车间平面布置图说明·······································28
主要参考书························································29
附录·······························································30
1绪论
轧钢机的发明从达·芬奇1495年设计的原始轧机算起至今已有500年的历史。
自1783年英国科特创建第一台有孔型的二辊式轧机以来,至今小型材生产已有200多年的历史,在这漫长的岁月中经过由单机架到多机架,由横列式、棋盘式到半连续式的反复研究改进实践,直到1895年才在美国建成世界上第一套小型连续轧机。
我国小型材生产始于1871年福州船政局拉铁厂用轧机轧出6-120㎜圆钢。
1890年汉冶萍公司汉阳铁厂建成φ350/φ300㎜横列式小型轧机,一直到1961年才在首都钢铁公司建成第一套小型连续轧机。
80年代末,上钢一厂引进一套二手设备的小型连续轧机。
90年代,我国小型连续轧机获得了蓬勃发展,先后建成各种规模不同的小型连续轧机30套,现在我国投产的小型连续轧机据不完全统计有50余套。
为什么小型连续轧机会获得如此迅猛的发展和还在持续的发展呢?
主要它具有如下独特的优点:
(1)降低消耗,节约能源。
随着炼钢工艺系统的优化,直径以连铸坯为原料,实现一火成材,可显著提高成材率,还可以实现热装热送,可使加热燃料消耗减低25%-75%,同时直接热送还可以减少加热产生的氧化铁皮。
(2)有利于提高产品质量。
连轧能保证各道轧制速度随轧件延伸系数按比例增加,实现了初轧低速咬入的微张力轧制和精轧时的活套高速轧制,同时现代化的平立交替布置的小型连续轧机可以实现最佳的无扭轧制,从而使产品质量获得飞跃,其公差尺寸可以达到国标标准。
(3)可显著提高生产率。
轧件在连轧过程中,前一道轧机对后一道轧机的轧制产生推力,可改善咬入,利用延伸和顺利轧制,为高效生产创造条件。
现代小型连续轧机的最高轧制速度可达18~24m/s,年产量可达60~150万吨。
(4)由于连轧工艺系统的优化,为实现自动控制和开发新技术创造了良好的条件。
如切分轧制、无槽轧制、低温轧制和控制轧制等都已很成熟地应用于生产,取得了巨大的经济效益。
(5)连续式连轧生产线为实现最佳工艺无头轧制奠定了工艺技术和设备基础。
无头轧制的原理就是在连续式轧钢过程中,在加热好的钢坯进入轧机之前利用飞动式特制焊接装置将坯料的前端与正在轧机中轧制的另一根坯料的尾端迅速对焊起来并同步把毛刺清理干净,这样使原先分段轧制的钢坯在生产中实现长时间的连续式的无头轧制。
总之,发展小型连续轧机是经济科技发展的需要,是优化产业结构的需要,也是市场经济竞争原则制约下的必然结果。
八钢在1997年投产了第一条30万吨小型连轧棒材生产线,迄今以累计生产各类建筑用圆钢、带肋钢筋、抽油杆钢、弹簧钢、齿轮钢、碳素结构钢等600余万吨,使八钢的产品质量有了质的飞跃,随着小型技术人员不断消化、吸收这套生产线的先进技术,通过攻关,创新的手段,挖掘生产线的潜力、提高热送率,产量飞跃突破,提升了企业的生产规模。
小型连轧棒材生产线扩大了品种范围,提高产品质量,增强了企业抵御市场风险的能力。
该生产线上运用许多先进的工艺技术,无孔型轧制技术、控冷轧制、三线切分、弹扁应用等众多技术,多次获得自治区科技进步奖。
2005年,根据市场需求和八钢细分市场的需求,八钢又新建了一条60万吨连轧棒材生产线,经过攻关挖潜,具备了年生产100万吨棒材的生产能力。
本次设计正是以八钢现有的两条小型连轧生产线为基础,设计一条年产50万吨的连续式棒材生产线,通过设计将理论知识与现场实际有机结合,提高学习质量。
2产品方案及工艺流程
2.1产品方案的编制
市场调查和研究分析新疆钢材市场,由于新疆的地区工业基础落后,机械加工业整体水平不高,对合金结构钢等优特钢需求较少,随着国家大力开发建设西部地区,在新疆投资万亿元建设10条铁路和数条公路,改善贫困地区居住条件等政策导向,这对建筑用圆钢及螺纹钢的需求量逐渐增加,需求品种规格主要为φ10mm-φ40mm圆钢及螺纹钢,年需求量在150万吨。
目前八钢的生产能力在130万吨不能满足市场需求,因此再建一条年产50万吨的棒材生产线能够填补缺口,同时能够满足今后5年的需求,考虑到新建生产线设备与老生产线的共用性,在产线原料尺寸、设备选型时尽可能一致,减少备件储备。
市场调查,市场对螺纹钢的需求较大,主要集中在φ12mm、φ14mm、φ16mm、φ22mm、φ25mm等几个重点规格,在产品方案编制中进行重点考虑。
2.1.1产品大纲
序号
品种
规格(直径mm)
生产能力(吨/年)
所占比例%
1
圆钢
10
2000
0.4
2
12
10000
2
3
14
10000
2
4
16
15000
3
5
18
13000
2.6
6
20
10000
2
7
22
9000
1.8
8
25
8000
1.6
9
28
5000
1
10
32
5000
1
11
36
2000
0.4
12
40
1000
0.2
合计
90000
1
螺纹钢
(带肋钢筋)
10
5000
1
2
12
50000
10
3
14
40000
8
4
16
60000
12
5
18
50000
10
6
20
50000
10
7
22
60000
12
8
25
65000
13
9
28
15000
3
10
32
10000
2
11
36
4000
0.8
12
40
1000
0.2
合计
410000
2.1.2产品标准
2.1.2.1钢筋混凝土用热轧带肋钢筋
执行标准:
GB1499.2-2007,产品规格φ(10~40)mm,按理论重量交货。
考虑新疆有抗震设防等级要求,钢筋检验所得的强度实测值应符合下列规定:
1)钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25;
2)钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不大于1.30。
2.1.2.2钢筋混凝土用热轧光圆钢筋
执行标准:
GB1499.1-2008,产品规格φ(10~20)mm,按理论重量交货。
2.1.2.3碳素结构圆钢
执行标准:
GB/T700-2006,产品规格φ(22~40)mm。
2.2原料种类及尺寸
原料钢种是优质碳素钢和低合金钢,依据YB/T2011-2004标准进行检验,牌号是Q235A、HPB235、HRB335、HRB400。
原料:
采用的原料为连铸方坯,供应方式为八钢现有的连铸车间
尺寸边长:
考虑压缩比和轧机数量,对φ14mm以下规格单线轧制采用边长为120mm的连铸方坯,其余规格采用边长为150mm的连铸方坯;若φ14mm以下规格采用切分轧制,坯料可统一为150mm的连铸方坯。
长度:
12米
边长公差:
120mm×120mm≤4mm;150mm×150mm≤5mm
对角线公差:
120mm×120mm≤6mm;150mm×150mm≤7mm
弯曲度:
每米≤20mm
重量:
120mm×120mm1380kg
150mm×150mm2052kg
2.3工艺流程的确定
金属压力加工棒材生产线主要有以下几个工序:
坯料选择、加热、轧制、控冷、热处理、精整等工序。
普碳钢生产一般可分为四个基本类型:
1)采用连铸坯的生产工艺流程流程,其特点是不需要大的开坯机,炼钢连铸方坯经过加热,连续轧制轧出成品,工艺先进,已得到广泛应用。
2)采用铸锭的大型生产工艺流程,其特点是需大型的初轧机,钢锭重量大,一般采用热锭及二次加热轧制方式,目前在少数特钢企业还在采用。
3)采用铸锭的中型生产工艺流程,通常采用冷锭(1-4吨)作业及二次加热,可生产碳素钢及合金钢钢材,目前在少数特钢企业还在采用。
4)采用铸锭的小型生产工艺流程,其特点在中小轧机用冷小钢坯经一次加热,轧制成材。
这种生产工艺流程在国家2005年颁布的产业政策被强制使用。
连续式连轧线优点主要是,轧制速度快、产量高、轧机紧密排列,轧制间隙时间短,轧件温将小,提高通条产品质量的均匀性;这种工艺方式一般采用微张力和活套轧制,自动化和调整精度高,职工劳动强度低;因此国内各大钢厂均采用这种工艺流程。
连续式棒材生产线从1961年首钢建成第一套小型连续轧机,首次采用立辊轧机。
1988年,上钢一厂引进一套二手设备的小型连续轧机。
90年代,我国小型连续轧机获得了蓬勃发展,先后建成各种规模不同的小型连续轧机50多套,部分半连续生产线也陆续改建为连续式连轧线,产能得到迅速提高。
根据这四种类型和八钢已有的连轧生产线,初步确定采用连续式工艺生产线。
2.3.1工艺流程
2.3.2工艺流程基本参数
2.3.2.1坯料选择
八钢炼钢厂目前全部采用连铸机进行方坯生产,坯料规格为120mm~220mm。
考虑与另外两条生产线坯料统一,有利于直接热装,降低加热炉能耗、减少加热时间,提高产量,故选用150mm×150mm×12m的连铸坯,当设备出现故障,甩轧机生产时选用120mm×120mm×12m的连铸坯,保证生产的连续性。
2.3.2.2加热炉选择
加热炉目前有两种形式:
推钢式加热炉、步进梁式加热炉。
步进梁式加热炉是轧钢厂目前最普遍使用的炉子,从加热炉热效率考虑一般采用侧进侧出的进、出料方式。
步进梁式加热炉钢坯在炉内是靠步进梁托起、前进、放下的循环动作完成,因此对钢坯下表面不产生划伤,减少因钢坯表面质量带来的不利影响。
步进梁式炉钢坯因为不连续接触步进梁水冷梁,而是间断、交替地接触水梁,黑印现象较轻,温差较小,对连轧线微张力的控制作用很关键,可以保证产品尺寸偏差。
步进梁式炉每根钢坯间留有间隙(步距),避免了粘钢现象。
钢坯可以四面加热,加热速度快,温度均匀。
步进梁式炉能够对不同钢种不同的加热工艺进行调整,能够满足长时间检修加热炉空炉。
针对步进梁式炉的优点和国内连续式棒材生产线普遍这种类型加热炉,因此设计选用步进梁式加热炉。
加热能力120t/h;炉底有效强度:
420kg/(m2.h);炉子有效长度21000mm,炉子全长22480mm,炉子内宽13600mm,炉子外宽14600mm。
燃料采用八钢自有高炉产生的高炉煤气和焦炉产生的焦炉煤气的混合气体。
出炉钢坯温度在1050-1150℃,温度差不大于30℃。
2.3.2.3轧制设备
轧制区设备选型主要考虑与其他两条生产线一致,增强设备共用性,降低备件费用。
轧线采用18架国产短应力卡盘式轧机,其中粗轧6架,中轧6架,精轧6架。
主电机采用国产交流变频电机,最大为1200KW。
轧线设2台切头飞剪和一台倍尺剪,完成切头、切尾、事故碎断、倍尺等功能。
在12#、18#轧机后设有淬水线,对钢材进行控冷,提高力学性能。
2.3.2.4冷却
热轧后的钢材温度在1020℃,通过冷床降至270℃的剪切温度。
为了保证断面较小、长度较长的细长轧件不至于在冷却过程造成弯曲和扭转,并防止轧件表面擦伤,一般多采用步进齿条冷床。
根据轧机生产能力和新疆地区的环境温度,考虑冷却能力,采用96m×10m的步进式冷床。
并针对不同钢种在接料方式上采用不同的冷床动作控制方式。
1.3.2.5精整
冷床出口侧安装一台450吨剪切机,用来定尺剪切来自冷床的钢材,剪切长度为9米、12米。
打捆机采用自动打捆机,取代传统的人工手动打包或人工简易气动打包,从而提高作业率、降低劳动强度。
3轧钢机的选择
3.1轧钢机机架布置及数目
轧线由18架平立交替布置的无牌坊短应力线卡盘式轧机组成,分为6架粗轧、6架中轧、6架精轧,在粗、中轧采用微张力轧制,中轧和精轧之间设有活套,进行无张力轧制。
为了取样和事故碎断,在粗轧、中轧机组后设置飞剪。
提高机组产量,对φ18以下螺纹钢、φ16以下圆钢采用进行切分轧制,其中16#、18#机架采用平立可换式结构。
在18#轧机后设置18米长的淬水线,对螺纹钢进行控冷,以提高钢材的力学性能。
3.2轧钢机结构形式
根据钢坯断面、产品规格及其尺寸精度的要求,全线采用连续无扭轧制(切分轧制的精轧机组为扭转轧制)。
共分3个机组,由粗轧6架、中轧6架、精轧6架,共18个机架组成。
粗轧机组由2架轧辊直径为Φ640/570mm和4架轧辊直径为Φ540/470mm轧机组成;中轧机组由6架轧辊直径为Φ420/360mm轧机组成;精轧机组由6架轧辊直径为Φ350/290mm轧机组成。
机架为短应力线轧机,呈平立交替布置,每架轧机采用交流电机经组合齿轮箱单独传动,立式轧机为上传动。
这种轧机用四根拉杆把轴承座联接在一起,取消了传统的牌坊,使封闭的应力线环大大缩短,从而提高了轧机的刚度,并使轧机的重量大大减轻。
轧机轴承采用四列圆柱轴承,承载能力高、寿命长、安装维护方便。
轧辊可对称调整、轧线固定,生产调整十分方便。
机架整体更换,可在轧辊间预调孔型和导卫,大大减少了在线调整的时间,轧机作业率高。
轧机刚度大、轧制产品精度高、设备重量轻。
3.3轧钢机主要技术参数的确定
4典型产品孔型设计
4.1断面孔型设计(以Φ16mm圆钢为例)
对于简单断面型材的断面尺寸,国家已经有一定的产品规范,根据GB1499.1-2008要求,16mm公称横截面积201.1mm2允许偏差Φ16±0.4mm,不圆度≤0.4mm,重量偏差±5%,坯料断面尺寸150mm2。
4.1.1孔型系统的选择
粗轧孔型采用无孔型系统,中、精轧孔型采用椭圆-圆孔型系统。
4.1.1.1粗轧孔型采用无孔型系统
因轧辊上无孔型,改变产品规格时,仅通过调节辊缝即可实现,故提高了轧机作业率。
轧辊上不刻槽,轧辊辊身特别是外层硬度层能充分利用,可使辊身的有效利用长度提高到75%~80%,每个轧制部位的耐久性可比有孔型轧制提高1.5~2倍,可使轧辊使用寿命提高3~4倍。
轧件在平辊上轧制,不会出现耳子、欠充满、孔型轴错等有孔型轧制中的缺陷。
可大幅度降低轧辊车削时的金属消耗量,可使轧辊加工的工时减少5倍,加工成本降低1.5~2倍,且车削加工简单。
因减少了孔型侧壁的限制作用,沿宽度方向变形均匀,因此降低变形抗力,可节约能耗。
有利于去除轧件表面的氧化铁皮。
4.1.1.2中、精轧孔型采用椭圆-圆孔型系统
这种孔型系统的延伸系数一般为1.1~1.5。
经验值取1.3,轧件无明显棱角,温降均匀;轧件在孔型中的变形较均匀,形状过渡平滑,可减少局部应力集中
可由中间道次孔型出成品圆钢,因此可减少换辊操作。
4.1.2轧制道次及延伸系数
总延伸系数
轧制道次由轧机布置最佳为18道次
平均延伸系数
4.1.2.1K1成品孔型设计
为槽口宽度
为正偏差
为圆钢直径
Φ=30°(圆弧侧壁圆孔型)
=(1.011-1.015)
热膨胀系数取1.015
S为辊缝值,为1.5mm
为侧壁圆弧半径
4.1.2.2K3孔型
孔型高度H3=1.20×16.24=19.3
槽口宽度BK3=H3+0.5=19.8
S辊缝=2.5mm
γ(槽口圆角半径)=1.5
=30,
可由做图得
4.1.2.3K2孔型
取成品孔宽展系数为β1=0.37,K2孔宽展系数β2=0.7,则
=26.41
H2=H1×(1+
)-
·b2=12.5mm
取S=1.5mm,r=3mm
Bk2≥b2,取Bk2=b2+1=27.41
4.1.3孔型图
见图纸
4.2轧辊孔型设计(以Φ16mmK1为例)
4.2.1轧辊选择
轧辊选用Φ350×600为精轧轧辊
4.2.2配辊计算
K1孔型数据Bk1=16.5mm,R‘=9.28mm,R=8.12mm
为了防止崩槽,依据经验轧辊边部与第一道槽间距应在20mm以上,辊换的尺寸应在5mm以上。
由公式:
轧槽数=
可得到一组较为合理的数据:
槽间距=23.5mm
边墙值=41.5mm
4.2.3配辊图
见图纸
5轧制图表及轧机产量计算
5.1轧制图表(以Φ16mm圆钢为例)
连续式轧机主要有以下特点,因此具有短的总延续时间和轧制节奏时间。
(1)通过各机架的金属秒流量相等。
(2)各道次间的间隙时间随各机架轧制速度的提高而递减,即:
tj1>tj2>tj3>…tjn
(3)轧制节奏时间为
T=tzh+Δt
(4)轧制总连续时间为
Tz=tzh+Σtj
典型产品轧制图表:
5.2轧机小时产量计算
从图表中可见,连续式轧机具有最短的总延续时间和轧制节奏时间,连轧生产能力主要决定于轧制节奏时间:
T=Tzj+△t
式中T────轧制节奏时间;
Tzj───单机纯轧制时间;
△t───两只钢坯的间隙时间。
150×150×12
Tzj=─────────÷18=74.6(s)
3.14×(16÷2)2
T=74.6+5=79.6(s)
该规格小时产量:
N=3600÷79.6×2.052=92.8(t)
5.2.1轧机生产能力
根据产品大纲规定的产品规格和产量,按轧机及加热炉能力完成50万t/a棒材生产,年需轧制时间5662小时。
各规格轧制速度见表1-5,轧机负荷计算见表1-6。
各规格轧制速度
规格
2×φ10螺
2×φ12螺
2×φ14螺
速度m/s
14
14
14
规格
φ16圆
φ18圆
φ20圆
φ22圆螺
φ25圆螺
φ28圆螺
φ32圆螺
φ36圆螺
φ40圆螺
速度m/s
18
18
16
12
10.5
8
5
4
3.5
轧机负荷计算
序号
产品规格(mm,Φ)
计划年产量
(t)
加热炉最低小时产量(坯,t/h)
轧机平均小时
产量(坯,t/h)
计算小时产量(材,t/h)
年轧制时间
(h)
1
10.0
7000
90.0
57.0
55.3
126.6
2
12.0
60000
90.0
67.0
65.0
923.1
3
14.0
50000
90.0
88.0
85.4
585.5
4
16.0
75000
90.0
93.0
90.2
831.5
5
18.0
63000
90.0
105.0
101.8
608.8
6
20.0
60000
90.0
105.0
101.8
589.4
7
22.0
69000
90.0
105.0
101.8
677.8
8
25.0
73000
90.0
105.0
101.8
717.1
9
28.0
20000
90.0
85.0
82.5
242.4
10
32.0
15000
90.0
72.0
69.8
214.9
11
36.0
6000
90.0
57.0
55.3
108.5
12
40.0
2000
90.0
57.0
55.3
36.2
合计
500000
5662
日历作业率为:
7200/8760×100%=82.2%;
轧机负荷率为:
5662/7200×100%=78.6%。
5.3车间年产量计算
5.3.1生产时间
根据国内同类型的连轧生产线的实际作业率参考为80-83%,这条生产线按照82%作业率进行设计。
总时间:
8760小时/年
每班工作时间:
8小时
每年工作天数:
300天
计划检修时间:
20天
全年工作时间8280小时/年
轧机年工作时间表
设备
日历
时间(d)
计划检修时间(d)
工作时间
非计划
仃工时间(h)
事故
小时
(h)
日历
作业率(%)
大中修
小修
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