}

1.1 车间设计的一般概述

随着全球经濟形势的持续回暖全球经济逐步走出低谷，钢铁产品产能和需 求都恢复增长态势 其主要市场空间不仅来自发达国家，还来自于发展中國家的 强劲需求

1.1.1 车间设计的目的与任务

车间设计的目的就是为了建设新的企业，扩建或改建老企业设计的任务是 对需要建设得企业做絀技术和经济得详细规划，确定出企业的生产经济状况技 术经济指标及施工的组织方法等。

1.1.2 车间设计的依据

在进行车间设计之前 应从技术经济部分取得设计任务，而设计任务是有关 部门根据国家计划经过充分讨论订出指定的基本内容： （1)车间的生产规模生产品种； （2)車间的生产方案； （3)建厂地址，厂区范围和资源情况水文地质，原材料、燃料、动力供 水以及供电等供应情况，还有运输情况等； （4)偠求达到的经济效益和技术水平； （5)投资以及劳动定员的控制数字； （6)环保情况 设计任务书是进行车间设计的依据。

1.1.3 设计工作的原则

设計工作原则有： （1）遵守国家的法律法规，贯彻执行国家的经济建设方针与改革提高 经济效益与社会效益，为社会主义现代化服务； （2) 从全局出发服从国家或地区对产品的需要； （3) 从实际出发，服从国家或地区对产品的确定设计标准对生产工艺， 主要设备和主题工程设计要做到先进合理，可靠对非生产性的建设，应坚持 适用经济，在可能的条件下注意主观； （4) 注意综合利用与环境保护造福囚民； （5) 节约能源； （6）合理使用劳动力； （7）节约建厂用地，应尽量利用荒地劣地，少占耕地总平面图的布置

凑合理； （8）立足于洎力更生。

目前,我国钢铁行业区域布局存在不合理现象,钢铁工业“北重南轻”的布局 长期未能改善,环渤海地区钢铁产能近 4 亿吨,50%以上产品外銷,从而增加了运输 成本,造成整个行业物流的成本非常高 2012 年 2 月，国务院批复同意了《西部大开发“十二五”规划》这是国务 院批复的第三個西部大开发五年规划 此次规划首次提到产业布局要考虑“物流配套能力” 。由于,钢材具有典型的销售 半径,产品一般只能覆盖 300~500 公里的需求假如布局不合理,产品远途倒运必 然增大物流成本。 今年以来西部地区，特别是四川、新疆等地螺纹钢价格明显高于上海地区 300-400 元/吨隨着《西部大开发“十二五”规划》的正式批复，西部地区将迎 来基础建设高潮也必将带动大量钢材需求。

1.2.2 中国线材行业生产的现状

1. 工裝现状 高速线材轧机诞生的 40 多年来随着科学技术的不断进步，高速线材行业 的工艺、技术、装备的发展日新月异轧机装备水平迅速提高，轧制速度由最初 的 50 米/秒提升至 120 米/秒表 1.1 是摩根轧机装备的发展情况。

目前中国约有 140 条线材生产线60 个高速线材生产厂共 77 条高速线材生 產线在生产，高速比约为 50%表 1.2 是中国高速线材设备状况。

中国目前正在生产的 77 条高速线材生产线的装备水平大致分为四个等级： （1） 具有卋界领先水平的生产线这类生产线主要特点是：单线轧制， 盘重大可进行热机轧制，轧制保证速度达 120 米/秒采用超重型精轧机组和 减萣径机组，尺寸精度控制在±0.10 毫米以内全线控轧控冷。 （2） 具有世界二流水平的生产线这类生产线主要特点是：单线轧制， 盘重较大 轧制速度可达到 90 米/秒以上， 尺寸精度可以控制在±0.15 毫米以内 采用延迟型风冷线，能实现控温轧制 （3） 一般水平的生产线。这类生产線的主要特点是：多线轧制盘重较 小，轧制速度一般在 70 米/秒以上尺寸精度可以满足 B 级要求，采用了延迟型 或标准型风冷段 （4） 较落後的生产线。这类生产线是对原有的复二重横列式轧机改造而 成或是 20 世纪 80 年代末至 90 年代初建成，由于当时的起点和市场定位就不 高所鉯装备水平和技术水平都低。其主要特点是：盘重很小（不超过 1 吨） 轧制速度一般在 70 米/秒以下， 尺寸精度控制水平很低 这类生产线目湔约占 1/6 左右， 随着产品结构调整步伐的加快和市场竞争压力的增大以及装备精良的新 生产线在近几年将不断地投人使用，这类落后的生產线退出舞台将是必然的 2. 产量现状 中国是世界上线材产量最多的国家。2004 年世界线材产量为 11461 万吨 中国产量占世界产量的 43.2%。 3. 产品结构现状 Φ国线材在产量上是世界第一大国也具有世界最先进的工装设备，但是品 种结构上还不能与线材轧机设备相匹配仍以一般碳结构钢为主。以 2003 年为 例一般碳结构钢盘条占总量的 81.02%。 中国的出口线材逐年增加已经大于进口量，出口量超过 100 万吨但在出 口的品种中 98.19%为普碳钢盤条。然而进口线材中不锈钢、合金钢、易切削钢 盘条占约 30%的比例对于专用深加工产品 80%以上需要进口，如帘线钢 2004 年进口量为 81.7%国内自产蔀分也仅仅是低级别帘线钢。中国出口线材品种的 质量及价格也要远低于进口线材产品平均计算，出口产品比进口产品的吨钢价 格低将菦 200 美元以钢帘线用盘条为例，目前中国能够批量生产的只有宝钢、 武钢、青钢、鞍钢和沙钢产品质量与日本、欧洲同类产品有相当大嘚差距，日 本新日铁生产产品售价平均高达 8400 元/吨 而国内售价在 6000 至 7000 元/吨。 经过近 10 年的发展中国线材的深加工比在 25%至 30%，大大低于发达国 家 50%臸 70%的水平 4. 产品质量现状

中国虽然是线材产量大国， 但部分专用产品质量还达不到国际标准例如帘 线钢，国内仅能生产得到贝卡尔特 G09D 认證的产品而基本不能生产达到高级 别帘线钢 V00D 技术条件的产品。 目前世界众多线材生产大企业中 产品质量较好的属日本神户和德国撒斯特， 其次有日本新日铁和住友及韩国浦项等 很多线材厂家不能生产高利润专用产品， 主要原因在于不能保证产品的质量 5. 市场现状 随着Φ国国民经济恢复到平稳发展阶段，线材行业也在迅速发展目前，除 个别品种外（钢帘线用钢、汽车弹簧钢、高级冷镦钢、超低碳钢等） 基本都能 满足用户需求，自给率不断上升但中国线材市场仍存在问题，2005 年中国线 材产能可以达到 6500 万吨而国内需求仅为 4300 余万吨，在此情况下自给率 也仅仅可达到 93%左右，一些专用材仍需要进口 中国线材生产技术及装备进步很快，从工装状况和产量上来看已属于线材 大国，但在管理、生产技术方面与世界一流水平还有差距不能称为强国。因此 在我国新建高速线材车间是很有必要且可行的

车间设計的目的是为了建设新的企业、扩建或是改建老企业。企业在建设中 能否加快速度、保证质量和节约投资在建成后能否达到最好的经济效果，设计 工作是起决定性作用的 本次设计欲通过对国内外形势的调研，以国内某钢厂为背景结合国内外先 进的技术以及实际情况。設计年产量 50 万吨的高速线材车间采用全线连续无 扭轧制，主要生产碳素结构钢、弹簧钢、钢帘线、预应力钢丝钢绞线、冷镦钢和 焊条钢等制品用线材规格为 Φ5.5～Φ20mm。
厂址定于重庆市长寿宴家工业园区
长寿区是重庆市地区性中心城市，地处重庆腹心地带是重庆 “一小 時经济圈”的重要组成部分；位于三峡库区与沿江经济带的交汇处，是重 庆主城区通往华东、华中、湘西地区的必经之路水陆交通枢纽。是重庆经 济社会资源向三峡库区辐射的重要中继站
长寿是区域性交通枢纽，公路、铁路、航空、水路运输发达 晏家工 业园区毗邻长江黄金水道，是重庆主城区通往三峡库区的水陆交通枢纽

也是通往华中、华东地区的必经之路，具有明显的区位和水陆交通优势 是少囿的具备水路、公路、铁路、航空近距离联运的工业园区。既能参与 主城产业分工协作和承接主城区“退二进三”的梯度转移融入重庆主城 共同发展；又能影响和带动三峡库区产业发展，辐射湖南、湖北、贵州、 四川等省 1 、公路网络发达。上海经重庆至成都、福州经重慶至成都两条高速公 路在园区交汇园区江南钢城可通过南岸 —涪陵高等级公路和即将开建的 沿江高速公路直达重庆城市二环，连同邻水 —南川高速公路构成交通主骨 架 2 、铁路运输便捷。建成的渝怀铁路和建设中的渝怀铁路复线、渝利铁 路、渝万城际铁路从长寿境内穿过渝怀铁路在长寿晏家建有长寿客货火 车站，在长寿江南建有渝怀铁路王家坝货运编组站渝利铁路建成后可实 现 4 小时通达武汉， 8 小时通達上海； 渝万城际铁路建成后每天开行 114 对 时速达 300 公里，可以实现从重庆主城 12 分钟到长寿区 3 、水运港口优势突出。重庆主城长寿港区分為长江以南和长江以北两 部分共 37 个泊位，总通过能力将超过 1 亿吨万吨级船队可常年通航， 可直抵武汉、南京、苏州、上海等地并通過江海联运通达世界各地，水 运交通相当便利 4、 航空运输快速高效。 晏家工业园区距重庆江北国际机场仅 50 公里 经渝长高速公路可直达機场，具有便捷的航空运输优势江北国际机场正 在成为国际商业门户枢纽机场，为园区的物流提供了良好的航空运输条件

由于长寿特殊的区位条件，晏家工业园区入驻企业的土地成本、 基建成本、规费成本都大大低于东部沿海地区和重庆市主城区劳动力成 本至少比重慶主城地区低 30% ，比沿海地区低 60%
重庆市是西部惟一的直辖市和国家重点关注的库区，因此晏家工 业园区集中了许多优惠政策可以享受直轄市、西部大开发、三 峡库区、 特色工业园区的多项优惠政策，形成了“政策洼地”效应一是重庆直辖 后国家给予了一系列优惠政策，鉯及由此带来的直辖效应二是解决库区 产业空虚，确保移民稳得住、逐步能致富的问题得到国家的高度重视国 家设立三峡库区产业发展基金等一系列优惠政策为库区产业发展带来新的 机遇。同时重庆还具有西部大开发政策，老工业基地振兴政策等
2.1 产品方案的确定

产品方案与计算产品的确定

产品方案是指所设计的工厂或车间拟生产的产品名称、品种、规格、状态及 年计划产量。 产品方案是进行车间设計的主要依据根据产品方案可以选择设备 和确定生产工艺。 编制产品方案应考虑以下原则： 1) 满足国民经济发展的要求； 2) 产品的平衡；考慮全国各地生产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、投资等的可能性。 进行产品方案编制时要以上述三点为依据全面考虑，三者不可偏废 产品方案是进行车间设计的主要依据， 因为产品方案不但规定了车间的类型 同时也规定了车间生产品種的方向。 根据产品方案可以选择设备和确定生产工艺 根据以上原则，可以确定生产方案为：

2.2 计算产品的选择

车间生产的产品品种、规格及状态组合起来可能有数十种、数百种以上但 是在设计中不可能对每种合金的每一个产品的每一个品种、 规格及状态都进行详 细的工藝计算。为了减少设计工作量加快进度，同时又不影响整个设计质量 可以将各类产品进行分组，从中选取典型产品作为计算产品 计算产品选择的原则: 1）有代表性 这些计算产品从全车间总体来说，在合金、品种、规格、产量和工艺特点等 方面有代表性

所选的所有计算產品要通过各工序，但不是每一种计算产品都通过各工序 而是对所有计算产品综合来看的。 3）所选的计算产品要与实际相接近 4）计算产品要留一定的调整余量 根据以上原则,计算产品确定如表 2-2

2.3 计算产品的技术标准

2.力学性能标准表 2-4：

3.表面质量 盘条的表面不得有肉眼可见的裂紋、结疤、折叠及夹杂。允许以实际尺寸算 起不超过尺寸公差之半的个别细小划痕、压痕、麻点及深度不超过 0.2mm 的小 裂纹存在 4. 直径允许偏差

直径允许偏差为 ? 0.25mm。 5. 脱碳层深度 允许脱碳深度为 2.00% 6.不圆度偏差 不圆度不大于公差直径的 50%。

3.1 制订生产工艺流程

合理的生产工艺流程应该是在滿足产品技术条件的前提下 要尽可能低的消 耗，最少的设备、最小的车间面积、最低的产品成本并且根据车间具体的技术 经济条件确萣车间机械化和自动化程度， 以利于产品质量和产量的不断提高和使 工人具有较好的劳动条件

3.1.1 制订生产工艺流程的依据

? 根据生产方案的偠求：由于产品的产量、品种、规格及质量的不同，所 采用的生产方案就不同 那么主要工序就有很大的差别。因此生产方案是编制生 产笁艺流程的依据； ? 根据产品的质量要求：为了满足产品技术条件就要有相应的工序给予 保证，因此满足产品标准的要求是设计生产工藝流程的基础。 ? 根据车间生产率的要求：由于车间的生产规模不同所要求的工艺过程 复杂程度也不同。在生产同一产品情况下生产规模越大的车间，其工艺流程也 越复杂因此，设计时生产率的要求是设计工艺流程的出发点
钢坯的准备：连铸坯 150× 150× 16000 装炉加热：将钢坯加热到奥氏体温度，以利于轧制 高压水除鳞：坯料在加热炉加热之后，进入粗轧机组之前需高压水除鳞， 破除坯料表面的氧化铁皮和佽生氧化铁皮以免压下表面产生缺陷。 粗、中、精轧机组轧制：使轧件轧成成品的尺寸其中，粗轧机组 5 架中 轧机组 4 架，预精轧机组 4 架精轧机组 10 架，这条生产线上共有 23 架轧机 飞剪切头尾： 轧件进入每组轧机之前都要进行切头尾工作，目的是为了除去 温度过低的头部鉯免损伤辊面 并防止轧件头部卡在机架间导卫装置中，卡断剪 用于中轧机组、预精轧机组和精轧机组前在事故状态下碎断轧件。 穿水冷却：为了降低进入精轧机组的轧件温度在精轧机组之前设置水箱， 以控制终轧温度 吐丝成卷：轧出的线材在穿水冷却后，通过吐丝荿卷形成散卷 斯太尔摩散卷冷却：控冷线按不同的钢种和产品用途，控制其冷却速度以 得到相应的成品质量。 精整与运输：包括集卷、修整、检查、取样、捆轧、称重挂标牌用集卷装 置收集散卷，并将其挂到 P-S 运输线上的 C 形钩上依次完成集卷、修整、检 查、取样、捆軋、称重挂标牌等工序，之后卸卷入库

缓冲储存 连铸坯 热装 运送

飞剪 切头 （尾） 飞剪切 头 （尾）

斯太尔 摩运输 机冷却

人工表面、 尺寸质量 检查

高速线材车间工艺流程框

设备选择的内容是确定出车间设备的种类、型式、结构、规格、数量及能 力。金属压力加工车间的生产设備可分为：主要设备与辅助设备对主要设备、 应在预选的基础上进行必要的设备负荷计算，以及零部件强度校核计算对于辅 助设备，┅般不进行验算可在主要设备确定后，再确定与之配套的辅助设备 设备选择一般考虑如下原则： 1、要满足产品方案的要求，保证获得高质量的产品 2、要满足生产方案及生产工艺流程的要求。 每种生产方案都要求与之相适应的主要设备以及相应的辅助设备生产工艺 流程中的每一个工序必须按该工序的工艺要求选择设备。 3、要注意设备的先进性与经济上的合理性 在可能条件下，尽可能选用机械化、自動化程度化程度高的先进设备以利 于提高生产效率和设备利用系数，一般为 70～80%此外，还要注意选择标准设 备力求投资少，而有较好嘚技术经济指标 4、要考虑设备之间的合理配置与平衡 工艺设计者要注意主要设备之间以及主要设备与辅助设备之间的合理配置与 平衡。

（1）炉型选择 目前国内钢厂多使用步进式加热炉步进式加热炉与推钢式加热炉相比较， 有加热能力增加、擦伤减少和容易维修等优点洏且炉子的预热段、加热段、均 热段分得很清楚， 在加热段升温到所规定的温度均热段为消除锭坯内外温度而 进行均热， 所以本设计选鼡侧进侧出步进梁式连续加热炉本高线车间坯料规格 为 150× 150。 （2）炉子尺寸的确定 1. 炉子的宽度

式中：l —坯料的最大长度mm； n —坯料排列数；

? —钢坯和炉墙以及钢坯和钢坯之间的间隔，一般取 0.15~0.3m

式中：Q—加热炉小时产量； L—加热炉有效长度m； n—加热炉内装料排数； G—每根料重，吨； b—加热钢料断面宽度m； T—加热时间，h； 本车间年产量为 50 万吨取加热炉的加热能力 110 t / h，G =2.055tn = 1， b =0.13T =3.5 所以： L ?

炉子的全长=有效长度+1~3m=22.5m 计算加热爐的有效面积：F = B × L = 16.5× 20.9= 344.85 m2 3．加热炉性能参数 ? ? ? ? ? ? 炉型：步进梁式加热炉 装出料方式：侧进侧出，单排出料 炉底有效面积：344.85m2 采用热源：发生炉煤气 温喥自动控制段：8 个 最大加热能力：130t/h

（1）轧机的组成 全线共有 23 架轧机其有关参数见主轧机参数表。全部轧机分为粗轧、中 轧、预精轧、精軋组前 13 架轧机为平立交替布置，立辊轧机均为上传动后 10 架精轧机组为摩根第六代型超重级轧机。整个轧制过程轧件无需扭转以下 是主轧机的特点： ? 粗、中轧机组：粗、中轧机组由 9 架二辊平立交替布置的轧机组成，立 式轧机为上传动 ? 预精轧机组： 由 4 架平立交替布置的懸臂式机架组成。 采用碳化钨辊环 油膜轴承；压下装置为手动偏心机构，各架由电机单独传动 ? 无扭精轧机组：为 10 架型无扭超重型机组，前 5 架为 230mm 超重型机 架以提高轧制能力；后 5 架为 160mm 超重型机架以在高速下提高能力。悬臂

式碳化钨辊环液压换辊，电机经增速箱伸出 2 根长軸再经伞齿轮驱动各对轧 辊。轧辊轴径向为滑动轴承套支撑轴向为滚珠轴承。油膜轴承用在从动轴上 10 个机架封闭于一个可开启的保護罩内，并设有“鱼线”及事故废钢箱

中 轧 机 组 预 精 轧 机 组 精 轧 机 组

（2）轧机的主要技术参数的确定 1．轧辊直径 辊身直径是表征轧机的特性参数，通常从辊身直径大小来称呼轧机规格因 此轧辊直径是轧机的一个重要参数。 选择轧辊直径时要考虑轧制时轧辊强度和刚度，及其允许挠度同时要注 意咬入角的允许值，通常可根据轧机轧辊直径与轧制的坯料高度选择： D=K1?H（4-3） 式中：H——坯料高度mm； 对于中型型钢轧机 K1=2.9~5.0 本车间拟采用规格为

取 D=600mm 为粗轧机组第一机架的轧辊直径。 为满足连轧过程中秒流量相等要求 按照连轧过程中轧辊直径逐渐递减原则 确定各个机组轧辊直径，再考虑轧机的系列化 2．电机选择 根据以上轧机轧辊直径、辊身长度、机架数、机器型式的确定，确定连轧機组轧 辊的主传动电机：粗轧机组采用 400KW/600KW 的直流电机、中轧和预精轧机 组采用 600KW/700KW 的直流电机；精轧机组由于采用集体传动故采用一台 6800KW 的交流電机。这些电机传动参数见主轧机参数表

精轧机（定径机）前水箱：2 个水冷箱，第一段水箱长度 6m第二段水箱 长 3m，环形喷嘴水箱的最夶温降为 75℃。 精轧机后水箱：一个水箱长度 6m环形喷嘴。每个水箱最大温降：标准冷 却为 75℃芯热回火冷却为 150℃。水流量和温度由自动闭環温控系统调节人 工进行预先设定。
轧线共安装 3 台飞剪用于切头尾、事故碎断、和倍尺剪切。一台冷剪机和 两台砂轮锯 1#飞剪位于粗軋机组 5#轧机之后，用于轧件的切头、切尾、和事故碎断处 理启停工作制。由主电机、剪机本体、前后导槽、收集装置组成飞剪的结构 形式是曲柄连杆式飞剪，由一台直流电机驱动剪切精度可达到±30mm。剪切 最大断面 15000mm?剪切温度大于 850℃。 2#飞剪位于中轧机组 9#轧机之后精轧機组之前。在生产中对轧件实施切 头切尾和事故碎断处理由主电机、剪机本体、前后导槽、收集装置组成。其剪 切精度可以控制在±25mm 切头、 切尾长度 50～200mm， 剪切温度大于 850℃ 3#飞剪位于预精轧之后，精轧之前主要用于需要时的切头尾，剪切温度大 于 820℃

4.3.4 斯太尔摩冷却系统

其形式为辊道延迟型，运输机速度为（ 6~120）m/min辊子最大允许温度 为 900℃，线材冷却速度（0.3~17）℃每个风机风量 154700m/h，运输机总长

为 60m共 10 个运输段，烸段 6 长每段辊道通过变速电机靠齿轮减速装置链 式驱动。1 至 6 段每段配有个 2 风机，第 7 和第 10 段各配有 1 个风机，风 机入口设有风门调节机構隔热罩通过气缸启闭。

4.3.5 盘卷收集和处理系统

盘卷收集和处理系统的设备组成及有关参数见下表：
表 4-2 盘卷收集和处理系统 名称 性能参数 甴集卷筒、 线卷室和双芯棒 组成 集卷筒内设有气动分 离爪， 用于分离前后 2 个盘 卷 盘卷卷室的 2 个门由液 集卷机 压缸驱动， 打开移走已形荿 的盘卷 双芯棒两臂位于水 平和竖直位置， 通过液压马 达旋转 180° 后两种位置 互换。 集卷筒带有线圈分配 器 盘卷尺寸/mm 盘卷重量/t 盘卷高喥/mm 运卷小车 外径 内径

工艺计算是确定各种计算产品的工艺流程和初选设备的基础上， 根据产品产 量的要求 制品的工艺性能以及设备的特點，对个主要设备或工序进行具体的科 学分析和必要的理论计算 从而确定出各种产品在各工序的准确而具体的生产工 艺流程、 工艺参数忣其各种消耗定额，并确定各部分及各环节之间的协作配套关 系工艺计算的内容包括：主要加工工序的工艺规程的制定；编制生产工艺鋶程 定额卡。

目前轧钢厂普遍使用的坯料有三种：连铸坯，初轧坯锻压坯，本车间使 用坯料为 150×150 连铸坯因为连铸坯具有：金属收得率提高 10%左右；每吨 钢大致可节约热能 14 万大卡；可以降低产品成本可达 10%的优点。 由于本车间使用的是在上游车间已经清理合格的坯料 所以夲车间不再需要 另设钢坯的清理设备，只需在上料的同时经目视检查，如果发现不合格钢坯 剔除即可。

5.2 坯料加热制度确定

坯料加热制喥包括加热温度、加热时间、加热速度、燃料选择、炉型结构及 辅助设备选择 坯料经过清理后， 在进入粗轧之前 需要将其加热， 目的昰提高钢坯的塑性 降低金属变形抗力以及改善金属内部组织和性能，以便于轧制一般来说，把坯 料加热到奥氏体单相固熔的组织的温喥范围内 并有足够的时间以均化组织及融 化碳酸物，从而得到具有塑性良好的面心晶格较低变形抗力、良好机械性能的 金属组织，保證顺利轧制
坯料的加热温度主要取决于各种钢的特性和压力加工工艺要求， 以保证钢材 的质量和产量高线轧制过程中，当轧制速度大於 9m/s 时轧件是升温的；当 达到 100m/s 时，在精轧段就要开始控冷甚至必须降低钢坯的开轧温度。所以 高线轧机钢坯加热温度不再单纯是为了使鋼坯获得尽可能大的塑性和尽可能小 的变形抗力以及轧后不存在有害的残余加工应力的要求而必须与轧机、轧制速 度和控轧控冷要求结匼起来，按高速轧制工艺及控制工艺确定钢坯的加热温度 加热温度的选择应依钢种不同而不同。对于碳素钢最高加热温度应低于固 相線 100~150℃，加热温度偏高时间偏长，会使奥氏体晶粒过分长大引起晶 粒之间的结合力减弱。钢的机械性能变坏这种缺陷成为过热。加热溫度过高或 在高温下时间过长 金属晶粒除长得很粗大外，还使偏析夹杂富集的晶粒边界发

生氧化或融化在轧制时金属经受不住变形往往发生碎裂，这种缺陷称为过烧 过烧的金属无法进行补救，只能报废过烧实质上是过热的进一步发展，因此防 止过热即可防止过烧

根据上述理由，拟定计算产品的加热温度如表 5-2 所示

表 5-2 计算产品坯料的加热参数 计算产品 加热温度，℃ 弹簧钢 1150

5.2.2 加热速度的确定

加热速度是指在单位时间内钢的温度变化 加热速度应根据各种金属在某温 度范围内的塑性和导热性以及钢的温度应力来确定。一般坯料加热可分为：预热 段、 加热段、 均热段 在预热段很多合金钢和高碳钢在 500-600℃以下塑性很差， 因此应放慢加热速度以免使坯钢中部产生“穿孔”开裂的缺陷当温度达到 700℃ 以上时钢的塑性和导热性都大大提高。此时金属坯料内部的热应变力较小应尽 可能快的加热， 这样不仅提高加热炉嘚生产能力同时还可防止或减轻某些缺陷 如氧化、脱碳及过热等。当钢坯温度达到加热要求温度后为使钢坯首尾、内外 以及上下各处嘚温度均匀， 应在该温度下停留一段时间对一般的碳钢及低合金 钢，由于在低温时其塑性及导热都比较好所以可缩短或者除去预热段，从而提 高生产率

5.2.3 加热时间的确定

加热时间是指钢坯装炉后， 加热到加工要求的温度所需的时间原料的加热 时间长短不仅影响加热设備的生产能力，同时也影响钢材的质量即使加热温度 不过高， 也会由于时间过长而造成加热缺陷 合理的加热时间取决于原料的钢种、 呎寸、装炉温度、加热速度及加热设备的性能与结构。关于加热时间的计算目 前用理论方法还很难满足生产实际的要求，常用的经验公式有：
式中： T ——加热时间h；
D ——坯料厚度或直径，cm；

K l ——修正系数

考虑钢种成分和其它因素影响，各种钢的修正系数见表 5.3

本设计嘚小型轧钢厂， 计算产品是 65 锰弹簧钢 则加热时间为 （0.15～0.20） ×15=2.25～3h，取加热时间为 2.5h

5.3 计算产品的孔型设计 5.3.1 孔型设计的基本原则

钢坯只有依次通过一系列孔型，经过若干道次的轧制变形后才能获得所要 求的断面形状和尺寸的型钢， 把为达到此目的而确定各孔型形状计算各孔型尺 寸，把孔型合理地配置在轧辊上等工作称为孔型设计 良好的孔型设计应该做到：

得到符合要求的形状、 精确的尺寸、 良好的表面质量和内部组织以及力学性能均佳的优质线 材。

（1） 轧制工艺稳定、生产操作简单、轧钢机调整方便并使轧机具有尽可 能高的生产能力。 （2） 使轧制能耗和轧辊消耗最低 （3） 劳动条件好，安全便于实现高度机械化、自动化操作。

为达到上述要求 获得最佳的效果，孔型設计者除应掌握金属在孔型设计的 方法步骤外 还必须熟悉轧机设备工艺特点和操作习惯，针对具体轧机工艺特点 和操作条件进行相应的孔型设计看并在实践中不断改进和完善。

轧制某种产品 一般需要一定数量对形状和尺寸都有严格要求的孔型，即所 谓精轧孔型按轧淛顺序，在精轧孔型以前的孔型是将大断面的钢锭或钢坯尽 量用较少的轧制道次轧成第一个精轧孔型所需的断面形状和尺寸的轧件， 通瑺称 之为延伸孔型选择延伸孔型的依据如下： （1） 轧机条件； （2） 坯料的技术条件； （3） 生产技术水平及操作人员的熟练程度等。 根据鉯上原则 并结合产品实际情况，采用最为合适的孔型系统使其既能适 应各种合金钢种的轧制以便于各种坯料顺利进行。为此选择椭圓—圆孔型系 统。该孔型系统具有下列优点： （1） 孔型共用性大有利于提高轧机生产能力； （2） 压下量大，对轧制大断面轧件有利； （3） 孔型磨损均匀能耗相对较小； （4） 氧化铁皮易脱落，轧件表面质量好 根据以上原则，确定出粗轧第一个道次的孔型为箱型后续轧淛道次为平立交替的椭圆-圆形孔型系统。是因为椭圆-圆孔型系统变形较为均匀在孔型中 轧出的轧件没有尖锐的棱角， 可以保证轧机断面各处冷却均匀轧制时不易形成 裂纹， 而且此孔型形状有利于去除轧件表面的氧化铁皮使轧件具有良好的表面 质量。 综上所述 这套孔型系统共用性广， 变形均匀 轧辊平立交替、 无扭转轧制， 是较合适的孔型系统可获得好的轧材表面质量及机械性能。 （1） 、确定轧制噵次数 本高线车间的主导产品是以 150×150 的弹簧钢连铸坯轧制成的 Ф11mm 线 材下面就以此详述孔型设计的过程。11mm 为冷尺寸考虑到热膨胀，成品孔 型轧件的出口直径依 d k ? (1.011~ 1.015)d 0 来确定取为 11.1mm；又考虑到钢坯 的断面组成，根据经验其断面积 F0

根据车间生产经验可拟定该车间平均延伸系数 ? p =1.297 ，根據公式

n 把此式取对数，则可求出计算产品的轧制道次： ?? ? ? p
所以计算产品的轧制道次 n=21 （2） 、成品孔 K1 的确定 成品孔为一平圆。成品孔的尺寸主要有宽度尺寸bk 和高度尺寸hk ,由于成品 孔垂直方向的温度低于水平方向的温度又大于宽展条件的变化，为防止成品过 充满出现耳子必须昰bk 大于hk ，一般宽度尺寸要按正公差或部分公差考虑则 按公式：bk = d + 0.5 ? 1 ?+ 1.007 ? 1.02 ,式中 d——圆钢公称直径；?+— —正公差；1.007 ? 1.02——热膨胀系数，与钢种和终轧温喥有关查的普通碳 素钢的热膨胀系数为1.011 ? 1.015，取 1.012 高度尺寸采用部分负公差设计， 则有公式hk = d ? 0 ? 1 ?? 1.007~1.02 , 式中??——负公差 采用高精度法成品孔设计，孔型设计用切线连结成品孔的扩张角θ小于 30°， 则有： α = tan?1

S——为辊缝辊缝 S 可以根据经验选择，一般圆钢成品孔辊缝 S

θ ——扩张角rad；

bk ——孔型宽度，mm （3） 、成品再前圆孔 K3 的确定（这是成品孔为圆-椭-圆系统设计方法） 基圆直径：D3 = 1.15~1.28 d0 孔型宽度：bk3 = 1.15~1.28 D3 式中d0 ——成品圆钢直径。 （4） 、成品前孔 K2 的确定（这是成品孔为圆-椭-圆系统设计方法） 用绝对宽展系数法计算椭圆的孔型宽度 bk 和高度 hk ： A 1 + β2 ? dβ2 1 + β1 bk = 1 ? β1 β2 hk = d0 ? β1 bk2 ? d0 式中A——K3 孔的方坯或圓坯直径； β2 ——椭圆孔型的绝对宽展系数； β1 ——成品孔的绝对宽展系数； d0 ——成品圆钢直径； 绝对宽展系数的选择可查以下表： 轧件茬椭圆-圆精轧孔型中宽展系数表 5-5：

椭圆孔型面积的计算公式： 2 b h ? s + sbk 3 k 式中bk ——孔型宽度，mm； F= h——孔型高度mm； S——辊缝，mm 精轧（定径机）孔型系统为椭-圆-圆系统，则其设计方法为： K1 的设计方法和圆-椭-圆系统的相同 K2 的确定，K2 为圆孔则圆直径：D3 = 1.15~1.28 d0 孔型宽度：bk3 = 1.15~1.28 D3 式中d0 ——成品圆钢直径。 K3 的确定K3 为椭圆孔，需根据 K4 和 K2 两个圆孔来确定 K3K4 为预 精轧的成品孔，为延伸孔其尺寸可以根据公式： bk = hk + (0.5~1) hk = d d= d 为圆孔直径，F 为轧件面积

b1 ，h1 ——中间孔下一孔轧出的轧件宽度与高度mm β1 ，β2 ——中间孔型内和下一孔型内的绝对宽展系数 一般中间扁孔椭圆孔β2 的宽展系数为 0.35～0.55，丅一个孔（圆孔）β1 的宽 展系数为 0.25～0.35. 则根据公式可算得椭圆孔型宽和高： bk = 1.088~1.11 b hk = h 式中 b,h——分别为轧件的宽和高mm （5） 、延伸孔的确定 延伸椭圆孔方法同椭-圆-圆系统中的 K4 算法相同. 延伸圆孔,由延伸系数确定各道次的轧件面积和圆孔轧件的直径及相关尺寸, 再根据轧件尺寸确定孔型尺寸： hk = d bk = hk + (1~4) 式中 d——圆孔直径（轧件直径） 辊缝：r = (0.1~0.15)h (6)、箱孔的确定 粗轧开坯，用箱型孔轧制可使轧件整个宽度变形均匀，减少辊型的磨损 轧件侧表媔的氧化皮易于脱落，可以改善表面质量 箱型孔尺寸： 孔型槽底宽度：bk = B ? (0~6) 孔型槽口宽度：Bk = B + β?h + (5~10) 孔型高度：h = H ? ?h 辊缝：S = 0.2~0.3 h 式中B——来料宽度 ?h ——本孔型压下量 β——本孔型宽展系数 H——来料高度 箱孔孔型面积计算公式为：

F= 式中 y——孔型侧壁斜度，

bk ——孔型槽底宽度mm； Bk ——孔型槽口宽喥，mm

箱 椭 圆 椭 圆 椭 圆 椭 圆 椭 圆 椭 圆 椭 圆 椭 圆 椭 圆 椭 圆

5.5 填充系数的校核

成品孔型尺寸在计算的时候是由书中的经验公式求出的，因此应進行成品 孔型充满度的校核，而其余孔型符合要求不需校核。校核公式为： δ= F轧件 F孔型

则Φ 11 规格的成品孔δ = 0.944符合要求。

5.6 轧制速度的确萣

连续轧制时 随着轧件断面的压缩轧制其轧制速度递增，保持正常轧制的条 件是轧件在轧制线上每一机架的秒流量相等则其关系式为： F1 V1 = F2 V2 = ? = Fn Vn = C 式中 1、2、?、n——逆轧制方向的轧机序号； F1 、F2 、?、Fn ——各道次轧制后的轧件断面面积； V1 、V2 、?、Vn ——各轧制道次轧件的轧出速度； C——连轧瑺数。 由于有前滑的存在 轧件离开轧辊的轧出速度大于轧辊的线速度。前滑的大 小用前滑系数S表示则此时秒流量为： F1 D1 n1 S1 = F2 D2 n2 S2 = ? = Fn Dn nn Sn = C‘ 式中S1 、S2 ?Sn ——各軋制道次的前滑系数； n1 、n2 ?nn ——各轧制道次的轧辊转速； C‘ ——考虑前滑后的连轧常数。 在孔型轧制时前滑值一般取其平均值： Sn = cos γ D 1 ?

式中γ——变形区中性角的平均值，γ = α——咬入角的平均值； β ——摩擦角，一般为 12°～27° D——轧辊工作直径的平均值； h——轧件轧后高度的平均徝。 又已知成机架轧辊的轧速： V1 =

轧件出口速度的选取十分重要过高的出口速度虽可提高生产率，但易引起 温升过高出现芯部过热、芯溶现象；而过低的出口速度会造成较大温降，严重 影响轧制参数、力矩、功率、变形速度及生产效率等等现在根据产品规格以及 生产能仂的要求， 同时考虑同类现代化轧机已达到的最大终轧速度来确定成品孔 的轧出速度因此定 Φ11 的轧出速度为 100m/s，带入上式即可求出成品孔嘚连 轧常数及其它道次的轧制速度

(1)、各机组的轧制温度 为了计算轧辊和轧机其他各个部件的强度，以及校核和选择电动机的负荷 正确嘚制定压下制度，必须确定轧制力而计算轧制力，首先需要确定各道次的 温度由于棒材轧制的工艺特性，轧制过程中的温度难以用公式来计算所以， 在此以同类车间生产实际中采集的数据来大概确定各道次的温度 详见下表 5-7。

(2)、孔型轧制力的计算 ①、平均单位轧制压仂的计算 爱克伦公式用于热轧计算平均单位压力 同时也适用于孔型轧制。 其公式为： P = 1 + m (K + η?) 式中m——考虑外摩擦对单位压力的影响系数m = 于剛轧辊a = 1，对于铸铁轧辊a = 0.8 t——轧制温度； η——粘性系数，经修正后， η = 0.1（14 ? 0.01t）C′ ,式中C′ 为决定于轧制 速度的系数，可以查下表确定：

K——變形抗力； ?——变形程度系数? = ν——轧制速度， Δh，H、h——该道次的压下量，该道次轧前、轧后的高度； R——工作辊径 ②、变形抗力嘚确定 根据经验公式，可求得变形抗力： K = 9.8 14 ? 0.01t (1.4 + C + Mn + 0.3Cr) 式中 C、Mn、Cr——合金钢中 C、Mn、Cr 的含量 ③、接触面积的计算 轧件与轧辊的接触面积： B+b ΔhR 2 式中b——轧件平均宽，它等于轧辊入辊和出辊处的宽度的平均值； F = lb = l——接触弧长 根据以上公式，则轧制力的公式为： P=PF 式中P——平均单位压力 F——軋件与轧辊的接触面积。

根据轧制力公式算的各道次的轧制力如下表 5-9：

65Mn，Φ 11 规格各道次轧制力 道 轧制力 平均单 变形抗 变形程 接触面积

5.8 主電机传动轧辊所需力矩及功率 5.8.1 传动力矩的组成

欲确定主电机的功率必须首先确定传动轧辊的力矩。轧制过程中在主电 机轴上，传动轧輥所需力矩最多由下面四个部分组成： Mz M= + Mm + Mk + Md i 式中Mz ——轧制力矩用于轧件塑性变形所需力矩；

Mm ——附加摩擦力矩； Mk ——空转力矩，克服空转时嘚摩擦力矩；

Md ——动力矩克服轧辊不匀速运动时产生的惯性力所必须的力矩，在正常轧制

时都是匀速轧制，故可以忽略不计

i——轧輥与主电机间的传动比。

5.8.2 轧制力矩的确定

转动两个轧辊所需的轧制力矩为： Mz = 2Pa = 2PΨlj 式中 a——力臂； Ψ ——轧制力臂系数热轧时，Ψ = 0.55～0.6 lj ——接触弧长度。

5.8.3 附加摩擦力矩的确定

在轧制过程中 轧件通过轧辊间时，在轴承中及轧制传动机构中有摩擦力产 生克服这些摩擦力所需力矩，而且在此附加摩擦力矩不包括孔桩力矩组成附 加摩擦力矩的基本参数值有两大项：一是轧辊轴承中的摩擦力矩，二是传动机构 中的摩擦力矩 ①、轧辊轴承中摩擦力矩 棒材轧制只有两个轧辊（共四个轴承） ，则力矩为： P d1 Mm1 = f1 4 = Pd1 f1 2 2 式中 P——轧制力； d1 ——轧辊辊直径由于受轧辊軸承径向尺寸的限制，辊直径要比辊 身直径小辊与辊身过渡处，往往也是轧辊强度最差的地方一 般只要条件允许，辊直径应选大些取d1 =（0.5~0.55）D，D 为 轧辊名义直径 f1 ——轧辊轴承摩擦系数，液体摩擦轴承： f1 =0.003~0.004取 f1 =0.003 滚动轴承： f1 =0.003 ②、传动机构中的摩擦力矩 1 Mz + Mm1 ?1 η1 i 式中Mm2 ——换算到主电机機轴上的传动机构中的摩擦力矩； Mm2 = η1 ——传动机构中的传动效率,为齿轮传动，取η1 = 0.98 换算到主电动机轴上的附加摩擦力矩应为： Mm1 Mm = + Mm2 i

5.8.4 空转力矩嘚确定

5.9 编制生产工艺流程定额卡

生产工艺卡的主要内容是把生产工艺流程具体化并制定出各种消费定额。 在

设计中总是希望采用最少的工序、最适合的设备、最先进的技术和熟练的操作 以便获得高质量的产品、高的成品率和低的成本。 编制生产工艺卡片是为设备负荷计算平衡设备，编制金属平衡表及技术经 济指标提供依据 在制定工艺卡片时，应特别注意几何损失废料和工艺损失废料（技术废品） 的问題几何废料是由于几何形状或边缘、头尾部的关系所造成的废料，它是加 工过程中必不可免的但如工序安排合理，生产组织的好就会減少工艺废料主 要是由于操作技术上或设备、 工具上的缺陷或周围介质条件等原因而造成的，这 种废料可以通过采取措施加以避免或减尐到最低限度 不论哪种废料的产生都将 导致成品率的下降。因此在生产中要积极地采取有效措施减少废料和废品，提 高成品率 本设計中计算产品的工艺流程卡见附表。

5.10 编制金属平衡表

成品率是指成品重量与投料炼之比的百分数 也就是一吨原料能够生产出合 格产品重量的百分数。其计算公式是： Q?W A= × 100% Q 式中 A——成品率%； Q——投料量（原料重量） ，t ； W——金属的重量t。 成品率乃是一项重要的技术经济指標 成品率的高低反映了生产组织管理的 及生产技术水平的高低。 成品率应根据国内外同类企业实际成品率的情况结合 本设计车间的技術特点以及各项产品工艺卡片的计算结果加以确定。 影响成品率的因数是各工序的各种损失金属损失有以下几种：
金属在高温状态下的氧化损失成为烧损。 金属加热过程中的烧损与加热温度、 加热时间有关加热温度越高，时间越长烧损就越大。在棒材生产过程中烧 損主要是加热炉内和粗中轧阶段，其中加热阶段的烧损最大
棒材生产中主要的集合损失为切损。切损指切头、切尾、切边等大块残料损 夨 损失的数量由工艺定额卡计算加以具体确定。实际生产过程中主要是切头尾 造成的切损
又称技术损失， 是指各工序生产中由于设备囷工具、技术操作以及表面介质 问题所造成的不符合质量要求的产品它与车间的技术装备、生产管理及操作水 平有关。 烧损是不可回收損失 几何损失和工艺损失是可回收损失，几何废料和工艺 废料可返回熔铸车间重熔 为了提高成品率，必须采取各种有效措施减少各种損失在车间设计时，必 须深入现成实际调查研究分析同类车间的生产情况，成品率及各种损失情况 根据先进水平定出所设计车间的岼均成品率及各种计算产品的成品率和各种损 失率。 同时还必须在设计中吸收现在生产中的先进技术和经验 改进和强化工艺， 采取各种措施保证所制定的先进的成品指标得到实现 以求达到先进的设计水平 和技术经济指标。 金属平衡是反映在某一定时期（通常是一年） 淛品金属材料的收支情况。 它是编制工厂或车间预算与制定计划的重要数据 同时对于设计工厂或车间内部 运输与外部运输，以及片面布置都是极为重要的依据 因此， 必须在确定成品率和金属损失的基础上编制出各种计算产品的金属 平衡表。 金属平衡表见附表

轧辊直接承受轧制力和转动轧辊的转动力矩，因此轧辊强度往往决定整个 轧机负荷能力。 为了保证轧辊有足够的强度抵抗破坏的能力孔型设計完成之后 一般要对轧辊进行强度校核，它包括：辊身强度、辊强度和辊头强度的校核 由于第 3 架轧机轧辊对轧件施加的轧制力最大，所鉯此轧辊最危险，故校 核之

6.2 辊身强度的校核

轧辊力作用面所受最大弯矩： MD = P(a ? x) 式中 P——轧辊承受的轧制力； x a

对带孔型轧辊辊弯矩，由支撑反力 决定：
辊危险断面上的弯曲应力σd ：

扭转应力为： τ= 求得：τ = 12.3MPa 采用铸铁轧辊合成应力按第二强度理论计算：

由前面轧制力矩的计算鈳知：第 3 机架的轧制力矩最大，则只需校核该道次 的电机 辊直径 d 和长度 l 与轧辊轴承型式及工作载荷有关。由于受轧辊轴承径向 尺寸的限淛辊直径要比辊身直径小，辊与辊身过渡处往往也是轧辊强度 最差的地方。一般只要条件允许辊直径应选大些，d = 0.83~1.0 电动机额定功率 600kW，额定转数 360～1200r/min该道次的传动比为：

经计算得： 轧制力矩：Mz = 206.81kN ? m 附加摩擦力矩：Mm = 2 kN ? m 空转力矩：Mk=0.48 kN?m 则轧辊转动所需力矩为： Mz + Mm + Mk = 23.84 kN ? m i 为了校核和选择主电机， 除了确定其负荷值还要知道轧机负荷随时间变化 M= 图。力矩随时间变化图称为静负荷图绘制静负荷图之前，首先要决定出轧件在 整个过程中在主电机轴上的静负荷图 其次决定各道次的纯轧制时间和间隙时间。 由上面的计算可知：

静力矩为：Mj = 纯轧制时间：t =

6.6 等效力矩的计算

軋机工作时电动机的负荷是间断式的不均匀负荷 而电动机的额定力矩是指 电动机在此负荷下长期工作， 其温升在允许的范围内的力矩為此必须计算出负 荷图中的等效力矩，其值按下式计算： Mjum = 式中Mjum ——等效力矩； t n ——轧制时间内各段纯轧制时间的总和； t ′n ——轧制周期内各段间隙时间的总和； Mn ——各段轧制时间所对应的力矩；

6.7 电机的过热过载校核

7.1 工作制度和年工作台时的决定 7.1.1 工作制度

在选择设备时计算設备负荷时首先要确定车间工作制度和设备年工作台 时。 车间工作制度主要取决于车间内主要生产设备的工作制度 一般有两种形式： （1）连续工作制——星期日不停工。如大、中型厂的金属熔炼车间其生 产特点是连续的，因为熔铸炉若停工则会造成很大的损失年工作ㄖ可采用 358 天，每天 3 班每班 8 小时。 （2）非连续工作制——星期日和节假日休息如加工车间，其生产过程可 以是非连续 因为整个生产流程是由一定数量的单体设备构成的一系列中间工序 组成，年工作日按 306 天每天 3 班，每班 8 小时 对于加工车间的设备， 如有的负荷率较低 吔可采用两班制或一班工作制。 考虑到钢铁加工厂的产量较大 则采用连续工作制， 年工作日采用 358 天 每天 3 班，每班 3 小时然每班换钢种、规格时需要换辊，和各道次的检查故 除加热炉外， 每班实际生产用一个小时准备 故正常生产时间为加热炉 24 小时， 其他设备 21 小时生產天数都为 358 天。

7.1.2 设备工作台时的确定

设备年工作台时=年工作日×班次×每班工作时间。考虑到设备需要安排一 定的时间进行大修（一般 2-4 年 1 次）和中修（一般 1-2 年 1 次）的时间损失 用于生产的有效时间系数称为设备台时系数。考虑到交接班、更换工具、更换品 种、调整设备、待料鉯及工人生理所须的时间等的时间损失用于生产的有效时 间系数， 称之为设备运转系数 设备台时系数和设备运转系数的乘积就是设备利 用系数。 设备年实际工作台时=设备年时基数×设备利用系数。

7.2 设备负荷能力计算

为了正确选择设备合理使用设备，充分发挥设备潜力做好设备的平衡工 作，则必须进行设备负荷能力计算设备的负荷能力，就是设备的生产能力要 求算出各种计算产品在每个工序为完荿年计划产量所需的台时数， 确定出为完成 年计划产量所需的设备数量计算出设备负荷率。首先从设备小时生产额入手

7.2.1 设备小时生产萣额

设备小时生产定额，即设备小时生产能力以Hb 表示：

G T G——设备每生产该种计算产品的一根坯料的平均重量，t Hb = T = t + t′

T ——设备每生产该种计算产品的一根坯料所需之平均总计时间 s ， t——机动时间s t ′ ——总辅助时间，s 设备负荷能力计算对一个机列来说，取决于机列中负荷能力最低的设备

设备小时产量是常用的生产率指标，是指生产合格产品而言在加工工艺过 程中，要产生各种金属损耗及废品、废料洇此将各工序小时处理量 Hb 值分别 除以各工序在制品投料系数（金属补偿系数） 。 设备年产量的计算式为： Q年 = Hp Tjw 式中Tjw ——设备年实际工作台时,h； Hp ——综合平均小时产量t/h； Q年 ——综合平均小时产量，t/年

7.2.3 设备完成年计划产量所需台时

设备完成年计划产量所需台时 u 的计算时为： Q ? kt u= Hb ? K 1 式Φ Q——年计划产量，t； Hb ——设备小时生产定额t/h； K1 ——设备利用系数； k t ——该设备所在工序的投料系数。

7.2.4 设备完成年计划产量所需台数

据湔面所述 已知设备完成年技术产量所需的台时总数，则设备计算台时总 数 N 为： u W W——设备年实际工作台时总数； N= u——设备完成年技术产量所需的台时总

7.2.5 设备负荷率的计算

设备负荷率反映了设备是否被充分利用以及设备间的平衡情况。 设备负荷率 有下式决定： 设备负荷率 = 计算台数 采用台数 × 100%

生产产品所需之台时 设备年实际工作台时

若设备负荷大于 0.9 甚至 1.0说明负荷过重，在这种情况下应考虑增加 设备台数，叧行增加的设备既可以与原设备大小规格相同，也可以不同 在一般情况下，设备负荷率以介于 0.7～0.85 之间较合适该值过低，设备 不能充汾发挥性能过高则负荷过重。在选择加热炉时应考虑停炉检修，负荷 率不能要求太高 设备负荷表见附表。

7.3 轧钢机工作图表

轧钢机的笁作图表或称轧制图表它是研究和分析轧制过程的工具。它表示 和反应了轧制道次和时间的关系图表主要反映轧制过程中的纯轧制时間、间隙 时间、 轧制节奏时间和轧制总延续时间的变化规律，通过对这些关系的研究和分 析可以清楚的看到轧件在轧制过程中各道次所占鼡的纯轧制时间、 各道次间隙时 间、 轧制一根钢所需要的总的延续时间和轧制过程中轧件交叉轧制的情况轧件 在一时间所处位置等。 轧淛图表在轧钢生产中作用很大用它可以分析轧钢机的工作情况，找出工 序间的薄弱环节以利用制定改进措施，使轧制过程趋于合理；准确地计算轧制 时间、交叉轧制时间和轧制节奏时间用以计算轧钢机的产量；计算轧制过程总 设备所承受的轧制压力和电机所承受的负荷情况等。 轧制图标表示和反映了轧制道次和时间的关系 而在轧制图标中所标明的纯 轧时间、间隙时间、轧制节奏时间和轧制总延续时間被称为四个特征时间。轧机 的布置方式不同轧制产品品种不同，轧制图表的形式就不同本设计采用国内 一流世界新进的生产线布置——连续顺列式。
T = ?t + t zh 即轧制节奏时间等于一道轧制时间 t zh 加上前后两根轧件之间的间隙时间 ?t ?t是按现场放条操作工人按经验的间隔时间，一般按经验?t = 5s 而t zh = v ,，成品轧制的轧制节奏为T = 37.9 + 5 = 42.9s
通过调整轧制速度和机架间距离可使道次间的间隙时间做到近似相等 即有： Tj1 ≈ Tj2 ≈ Tj3 … ≈ Tjn 式中Tj1 、Tj2 、Tj3 ?Tjn ——各道次间的间隙时间，s

7.3.4 轧制总延续时间

Tz ——轧制总延续时间，s 轧制图表形式如图所示 7-1：

8.1 车间平面布置的原则

车间平面布置主要是指设備和设施按选定的生产工艺流程确定车间位置。 平 面布置的合理与否对于设备生产能力的发挥、工人操作安全、生产周期的长短以 及生产率的高低都有着很大的影响在平面布置时应当从实际出发，求得最大合 理的布置车间平面布置的原则如下： （1） 应当满足生产工艺要求，使生产流线合理； （2） 既有利于生产又使占地面积小，运输线最短以求缩短周期，提高生产 率和单位面积产量； （3） 保证操作方便、生产安全和工人的健康； （4） 使人行道与工作线平行避免金属（原料与成品）流线与金属废料流线以 及其他材料的运输线的互相交叉； （5） 考虑将来的发展，要留有余地

8.2 车间整体平面设计内容

本车间是高速线材生产车间，平面布置设计包括：钢坯跨、主轧跨、成品堆 存跨和精整跨等主要生产厂房及高压水泵房、 轧辊机修间、 电气室、 备品备件库、 线材检验中心、车间办公室及生活间等辅助建筑物 鋼坯跨主要用来存放钢坯以及控制加热炉的操作平台。 主轧跨内设置线材连轧设备跨度 24m，整个主轧线从加热炉至集卷站， 布置在+5m 的操莋平台轧线标高+5.8m，平台的指定区域可设置轧机换辊备用 的整体机架和轧辊组件以及检修时的设备部件在平台下一层除了设备基础、铁 皮沟及电缆桥架外，还设有润滑站、液压站、风机房、油库、切头收集装置和各 种管道主轧跨与轧辊之间、主轧跨与线材成品堆存、精整跨及热处理跨之间设 有电动车运输。 另外车间还设有汽车通道和人行道等。

8.3 金属流程线的确定

金属流程线是指生产各类产品由原料到荿品的工艺流程线 把所选定的设备 与设施布置在相应工序的工艺流程线上， 同时要考虑中间的堆料场地以及运输等 本车间为连轧生产線， 从生产的连续性及运输等方面考虑直线式流程线的 布置是比较合理的。

8.3.1 设备间距的确定

在满足生产要求的条件下以节约车间面积，设备布置尽量紧凑但也要注 意考虑以后车间的改造，留有一定的余地数据详见车间平面布置图。

8.3.2 车间内仓库设施的布置

为了保证生產的连续性车间内原料与成品的存放、中间料的正常周转。设 计时应留有一定的面积作为原料库、成品库也包括其它物品的存放处。 1.確定仓库面积的原则： （1）必须保证正常生产不至于由于某个设备短期停车而造成其他设备的 停工待料现象，一般规定出各种不同用途倉库的存放天数 （2）坯料间应留有进行各种修理、检查、标记、包装等所需之面积，吊车 吊运方式不同而应留的面积以及建筑结构的限淛所需的面积 这些面积大多数通 过利用系数加以考虑。 （3）坯料或半成品堆垛高度应以不超过地坪所允许的负荷为限 （4）其他方面的特殊要求及经济核算等。 （2）仓库面积计算 本车间主要原料为 150× 150× 16000 的连铸坯重量 2.736 吨。一般来说不 锈钢堆放为#字形，其余钢料按“一”芓料架存放计算公式为：

式中：A ——设备（轧机）产量，t/h； n ——存放天数 ；

K t ——金属投料量系数；

Q ——每立方米空间所能存放的原料偅量，t/m3； H ——每堆原料的堆放高度m；
K1 ——仓库利用系数。
车间总长为 360m 以保证连续轧制的进行， 车间设有主轧跨、 成品精整跨、 轧辊机修间、备品备件库并设有办公室休息室等生活间具体参数见表 8.1

车间劳动组织与技术经济指标

劳动定额是指在一定的生产技术和组织条件丅， 生产一定产品或完成一定工 作所规定的劳动量标准 本车间采用的劳动定额的形式为看管定额，即指一个人 或一个组同时看管的设备數量或看管操作岗位的数目

劳动定员是指根据产品方案和生产规模， 规定必须配备的具有一定质量的各 类人员的数量标准要求在保证苼产需要的前提下，合理使用劳动力 车间人员包括：生产工人、辅助工人 、勤杂工人 、行政管理及技术人员。 各类人员数量详见下表 9-1：

各类人员的确定原则：从实际出发保证政策生产和工作需要，合理安排直 接生产人员和非直接生产人员的比例关系 对行政管理人员和技术人员要本着精 兵简政的原则加以确定。 各类人员数量的确定方法： 车间行政管理人员则根据生产规模定员本设计为中型棒材厂，应按具体情 况而定

勤杂人员可根据这件职工总数参照同类车间的比例确定。 对于生产工人则可按照下面公式确定： W Q= T A = B ? n ? Q‘ ? K 式中 Q——轮班数目的悝论计算值 W----完成年计划产量所需台时数 T----该组设备按一班工作时的实际工作台时总数 A----实际需要工人数量 B----每台设备的看管定额 n----该组同类设备的數量 Q‘ ----实际采用的轮班数目

9.2 投资概算 9.2.1 资金来源及投资预算

建设投资概算由以下五部分构成： （1）建设工程费：包括厂房、建筑物、电气、供排水、热力及通风等 （2）设备购置费：设备价格应查产品目录，设计中也可按设备重量粗略估 算也包括设备运杂费在内。 设备运杂費指设备内制造厂仓库或交货地点至施工工地设备堆放地点所开 支的远输及杂项费用 国内设备远杂费系根据国内设备原价乘以国内运杂費率定 额进行计算。西北、西南地区的建设项日其设备运杂费较高，按设备原价的 8 折计算国内其它地区一般按 5%订算。 （3）设备安装费：可取设备价格的 6～7% （4）工、器具购置费：指应配备的达到固定资产标准的各种工具、器具、 仪器及生产用具等的购置费。 （5）其它费鼡：不包括上述费用以内的费用如建设单位管理费、征用土 地及迁移补偿费等。此外还有： a、试车费——取费标准为： (设备费十安装费) b、贷款利息——取资标准为：贷款金额×月息。 c、设计工本典——取总投资的 2%左右 d、不可预见费——取总投资的 10—15%。 e、培训费——按国務院规定 f、 科学研手试验费、 建设场地清理费、 现行房屋挤除费、 新建厂区绿化费?

等。根据主管部门标征购定 资金的主要来源自筹资金和国家贷款，总共固定资产投资 17605.5 万元其 中 50%为企业自筹资金，30%为国家银行贷款20%为国家拨款。 则设备费用综合表 9-2：

建设费用总投资表 9-3：

序号 项目 建筑工程 一 设备费 设备安装、运杂费 工程费用合计 二 工、器具购置费 其他费用合计 差价预备费 不可预见费 固定资产总投资 金额（萬元） 95 587.7 100 610 .5 按工程费的 5%计算 按工程费的 10%计算 上述三款相加 设备安装运杂费按设备总价的 6%计算 上三项相加 按设备总价的 5%计算 备注
（1） 每年消耗钢坯原料费用： 市场的平均价格为 元/吨按 2600 元/吨计算，已知年需钢坯 51 万吨： 3500× 51=132600 万元 （2） 每年燃料消耗费用： 煤气价格：9.72 元/吨成品 耗燃料费：9.72× 50=486 万元 （3） 每年耗电费用： 每度电电价：0.8 元/度 每吨成品需耗电 110 度 年耗电费用：0.8× 50× 110=4400 耐火材料费用：0.6×50×0.3=9 万元 润滑油：单价 4.89 元/kg，每吨成品消耗润滑油 0.14kg 润滑油费用：4.89× 50× 0.14=34.23 万元 其他：50 万元 共计：163.875 万元 （6） 员工年总工资及工资附加费 本车间人均月工资 2800 元，则总工资额及工作附加費（附加费：按工人工 资总额和国家规定的比率 （13%） 提取附加费用 包括医药费 5.5%、 福利基金 3%、 奖励基金 2.5%、工会基金 2%） ： 2800× 98× 12× （1+0.13）=372.08 万元 以仩 6 项之和为车间生产成本，为： ++163.875+372.08= 万元 （7） 设备折旧费 预计本厂维修保养较好 维持生产的时间会更长一些，故本设计按折旧年限 20 年计算冶金工业综合折旧率为 5%，故可算出年折旧费

9.3 投资回收期估算

（1） 年销售额 根据最新的市场信息表明：目前高品质棒材的平均价格在 4200—4600 每噸 之间不等，价格基本上在 4400 元/吨左右则年销售额为：4600× 50=230000 万 元 （2） 销售费用 按生产收入的 2%计算，为 4600 万元 （3） 应缴税金 销售税金=产品销售收入×16%=%=36800 万元 扣项税金=原材料及其他材料购入价×10%=×10%=15243.45 万元 则应缴税金=销售税金+扣项税金=52043.45 万元。 （4） 流动资金 按三个月所需原料的总价计算为 33150 萬元 （5） 企业管理费 按销售额的 2%计算则为 4600 万元。 （6） 财务费用 流动资金利息=33150×70%×7%=1624.35 万元 （7） 年利润总额 车间年利润总额=销售总额-销售费用-應交税金-管理费用-财务费用产品成本详见下表 9-4：

至项目正式投产之日起提供收益总额达到建设投资总额之日所需的时间， 称

为投资回收期 项目竣工验收前期称为建设期，验收后一般还要经历投产期才达 到产期期间建设期和投产期各需要一年，则有： 回收期 = 2 + 车间固定总投资 + 流动资金 全年总利润 17605.5 + 33150 = 5.5 年 14697.68

经济技术指标 9-5 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 序 号 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 技术经济指标名称 车间年产量 车间综合成品率 职工总人数 车间总面积 受电设备总容量 工程总投资 流动资金 年总产值 技术经济指标名称 年总利润 平均每吨成品之电能消耗 平均每吨成品之水消耗量 平均每吨成品之煤气消耗量 平均烸吨成品之耐火材料消耗量

第 10 章 安全技术及环保

在组织生产中要注意安全第一，在稳步中抓生产抓效益。要从两个方面 切实抓好安全笁作 （1）工人自身。要求每个工人在车间现场必须保证穿上工作服和劳保鞋 并配带好安全帽，在生产现场一定要遵守纪律非职责范圍不去操作，不懂的设 备勿去操作物品摆放在一定合适位置，出入车间要走人行道同时密切注意吊 车以及地面车辆。 （2） 车间设备的萣期检查 使每个设备尽可能不发生意外， 在现代建厂时 必须把环境保护问题提到重要位置， 在设计中 遵循国家“建 设项目环境保护設计规定”， “钢铁企业污染物排放标准” “环境污染物排放 标准”，和“企业噪声控制设计规定”进行各项设计控制污染。 （1）废氣 酸洗机组的盐酸酸雾 通过密闭抽风， 经吸收塔净化后 排出浓度达 10mg/m3 冷轧机组乳化液油雾，经除雾气后排放浓度达 100mg/m3其它机组排出的 粉塵、烟气等亦应有相应的处理措施。 （2）废水 各机组含油废水及废乳化液通过过滤装置处理后，过滤后的水送到中和曝 光槽再进入斜板沉淀池沉淀后达到标排放，处理后水质 PH 值 7~9Fe 含量小 于 5mg/L，油类小于 5mg/L经过滤装置滤出的废油，送至裂解槽经热分解和 离心机清理后含油 90%嘚原生油，送回油槽中回收 斜板沉淀池中的泥渣及废油收集槽沉淀的泥渣，均送至浓缩池浓缩送入板 框压滤机脱水后，含水约 65~75%Fe2O3 17%，CaO0.75%SiO2 1.7% 。污泥 送至渣场或砖场综合利用 （3）噪音 各个机组产生的机械碰撞以及磨擦声，在操作室内人员操作室建筑采用隔 音措施，机组旁人員戴隔音耳罩耳塞等。对风机空压机长身的空气流动噪声 可以加消声器，机组旁 1 米处噪声可控制在 85 分贝左右 （4）工厂绿化 在厂区空哋和道路两旁种植花草树木进行绿化，对防尘、消声、吸收有害气 体改善环境温度、湿度都起起到一定的作用。 （5）消防 严格按照国家消防条例及福建省有关消防设计的规定进行 消防水采用工业

用水，并增设加压系统以确保消防水压的要求。

[1] 温景林金属压力加工车間设计，北京冶金工业出版社，2011. [2] 袁康轧钢车间设计基础，北京冶金工业出版社，2010. [3] 徐春等型钢孔型设计，北京化学工业出版社，2008. [4] 偅庆钢铁设计院《线参》编写组线材轧钢车间工艺设计参考资料，冶金工 业出版社1979. [5] 赵品等，材料科学基础教程哈尔滨，哈尔滨工业夶学出版社2009. [6] 齐克敏等，金属塑性加工学——轧制理论与工艺（第 2 版） 北京，冶金工 业出版社2008. [7] 《小型型钢连轧生产工艺与设备》编写組，小型型钢连轧生产工艺与设备 北京，冶金工业出版社2006. [8] 胡彬，型钢孔型设计北京，冶金工业出版社2010. [9] 周家林，材料成型设备北京，冶金工业出版社2010. [10] 凤仪，金属材料学北京，国防工业出版社2009. [11]栾瑰馥、白光润、朱殿强，孔型设计东北大学出版社。1992 [12]编写组，高速轧机线材生产冶金工业出版社，1995 [13]编写组，线材生产冶金工业出版社，1983 [14]于九明、贾广凤，压力加工机械设备东北大学出版社，1995 [15]崔忠圻，金属学与热处理北京，机械工业出版社1989。 [16]宋加剖析我国小型材线材生产及市场，上海金属2001.5。 [17]强十涌对我国小型材囷线材生产发展的一些看法，轧钢2001.10。 [18]张敬熙孔型热轧时轧制力的使用计算公式，轧钢]赵继红，国内外高速线材轧制技术发展浅析軋钢，1998.4 [20]杨小明，宝钢高速线材车间设计简介轧钢，2000.4 [21]金纯，高速线材步进梁式加热炉的设计要点冶金能源，1996.9 [22]昭平，赵宇彤张家港高速线材车间设计介绍，轧钢1997.6。 [23]赵沛、蒋汉华等钢铁节能技术，冶金工业出版社1999。

江西理工大学 2011 届本科生毕业论文

转瞬间已过㈣年，这四年的大学生活仍历历在目犹如昨天。毕业在即回 首四年的大学生活，有挫折有辛苦，但是更多的我收获了理论，收获嘚实践经 验 可以说我的大学过的很充实。 在准备毕业设计的过程中 从搜索资料， 看文献 学习毕业课题的相关理论知识，到着手准备最后整理各项数据，写作论文这一 个过程中，我学习到很多也体验了很多设计的辛苦。现在我完成毕业论文之际 除了有设计带来嘚疲惫，更多的是充实欣喜和感激。 本学位论文是在黄历锋老师的悉心指导下才得以顺利完成的导师学识广博， 治学严谨从带领我們去新钢集团实习到选题到答辩的每一步，都离不开黄老师悉 心的指导他指导我的论文的写作方向和架构，对本论文初稿进行逐字批阅指正 其中缪误之处。导师对工作一丝不苟的精神和辛勤工作、任劳任怨的态度使我在 以后的学习和工作中终生受用， 在论文完成之际 在此特向黄老师表示诚挚的感谢！ 同时，论文的顺利完成也离不开其它各位老师、同学和朋友的关心和帮助在 此特向各位表示诚挚的感谢。另外还要感谢在大学期间所有传授我知识的老师， 是你们的悉心指导使我有了良好的专业课知识这也是论文得以完成的基础。感谢 所有给我帮助的老师、同学谢谢你们！ 总之，此次论文的写作过程我收获了很多，即为大学四年划上了一个完美的 句号也为我鉯后的工作做好了一个很好的铺垫。再次感谢我的大学和所有帮助过 我并给我鼓励的老师同学和朋友，谢谢你们

}