年产80万吨的高速线材生产车间课程设计样本.doc

摘 要
依据设计要求拟建一个优碳年产80万吨高速线材生产车间。它最高轧制速度为110m/s，产品规格为φ5.5~φ12mm，盘卷单重约2吨。
连铸坯在步进梁式加热炉中使用煤气加热，侧进侧出，加热能力为75t/h。加热炉由微机控制，出炉温度为900℃～1050℃。
该套轧机采取全连轧无扭工艺，连铸坯为150×150mm，长约为12m，单重约为2.3t方坯。在13架平立-交替部署粗轧机和中轧机以后，部署了2架预精轧机，13架精轧机。
轧后冷却经过水冷箱和一套斯太尔摩冷却运输线（120m）来完成。该套斯太尔摩冷却运输系统采取延迟型冷却装置，可对成品轧材最终性能控制如抗拉强度及产品金相组织和氧化铁皮厚度进行最终控制。
计算机系统用于控轧和控冷，无张力轧制，最好剪切尺寸控制和缺点检测。

关键词 ： 高速线材；生产方案；孔型设计；校核

目　　录
第一章 绪 论 1
第二章 车间产品纲领和金属平衡表 2
2.1车间产品纲领 2
2.1.1产品方案表 2
2.1.2产品交货技术条件 2
2.1.3产品性能 3
2.1.4产品中国国际销售应符合以下标准 3
2.2原料及其质量要求 3
2.2.1原料规格 3
2.2.2钢坯技术条件 3
2.3金属平衡表 4
第三章 设计方案 5
3.1方案比较及选择 5
3.1.1轧制速度确实定 5
3.1.2线数确实定 5
3.1.3总机架数确实定 5
3.2高线生产关键设备特点及其选择 6
3.2.1高线生产关键设备概况 6
第四章 工艺步骤 12
4.1生产工艺步骤说明 12
4.1.1上料和加热 12
4.1.2高压水除鳞 12
4.1.3轧制 12
4.1.4控制冷却 13
4.1.5精整 13
4.1.6剪切、废钢及氧化铁皮清除 13
4.2生产工艺步骤 14
4.2.1生产工艺步骤简 14
第五章 孔型设计及速度制度 15
5.1孔型系统选择 15
5.1.1粗轧、中轧孔型系统选择 15
5.1.2预精轧、精轧机组孔型选择 16
5.2关键参数计算 17
5.2.1箱型孔型(K1，K2)设计系数确实定 17
5.2.2各道次延伸系数确实定 18
5.3摩擦系数确实定 18
5.4孔型设计 19
5.4.1孔型设计说明 19
5.4.2各孔型计算方法 19
5.5孔型设计步骤： 21
第六章 轧机力能参数计算及电机设备校 25
6.1轧制压力计算 26
6.1.1平均单位压力计算 26
6.1.2总轧制压力P 27
6.2轧辊强度校核 27
6.2.1孔型在轧辊上配置 27
6.2.2 轧辊强度校核 30
6.2.3危险断面尺寸确实定 30
6.2.4轧辊强度校核 30
6.3传动力矩计算 32
6.3.1轧制力矩M 33
6.3.2摩擦力矩 33
6.3.3空转力矩 33
6.3.4动力矩 33
6.4电机校核 33
6.4.1电机校核 33
第七章 生产能力计算 36
7.1各规格产品轧制时间，间隙时间确实定 36
7.1.1多种轧制时间，间隙时间确实定 36
7.2加热炉小时生产能力计算 38
7.3工作制度及年工作时间确实定 38
7.4轧机负荷率及轧机年产量计算 39
7.4.1轧机负荷率 39
7.4.2轧机年产量 39
7.5加热炉生产能力计算 39
7.5.1设计条件 39
7.5.2加热炉生产能力计算 40
第八章 厂房平面部署和起重运输设备 41
8.1厂房平面部署 42
8.1.1主轧跨 42
8.1.2成品跨 42
8.1.3轧辊及导卫轴承加区域 42
8.1.4车间原料及成品跨面积计算 42
8.2 P/F线运输能力验算 43
第九章 高线车间关键经济指标 44
9.1高线车间关键经济指标 44
第十章 环境保护及综合治理 46
10.1编制依据 46
10.2关键污染物及治理方法 46
致　　谢 47
参 考 文 献 48
附录A 轧机力能参数计算及电机设备校核程序[11] 49
附录B Φ6.5MM孔型图[14] 54
附录C 英文翻译 67

第一章 绪 论
线材制品品种和质量，不仅决定于其本身生产工艺技术和装备水平，而且在很大程度上更有赖于其原料——线材冶炼和轧制技术。也就是说，线材品种质量提升，将大大促进线材制品行业发展和进步，不然线材制品行业发展将受到制约，甚至处于落后状态。这是100多年来线材制品行业发展历史所证实．所以线材和其制品关系是密不可分。
线材通常是指直径为5——16mm热轧圆钢或相当该断面异型钢，因以盘卷状态交货，统称为线材或盘条。国外线材规格已扩大到约6.50mm。常见线材多为圆断面，异型断面线材有椭圆形、方形及螺纹形等，但生产数全部极少。
线材在国民经济中作用和地位是很关键，首先，线材产量占钢材总产量百分比很大、通常国家线树产量占钢材总产量8%——10%，而中国却占20%以上；其次，线材用途十广泛，除直接用作建筑钢材外，线材深加工产品用途更为广泛和关键。比如各类商品钢丝及专用弹簧钢丝、焊丝、冷缴钢丝、镀锌钢丝、通讯线、轮胎钢丝及钢帘线、高强度钢丝及钢纱线舶承钢丝、模具钢丝、不锈钢丝、多种钢丝绳、钢钉、标谁件等等，能够说遍布国民经济各个部门，是不可或缺关键品种。国外优异工业国家线材加工比在70%左右，中国为30%左右。
线材生产兴起和发展是伴随科技进步、国民经济发展而发展起来。线材轧机开发和创新是线材生产发展首要条件。
据记载，世界上第一台线材轧机在16世纪已经问世．当初是用锻坯轧制线材而比较正规线材轧机在18世纪中期才出现，由粗轧及精轧两列横列式轧机组成。因为采取反围盘及人工喂钢轧制，其轧速度超出8m/s，同时受头尾温差大影响，线材存在着尺寸精度差、盘重小、性能不稳定等致命缺点，限制了横列式轧机发展。
为了确保产品质量并提升产量，同时也为了降低生产成本，必需提升轧制速度，所以20世纪初开发了半连续式轧机。该轧机由粗、中、精轧机组组成，粗轧及中轧采取连轧，精轧机组仍采取横列式轧机，即活套轧制；复二重轧机是半连续式轧机一个特例，中轧及桔轧机列在两个正围盘之间采取连轧，实现了机械化操作，轧制速度提升到16m/s，生产能力有很大提升，盘重增加到200kg左右，尺寸精度较横列式为好，但品种及质量未有根本好转。
20世纪60年代是线材生产技术发展兴盛和创新时期，在轧制速度不停提升同时也处理丁大盘重线材控制冷却问题，所以从根本上处理了盘重增大后，内层线村长时间在高温下停留生成粗大晶粒，使内外线材力学性能差异很大，表面氧化铁皮厚等问题。
为了深入处理产品品种及质量问题，英国在1862年建成了第一台连续式轧机。该轧机机座采取串列式部署形式，轧件同时在多个机架中轧制，各道次金属秒流量相等。可单机驱动，有较高调整精度，实现微张力或无张力轧制：因为没有穿唆轧制，没有大活套，所以头尾温差小，产品性能得到改善。到20世纪50年代，伴随机械制造、电气传动及控制水平提升，线材轧制速度达36m/s，尺寸公差(0.3—0.4)mm，盘重为500kg左右，一套轧机年广量在30—50万吨。当初经典连续式线材轧机是两线8架集体传动美国摩根型轧。
现在世界上应用最广泛摩根型高速无扭轧机是美国摩根企业1962年开始研制，1966年首先应用于加拿大钢铁企业哈密尔顿厂。第一套摩根型高速线材轧机于1966年9月正式投产，轧制速度43—50m/s，同时摩根企业和加拿大斯太尔摩企业联合，开发了线材轧后控制冷却系统，称之为斯太尔摩线。
高速线材轧机一出现就显示出极大优越性，继美国以后，其它部分国家和企业也纷纷创新高速线材轧机，出现了多种机型。现在基础上有四种1)测交45美国摩根型；2)15／75德国德马克型；3)顶交45英国阿希洛型；4) 0／9平—立部署意大利达涅利肋型。其中摩根机型应用最广泛。多种机型各有优点，但基础工艺特点差异不大。
20世纪70年代以来，国外关键产钢国家普遍采取高速线材轧机和控制冷却技术作为线材生产关键工艺技术；在冶炼方面．关键是用转炉或电炉初炼，然后采取炉外精炼技术进行二次精炼，同时基础上是以连传替换模铸，而且采取全保护浇铸；所以．生产出线材生产率高、成本低、品种多、质量又好。
据不完全统计，现在世界上有近3万条高速线材轧机。年产线材约7000万吨、其中高线产量约80%以上，线材产量占钢材总产量9%—10%；各国输出量和输入量平均在20%左右。美国是世界上最大线材输入国，每十二个月线材消费员约800万吨，而本国每十二个月只牛产400—450万吨，输入量占30%—50%，日本是世界上线材输出量最大国家．每十二个月线材产量约750万吨，输出量约20万吨；世界上线材产量最大国家是中国，19四年线材实际产量为260B万吨。
现在中国拥有线材轧机近110套，其中复二重轧约占—半，横列式线材轧机有近30套(将逐步被淘汰)；其它40多套多为高速线材轧机，其中从国外引进高水平线材轧机有20多台．国产高速线材轧机有近20套。1999年，全国生产线材2608万吨，其中高线产量1218万吨，高线比已经达成46.7%；优质硬线比约10%，但精练比不到30%。
从品种和质量来看，中国对国际标准ISO、欧洲标D2TN、日本标准J15中所列线材钢种、规格等基础能够全部生产，而且能达成对应标准要求。国产线材除部分品种外(如钢帘线、气门弹簧、超低碳不锈钢用线材等)，基础全部能满足用户要求，供需基础平衡，自给率达93%。
第二章 产品方案确实定和编制金属平衡表
2.1 产品方案确实定
2.1.1 产品方案
线材车间工艺设计首先要考虑车间产品方案选择，产品方案选择确定了生产品种，从而能够确定生产工艺步骤、轧机部署等一系列选择，就是说，产品方案是线材生产车间工艺设计第一步，也是关键依据。确定产品方案标准以下：
（1） 满足国民经济发展对产品需要，尤其要依据市场信息处理一些短缺产品供给和优先确保国民经济关键部门对于钢材需要。
（2） 要考虑地域之间产品平衡。正确处理长远和目前、局部和整体关系。做到供给适应、品种平衡、产销对路、布局合理。
（3） 考虑轧机生产能力充足利用。假如条件含有，努努力争取取轧机向专业化和产品系列化方向发展，以利于提升轧机生产技术水平。
（4） 考虑建厂地域资源、坯料供给条件、物资和材料等运输情况。
要适应该前改革开放经济形势需要，努力争取做到产品结构和产品标准现代化，有条件要考虑生产部分出口产品，走向国际市场。
2.1.2 产品纲领
依据线材生产现实状况、社会线材需求量，产品生产和现现在中国生产能力和技术发展水平，现拟订产品方案：
产品规格：Ф5.5～Ф13mm（经典产品：Q235Ф6.5mm）
钢种：碳素结构钢、弹簧钢、优质碳素结构钢、冷镦钢和焊条钢。
各类产品年产量及其在总年产量中所占百分比见表2.1

表 2.1 产品方案表
序号
品种
规格/mm
年产量/万吨
累计/吨
百分比/%
1
一般低碳钢
Φ6-13
17
17
21.25
2
一般低碳钢
Φ5.5-11
Φ11.5-13
9
5
14
17.5
3
钢丝绳钢
Φ7-13
Φ5.5-6.5
7
5
12
15
4
焊条钢
Φ5.5-13
10
10
12.5
5
钢帘线钢
Φ5.5-13
10
10
12.5
6
合金结构钢
Φ6-13
9
9
11.25
7
螺纹钢
Φ8-12
7
7
8.75
累计

80
80
100
2.2确定金属平衡表
2.2.1确定计算产品成品率
成品率是一项关键技术经济指标，成品率高低反应了生产组织管理及生产技术水平高低。成品率是指成品质量和投料量之比百分数。换句话，也就是指一吨原料能够生产出合格产品重量百分数。其计算公式为：
（2-1）
式中：—成品率，%；
—投料量（原料重量），t；
—金属损失重量，t。
影响成品率原因：
（1） 烧损：金属在高温状态下氧化损失称为烧损。
（2） 溶损：是指在酸、碱洗或化学处理等过程中溶解损失。
（3） 几何损失：包含切损、残屑。
（4）工艺损失：又称技术损失，是指个工序生产中因为设备和工具、技术操作和表面介责问题所造成不符合质量要求产品。
2.2.2金属平衡表制订

表 2.2金属平衡表
序号
品种
规格/mm
年产量/万吨
轧废/吨
切损/吨
烧损/吨
成材率/%
年需坯/万吨
1
一般低碳钢
Φ6-13
累计
17
17
244
244
1466
1466
1390
1390
98.2
98.2
17.31
17.31
2
一般低碳钢
Φ5.5-11
Φ11.5-13
累计
9
5
14
287
92
379
1004
399
1403
909
609
1518
97.6
97.8
97.7
9.22
5.11
14.33
3
钢丝绳钢
Φ7-13
Φ5.5-6.5
累计
7
5
12
102
92
194
663
430
1093
665
578
1243
98.0
97.8
97.9
7.14
5.11
12.25
4
焊条钢
Φ5.5-13
累计
10
10
246
246
1228
1228
926
926
97.7
97.7
10.24
10.24
5
钢帘线钢
Φ5.5-13
累计
10
10
163
163
1060
1060
677
677
98.1
98.1
10.19
10.19
6
合金结构钢
Φ6-13
累计
9
9
205
205
717
717
1278
1278
97.6
97.6
9.22
9.22
7
螺纹钢
Φ8-12
累计
7
7
82
82
530
530
688
688
98.2
98.2
7.13
7.13

累计

80
1513
7497
8190
97.9
81.72

2.3计算产品选择
本车间拟生产多个品种多个规格产品，不过，不可能对每种产品每一个品种、规格及状态全部进行具体工艺计算。为了降低设计工作量，加紧设计速度，同时又不影响整体设计质量，从中选择经典产品作为计算产品。
2.3.1计算产品选择标准
l 有代表性：从中找出1~2种产量较大、产品品种、规格、状态、工艺特点等有代表性。
l 经过全部工序：是指所选全部计算产品要经过各工序，但不是说每一个计算产品全部经过各工序。
l 所选计算产品要和实际靠近。
l 计算产品要留一定调整余量。

依据以上标准，本设计计算产品如表2.3
表2.3 计算产品
钢种
牌号
钢坯
规格
弹簧钢
65Mn
150×150
Ф6.5mm
2.3.2计算产品技术标准
在制订工艺步骤时，不管用哪种加工方法和选择什么工序，全部必需确保产品达成对应技术要求，产品才能含有较高使用价值。所以，产品技术要求是制订工艺步骤首要依据，是组织生产基础文件。
依据ZBH44002-88和GB/T3429-94要求，计算产品几何形状和尺寸正确度，钢化学成份和性能和表面质量以下：
1. 直径许可偏差
直径许可偏差为0.25mm。
2. 脱碳层深度
许可脱碳深度为2.00%。
3. 不圆度偏差
不圆度小于公差直径50%。
4. 化学成份标准
牌号
化学成份%
小于%
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Cu
65Mn
0.62~0.70
0.17~0.37
0.90~1.20
0.035
0.035
0.25
0.30
0.25
5. 力学性能标准
牌号
抗拉强度
伸长率
收缩率
65Mn
800~1200
8
30
6. 表面质量
盘条表面不得有肉眼可见裂纹、结疤、折叠及夹杂。许可以实际尺寸算起不超出尺寸公差之半部分细小划痕、压痕、麻点及深度不超出0.2mm小裂纹存在。

第三章 生产工艺步骤制订

3.1制订生产工艺步骤
合理生产工艺步骤应该是在满足产品技术条件前提下，要尽可能低消耗，最少设备、最小车间面积、最低产品成本，而且依据车间具体技术经济条件确定车间机械化和自动化程度，以利于产品质量和产量不停提升和使工人含有很好劳动条件。
3.1.1制订生产工艺步骤依据
依据生产方案要求：因为产品产量、品种、规格及质量不一样，所采取生产方案就不一样，那么关键工序就有很大差异。所以生产方案是编制生产工艺步骤依据；
依据产品质量要求：为了满足产品技术条件，就要有对应工序给确保，所以，满足产品标准要求是设计生产工艺步骤基础。
依据车间生产率要求：因为车间生产规模不一样，所要求工艺过程复杂程度也不一样。在生产同一产品情况下，生产规模越大车间，其工艺步骤也越复杂。所以，设计时生产率要求是设计工艺步骤出发点。
3.1.2工艺步骤介绍
钢坯准备：连铸坯150mm×150mm×1mm
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：坯料在加热炉加热以后，进入粗轧机组之前，需高压水除鳞，破除坯料表面氧化铁皮和次生氧化铁皮，以免压下表面产生缺点。
粗、中、精轧机组轧制：使轧件轧成成品尺寸，其中，粗轧机组6架，中轧机组6架，预精轧机组4架，8架精轧机，4架减定径机组，这条生产线上共有28架轧机。
飞剪切头尾：轧件进入每组轧机之前全部要进行切头尾工作，目标是为了除去温度过低头部以免损伤辊面，并预防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：轧出线材在穿水冷却后，经过吐丝成卷形成散卷。
斯太尔摩散卷冷却：控冷线按不一样钢种和产品用途，控制其冷却速度，以得到对应成品质量。
精整和运输：包含集卷、修整、检验、取样、捆轧、称重挂标牌，用集卷装置搜集散卷，并将其挂到P-S运输线上C形钩上，依次完成集卷、修整、检验、取样、捆轧、称重挂标牌等工序，以后卸卷入库。
3.2 具体工艺步骤
3.2.1上料和加热
因为生产产品关键是优质碳素结构钢，所以不宜采取热装热送工艺。将冷却后连铸坯由电磁盘吊车提升到+5米高上料台架上经过喷丸、探伤，修磨处理合格钢坯送入入炉辊道，称重、测长后送入加热炉进行加热。
依据不一样钢种加热制度和加热要求，钢坯在步进梁式加热炉内加热至开轧温度950～1150℃，由出炉辊道送往粗轧机进行轧制。
3.2.2高压水除鳞
因为关键生产是优碳钢，为确保轧件表面质量和成品综合性能，须在粗轧机前设置高压水除磷装置。
3.2.3轧制
采取全连轧方法生产，钢坯出炉后，由辊道将轧件送入由6架平立交替部署短应力线二辊轧机组成粗轧机组进行轧制。轧件出粗轧机组经飞剪切头后再进入有6架平立交替短应力线二辊组成中轧机组进行轧制。中轧机组轧出轧件经飞剪切头后由导管经立活套进入预精轧机组，预精轧机组由4架平立交替悬臂辊环式轧机组成。机架间设有立活套器，对轧件进行无张力轧制或微张力轧制。
从预精轧机组出来轧件经中间水箱冷却，以确保进精轧机组所需要轧制温度，再经飞剪切头，由侧活套器进入无扭精轧机组进行轧制。精轧机组为8架“V”型45℃无扭轧机，对轧件进行高速、单线、微张，无扭轧制。
为了提升轧机作业率和改善产品质量，在精轧机组后设置减定径机组（2台减径和2台定径轧机），可对轧件愈加高效、高速、高精度，无扭轧制，终轧最大确保速度为100米/秒。
表3-1 多种钢轧制及吐丝温度表
序号
钢种名称
代表钢号
第一架轧机入口温度℃
精轧机入口温度℃
减定机入口温度℃
吐丝温度℃
1
优碳钢
70#
950±30
850±10
800±10
840～860
2
低合金钢
20MnSi
1000±30
880±10
770±20
800～840
3.2.4控制冷却
从精轧机组和减定径机组出来线材进入水冷段。采取开环控制，以控制轧件合理吐丝温度和降低氧化铁皮生成。轧件由夹送辊进入吐丝机，成线环进入斯太尔摩冷却线进行控制风冷。依据冷却钢种、规格不一样，在各生产工艺软件中对辊道速度、风量、开启或关闭保温罩进行设计，自动调整，以控制线材冷却速度，从而取得适应于不一样要求线材。代表性线材控制冷却目标和控冷工艺以下：

表3-2 各钢种线材控制冷却目标和控冷工艺
序号
钢种
最终目标
最终材质要求
最终组织要求
控冷工艺
1
优碳钢
省去拉拔加工前铅浴淬火
强度高、拉拔性能好，拉拔后韧性高
索氏体
控制风冷
2
低合金钢
简化球化退火
靠近球化前组织
细珠光体
延迟冷却
3.2.5精整
经风冷后线环在集卷站搜集成盘卷后，经芯棒旋转、翻平，再由挂卷小车将盘卷挂至P/F线形“C”钩上，继续冷却，并进行表面和外形尺寸检验，剪去超公差和未穿水冷却头尾部，取样，压紧打捆，称重及挂标牌，然后到卸卷站卸卷，排齐，由吊车吊至成品跨呈梯形存放，按协议计划发货。
3.2.6剪切、废钢及氧化铁皮清除
整个轧线共设有6台剪机，其中3台飞剪机分别设置在粗轧机组后、中轧机组后，精轧机组前，用于剪切轧件头部和尾部，并可起事故碎断作用。3台卡断剪分别设置在13#机组前、精轧机组前和减定机组前。
飞剪切下头尾及事故碎断废钢经溜槽落入平台下搜集筐中，由叉车堆料场整理存放；其它轧制废品用火焰切割成小段装入搜集筐中，再由汽车运走。
落入铁皮沟氧化铁皮，经水冲至沉淀池中，定时用抓斗抓出放到滤水池中，滤干后用汽车运走。细颗粒氧化铁皮和废油在水处理站凝结成沉淀，制成泥饼，由汽车外运。

3.3 生产工艺步骤图
连铸坯
上料运输
坯料称重

加热

连铸坯
热装
运输
缓冲储存
高压水除磷
预精轧机轧制
飞剪
切头
（尾）
中轧机轧制
粗轧机轧制
飞剪切头（尾）
水冷箱
冷却
飞剪切头（尾）
无扭精轧
机轧制
在线
测径
水冷箱
控制冷却
P&F线
钩式运输
机运输及冷却
运卷小车卸卷、挂钩
集卷机
集卷
夹送辊
吐丝机
头尾精整
人工表面、
尺寸质量
检验
取样
盘卷称重
压紧打捆
斯太尔
摩运输机冷却
发货
入库
挂标签
卸卷
图3-1高速线材车间工艺步骤框图

第四章 关键设备选择
4.1方案比较及选择
4.1.1轧制速度确实定
高速线材轧机发展趋势是优质高产，节能降耗。所以，现在厂家均采取连铸坯，和提升轧制速度，降低线数，以达成优质高产，节能降耗目标。为此，依据这一要求和发展趋势，和为取得高品质优质碳结钢线材，本设计选择确保速度为100米/秒，连续操作最大轧制速度为120米/秒。
4.1.2线数确实定
依据中国外各高线厂实际生产经验及技术发展，其趋势将以单线为主，具体原因为：
1） 伴随扎制速度提升，单线也能高产；
2） 单线设备投资少，建厂快，能尽早收回成本，经济效益好；
3） 单线主厂房小，结构紧凑。
结合本设计需求产量，设备技术水平，并以生产优碳钢为主，为确保产品产量，提升产品质量，本设计方案将采取单线。
4.1.3总机架数确实定
因为本设计产品最小规格为Φ5.5㎜，故在确定机架数时，应以Φ5.5㎜产品作为设计计算基础。依据GB/T14981-94可知Φ5.5㎜线材断面面积F成＝23.8㎜2，坯料圆角半径取8计算断面面积，坯料断面面积F坯＝1202－4（82－Π82/4）＝14345㎜2。对全连续高速线材轧机，平均延伸系数范围为1.260～1.328，取平均延伸系数μ＝1.265，则轧制机架总数为n＝（㏑F坯－㏑F成 ）/㏑μ＝27.25，取n＝28架
本设计计算产品规格为Φ6.5㎜，依据标准得悉Φ6.5㎜线材断面面积F成＝33.2㎜2，所以轧制道次总数为n＝（㏑F坯－㏑F成 ）/㏑μ＝25.82，取n＝26道次。
4.2高线生产关键设备特点及其选择
4.2.1高线生产关键设备概况
一个完整合理高速线材生产关键由以下设备组成：加热炉、粗中轧机、预精轧机、精轧机、减定径机、斯太尔摩冷却线等组成。要成功地设计一条高速线材生产线，合理选择生产设备十分关键。选择设备标准是在选择成熟设备基础上考虑优异性，在确保工艺条件下考虑经济性。以下就高速线材车间关键设备特点作较全方面讨论。
4.2.1.1加热炉
常见加热炉有推钢式和步进式，步进式加热炉又可分为步进梁式和步进底式。具体比较见下表.
表4-1 多个常见加热炉比较

推钢式
步进底式炉
步进梁式
梁底组合式
损伤
重
少
无
无
能耗
高
低
较低
低
烧损
0.50%
1.00%
0.75%
0.80%
脱碳层
1~2mm
1.0mm
0.5mm
0.7~0.8mm
造价
100%
115%
120%
115%
步进炉特点：
1)产量高。坯料四面受热，大大缩短加热时间，能很好地满足高线加热坯料量较大要求。
2)加热质量好。钢坯在加热炉内散开部署，加热温度均匀，不会出现通常推钢式加热炉炉底处水管产生黑印；钢坯和步进梁无摩擦，避免钢坯底面划伤；加热时间短，降低钢坯氧化量及脱碳层；坯料芯部和底部温差小，全长加热均匀。
3）操作灵活。操作不受钢坯外形限制，炉长不受推钢长度限制，变换品种轻易；步进梁可作“踏步”动作，使钢坯温度均匀；空炉出炉简单，时间短，劳动强度低。
进出料方法：出料采取侧出料，进料有侧进料（密封性好）。
总而言之并结合生产优碳钢质量和工艺要求，加热炉选择步进梁式加热炉。
4.2.1.2粗中轧机
粗轧机类型很多，有三辊行星式、平立交替式、水平二辊式等形式。
平立交替式：可实现轧件无扭轧制，尤其适合高级线材生产，另外可实施无孔型轧制。现已经有平立可转换轧机，可实现多线生产，但造价较高。以前用于高级钢生产，现也普遍应用于碳结钢生产。
水平二辊式：这种形式粗轧机应用较普遍,尤其适适用于以碳素结构钢低合金钢为主多线轧制。
轧机形式关键形式是闭口机架、短应力线轧机和预应力轧机。
依据设计产品质量和工艺需，粗、中轧机组均由交流电机单独传动短应力线高刚度机架平立交替式轧机组成，粗轧机和中轧机均为6架，轧机平立交替部署，立式轧机为上传动。
4.2.1.3预精轧
目前多采取平立交替部署，含有悬臂式轧辊预精轧机，其关键优点有以下多个；
1） 因为机架平立交替部署，实现了活套轧制，能够消除粗轧和中轧轧制时不可避免产生堆、拉钢现象而造成轧件尺寸不均匀，从而使精轧机组得到尺寸稳定且均匀轧件，这对取得高精度线材发明了极为有利条件。
2） 机架间设有活套从而实现了无张力轧制，消除了因为堆拉钢而造成轧件头、尾尺寸差，降低了切头、切尾，提升了成材率。
3）本机组采取悬臂轴，碳化钨辊环，硬度高，每孔轧出量可成倍提升，更换辊
环方便，提升了作业率。
4） 到预精轧轧件断面较小，为确保轧件断面形状正确、尺寸正确和工艺稳
定，道次变形小，悬臂式轧辊预精轧机完全满足要求，其以设备重量轻、占地小。
所以，采取4架平立交替部署悬臂式预精轧机组是合理，不仅提升了轧机作业率,更关键是确保了产品质量，提升了金属收得率，降低了生产成本。
4.2.1.4精轧机
精轧机组是高速线材轧机最关键、最关键设备之一。当今世界关键有四种流行机组：摩根、阿希洛、德马克、达涅利。

表4-2 多个机型关键特点以下表所表示
序号
结构和参数
主导机型
摩根型
德马克
达涅利
阿希洛
1
工作机座部署形式
侧交450，后为顶交450
侧交450，后改为150/750
平立交替
顶交450
2
辊环直径
φ8 “×5+
φ6”×5
φ210×10
φ210×2+
φ165×8
φ210×10
3
辊缝调整机构
偏心套式调整机构
偏心套式调整机构
偏心套式调整机构
带液压平衡摆臂式
4
机架中心距
800～750mm
800mm
750及650mm
920mm

本设计采取摩根第六代V型8架超重型轧机，因为它关键有以下多个优点：
1)采取顶交45°机型，传动轴至地面设备机组距离短小，设备重心低，倾动力矩小。机组稳定性好，震动小，噪音低，重量小、刚性大。
2)操作视野开阔，便于操作管理。
3)主电机功率大，为深入提升精轧操作速度和实现低温轧制发明了条件。
4)机架承载能力大，提升了轧制精度，最高轧制速度可达140m/s,成品范围大,生产率极高，是现在无扭精轧机主导机型。
4.2.1.5减定径机
泰克森轧机是摩根企业开发一个定、减径技术，泰克森日语意思是“最好尺寸”，该技术有效地处理了改善产品质量、增加生产率和缩短交货时间等问题。泰克森轧机由四架悬臂式轧机（两架减径机和两架定径机）组成，作为“二精轧机”安装在“一精轧机”和吐丝机之间。增加泰克森轧机后，有以下优点：
1） 可提升常规线材轧机生产率；
2） 提升了产品尺寸公差；
3） 含有“自由定径”功效，即用单一名义孔槽尺寸，经过微调来料尺寸和
对不一样方坯间隙调整泰克森轧机辊缝，生产出一批不一样尺寸成品棒线材自由尺寸轧制能力；
4） 实现800℃低温轧制，晶粒组织更细，经过控制晶粒尺寸和吐丝温度
促进相变或延迟相变，从而利用斯泰尔摩最好冷却能力，可处理如轴承钢、冷镦优质钢等钢种，而不需要后续热处理，提升了产品冶金性能；
4.2.1.6吐丝机
因为立式吐丝机关键适用终轧速度小于120米/秒，而卧式吐丝机其重心低，振动小可适合于轧制高速线材。考虑到本设计实际情况，采取卧式吐丝机，其下倾角为15°，线圈平均直径为1075㎜，为确保轧出高质量线材，应尽可能降低其振动，故本设计在吐丝机上还设有振动检测装置。
4.2.1.7斯太尔摩冷却线
控制冷却线是高速线材生产关键技术之一。为避免当线材盘卷在800℃～1050℃高温下自然冷却时，因盘卷内外温差大而造成表面严重氧化、盘卷内部不符合要求、机械性能低、拉拔性能差等问题，为此现在新建高线全部选择了斯太尔摩冷却线，斯太尔摩冷却线有三种形式:标准型、缓慢型、延迟型，具体比较见下表。
表4-3 三种斯太尔摩冷却线比较
类型
标准型
延迟型
缓慢型
设备特点
链式或辊式运输机，风冷，造价低
有绝热面板，侧墙，顶盖运输机，造价低，产量较大
有绝热面板，侧墙、顶盖、电热烧嘴运输机，造价高，产量低
冷却速度
4.44~10C/s
1.11~10C/s
0.28~10C/s
中碳钢和高碳钢
冷镦处理介于空冷和铅浴处理之间、适适用于中、高碳钢生产
比标准型好，用于紧固件中碳钢生产，抗拉强度可降低10~15%有利于冷镦加工
比延迟型好，比较靠近铅浴淬火处理水平
合金钢
适适用于通常生产要求，比延迟型综合性能差
软化退火比标准型好,有利于提升综合机械性能,降低二次氧化铁皮,提升表面质量
软化退火效果最好，综合机械性能最好

因为生产线材关键是优碳钢，和依据以上三种斯太尔摩冷却线比较，本设计选择斯太尔摩延迟型冷却线。
4.2.1.8运输线选择
盘卷运输设备有吊挂式和钩式两种，但吊挂式要求厂房高，生产操作不 方便。钩式运输设备分为单独马达传动系统和集体传动驱动——游动系统。本设计从经济效益，应用实际条件出发，采取驱动——游动“C”形钩式运输设备。
4.2.1.9轧辊
轧辊最关键出发点是确保线材表面质量。耐磨性是轧辊最关键指标（相对于其它轧钢厂）。
粗轧：压下量大，轧制条件恶劣，以强度、韧性为主。
精轧：是确保产品质量关键，以硬度和耐磨性为主。
表3-4高线轧辊选择方案
粗轧
球墨铸铁
中轧
球墨铸铁
预精轧
碳化钨
精轧
碳化钨
4.2.1.10电机选型
在轧钢机传动方法上，多年来粗轧和中轧机组已逐步由单独传动方法替换了单独和成组相结合方法，原因为： 　　　
1）在粗轧机第1－3架轧机上，采取单独传动可消除来料钢坯尺寸波动，可灵活地调整轧制断面尺寸而不致产生超出要求堆钢或拉钢轧制现象；另一个原因是这个部位轧制速度很低(<0.4米/秒)，若采取成组传动反会增大传动机构设备重量，所以，这个部位全采取单独传动方法更为适宜。
2）对轧机采取单独传动，能够满足灵活地调整轧制断面尺寸要求，对磨损程度不一样轧辊可进行部分调整，可避免不管磨损程度怎样而一律去车削弊病，所以可使轧辊使用寿命得到充足发挥。
1） 机采取单独传动后，在保持连轧关系条件下，经过调整轧辊辊缝和转速，
可轧出多种规格产品所要求中间断面尺寸。
2） 在一定程度内，能够适应加大开孔断面等改变孔设计情况 。
高速线材轧机中，精轧机组采取集体传动方法，这是因为：
1）为尽可能缩短轧件头尾因拉钢轧制而造成超差长度，要求轧机结构尽可能紧凑，从而使机架间距很小，在这种紧凑条件下，轧机部署成单独传动是不可能。
2）高速线材轧机精轧机，不仅速度高，而且随产品规格不一样还需调整成各不相同速度，若搞成单独传动，机架数量多，各产品规格在各架次所要求速度差异较大,故所需求电气控制系统必将十分复杂，同时也必需要求有比较高灵敏度才能适应。所以，即使电气系统能够做到，但要做到保持全部产品规格在机架间微张力轧制关系，实际上也是难以实现。
3）集体传动组合结构，大大地改善了咬入瞬间电机动态速降问题，使各机架间微张力关系不受电气设备影响，从而为高速下微张力轧制发明了有利条件。
总而言之，设计中粗、中轧、预精轧机组采取交流电机单独传动，精轧机组采取交流电机集体传动。

第五章 孔型设计
5.1孔型系统选择
孔型系统选择是孔型设计关键步骤，选择是否合适对轧机生产率、产品质量、各项消耗指标及生产工艺操作有决定影响，故孔型系统选择必需根据具体条件严格进行。
孔型系统选择具体条件为：
1）钢坯条件，应考虑：是连铸坯还是轧制坯，断面几何形状，尺寸及其波动范围，坯料表面质量，钢种等。
2）设备条件，应考虑：轧机部署形式，机架结构形式，机组组成，数量及参数，传动方法，电机能力及调速范围，辅助设备配置及能力。
3）产品条件，应考虑：产品品种，规格范围，尺寸精度及金属性能要求。
4）生产工艺操作要求，应考虑：轧制方法是单线还是双线，孔型共用要求，操作人员操作习惯和技术水平等。
5.1.1粗轧、中轧孔型系统选择
高线轧机常见延伸孔型系统有：箱形孔型系统，椭--圆孔型系统。
1.箱形孔型系统
作为传统