整套教学课件《金属压力加工车间设计》整套教学课件《金属压力加工车间设计》

  * 粗轧道次 1 2 3 4 5 6 平辊入口宽度/mm 1246 1259 1242 1224 1230 1210 平辊出口宽度/mm 1259 1268 1250 1230 1237 1215 入口厚度H/mm 210 160 122.9 89.1 68 45 出口厚度h/mm 160 122.9 89.1 68 45 30 压下量Δh/mm 50 37.1 33.8 21.1 23 15 工作辊半径，mm 675 675 675 600 600 600 轧制速度m/s 2.47 2.47 2.83 2.51 3.77 3.77 轧制温度0C 1149.40 1146.86 1143.38 1136.49 1125.17 1104.73 轧制力，t 1456.49 1330.41 1368.18 1043.19 1307.65 1243.59 轧制力矩，℃ 214.06 168.43 167.75 93.90 122.89 94.38 粗轧轧制规程 6 道次轧制力和轧制力矩计算 * 精轧第一道次 BH=1215mm， Bh =1215mm，H=30mm，h=16.76mm，Δh=13.24mm，R=400mm， v1 =1.90m/s，t1=975.76℃。 f=a(1.05-0.0005t) =0.8(1.05-0.0005×975.76) =0.450 η=0.01(14-0.01t) × 1 × 10=0.01(14-0.01×975.76)×10=0.424 K=(14-0.01t) ×(1.4+0.18+0.6) × 10 =(14-0.01×975.76) ×(1.4+0.18+0.6) × 10 =92.48 轧制力计算结果： 轧制力矩计算结果： 6 道次轧制力和轧制力矩计算 * 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 轧前宽度/mm 1215 1215 1215 1215 1215 1215 1215 轧后宽度/mm 1215 1215 1215 1215 1215 1215 1215 轧前厚度H/mm 30 16.76 9.69 6.00 3.91 2.73 2.06 轧后厚度h/mm 16.76 9.69 6.00 3.91 2.73 2.06 1.8 压下量Δh/mm 13.24 7.07 3.69 2.09 1.18 0.67 0.26 工作辊半径/mm 400 400 400 375 375 375 375 速度/m/s 1.90 3.29 5.36 8.30 11.99 16.33 19.42 温度/℃ 975.76 967.08 958.52 950.08 941.75 934.70 927.73 轧制力/t 1554.86 1500.55 1465.60 1375.59 1283.61 1145.84 605.98 轧制力矩/tm 90.52 63.84 45.05 30.81 21.60 14.53 4.79 精轧轧制规程 6 道次轧制力和轧制力矩计算 * 结束！ 压力加工车间设计课程 * 第六章 工艺计算与金属平衡 授课教师：彭良贵 压力加工车间设计课程 * 第6章 工艺计算与金属平衡 6.1 轧制、挤压、拉拔工艺计算 6.2 编制生产工艺流程定额卡 6.3 编制金属平衡表 本章主要内容： 原料 成品 * 6.1 工艺计算 工艺计算的目的： 产品方案 生产方案 生产工艺流程 主要设备 辅助设备 辅助设备 设备校核、优化选型 确定产品的具体PROC和工艺参数 制订各种消耗定额 PROC指加工件材质、尺寸、形状及各加工道次被加工件的形状、尺寸变化等； 工艺参数是指力、温度、速度及表面介质等条件。 * 6.1.1 轧制工艺计算 轧制规程的核心是变形规程（压下规程或压下制度），其制订过程必然离不开温度制度、速度制度、张力制度和辊型制度的确定，这些参数的选择，应符合实际，可根据同类工厂的真实的情况加以确定，并作必要的计算。 在此，着重介绍与设备校核相关的轧制工艺计算内容，以确定设备选择是否合适。 * 6.1 .1 轧制工艺计算 A、最大咬入角校核 接触角 （α） 式中：Δhmax为道次最大压下量； Dmin为工作辊最小辊径； αy为允许咬入角，热轧按轧制速度查有关联的资料确定。 冷轧按润滑条件确定： 式中: R——工作辊最小半径， f——摩擦系数 变形区基本信息参数 * B、热轧时的温降计算 终轧温度对轧制过程的稳定性及材料微观组织及力学性能都有深刻的影响，道次间温降的确定，可采用实测、经验公式与理论公式计算。 式中： K：热量损失系数，kJ/(m2.s)（查手册） Fp：该道次轧件平均散热面积，m2； t：该道次的散热时间（轧制时间+间隙时间） Tq，Th：道次前后轧件温度，℃ Cp：轧件比热，J/(kg.℃) G：轧件重量，kg 轧件在该道次的热量损失（J）： 于是，道次温降(℃)： 而： 6.1 .1 轧制工艺计算 * 6.1 .1 轧制工艺计算 C、轧制力计算 典型的轧制力计算公式： 热轧中厚板 ：斋藤公式，西姆斯公式或志田茂公式等 热轧薄板带： 西姆斯公式或志田茂公式等 冷轧板带： 斯通公式，Bland-Fort公式或Hill公式等 型钢，钢管： 艾克隆德公式等。 轧制力参数在轧机牌坊设计、轧制规程制订、轧机和轧辊校核、电机选型等方面都有广泛的应用。 计算轧制力： 轧制力校核： Pp：接触面积上的平均单位压力，MPa； （可采用理论计算或经验法计算） B：轧件宽度，mm； R：轧辊半径，mm； Δh：道次绝对压下量，mm； Py：轧机的最大允许压力，kN。 （由轧辊的强度确定） * 6.1 .1 轧制工艺计算 D、轧辊强度校核（四辊轧机工作辊传动为例） 支撑辊最大允许压力Pzy 支撑辊辊身的最大弯曲应力σmax： 其中： Dz、L、l：分别为支撑辊辊身直径、辊身长度和辊颈的长度，mm W：支撑辊抗弯模量，mm3 Mmax：支撑辊辊身最大弯曲力矩 [σy]:支撑辊的最大允许弯曲应力，MPa * 6.1 .1 轧制工艺计算 支撑辊辊颈最大允许压力Pzj 支撑辊辊颈的最大弯曲应力σmax： 其中：dz为支撑辊辊颈直径，mm * 6.1 .1 轧制工艺计算 工作辊的最大扭曲应力τmax： 其中： R、Dg：分别为工作辊辊身半径和直径，mm Wgj：工作辊辊颈的抗弯模量，mm3 Mkmax：工作辊的最大扭曲力矩 [τy]:工作辊的最大允许扭曲应力，Mpa μ：摩擦系数 Δhmax：工作辊的最大压下量 工作辊最大允许压力Pgy * 6.1 .1 轧制工艺计算 其中：Wgt：工作辊辊头的抗弯模量，mm3 dgt：工作辊辊头直径，mm 工作辊辊头最大允许压力Pgt * 6.1 .1 轧制工艺计算 E、转矩的计算 电机轴上的转矩M： 其中： Mj：静力矩，kN.m Md：动力矩，kN.m Mz：轧制力矩，kN.m i：轧辊与电机间的传动比 Mm：摩擦力矩，kN.m Mk：空转力矩，kN.m 轧制力矩：用于使轧件塑性变形所需之力矩； 摩擦力矩：克服轧制时发生在轧辊轴承，传动机构等的附加摩擦力矩； 空转力矩：克服空转时的摩擦力矩； 动力矩：克服轧辊非匀速转动时产生的惯性力； * 6.1 .1 轧制工艺计算 轧制力矩Mz 在转动轧辊所需的力矩中，轧制力矩是最主要的。其值为轧件对轧辊的垂直压力P与力臂a之乘积。 单位压力曲线； 单位压力图形重心线 力臂系数： 其中： Pp：轧制变形区平均单位压力，Mpa； Bp：轧制变形区轧件平均宽度，m； L1：变形区接触弧长，m （4Hi轧机 支撑辊传动时） * 6.1 .1 轧制工艺计算 摩擦力矩Mm 式中，μ：轧辊轴承摩擦系数 djm：轧辊辊颈的摩擦直径，m 对二辊轧机而言（上/下辊，传动侧/操作侧共计4个轴承）： Mm1：轧辊轴承中的摩擦力矩 Mm2：传动机构诸如减速机、齿轮机座中的摩擦力矩 轧辊轴承中的摩擦力矩Mm1： * 6.1 .1 轧制工艺计算 对四辊轧机而言：轧制时的总压力主要为支撑辊所承受，故此时摩擦力主要发生在支撑辊的轴承中。此摩擦力对支撑辊的旋转所形成的阻力矩为： 于是，作用在支撑辊与工作辊间的摩擦力： 受此摩擦力作用而形成对工作辊旋转的阻力矩为： 因此：对工作辊传动的4Hi轧机： 式中，μzz：支撑辊辊颈轴承的摩擦系数 dzjm：支撑辊辊颈的摩擦直径，m 对支撑辊传动的4Hi轧机： * 6.1 .1 轧制工艺计算 传动机构中的摩擦力矩Mm2： 式中，η为传动机构效率，即从主电机到轧机的传动效率。 最终换算到主电机轴上的总的摩擦力矩为： * 6.1 .1 轧制工艺计算 空转力矩Mk 指空载转动轧机所需的力矩，通常可根据转动部分（如轧辊、联接轴、人字齿轮、飞轮等）的重量和在轴承中的摩擦圆半径来计算： 式中： μn：转动部件在支撑轴承中的摩擦系数； dn：转动部件被支撑于轴承中的轴颈直径，m； Gn：转动部件的重量； in：电机与该部件间的传动比； 通常按经验公式来确定： 其中，MH为电机额定转矩，kN.m，新式轧机取下限，旧式轧机取上限。 * 6.1 .1 轧制工艺计算 动力矩Md 当轧机轧制速度变化时，便产生了克服惯性力的动力矩。 式中，ΣGD2为折合到电机轴上的各部分转动惯量之和，kN.m2； G为转动部分的重量，N； D为转动部分之惯性直径，m； dn/dt=ρ为电机轴上的转动角加速度，r/（min.s）。 电机的转动惯量可由产品样本或电机铭牌查得。 电机的转动惯量 * 6.1 .1 轧制工艺计算 折合到电机轴上的支撑辊的转动惯量 式中： izg：支撑辊对工作辊的传动比（i=Dz/Dg） igd：工作辊对电机的传动比 γ：轧辊的密度 L：支撑辊的辊身长度 * 6.1 .1 轧制工艺计算 折合到电机轴上的工作辊的转动惯量 折合到电机轴上的轧件的转动惯量 式中，Gj：轧件重量，t； ng：工作辊的转动速度，r/min； v：轧制速度，m/s * 6.1 .1 轧制工艺计算 F、电机运行图 静负荷图 静力矩随时间变化的关系图。 单独传动的连轧机静负荷图 单机架可逆式轧机静负荷图 可逆式轧机轧制速度与静/动/合成负荷图 动负荷图 动力矩随时间变化的关系图。 * 根据所选梯形速度图,计算粗轧各道次的纯轧时间和间隙时间。 粗轧机组的纯轧时间=咬入到最大速度的加速时间+最大速度到抛出速 度的减速时间+恒速轧制时间 式中： ny—咬入速度，(rpm)； nh—恒定转速，(rpm)； np—抛出速度，(rpm)； a —加速度，(rpm/s)； b —减速度，(rpm/s)； L —该道次轧后长度，(m)； D—工作辊直径，(m)。 3 速度制度设计-粗轧速度制度 * h—轧件出口厚度 ； R—工作辊半径 Δh—绝对压下量 μ—轧辊与轧件间的摩擦系数，可取0.25 3 速度制度设计-精轧速度制度 精轧机组各架轧机前滑值 * 由秒流量相等原则可知，精轧各机架单位时间内通过的金属体积应相等，即： 先确定末机架的速度再结合各机架的出口厚度，即可确定各机架的轧制速度。如果精轧机末机架出口带钢速度为20m/s，则末机架速度为： hi,vi—第i架带钢的出口厚度和出口速度 —第架轧机的速度 Si —第架轧件的前滑值 或者 3 速度制度设计-精轧速度制度 * 机架号 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 出口厚度 mm 16.76 9.69 6.00 3.91 2.73 2.06 1.8 前滑值 % 0.13 0.13 0.12 0.11 0.10 0.07 0.03 轧机速度 m/s 1.90 3.29 5.36 8.30 11.99 16.33 19.42 精轧机组各架线 速度制度设计-精轧速度制度 * 3 速度制度设计-粗轧轧制时间 根据轧前/轧后体积不变原则计算粗轧各道次轧制时间： 计算每道轧后钢板长度： 粗轧道次 1 2 3 4 5 6 板坯长度/mm 6350 8201 11497 15292 22977 35089 * 由纯轧时间公式： 将第一道次速度参数ny=35rpm, nh=35rpm, np=20rpm, a=40rpm/s, b=60rpm/s）代入上式可得： 3 速度制度设计-粗轧轧制时间 * 道次数 1 2 3 4 5 6 咬入速度ny(rpm) 35 35 40 40 60 60 最大速度nh(rpm) 35 35 40 40 60 60 抛出速度np(rpm) 20 20 25 25 30 30 工作辊直径D(mm) 1350 1350 1350 1200 1200 1200 咬入加速度a(rpm/s) 40 40 40 40 40 40 抛出减速度b(rpm/s) 60 60 60 60 60 60 板坯长度L(mm) 6350 8201 11497 15293 22977 35089 纯轧时间(s) 2.62s 3.36s 4.11s 6.13s 6.21s 9.43s 间隙时间(s) 4s 4s 6s 4s 4s 0s 粗轧机轧制时间表 轧制周期53.86s 3 速度制度设计-粗轧轧制时间 * 精轧轧制时间计算 根据经验取穿带后末机架带钢速度为10m/s，由秒流量相等可算出前六机架前后的带钢穿带速度为： 秒流量为： 各机架穿带后轧辊线 穿带过程轧辊速度m/s 1.04 1.80 2.91 4.47 6.40 8.48 9.71 穿带过程带钢速度m/s 1.17 2.03 3.26 4.96 7.04 9.07 10.0 各机架带钢穿带速度 3 速度制度设计-精轧轧制时间 * 1点：穿带开始时间，选用速度10m/s的穿带速度，即=10m/s； 2点：带钢头部出末架轧机后开始第一次加速，加速度为α1=0.2~1.3m/s； 3点：带钢咬入卷取机后开始第二次加速，α2=0.3~1.6m/s； 4点：带钢以工艺制度设定的最高速度进行轧制； 5点：带钢尾部离开连轧机组中的第1架时，机组开始减速，速度将到穿带速度； 6点：带钢尾部离开精轧机组后，机组以穿带速度等待下一条钢带 7点：第二块钢开始穿带； 带钢热连轧机组末架轧机的速度曲线 速度制度设计-精轧轧制时间 * 式中：S0 —精轧机组各机架间距，5.8m； vi — i机架出口带钢速度 （1）穿带时间： 于是，精轧速度图上1点与2点间的时间为： 3 速度制度设计-精轧轧制时间 * （2）第一次加速轧制时间： 带钢出精轧到卷取机建立张力，实行缓慢加速，加速度α1=0.336m/s，末机架到卷取机距离以及卷取3圈以后总长度S23=142.85m，V2=V1=10m/s。 即： 于是： 3 速度制度设计-精轧轧制时间 （3）第二次加速轧制时间: 加速度a2=1.0m/s2,V3=14m/S, V4=20m/S 于是： 3 速度制度设计-精轧轧制时间 * （4）减速轧制时间 减速度b=1.25m/s2,V5=20m/S, V6=10m/S 于是： 3 速度制度设计-精轧轧制时间 * 精轧后带钢总长: 加速、减速后的恒速轧制时间： （5）恒速轧制时间 3 速度制度设计-精轧轧制时间 * 精轧机组的纯轧时间 精轧机组的间隙时间 中间坯从粗轧末道次出口至精轧机入口的运行时间按经验可取16s 精轧机组的轧制周期 3 速度制度设计-精轧轧制时间 * 粗轧时各道次的温降： 高温时轧件的温降可按辐射散热计算，因为对流和传导所散失热量大概能与变形功所转换的热量抵消。辐射散热所引起的温降可由下列近似公式计算: 4 轧制温度计算-粗轧温度 其中： t0 —前一道轧件的温度，℃； h—前一道轧件的厚度，mm； Z—该道次间隙时间和纯轧时间，s。 * 板坯加热温度定为1250℃，出炉降温约50 ℃，轧前高压水除鳞温降20℃，故： E1立辊开轧温度为1180℃， 考虑立辊轧后再喷高压水除鳞降温，第一道开轧温度可定为1150 ℃，故： 第一道尾部轧制温度为： 1150-12.9×(2.62/210)×[(1150+273)/1000]=1149.34℃ 可逆轧制时，第一道次的头部为第二道次的尾部，故： 第二道尾部温度为： 1150-12.9×[(2.62+4+3.36)/160]×[(1150+273)/1000]=1146.70℃ 第二道次的头部在第三道时变为尾部，故先计算： 第二道头部温度为： 1149.34-12.9×(4/160)×[(1149.34+273)/1000]=1148.02℃ 4 轧制温度计算-粗轧温度 * 第三道次的尾部温度： 1148.02-12.9×[(3.36+4+4.11)/122.9]×[(1148.02+273)/1000]=1143.11℃ R1与R2之间间隔6秒，故： 1143.11-12.9×(6/89.1)×[(1143.11+273)/1000]=1139.62℃ 第四道次尾部温度为： 1139.62-12.9×(6.13/89.1)×[(1139.62+273)/1000]=1136.08℃ 第四道次的头部为第五道次的尾部，故： 第五道次尾部温度为： 1139.62-12.9×[(6.13+4+6.21)/68]×[(1139.62+273)/1000]=1127.28℃ 第五道次的头部在第六道时变为尾部，故先计算 第五道头部温度为： 1127.28-12.9×(4/68)×[(1127.28+273)/1000]=1124.36℃，故： 第六道次尾部温度为： 1124.36-12.9×[(6.21+4+9.43)/45]×[(1124.36+273)/1000]=1102.89℃ 4 轧制温度计算-粗轧温度 * 因此，带坯出粗轧的温度为1102.89℃。粗轧各道次尾部气温变化如下表所示. 粗轧道次 1 2 3 4 5 6 轧后温度(℃) 1149.34 1146.70 1143.11 1136.08 1127.28 1102.89 一般的情况下，粗轧出口温度为1110℃左右，中间辊道上有保温罩，能够很好的满足精轧1000℃~1050℃的开轧要求，计算各道次温度为计算轧制力的需要。 4 轧制温度计算-粗轧温度 * 精轧时各道次的温降 带坯在中间辊道上的冷却时间等于间隙时间加上精轧第1架的纯轧时间。 精轧第1架的纯轧时间等于精轧轧制时间减去尾部通过精轧各架的时间。 而轧件尾部通过精轧各架的时间为： 则： 4 轧制温度计算-精轧温度 * 故精轧第1架的纯轧时间： 带坯尾部在中间辊道上的冷却时间： Z= 36.2+16=52.2（s） 轧件精粗轧完后经过中间辊道有温降和二次高压水除鳞后有温降，则为确保终轧温度，进入精轧机的精轧坯温度要求在1050℃左右，所以带坯进入精轧机组第1架的温度合适。 4 轧制温度计算-精轧温度 * 带坯尾部进入精轧机组第1架的温度为： T0 —第一道轧件的绝对温度，K； T1 —前一道的绝对温度，K； h—前一道轧件的厚度，mm； Z—该道次间隙时间和纯轧时间，s 代入数据： T0 = 1050+273=1323K，h=30mm，Z=52.2s，则得： (℃) 4 轧制温度计算-精轧温度 * 对精轧机组，轧件任意部分通过各架的延续时间与轧件的厚度之比为一常数，故轧件从精轧机组第一架的温度降至最后一架的终轧温度为： S0—精轧机座间距 ， 5.8 (m)； vn—第n架轧机速度 ，(m/s)； hn—第n架轧制的出口厚度 ，mm ， n—精轧机组机座数 代入数据得: 4 轧制温度计算-精轧温度 * 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 出口厚度 mm 16.76 9.69 6.00 3.91 2.73 2.06 1.8 速度 m/s 1.90 3.29 5.36 8.30 11.99 16.33 19.42 温度 K 1246 1239 1224 1204 1180 1153 1124 温度 0C 973 966 951 931 907 880 851 精轧各机架轧件尾部气温变化 4 轧制温度计算-精轧温度 * 5 道次变形程度计算-粗轧道次变形 粗轧各道次的平均变形速度 其中， 粗轧各道次轧制速度为： * 代入数据可得第一道次变形速度： 粗轧道次 1 2 3 4 5 6 轧辊转速(rpm) 35 35 40 40 60 60 速度(m/s) 2.47 2.47 2.83 2.51 3.77 3.77 变形速度（-1s） 3.63 4.09 5.97 5.99 13.06 15.90 粗轧各道次变形速度表 5 道次变形程度计算-粗轧道次变形 * 精轧各道次的平均变形速度 机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 速度(m/s) 1.90 3.29 5.36 8.30 11.99 16.33 19.42 变形速度(-1s) 14.79 33.07 65.62 125.05 202.58 288.21 264.95 精轧各道次变形速度 5 道次变形程度计算-精轧道次变形 * 6 道次轧制力和轧制力矩计算 采用S.Ekelund公式对轧制过程中的平均单位压力进行计算： 式中：K —温度和成分对轧制力的影响系数； m —表示外摩擦对单位压力影响的系数； η—粘性系数； —平均变形速度。 轧制力可表示为： 外摩擦系数： 平均变形速度： * 6 道次轧制力和轧制力矩计算 (对于钢轧辊 a=1,对于铸铁轧辊a=0.8) S.Ekelund还给出计算K和的经验公式： 式中 t—轧制温度，℃ C—以%表示碳含量 Mn—以%表示的锰含量 C′—决定于轧制速度的系数 轧制速度（m/s) 6 6~10 10~15 15~20 C′ 1 0.8 0.65 0.6 * 6 道次轧制力和轧制力矩计算 轧制力矩可用以下公式计算： 其中：p-轧制压力，t； x —作用点系数，x=0.3~ 0.6， 薄件小于0.5，取x=0.4。 * 6 道次轧制力和轧制力矩计算 粗轧轧制力和轧制力矩的计算 因R1、R2工作辊的材质为无限冷硬铸铁轧辊，于是轧制力可计算如下： * 粗轧第一道次： BH=1246mm， Bh =1259mm，H=210mm，h=160mm，Δh=50mm， R=1300/2=675mm，v1 =2.47m/s，t1=1149.40℃。 f=a(1.05-0.0005t) =0.8(1.05-0.0005×1149.40) =0.38 η =0.01(14-0.01t) ×1 × 10 =0.01(14-0.01×1149.40)×10 =0.25 K=(14-0.01t)(1.4+0.18+0.6)×10 =(14-.01×1149.40)(1.4+0.18+0.6)×10 =54.63 轧制力计算结果： 轧制力矩计算结果： 6 道次轧制力和轧制力矩计算 * 5.2 辅助设备选择 酸洗设备选择 框式酸洗的酸（碱）槽长度和宽度按轧件长度和宽度（或捆宽）确定，深度按装框量确定。 连续酸洗槽宽度按轧件宽度确定，其长度按洗净轧件表面的时间和轧件的工作速度确定，对普碳带钢，2分钟即可除去氧化铁皮，若工作速度为18m/min，则酸槽长度需要36m。 F：酸洗材断面积m2； V：酸洗速度m/s ρ：酸洗材比重 t/m ； η：成材率% K1：利用系数 生产能力 * 5.2 辅助设备选择 起重运输设备选择 辊道及分类 大多数都用在运输轧件，连接设备或机组间的联系和参与轧制过程，一般占车间设备总重量的20～40%，其传动形式有集体传动和单独传动两类。 起重运输设备包括起重机、辊道、运输小车以及各种升降设备。 用途分类 工作辊道 延伸辊道 运输辊道 炉子辊道 其他辊道 结构分类 空心辊道 实心辊道 圆形辊道 锥形辊道 花辊道 * 5.2 辅助设备选择 1 2 3 4 RF RM FM CS DC CF CF PD 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1. 板坯接收辊道 2. 板坯称重、对中辊道 3. 板坯检查辊道 4. 板坯装炉辊道 5. 板坯吊销辊道 6. 板坯出炉辊道 7. 粗轧机输入辊道 8. 粗轧机入口工作辊道 9. 粗轧机出口工作辊道 10. 延时辊道 11. 飞剪入口辊道 12. 精轧机输入辊道 13. 精轧机入口工作辊道 14. 精轧机出口工作辊道 15. 精轧机输出辊道 16. FM fill in roller table 17. 输出辊道 18. 卷取机入口辊道 1800mmHSM辊道布置图 * 5.2 辅助设备选择 主要参数有辊径D、辊身长度L、节距t、和线）D：根据轧件重量、要求及辊子强度确定 （2）L：取决于轧件宽度、轧机的辊身长和用途。 （3）t：取决于轧件的长度 t ≤ Lmin/ 2 （4）v：取决于辊道的用途和工作条件， 机前v≤v轧(5～10)%，以免轧件过分撞击导卫装置和孔型 机后v≥v轧(5～10)%，以保证轧件不拱起。 辊道参数 * 5.2 辅助设备选择 1800mmHSM辊道辊参数 * 5.2 辅助设备选择 起重运输设备选择 起重机 起重机、天车或吊车大多数都用在车间原材料、产品、设备或部件的起重和运输。 起重机类型 桥式起重机 龙门式起重机 钳式起重机 磁力起重机 电葫芦 双梁桥式起重机 单梁桥式起重机 单主梁桥式起重机 * 5.2 辅助设备选择 起重机参数 （1）起重量——按吊运物件的最大重量选取； 还考虑今后产量增加提高起重量的可能性。 （2）工作速度——取决于吊车的用途， 检修、换辊用吊车工作速度小于操作用吊车。 成品库及原料库吊车采用较高的速度。 （3）工作制度——按起重量，工作速度，使用频繁程度分： 轻型（25%）：主电室 (提升及工作速度较慢)； 中型（40%）：安装，检修，换辊等(提升及工作速度中等)； 重型（60%）：操作行车（原料和成品的吊运），提升及工作速度 较大。 * 5.2 辅助设备选择 （4）起重机的台数n——按轧机班产量计算， 式中：T——起重机每班上班时间（分）； K——起重机作业率，取K=0.8; η——起重机有效上班时间系数η=0.8。 备注：通常中小型车间每70～100米应有一台起重机； 原料库，成品库每跨至少应有两台吊车。 起重机参数 * 5.2 辅助设备选择 轧辊磨床设备选择 轧辊移动式 砂轮架移动式 磨床类型 轧辊在使用的过程中，除磨损外，还常常会出现裂纹、断裂、剥落、压痕等各种局部损伤和表面损伤，导致辊面质量变差，需要周期性的对辊面进行磨削修复，满足对粗糙度、凸度和辊型曲线 辅助设备选择 磨辊间设备布置 1. 轧辊冷却 1.13. 轧辊堆放架 3. 轧辊运输小车 5. 轴承座翻转机 6. 轧辊车床 7. 工作辊轴承座提取 8. 支撑辊轴承座提取 10. 支撑辊磨床 12. 工作辊磨床 12 13 6 3 1 2 4 5 7 8 10 11 9 * 5.2 辅助设备选择 其他辅助设备选择 辗头机/空气锤 管、棒、型、线材在拉拔前需辗头以便于穿过模具孔。 等待 充气 锤头落下 泄压 * 结束！ 第5章 设备选择 * 压力加工车间设计课程 补充： 热轧板带钢轧制规程设计 授课教师：彭良贵 * 压力加工车间设计课程 轧制规程计算流程 * 初始压下规程设计 咬入能力校核 速度制度设计 轧制温度计算 道次轧制力和轧制力矩计算 道次变形程度计算 压力加工车间设计课程 * 压力加工车间产线概况 连铸坯 测长核对 热坯存放 冷坯存放 加 热 高压水粗除鳞 板坯减宽 粗 轧 保温罩 精 轧 飞 剪 高压水精除鳞 层流冷却 卷 取 打 捆 检 查 称 重 喷 印 商品卷 平整和分卷 供冷轧卷 入 库 直接热装 生产工艺流程 * 压力加工车间产线概况 区域 粗轧机组 精轧机组 机架 R1 R2 F1~F3 F4~F7 工作辊直径 (max/min, mm) Φ1350/1200 Φ1200/1080 Φ800/720 Φ750/680 轧制时工作辊直径 (mm) 1350 1200 800 750 轧线工作辊尺寸一览表 * 典型产品： 材质：STE255 规格：1.8mm×1200mm（厚度×宽度） 牌号 化学成分 / % 力学性能 C Si Mn P S 屈服强度 /Mpa 抗拉强度 /Mpa 伸长率 /% STE255 ≤0.18 ≤0.40 0.5-1.3 ≤0.035 ≤0.03 ≥255 360-480 ≥25 轧制方法： 该产品采用综合轧制法，由2架粗轧机组和7架四辊不可逆式轧机组成的连轧机组共同完成轧制过程。 1 初始压下规程设计 * 1 初始压下规程设计-粗轧轧制规程 粗轧机组由一架二辊可逆式轧机R1和一架四辊可逆式轧机R2组成，为进行宽度控制，在R1前设有立辊E1，在R2前设有立辊E2。在粗轧区域除了轧机以外，还有粗轧机工作辊道、侧导板、高压水除鳞装置、中间辊道、废品推出机、检测仪表等组成。 粗轧轧制模式：“3+3” 机架 E1 R1 E2 R2 道次 2 3 2 3 计算条件： 板坯厚度（冷态） 板坯宽度 （冷态） 板坯长度 （冷态） 中间坯厚度 （热态） 210mm 1250mm 4800mm 30mm ，奇数道次立辊进行侧压，偶数道次不进行侧压 * 粗轧道次压下量分配： 粗轧机组的总压下量一般要占总变形量的70~80%； 为保证精轧机组的终轧温度，应尽可能减少粗轧道次、提高轧制速度、减少温降，提高中间坯温度； 为简化精轧机组的调整，中间坯厚度一般在20~40mm； 粗轧机各道次压下量分配规律为：第一道次考虑咬入及板坯厚度偏差不能给以最大压下量；中间各道次应以设备能力所允许的最大压下量轧制；最后道次为了控制出口厚度和带坯的板形，应适当减小压下量； 粗轧机组的立辊侧压量一般约等于宽展量。 1 初始压下规程设计-粗轧轧制规程 * 机架号 R1 R2 轧制道次 1 2 3 4 5 6 相对压下率 15~23 22~30 26~35 27~40 30~50 33~35 粗轧机组各道次相对压下率分配表 道次 1 2 3 4 5 6 入口厚度 210 160 122.9 89.1 68 45 出口厚度 160 122.9 89.1 68 45 30 压下量 50 37.1 33.8 21.1 23 15 相对压下率 23.8 23.2 27.5 23.7 33.8 33.3 粗轧各道次压下分配 1 初始压下规程设计-粗轧轧制规程 * 中间坯宽度确定 不考虑精轧机组宽展，即精轧机组宽展量为0。但需将冷态成品宽度折算为热态宽度， （C1为收缩率，1.2~1.5%） 1 初始压下规程设计-粗轧轧制规程 * 粗轧宽展量计算： ：第 架轧机第j道次宽展量； ：第 架轧机第j道次压下量； ：第i架轧机宽展系数。 粗轧轧制6道次， 粗轧总宽展量： 道次宽展量： 机架 R1 R2 道次数 3 3 宽展系数Ki 0.25 0.30 各架轧机宽展系数 1 初始压下规程设计-粗轧轧制规程 * 计算粗轧各道次宽展量及粗轧总宽展量： 1 初始压下规程设计-粗轧轧制规程 * 计算板坯热态宽度 计算立辊总的宽度压缩量： 式中，B0为板坯冷态厚度，C2为热线胀系数 立辊道次 E11 E12 E13 E21 E22 E23 侧压量分配系数 0.225 0 0.255 0.255 0 0.265 立辊压下量分配系数表 1 初始压下规程设计-粗轧轧制规程 * 计算立辊各道次侧压量 1 初始压下规程设计-粗轧轧制规程 * 机架 E1R1 E2R2 粗轧道次 1 2 3 4 5 6 立辊轧前宽度 1269 1258.5 1267.8 1250.2 1230.5 1237.4 立辊轧前侧压量 23 0 26 26 0 27 平辊入口宽度 1246 1258.5 1241.8 1224.2 1230.5 1210.4 宽展量 12.5 9.3 8.4 6.3 6.9 4.5 平辊出口宽度 1258.5 1267.8 1250.2 1230.5 1237.4 1215 粗轧机组各道次轧件宽度变化 1 初始压下规程设计-粗轧轧制规程 * 精轧机组压下量分配： 1）由7架四辊不可逆式轧机组成连轧机组。各机架采用PC 轧机，前三架主要完成压下，后四架主要控制板形。各机架负荷分配亦不同，因此前三台采用工作辊辊径较大，后四架采用较小的工作辊。精轧机组前设置边部加热器。精轧机 F1～F7全部为液压压下并设弯辊装置； 2）精轧机组的总压缩率和最大延伸率与精轧机的数量有关；终轧变形程度对钢材的金相组织有重要的影响，不同钢种的再结晶曲线是不同的，为得到细晶粒组织，要根据不同钢种的终轧温度确定变形程度； 3）精轧机组最末两架基于板形考量，采用减小压下量的方法，减少带钢厚度不均，消除浪形、瓢曲等缺陷。 1 初始压下规程设计-精轧轧制规程 * 精轧机架数 最大延伸 最大压下量（%） 4 12 91.7 5 16 93.8 6 27 96.3 7 32 96.6 参考：精轧机组机架数与材料延伸之间关系 精轧机架数 1 2 3 4 5 6 7 压下率 % 六机架 40~50 35~45 30~40 25~35 15~25 10~15 - 七机架 40~50 35~45 30~40 25~40 25~35 20~28 10~15 参考：精轧机组压下率分配表 1 初始压下规程设计-精轧轧制规程 * 精轧机架 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 压下率 % 44.1 42.2 38.1 34.8 30.2 24.6 12.5 轧前厚度 mm 30 16.76 9.69 6.00 3.91 2.73 2.06 压下量△h 13.24 7.07 3.69 2.09 1.18 0.67 0.26 轧后厚度 mm 16.76 9.69 6.00 3.91 2.73 2.06 1.8 精轧机压下量初始分配 1 初始压下规程设计-精轧轧制规程 * 2 咬入能力校核 在校核粗轧机咬入能力时，取机架最大压下量的那道次进行，精轧F1～F3可取F1较核，F4～F7可取F4校核. 压下量与咬入角的关系 热轧带钢时，最大咬入角一般为15°~20°，低速轧制时为20°，所以上述咬入角合乎条件，咬入能力满足。 * 3 速度制度设计-粗轧速度制度 根据经验资料： 平均加速度a=40rpm/s, 平均减速度b=60rpm/s。 由于咬入能力很富余，且咬入时速度高有利于轴承油膜的形成，故可采用稳定速度咬入。 根据实际生产情况，各道次速度可取为： R1架：第一、二道次取咬入速度和恒定转速为35rpm，抛出速度为20rpm，第三道次咬入速度和恒定转速为40rpm ，抛出速度为25rpm R2架：由于为四辊可逆轧机，取第四道次咬入速度、恒定速度为40rpm，抛出速度为25rpm。第五、六道次的咬入速度和恒定速度为60rpm，抛出速度为30rpm。 粗轧为可逆式轧制，一般都会采用梯形速度图 不可逆轧机 可逆轧机 * 5.1 主要设备选择（轧机设备） 轧机选择 –轧辊参数 轧辊辊面硬度 轧辊硬度 软辊 硬面辊 半硬辊 （肖氏硬度约为30～40HS，用于开坯机、大型型钢粗轧机） 特硬辊 （肖氏硬度约为40～60HS，用于型钢轧机、板带粗轧机） （肖氏硬度约为60～85HS，用于精轧机） （肖氏硬度约为85～100HS，用于冷轧机） 轧辊辊型 平辊：负凸度（热轧）、正凸度（冷轧）；倒角 CVC辊型 * 5.1 主要设备选择（轧机设备） 轧机选择 –轧辊参数 轧辊材质（合金铸钢辊、铸铁辊、合金锻钢辊） * 5.1 主要设备选择（挤压机设备） 挤压机选择： 结构及形式 立式挤压机 卧式挤压机 （对中性好，占地小， 需要高厂房或深地坑） （操作、维护容易，但占地大，易产生偏心） 传动方式 物理运动 液压传动 （吨位小，热挤压很少采用） （吨位大，启动平稳、过载适应性好） 穿孔系统 无 有 （管棒型材都适合） （适合挤压棒材和线坯） 连续挤压机 连续挤压原理 连续包覆原理 * 5.1 主要设备选择（拉拔机设备） 拉拔机选择： 结构及形式 链式拉拔机 卷盘式拉拔机 拉丝机 卧式管棒材液压连续拉拔机 链式三线拉拔机 卷盘式拉拔机 直线、某厂拟生产黄铜冷轧板材，规格为0.2mm×600mm×4000mm（厚×宽×长），要求采用带式法生产，通过计算选择一台合适的成品轧机（不考虑年产量），并提出所选轧机的主要技术参数（轧辊直径、辊身长度、轧制速度、主电机功率）。 练习题 2、某厂拟生产紫铜（T2）管材Φ55mm×5mm（R态），已知铸锭尺寸为Φ195mm×350mm，要求通过计算选择一台吨位最小的挤压机。 * 5.2 辅助设备选择 加热及热处理设备选择 切断设备选择 矫直机选择 冷却、冷床设备选择 铣面、除鳞及酸洗设备选择 起重运输设备选择 别的设备 第5章 设备选择 * 5.2 辅助设备选择 辅助设备选择的原则： 一定要满足生产工艺流程的要求； （必备） 一定要保证有较高的工作效率，充分的发挥主要设备的能力；（高效） 尽可能地选择重量轻、体积小的辅助设备，以节约投资。 （节约） 辅助设备的合理选择对产品的产量和质量有十分重要的影响，在设计时应根据生产规格要求确定其形式、能力和数量。 * 5.2 辅助设备选择 包括加热炉和热处理炉： （均热，退火，淬火，时效，回火，常化等）。 按工艺用途分为：铸锭的加热及均热炉； 半成品和成品退火炉； 成品热处理炉。 按加热温度分为：低温炉（轻金属及合金）； 中温炉（重金属及合金）； 高温炉（碳钢及合金钢）。 加热及热处理设备选择： 设备选型主要确定：炉型、热源、炉膛尺寸。 * 5.2 辅助设备选择 加热炉设备-炉型选择 均匀化炉 井式炉 箱式炉 均热炉 换热式 蓄热式 复座式 烧嘴式 连续式加热炉 推钢式加热炉 步进式加热炉 环形加热炉 感应加热炉 蓄热式加热炉 * 5.2 辅助设备选择 加热及热处理设备-炉膛尺寸 1. 炉宽（主要是依据坯料长度确定） 空隙间距 坯料排列数 坯料长度 其中，Q—加热炉小时产量； b—坯料宽度（m）； T—加热时间（h）； n—装料排列数； G—每根坯料重量（t）。 2. 炉长（主要是依据加热炉产量确定） （注：对于推钢式加热炉，还需考虑推钢比的限制） 推钢长度 * 5.2 辅助设备选择 热处理炉设备-炉型选择 热处理炉 箱式炉 罩式退火炉 电阻退火炉 辊底式退火炉 井式退火炉 链式退火炉 气垫式退火炉 盐浴炉 接触式退火炉 炉子参数： 工作时候的温度 炉膛尺寸 保护气氛 能耗 电机功率 生产能力 加热速度 冷却速度 * 5.2 辅助设备选择 切断设备选择 切断设备 锯机 剪切机 折断机 圆盘锯 杠杆式锯切机 滑座式锯切机 平刃剪 斜刃剪 鳄鱼剪 圆盘剪 飞剪 作用： 1）将轧件切成规定的尺寸； 2）将轧件头/尾/边切掉。 * 5.2 辅助设备选择 切断设备选择-圆盘锯参数 1. 锯片直径（主要是依据锯切材料断面尺寸） 2. 锯片厚度 3. 锯机功率 P—单位锯切面积上之锯切力，MPa； B—锯缝宽度mm，B=S+2～4mm f—单位时间内锯下金属的断面积，mm2/s； h—被锯件断面高度，mm； u—进锯速度，10～300mm/s。 * 5.2 辅助设备选择 切断设备-锯机台数确定 锯切节奏（周期）时间 tz—锯切一次的纯锯时间，s n—一根料的被锯定尺数 tj—锯切一次的间隙间,s Δt—锯切相邻两根料之间间隙时间，s 锯机台数： 锯机生产能力要大于轧机大约15%左右。 * 5.2 辅助设备选择 切断设备-剪切机参数 平刃剪剪切力计算 K1—剪刃钝化和间隙系数， （热剪取1.2～1.3, 冷剪取1.5） K2—换算系数，K2 = 0.7～0.8 —剪断时之剪应力(MPa) σb—抗拉强度（MPa） εH—相对剪切深度(mm), （热εH =0.85 , 冷εH =(1.2～1.6)δ） δ—被剪金属之延伸率，% F—被剪金属的断面积mm2 H1—辊道平面至剪机压板下平面之距mm, H1= h+50～70mm h—被剪金属的最大厚度，mm ΔH1—上下剪刃重叠量（5～25mm） ΔH2—压板低于上剪刃值（5～50mm） ΔH3—辊道上平面超出下剪刃值（5～20mm） 平刃剪剪切行程 * 5.2 辅助设备选择 切断设备-剪切机参数 平刃剪剪刃长度 （剪刃长度与轧件最大宽度有关） 平刃刀片横断面尺寸 小剪机： L=(3～4)B 大中剪机： L=(2～2.5)B 板坯剪： L= B+200～300mm 刀片横断面高度： h=(0.65～1.5)H 刀片横断面宽度： δ=(0.3～0.4)h 其中，H为被剪金属最大高度mm. 小型剪剪切力P=600～1600kN n=16～30次/min 中型剪剪切力P=2500～8000kN n=10～20次/min 大型剪剪切力P=10000～25000kN n=3～14次/min 平刃剪剪刃行程次数 （取决于轧机生产能力及剪切质量） * 5.2 辅助设备选择 切断设备-剪切机参数 斜刃剪剪切力计算 剪刃倾角 K1=1.3～1.5; K2=0.7～0.75; K3—剪刃间隙系数； α=2～6°时 K3=1.1～1.3 α大取下限 α—剪刃倾角； h—被剪金属厚度，mm； 其余类同平刃剪参数。 （与被剪金属厚度有关） h(mm) 3～19 12～35 ＞35 α(°) 1～3 3～5 8～12 剪刃长度 （与被剪金属厚度有关） 剪切行程 （取决于轧件宽度和剪刃倾角） * 5.2 辅助设备选择 切断设备-剪切机参数 圆盘剪剪切力计算 圆盘直径D K3—剪刃间隙系数（1.2～1.4） 其余类同斜刃剪参数。 圆盘厚度δ 黑色金属： D=(50～100)h； 有色金属： D=(32～68)h; h—被剪金属最大厚度mm δ=（0.06～0.10）×D h(mm) 2～5 5～10 10～20 20～25 v(m/s) 1.0～2.0 0.5～1.0 0.25～0.5 0.2～0.3 剪切速度 * 5.2 辅助设备选择 矫直机设备选择 矫直机 辊式矫直机 压力矫直机 拉伸弯曲矫直机 板带材辊式矫直机 型材辊式矫直机 圆管棒斜辊式矫直机 液压传动矫直机 物理运动矫直机 张力矫直机 * 5.2 辅助设备选择 辊式矫直机参数 矫直辊直径D 式中：h—被矫金属厚度，mm; E—弹性模量； σS—屈服强度 经验公式: D=(0.9～0.95)×t 矫直辊节距t 一般辊数越多，矫直质量越好；材料越薄，要求的辊子数越多。 h(mm) 0.25～1.5 1.5～6 ＞6 n 19～29 11～17 7～9 经验公式： t=(10～20)×h 矫直辊辊数n * 5.2 辅助设备选择 型材辊式矫直机参数 矫直辊直径D 式中：h—被矫金属厚度，mm; 经验公式: D=(0.75～0.90)×t 矫直辊节距t 经验公式： t=(5～20)×h 矫直辊辊数n 大型材辊数 n=5～9 中小型材 n=7～10 圆管棒辊式矫直机参数 按辊子数目分有3,5,6,7辊等型式 按辊型曲线分为正弦曲线、 立式双曲线和卧式双曲线 辅助设备选择 压力矫直机借助于冲头的上下往复运动来矫直材料，主要用作补充矫直和局部矫直，属于间断作业，效果较差。压力矫直机一般按照被矫直材料的矫直压力来选择。 压力矫直机选择 张力矫直机选择 典型的板带板形缺陷 连续拉伸机组 张力平整机组 联合机组 * 5.2 辅助设备选择 冷床设备选择 冷床设备 链式运输机冷床 齿条式冷却辊式冷床 钩式运输机 钢绳拉料机冷床 步进式冷床 * 5.2 辅助设备选择 冷床设备选择-技术参数 冷床的宽度B （lmax为进冷床前轧件最大长度，m） 对进冷床前已经剪成n根l(m)长的定尺，则： 或 冷床长度应保证在冷却时间内轧出的轧件能全部堆放在冷床上。 冷床的长度L A：最大小时产量t/h G：每根料重量，kg; C：相邻两根料之间最宽中心距离，m T：轧件在冷床上冷却到所需要的温度的时间（h） K：冷床利用系数 * 5.2 辅助设备选择 冷床设备选择-技术参数 冷却时间T （1）按同类车间相同规格产品实测的冷却时间选取。 （2）牛顿冷却定律理论计算 q：轧件在某一温度下的热含量 （碳钢850℃时 q=0.1645 千卡/千克 度; 碳钢150℃时 q=0.112 千卡/千克 度） t：轧件温度； g：轧件单位长度重量 kg/m α：自然对流传热系数 ； F：轧件单位长度冷却面积 m2 Tave：冷却时平均温度℃ 式中： Q0、Q1分别为冷却前后轧 件的热含量（千卡/米）： * 5.2 辅助设备选择 冷却设备选择 技术参数： 集管类型选择（冷却能力） 水流量、压力 冷却区长度（温降长度 +控制微调长度 +特殊工艺长度） * 5.2 辅助设备选择 冷却设备选择 DP600 3.5mm X100 22mm * 5.2 辅助设备选择 铣面设备选择 铣面方法 单面铣面机 双面铣面机 铣床结构 立铣铣面机 卧铣铣面机 消除铸锭表面的结疤、裂纹、偏析物夹渣，或带坯表面的压痕、压入、划伤等缺陷，有色金属加工车间常通过铣面的方式来提高板、带的表面上的质量。 * 5.2 辅助设备选择 除鳞设备选择 轧件 集管 高压喷嘴 辊道 主要技术参数： 喷射压力，Mpa 喷射宽度 喷射水流量 * 5.2 辅助设备选择 酸洗设备选择 Fe O FeO Fe3O4 Fe2O3 氧化铁皮是金属在加热、热处理或在热状态来加工时形成的一层附着在金属表面上的金属氧化物。由于材料化学成分、加工工艺制度不同，材料表面所生成的氧化铁皮的结构、厚度也不一样。 酸洗是用化学方法除去金属表面氧化铁皮的过程。 溶解作用 机械剥离作用 还原作用 (H2) (H) (HCI) * 5.2 辅助设备选择 酸洗设备选择 酸洗介质 盐酸酸洗 硫酸酸洗 硝酸酸洗 磷酸酸洗 氢氟酸酸洗 混合酸酸洗 框式酸洗 连续酸洗 酸洗方式 （板、管、型材） （带材） 连续酸洗技术： 深槽酸洗 （酸液深1000～1200mm） 浅槽酸洗 （酸液深400～1000mm） 浅槽紊流酸洗 （酸液深400mm） * 5.2 辅助设备选择 酸洗设备选择 影响酸洗的因素 材料性因素 工艺因素 氧化铁皮组成 氧化铁皮厚度 钢铁成份及合金组成 冷却工艺 带钢厚度 酸液种类 紊流因素 机械拉矫 酸液中铁盐含量 酸液浓度 酸液温度 * 4.2 钢材生产的基本工艺流程 宝钢线材生产线由步进式加热炉、粗轧机组、中轧机组、预精轧机组、精轧机组、减定径机组、影像探伤仪、测径仪、吐丝机组、斯太尔摩线和PF线等组成，采用全连续无扭控轧工艺。 * 4.2 钢材生产的基本工艺流程 宝钢钢管140热轧无缝钢管产线主体设备由狄塞尔导盘二辊式斜轧穿孔机、全浮动长芯棒连续轧制机组、采用CEC的张减机等组成。 。 * 宝钢UOE焊管生产的基本工艺流程 4.2 钢材生产工艺流程 * 酸轧机组生产工艺流程 4.2 钢材生产工艺流程 4.2 钢材生产工艺流程 连退-镀锌-镀锡-彩涂机组生产工艺流程 热镀锌线：经酸洗冷轧后的钢卷开卷后，经过焊接、表面清洗及退火之后进入锌槽镀锌（GI材）或再加热产生锌铁合金（GA材），接着再经过调质轧延及张力整平，最后依不一样的需求实施后处理或涂油作业。 连续退火线：包括清洗、退火、调质压延、涂油、分切及包装等工序。 连续涂覆线：生产电磁钢卷时，母材为连退后的钢卷，经开卷、清洗、水性绝缘涂料涂覆、烘培、冷却等工序； 生产彩色钢卷时，母材为冷轧卷，经开卷、清洗、磷酸皮膜处理、底漆涂覆、面漆涂覆、烘培、 冷却等工序。 * * 有色金属材料生产主要工序： 板带箔材生产流程 有色金属材料生产工艺流程 管棒型材生产流程 4.3 有色金属材料生产工艺流程 * 加工工艺制度之坯料选择 锭坯类型 半连续铸锭 锭模铸锭 连续铸锭 4.3 有色金属材料生产工艺流程 锭坯质量发展要求： 化学成分及宏观组织应符合规定标准之规定； 尺寸及偏差应满足工艺技术要求； 表面光洁、无缺陷；（铣面、刨面或车面） 内部无缩孔、气孔、夹杂、偏析及裂纹等缺陷 * 4.3 有色金属材料生产工艺流程 挤制管锭坯直径： 挤制管外径，mm 挤制品内径，mm 挤压比 挤制棒锭坯直径： 挤制型材锭坯断面积： 锭坯长度： 或 其中，L1 为挤压残料（压余）长度，mm l1为挤制后管棒型材切头切尾长度，mm n 为每根挤制管棒型材切成定尺的根数。 锭坯选择的原则： 根据车间的规模和产量 根据产品的规格尺寸 （板带材生产常采用扁锭，线材生产可采用圆锭或方锭， 管棒型材生产常采用圆锭） 根据设备能力 根据制品的性能确定锭坯厚度或直径 根据金属及合金的工艺性质 根据铸造条件 * 4.3 有色金属材料生产工艺流程 铝板带箔材生产工艺流程 铝合金牌号简介： 1系：99.00%以上工业纯铝，电导性、抵抗腐蚀能力、焊接性能好、强度低 2系：Al-Cu合金，强度高、耐热性和加工性能好 3系：Al-Mn合金，耐蚀性、焊接性好、塑性好 4系：Al-Si合金，耐磨性、高温性能好 5系：Al-Mg合金，耐蚀性焊接性好、抗疲劳强度好、只能冷加工提高强度 6系：Al-Mg-Si合金，耐腐蚀和抗老化性能高、焊接性好 7系：Al-Zn合金，超高强度合金韧性好、易加工 8，9系：备用合金，塑性、深冲性能好 * 4.3 有色金属材料生产工艺流程 铝行业产业链 铝材产品分类 汽车用铝合金分类 * 4.3 有色金属材料生产工艺流程 铝板带箔材生产工艺流程 铝液 连续铸轧 铝锭 大板锭 连铸连轧 铸锭 热轧 冷轧 热轧卷 铝箔 箔轧 铝箔坯料 铸 轧 卷 中 厚 板 薄 铝 板 带 重熔 重熔 * 4.3 有色金属材料生产工艺流程 铝合金 带材 生产 工艺 流程 包铝： 工艺包铝：改善加工工艺性能； 防腐蚀包铝：提高抗蚀性。 轧机减薄轧制 1）退火 (1) 再结晶退火－消除变形工件的加工硬化； (2) 低温退火－消除内应力，适当增加塑性； (3) 均匀化退火－消除成分偏析及内应力。 2）淬火（固溶处理） 将铝合金加热到固溶线以上保温后快冷，使第二相来不及析出，得到过饱和、不稳定的单一?固溶体。 3）人工时效 将淬火后的铝合金，在低温加热下保温一段时间，促使第二相从过饱和、不稳定的单一α固溶体中析出和长大。随时间延长其强度、硬度非常明显升高而塑性降低。 * 4.3 有色金属材料生产的基本工艺流程 铝箔产品 生产工艺 流程 分卷机 精轧机 在薄箔的最后道次将两卷箔料叠在一起 (“双合轧制”). 双合过程可直接在精轧时或之前进行. 精制铝箔是对铝箔进行裱纸、着色、压花、涂蜡、覆塑等二次加工以提高包装性能及美观。 * 4.3 有色金属材料生产工艺流程 适用于薄箔和中等箔的合金（美国牌号） -1100-1145 8011-8111 高 Fe 8006, 8079, 8021, 8014, 8023, 8150,…. 适用于厚箔的合金（美国牌号） 1050, 1100-1200 3102, 3105, 3003, 3005, 3004, 等… 某些 5XXX 8011 8006, 8014, 8150,… * 4.3 有色金属材料生产工艺流程 铝合金管材生产工艺流程 铝合金棒型材生产工艺流程 * 4.3 有色金属材料生产工艺流程 挤压工艺： 挤压比 （λ≥8） 挤压温度 挤压速度 反映挤压筒内径与锭坯直径关系的充填系数（f=1.06～1.15） 管材冷轧机： 二辊式 多辊式 横向多辊旋压式等 拉拔： 管材拉拔前必须对管坯进行切断、退火、打头、外表面修理和内表面润滑等处理。 * 根据所编制的产品方案，撰写典型产品的生产工艺流程。 要求：1）可采用流程图或表格等多种形式； 2）包括主要的工序及主要设备参数； 3）简略写出各工序典型生产工艺参数及其范围。 小作业 第4章 生产工艺流程 * 结束！ 第4章 生产工艺流程 * 第五章 设备选择 授课教师：彭良贵 压力加工车间设计课程 * 第5章 设备选择 5.1 主要设备选择 熔铸设备选择 轧机的选择 挤压机的选择 拉拔机的选择 * 5.1 主要设备选择 主要设备选择的原则： 满足产品方案的要求，保证获得高质量的产品；（产品角度） 满足生产方案及生产工艺流程的要求； （工艺角度） 注意设备的先进性和经济上的合理性； （技术经济角度） 要考虑设备之间的合理配置与平衡。 （系统效率角度） * 5.1 主要设备选择（熔铸设备） 熔铸设备选择： 有色金属及 合金熔炼炉 竖 炉 火焰反射炉 电阻加热炉 感应加热炉 燃 料 炉 电 炉 工频炉 中频炉 高频炉 电子束炉 电 弧 炉 炉型比较： 熔炼速度、容积、能耗等技术参数； 熔炼质量； 技术水平及生产效率； 操作环境及环保； 投资及技术经济指标。 主要设备选择（熔铸设备） 熔铸设备选择： 有色金属及 合金铸造设备 半连续铸造设备 连续铸造设备 钢丝绳式半连续铸造机 液压式半连续铸造机 丝杠式半连续铸造机 立式连续铸造机 卧式连续铸造机 铸机选择： 技术参数 （铸造速度、铸锭尺寸、产量及能耗） 技术水平及生产效率； 操作环境及环保； 投资及技术经济指标。 * 5.1 主要设备选择（轧机设备） 轧机选择 轧机类型 板带轧机 管材轧机 型材轧机 （轧辊辊身呈圆柱形） （轧辊辊身有轧槽） （轧辊辊身呈圆锥形、 腰鼓形或盘形） 轨梁轧机 线材轧机 型材轧机 自动轧管机 周期式轧管机 连续式轧管机 多辊横向旋压机 * 5.1 主要设备选择（轧机设备） 轧机选择 -轧机的种类 行星轧机 二辊轧机 三辊轧机 三辊劳特式轧机 四辊轧机 （六辊） 八辊轧机 十二辊轧机 十四辊轧机 二十辊轧机 十六辊轧机 立辊轧机 二辊万能轧机 四辊万能轧机 穿孔机 三辊轧管机 钢球轧机 异步轧机（辊径差/速度差） VC、HC、CVC、PC * 5.1 主要设备选择（轧机设备） Y型轧机是在钢管张力减径机的基础上，于1957年由原西德柯克斯公司设计，用作线材生产的精轧机组。轧机由互成120°的圆盘型轧辊构成，其轧辊布置呈Y字型。机组一般用6～13架工作机座，相邻机座呈Y型与倒Y型交替布置实现无扭轧制，轧制速度可达60m/s。 开坯机：轧辊的名义直径 型材轧机：轧辊的名义直径 线材轧机：轧辊的名义直径 板带轧机：轧辊的辊身长度 钢管轧机：所轧钢管的最大外径 * 5.1 主要设备选择（轧机设备） 轧机牌坊窗口尺寸和主柱面积 最大允许轧制力、轧制力矩 轧制速度、电机功率、额定转速 坯料与成品尺寸 设备重量，外型尺寸 年产量及标称参数 轧机选择 -轧机的主要技术参数 * 5.1 主要设备选择（轧机设备） 轧机选择 -轧机的布置形式 横列式 （a） 顺列式 （b） 棋盘式 （c） 半连续式（d） 全连续式 （e） 轧机布置 单机架布置 多机架布置 3/4连续式 * 5.1 主要设备选择（轧机设备） 轧机选择–轧机主要参数 机架数 一般参照年产量相近的同类厂家。 连轧机： 立柱面积 为总延伸系数； 为平均延伸系数； 铸铁辊 a=0.6-0.8 钢辊 a=0.8-1.0 合金钢辊 a=1.0-1.2 d为辊颈直径，或支撑辊辊颈直径 主电机参数 1）主电机型式 交流/直流 2）传动方式 单独传动：方便，动态速降大 集体传动：动态速降影响小 分组传动 3）额定功率和转速 一般参考同类车间预选 轧制力矩、总力矩计算、功率计算、 电机选型、额定转速确定，校核 * 5.1 主要设备选择（轧机设备） 轧机选择 –轧辊参数 轧辊由辊身、辊颈和轴头（传动辊）三部分所组成。工作辊辊身与轧件接触；轧辊辊径安装在轴承中，通过轴承座和压下装置将轧制力传递给机架；轧辊轴头和连接轴相连，传递轧制扭矩。 轧辊的基本尺寸参数有：轧辊的名义直径、辊身长度、辊颈直径、辊颈长度。 * 5.1 主要设备选择（轧机设备） 轧机选择 –轧辊参数 轧辊直径D 考虑轧辊抗弯强度及其容许挠度（工艺技术要求），同时注意咬入角的容许值。 经验公式： 有张力轧制时 Dmax =（1500~2000）× hmin 无张力轧制时 Dmax ≤ 1000×hmin 对型钢轧机而言，轧辊直径可由坯料高度确定： D = K1×Hmax 所轧最大坯料厚度 轧机型式系数 轧件最小可轧厚度 初轧机：1.3～1.7 大型材：2.5～4.5 中型材：2.9～5.0 小型材：4.5～6.0 线 对管材轧机，其轧辊直径： 坯料直径 附加量 倍数 或 * 5.1 主要设备选择（轧机设备） 轧机选择 –轧辊参数 辊身长度L 辊身长度余量 板带轧件最大宽度 辊身长度余量与最大板宽和冷轧/热轧条件相关： 热轧： 700mmHSM， α=100mm； 1450mmHSM，α=150mm； 4300mmPM， α=200mm； 冷轧： 650mmTCM， α=100mm； 1800mmTCM， α=150mm； 辊身长度与直径的关系： 初轧机： L/D = 2.3~3.0 二辊中厚板轧机： L/D = 1.85~3.50 二辊中薄板轧机： L/D = 1. 5~2.2 型材轧机： L/D = 1.5~2.5 四辊轧机工作辊： L/D = 2.5~4.0 四辊轧机支撑辊： L/D = 1.8~2.70 穿孔机： L/D = 0.55~0.7 自动轧管机： L/D = 1.45~1.55 均整机： L/D = 0.80~0.90 注意： 1）对于带液压弯辊装置的四辊轧机，为消除工作辊与支撑辊间的有害接触，支撑辊之辊身长度应比工作辊略小。 2）对于CVC等工作辊横移类轧机，工作辊辊身长应增加两倍之横移量。 3）型材轧机辊身长应考虑孔型数及其宽度。 * 3.2 生产方案的选择 钢材生产方案之冷轧带钢生产 单机架可逆轧制 双机架可逆轧制 3/4/5/6连续轧制 * 3.2 生产方案的选择 钢材生产方案之型钢生产 轧制法生产 挤压法生产 冷轧法生产 热轧法生产 热弯法生产 挤压法生产 冷拔法生产 弯曲法生产 锻压法生产 焊接法生产 冷弯法生产 万能轧制法- 用万能轧机和轧边机交替地对金属来加工。 * 3.2 生产方案的选择 钢材生产方案之钢管生产 热轧法生产 热挤法生产 皮尔格轧管机组 自动式轧管机组 连续式轧管机组 三辊轧管机组 狄舍尔轧管机组 焊接法生产 冷加工生产 冷轧法生产 冷拔法生产 冷旋压法生产 连续炉焊机组 链式炉焊机组 直缝电焊机组 UOE直缝电焊机组 螺旋电焊机组 无缝钢管 焊管 * 3.2 生产方案的选择 无缝管生产 热挤压钢管 直缝焊管 螺旋焊管 炉焊管 UO焊管 * 3.2 生产方案的选择 钢材生产方案之棒线材生产 热轧法生产 横列式轧制 半连续式轧制 连续式轧制 宝钢高线 生产方案的选择 有色金属产品生产方案 板带箔材生产 带式轧制法 块式轧制法 热挤压法 连铸连轧法 管棒型材生产 线材生产 轧制法 挤压法 连续拉铸法 挤压-拉拔法 挤压法 挤压-冷轧-拉拔法 斜轧穿孔-或冷轧-拉拔法 焊接-拉拔法 粉末-压型-烧结-旋锻法 连铸连轧法 离心铸造法 * 3.2 生产方案的选择 铜材生产方案之铜管生产 轧制法生产 水平连铸管坯- 三辊行星轧机生产 棒料热挤压 - 三辊行星轧机生产 大圆盘转动带动三锥形辊公转、锥形辊同时又自转（围绕水平轴/棒料/管坯） Mandrel thrust block Clamping carriage Planetary rolling mill Bending and coiling unit Flying cut-off unit Quenching unit Triangulation shape 行星轧制法 皮尔格轧制法 * 3.2 生产方案的选择 铜材生产方案之铜管生产 传统无缝管生产的基本工艺 Continuous billet cater Extrusion press Spinner block Continuous straight drawing machine Cold pilger mill Shaft melting furnace 皮尔格轧管机工作原理图 1-准备开轧；2-毛管喂入；3-开始轧制；4-轧制；5-轧制将结束；6-毛管喂入并旋转 * 3.2 生产方案的选择 块状金属 粉末金属 熔炼、铸 压、烧 锭坯 锻、轧、挤 线杆 线材 拉、挤、轧 熔炼、铸 挤 有色金属产品生产方案之线 生产方案的选择 生产方案的选择又称工艺路线的选择，其考虑的因素有： 金属与合金的品种、规格、状态及质量发展要求 （有色/黑色； 管、棒、型、线、板、带、条、箔； 规格；质量 ；交货状态） 年产量的大小 （机型选择：单机架/双机架/多机架） 投资规模、建设速度、装备水平、劳动条件、人员定额、发展规划等 国家产业技术发展政策、环保政策等 * 3.2 生产方案的选择 生产方案的比较 产品质量； 生产能力； 维护、操作、装备水平； 投资（设备投资，占地，厂房，辅助设施）； 综合效益（节能，降耗，安全，环保，达产周期等）。 * 第3章 生产方案选择 结合生产实习内容，试编制生产黑色金属（或有色金属）板材（或带材、或箔材、或型材、或棒材、或线材、或管材）车间的产品方案。 要求：1）年产量自定； 2）内容有钢种、规格、产量分配比例； 3）给出典型产品； 4）作业题目为“某年产量××万吨的×××厂（车间）产品方案” 例如：某年产量350万吨的2250mm热轧带钢厂产品方案 小作业 * 结束！ 第3章 生产方案选择 * 第四章 生产的基本工艺流程 授课教师：彭良贵 压力加工车间设计课程 * 第4章 生产的基本工艺流程 4.1 制订生产的基本工艺流程的依据 4.2 钢材生产工艺流程 4.3 有色金属材料生产工艺流程 本章主要内容： * 4.1 制订生产工艺流程的主要是根据 生产工艺流程的制订是工艺设计中的一项重要工作，必然的联系到整个设计能否满足设计任务书的要求。其制订过程主要考虑： 产品生产方法（依据） 产品技术条件要求（基础） 生产规模（出发点） 产品品种 生产线类型 产品规格 生产规模 生产工序 设备选型 产品质量 生产方法 产品方案 生产方案 * 冶金 压力加工 4.1 制订生产工艺流程的主要是根据 * 4.2 钢材生产工艺流程 钢材生产主要生产工序： 热加工生产流程 钢材生产工艺流程 普碳钢/低合金钢生产流程 合金钢生产流程 冷加工生产流程（包括温轧） * 4.2 钢材生产工艺流程 加工工艺制度之坯料选择 轧钢坯料 初轧坯料 模铸钢锭 连铸坯料 方钢锭模 圆钢锭模 钢锭模 钢锭 方坯 圆坯 板坯 异型坯 坯料种类、尺寸、形状、重量的选择取决于产品质量、产量、上下游工序能力匹配、生产条件、设备条件及有关技术经济指标要求或制约。 * 4.2 钢材生产工艺流程 ◆ 铸坯洁净度 （夹杂物数量、类型、尺寸、分布） ◆ 铸坯表面上的质量 （表面裂纹、夹渣、气孔） ◆ 铸坯内部质量 （内部裂纹、夹杂物，中心疏松、缩孔、偏析） ◆ 铸坯形状缺陷 （鼓肚、脱方、椭圆） 表面缺陷清理 表面氧化铁皮清理 坯料预先热处理 （合金钢） 加工工艺制度之坯料预处理 * 4.2 钢材生产工艺流程 加工工艺制度之坯料加热 加热制度 加热速度 加热温度 加热时间 燃料选择 炉型结构 步进式加热炉 推钢式加热炉 蓄热式热炉 焦炉煤气 高炉煤气 天然气 重油/柴油 * 4.2 钢材生产工艺流程 坯料加热制度之加热温度 加热温度一般根据合金相图、塑性图和再结晶图三图定温的原则确定。为防止过烧，最高温度应低于固相线℃。 Wc(%) (℃) 1W18Cr4V高速钢的塑性图 再结晶图 普碳钢最高加热温度和理论过烧温度 * 4.2 钢材生产工艺流程 坯料加热制度之加热速度 加热速度由金属的塑性和导热性来确定，同时还需考虑相变带来的组织应力的影响。 预加热段 一加热段 二加热段 均热段 蓄热式加热炉炉型结构 钢板加热过程体积变化曲线 钢材生产工艺流程 坯料加热制度之加热时间 加热炉 长行程装钢机 出钢机 入炉操作台 出炉操作台 加热时间一般由坯料厚度、装料温度、炉型结构等决定，一般会用经验公式，也可通过模型预报实现自动出钢。 连续式加热炉： 均热炉： 室状炉： 化学成分相关系数 钢种相关系数 坯料布置形式参数 坯料厚度或直径 钢种相关系数 直接热装 热装 冷装 加热炉小时产量： L 为加热炉炉膛有效长度，m n 为板坯排数 Q 为板坯质量，t； B 为板坯宽度，m； T 为板坯加热时间，h。 * 4.2 钢材生产工艺流程 加工工艺制度之轧制 轧制设计是工艺设计的核心，主要任务是制定变形程度、轧制速度以及轧制温度等工艺参数。 变形程度 （总变形量、道次变形量及其分配） 轧制速度 （受轧钢工艺、轧机结构、轧机机械化和自动化程度等 影响） 轧制温度 （轧件的开轧温度、终轧温度） 轧制力 （决定轧制设备和传动力能参数的基础数据） 机架数、孔型设计、 奥氏体再结晶区/未再结晶区；铁素体区轧制等 年产量、传动力能参数 * 4.2 钢材生产工艺流程 加工工艺制度之冷却 冷却设计主要任务是确定冷却介质、冷却方式、冷却速度、冷却温度制度等工艺参数。 冷却介质 （水、风、水雾、油、冷床等） 冷却方式 （集中冷却、分段冷却、稀疏冷却等） 冷却速度 （超快冷、快冷、缓冷、炉冷等） 冷却温度制度 （开冷温度、终冷温度、中间温度、空冷时间等） * 4.2 钢材生产工艺流程 加工工艺制度之精整 精整是工艺过程最后一个工序，依照产品的不同，可包括： 矫直 平整 剪切 （横切、纵切、切边、定尺） 酸洗 热处理 （罩退、连退、……） 表面镀层 （镀锌、镀锡、彩涂、……） 机加工 * 4.2 钢材生产的基本工艺流程 现代钢铁生产工艺流程 * 4.2 钢材生产工艺流程 宝钢钢管初轧商品材产线主要由均热炉、初轧机组、连轧机组和精整作业线等组成，拥有初轧生产工艺最为先进的技术和装备。 /b

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