年产5[1].5万吨铜及铜合金板带材车间设计.doc

江西理工大学2011届本科生毕业设计目 录第一章 车间设计总论21 车间设计的一般概述21.1 车间设计的目的与任务21.2 车间设计的依据21.3 金属压力加工企业总平面图与运输21.4 设计工作的原则31.5 铜及铜合金概述42 可行性研究12.1 可行性研究的重要性12.2 可行性研究的内容和步骤12.3 我国铜板带行业的生产现状12.4 我国铜板带行业的国际竞争力22.5 车间概况32.6 厂区的选择3第二章 车间工艺设计63 生产方案选择63.1 产品方案的编制63.2 计算产品的选择63.3 产品标准与技术要求73.4 生产方案的选择94 生产工艺流程114.1 制订生产工艺流程的主要依据114.2 生产工艺流程的确定114.3 生产工艺叙述165 设备选择295.1主要设备选择295.2 辅助设备选择306 工艺计算与金属平衡386.1 工艺计算386.2 编制生产工艺流程定额卡436.3 编制金属平衡表447 设备负荷计算467.1 工作制度和年工作台时的确定467.2 设备负荷能力计算468 车间平面布置与立面尺寸488.1 车间平面布置488.2 车间立面尺寸519 劳动组织与技术经济指标529.1 车间劳动组织529.2 车间投资概算54第三章 车间厂房与辅助设施设计5910 厂房设计5910.1 厂房建筑类型与建筑材料5910.2 厂房建筑结构与其布置5911车间动力6211.1 车间电气动力设备的电气负荷计算6211.2 车间的供热与供气6311.3 车间的供水排水6312 环境保护6412.1废气污染物6412.2废水污染物6412.3 固体废弃物6412.4 噪声65参考文献66致谢67附 录62- 3 -第一章 车间设计总论1 车间设计的一般概述1.1 车间设计的目的与任务概括来说，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。本设计是为了建设一个年产5.5万吨铜及铜合金板带材的新企业，主要任务是对该企业做出技术与经济的详细规划，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。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： 车间的生产规模、生产品种及产品质量标准； 车间的生产方案及生产工艺过程、选取主要设备确定其必要的数量； 建厂地址，厂区范围和资源情况，提出动力、运输、照明、采暖、通风、供水、排水等各项设计要求； 要求达到的经济效益和技术水平； 投资以及劳动定员的控制数字； 环保情况。而的得到的设计任务书则是进行车间设计的依据。1.3 金属压力加工企业总平面图与运输金属压力加工企业是由主要生产车间及各种辅助车间组成的。主要生存车间就是指直接生产各种加工产品的车间，辅助车间是为主要生产车间服务的车间。对于现代有色金属压力加工企业来说，通常包括熔铸、加工两个主要生产部分及其辅助车间，也有的企业包括冶炼、熔铸、加工三个主要部分及辅助车间。现代有色金属压力加工企业一般包括下列车间：（1）生产车间：有锭坯生产车间，板、带、箔材生产车间，管、棒、型材生产车间，线材生产车间，锻造件及模压件生产车间；（2）辅助车间：有动力、电修、机修、工模具、计器、残屑处理车间及中心实验室等；（3）其他设施：有热电站，煤气发生站，空压机站，贮存仓库，汽车库，变电所，铁路，公路等。中、小型或专业性的金属加工厂的规模小，其车间设置可相应简化。本设计是针对有色压力加工企业的生产车间来进行设计的。主要任务是设计一个年产5.5万吨的铜板带车间。所以主要为加工车间的设计。而在此设计的车间的运输主要有厂外运输：叉车、汽车等；厂内运输：天车、过跨小车等。1.4 设计工作的原则工厂设计是根据业主的的要求，对建设工厂所需的技术、经济、资源、环境等条件进行综合分析、论证、编制设计文件的活动。其设计工作原则有：（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，造福人民；（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。总平面图的布置紧凑合理；8）立足于自力更生。根据以上基本原理，结合国内外铜板带生产和发展趋势，本项目的设计原则如下：因地制宜，机制灵活，滚动发展；手续从简，建设从速，节约投资；填平补齐，自我完善，整体配套；建设国内先建的高精带生产企业。1.5 铜及铜合金概述铜是人类发现最早的金属之一，也是使用最早的金属。早在史前时代，人们就开始采掘露天铜矿，并用挖到的铜制造武器、式具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。铜广泛存在于地壳和海洋中。在地壳中铜的含量约为0.01%，在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3%5%。铜被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。铜及铜合金的分类：纯铜：也称紫铜。它具有良好的导电性、导热性和耐蚀性；黄铜：以锌为主要合金元素的铜合金，具有美观的黄色，统称为黄铜；青铜：以前把铜与锡的合金称作青铜，现在则把除了黄铜、白铜以外的铜合金称作青铜；白铜：以镍为主要合金元素的铜合金。2 可行性研究2.1 可行性研究的重要性可行性研究是一门运用多种科学成果保证实现工程建设最佳经济效果的综合性科学。可行性研究已经成为工程建设中一个首要的、必不可少的环节。可行性研究的人物就是对项目建设的目的、资源分配情况、市场条件的好坏、厂址的选择、规模的确定、工艺技术的采用、外部条件的好坏、投资效果、成功几率等，进行调查研究和综合论证，并做出明确结论，作为投资决策的依据。可行性研究是建设项目能否搞好的基础，是能否取得最好经济效益的移居。可行性研究的作用有：是确定建设项目，编写初步设计的基础；是向银行贷款的依据；是与相关部门签协议的依据；是向当地政府申请建设执照的依据。是安排科研和设备的依据。2.2 可行性研究的内容和步骤可行性研究的内容：是市场销售情况的研究；是原料和工艺技术的研究；是工程条件的研究；是对劳动力的来源和费用、人员培训、项目实施计划的研究；是资金和成本的研究；是经济效果的研究。可行性研究的步骤：调查研究、收集资料；对收集的资料进行分析研究提出方案；方案对比，选出最优的；编制可行性研究报告。2.3 我国铜板带行业的生产现状目前我国约有4OO余家铜板带生产企业，但年产量超过5 000 t的企业只有15家。2003年我国的铜板带生产能力约6O万ta，其中高精度铜板带材的生产能力仅为1O-15万ta。从总量来看，我国铜板带材的生产能力基本能够满足国民经济发展的需要，可以满足目前市场的一般需求并有富余。但由于总体生产技术和装备水平相对落后，以及由于多种原因造成的一些大中型铜板带生产企业存在的生产设备配套不完善的问题，致使我国铜板带加工业仍然严重存在着品种、质量和规格等结构性矛盾，部分高精度及专用铜带材的生产能力和产量仍不能满足日益增长的市场需要。近年来新兴工业领域使用的专用铜板带材，如变压器绕组用铜带、电子接插件材料以及其它高精度铜带，仍存在较大的供应缺口。目前，国内规模较大的铜板带生产企业只有洛阳铜加工集团有限公司、北京金鹰铜业公司、宁波兴业集团、上海金泰铜业公司、广州铜材厂等少数几家，远远不能满足国民经济发展的需要，导致高精度铜板带材的大量进口，且进口量逐年增长。2.4 我国铜板带行业的国际竞争力我国铜板带行业的生产技术水平与国外同行相比仍然存在很大差距，具体表现在以下四个方面； 从企业组织结构来看，国外铜加工企业规模大、生产效率高，并拥有成熟的企业兼并重组机制；而我国企业数量众多，规模小，集约化程度低，不能形成规模经济； 从技术装备水平来看，国外不少铜加工企业都对自已的技术装备进行现代化改造，提高了企业的自动化水平，普及了管控一体化。特别是美国、日本和德国等发达国家，在熔炼铸造、轧制等方面都取得了相当大的进步；而我国的大中型铜加工企业，虽然都先后进行了不同程度的技术改造，从西方工业发达国家引进了一批具有世界先进水平的生产工艺和技术装备，但总体装备水平与国际进水平相比还有相当大的差距； 从技术开发能力来看，西方发达国家的大型铜业公司一直处于世界铜加工技术开发的前沿，并始终保持着领先水平；而我国铜加工业，虽然近二十几年来通过技术引进、消化、创新，取得了快速发展，但由于发展历史较短，技术积累薄弱，经济实力不强，现阶段的技术开发水平还不高，自主创新、独立开发能力仍然比较薄弱； 从品种结构及标准来看，世界范围内已纳入标准的铜制品有700多种合金、5 000多个品种；而我国目前仅有约250种合金、3 000多个品种。国际标准一般依据ASTM和DIN标准制定；而我国过去一直沿用20世纪5060年代前苏联所使用的牌号。因此，在产品标准方面，与世界先进国家相比落后l020年。从上述分析中可以看出，目前我国铜板带行业还面临着很多问题，在很大程度上严重制约了行业的整体发展和提升：一是产业结构矛盾突出，产品档次低，国内产品与进口产品相比，仍然存在很大的差距，几乎无法进入国际市场，技术含量高的高端产品大量依靠进口；二是生产经营粗放，集约化程度低，产品结构雷同，导致国内低档铜板带市场竞争激烈，企业效益不高；三是技术开发能力薄弱，缺乏具有自主知识产权的核心技术，无法形成核心竞争力。为促进我国铜板带生产的健康发展，国内铜加工企业应立足现有的基础，加速企业的改组、改制，进行战略重组，促进产业结构调整。同时，应以骨干企业为核心，加强铜板带工程技术开发中心的建设，全面提高我国铜板带生产工艺和产品研发能力，努力打造世界先进的铜板带生产基地，从根本上改变我国铜板带的主要生产技术和高精产品依靠进口的局面。2.5 车间概况我国铜板带生产存在很多优势，如：市场规模持续扩大，消费量已跃居世界第一位；进口持续高速增长，已占国内市场三分之一；品种专业化生产成为发展趋势。但同样也面临着许多问题：一是质量要求越来越高；二是市场竞争日益激烈，产品加工费不断走低；三是消费地区集中，需求结构复杂；四是技术开发能力薄弱，缺乏具有自主知识产权的核心技术，无法形成核心竞争力。而本设计所设计的车间与国内同类加工企业相比，特点是以小成本投入，走集约化生产路线，以期未来做大做强。根据设计原则，项目设计生产规模为年产铜及铜合金板带材5.5万吨。设计中选用的设备能够满足本项目5.5万吨建设规模的要求，并留有一定的发展空间。随着经济的发展和市场需求的变化，可在适当的时机，投入少量建设资金，增加部分前后配套生产设备，即可达到年产更高的生产能力，届时本项目的经济效益将大幅提升。本设计人员定额为246人。本车间设计的厂房有两个跨和一个附加跨，厂房为东西走向，总长291米，两个主跨，一个为30米、一个为24米，附加跨为18米，总宽度为72米，车间总面积为20952m2。行车轨面标高为9米，车间设备最高是粗轧机，高度为5米，车间厂房剖面高度为14米。本设计项目总投资306612.7万元，车间生产总成本278142万元，年平均销售额409700万元，年总利润65679.3万元，投资回收期为5年。项目总投资为306612.7万元，其中：建设投资为28470.65万元(含建设期利息1863万元)，铺底流动资金278142万元。本项目建成投产后，可以取得可观的经济效益。本设计符合国内外市场的需求，目标是建设现代化铜及铜合金带材生产线。同时，本设计采用的是先进、成熟的生产工艺，技术水平和设备性能接近国际先进水平，产品质量符合国际标准。项目的建设可以充分发挥企业的优势，优化产品和技术结构，增加高附加值产品的比重，满足国内外市场对高精度产品的需求，促进我国铜加工业行业的技术进步，符合国家重点技术改造项目的要求。综上所述，本设计无论是经济效益还是社会效益都是有非常好的前景。2.6 厂区的选择建设一个新厂，选址是很重要的。在设计中，从原材料的来源到产品的输出等等环节的基本原始资料都取决于厂址的具体条件。所以选择的正确建厂地址，是任何一个新厂建设的首要问题。选择建厂地区时，应考虑下述几点条件： 必须满足国家工业布局的基本原则。即要充分利用选址地区的丰富资源和各方面的有利条件，合理使用人力和物力，使生产出来的产品能够合理的分配，从而使所设计的厂在最少的投资条件下，获得最大的经济效果，并且使全国各大区的工业系统迅速建立起来，逐步改变我国工业布局不合理的状态； 原料、燃料、动力的来源与运输条件。要能够得到生产所需的足够原材料，要有充足的生产和生活水质和水量； 尽量靠近产品销售地区； 有适宜的气候环境，且自然条件好； 离建筑材料产地近； 与相关的企业能方便合作； 满足国防上的要求。江西赣州沙河工业园区位于赣州城东南部沙河镇境内，与赣州站北新区相接，西邻赣州火车站，东临赣江，南接105国道，323国道贯穿园区，绕城高速下线接园区。园区始建于2001年6月，规划面积15平方公里，为赣州市城市总体规划的一部分。园区属省级工业园区、江西省重点工业园区，被命名为江西省机电工业城、省级民营科技园。园区先后获得江西工业崛起园区发展专项奖“工业增加值前十名”、“销售收入前十名”、“安置就业第一名”、“六大指标综合先进单位”、“赣州市先进工业园区”、“五个十百亿工程”先进工业园区等荣誉称号。园区以科学发展观为指导，坚持“特色建园、效益建园、生态建园、和谐建园”的建设原则，按照“土地集约化、项目族群化、产业链条化”的发展思路，发展以汽车零部件制造为主的机械制造工业（含通用及为机械工业配套的有色锻造、精密锻造、结构件等专业化生产）、电子信息制造业。到目前，园区开发面积4平方公里，水、电、路、通讯等基础设施完善，餐饮、娱乐、医院、银行、学校、市场等生活配套设施齐全，绿化、亮化、美化工程同步到位。园区凭借优惠政策和优良的基础设施承接沿海工业企业100多家，其中机电类企业占65%，已发展成为一个有较大规模、较高水平和良好前景、良好效益的园区，成为全市“汽车零部件生产基地”，章贡区工业经济发展的重要载体和承接产业转移的重要平台。产品门类涉及以齿轮箱、同步器为主的汽车零部件产业和空压机、印刷机、磁选设备机、水轮机及相关配套产业。赣州群星机械有限公司成为格特拉克、奇瑞、江淮、二汽等汽车集团定点生产同步器厂家。赣州标远机器有限公司为江铃集团、江淮汽车、浙江万里扬、奇瑞汽车配套生产汽车变速箱铝拨叉、操纵盖总成。赣州经纬汽车零部件有限公司自主研发的AMT手自动一体汽车变速器，属于国家发改委鼓励和优先发展的汽车“关键零部件”重点项目，该产品填补了国内自动变速器产业化空白，打破了国外技术壁垒障碍。赣州金环磁选设备有限公司自主研发生产的SLON立环脉动高梯度磁选机获国家发明奖、国家发明专利及实用性专利，该机广泛应用于鞍钢、宝钢、马钢、首钢等百余家大中型企业，并远销到美国、南非、秘鲁、印度等国家。由赣州沙河工业园区的介绍，我们可以知道该工业园交通便利，对铜加工企业而言，能得到生产所需的足够原材料。该工业园处于位于赣州这个四面环水的城市，能有充足的生产和生活的水质。并且可对该园区的企业输出产品，可见是符合国家工业布局的，该设计企业更能带动周边劳力就业。所以厂区选择在赣州沙河工业园区是合理的。- 62 -第二章 车间工艺设计3 生产方案选择3.1 产品方案的编制所谓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。产品方案一般是在设计任务书中加以规定的，或者由设计者深入实际调查统计提出方案，然后经主管部门批准确定，产品方案是进行车间设计的主要依据，根据产品方案可以选择设备和确定生产工艺。而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。根据国民经济各部门对产品数量、质量和品种等方面的需要情况。既考虑当前的急需，又要考虑将来发展的需要。（2）产品的平衡。考虑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。对于各类产品的分类、编组、牌号、化学成分、品种、规格尺寸及公差、交货状态、生产技术条件、机械性能要求、验收规程、试验及包装方法等，均按标准规定。若没有标准，可与用户共同订立协议。鉴于以上三点依据，特制定产品方案如表3-1所示。表3-1 5.5万吨铜及铜合金板带车间产品方案产品名称品种规格范围（mm）产品年产量（t）所占比例厚宽长电缆铜带0.11.290540卷1800032%散热器板材0.11.2100510120001800032%引线框架铜带0.11.2100510卷900016%弹性元件铜带0.11.2100520卷1000020%3.2 计算产品的选择在设计车间初期，拟车间生产的产品品种、规格和状态随机组合起来有几十至几百种不等。但是，在设计中详细的工艺计算不可能对每种合金的每一个品种、规格及状态都进行。为了减少设计工作量，加快速度，同时又不影响整个设计质量，可以将各类产品进行分类编组，从中选择典型产品作为计算产品。选择计算产品的原则如下：要有代表性。将所有的各类产品进行分类编组，从每组中找出一至几种产量较大，产品品种、规格、状态、工艺特点等有代表性的。因此可以从拟生产的所有合金品种中选出几种或十几种有代表性的产品。这些计算产品从全车间总体来说，在合金、品种、规格、状态、产量和工艺特点等方面都具有代表性。通过所有的工序。所选的所有计算产品要通过各工序，但不是说每一种计算产品都通过各工序，而是对所有的计算产品综合来看的。若从拟生产的所有的产品中应有某工序，而计算产品不通过此工序，在此情况下，就要重新选计算产品。还应指出所选典型产品的产量之和为总产量。所选的计算产品要与实际情况相接近。计算产品要留一定的调整余量。本设计的计算产品具体见表3-2计算产品表。表3-2 计算产品表名称牌号状态规格mm年产量(t)技术条件电缆铜带TUPM0.318018000GB/T 2532-1997散热器板材H62Y0.92551200018000GB/T 2532-1997引线框架铜带QSn6.5-0.1M0.852559000GB/T 2532-1997弹性元件铜带BZn15-20Y0.526010000GB/T 2532-19973.3 产品标准与技术要求产品的技术要求是指人们要求的产品的牌号、规格、表面质量以及组织性能等。因为产品的使用条件不同，用户对产品的技术要求也是不同的。对产品结构、规格、质量和检验方法所做的技术规定，称为产品标准。产品标准按其适用范围，分别由国家、部门和企业制定；它是一定时期和一定范围内具有约束力的产品技术准则，是产品生产、质量检验、选购验收、使用维护和洽谈贸易的技术依据。我国现行的标准分为国家标准、行业标准、地方标准和经备案的企业标准。在有色行业中，行业标准即是冶金工业部标准（YB）。产品标准一般包括以下内容： 规格标准：规定产品的牌号、形状、尺寸及表面质量，并且附有供使用参考的有关参数等。 性能标准：规定产品的化学成分、物理机械性能、热处理性能、晶粒度、抗腐蚀性、工艺性能及其他特殊性能要求等。 试验标准：规定做试验时的取样部位、试样形状和尺寸、试验条件以及试验方法等。 交货标准：规定产品交货、验收时的包装、标志方法及部位等。在本次设计中，使用的产品标准均执行中华人民共和国国家标准。客户另有要求的按所签的合同中的技术要求执行。而计算产品的技术要求如下。 计算产品的化学成分。本设计中各计算产品的化学成分如表3-3所示。表3-3 计算产品化学成分要求牌号 化学成分，% 主要成分杂质，不大于铜，不小于磷铋铅锑砷锡锌TUP99.50.010.040.0030.010.0050.0050.05镍硫氧铁杂质总和0.20.010.010.0050.49H62铜锌铅铁锑铋磷杂质总和60.563.5余量0.080.150.0050.0020.010.5QSn6.5-0.1锡磷锑铁铝铅铁铋6.08.00.10.250.010.020.0020.020.020.002铜杂质总和余量0.1BZn15-20镍+钴锌铁硅镁锰铅硫13.516.518220.50.150.050.30.020.01铜碳磷铋砷锑杂质总和余量0.030.050.0020.0010.020.9 计算产品公差。本设计中各计算产品的尺寸公差如表3-4所示。表3-4 计算产品的许用公差牌号厚度厚度许用偏差宽度许用偏差长度许用偏差TUP0.11.20.010-0.60-H620.11.20.015-0.40-QSn6.5-0.10.11.20.015-0.80-BZn15-200.11.20.035-0.60-15 计算产品的性能要求。本设计中各计算产品的性能如下表所示。表3-5 带材力学性能牌号状态拉伸试验抗拉强度(MPa)伸长率(%)TUPM20525030H62Y3654401214QSn6.5-0.1M3504506070BZn15-20Y294403.4 生产方案的选择所谓生产方案是指为完成设计任务书中所规定的生产任务而采取的生产方法。应当根据设计规格、产品质量及技术经济指标的要求，考虑在生产过程中的实际情况，制定出合理的生产方案。1 生产方案选择的依据生产方案的选择与设备的选择密切相关，二者应同时加以考虑，确定生产方案时主要考虑以下几点：（1）金属与合金的品种、规格、状态及质量要求品种和规格不同，所采用的生产方案就不同，那么设计的车间就有很大差别，例如板带材生产车间和管棒生产车间就有根本的区别。若产品质量要求不同就是同一种合金品种和规格也可以采用不同的生产方案。（2）年产量的大小产量不仅决定工艺过程的特点，而且也对设备选择、铸锭尺寸、产品规格有着直接的影响。例如，对于板材生产来说，产量不大时，可以采用单机架生产；而产量大时，则可采用连轧生产。（3）投资、建设的速度、机械化与自动化的程度、劳动条件、工人与管理人员的数量以及未来的发展。2 生产方案的确定常用的生产方案按轧制方式的不同可分为块式轧制法、带式轧制法和连铸连轧法。按铸锭的开坯方式的不同可分为热轧法和冷轧法。（1）块式轧制法 指单张块片方式轧制生产，一般小型工厂采用二辊不可逆式轧机，而近代大、中型厂多采用二辊可逆式或四辊可逆式轧机进行块式轧制法生产板材。此法适用于产量低、规格品种较多、板宽一般在1000mm以下的工厂。并且也适于非大批生产的中厚板、超宽板以及变断面板材的单机轧制生产。（2）带式轧制法近代化的板、带、箔材的大批生产主要采用二辊或四辊可逆式轧机、多机架连轧机进行成卷轧制。此法的特点：设备的机械化自动化程度高，易于实现生产高速化与连续化，劳动强度小；产量高，质最好，金属损失少，成品率高，成本低；设备复杂，投资大，建设周期长。此法适用于产量较大、产品质量要求较高的工厂。采用带式轧制法生产板带材是最广泛的一种方法。至于箔材生产是以带材作坯料进一步轧制而成。近年来许多国家还采用了行星轧机、摆式轧机、多辊轧机等生产带材、箔材。而为了控制板形，70年代初相继开发了各种新轧机与新技术，其辊系结构、辊形及调节方式各有特色，主要采用的是移辊技术、对辊交叉等技术，这新型轧机主要有：HC轧机、 CVC轧机、UPC轧机、PC轧机、FFC轧机等。在中厚板生产中，为了提高成材率，开发了平面形状控制法。为了提高产品精度，开发了极薄带异步轧制技术。（3）热挤压法某些重有色金属采用圆铸锭，通过挤压机生产带材，产品质量好。适合于产量不大、品种少的带材生产。（4）连铸连轧法板带连铸连轧设备由铸轧机和冷轧机组成。目前我国生产厚度为67mm的铸轧铝板，直接供给冷轧机和铝箔轧机，实现连铸连轧生产线。此法废料损失少，成品率高；生产工序少，周期短，生产效率高。连铸连轧法生产的带材可以作箔材坯料、建筑材料及日用器皿等。带式法具有设备的机械化自动化程度高，易于实现生产高速化与连续化，劳动强度小；产量高，质最好，金属损失少，成品率高，成本低等优点，所以本设计选择带式轧制法生产方案。4 生产工艺流程4.1 制订生产工艺流程的主要依据所谓的生产工艺流程是指把产品的生产工序按次序排列起来。确定车间生产工艺流程是工艺设计中的一项重要工作，它直接关系到整个设计是否可以满足设计任务书的要求。合理的生产工艺流程应该是保证完成设计任务书中规定的产量和质量的前提下，具有最低的消耗、最小的车间、最少的设备和最低的成本，并且有利于提升产品质量和将来发展，具有最优的经济效果和较好的劳动工作条件。制定生产流程的主要依据主要有以下几点： 根据生产方案的要求。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。 根据产品的质量要求。为了满足产品的技术条件要求，就是要有相应的工序给以保证。因此，满足产品标准的要求是设计生产工艺流程的基础。 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，其工艺过程也月复杂。因此，设计是生产率的要求是设计工艺过程的出发点。同时，在制定工艺流程中，总的原则是：节能、高效、保质、污染少和经济。具体如下： 充分利用合金的塑性，尽可能地是整个流程连续化，尽可能地减少中间退火及酸洗工序，轧制道次少，生产周期短，劳动生产效率高。 产品质量满足客户所提出的标准或技术条件要求，能实现生产成本低，成品率高的需求。 结合具体设备条件，各工序合理安排，设备负荷均衡，既保证设备安全运转，又能充分发挥设备潜力。 物量运输顺畅，尽可能减少倒流，减少中间工序或天车的运输量，以保证流程的顺畅。 有清洁卫生的环境及良好的劳动条件。4.2 生产工艺流程的确定QSn6.5-0.1采用的是水平连铸法获得铸锭，尺寸较小可以直接进行冷轧，省去了热轧工序，是工艺流程变得更加简单、实用、经济。而其他产品采用半连续铸造、热开坯、洗面及冷轧、热处理、精整等生产工序。各计算产品其余工序主要根据计算产品的性能和成品要求确定。BZn15-20中由于含有镍元素，且含量较高，镍不溶于酸，所以退火后不采用酸洗工序。而其他产品中由于Fe和Zn元素的存在而氧化相对严重，退火后应接着酸洗。QSn6.5-0.1在出成品前需进行均匀化退火，这是因为锡青铜的偏析非常严重，而进行均匀化退火则可以改善其组织，消除铸造应力。根据选择的生产工艺方案，确定计算产品的生产工艺流程如下：（1）TUP生产流程：铸锭（2005004800）热轧（28501500mm可逆式热轧机；h=15mm）铣面（双面铣，单面铣削量为0.5mm，侧面铣削量为0.5mm；h=14mm）粗轧（4450/11501250mm可逆式冷轧机；h=1.7mm）切头尾（下切剪，头尾各切1500mm）中间退火（钟罩式退火炉，退火温度：550620，加热时间3.5小时、保温时间7小时，装炉量：4卷）酸洗剪切（1050mm纵剪，两边切边量：15mm）精轧（4260/7007500mm可逆式冷轧机，h=0.3mm）成品退火（气垫式连续热处理炉，炉温：380440，料温：400，速度10m/min）分切（1050mm纵剪；剪成3条0.3180mm带材）检验包装入库。具体生产工艺流程见表4-1。（2）H62生产流程：铸锭（2005004800）热轧（28501500mm可逆式热轧机；h=15mm）铣面（双面铣，单面铣削量为0.5mm，侧面铣削量为0.45mm；h=14mm）粗轧（4450/11501250mm可逆式冷轧机；h=4.4mm）切头尾（下切剪，头尾各切1500mm）中间退火（退火温度：600650，加热时间3.5小时、保温时间7小时，装炉量：4卷）酸洗中轧（4450/11501250mm可逆式冷轧机；h=1.2mm）中间退火（退火温度：600650，加热时间3.5小时、保温时间7小时，装炉量：4卷）酸洗剪切（1050mm纵剪，两边切边量：20mm）精轧（4450/11501250mm可逆式冷轧机，h=0.9mm）清洗（薄带脱脂清洗机）分切（1050mm纵剪、1050mm横剪；剪成140块0.925512000mm板材）检验包装入库。具体生产工艺流程见表4-2。（3）QSn6.5-0.1生产流程：铸锭（1556064000）铣面（双面铣，单面铣削量为0.5mm，h=14mm）粗轧（4450/11501250mm可逆式冷轧机；h=5.5mm）切头尾（下切剪，头尾各切1500mm）中间退火（钟罩式退火炉，退火温度：580620，加热时间3.5小时、保温时间9小时，装炉量：4卷）酸洗中轧（4450/11501250mm可逆式冷轧机，h=2.2mm）中间退火（钟罩式退火炉，退火温度：580620，加热时间3.5小时、保温时间9小时，装炉量：4卷）酸洗剪切（1050mm纵剪，两边切边量：20mm）精轧（4260/7007500mm可逆式冷轧机，h=0.85mm）成品退火（气垫式连续热处理炉，炉温：380440，料温：400，速度10m/min）分切（1050mm纵剪、1050mm横剪；剪成10条0.85255mm带材）检验包装入库。具体生产工艺流程见表4-3。表4-1电缆铜带TUP的生产流程详细表电缆铜带TUP M 0.3180mm 序号工序名称设备名称本工序制品规格（mm）1铸坯20050048002加热步进式加热炉20050048003热扎28501500mm可逆式热轧机155804铣面双面铣削机组145705粗轧4450/11501250mm可逆式冷轧机1.75706切头尾下切剪1.75707中间退火钟罩式退火炉，550620/3.5+71.75708酸洗酸洗机列1.75709剪切1050mm纵剪1.754010精轧4260/7007500mm可逆式冷轧机0.354011成品退火气垫式连续热处理炉，炉温：380440，0.354012分切1050mm纵剪0.318013检验检验部门0.318014包装入库人工0.3180（4）BZn15-20生产流程：铸锭（2005004800）热轧（28501500mm可逆式热轧机；h=15mm）铣面（双面铣，单面铣削量为0.5mm，侧面铣削量为0.6mm；h=14mm）粗轧（4450/11501250mm可逆式冷轧机；h=4.1mm）切头尾（下切剪，头尾各切1500mm）中间退火（退火温度：680730，加热时间3.5小时、保温时间9小时，装炉量：4卷）中轧（4450/11501250mm可逆式冷轧机；h=1.1mm）中间退火（退火温度：680730，加热时间3.5小时、保温时间9小时，装炉量：4卷）剪切（1050mm纵剪，两边切边量：20mm）精轧（4450/11501250mm可逆式冷轧机，h=0.45mm）清洗（薄带脱脂清洗机）分切（1050mm纵剪；剪成2条0.45260200000mm带材）检验包装入库。具体生产工艺流程见表4-4。通过对以上工艺流程的工序进行汇总，得出本车间生产板带的工艺流程图如图4-1所示。表4-2散热器板材H62的生产流程详细表散热器板材H62 Y 0.925512000mm 序号工序名称设备名称本工序制品规格（mm）1铸坯20050048002加热步进式加热炉20050048003热扎28501500mm可逆式热轧机155594铣面双面铣削机组145505粗轧4450/11501250mm可逆式冷轧机4.45506切头尾下切剪4.45507中间退火钟罩式退火炉，600650/3.5+74.45508酸洗酸洗机列4.45509中轧4260/7007500mm可逆式冷轧机1.255010中间退火钟罩式退火炉，600650/3.5+71.255011酸洗酸洗机列1.255012剪切1050mm纵剪1.251013精轧4450/11501250mm可逆式冷轧机0.951014清洗薄带脱脂清洗机0.951015分切1050mm纵剪、1050mm横剪0.92551200016检验检验部门0.92551200017包装入库人工0.925512000表4-3 引线框架铜带QSn6.5-0.1的生产流程详细表引线框架铜带QSn6.5-0.1 Y 0.85255mm序号工序名称设备名称本工序制品规格/mm1铸坯15560640002铣面双面铣削机组14560640003粗轧4450/11501250mm可逆式冷轧机5.55604切头尾下切剪5.55605中间退火钟罩式退火炉，580620/3.5+95.55606酸洗酸洗机列5.55607中轧4450/11501250mm可逆式冷轧机2.25608中间退火钟罩式退火炉，450/5+62.25609酸洗酸洗机列2.256010剪切1050mm纵剪2.251011精轧4260/7007500mm可逆式冷轧机0.8551012成品退火气垫式连续热处理炉，炉温：3804400.8551013分切1050mm纵剪、1050mm横剪0.8525514检验检验部门0.8525515包装入库人工0.85255表4-4 弹性元件铜带 TUP的生产流程详细表弹性元件铜带 TUP Y 0.45260mm 序号工序名称设备名称本工序制品规格（mm）1铸坯20050048002加热步进式加热炉20050048003热扎28501500mm可逆式热轧机155724铣面双面铣削机组145605粗轧4450/11501250mm可逆式冷轧机4.15606切头尾下切剪4.15607中间退火钟罩式退火炉，680730/3.5+94.15608中轧4260/7007500mm可逆式冷轧机1.15609中间退火钟罩式退火炉，680730/3.5+91.156010剪切1050mm纵剪1.152011精轧4260/7007500mm可逆式冷轧机0.4552012清洗薄带脱脂清洗机0.4552013分切1050mm纵剪0.4526014检验检验部门0.4526015包装入库人工0.45260图4-1 板带车间的工艺流程图4.3 生产工艺叙述4.3.1铸锭的选择有色金属熔炼与铸锭车间广泛采用半连续与连续生产铸锭。锭坯质量的好坏是生产优质板带材产品的基础，因为冷隔、裂纹、缩孔、偏析、夹杂、气孔等铸造缺陷常常是产生各种各样产品废品的主要原因，有的内部缺陷大多在加工过程中才被暴露，导致恶化产品质量及降低成品率。(1)铸锭的质量通常对铸锭质量要求如下：锭坯的化学成分必须符合标准规定。锭坯尺寸及偏差应满足工艺要求，因为锭坯的厚薄不均严重时，轧制时会加剧不均匀变形，锭坯宽度偏差过大时会导致增加切变损失。锭坯表面缺陷较多时，通常应进行铣面、刨面或车面。根据生产要求，有时除扁锭大面也要求进行铣削。严格检查表面品质，不但要求表面无缺陷，还要保证表面铣削刀痕不超出规定，以及修理合格。要求锭坯内部没有缩孔、气孔、夹杂、偏析及裂纹等缺陷，少量的内部缺陷可进行金相检验确定轻重程度。(2)铸锭的形状及尺寸的选择铸锭尺寸与形状的确定对选择设备、确定工艺、提高产品产量与质量、降低产品成本都有很大响。因此，锭坯选择应根据下列原则：根据车间的规模和产量。对于大规模车间设计,应尽量选择较大的锭坯；根据产品的规格。板带材生产采用扁锭；根据设备能力。锭坯的最大规格尺寸应取决于设备的能力；根据制品的性能确定锭坯厚度（或直径）。为保证产品的机械性与内部组织的质量要求，锭坯应有足够的变形程度，确定锭坯的最大限制尺寸；根据金属及合金的工艺性质，铜合金通常采用大锭；根据铸造条件以及具体情况。由生产工艺流程可以得知TUP、H62、BZn15-20选择半连续铸锭，QSn6.5-0.1选择水平连续卷坯。其规格尺寸如表4-5所示。表4-1 锭坯规格尺寸牌号厚/mm宽/mm长/mm锭重/tH6220050048004.272TUP20050048004.272BZn15-2020050048004.272QSn6.5-0.115560640004.7844.3.2 铸锭的加热制度除冷轧开坯的重有色合金，以及利用铸造余热热轧的铁模铸造紫铜和锌、铅、锡及其合金外，几乎所有铜、镍及其合金的锭坯均在热轧前需要进行加热。因需要它提供铸锭热轧时的高温塑性，以降低材料的变形抗力，消除铸造应力，改善合金的组织状态与性能，并使材料获得最佳的变形量，以节约能源。该工序的主要工艺参数为加热温度及温度的均匀性、加热时间、加热炉内气氛的控制、炉子的热效率及加热炉综合的运行成本等。锭坯加热制度包括加热温度、加热时间、加热炉内的气氛控制、燃料的选择。1加热温度 确定加热温度时要考虑合金的化学成分、高温塑性及变形抗力、轧件尺寸及没备条件等。确定加热温度(指加热后出炉的锭还温度)时，一般参考合金的状态图、塑性图及变形抗力图等提出大致的温度范围，在生产中根据工艺及产品质量的具体情况进行调整。通常的规律如下： (1)大多数重有色合金加热时的上限温度约比熔点低100200，即相当于合金熔点的(0809)左右。(2)根据塑性图确定热轧塑性区范围时，加热温度应接近塑性温度范围上限，同时也应保证乾终温度不低于塑性温度范围的下限。(3)当生产对产品性能有要求的热轧板时，应根据晶粒度要求控制温度以及变形速度和变形程度。(4)从表面质量考虑，加热温度过高会加剧易氧化合金的氧化及脱锌。为防止氧化，可适当降低加热温度，并控制炉内气氛。 2加热时间 加热时间通常包括升温及均热时间，均热时间一般占总时间的l315左右。确定加热时间应考虑合金本性(包括导热性及比热)、锭还尺寸及加热炉的传热方式、装料方法等因素。加热锭还时，由于温度不均匀造成锭还各部分的温差不允许超过15200。在保证料温均匀热透的情况下，加热时间愈短愈好。对于导执性能较好的重有色合金，快速加热可以减轻表而氧化，防止过热过烧及晶粒粗大，并降低烧损，节省热能消耗及提高加热炉的生产率。如何确定加热时间，严格说应根据炉内的热交换条件进行计算后确定，但因金属的热容、热导率、热交换系数均随温度而变化，同时锭坯内外的不均匀程度也难以估计，因此，现场一般采用经验公式4-1估算：=CH （4-1）式中：H锭坯厚度，mm； C经验系数。各种合金的C值范围如下 紫铜 C0.10.15H62黄铜 C0.130.23复杂黄铜及青铜 C0.150.27镍及镍铜合金 C0.200.30。3、加热炉内气氛的控制 加热炉内气氛的控制主要根据炉内气氛性质与合金的相互作用的特征，以及炉内气氛中某些成分和杂质对合金的有害影响来决定。理想的加热气氛应为中性气氛，但中性气氛生产中不容易控制。4、燃料选择 加热炉燃料有固体、液体和气体燃料。燃料选择主要根据提供何种燃料，一般情况下，加热炉采用液体燃料比较理想，本设计项目采用汽油。本设计选择步进式加热炉，加热制度如表4-2所示。表4-2 步进炉锭坯加热制度合金牌号加热炉区温度 出炉温度加热时间 h区区区区TUP8709209209508909008508708508703H62850880860870840850-8303.5BZn15-2087092092095089090085087085087044.3.3热轧工序1、热轧压下制度压下制度包括决定热轧时的总加工率及各道次的加工率。合理的压下制度应该满足优质、高产、低消耗的要求，在合金塑性及设备能力允许的情况下，尽量采用大加工率及尽可能少的轧制道次。（1）总加工率大多数重有色合金热轧的总加工率达95%以上，对于少数高强度、低塑性及热轧塑性温度范围较窄的合金，热扎的总加工率也在90%左右。在确定重有色合金热轧总加工率时应该考虑如下几点：合金的本身性质；产品质量要求。；轧机能力及设备条件；锭还尺寸和质量。（2）道次加工率锭坯厚度及轧终厚度确定后，即热轧总加工率已知后，即可根据各道次的平均加工率，求出轧制道次。具体方法就是利用图4-1，连接总价功率和道次加工率，与中间线交点即为道次。热轧各道次加工率的分配应考虑合金品种、锭坯尺寸、锭坯质量、加热情况、设备条件及产品质量要求等。通常的要求是：顺利咬入、不出现轧裂、变形均匀以提供合乎要求的板还，并保证没备安全，不允许出现电机跳闸及断辊等事故。大致可以把热轧过程分为开始、中间及终了三个阶段，结合具体轧制条件来分析在热轧各个阶段分配道次加工率的特点：开始阶段第一道次的加工率应该小，然后第二道次应该尽量大（在最大道次加工率范围内），而后每道次适当减少加工率。这是由于第一道次要保证顺利咬入，而第二道次要充分发挥轧件的塑形，后面的道次则因为加工硬化，变形抗力逐渐增大。本设计所选产品的最大道次加工率以及道次平均加工率的范围见表4-3。表4-3 步进炉锭坯加热制度合金牌号锭坯宽度，毫米max，%，%TUP34060033402732H6234060040503238BZn15-2034060028332228图4-1 确定轧制道次的计算图根据铜及铜合金热轧总加工率能达到90%甚至95%以上，结合热轧道次分配原则，可得出被设计的热轧压下制度如表4-4所示。表4-4 热轧压下制度牌号压下制度,mmTUP200-142-90-55-35-25-24-18-15H62200-150-90-53-35-25-28-19-15BZn15-20200-150-102-71-50-36-27-21-17-152、热轧时的温降在热轧过程中，压下制度与轧件温度降低有很紧密的关系。由于轧件温度的不同导致的轧件变形抗力等的不同影响了压下制度。因此生产中必须掌握温降的规律修订压下制度，并控制轧终温度。轧终温度太低，由于塑性降低、变形抗力高，导致增加轧制道次，而且由于散热不均易出现裂边反性能、厚度不均影响产品质量；轧终温度较高，轧件塑性好，道次少，一般热轧后坯料不必退火就可以冷轧，但轧终温度过高时，易出现粗大晶粒及严重氧化，也会恶化产品质量。大多数重有色合金热轧时是逐道次降温的，但锌及其合金热轧时由于塑性变形产生的热效应占主导地位，热轧时出现轧件温度升高的现象。热轧时温降的影响因素如下：轧件对周围介质的辐射、对流以及接触轧辊、辊道时的热传导；轧件表面积、重量的大小及热轧时冷却水的压力和流量；轧制速度的快慢、轧制造次及每道次的间隔时间；锭坯热轧前的加热温度；热轧时塑性变形产生的热效应。铜、镍及其合金热轧均在600700以上的高温下进行，热辐射损失占主导地位，由此可推导出计算温降的理论公式。3