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年产量2.8万吨铝及铝合金板带材车间设计说明书



江西理工大学 2011 届本科生毕业设计


第一章



总论 ......................................... 1

1.1 车间设计的一般概论 ................................. 1 1.2 车间设计的可行性研究 .

.............................. 1 1.3 车间概况 .......................................... 4 1.4 厂址的选择 ........................................ 4

第二章

车间工艺设计 ................................. 6

2.1 生产方案的选择..................................... 6 2.2 生产工艺流程...................................... 11 2.3 工艺叙述 ......................................... 13 2.4 设备的选择 ....................................... 26 2.5 工艺计算 ......................................... 34 2.6 设备负荷计算...................................... 47 2.7 车间平面布置和立面尺寸 ............................ 50 2.8 车间劳动组织和经济指标 ............................ 57

第三章

车间厂房与辅助设施设计 ...................... 69

3.1 厂房设计 ......................................... 69 3.2 车间电力设施...................................... 73 3.3 车间供水与排水、供气、供热 ........................ 77 3.4 环境保护 ......................................... 78

参考文献 ............................................ 80 致谢 ................................................ 80

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第一章 总论
1.1 车间设计的一般概论 1.1.1 目的和任务
车间设计的目的是为了建立一个年产 2.8 万吨铝及铝合金板带材生产车间。 车间设计的任务是对需建设的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。具体任务如下: (1) 技术任务 1) 确定产品品种、规格、质量标准及年产量。 2) 确定产品的生产方案及生产工艺过程,选取主要设备并确定其必要的数 量 3) 选择与计算辅助设备。 4) 计算完成年计划产量所需的原料,材料及动力消耗。 5) 提出动力、运输、照明、采暖、通风、供水、排水等各项设计要求。 6) 计算车间所需面积,车间内主要设备与辅助设备的布置。 7) 确定厂房形式和主要尺寸, 画出车间平面布置图, 提出安全环保等措施。 (2) 组织任务 研究车间的生产劳动组织,确定职工人数及编制,制订劳动定额等。 (3) 经济任务 计算及制订基本建设投资额,生产预算,计划单位产品成本和综合技术经济 指标。

1.1.2 车间设计的依据
车间设计的依据是设计任务书。 在进行车间设计之前,应从技术经济部分取得设计任务,而设计任务书是有 关部门根据国家计划经过充分讨论订出指定的,其基本内容有: (1) 车间的生产规模,生产品种; (2) 车间的生产方案; (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) 要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;

1.2 车间设计的可行性研究 1.2.1 市场调查
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供应分析 : 在国民经济持续、快速增长的拉动下,我国铝板带、箔的消费量不断上升, 为全球第二大铝轧制产品消费国, 空调铝箔和包装用铝箔在中国有巨大的市场空 间。 行业专家预计,按照铝板带产品年均 8%和铝箔产品 10-12%的保守增长率估 算,到 2010 年,中国的铝板带产品的产量将达到 380 万吨以上,铝箔的产量有 望达到 110 万吨以上。专家提醒,短期内应防止产能扩展过快带来的投资风险。 目前,全球铝板带箔材生产总量已达到 1800 万吨,其中铝板带产量约 1500 万吨,铝箔产量约 300 万吨。在中国,铝板带箔行业发展势头良好,统计显示, 2006 年我国生产铝板带 283 万吨,铝箔 74 万吨,已经成为仅次于美国的第二大 铝板带生产国,全球最大的铝箔生产国,且产量年均增长率分别达到 8%和 10% 左右。 需求分析 : 影响铝板带箔的消费需求的因素有:一是产品的价格。二是下游行业的市场 需求量。三进口产品的价格。 2009 年,我国铝板带箔的产量为 470 万吨,而市场需求量为 500 万吨左右。 预计 2010 年全年,我国铝板带箔的市场供给量约为 500 万吨,市场需求量将达 到 535 万吨。 2010 年我国铝板带箔的市场需求量约为 500 万吨,预计到 2015 年我国铝板 带箔的市场需求量将达到 745 万吨。 近年来,我国经济增长带动了铝箔消费的持续快速增长,根据中国有色金属 工业协会的测算,我国铝材需求增长率达到 GDP 增长率的 1.65 倍。我国居民消 费结构升级将为我国铝箔工业提供广阔的市场空间。 消费特征分析 按照消费量等于产量加上净进口量计算,2009 年我国铝板带表观消费量达 到 360 万吨,铝箔的销量为 105 万吨。 由于世界各国经济发展水平不同, 人均铝板带箔消费量有很大的差别, 2009 年, 世界人均铝板带箔的消费量为 3.2 公斤, 其中人均消费量最多的国家是美国, 人均消费量达到 20 公斤,其次是意大利,人均消费量为 10 公斤。 2008 年,我国铝板带箔生产和消费增速明显放缓,主要是由于房地产新开 工面积和在建面积增速、汽车产量增速和铝制品出口增下降所致。随着房地产投 资增速的大幅放缓,固定资产投资增速也面临较大的下降压力,再加上铝价大幅 走低,消费者大多采取观望的态度。 2009 年,随着经济的恢复和发展,铝板带箔行业开始出现复苏的局面,市 场需求量不断增加,出口量也开始增加。到 2010 年,随着国家经济建设和区域

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经济发展规划的出台, 固定资产投资不断增加, 房地产行业出现快速发展的局面, 对铝板带箔的市场消费出现快速提升。 未来我国的铝板带生产应该向着规模化,技术化,科技化的方向发展,而作 为国家而言应该将生产设备落后,生产能力较低的铝板带生产企业给予取缔,作 为高耗能的加工项目,国家应该适当介入,将我国铝行业向国际先进水平靠拢。 2002 年,我国各类铝加工材总产量已超过德国和日本,跃居世界第二,成 为仅次于美国的世界铝加工生产大国和消费大国,但人均年消费量仍然较低, 2003 年铝材人均年消费量为 3.20 公斤,不仅远远低于美国 27.40 公斤、日本 19.40 公斤的水平,也低于 2000 年世界人均 3.30 公斤的年消费量。我国铝材消 费量若要达到世界平均水平,其产量应达到 400 万吨;若要达到美国、瑞士、日 本等国家的消费水平,铝材产量需达到 2,200 万吨,其中铝型材应约为 880 万吨 (资料来源:中国有色金属加工工业协会)。因此,随着国民经济的发展和居民 消费水平的进一步提高,尤其是住房条件的进一步改善,铝型材的消费量有望继 续增长,从而为我国铝型材行业的发展提供较大的发展空间。 根据我国国民经济发展三步走的战略,现在进入了全面建设小康社会的阶 段,2001 至 2050 年间将达到中等发达国家的水平。依据专家分析,我国制定的 "小康"目标的人均居住面积指标是 35 平方米/人,而现在只达到 20 平方米/人。 因此,这期间住宅建设将继续高速发展,其拉动国民经济增长总值将达 7%左右。 2000 年我国住宅建设面积 6.30 亿平方米,仅门窗生产规模达 16.10 亿平方米。 2050 年前我国将新建 250~300 亿平方米住宅,仅门窗约需 640~766 亿平方米。 其中 2010 年前,铝门窗一项所需铝型材的年均增量约 10 万吨,这里还不包括其 他建筑铝型材带来的大量需求。 发展存在的问题 近年来,随着我国国民经济的持续高速发展,对铝板带材的需求旺盛。虽然 我国铝板带生产有了长足的发展,但产品结构仍不够合理,普通产品生产能力的 过剩,高技术含量、高精度、高质量产品生产能力不足,因而也造成大量进口的 局面出现。 从总量上来看,我国铝板带材的生产与消费已进入世界前列,但人均消费仍 旧很低,与世界发达国家相比差距更大,不及美国人均消费量的 7.5%、日本的 14%,因此,随着国民经济的持续发展和人民生活水平的不断提高,我国铝板带 箔工业仍有较大的发展空间。 目前,我国铝板带箔市场存在的问题主要表现在:产品结构不合理,特别是 技术含量高、生产难度大的高精度产品供应不足的矛盾较为突出,而低档次产品 充斥市场。这些现象严重的阻碍着我国铝板带箔市场的健康发展,也是市场发展 亟需重点关注与解决的问题。 未来发展趋势:
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目前,我国铝材的消费结构与其他国家相比有较大的差异,压延材所占比例 低于挤压材,但从近几年市场需求的情况来分析,预计我国铝板带箔材的消费将 会有显着的增加,逐步趋向于世界铝材的消费结构,2010 年,我国铝板带材的 消费量预计达 300 万 t/a 以上,铝箔材的消费量将达到 85 万 t/a 以上

1.2.2 要求
在设计的过程中,秉着遵纪守法、注重环保的要求,设计出工艺先进、投资 少、利润高、成品率高、综合利用率高、环保简洁及节能的车间。

1.3 车间概况 1.3.1 车间设计年产量、品种、规格、范围
本设计为年产 2.8 万吨铝及铝合金板带材生产车间的设计。 采用带式法并结 合先进生产工艺和生产设备来生产各种规格的铝及铝合金板带材产品, 可以生产 1、2、3、5、7 系等合金牌号的产品,主要有 PS 版基卷材、飞机蒙皮板、幕墙 板、制罐料等多种产品。产品厚度最薄可达到 0.3mm,宽度为 550~1050mm,板 材长度可达 5m。本设计四个计算产品牌号为:1060、2A12、3A21、7A09。

1.3.2 车间面积、经济指标
本车间总面积为 15840m2,总投资 150387.45 万元,综合成品率达 87.48%,年 总产值 105112 万元,年利润 55843.168 万元,在册工人数为 381 人,车间建成 投产 46 个月后即可收回成本。

1.4 厂址的选择
一般来讲,大中型铝板带加工厂有两种厂址选择方案,一是靠近原材料(电 解铝)厂,二是靠近消费市场。 把加工厂建在靠近消费市场的地方,有利于开拓市场和提高服务质量,但对 大中型板带加工厂,其用户会遍及全国各地,因此把工厂建在某个消费相对集中 的地区,必然会存在原料和成品的运输问题。而厂址靠近原材料厂,其经济利益 是显而易见的。一些不利因素可以通过加强管理,在热点地区建立销售中心等方 式弥补。其优点主要有: (1) 可以尽可能地利用电解铝液;不需要长途运输铝锭,可节省运输成本 200 元/吨左右。 (2) 可得到一个较低的运行成本、仅电费就可节省 150~450 元/吨; (3) 避免了冶炼厂成品和铝加工的库存。 (4) 可减少电解铝厂和板带加工厂双方的铝锭供销人员和费用。 通过以上比较,选择第一种方案,即在原料厂附近建厂,我国主要产铝大省 有山东、河南、贵州、山西、青海、广西,其中河南铝工业发展的前景最广阔。 河南是全国的铁路和公路交通的枢纽,产品运输方便,相应可以节约大量运输成 本,提高利润。青海地处西部,距离消费市场较远,需每年运进、运出百万吨物
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料, 运价昂贵, 增高成本。 贵州省具有丰富的铝土矿, 但是埋藏较深开采成本高。 相比之下,河南发展铝工业优势十分明显,全国可供拜尔法工艺生产的铝土矿资 源 8 亿吨,其中一半以上在河南。河南还有丰富的水电资源。从以上不难看出, 从铝业的发展规律来看,依托河南的铝资源优势,和便利的交通运输条件,以及 强大的消费市场。在河南建厂是比较符合要求的。

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第二章 车间工艺设计
2.1 生产方案的选择 2.1.1 产品方案的编制
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。 编制产品方案的原则: (1) 国民经济发展对产品的要求 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。 本设计中所确定的产品方案表详见表 2-1。
表 2-1 产品方案表 序 号 1 2 3 4 制品名称 纯铝带 防锈铝板 硬铝板 超硬铝板 合金牌号 L2、L3 LF21、LF11、LF6 LY12、LY6、LY11 LC9、LC4 状态 M、Y、Y1、Y2、 Y3、Y4、T M、Y、Y1、Y2、 Y4、 M、CZ、CS、 CZY M、CS、 产品规格范围 mm 厚 0.3~4.0 0.3~4.0 0.3~4.0 宽 500~2500 500~2500 500~2500 2000~10000 2000~10000 2000~10000 长

0.3~4.0 500~2500

2.1.2 计算产品的选择
车间拟生产的产品品种、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品种、规格及状态都进行详细的工艺 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 类产品进行分类编组,从中选择典型产品作为计算产品。 选择计算要注意以下几点: (1) 有代表性 这些计算产品从车间总体来说,在合金、品种、规格、状态、产量和工艺 特点等方面必须具有代表性。
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(2) 通过所有的工序 指所选的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。 根据计算产品进行工艺计算、选择设备、确定工艺、确定车间人力与物力的 消耗及技术经济指标等所获得的结果。 把计算产品按产品名称、合金牌号、状态、规格范围、产量等列成表,如表 2-2 所示。
表 2-2 计算产品表 制 序 号 品 名 称 纯 1 铝 带 防 2 锈 铝 板 硬 3 铝 板 超 4 硬 铝 板 LC9 1.25*950*3000 CS 7000 25 GB/T 3194-1998 LY12 1*1000*5000 CZ 7000 25 GB/T 3194-1998 LF21 0.5*1050*2000 Y2 7000 25 GB/T 3194-1998 L2 0.3*550 M 7000 25 GB/T 3194-1998 合金 牌号 产品规格 厚 (mm) (mm) (mm) 宽 长 状态 年产量 (t) 所占比例(%) 技术条件

2.1.3 加工产品的基本性质
加工产品的各类性质如表 2-3 到表 2-6 所示

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表 2-3 计算产品的化学成分 合金牌 号 1060 3A21 2A12 7A09 Si 0.25 0.6 0.5 0.5 Fe 0.35 0.7 0.5 0. 5 Cu 0.05 0.2 3.8~ 4.9 1.2~ 2.0 合 金 牌号 1060 3A21 2A12 7A09 密 度
3

Mn 0.03 1.0~ 1.6 0.3~ 0.9 0.15

Mg 0.03 0.05 1.2~ 1.8 2.0~ 3.0

Cr — — — 0.16~ 0.3 比热容

Zn 0.05 0.1 0.3 5.1~ 6.1

Ti 0.03 0.15 0.15 0.1

Ni — — 0.1 —

Al 99.6 余量 余量 余量

表 2-4 计算产品的物理性能 液相线 温 /℃ 2705 2740 2780 2800 657 654 638 635 度 固相线 温 /℃ 646 643 502 477 68×10 — 66×10 68×10 屈服强度 б
0.2 -6 -6 -6

体膨胀系数 /m (m *K)
3 3

热 导 率

室温电阻 率/欧姆* 毫米 27.8 34 73 43.1 疲劳强度 б -1/ MPa 20 30 35 45 45 90 140 — 140 — 50 55 60 70 70 — 160

/Kg/m



/J/(Kg*K) /W/(m*K) 900 1176 (200℃) 875 960 硬度 /HB 19 23 26 30 35 47 120 — 120 — 28 35 40 47 55 60 150 234 164 120 155 抗剪强度/ MPa 50 55 60 70 75 125 285 125 285 275 75 85 95 105 110 150 330

表 2-5 计算产品的典型室温机械性能 合金牌号 状态 M Y4 Y2 1060 Y1 Y M CS JM 2A12 CYZ JCS M Y4 Y2 3A21 Y1 Y 7A09 M CS 抗拉强度 б b/MPa 70 85 100 115 130 185 470 180 485 440 110 130 150 175 200 230 570 延伸率δ /% 43 16 12 8 6 20 20 20 18 19 30 10 8 5 4 17 11 / MPa

30 75 90 105 125 75 325 75 345 290 40 125 145 170 185 105 505

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表 2-6 计算产品的典型用途 合金牌号 1060 2A12 3A21 7A09 典 型 用 途 要求抗蚀性与成形性均高的场合,但对强度要求不高,化工设备时典型用途。 航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等,建筑与交通运输工具结构件等 飞机油箱、油路导管、铆钉线材等,建筑材料与食品工业装备等。 飞机结构件用中厚板、挤压件、自由锻件与模锻件、制造这类零件对合金的要 求是:抗剥落腐蚀、应力腐蚀、开裂能力、断裂韧性与抗疲劳性能都高。

2.1.4 产品质量的要求
(1) 规格标准 (2) 性能标准 (3) 试验标准 及试验方法等。 (4) 交货标准 规定产品交货、验收时的包装、标志方法及部位等。 本设计中成品性能标准是 GB/T 3194-1998。 规定产品的牌号、形状、尺寸及表面质量,并且附有供使 规定产品的化学成分、物理机械性能、热处理性能、晶粒 规定做实验时的取样部位、试样形状和尺寸、实验条件以 用参考的有关参数等。 度、抗腐蚀性、工艺性能及其他特殊性能要求等。

2.1.5 生产方案的选择
(1)生产方案的定义 所谓生产方案是指为完成设计任务书中所规定的产品的生产任务而采取的 生产方法。根据设计规模、产品质量及技术经济指标的要求,考虑当时当地的具 体条件、找出合理的生产方案。 (2)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的差 别。 2) 年产量的大小 产量不仅决定工艺过程的特点,同时也对设备选择、铸锭尺寸、产品规格有 着直接的影响。 3) 投资、建设速度、机械化与自动化程度、劳动条件、工人与管理人员的 数量以及将来的发展。 主要考虑经济效果,采用那种方案合理,适合建厂原则,在设计时可比照一 个厂,特别是比较成熟的工艺。 (3)生产方案的比较
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常用的生产方案按轧制方式可分为块式法和带式法。按铸锭的开坯方式分, 有热轧法和冷轧法。 1) 块式法 这是一种老式的生产方法。它是将锭坯经过热轧或冷轧,再剪切成一定长度 的板坯,直至冷轧出成品的方法。其特点是设备简单,投资少,操作方便,灵活 性大,调整容易;其缺点是生产效率低,劳动强度大,中间退火次数多,生产周 期长,耗能大,金属工艺损失大,成品率低,产品品质不易控制。可以在产量小、 品种多、建设周期短的中、小型工厂中采用的。 2) 带式法 这是一种近代的大生产方式, 它是将锭坯经过热轧开坯, 卷取成卷进行冷轧, 最后剪切成板或分切成带的生产方法。特点是采用大铸锭,进行高速轧制,易于 连续化、机械化的大生产,劳动生产效率高,单位产品能耗少,可采用高度自动 化控制产品品质好, 劳动强度小, 生产条件好; 缺点是设备复杂, 一次性投资大, 建设周期长,灵活性差。适合于产量大、规格大,品质要求高的生产,是大型工 厂所采用的生产方法,虽然投资大、建设周期长。特别是由于技术的高度进步, 坯料和带材可以通过焊接,卷重可达 2 吨以上。带式法正向连续化、自动化、大 型化、高精度化发展。 带式法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的轧 制。 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,这新轧机主 要有:HC 轧机、CVC 轧机、UPC 轧机、PC 轧机、FFC 轧机等。 3) 连铸连轧法 板带连铸连轧设备由连铸机和冷轧机组成。目前我国生产厚度为 6~7mm 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做箔 材坯料、建筑材料及日用器皿等。 通过对以上生产方案的比较,并结合实际年产量,本设计采用带式法生产。

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2.2 生产工艺流程 2.2.1 生产工艺流程的定义
所谓生产工艺流程就是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能否满足设计任务 书的要求。 合理的生产工艺流程应该是在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、 最少的设备、 最小的车间面积、 最低的产品成本, 并且有利于产品质量的不断提高和将来的发展, 具有最好的经济效果和较好的劳 动条件。

2.2.2 生产工艺流程制订的主要依据
制定生产流程总的主要依据有以下几点: (1)根据产品方案的要求 由于产品的产量、品种、规格和质量的不同,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工艺流程的依据。 (2)根据产品的质量要求 为了满足产品技术条件要求,就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。 (3)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,其工艺过程也越复杂。因此,设计时生产率 的要求是设计工艺过程的出发点。

2.2.3 计算产品的生产工艺流程
带式法生产铝及铝合金板带材的一般生产工艺流程如图 2-1 所示, 各计算产 品的具体生产工艺流程归结如表 2-7 所示。

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半连续铸锭 铣面、蚀洗 包铝 加热 热轧 切头尾边 卷取 预先退火 冷轧 中间退火 预先剪切

淬火 成品退火 人工时效

精整 检验 涂油包装 入库 图2-1 带式法生产铝及铝合金板带材的一般生产工艺流程

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表 2-7 产品的生产工艺流程 流程号 工 序 合金牌号 产品规格 供货状态 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 供锭 铣面 蚀洗(擦净表 面) 包铝 加热 热轧 切头、尾、边 卷取 预先退火 冷轧 中间退火 预先剪切 成品退火 淬火 时效 矫直 剪切 检验 涂油、包装 入库 Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ⅰ 1060 0.3×550 M Ο Ⅱ 2A12 1×1000×5000 CZ Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ⅲ 3A21 0.5×1050× 2000 Y2 Ο Ο Ⅳ 7A09 1.25×950×3000 CS Ο Ο

2.3 工艺叙述 2.3.1 锭坯的选择
有色金属熔炼与铸锭车间广泛采用半连续与连续铸造法生产铸锭, 铸锭经去 除头尾、切断,有的需表面机械加工,作为加工车间的锭坯。 (1)锭坯选择的原则

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锭坯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 产品成本都有很大影响。因此,锭坯选择应根据下列原则: 1) 根据车间的规模和产量 对于设计规模和产量较大的车间,应尽量的选择大锭坯。 2) 根据产品的规格尺寸 锭坯形状是由产品形状和设备特点决定的,一般情况下,板带材生产采用扁 锭。锭坯的宽度、厚度、长度或重量可以根据产品的规格尺寸加以确定。如板带 材轧制。应根据成品宽度加上切边损失量确定热轧前锭坯的宽度,扁锭热轧前的 尺寸等于成品宽度乘以块数 n 再加上切变量后减去宽展量。 3) 根据设备能力 锭坯的最大规格尺寸应取决于设备能力。如扁锭坯的最大厚度、宽度、长度 及重量取决于轧机轧辊最大开口度、轧机的强度和刚度、电机能力、最小终轧厚 度、前后辊道长度以及其他各种设备的承受能力等。 4) 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能与内部组织的质量要求,锭坯应留有足够的变形程 度,确定锭坯最小限制尺寸。 5) 根据金属及合金的工艺性质 由于各种金属及合金的加工性能不同, 那么所选择的锭坯大小也不同。 如铝、 铜等合金通常采用大锭,而对于一些难加工的金属采用小锭。为了解决好咬入以 及热轧时裂边、折边把扁锭的窄面侧边做成圆弧形。 6) 根据铸造条件以及具体情况 目前采用的铸造方法有:水平模、立模、半连续及连续铸锭。应视不同的情 况进行选择,使用最广泛的是半连续与连续铸造法。由于铸造速度与铸锭愈薄愈 难于铸造的操作技术水平限制了铸锭的宽厚比,其宽厚比一般在 4~7。 (2)锭坯尺寸与形状 锭坯尺寸与形状的确定必须综合分析,全面考虑。锭坯的尺寸应考虑产品的 品种、规格,考虑生产规模、设备条件和铸造方法等因素,选择锭坯的尺寸要综 合考虑, 因为增加锭坯的厚度, 可以减少整个工序的辅助时间, 提高设备利用率; 锭坯越厚,几何废料和工艺损失越少,锭坯尺寸越大就越有利于连续化的生产。 但是过厚的锭坯会带来严重的偏析,以及铸造和轧制上的困难。但是现在连续化 生产的锭坯已经不受这个限制,特别是采用水平连铸的带卷,其厚度为 16mm 左 右,宽度可根据随后工序的设备而定,可选在 400~2000mm,长度按带坯的卷重 来定。有色金属压力加工用坯料,在工业上还没有统一的标准,通常是每个加工 车间根据本车间的能力,选择锭坯,在设计中,各加工车间根据情况,确定需要 锭坯的尺寸、形状、数量,向熔铸车间提出供锭任务书。 (3)锭坯的质量
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锭坯质量是生产优质板带箔材与管棒型材产品的基础, 因为铸造缺陷常常是 产生各种废品的主要原因。 通常对锭坯质量要求如下: 1) 锭坯的化学成分及宏观组织应符合标准的规定; 2) 尺寸及偏差应满足工艺的要求; 3) 铸锭表面光洁、无缺陷通常对锭坯要进行铣面、刨面或车面。 4) 铸锭内部应没有缩孔、气孔、夹杂、偏析及裂纹等缺陷。 四种计算产品铸锭规格如表 2-8 所示
表 2-8 合金牌号 1060 3A21 2A12 7A09 成品宽度/mm 550 1050 1000 950 计算产品铸锭规格 铸锭规格/mm 160×1050×4000 170×1050×4000 160×1050×4000 160×1060×4000 υ 700/1250*2000 四辊 可逆式热轧机 热轧机规格

2.3.2 铝及铝合金板带生产工艺
(1)铸锭铣面 用铣削的方法将铸锭表面剥去一层,以消除铸锭表面缺陷的方法叫铣面。铸 锭铣面是为了除去表面的偏析瘤、夹渣、结疤和表面裂纹等,减少板片的金属及 非金属压入缺陷, 提高表面品质; 易于包铝, 提高包铝板的焊合品质和抗蚀性能。 每边铣削量为:硬铝合金、高镁铝合金不少于 6mm,高锌系合金不少于 7mm,软 合金不少于 3mm。半连续铸锭的表面常存在有偏析浮出物(偏析瘤),有时还带 有夹渣,结疤和表面裂纹,因此必须铣面。对纯铝铸锭一般可不铣面。 由于偏析瘤中的合金元素含量较高,在热轧温度下,其塑性很低,易被压脆 压裂,脆裂的金属被轧机压入板面后,在热轧温度下,起塑性很低,易被压碎和 压裂。碎裂的金属被轧机压入板面后,将影响板片的表面质量,造成金属压入缺 陷。因此铸锭一般都要铣面。 (2)蚀洗 用化学方法消除铣面与锯切后锭坯表面上的乳蚀液、油污,残留铣屑及表面 擦伤等缺陷的工艺的方法。2A16、2A11、2A12、3004 等合金的铣面锭坯、纯铝 锭坯以及包铝板都需要蚀洗。对含有 Mg、Mn、Si、Zn 元素较多的超硬铝和高镁 系防锈铝的锭坯不宜蚀洗,但需擦净表面。 蚀洗工艺:碱洗 冷水洗 酸洗(中和) 冷水洗 热水洗。 (3)包铝 包铝的目的是为了提高合金制品的抗蚀性能和加工工艺性能。 包铝分为工艺
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包铝和技术包铝。如果单纯为改善加工工艺性能而进行的包铝称为工艺包铝。如 果技术条件要求为提高抗蚀性能而进行的包铝称为技术包铝。 单面包铝层厚度是制品总厚度的 2.5~10%(一般取 4%)。包铝板长度通 常为锭坯长度的 75%左右,宽度比锭坯宽度大 120~140mm。 本设计中的计算产品,只有 2A12 采用 1060 作包铝板,而 7A09 采用 6005 作 包铝板,其包铝板尺寸见表 2-9 所示。
表 2-9 计算产品铸锭的包铝板尺寸 合金牌号 厚度/mm 每面 2A12 7A09 6 7 包铝板尺寸 宽度/mm 1180 1180 长度/mm 787.5 787.5

(4)加热 铸锭加热的目的在于充分利用铝及铝合金在高温状态下的良好塑性和较低 的变形抗力,并消除一部分铸锭产生的残余应力,保证热轧所需温度和良好的加 工性能。 铸锭加热制度包括加热温度、加热时间及炉内气氛、装炉量、装炉方式等。 1) 加热温度 加热温度应满足热轧温度,保证金属的塑性高、抗力低、产品质量好铸锭的 加热温度必须适当,铸锭加热温度应按照有关规定进行,温度过高时,将发生合 金铸锭过热现象。 而温度过低时, 在轧制过程中, 铸锭的表面易产生细网状裂纹, 其边部也易产生裂口。铸锭的温度必须均匀,铸锭加热时,应使铸锭各个部位温 度均匀。加热时间的长短,除与加热设备有关外,也与铸锭的厚度有关,在保证 铸锭加热均匀的条件下,加热时间愈小愈好。 T=T 开轧+(50~70℃) 式中 T 、T 开轧分别是热轧温度、合金的开轧温度。 2) 加热时间 加热时间包括升温和均温时间,确定时间应考虑合金导热性、铸锭尺寸、加 热时的传热方式及装料方法等因素。 加热时间宜短, 降低能耗, 防止过热或过烧, 但必须保证均匀热透,达到所需要加热温度。 t=(12~20) H 式中 t、H 分别是铸锭加热时间、铸锭厚底 3) 炉内气氛 根据具体合金与气体相互作用的特性不同,选用不同的炉内气氛,以保证铸 锭的加热质量,本设计是在推进式加热炉中加热,炉内气氛是空气。为了提高加 热速度,保证加热均匀,在炉内常采用风机实行强制热循环流动。
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根据合金的塑性图、合金相图、再结晶图及相关资料可得各计算产品的加热 制度见表 2-10 所示 加热炉采用推进式加热炉。
表 2-10 计算产品铸锭的加热制度表 合金牌号 1060 2A12 3A21 7A09 加热温度/℃ 500 460 520 495 加热时间/h 4 4.5 4.5 4.5

(5)热轧 加热工艺制度包括加热温度、热轧速度、压下制度、冷却润滑及辊型。对热 轧温度、热轧速度、热轧压下制度、热轧冷却润滑及热轧缺陷分别介绍如下。 1) 热轧温度 热轧温度包括开轧温度和终轧温度, 合金的状态图是确定热轧温度范围最基 本的依据。理论上 T开=(0.85 ~ 0.90)T熔 左右,但应考虑低熔点相的影响。热轧 温度过高,容易出现晶粒粗大或晶间低熔点相的熔化,导致加热时铸锭过热或过 烧,热轧时开裂或轧碎。 塑性图在一定程度上反映了金属的高温塑性情况, 它是确定热轧温度范围的 主要依据。根据塑性图可以选择塑性高、强度小的热轧温度范围。对某些合金, 当温度降低时,塑性急趋下降。出现“中温脆性区”,温度控制不当,热轧板出 现裂边现象。因此,热轧应在温度降落在中温脆性区以前完成。 塑性图不能反映热轧终了金属的组织与性能。 当热轧产品组织性能有一定要 求时,必须根据第二类再结晶图确定终轧温度。终轧温度要保证产品所要求的性 能和晶粒度。温度过高,晶粒粗大,不能满足性能要求,而且继续冷轧会产生轧 件表面桔皮和麻点等缺陷,当冷轧加工率较小时,还难以消除。终轧温度过低引 起金属加工硬化,能耗增加,再结晶不完全导致晶粒大小不均及性能不合。终轧 温度还取决于相变温度,在相变温度以下将有第二相析出,其影响由第二相的性 质决定。一般会造成组织不均,降低合金塑性,造成裂纹以致开裂。终轧温度一 般取相变温度以上 20~30℃。无相变的合金, T终=(0.65 ~ 0.70)T熔 左右。 2) 热轧速度 为了提高生产率,保证合理的终轧温度应采用高速轧制。但是,热轧过程中 硬化和软化过程的转化方向,关键取决于变形速度,而轧制速度是影响热轧变形 速度的一个重要因素。可见,热轧速度不仅直接影响生产率,还通过变形速度影 响金属的塑性。如果提高轧制速度有利于金属塑性增加过程的进行,应提高轧制
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速度。 相反, 如果提高轧制速度使金属向塑性减小的过程进行, 应降低轧制速度。 对于变速可逆式轧机,开始轧制时为有利于咬入,轧制速度降低;咬入后升 速至稳定轧制,轧制速度较高;即将抛出时降低轧制速度,实现低速抛出。这种 速度制度有利于减少温降和提高轧机的生产率。 生产中根据不同的轧制阶段,确定不同的热轧速度制度。一般可分为 3 个阶 段:一是开始轧制阶段,因为铸锭厚而短,绝对压下量较大,咬入困难,而且是 变铸造组织为加工组织,以免铸造缺陷引起轧裂,所以采用较低的轧制速度;二 是中间轧制阶段,为了控制终轧温度和提高生产率,只要条件允许,应尽量采用 高速轧制; 三是最后轧制阶段, 因轧件薄而长, 温降大使轧件头尾与中间温差大, 为保证产品性能与精度,应采用较低的轧制速度。 3) 热轧压下制度 热轧压下制度主要包括热轧总加工率、道次加工率和轧制道次的确定等。 (a) 总加工率的确定原则 : 大多数铝及铝合金的热轧总加工率可达 90%以上。当铸锭厚度和设备条件 已确定时,确定总加工率的原则是:a)金属及合金的性质。高温塑性范围较宽, 热脆性小,变形抗力低的金属及合金热轧总加工率大,如铝及软铝合金,相反, 硬铝合金一般热轧温度范围窄,热脆倾向大,其总加工率通常比软铝合金小;b) 产品质量要求。供冷轧用的坯料,热轧总加工率应留有足够的冷变形量,以便控 制产品性能等;对热轧产品为保证性能要求,热轧总加工率的下限应使铸造组织 转变为加工组织;c)轧机能力及设备条件。轧机最大工作开口度和最小轧制厚 度差越大,铸锭越厚,热轧总加工率越大,但铸锭厚度受轧机开口度和辊道长度 等限制;d)铸锭尺寸及质量。铸锭厚且质量好,加热均匀,热轧总加工率相应 增加。 (b) 道次加工率的确定原则: 制定道次加工率应考虑合金的高温性能、咬入条件、产品质量要求及设备能 力。不同轧制阶段道次加工率确定的原则是:a) 开始轧制阶段,道次加工率比 较小,因为前几道次主要是变铸造组织为加工组织,满足咬入条件。对包铝板铸 锭,为使包铝板与基体焊合牢固,头一道次加工率应小于 10%。但是,热轧硬铝 合金前几道次出现轧件表面粘着时, 减少不均匀变形产生的裂纹、 分层或 “张嘴” , 加工率应随道次增多逐渐加大;b) 中间轧制阶段,随金属加工性能的改善,如 果设备能力允许应尽量增大道次加工率。最大道次加工率,对硬铝合金变形深透 后可达 45%以上,对软铝及多数重有色金属可达 50%。中间道次后期压下量应使 轧制压力与辊型相适应。以便控制板凸度;c) 最后轧制阶段,一般道次加工率 减小。热轧最后两道次温度较低,变形抗力较大,其压下量应在控制板凸度的基 础上,保持良好的板形条件和厚度偏差。 (c) 轧制道次。轧制道次取决于道次加工率的分配。一般总加工率大,道
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次加工率小,铸锭较宽时,轧制道次数多。在可能的条件下,应减少轧制道次。 本设计四个计算产品的热轧压下制度如表 2-11 所示。
表 2-11 四个计算产品的热轧压下制度 合金牌号 1060 2A12 3A21 7A09 总加工率 95% 95% 95% 95% 最大道次加工率 45.45% 40% 42.86% 37.14% 轧制道次 7 9 7 9

4) 热轧时的冷却润滑 (a) 冷却润滑的作用: a) 冷却轧辊,减少摩擦,降低能耗,提高生产率;b) 防止辊面粘着金属粉 末(防止粘辊),改善产品表面质量;c) 减少辊面磨损及龟裂,增加轧辊使用寿 命;d) 控制辊型,改善板形。 (b)对热轧冷却润滑剂的要求: a) 润滑油闪点高,高温润滑性好;b) 润滑剂燃烧后不留残灰和油垢;c) 较高的油膜强度;油膜强度高,承受轧制压力大而且油膜不破裂,防止粘辊;d) 乳液应具有稳定性高、热分离性好、使用周期长等特点;e) 不腐蚀轧件和轧辊; f) 来源广,成本低,使用管理方便,对环境污染小。 铝及铝合金的冷却润滑广泛采用乳液,乳液具有冷却能力大,润滑性能好等 特点。 常用的乳液某些性能指标其性能如表 2-12 所示
表 2-12 常用的乳液某些性能指标 乳液名称 59C A-1001HR PROSOL66 1022 号 200 号 84 号 LRZ-88 使用浓度/% 3~7 2~2.5 1~5 — 5~8 1~3 2~3 油膜强度/N 390~490 685~735 — — 685~786 685~785 685~735 PH 7.5~18.0 8.0~8.5 >7.5 7.0 7.2~7.5 8.0~8.5 7.5~8.0 使用周期 — 约 6 个月 约 3 个月 1.5~3 个月 6~12 个月 12 个月 9~12 个月

5) 热轧制品的主要缺陷及产生原因 热轧制品主要有表面不合、板形不良、厚度超差及机械性能不合等缺陷,分 析产生的原因,找出消除措施,对减少热轧废品提高成品率具有重要意义。 (a) 表面缺陷 制品表面有气泡与起皮、裂纹、裂边、分层或层裂、划伤
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与擦伤、粘辊等缺陷。 气泡与起皮的主要原因是铸锭质量问题。表面裂纹主要与金属性能、冷却润 滑及铸锭加热气氛有关。裂边的原因主要是铸锭加热温度低,金属塑性较差,冷 却润滑不良;道次加工率太大;辊型控制不好;出现边部负拉应力产生裂边。分 层或层裂,通常热轧低塑性合金时,道次压下量分配不合理,变形不深透产生表 层变形, 致使轧件中部出现附加拉应力, 产生分层或层裂, 严重时会出现 “张嘴” 。 适当增加道次加工率,减少不均匀变形;加强冷却润滑,防止粘辊;沿轧向铸锭 头尾呈圆弧形或楔形,人为增加外端作用,防止分层或层裂。划伤与擦伤主要是 轧件出辊速度和辊道或卷取机的线速度不同步,卷取时卷得过松或过紧,产生划 伤与擦伤或粘伤。粘辊是金属氧化严重,粘性较大,冷却润滑剂性能较差时产生 的。选择性能好浓度适当的冷却润滑剂;安装清辊器,研磨轧辊粗糙度要适当; 可消除粘辊,提高产品表面质量。 (b) 板形不良 热轧板形不良主要有侧弯(镰刀形)、波浪等。 侧弯是两边压下不一致;铸锭加热不均;冷却润滑剂沿宽向分布不一致;辊 型控制不当;送料不正或不对中产生的。经常测量厚度,检查调整两边压下,正 确使用导尺,检查冷却润滑系统是否正常等措施,消除侧弯。当原始辊型凹度过 大,或轧辊温度低,压下量大;冷却润滑剂流量大,会产生两边波浪。相反,则 产生中间波浪。 (c) 厚度超差 (d) 械性能不合 (6)冷轧 冷轧是获得并保证产品品质的关键工序。 冷轧通常是指金属及其合金再结晶 温度以下的轧制过程。冷轧过程产生加工硬化,随着变形程度的增加,材料的强 度和变形抗力不断增加,而塑性降低。冷轧的特点是:冷轧的产品有均匀的组织 和性能,有较高的强度;产品的尺寸精度高,表面品质好;可通过变形程度和热 处理的控制,获得各种性能和状态的产品;冷轧可生产薄材或箔材。冷轧过程与 热轧不同的是,它可以在不同的轧机上进行,也可以在同一轧机上完成。 冷轧工艺制度包括冷轧压下制度、冷轧时的张力、冷轧的速度、冷轧润滑及 辊型等内容。 1) 冷轧压下制度 冷轧压下制度主要包括总加工率的确定和道次加工率的分配。 总加工率一般 分两次退火之间的总加工率,称中间冷轧总加工率;为控制产品最终性能及表面 质量,所选定的总加工率称成品冷轧总加工率。 (a) 中间冷轧总加工率的原则
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操作不当, 铸锭加热温度波动太大, 道次压下量分配不当, 其产生的主要原因是终轧温度控制不当或铸锭的化学成

轧制速度变化太大,测量不准确,会出现厚度超差。 分不符合标准;加热温度不合理等。

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a) 充分发挥合金塑性,尽可能采用大的总加工率,以减少中间退火及其他 工序,缩短工艺流程。 b) 保证产品质量,防止总加工率过大,产生裂边或断带,恶化表面质量。 c) 充分发挥设备能力,保证设备安全运转,防止损坏设备部件或烧坏电机 的事故出现。 对于纯铝其中间冷轧总加工率为 75~95%,而对软铝合金,其中间冷轧总加 工率为 60~90%,对硬铝合金,其中间冷轧总加工率为 60~85%。 (b) 成品冷轧总加工率 主要取决于技术标准对产品性能的要求。因此,应根据产品不同状态或性能 要求,确定成品冷轧总加工率。 (c) 道次加工率的分配 冷轧总加工率确定之后,应合理分配各道次的加工率。合理分配道次加工率 的基本原则是:在保证产品质量、设备安全的前提下,尽量减少道次,采用大加 工率轧制,提高生产率。 具体分配道次加工率的一般原则是:a) 通常第一道次加工率较大,以充分利 用金属塑性,往后随加工硬化程度增加,道次加工率逐渐减小; 保证顺利咬入, b) 不出现打滑现象,轧制厚板带较突出;c) 分配道次加工率,应尽量使各道次轧制 压力相接近,对稳定工艺调整辊型有利;d) 保证设备安全运行,防止超负荷损坏 轧机部件与主电机。 生产中,根据设备、 工艺及产品要求,可适当调整道次加工率。
表 2-13 四个计算产品的冷轧压下制度 合金牌号 1060 2A12 3A21 7A09 中间冷轧总加工率 81.25% 65% 75% 60% 最大道次加工率 37.5% 32.14% 32.5% 30% 成品冷轧总加工率 96.25% 87.5% 93.75% 84.375% 轧制道次 10 6 8 6

2) 冷轧时的张力 轧制带材必须采用张力。张力通常是指前后卷筒给带材的拉力,或者机架之 间相互作用使带材承受的拉力。 (a)张力在轧制过程中的作用 · a) 能降低单位压力,调整主电机负荷。b) 调整张力能控制带材厚度。c) 调整张力可以控制板形。d) 防止带材跑偏,保证轧制稳定。e) 张力为增大卷 重,提高轧制速度,实现轧制过程机械化,以及计算机控制创造了有利条件。 (b) 张力的确定与调整 确定张力的大小应考虑合金品种、轧制条件、产品尺寸与质量要求。一般随 合金变形抗力及轧制厚度与宽度增加,张力相应增大。最大张应力不应超过合金
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的屈服极限,以免发生断带;最小张应力必须保证带材卷紧卷齐。设计中可选择 张应力值 q=(0.2~0.4)σ 0.2,厚带或高塑性合金取上限,薄带或低塑性合金 取下限。 前张力与后张力的大小确定:一般后张力大于前张力,带材不易拉断,能防 止跑偏,降低轧制压力比较显著。但是,后张力过大增加主电机负荷,使后滑增 大可能打滑,来料如卷松会造成擦伤等。相反,前张力大于后张力时,降低主电 机负荷,促使变形均匀,有利于控制板形。但是,前张力过大,带材卷得太紧, 退火易粘结,轧制容易断带。生产中应根据具体情况选择前后张力的大小。 (c) 冷轧时的速度 为了提高生产率与确保设备安全, 采用低速咬入及抛出, 高速稳定轧制制度。 一般轧制速度在 10~20m/s 左右。生产中,成品精轧最后道次为保证板形,采用 较低的轧制速度有利于平整;当辊温过高、裂边严重或过焊缝处,应适当降低轧 制速度。总之,生产中要根据具体条件和工艺要求,合理选定与调整轧制速度。 (d) 冷轧时的冷却润滑 冷轧时,加工硬化使金属的变形抗力增加,单位压力较高,能耗增大。金属 的变形热与摩擦热使轧件和轧辊温度升高,当加工率大、轧制速度高及压力大时 更为突出。而且冷轧产品的精度、性能及表面质量要求高。因此,冷轧时的冷却 润滑对减小摩擦、降低能耗、控制辊温、提高产品质量及轧辊使用寿命,具有重 要的意义。 a) 冷却润滑剂的要求 对冷却润滑剂有较高的要求:① 基础油的粘度要适当;② 润滑性能良好, 摩擦系数小;③ 油膜强度要大;④ 不腐蚀轧件和轧辊,并容易去除;⑤ 闪点 要适,闪点过高,退火时不易烧净,使产品表面产生油斑;闪点过低,轧制时易 挥发油烟,容易着火;⑥ 对人体无害;⑦ 来源广价格低。 b) 冷却润滑剂 冷轧的冷却润滑剂,必须根据合金特性、产品质量要求、轧制压力及轧制速 度等具体条件,选择不同性能的冷却润滑剂。铝合金冷轧润滑剂主要由基础油和 添加剂组成。 (e) 冷轧产品的主要缺陷及其原因 冷轧中常出现的缺陷,归纳起来主要有厚度超差、板形不良、表面缺陷及性 能不合等。 a) 厚度超差:当坯料厚度波动太大或超差;坯料热处理后性能不均,压下 分配不合理, 操作或控制不当; 张力不稳定或头尾失张; 升降时未及时调整压下; 润滑冷却不均;测量不准等,均会产生厚度超差。 b) 板形不良:冷轧板形不良主要有波浪(单边、中间、两边及双侧波浪)、 瓢曲、压折、翘曲及侧弯等。
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c) 表面缺陷:冷轧中常见的表面缺陷有划伤、擦伤、起皮、裂纹、裂边、 分层、辊印、压坑、夹灰、孔洞、腐蚀斑点及油班、金属及非金属压入物等。这 些缺陷与轧制设备及工艺、轧辊质量、热处理、冷却润滑及操作水平等有关。 d) 性能不合:产品机械性能除合金成分、铸造组织影响之外,主要取决于 冷轧加工硬化程度及热处理工艺。 (7)热处理 铝及铝合金通过热处理获得一定性能以满足用户的要求。 铝合金的热处理比 较简单,它主要是淬火时效处理和不同目的的退火。不同目的的退火有:软化退 火、中间退火、成品退火等。 软化退火: 即两次冷轧之间以软化为主要目的的再结晶退火, 亦称中间退火。 冷轧后的合金产生纤维组织并发生加工硬化,经过把合金加热到再结晶温度以 上,保温一定的时间后缓慢冷却,使合金再结晶成细化的晶粒组织,获得好的塑 性和低的变形抗力,以便继续进行冷轧加工。 成品退火:即冷轧到成品尺寸后,通过控制退火温度和保温时间来得到不同 状态和性能的最后一次退火。其目的是控制产品最终性能,保证产品符合技术标 准。成品退火又分为完全退火和低温退火。完全退火用于生产软态产品,其温度 比再结晶温度高 100~200?。低温退火在于消除内应力,稳定材料尺寸、形状及 性能,以获得硬态或半硬态产品,其温度控制在再结晶温度以下。成品退火工艺 制度比中间退火要求更严格。 淬火:淬火是将合金中的可溶解相溶解到固溶体中,形成室温不稳定的过饱 和固溶体。淬火也叫固溶处理。 时效:时效分自然时效和人工时效,人工时效是控制一定温度下进行的时效 方法,自然时效是在室温下放置无其他处理工序。 计算产品的热处理方法及制度分别见表 2-14

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表 2-14 计算产品的热处理方法及制度表 合金牌号 1060 1060 2A12 2A12 2A12 3A21 3A21 7A09 7A09 7A09 7A09 热处理方法 中间退火 成品退火 预先退火 中间退火 淬火 中间退火 成品退火 坯料退火 中间退火 淬火 人工时效 加热温度/℃ 345 400 490 410 495 345 300 415 410 470 125 保温时间/min 150 150 240 180 12 150 150 240 180 12 1440

(8)精整与矫直 板带材在通过冷轧到成品厚度时,在以卷材形式交到下一道工序即精整。其 目的是根据用户的需要把冷轧卷材分切成一定规格的卷材或片材。 选用精整机列,包括 1830 纵剪机、1830 横剪机、辊式矫直机和拉弯矫 1) 剪切 根据工艺要求剪切分切边、分条、下料或中断及成品定尺剪切等。 切边,有些合金热轧容易裂边,继续冷轧边扩大或冷轧时产生裂边,会造成 轧辊局部压伤或者断带,增加金属的几何损失,所以,不仅成品要切边,而且板 材坯料必要时也要切边。切边量的大小,根据合金品种、轧件厚度而定,一般每 边为 10~30mm。生产中根据实际裂边情况,适当调整切边量。 分条,根据工艺要求和产品规格,对宽板带坯料或带材成品需要剖分成若干 条,分条时同时切边。 下料或中断,是将板材坯料或带卷,按工艺要求或设备条件,横切成块的工 序。下料或中断,应根据工艺要求进行下料计算,其原则是确保产品尺寸的前提 下,应精打细算,减少几何损失和提高成品率, 成品剪切是按技术标准对产品尺寸及其偏差要求,最后所进行的剪切,或定 尺剪切。分别在横剪机列或纵剪机列中进行。这种剪切机列,将切头尾、切边、 定尺、或矫平分条及检查等工序连为一体,生产效率高、剪切精度高质量好。 2) 矫直 矫直是精整的重要工序,矫直质量的好坏,直接影响产品质量和成品率。板 带材在剪切前或后,都要进行矫直。其目的是消除板形缺陷,提高平直度,改善 产品性能或便于继续加工。
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板带材矫直方法有辊式矫直、拉伸矫直(张力矫直)及拉伸弯曲矫直等。 (a) 辊式矫直 这种方法是板材通过两排直径相等、 节距相同、 上下互相交错布置的矫直辊, 使板材产生反复塑性弯曲变形的过程。 (b) 拉伸弯曲矫直 拉伸弯曲矫直是在辊式矫直和拉伸矫直的基础上新发展起来的矫直方法。 拉 伸弯曲矫直的原理,是被矫带材通过连续拉伸弯曲矫直机时,受张力辊形成的拉 力和弯曲辊形成的弯曲应力所叠加的合成应力作用,使带材产生一定的塑性延 伸,消除残余应力,改变不均匀变形状态而被矫直的。 连续式拉伸弯曲矫直机组有带清洗装置和无清洗装置两种。 为了去掉带材表 面油污和脏物,机组中装有清洗机和烘干机,实现边拉矫、边清洗,获得平直又 光洁的带材。 (9)检验、包装、入库 成品检验与包装是板带材生产过程中不可缺少的最后两道工序。 为了确保产 品质量的均匀性和稳定性,以及进一步提高产品的质量,防止低劣产品发给用户 或流入市场,造成损失,所以成品出厂前必须按规定的技术标准,进行全面的检查 验收,对合格产品还要按规定的技术标准包装出厂. 成品检验包括常温性能和内部组织的检验, 其主要注意的是产品以及在起生 产过程中是否存在以下技术或质量问题。从而引起一系列的缺陷。 1) 产品尺寸和表面质量检验 板带箔材产品都要进行尺寸测量,即对其厚度、宽度和长度进行逐张(卷) 或抽样检查,测量的范围应符合标准规定。板带材的厚度用千分尺,宽度用钢板 尺测量。 板带箔材的表面质量和外形必须符合有关技术标准, 目前我国检验表面质量 和不平度的方法,通常是把被检板材放在检查平台上,先用肉眼检查板材表面有 无超出标准规定的缺陷,再检查板面与平台的间隙不超过有关标准规定范围。重 要产品采用仪器检查表面质量,或在线自动检测板带材的不平度。 2) 组织与性能检验 产品性能包括力学性能、工艺性能及物理性能等。力学性能如抗拉强度、屈 服强度及延伸率;工艺性能如冷冲压时的延展性能(杯突值),深冲变形后的表 面粗糙度和各向异性(制耳);物理性能如仪表用材的抗磁性等。一般的板带材 各项性能检验,应由每批产品中,按性能要求各取两个试样。有的产品根据状态 不同,每批板材分别抽取试样 2%、5%、10%,重要产品取 100%作性能检验。 内部组织检验,应取试样在金相显微镜下检查其内部组织。有些产品按标准 规定,还要进行晶粒尺寸、第二相分布的检验,以及内部缺陷的超声波探伤检验 等。
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成品包装是产品加工中的最后工序, 包装的目的是为了防止产品在运输和贮 存过程中遭受机械损伤、化学腐蚀或混料等,确保产品完整无损的供用户使用。 根据包装标准规定进行包装,按照不同的合金牌号、尺寸、状态、用途和要 求,常采用裸件包装、包装箱包装、成垛包装和卷筒包装四种方式。包装后必须 写明标志方可发货。 目前,有色加工产品大多是人工包装,实现成品包装机械化和自动化,是今 后的发展方向。

2.4 设备的选择 2.4.1 设备选择的依据
设备选择的主要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备可分为: 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,一般不进行验算,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(主要指规格、质量、年产量等)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、自动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,而有较好的技术经济指标。 (4)要考虑设备之间的合理配置与平衡 设备选择时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。通常要求辅助设备能力大于主要设备能力。

2.4.2 主要加工设备的选择
轧机的结构形式主要以轧辊的数目、放置、大小来区分,有二辊轧机、三辊 轧机、四辊轧机及多机架连轧机、多辊轧机、复合式多辊轧机、万能轧机、行星 轧机、偏八辊轧机、异步轧机、斜轧机、特殊轧机等。 (1)热轧机 选择热轧机要综合考虑合金品种及规格、生产规模、投资多少、产品质量与 工艺要求,以及生产效率和劳动条件等。为了合理选择热轧机,满足生产要求, 提高产品质量和经济效益,要考虑以下原则: 1) 热轧机应具有高温轧制的强度和刚度的要求,轧辊还要耐急冷急热性能
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好; 2) 铸锭厚,轧机开口度要大; 3) 道次压下量和主电机功率大。 4) 轧棍直径大。热轧道次压下量大,为满足咬入条件和轧辊强度要求,并 且铸锭厚为变形深入内部,都需要大直径轧辊; 5) 压下速度高。通常热轧随轧制道次增多,温降越大。压下速度高,能充 分利用金属的高温塑性,实现大压下量轧制,保证终轧温度,减少间隙时间提高 生产效率。热轧压下速度一般都大于 1mm/s,同时配合适当的轧制速度; 6) 轧机工作温度高,锭重较大,为满足工艺要求,改善劳动条件,轧机的 机械化和自动化程度要求较高; 7) 此外还要考虑到轧辊尺寸、轧制厚度、轧制速度、生产能力、许用轧制 压力,以及其他辅助设备的技术参数,应满足工艺要求。 由于本设计的产量及考虑以后的发展, 选择 ?700/1250×2000 四辊可逆式热 轧机,其性能参数如下: 最大轧制力: 最大轧制力矩: 主电机功率 主电机转速: 轧制速度: 工作辊轧辊直径: 工作辊辊颈直径; 工作辊辊头直径: 工作辊辊身长度: 工作辊辊颈长度: 工作辊辊头长度: 支撑辊轧辊直径; 支撑辊辊颈直径: 支撑辊辊头直径: 支撑辊辊身长度: 支撑辊辊颈长度: 支撑辊辊头长度: 传动比: 轧机开口度: (2)冷轧机 选择冷轧机要考虑的原则与选择热轧机基本相同。由于冷轧机的特点不同, 对冷轧机的要求也较高。为了合理选择冷轧机,满足生产要求,提高产品质量和
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1800t — 3600KW 40.9r/min 0.5~3m/s 700mm 525mm 500mm 2000mm 150mm 120mm 1250mm 938mm 910mm 2000mm 200mm 150mm 1 400mm

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经济效益,要考虑以下原则: 1) 轧机开口度小; 2) 轧棍直径小,以减小轧制力,满足最小轧制厚度要求; 3) 压下速度低(绝对值小),但压下调整精度高,轧机精度高、刚度大; 4) 冷轧辊材质、硬度、表面粗糙度及制造精度等要求高; 5) 一般轧制前后带有张力; 6) 此外还要考虑最小可轧厚度、轧制速度等其他技术特性。 同选择热轧机一样,考虑以后的发展选择Φ 280/700×1200 四辊可逆式冷轧 机和Φ 500/1250×1700 四辊可逆式冷轧机。 Φ 280/700×1200 四辊可逆式冷轧机其性能参数如下: 最大轧制力: 主电机功率: 主电机转数: 转速比: 轧制速度: 工作辊轧辊直径: 工作辊辊颈直径; 工作辊辊头直径; 工作辊辊身长度: 工作辊辊颈长度: 工作辊辊头长度: 支撑辊轧辊直径; 支撑辊辊颈直径: 支撑辊辊身长度: 支撑辊辊颈长度: 最大轧制力: 主电机功率: 主电机转数: 转速比: 轧制速度: 工作辊轧辊直径: 工作辊辊颈直径; 工作辊辊头直径; 工作辊辊身长度: 工作辊辊颈长度:
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350t 693KW 102r/min 1 0.5~2.5m/s 280mm 210mm 190mm 1200mm 220mm 180mm 700mm 525mm 1200mm 500mm 1050t 1500KW 57r/min 1 0.5~4m/s 500mm 375mm 325mm 1700mm 280mm

Φ 500/1250×1700 四辊可逆式冷轧机其性能参数如下:

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工作辊辊头长度: 支撑辊轧辊直径; 支撑辊辊颈直径: 支撑辊辊身长度: 支撑辊辊颈长度:

220mm 1250mm 938mm 1700mm 500mm

2.4.3 辅助设备的选择
根据辅助车间设备在压力加工生产过程中的不同用途和作用, 可将辅助设备 分为:加热设备;切断设备;矫直设备;冷却设备;铣面设备;起重运输设备; 机修等其它设备。 不同产品生产时所需要的辅助设备时不同的,根据生产要求确定设备的型 式、 能力和数量, 辅助设备的选择对产品的产量和质量有十分重要的影响。 因此, 一定要选好辅助设备,一般来说要遵循下列原则: 1) 必须满足生产工艺流程的要求; 2) 必须保证有较高的工作效率,充分发挥主要设备的能力。通常辅助设备 能力可按大于主要设备能力的 10~20%考虑。 3) 尽量选择重量轻、体积小的辅助设备,以节约车间投资。 (1)铸锭加热炉 根据本设计的特点和实际生产情况,选用推料式电阻炉。其性能参数如下: 工作炉膛尺寸,mm 长 宽 高 最大铸锭尺寸:mm 铸锭各炉内放置方法 炉子容量,KW 加热区数,个 空气在炉内流动方向 (2)热处理炉 1)退火炉的选择 铝及铝合金的坯料退火和中间退火,选择最实用的箱式电阻退火炉。其性能 参数如下: 卷重: 加热功率: 装料量: (最大) 2.5~8.5t 1620kw 60t 17250 — 2500 230×1525×3240 垂直 3750 6 横向

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工作温度: (最大) 炉膛有效尺寸: 型号: 加热功率: 工作温度: (最大) 炉膛有效尺寸:

650℃ 8450x2700x3500 RJD-500-5 500kw 500℃ 8285x2200x1335

铝及铝合金的板材成品退火, 也选择使用箱式电阻退火炉。 其性能参数如下:

备注: 强制空气循环 铝及铝合金卷材的成品退火炉选择箱式电阻退火炉,适用于厚度为 0.3~ 2.0mm, 来料宽度为 1060~1760 (成品宽度为 1000~1700) 2A11、 的 2A12、 2A14、 7A04、 7A09 及 2024、 2014、 6061、 7075 等合金的固溶热处理和厚度为 0.2~2.0mm, 成品宽度为 918~1700 的 1×××系、 3×××系、 5×××系等合金的退火处理, 来料卷材内径:510 或 610,外径为 900~1900mm。 2)淬火炉的选择 对于铝合金板材的淬火,本设计选用板材盐浴加热淬火电炉,其性能参数如 下: 最高工作温度: 炉膛尺寸: 功率: 3) 时效炉的选择 对于铝合金板材的时效,本设计选用板材人工时效炉(箱式电阻炉),其性 能参数如下: 最高工作温度: 炉膛尺寸: 功率: (3)切断设备 1) 1830 纵剪切机列的性能参数如下: 来卷屈服强度 ? 0.2 : 来卷抗拉强度 ? b : 来卷毛料厚度: 卷头卷尾毛料厚度: 成品卷带材厚度: 来料宽度: 剪切后成品卷宽度: 来卷内经: 29.4~294N/mm2; 78.4~441N/mm2; 0.2~2mm; ≤3mm; 0.2~2mm; 500~1600mm; 25~1600mm; Ф 510mm、Ф 610mm; 200℃; 12100×1600×2000; 75KW 535℃; 12000×1800×3500; 1680KW

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成品卷内经: 来卷外经: 来卷重量: 成品卷重量: 剪切条数:

Ф 350mm、Ф 510mm; Ф 800mm、Ф 1600; 最大 7000kg; Ф 350mm 时,最大 2300kg; Ф 510mm 时,最大 7000kg;

当成品厚≤0.8mm 时,成品宽≥25mm 时:最多剪切条数 20 条; 当成品厚≤1.2mm 时,成品宽≥45mm 时:最多剪切条数 15 条 当成品厚≤2.0mm 时,成品宽≥100mm 时:最多剪切条数 5 条 机列引料速度: 工作速度: 最大张力: 来料厚度: 来料宽度: 卷筒内经: 卷筒外经: 卷筒重量: 屈服强度: 成品规格: 厚度: 宽度: 长度: (4)矫直机 矫直机有辊式矫直机、压力矫直机以及张力矫直机之分。辊式矫直机的工作 是连续进行的,生产率高,因而得到了广泛的应用。压力矫直机是靠冲头往返运 动进行矫直的,生产率低,张力矫直机多用于有色金属材料的矫直。 2500KN 铝板带拉弯矫直机组性能参数: 来料厚度: 0.3~4mm 来料宽度: 500~1500mm 最大拉伸速度:5.6mm/s 传动油泵压力:20MPa 传动油泵能力:50L/min 油泵电机功率:20KW 油泵电机转速:970rpm 2) 29 辊矫直机性能参数如下:
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18m/min; 18~250mm/min; 20000N(张力垫)。 0.2~2.0mm,头尾厚度≤3.0mm; 840~1700mm Ф 510mm、Ф 610mm; 最大Ф 1600mm; 最大 7000kg,板垛最大重量 8600kg; 最大 294N/mm2、剪切强度最大 441N/mm2 ; 0.2~2.0mm; 800~1600mm; 1000~4000mm;

2) 1830 横剪切机列的性能参数如下:

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矫直板材尺寸: 厚度: 宽度: 矫直速度: 矫直辊数: 矫直辊直径: 矫直辊长度: 支撑辊数: 支撑辊直径: 传动电机功率: 传动电机转速: (5)铣面、蚀洗设备的选择 1) 铣面设备的选择 按铣面方法分有单面铣和双面铣,按铣床结构分有立铣和卧铣,卧铣采用较 普遍。有色金属加工车间,为提高板、带的表面质量,进行铣面以消除铸锭表面 的结疤、裂纹、偏析物夹杂,或带坯表面的压痕、压入、划伤等缺陷。 本设计采用的铣面机的基本技术参数如下: 型号: 扁锭尺寸: EWK2400×4500 2K 960 宽:500~2000mm; 厚:150~450mm; 长:800~4500mm; 扁锭最大质量: 生产能力: 参考扁锭尺寸: 铣屑厚度: 表面质量: 进刀速度: 快速移动速度: 主铣刀盘额锭直径: 电机功率: 铣屑速度: 额锭铣屑厚度: 最大铣屑厚度: 粗铣刀数(把): 精铣刀数(把): 9.5t; 6 块/小时; 350×1830×3000mm; 15mm; ≤5 mm ,RT; 0~7000mm/min; 36000mm/min; 2400mm; 1200kW; 3000mm/min; 15mm; 28mm; 24; 2; 0.5~2mm; 1000~1500mm; 30~60m/min; 29 个; 38mm; 1700mm; 186 个; 38mm; 150KW; 55 转/分

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侧边铣刀盘额锭直径: 铣屑电机功率: 铣屑破碎机最大破碎能力: 抽屑风机最大风量: 辊式铣屑打包机的最大能力: 2) 蚀洗槽的选择

960mm; 200kW; 30t/h; 11000m3/h; 4/h

在轧制车间内,蚀洗槽不宜过多,又考虑到车间以后的发展,选择生产能力 大的卧式浅槽连续蚀洗机组。 该机组有 5 个槽。1#碱槽的槽液浓度为 15~25%,槽液温度为 30~80℃,此 槽的大小为 2000×2000×5000mm。两个冷水槽,水温都低于 25℃,大小都是 2000×2000×5000mm,分别为 2#与 4#槽。3#酸中和槽,用 HNO3 水溶液,槽液浓度 为 15~30%, 温度为室温, 大小为 2000×2000×5000mm。 #热水槽, 5 水温大于 60℃, 大小为 2000×2000×5000mm。 (6)起重、运输设备的选择 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。 1) 起重机 起重机(天车、吊车)主要用于车间原材料、产品、设备或部件的起重和运 输。在加工车间主要是桥式起重机,桥式起重机有双梁、单梁和单主梁之分。双 梁桥式起重机的起重量大、 运动速度大。 单梁桥式起重机起重量小、 运动速度慢, 通常在机修车间使用。单主梁桥式起重机结构新、重量轻、造价降低。 起重机的主要参数主要有起吊重量、运行速度、起重机的工作制度。起重机 的工作制度按起重量、运行速度和使用频繁程度分为轻、中和重型三种。主电室 之起重机提升和运行速度要求较慢,宜选用轻型;安装、检修、换辊用的起重机 要求提升和运行速度中等,使用不太频繁,宜选用中型;在成品库和成品库与车 间内各工序之间的起重机,要求有较大的提升和运行速度,使用较频繁,宜选用 重型。起重机台数的确定主要是依据起重机实际工作负荷及作业率的大小。起重 机台数也可以根据经验确定,一般来说,中小型车间每 70~100m 有一台起重机。 本设计中根据要求选取了十一台桥式起重机,分别布置在精整车间有四台; 轧制车间三台;电机房和铣面、蚀洗、包铝、加热工段各四台。 2) 辊道 按用途可分为以下几类: (a) 工作辊道:设置在轧机工作机座的前后方,靠近工作机座,参与轧制 过程。 (b) 延伸辊道:设置在工作辊道的末尾,只有当轧制的料延伸之后才起作 用。 (c) 运输辊道:主要作用是连接车间内设备之间、机组之间的轧制料的运
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送任务。 (d) 炉子辊道:设置在炉前、炉后以及炉底,运送加热的料。 (e) 其他:如升降台上的辊道等。 按结构分为:空心辊道、实心辊道、圆形辊道、锥形辊道、花辊道等。设计 时采用那种辊道可根据辊道的工作条件而定。 (7)轧辊车床与轧辊磨床 轧辊车床与轧辊磨床,是轧辊加工的专用设备,型号为 MK8480,具体参数见 表 2-15 所示。
表 2-15 轧辊磨床的技术参数 参数 最大磨削直径 最大磨削长度 最大顶尖距 直流电机功率 30kw MK8480 800mm 300mm

2.5 工艺计算
工艺计算是在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特点,对各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个工序的准确而具体的生产 工艺流程、工以参数及各种消耗定额,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;编制生产工艺流程 定额卡。

2.5.1 三度、三图、三线
(1)三度 “三度” 是指温度、 速度和变形程度。 温度中包括热轧开坯温度、 终轧温度、 退火温度、均匀化温度和淬火温度、时效温度等温度。速度是指加工工具的运动 速度、金属的流出速度和单位时间里变形程度的大小(应变速率)。变形程度则 包括道次变形程度和总变形程度。 (2)三图 “三图”指的是相图、第二类再结晶图和高温塑性图。相图是指温度、成分 和相态的关系图。通过相图可以确定加工温度,如开轧和终轧温度,以此来保证 热加工性能要好,变形抗力小,组织状态符合要求。第二类再结晶图是退火后晶 粒的组织和晶粒度大小、退火温度、变形程度之间的关系图,常用来确定退火温 度。高温塑性图是反映塑性指标和温度之间的关系图,以此确定热加工温度。 (3)三线
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“三线”包括冷作硬化曲线、等时退火软化曲线和等温退火软化曲线。冷作 硬化曲线是反映 s s 与 d - e 的关系曲线,用于确定两次退火之间的总加工率、冷 加工变形量和成品加工率, 同时可以计算变形力能消耗。 等时退火软化曲线是 s b 与 d- T 的关系曲线,它是在某一定的保温时间下,测得的三者的关系图,可用 于确定适宜的退火温度。 等温退火软化曲线是在某一定退火温度下金属 s b 与 d 随 时间 t 变化的关系曲线,用于确定适宜的退火保温时间。 制订工艺规程的目的是为了充分利用被加工金属及合金的塑性, 并达到技术 条件的要求;正确的选择和使用设备、充分发挥设备潜力,并保证设备的安全; 进行高效率的生产。 制订工艺规程的内容包括确定出每种计算产品生产工艺流程所经过的各工 序的工艺规程(工具材质、尺寸、形状及各加工道次被加工件的形状、尺寸变化 等)和工艺参数(力、温度、速度及表面介质等条件)。 在工艺设计中,工艺规程的制订和工艺参数的选择,要比照同类工厂的实际 调查统计情况加以确定,并作必要的计算。

2.5.2 热轧压下规程计算与轧机的校核
(1)热轧工艺计算 1)热轧压下规程计算 现用 1060 热轧压下规程计算来说明热轧压下规程的计算。 第 3~4 项: H 及 h 由合金的高温塑性和铸造组织性能、轧机能力等因
?h ? 100%; H H ?h 平均高度 h 平均= 2 ?h ? H ? h; 2 3

素由自己决定; 第 第 第 5~7 8 9 项: 项:

??

? ? ??

项:变形区长度 l= R ? ?h

R 为轧辊半径,在这里取 350mm

第 10 项:先由 ?B ? c ?

?h R ? ?h 求得宽展量; H

上式中,c 取 0.45,R 为轧辊半径,在这里取 350mm; 第 第 11 项: 轧前宽度由铸锭或上一道次的轧后宽度而定; 12、13 项: Bh ? BH ? ?B
L ? H ? BH 求得 h ? Bh

第 14 项:轧前长度由铸锭或上一道次的轧后长度而定。 第 15 项:轧后长度 L‘,根据体积不变原理有 L‘= 第 16 项: 散热表面积=2h*Bh+2Bh*l‘+2h* l‘ 第 17 项: 轧制速度 V,范围为 500~3000mm/s。

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第 18 项:轧制时间 t1 =

L2 ,V 为轧制速度,轧制速度取 500—3000mm/s V

第 19 项:辅助时间,取为 5s。 第 20 项:总时间 t = t1 + t2 ,其中 t 2 表示辅助时间。 第 21 项:咬入角 ? ?
?h 180 ? ,其中 R 表示轧辊直径,取 350mm。 R ?

第 22~25 项:轧前温度取其加热制度的出炉温度。 温降系数 ? ? ?t H ? t h ?
H ?h H ?h

式中:tH、th—热轧开轧温度和终轧温度,℃ H、h—热轧开始的铸锭厚度和终轧厚度,mm tn=tH- ? 平均温度 T =
H ? hn H ? hn
?T ? t H ? t h

t H + th ; 2
?

第 26~31 项:第 26 项变形温度影响系数 nt 可由表查得; 第 27 项变形程度 ? ?
2 ?h ? 100 %; 3 H

第 28 项变形程度影响系数 ne 可由表查得; 第 29 项稳定轧制速度取 1.5m/s; 第 30 项的平均金属的变形速度为 u ?
?

2v ?h H ?h R

第 31 项变形速度影响系数 nu 可由表查得。 第 32~33 项:32 项平均变形抗力:? s ? ? s ? n? ? nt ? nu ;? s 查表为 35.5MPa; 33 项平面变形抗力:K=1.15 ? ? s ; 第 34 项:变形区形状系数
l
?
?

_

?
'

h

2 R?h H ?h

R=350mm;

第 35 项:外摩擦影响系数 n?
n? =0.785+0.25
'

应用西姆斯公式表示

l
?

h

l 第 36 项:外端影响系数 n // ? ? ( ? ) ?0.4 ,由实验证明,当变形区的几何形状系 h
l 数 ? ﹥1 时, n // ? 接近于 1。 h

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?

? 第 37 项:平均单位压力 P ? K ? n?
第 38 项:接触面积 F=l* B 第 39 项:轧制压力
?

P ? P?F ? P?B?L 第 40 项:力臂系数 x 根据资料自己选;
第 41 项:力臂 a=lx 第 42 项:轧制力矩 M=2P*a
M f 1 ? P ? d ? ( D1 / D2 ) ? f1

第 43~47 项:第 43 项摩擦力矩

其中:P 为轴承的负荷,等于轧制压力和弯辊力之和;
f1 轧辊轴承的摩擦系数,取 0.004; D1 / D2 为工作辊和支撑辊直径之比;

D1 工作辊辊颈直径。 第 46 项总的摩擦力矩 其中: M f1 即第 43 项; i 为减速比,取 1; η 为总的传动效率即η =0.95*0.96=0.912; M 为轧制力矩即第 42 项。 第 44 项空转力矩 M 0 ? 0.05 ? M H ; 第 47 项静力矩 M C =
M + M f + MO i
2

Mf =

M f1

M 1 + ( - 1) z ih h i

第 48~49 项:第 48 项为各段轧制时间的力矩, M 2 n t n
? ? 第 49 项为间歇时间的空转力矩, M n t n

第 50 项:等效力矩, M ?

?M t ? ?M ' ?t ? ?t '
2 n n n n

2 n

t 'n

其中: ? t1 ——轧制周期内各段轧制时间的总和 S;

?t

2

——轧制周期内各段间隙时间总和 S;

M c ——各段轧制时间对应的静力矩,K N ×m M o ——各段间隙时间对应的空转力矩,K N ×m

第 51 项: 计算电机功率,按 N ?

1.03 M ? n

?

?
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计算

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其中: M ——轧制道次等效力矩 ,K N ×m n——电机转速 ,40.9r/min; η ——由电动机到轧机的传动效率,取 0.912。 第 52 项:选择电机功率。 (2)热轧工艺校核 1)咬入条件校核 自然咬入条件应满足 Δ hmax≤D(1-cosβ ) 摩擦系数 f,根据用乳液润滑的条件,查表 3-4 得 f=0.42 tanβ =f=0.42,cosβ =0.9220 △hmax=D(1-cosβ )=700*(1-0.9220)=54.6mm,而实际最大压下量是 30,因 此可以自然咬入。
2)热轧机的轧辊强度校核

轧辊的强度指轧制时能承受的弯曲应力和扭转应力的大小。 强度是轧辊最基 本的质量指标,也是对轧辊性能最基本的要求。轧制时,由于轧辊受到轧件变形 抗力的作用,使其发生弯曲,因而受到弯曲应力的作用。同时,轧辊通常受有扭 转作用而产生切应力。 轧辊的强度校核步骤: 第一步,根据最大轧制力Pmax画出轧辊的剪力图,弯矩图和扭矩图。 第二步,根据弯矩图、扭矩图、剪力图找出轧辊的危险截面。 第三步,根据工程力学对危险截面进行校核。 对于四辊轧机,工作辊主转动时,支承辊承受了大部分轧制压力,而工作辊 所承受轧制压力很小,所以工作辊不必进行弯曲应力校核。但工作辊承受了来自 主传动系统的扭矩作用,所以要进行扭矩应力的校核(工作辊主要承受扭矩,支 承辊主要承受弯矩) 。

1) 校核支承辊辊身的弯曲应力
安全条件为: a.弯矩的计算 由轧制力引起的弯矩: Ms1=P/4(a-B/2) 由张力差引起的弯矩: Ms2=ΔQ/8(a-B/2) 合成弯矩:
M sh
2 (Ms1 +Ms 2 2

σ sh=Msh/0.1d? ≤[σ ]

=

b.弯曲应力的计算 σ sh=Ms1/ Wsh≤[σ ] 式中: P—最大轧制力
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B—轧件宽度 a—a=L+L1 ΔQ—∣qH-qh∣ Wsh—抗弯截面模量Wsh=πD?/32=0.1D? [σ ] —材料的许用弯曲应力 [σ ]=1/5σ b=140~300 MPa

2) 校核工作辊辊头的扭曲应力:
安全条件为: a.扭矩的计算 τ
t

=Mj扭/Wn≤[τ ]

Mj扭=1/2Mc
b. 抗弯截面模量 Wn =0.2d2? c.扭曲应力 τ 式中: Mc—最大静力矩 d2—矩形辊头的尺寸 [τ ] —材料的许用剪切应力[τ ]=72 MPa 按轧制力最大道次校核轧辊强度。轧辊尺寸分别是:辊颈直径为440mm,辊 身尺寸为Φ 700/1250× 2000 mm,轧辊材质为铸铁, ]=60~90 MPa, ]=16 MPa, [σ [τ 由热轧规程知L2热轧压下规程第四道次轧制力最大,最大轧制力P=5937.4KN, 轧件宽B=1113.61 mm。 a.根据轧制力,作出轧辊的弯矩图和剪力图,扭矩图。如图2-2所示: b.根据弯矩图,扭矩图找出危险断面。
t

=Mj扭/Wn

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图2-2 轧辊所受的弯矩图和剪力图,扭矩图

辊身强度校核:由于支撑辊辊身只计算弯曲应力。所以校核辊身时,忽略扭 矩只校核弯曲应力。 弯曲力矩: Ms1=P/4(a-B/2) P=5937.4KN; a=L+L1=2000+700=2700mm; B=1113.61mm Ms1=3.18126× 7 N.m 10 弯曲应力: σ sh=Ms1/ Wsh Wsh=πD?/32=0.1D?=0.1×(1.25)3=0.1953 m σ sh =16.29MPa 轧辊许用弯曲应力[σ ]= 60~90 MPa σ sh﹤[σ ] 即辊身满足强度要求。 辊颈强度校核:辊颈受弯矩和扭矩作用,所示轧辊受弯曲应力和扭曲应力的 综合作用。 弯曲力矩: Ms1=(P/2)× 1/2)= 771.86KN· (L m 扭曲力矩: Mj扭=1/2Mc=363.96KN· m 弯曲应力: σ sh=Ms1/ Wsh Ms1=771.86 KN· m
40

3

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Wsh=πD? /32=0.1D? =0.1× (0.938) =0.0825 m σ sh=9.35 MPa 扭曲应力: τ t=Mj扭/Wn Mj扭=363.96KN· m
3 3 Wn=0.2d? =0.2× (0.938) =0.16506 m

3

3

τ t=2.21MPa 热轧辊材质选铸铁轧辊,按第四强度理论计算合成应力: σ j=0.375 ? sh ? 0.625 σ j﹤[τ ]=62.1 MPa 即辊颈满足强度要求。 辊头强度校核:校核扭曲应力。 τ t=Mj扭/0.2 d2? =Mj扭/0.07d1? =363960/[0.07× (0.91)3] MPa =8.85MPa τ t﹤[τ t]=16 MPa 即辊头满足强度要求。 3)等效力矩的计算及电机校核: 等效力矩 M ?
2 ? sh ? 3? t2

=9.82 MPa

?M t ? ?M ' ?t ? ?t '
2 n n n n

2 n

t 'n
?

由 1060 热轧工艺规程计算表可知 M ? 41 .15 ? 10 4 N ? m 电机的计算功率 N ?

1.03 M ? n

?

?

=1902.86KW,电机的额定功率为 3600KW。

校核电机的温升条件:主电机的校核计算包括发热和过载校核,其条件是: 升温条件: M ≤MH 过载条件:MΣ max≤k· H M 式中: MH—电动机的额定力矩 MΣ max—轧制周期内的最大总力矩 K—电动机的允许过载系数 由压下规程可得:等效力矩为411.5kN·m<电机额定力矩857.2kN·m,不
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会有温升; Mcmax=933.41kN·m<k×MH =2.7×857.2=2314.44kN·m,因此不 会过载。 电动机在允许最大力矩k·MH下工作时,其允许持续时间应在15s内,否则电 动机温升将超过允许范围。

2.5.3 冷轧压下规程计算
(1)冷轧工艺计算 冷轧时的轧制力计算采用斯通公式:
? n? ? p ? e m? ? 1 ? K? m?

式中: m? —系数, m? ? fl ? / h ;
p ? —考虑轧辊弹性压扁后的平均单位压力;

l ? —辊弹性压扁时的变形区长度;

e —然对数的底( e =2.718)
用 1060 冷轧时的压下规程来说明冷轧规程的计算 第 3~4 项:H 及 h 由产品状态和轧机能力以及合金的塑性决定。 第 5~6 项: ?h ? H ? h; 第7项
h =(H+h)/2

??

?h ? 100 %; H

第 8 项: l ? R?h 第 9 项: ?B ? c ?
?h R ? ?h , H 求得??

第 10 项:轧前宽度由铸锭或上一道次的轧后宽度而定。 第 11 项: B2 ? B1 ? ??, 上式中,c 取 0.45,R 为轧辊半径,在这里取 140mm; 第 12 项:轧前长度由铸锭或上一道次的轧后长度而定。 第 13 项,轧后长度 L2,根据体积不变原理有 L2 ? 第 14 项,轧制时间 t1 ?
L2 ,V 为轧制速度。 V
B1 ? H ? L1 求 h ? B2

第 15 项,总时间 t ? t1 ? t 2 ,

其中 t 2 表示辅助时间 15s。

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第 16 项: 平均变形程度(%) 第 17 项:平均变形速度: u ? 第 18~19 项:

?=

2 ?h ? 100 % 3 H
?h R

2v H ?h

道次前总加工率 道次后总加工率

H0 ? H ? 100 % H H ?h ?h ? 0 ? 100 % H

?H ?

第 20,21 项, ? SH 、 ? sh 查表 第 22 项, ? s ? ? SH ? ? sh 第 23 项,道次前张力 道次后张力 平均张力 第 24,25 项, qH =(5.67-0.6h)×10 qh =(4.30-0.5H)×10
q = (qH + qh ) / 2
k ? ? 1.15? s ? ?

1 3

2 3

k ? 1.15? s .

第 26 项:变形区形状系数变形区形状系数 第 27~28 项: m ? fl /( H ? h) /2
y ? 2afk ? /( H ? h) /2 其中对钢轧辊 a ? cR ? R / 9500,

l
?

?

h

2 R?h H ?h

R=140mm;
l? R ? ?h

其中

mm / Mpa

第 29 项: m? 根据 27、28 项查图得出 第 30,31 项:30 项的轧辊弹性压扁弧水平投影 l ' ? m ' ? ( H ? h) /(2 ? f )
? 31 项的参数 n? = (e m ? 1) / m?

第 32 项: p ? ? n ?? ? k ? 第 33 项: p ? p ? ? F ? p ? ? Bl ? 第 34 项:力臂 a= xl ? ,这里 x 取 0.4 第 35 项:轧制力矩 M= P ?? B ? l 2
?

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第 36、38、39 项:摩擦力矩 可参考热轧摩擦力矩的计算

Mf ?

M f1 i?

1 ? ( ? 1) M Z

?

第 37 项:空转力矩 M0,按经验公式取 M0=(0.06~0.1)MZ, 第 40 项:静力矩 M c ? 其中 i=1、? ? 0.9312 第 43,44 项,道次电机功率,计算电机功率及等效力矩,与热轧电机功率及 等效力矩的计算相同。 (2)冷轧工艺校核 1)咬入条件校核:按 Δ hmax≤D(1-cosβ ) 摩擦系数 f 取 0.18,则 tanβ =f=0.18 因此可以自然咬入。
2)冷轧机的轧辊强度校核

Mg ? M f ? M0 i

cosβ =0.98418

△hmax=D(1-cosβ )=280*(1-0.98418)=4.4mm,实际最大压下量为 3mm,

由冷轧压下规程可知,1060冷轧压下规程第一道次轧制力最大,按最大轧制 力校核轧辊强度。此轧机为四辊可逆轧机,且工作辊主传动,则工作辊校核辊头 扭曲应力, 支承辊校核辊身弯曲应力。 轧辊材质为合金锻钢, t]=96 MPa, ]= [τ [σ 140~150 MPa。 对工作辊辊头的校核: 扭曲力矩: Mj扭=1/2Mc=31.437K N· m 扭曲应力: τ t=Mj扭/Wn τ t=Mj扭/0.2 d2? 31.437/[0.2× = (0.365)3] MPa =3.232 MPa τ t﹤[τ t]=96 MPa 即工作辊辊头满足强度要求。 对支承辊辊身的校核:轧辊受轧制力和张力的综合作用的弯矩作用 轧制力引起的弯矩: Ms1=P/4(a-B/2) 代入数据得: Ms1=818.693KN.m 张力引起的弯矩:

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Ms2=ΔQ/8(a-B/2) Ms2=20.756KN.m 合成弯矩
M sh
2 (Ms1 +Ms 2 2

=

=818.956KN.m

σ sh=Msh/ Wsh Wsh=πd? /32=0.1d? =0.0343 m3 σ sh=23.876MPa σ sh﹤[σ ] = 140~150 MPa 即支承辊辊身满足强度要求。 3)等效力矩的计算及电机校核 等效力矩 M ?

?M t ? ?M ' ?t ? ?t '
2 n n n n

2 n

t 'n
?

由 1060 冷轧工艺规程计算表可知 M ? 55.131KN ? m 电机的计算功率 N ?

1.03 M ? n

?

?

=624.234KW,电机的额定功率选为 693KW。

升温条件: M ≤MH 过载条件:MΣ max≤k· H M 等效最大力矩为 55.131kN· m<电机额定力矩 66.01kN· 因此不会有温升; m, Mcmax=62.9kN·m<k×MH =2.7×66.01=178.227kN·m,因此不会过载 电动机在允许最大力矩 k·MH 下工作时,其允许持续时间应在 15s 内,否则 电动机温升将超过允许范围。

2.5.4 生产工艺流程定额卡的编制
(1)生产工艺流程定额卡定义 生产工艺流程定额卡(工艺卡片)的主要内容是把生产工艺流程具体化并制 订出各种消耗定额。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。这就要 求设计人员必须深入实际,调查研究,获得充分的实际资料和数据,加以科学的 分析,进行合理的设计。 (2)编制生产工艺流程定额卡的目的 编制生产工艺流程定额卡是为设备负荷计算、平衡设备、编制金属平衡表及 技术经济指标提供依据。 (3)损失废料 在制订工艺流程定额卡时,应特别注意几何损失废料和工艺损失废料(技术
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废品)的问题。几何废料是由于几何形状或边沿、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,生产组织的好就会减少。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少到最低限度。不论那种废料的产 生都将导致成品率的下降。因此,在生产中要积极地采取措施减少废料和废品, 提高成品率。 (4)工艺流程定额卡的形式 详见附录中的工艺卡片

2.5.5 编制金属平衡表
编制金属平衡的目的在于根据设计任务书的要求, 参照国内外同类企业所能 达到的先进指标, 考虑本企业或车间的具体情况确定出为完成年计划产量所学要 的投料量。其任务是;确定各产品的成品率;编制金属平衡表。 确定计算产品的成品率 成品率是指成品重量与投料量之比的百分数。 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: A=(Q-W)/Q× 100% 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标, 成品率的高低反映了生产组织管理及 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。 影响成品率的因素是各工序的各种损失。金属损失有以下几种: 1) 烧损 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。 2) 溶损 溶损是指酸、碱洗或化学处理等过程中的溶解损失。 3) 几何损失 (a) 切损 切损指切头、切尾、切边等大块残料损失。损失的数量由工艺定额卡计算加 以具体确定。切损主要与合金牌号、坯料尺寸以及原料状况等有关。采用锭作原 料,由于缩孔和轧制产生“燕尾”必须切除而有较大的金属损失。 (b) 残屑

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铸锭表面缺陷以及加工后产品表面缺陷清理所造成的损失。

4) 工艺损失 又称技术损失,是指各工序生产中由于设备和工具、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。轧制铝及合金所造成的工艺损失一般为 1-3%。 烧损和溶损是不可回收损失,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损失。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平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),制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,以及平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。 本设计的金属平衡表见附表。

2.6 设备负荷计算
为了正确选择设备,合理使用设备,充分发挥设备潜力,做好设备间的平衡 工作,工艺设计者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。

2.6.1 工作制度和年工作台时确定
在选择设备时,计算设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)工作制度 1) 连续工作制——双休日不停工。如大、中型厂的有色金属熔炼车间,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。年工作日可采用 343 天,每天三班,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 246 天(365-15-104),每天三班,每班 8 小时。 对于加工车间的设备,如有的负荷率较低,也可采用两班制或一班工作制。 (2)设备工作台时的确定

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1) 设备年工作台时 设备年工作台时(设备制度工作台时,或年时基数)=年工作日×班次×每 班工作时间。 2) 设备台时系数 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。 3) 设备运转系数 考虑到交接班、更换工具、更换品种、调整设备、待料以及工人生理所须的 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(注:有些 设备采用机时系数)。 4) 设备利用系数 设备台时系数与设备运转系数的乘积就是设备利用系数。 5) 设备年实际工作台时=设备年时基数×设备利用系数 熔铸设备年实际工作台时=343×24×设备利用系数 压力加工车间设备年实际工作台时=246×24×设备利用系数 机加工设备年实际工作台时=246×24×设备利用系数。

2.6.2 设备负荷能力的计算
为了正确选择设备,合理使用设备,充分发挥设备潜力,做好设备间的平衡 工作,工艺设计者必须进行设备负荷能力计算。要求算出各种计算产品在各个工 序为完成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。 设备小时生产定额 设备小时生产定额,即设备小时生产能力,或称设备小时处理量。以 H b 表 示:
Hb = G T

式中 G ——设备每生产该种计算产品的一块坯料(或一卷料、一根料、一批 料)的平均重量,t;

T ——设备每生产该种计算产品的一块坯料(或一卷料、一根料、一批 料)所需之平均总计时间(即 t 为设备带载工作时间,也称机动时间; t ?为包括
间隙时间在内得总辅助时间),s; 也可以采用下式计算一个循环的总时间 T ,即:
T = t + t1 + t2

式中 t1 ——间隙时间,s;
t 2 ——为各循环之间或其它必须的辅助时间;
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计算之前给的原始条件始已知 t 、 t ?及设备的机时系数 y 。机时系数是指在 一个生产周期内,有效机械动作时间与平均总时间之比值,其计算式为:
y= t + t1 t + t1 = t + t1 + t2 T

T=

t + t1 y

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。 (2)年产量的计算 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,因此,因将各工序小时处理量 H b 值 分别除以各工序在制品投料系数(即金属补偿系数)。 此外,上述小时产量是对于单一品种规格而言,若设备生产多种品种规格, 则应综合考虑,计算平均小时产量(或称产品综合平均小时产量),以 H p 表示, 若以轧制为例,其计算式为:
Q1 ? Q2 ? ... ? Qn Hp ? ? Qn Q1 Q2 ? ? ... ? H b1 H b 2 H bn
n i ?1
n

?Q ?T
i ?1 i ?1 n

n

i

i

式中 ? Qi ——轧制产品总数量,t;

?T
i ?1

i

——轧制所耗费的总时间,h;

Q1 、 Q2 、 Q3 ? Qn ——分别代表各品种数量,t;
T1 、 T2 、 T3 ? Tn ——分别代表各品种生产时间,h;
H b1 、 H b1 、 H b1 ? H b n ——分别代表各品种实际小时产量,t/h。

设备年产量的计算式为:
Q年=H p × jw T

式中 Q年 ——设备年产量,t/年;
H p ——综合平均小时产量

吨/时;

T jw ——设备年实际工作台时,h;

(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 的计算式为:
u= Q ×K t H b ×K1

式中 Q ——年计划产量,t;
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H b ——设备小时生产定额,t/h;

K1 ——设备利用系数;

(4)设备完成年计划产量所需台数 设备之计算台数 N 为:
N= u W

式中 W ——设备年实际工作台时总数;

u ——同前。 实际中设备之采用台数应为整数。
本设计的设备能力负荷见附表。 (5)车间设备负荷率的确定
设备负荷率= 计算台数 生产产品所需之台时 ? 100% = ? 100% 采用台数 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,另行增加的设备,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。 本设计的设备负荷率见附表。

2.7 车间平面布置和立面尺寸 2.7.1 车间平面布置
(1)平面布置 车间平面布置主要指设备和设施按选定的生产工艺流程确定平面布置, 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、生产周期的长短及生 产率的高低有着很大的影响,在平面布置时应当从实际出发求得最大合理的布 置。 (2)车间平面布置的原则 1) 应满足生产工艺要求,使生产流线合理。 2) 即有利于生产,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,安全生产和工人的健康。 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互相交叉。 5) 考虑将来的发展,要留有余地。 (3)车间平面的内容 1) 金属流程线的布置 金属流线指生产各类产品由原料到成品的工艺流程线, 把所选定的设备与设

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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。 金属流线常见的几种形式: (a) 直线式 从生产的连续性及运输方面看是最合理的。因此常用于连轧机以及初轧机 等。但这种生产流程受到厂房长度的限制。一般认为厂房最好不超过 500m 长。 (b) 直线横移式 这种方式主要用于管材车间。在型材车间中大多数冷床布置也常采用。 (c) 曲折式 这种形式节省厂房长度,适合多跨的车间。 4)放射式 常用于当由一个设备加工后的料进到两个以上相同设备继续加工时的情 况。 5) 汇聚式 常用于分别由两台以上相同或不同设备加工后的料进到一台设备加工时的 情况。 6)过渡式 当布置很多相同设备时才采用此种方案,如精整工段常用。 7)分枝式 在设备数目不多,但品种很多的情况下常采用此种布置形式。 实际上,由原料到成品的加工流程很长,工序很多,设备复杂。因此不可能 采用单一的方式,而是几种形式的综合。本设计采用曲折式和放射式相结合的金 属流线布置。

(1)直线式

(2)直线横移式

(3)曲折式

(4)放射式

(5)汇聚式

(6)过渡式

(7)分枝式

图 2-2 金属流程线

本设计采用曲折式。 2) 生产设备的布置 设计车间平面布置时, 首先要做出包括主要生产工段、 辅助生产工段、 仓库、
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动力系统、生活间及办公室等部分在内的平面布置图,而且同时要做几个方案加 以比较分析,最后确定一个较好的方案。生产设备布置没有一定的规定。 在平面布置图上首先根据工艺流程的顺序和要求布置各种生产设备。 布置主要设备时,要尽量使产品流线方向与厂房纵向一致,尽力避免横向运 输。在考虑设备之间相互关系和决定间距时应尽量根据产量大小,轧制产品长度 和设备操作条件等因素,在保证满足生产要求的条件下,尽量紧凑,以节约车间 面积。 轧机最好能布置在一个顺向的轧制跨间内,电机应放进单设的主电室,一般 在另一跨间。在布置设备时,设备不能位于吊车工作达不到的范围,离厂房的柱 脚边缘必须留出一定距离。为了确保人身安全及安装、维修等工作方便,要留操 作面积。其大小视不同的设备以及机械化、自动化程度不同而定。 (a) 加热炉间的距离 主要根据炉子大小、劳动条件以及结合厂房的柱距一并考虑。 (b) 加热炉到轧机的距离 加热炉有两种布置方案:一种是加热炉中心线和轧机中心线平行;另一种是 加热炉中心线与轧机中心线相垂直。 a) 平行布置时,坯料从加热炉出来到粗轧机时间长,导致轧件温降厉害, 损耗能源,使轧制无法顺利进行。故本设计不选择此种布置方式。 b) 垂直布置方案多为把加热炉和轧机布置在同一跨内,而且多为侧出料的 方式,用于线材和小型材轧制,由于可以采用活套轧制,因而加热炉到轧机的距 离可缩短,坯料的温降较少。对顺列式或连续式布置的轧机,由于每架轧机只轧 一道,因而加热炉到轧机的距离可大为缩短。一般只考虑留操作条件和维修所需 的位置就可以。 本设计采用垂直布置方式。 (c) 轧机机列间的距离 根据车间生产需要和建厂的客观条件而定。机列间距与轧机布置形式有关, 也与原料种类有关。 (d) 车间内通路的布置 一般大、中型车间应有下述通路: a) 车间主要通路:这是车间内部运输通路,如电气台车通路、过跨运输之 窄轨小车。 b) 车间次要通路:用于运输材料、备品备件、设备检修及仓库场地的通路 等。 如车间的成品库内火车通路, 车间的端面或侧面开设大门, 作为汽车通路等。 c) 人行通路及防火通路 车间通路的宽窄对工人操作安全、 工作方便以及生产任务的完成有重要的影 响。因此,在设计车间时应有正确的选择。
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设备之间的通路宽度应根据运输小车的宽度确定。 当小车宽度为 1200mm 时, 单向运输通路的宽度可取 2200mm,双路返向运输通路的宽度可取 4000mm。本设 计取 2200mm。 人行通路宽一般可取 1m 宽,当车间的人较多,考虑到非常的情况下需迅速 疏散时,则人行道路的宽度可取 2m。本设计取 2m。 防火路与运输通路结合起来一起考虑。 车间大门可根据通路安排的情况加以确定, 在车间端面和侧面开有一定数量 的大门。大门的尺寸(宽高)为:通电瓶车大门:2.1×2.4m;通汽车大门:3.3 ×3.0m。 3) 车间内仓库设施的布置 为了保证生产的连续性,车间内原料与成品的存放、中间料的正常周转,在 设计时应留有一定的面积作为原料库、成品库以及中间再制料的堆放场地。还有 其他物品的存放处。 (a) 确定仓库面积的原则 a) 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仓库的存放天数。 b) 坯料间应留有进行各种修理、检查、标记、包装等所需之面积、吊车的 吊运方式不同而应留有的面积以及建筑结构的限制所需的面积, 这些面积通常采 用系数加以考虑。 c) 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。 d) 其他方面的特殊要求及经济核算等。 (b) 原料仓库面积的计算 通常原料仓库面积可用下式计算:
F= 24 AnKt K1QH

式中 A ——设备产量,t/h;

n ——存放天数,天
K t ——金属投料量系数;

Q ——每立方米空间所能存放的原料重量,t/m?;

H ——每吨原料的堆放高度,m;
K1 ——仓库利用系数。

车间的原料仓库存放天数,一般按轧机 7~10 天的平均的日产量考虑,如原 料由外地供应,储存量可按轧机 10~20 天平均日产量计算。 (c) 中间仓库面积计算 确定中间仓库面积,首先应该知道产品生产周转时间,然后根据中间仓库应

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堆放的中间再制料总数来确定。 中间仓库堆放再制料总数为:

W = ATK
式中

W ——堆放量,t;

A ——平均日产量,t/天;

T ——生产周期时间,天;
K ——轧机等主要设备与精整设备产量上的不平衡系数。
中间仓库面积为:
F= W Q

式中

F ——中间仓库面积,m ;
Q ——平均单位面积堆放量,t/m?;一般可按成品仓库有效堆放负荷

2

的一半来考虑。 实际上,有色金属中间再制料堆放天数为 2~3 天,面积利用系数为 0.4。 (d) 成品仓库面积计算 成品仓库面积的计算基本上同原料仓库的面积计算。成品库的存放量,当全 厂设有总成品库时,可按轧机 3~7 天的平均日产量计算。当全厂无成品库时。 则应按 7~10 天的轧机产量考虑。有色金属成品库料存放天数为 15 天,面积利 用系数为 0.35~0.4。 4) 其它设施的布置 (a) 操纵台位置的确定 操纵台是一部分设备的控制中心, 其面积大小和位置主要根据操作人员的工 作条件和设备的机械化自动化程度的高低来决定,它的位置确定应考虑下列因 素: a)操作台应靠近被控制设备中心,即电力负荷集中处,可以缩短导线长度, 并便于操作人员看到所控制的设备与被加工的材料。 一般操作人员所在位置到观 察地方的距离不应超过 15m。 b)由许多设备联合组成的共用操纵台时,其位置应处于这些设备的适中地 方或处于主要设备附近。 c)操纵台尽量不占车间有效面积,如没有特殊要求,操纵台应尽量布置在 柱列之间。对轧制车间主轧机有时采用桥式操纵台,其位置应尽量靠近轧机。 (b) 主电室布置 主电室布置主要有二种形式:一种是与主跨隔开的单独主电室,自成系统, 室内空间大,通风条件良好,电机及控制系统有较好的条件运行,但需单独的吊 车,增加了投资。另一种是主电室置于主跨内,可不用专门设吊车和厂房,节省 投资,但工作条件较差。
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从实际生产看,轧制车间大多采用主电室设在单独的一跨内。 (c) 工具堆放场地 不管是板带车间,还是管棒型线车间都要留一定的堆放场地堆放工具。对板 带车间主要是轧辊的堆放,其面积大小主要取决于轧棍的存储数量,轧辊堆放方 式,而车间必备的轧辊存储数量又与车间生产规模大小、轧制品种及轧辊材质有 关。 实际生产中每种产品需要三套轧辊 (一套在使用、 一套备用、 一套在加工) , 因此实际需要量应该是计算量的 3 倍。 (d) 乳液与润滑油站 对大型或中型轧制车间单独设有润滑站和乳液站, 供给机械设备和生产工艺 润滑用的润滑油和乳液。稀油用于润滑各种设备的轴承及传动部分,它是由稠度 很小的矿物油配制成的,由油泵供给,成为循环系统;干油用于润滑轴承,供给 方式可以是自动的,也可以是手工的。工业润滑油及乳液是集中由油站供给的, 乳液与工业润滑油站设在轧机附近地下室内。 (e) 车间机修室和磨辊间 车间机修室的面积主要取决于机床的形式与数目, 同时要考虑机加工的辅助 设备所占面积。 磨辊室的面积取决于机加工的设备与数目, 机加工设备的形式应根据加工的 轧辊而定,数目一般可进行计算。 机修室应在车间的端部,靠近轧机等主要设备。磨辊间应靠近轧机。 本设计其他设施的具体布置见车间平面布置图。 5) 车间内部运输设备的布置 车间内部运输设备有:吊车、电气台车、轨道车、特殊用的起重机、轨道与 输送带等。 (a) 桥式吊车 应用较为广泛,吊车的跨距取决于车间的跨距, (b) 特殊工艺用的起重机 如加热炉出料用的叉式吊车以及电葫芦起重机等, 根据不同的工艺要求进行 选择。 (c) 电动轨道车 在车间内的轨道小车视不同的情况选取, 用于搬运轧辊过跨以及其他重物过 跨有 20~60t 的轨道车。在车间布置时要留有过跨道轨通道,其宽度按轨道车的 宽度定。 (d) 辊道和输送带 大型机械化、自动化程度很高的车间,连续式流水生产线,采用辊道、输送 带、链条式运输设备。
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本设计车间内部运输设备的布置见车间布置图。 6) 生活间及办公室 根据国家“标准”规定,考虑到实际工作的需求,确定办公、生活用房的面 积。 (a) 车间办公室面积 一般规定每一个办公人员的办公用房面积平均为 4.5~5.5 平方米。 存衣室(更衣室)面积,每人按 0.4~0.5m2 计算。 (b) 厕所面积 厕所的面积按蹲位数确定。男、女厕所的蹲位数根据车间人数确定:100 人 以下的车间男厕所每 25 人设 1 个蹲位,女厕所每 20 人设 1 个蹲位;如车间 100 人以上,那么男厕所每增加 50 人增设 1 个蹲位,女厕所每增加 35 人增设 1 个蹲 位。在厕所需加洗污池和洗手槽。男厕所要加设小便槽。 (c) 浴室面积 当生产过程中污染较多或体力劳动较重时,需要设置浴室。加工车间一般属 于Ⅳ卫生级别。 生活间及办公室常常布置在车间一端或一侧,有少数房间设在车间内。 (4)车间工艺平面布置图 1) 车间平面尺寸 (a) 车间面积分类 车间面积按用途分类,主要有生产面积、辅助面积和服务面积。 (b) 车间面积尺寸的确定 a) 跨度:指车间横向上两柱中心线间的距离,实际上是一跨厂房的宽度。 跨度又称跨距。工艺设计中可根据生产实际需要选择跨度和跨数。 b) 柱距:指相邻两立柱间的中心距离,常采用标准柱距,当设备放不下或 有其它特殊情况时,也可以采用部分特殊的柱距。 c) 长度:车间的长度决定于全车间的总占地面积,同时考虑全厂的整个布 局。车间长度的确定还要考虑工艺的要求。 2) 车间平面图的绘制:详见车间平面布置图

2.7.2 车间立面尺寸
车间立面布置就是根据生产工艺要求, 确定车间的工艺高度和所有设备工作 面的高度为建筑设计者所进行的厂房剖面、立面设计提供参数。 (1)车间工艺高度的确定 工艺高度(吊车轨面标高)是地面(±0.000)至吊车轨道面的距离。影响 工艺高度的因数很多。主要是由设备高度、操作和检修所需的空间、吊车类型及 被吊物件尺寸等所决定。

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当吊车吊运物件时,需要跨越的最高设备的高度已知时,可按下面的关系式 确定工艺高度:
H1 = h1 + h2 + h3 + h4 + h5

式中 h1 ——吊车行走范围内最高设备(或堆放物、分隔墙等)自地坪算起 的高度;m;
h2 ——被吊物件与其下面最高设备的安全距离,一般可取 0.4~0.5m;
h3 ——被吊最大物件的高度;

h4 ——吊运工具高度,m;
h5 ——吊钩极限位置至轨面的距离,m;

当车间工艺高度确定后,就可以计算出屋架下弦底面标高即厂房剖面高度:
H = H1 + h6 + h7

式中 h6 ——轨顶面至起重小车最高顶面的尺寸;
h7 ——屋架下弦与起重小车之间考虑受结构挠度及沉降影响的安全间隙, 一

般为 100~300mm。 在确定厂房剖面高度时,要注意下列几点: 1) 一般冷加工车间可按(2-16)式计算。 2) 在热加工车间中,组织自然通风,常是考虑厂房剖面高度的重要因素。 3) “技术先进,经济合理“的原则,对确定厂房剖面高度,意义重要。因 为高度减少,意味着节约建筑材料和劳动力。 4) 既要满足生产使用要求, 力求经济合理; 又要考虑改善劳动条件的要求。 通过工艺计算,本设计北跨的工艺高度取 9m,厂房剖面高度取 10.2m。南 跨吊车行走范围内最高设备的高度为 3.5m,其余高度与北跨相同,则通过工艺计 算,南跨工艺高度取 9m,厂房剖面高度取 10.2m。 (2)车间设备标高 设备标高是指设备工作面高度,它主要决定于: 1) 工艺上要求。 2) 设备主要部件的维护、检查及检修方便。 3) 人身平均高度,考虑工作人员有良好的工作条件。

2.8 车间劳动组织和经济指标 2.8.1 车间劳动组织
车间劳动组织,一般指的是在生产劳动过程中科学地组织人们进行劳动,合 理使用劳动力, 处理好工人与领导之间、 工人与工人之间、 工人与劳动对象之间、 工人与劳动手段之间的关系,使其成为一个协调的统一整体。加强和改善劳动组 织的目的是充分发挥劳动者的积极性,尽可能节约劳动时间,获得较高的劳动生
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产率,确保生产任务的完成。作好劳动组织工作,涉及的问题很多,但从车间设 计工作来说主要是确定劳动定额、劳动定员与设置车间管理组织机构。 (1)劳动定额 劳动定额是指在一定的生产技术和组织条件下, 生产一定产品或完成一定工 作所规定的劳动量标准, 它是车间劳动定员的基础。 劳动定员有三种: 工时定额、 产量定额及看管定额。工时定额是指完成单位产品所必须消耗的工时。产量定额 是指工人在单位时间内应完成的产品数量,工时定额和产量定额互为倒数。看管 定额是指一个(或一组)工人,同时看管的设备或看管操作岗位的数目。 制定劳动定额的方法有: 1)统一分析法; 2) 经验估算法。 (2)车间劳动定员 劳动定员是指根据产品方案和生产规模,规定必须配备具有一定质量(或等 级)的各类人员的数量标准。要求在保证生产需要的前提下,合理使用劳动力。 1) 车间人员组成 车间工作人员包括: (a) 生产工人;b) 辅助工人;c) 勤杂工人;d) 行 政管理及技术人员。 2) 确定各类人员数量的原则 车间人员可分为两大类:直接生产人员和非直接生产人员。直接生产人员是 指生产工人和直接从事生产技术工作的人员; 非直接生产人员是指保证车间生产 经营活动正常进行的人员,一般指管理人员和服务人员。 确定各类人员数量的原则:从实际出发,保证正常生产和工作的需要,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。 3) 确定各类人员数量的方法 对于车间行政管理及技术人员要按组织机构、职责范围和业务分工,根据生 产规模大小定员。 对于车间服务人员可根据车间职工总数参照同类车间的比例确定。 对于生产工人,可按前述定额计算方法采用下列公式计算:
W T A ? B ? n ? Q? ? K Q=

式中 Q ——轮班数目的理论计算值;

W ——完成年计划产量所需之台时数;

T ——该组设备按一班工作时之实际工作台时总数; A ——实际需要工人数量; B ——每台设备之看管定额;

n ——该组同类设备的数量;
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Q‘——实际采用的轮班数目;

K ——在册人员系数。可取 K =1.07。
全年工时平衡如表 2-16 所示:
表 2-16 项 目 365 104 15 246 4 16 1 225 246×8=1968 225×8=1880 246 按三班工作 246×8×3=5904 246 人员及设备工时平衡表 数 方 设 365 104 15 案 备

日 (时) 人 员

日历日数 双休日 节假日 制度工作日 病假 事假、 探亲假等 执行国家义务 有效工作日 制度工作日之 理论工作时数 有效工作时数

车间劳动定员如表 2-17 示
表 2-17 人员类别 机组名称或职称 供锭 铣面机 蚀洗 包铝机 加热炉 热轧 生产工人 切边、头尾 卷取 预先退火 冷轧 成品退火 纵剪 横剪 车间劳动定员表 班次 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 在册人数 2 8 8 8 12 12 8 8 8 12 12 8 8

每班人数 2 2 2 2 3 3 2 2 2 3 3 2 2
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淬火+人工时效 辊式矫矫直机 拉弯矫 成品检验 小计 运输工 包装工 天车工 辅助工人 机修工 电工 仪表工 小计 车间主任 技术人员 技术勤杂 人员 财会人员 办事员 其它 小计 合计

5 2 2 4 166 8 10 15 5 5 3 184 4 8 3 8 8 31 381

3 3 3 3

20 8 8 16

3 3 3 3 3 3

32 40 60 20 20 12

2.8.2 车间管理组织机构及其职责
(1)车间检查站 车间检查站直属厂技术检查部门领导。 其任务是进行技术监督与质量检查工 作,对产品质量起保证和监督作用,保证出厂产品符合技术条件要求。 (2)车间主任和职能机构 车间主任是车间生产行政工作的负责人。在厂长和生产技术副厂长的领导 下,全面指挥车间的生产、技术和经济工作。 生产管理职能机构一般设计划、调拨、设备、工艺、以及财务等机构。 (3)车间安全技术组织 车间应设安全技术组织, 对职工进行经常性的安全教育, 树立安全生产思想, 制定安全技术操作规程及制度, 采取各种安全战术措施, 以监督、 保证安全生产。

2.8.3 投资概算
投资概算与生产成本概算,是设计文件的重要组成部分,是进行技术经济工 作的基础。 (1)建设投资概算的构成
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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。 还应包括设备运杂费在内。 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%计算, 国内其它地区一般按 5%计算。 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) 其它费用: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+安装费)×0.8%。 (b) 贷款利息——取费标准为:贷款金额×月息。 (c) 设计工本费——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——按国务院规定。 (f) 科学研究试验费、建设场地清理费、现有房屋拆除费、新建厂区绿化 费等根据主管部门标准确定。 车间土建投资预算和设备投资预算以及车间总投资预算分别如表 2-18、表 2-19、表 2-20 所示
表 2-18 车间土建投资预算表 建筑名称 厂房主跨 厂房副跨 建筑面积,m 11520 4320
2

单位投资,元/ m 800 800

2

总投资,万元 921.6 345.6

表 2-19 车间设备投资概算表 概算投资/ 万元 4160 1980 1980 211.2 187 设备费用/ 万元 1 2 3 5 7 2000 热轧机 280 冷轧机 500 冷轧机 箱式退火炉 纵剪机列 1 2 1 4 1 3800 1800 1800 192 170 总计 安装运杂费/万元 380 180 180 19.2 17

序号

设备名称

台数

61

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8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

横剪机列 推进式加热炉 淬火槽 时效炉 精整机列 铣面机 包铝机 蚀洗槽 20t 天车 15t 天车 辊磨床 变电系统 其他 合计

1 2 4 1 2 1 1 5 7 4 2 1

176 935 88 110 275 88 220 27.5 60.5 49.5 132 3300 3800

160 850 80 100 250 80 200 25 55 45 120 3000

16 85 8 10 25 8 20 2.5 5.5 4.5 12 300

22620.8

固定资产筹措:80%贷款,另外 20%自筹;流动资金筹措:70%贷款,另外 30% 自筹。

表 2-20 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 项目 建筑工程费 设备费 设备安装费用 运杂费 工、器具购置费 试车费 贷款利息 设计工本费 不可预见费 培训费用 固定资产总投资

车间总投资预算表 备注

金额(万元) 1267.2 17128 867 867 867 143.96 1030.1312 477.76 2388.8 10 25046.851

取设备费的 5% 取设备费的 5% 取设备费的 5% 取(设备费+安装费)的 0.8% 贷款金额×月息 取总投资的 2%左右 取总投资的 10~15%左右 按国务院规定

(2)编制建设投资概算的主要依据 概算应根据建设项目的初步设计图纸和技术条件, 现行的建筑安装工程概算
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定额、施工管理费和各项独立费标准、材料预算价格、设备价格、设备安装指标 几其它工程费用指标进行编制。编制概算时要贯彻执行国家和各省市、自治区及 国务院各有关专业部门的法规。

2.8.4 流动资金定额的概算
流动资金是用于购买劳动对象、 支付职工工资和产品销售等为保证生产经营 活动所需要的资金。即包括供、产、销三个环节上所需的资金。 生产资金指从原料投入生产到产品完工入库为止所占有的资金, 包括在制品 和待摊费用×在制品资金定额天数。 在制品资金定额天数=生产周期×在制品系数
在制品系数= 在制品平均成本 单位产品成本

生产周期即指从投料至检验入库的生产过程中的天数。 成品资金指产品检验入库到产品发送并收到货款为止所占用的资金。即: 成品资金定额=每日平均产量×单位产品工厂成本×成品资金定额天数。 成品资金定额天数,主要出成品库存天数、发送和结算天数构成。 流动资金也可按总投资的 40%作粗略估算。

2.8.5 产品成本概算
(1)产品成本 产品成本是指工业企业用于生产某种产品所需费用的总和, 也就是企业生产 产品所耗用的以货币量反映的人力、物力的总和。 产品成本按成本性质分为实际成本、目标成本、设计成本、质量成本。在车 间设计时所涉及的仅是类似设计成本的概算。 (2)折旧 折旧在成品估算和经济分析中占有很重要的位置。 我国一般采用平均折旧法 计算折旧。计算方法如下: 对于单个固定资产折旧, 年折旧费=年基本折旧费×年大修折旧费
固定资产原值+报废时清理费用-报废时残值 年基本折旧费= (元 年) 使用年限 年大修折旧费= 各次大修总和 (元 年) 使用年限

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年折旧率=

年折旧费 ? 100% 固定资产原值 年基本折旧费+年大修折旧费 = ? 100% 固定资产原值 =年基本折旧率+年大修折旧率

对于企业综合折旧,
年综合折旧率= 单个固定资产折旧费总和 ?100% 固定资产原值

月综合折旧率=

年综合折旧率 12

固定资产综合折旧率,企业无权自行决定,它是由企业的主管部门和财政部 规定的。 年折旧费=固定资产原值总和×年综合折旧率 我国现行的折旧率太低,折旧年限太长(30 年左右),冶金工业综合折旧率 为 5~5.5%,其中基本折旧率与大修折旧串大体上各占一半。现将固定资产折 旧费列表如表 2-21 所示: 表 2-21
序号 1 2 3

固定资产折旧费表
项目 厂房 设备 工具 投资(万元) 1267.2 17128 867 年折旧率(%) 5 5 10 1006.46 折旧金额(万元) 63.36 856.4 86.7

合计

(3)成本构成 产品成本由各种费用构成,生产费用按其用途分类,就是成本项目。包括: 1)原材料:构成产品实体的原料和主要材料。生产过程中产生的废次品及 回收品应作价在本项中扣除。 本设计四个计算产品原材料成本和返回废料所占金 额分别如表 2-22 和表 2-23 所示。 2) 辅助材料:产品加工过程中扣除原材料和主要材料以外所必需的材料和 物料。 3)燃料和动力:料指直接用于产品生产的外购和自制的为生产提供热能的 各种燃料。动力指直接用于产品生产,为生产提供动能的各种动力。本设计所用 燃料和动力成本如表 2-24 所示。 4) 生产工人工资和工资附加费:加费按工人工资总额和国家规定的比率 (13%)提取附加费用,包括医疗费 5.5%,福利基金 3%,奖励基金 2.5%,工会
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基金 2%。 5) 车间经费:括车间固定资产的折旧费、维修费和车间管理费。本设计车 间经费如表 2-26 示。 6) 企业管理费:全厂范围内为管理和组织生产而发生的各项管理费用和业 务费用及其它费用。包括工厂折旧、维修费和厂部管理费。本设计企业管理费如 表 2-26 所示。 7) 销售费:指在销售过程中所发生的各项费用,如销售人员的工资与附加 费、宣传费、广告费、保管费、仓库折旧费、办公费等。本设计销售费如表 2-25 所示。产品销售收入和产品成本估算分别如表 2-25 和表 2-26 所示。
表 2-22 序号 1 2 3 4 总计 牌号 1060 2A12 3A21 7A09 重量(t) 7511.8927 8206.754 8000.06 8339.585 原材料成本表 单位(元/t) 20920 21150 21090 20920 67390.701 金额(万元) 15714.879 17357.284 16872.127 17446.411

表 2-23 序号 1 2 3 4 总计 牌号 1060 2A12 3A21 7A09 重量(t) 451.465 1114.425 960.808 1264.525

返回废料所占金额表 单位(元/t) 14434 14805 14763 14763 5586.8097 金额(万元) 651.64458 1649.9062 1418.4408 1866.8182

表 2-24 名称 电 水 蒸汽 合计 耗费量 462197687 度 366 万米
3

燃料及动力成本表 单价 0.56 元/度 1 元/米 1 元/吨 26249.8
3

金额(万元) 25883 366 0.8

0.8 万吨

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表 2-25 序号 1 2 3 4 总计 牌号 1060 2A12 3A21 7A09 产品规格(mm) 0.3*550 1*1000*5000 0.5*1050*2000 1.25*950*3000

产品销售收入表 重量(t) 7000 7000 7000 7000 105112 单价(元/t) 29700 35620 39840 45000 总价(万元) 20790 24934 27888 31500

原材料总成本价为: 67390.701-5586.8097=61803.891 万元; 辅助材料成本取原材料费用的 8%,即为 4944.3112 万元。 年人均工资和福利定为 20000 元,则年总额为 20000×381 = 762 万元。 维修费为车间固定资产原值的 3~6%。 即 25046.851×3%=751.40553 万元。 车间管理费为: (原材料+辅助材料+燃料及动力+工资及福利+年折旧费+维修费)×5% 即=(61803.891+4944.3112+26249.8+762+1006.46+751.40553)×5% =4775.8933 万元 车间生产成本=变动成本+固定成本 =4775.8933+25046.851 =29822.744 万元 企业管理费=工厂折旧费+维修费+厂部管理费(车间成本×5%) =1006.46+751.40553+29822.744×5% =3249.0027 万元 工厂成本=车间成本+企业管理费用 =29822.744+3249.0027=33071.746 万元 销售费=销售收入×1% =105112×10%=10511.2 万元 经营成本=工厂成本-折旧费-维修费+销售费 =33071.746-1006.46-751.40553+10511.2 =41825.08 万元 销售成本=工厂成本+销售费 =33071.746+10511.2=43582.946 应计税总金额=产品销售收入× 10% =105112× 10%=10511.2 万元 扣项税金=原材料及其他材料购入价×10% =(61803.891+26249.8+4944.3112)× 10%=9299.8002 万元
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万元

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应交税金=应计税总金额-扣项税金=10511.2-9299.8002=1211.3998 万元。
表 2-26 产品成本估算表 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 项目 原材料 辅助材料 燃料及动力 生产工人工资及附加费 折旧 维修费 车间管理费 车间成本 企业管理费用 工厂成本 销售费 经营成本 销售成本 税金 金额(万元) 61803.891 4944.3112 26249.8 762 1006.46 751.40553 4775.8933 29822.744 3249.0027 33071.746 10511.2 41825.08 43582.946 1211.3998 备 注

车间总投资=25046.851+61803.891+4944.3112+26249.8+762+1006.46 +751.40553+29822.744=150387.45 万元 流动资金=车间总投资×40%=60154.98 万元 财务费用=流动资金×70%×7%=2947.594 万元 车间年利润总额=销售总额-销售费用-应交税金-管理费用-财务费用-生产 成 本 =105112-10511.2-1211.3998-4775.8933-2947.594-29822.744=55843.168 万元。

2.8.6 投资回收期估算
自项目正式投产之日起到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。项目竣工验收前称为建设期,验收后一般还要经历投产期才到达产 期。我国冶金企业投资回收期一般为 5~6 年,投资回收期愈短,经济效益愈好。 回收期=(车间固定总投资+流动资金)/全年总利润 =(150387.45+60154.98)/55843.168 =3.77 年 本设计的投资回收期为 4 年。

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2.8.7 技术经济效果评论
当车间设计全部结束时,计算各项技术经济指标,列于表 2-27 中,并从以 下几个方面加以综合评述: (1)阐述该项设计方案的优点、缺点; (2)结合表 2-27 中技术经济指标,对比现场实际情况及有关资科,验证该 项设计的正确性、合理性及先进性; (3)阐述该项设计实施后对发展国民经济所起的作用; (4)阐述该项设计实施后的经济效益与社会效益。
表 2-27 车间综合技术经济指标

序号

技术经济指标名称 车间年产量 1060

单位

设计指标 7000

1

2A12 3A21 7A09



7000 7000 7000

2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15

车间综合成品率 职工总数 车间总面积 受电设备总容量 总投资 流动资金 年总产值 年总利润 人均产量 人均产值 人均利润 单位产量利润 资金回收期

% 人 平方米 KW 万元 万元 万元 万元 吨/人/年 万元/人/年 万元/人/年 万元/吨 月

87.4825 381 15840 462197687 150387.45 60154.9 105112 55843.168 73.5 275.88 146.57 1.99 46

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第三章 车间厂房与辅助设施设计
3.1 厂房设计 3.1.1 厂房建筑
(1)厂房建筑类型 在加工厂中,有许多类型的建筑,按其各方面特征,可分如下类型: 1) 建筑用途分: (a) 生产建筑:直接用于产品生产的建筑,一般称之为厂房。 (b) 辅助建筑:仓库、运输、动力、卫生工程等用的建筑。 (c) 行政管理和生活福利建筑:指办公室、生活室、食堂等用房。 2) 按建筑的形式可分:工厂建筑可分单层的和多层的。加工厂的生产建筑 多数是单层的, 因为加工车间设有较重型的设备, 产品较重, 外形轮廓尺寸较大, 单层厂房可以使大型设备安装在地面基础上。 3) 按建筑物的平面布置可分: 狭窄的独立式厂房和整片式的联合厂房,按平面型式则有矩形、∏型、ш 型 的等。从剖面看,可分单跨和多跨的;按屋面形式,可分单坡和多坡的,按跨度 大小,可分小跨和大跨的。 (2)加工车间厂房的要求 加工车间厂房除一般的要求外,还必须根据生产工艺的特点考虑厂房的采 暖、通风、采光以及厂房承重。下面主要根据加工车间生产特点,对厂房的基本 要求: 1) 通风和自然采光 加工车间对通风和采光都有比较高的要求,为了建造出合理的厂房,应注意 以下几个方面: (a) 工艺设计者在作车间平面布置时, 保证厂房有良好的通风和采光条件。 (b) 根据加工车间的特点,合理的建造厂房,选择结构。 (c) 车间的位置和方位,一般都沿着与太阳照射方向垂直布置。 2) 采暖 根据生产过程中散热量的大小和生产的要求,以及车间所在地区的气候条 件,合理的选择厂房保温等级。 根据国家规定标准,设置集中采暖的建筑物,当工艺条件对温度无特殊要求 时,对生产车间冬季室内温度应符合下列规定: 轻作业时高于或等于 16℃;中作业时高于或等于 12℃;重作业时高于或等 于 10℃。

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3) 防火 加工车间是属于高温性厂房,所以应采用防火性(用钢材或钢筋内混凝土建 造)建筑。车间都要有防火措施。 加工车间有不同的生产工艺,对建筑设计有不同的要求,这就需要针对不同 的情况给予考虑。

3.1.2 厂房建筑结构
加工车间厂房由下列各主要部分组成:房顶、梁、柱、天窗、窗、门、墙、 地坪等。 (1)房顶 房顶是防水、防风、防寒及保暖的结构,主要由屋面、屋架、房架支撑系 所组成。 1) 屋面 屋面的构造设计主要解决屋面的排水、 防水、 保温、 隔热等问题。 不同地区、 不同气候条件,不同生产性质的厂房,在使用上有着不同的要求。 (a) 屋面排水 排水的方式可分为有组织排水和无组织排水。如设置屋面檐沟及雨水管,屋 面雨水有屋面挑檐自由泻落到地面的,称为无组织排水。 (c) 屋面防水 a) 构件自防水和刚性屋面防水结构:屋面板均选用自防水预应力混凝土大 型屋面板。 b) 防水涂料与嵌缝油膏: 漏水大部分产生于板缝、 天沟和板面严重开裂处, 因此加强对板缝、天沟和板面开裂的防水措施,主要是在板缝处嵌添油膏和在天 沟、板面上刷防水涂料。 c) 卷材防水层和有保温、隔热的屋面防水结构 2) 屋架 目前,常用的屋架有;钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土屋架;钢结构屋架。 (2)梁 梁是一种受弯的构件,根据梁的用途可分为:托架、吊车梁、墙梁等。由于 各梁的应用地点不同,其梁的结构是不同的。 1) 托架 当厂房全部或局部柱距为 12m 或 12m 以上而屋架间距仍用 6m 时,需在柱顶 设置托架,以支持中间屋架。 2) 吊车梁 吊车梁直接承受吊车起重、运行、制动时产生的各种往复移动荷载。因此, 除了要满足一般梁的强度、抗裂度、刚度等要求外,还有满足疲劳强度的要求。

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同时,吊车梁还有传递厂房纵向荷载,保证厂房纵向刚度等作用。因此,吊车梁 是厂房结构中一种重要的构件,对它的选型、设计和施工应加以重视。 3) 墙梁 墙梁是连系梁的一种,设在墙内。布置墙梁时,还应与厂房立面结合起来, 尽可能兼作窗过梁用。 (3)柱 柱是厂房结构中重要重构件之一,它主要承受屋盖和吊车梁等竖向载荷、风 荷载及吊车产生的纵向和横向水平荷载, 有时还承受墙重、 管道设备等其他荷载。 柱的选择,是厂房结构设计的一个重要环节,对厂房的安全、刚度、经济、施工 都有很大的影响。 柱的材料和结构应根据厂房承载负荷的性质和大小, 厂房高度、 柱距以及防火要求来选择。 (4)天窗、侧窗、门、墙 天窗主要是采光和通风用,厂房的天窗有:矩形天窗、下沉式纵向天窗、 井式天窗、三角形固定钢天窗、由采光屋面板组成的采光带等,前三种天窗都能 作采光和通风用,后二种天窗采光效果较好。目前,建筑设计中采用标准构件。 天窗一般都设有玻璃窗扇,玻璃窗扇有固定式和开启式两种。 当车间跨度为 12~18m 时,则天窗架宽度常取 6m;车间跨度为 18~36m,常 取 9m,天窗架的高度取决于窗扇的高度。 2) 侧窗 主要采光通风用,侧窗的布置和面积的确定应根据工艺生产的要求,墙的结 构等来决定,一般加工车间有上下二排窗,上层固定,下层可开闭,下排窗扇一 般设离地面 1.2m,窗子尺寸已标准化了,常用窗子宽为:1.5m、2m、3m、4m 等。 亦有沿墙整排开窗的;高度采用 600mm 倍数。 3) 门 供运输和行人之用,大门的位置和数量,根据交通线和行人的需要确定。一 般来说,门的高度要比可能运输最大物件高 600mm,门的宽度应比车辆或最大物 件宽度大 600~1000mm。 目前工业建筑门已标准化了。 加工车间的大门不设门扇, 只有特殊要求的门才有门扇。 4) 墙 是厂房挡风、雨、雪和保暖的围护结构,墙的种类有自承重墙,承重墙、骨 架墙和隔墙几种。墙的种类和厚度的选择应该根据墙的高度,墙承受的荷重的大 小以及保温等级选择。 5) 基础 是承受厂房荷重和运输荷重传给土壤的构件, 柱子和墙的基础是厂房中负荷 最繁重的结构。 墙的基础——砖墙基础大部分是带状的,只有当基础砌置在软弱土壤上,或
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是因为基础深度大于 1.2~1.4m 时,应采用基础梁。 柱基——有条形柱基和单独柱基。厂房绝大多数采用单独柱基。 只有在下列情况下才能采用条形柱基:柱距小荷载大(100t 以上)或柱基 下基础弱;单独基础受尺寸限制如有其他建筑物的基础、地洞等。 (6) 地坪 地坪主要承受压力、冲压力。 地坪可分整体的 (无缝的) 和块状的两种, 熔铸和加工车间在轧机、 挤压机、 拉拔机等周围的地坪都是在原土夯实的基础上铺一层碎石,在碎石上面铺铁板。 主电室、变电所要求地坪光亮平滑清洁,一般都是在原土夯实的基础上浇上一层 混凝土,在混凝土上面铺沙,然后地坪表面铺缸砖或者用混凝土地坪。机修间常 用混凝土地坪。坯料场、成品库、物料库地坪,原土夯文,铺决石。

3.1.3 建筑结构布置与定位轴线
合理地选定厂房的各种构件后, 可着手进行结构布置, 建筑结构布置设计时, 要考虑排架平面受力状态的问题,又要考虑厂房空间手里状态;既要考虑主要荷 载的作用,又要考虑温度变化引起的房屋伸缩、地基产生不均匀沉降等情况;既 要重视主要承重构件的设计,又要重视支撑、连系梁等构件的布置及结构之间的 联结构造处理。 (1)伸缩缝 当温度变化时,将在厂房各构件中产生附加的内力和变形,而且埋在地下部 分与地上部分的伸缩程度是不同的,厂房长度与宽度较大时,构件中将产生较大 的内力和变形,严重的可使墙面、屋面以及构件开裂。伸缩缝的最大间距,要根 据厂房的结构类型和环境决定。一般来说,钢筋混凝土结构的厂房长度大于 60m 时应该留一条温度缝。 (2)沉降缝 在有些情况下,为避免厂房因基础不均匀而引起开裂、损坏,需在适当部位 用沉降缝将厂房分成若干刚度较好的单元。沉降缝的做法是:从基础开始将全部 构件分开。沉降缝可兼作伸缩缝用。 房屋的下列部位宜设沉降缝: 1) 建筑平面的转折部位; 2) 高度差异(或载荷差异)处; 3) 过长的砖石承重结构或钢筋混泥土框架结构的适当部位; 4) 地基土的压缩性有显著差异处; 5) 建筑结构(或基础)类型不同处; 6) 分期建造房屋的交界处。 (3)定位轴线

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定位轴线与厂房建筑设计和结构布置有着密切的关系。 定位轴线一般有横向 和纵向之分。与厂房横向排架平面相平行的轴线,称为横向定位轴线;与其垂直 的轴线,称为纵向轴线。横向定位轴线与柱中心线一般重合,且通过屋架中心线 与屋面板等横向接缝。 (4)支撑 在厂房结构设计时,为保证和提高厂房结构的承载力、稳定和刚度,并传递 部分水平载荷,必须设置各种支撑构件。支承由屋面支撑和柱间支撑。 1) 屋面支撑:为了保证屋架杆件稳定及传递山墙抗风柱(或天窗端壁)的 风力和地震力,一般在伸缩缝区段的两侧和厂房的两端设置支撑构件。 2) 柱间支撑:柱间支撑的作用是将屋面支撑传来的水平载荷、起重机纵向 刹车力、纵向地震力传至基础并加强厂房纵向刚度。 (5)厂房竖向布置 厂房竖向布置的确定应该注意的问题: 1) 当内落水的多跨单层厂房在同一方向间的高度差 4m≥ D h ≥1m 时, 并且 低跨间厂房面积不超过车间总面积 40%时不需设计高度差。 2) 当厂房和厂房的个别部分设有各种吊车,如果跨间高度相同,则所有跨 间的柱子轨面标高应按重型吊车所需高度来设计; 当设有轻型吊车而标高高于设 有重型吊车标高时,应按轻型吊车所需标高来设计。 3) 大宽度的多跨厂房采用内落水屋面最简单。 4) 厂房屋顶天窗应沿纵向设施,应尽量不采用横向布置。 5) 厂房竖向尺寸应尽量采用标准数列。

3.2 车间电力设施
车间电气动力部分的设计电气专业负责。 但工艺设计者必须根据生产工艺的 需要,提出正确的合理的要求,提供设计所需的各种资料。如车间用电点的明细 表及用电点的平面布置图,说明各用电点的位置及质量数量要求:包括电压、电 流(交流或直流)、功率、容量、使用性质、固定或移动、电阻或电感、频繁程度 以及车间安装总容量(KVA)等。工艺设计者应具有初步选择电机和进行负荷计算 的能力。

3.2.1 车间照明
良好的车间照明是保证安全生产.提高劳动生产率和保证视力健康的必要条 件。 现代企业中采用的照明系统有三种:普通照明、局部照明和混合照明。加工 车间多采用混合照明,即一般采用普通照明。而在一些特殊的地方如轧机附近, 成品检查台等处再加局部照明。 照明系统的电压一般为 380/220V,灯用电压为 220V,局部照明当采用 36V,

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安全供电时可通过 220/36V 移动式变压器供电。照明与动力既可合用变压器,也 可自成供电系统。 (1)照度及照明器的选择 照度即照明度,是光通量的表面密度。照度的选择要根据车间各工段的性质 分区选择普通照明的最低照度值。 照明器是灯罩与灯泡的总称。应根据环境条件和满足生产的要求来选择,并 适当注意外形美观和建筑协调以及经济上合理。 (2)照明用电容量计算 照明用电容量的计算方法,通常有单位容量法、利用系数法和逐点法三种。 利用系数法适用于采用反射式照明灯具和均匀布置的普通照明; 逐点计算法适用 于水平面、垂直面和倾斜面上的照度计算;单位容量法适用于均匀的普通照明的 照度计算,方法较简单,生产厂多采用之。其计算式如下:
Py ? S ? W

式中

Py ——房间内总照明安装容量,W;

S ——房间内面积,m ;
W ——单位面积安装容量,W/m 。
2

2

车间各部分照明光通量见表 3-1
表 3-1 车间照明光通量 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13 照明区名称 加热炉区 铣面机区 蚀洗区 包铝区 热、冷轧区 退火区 精整区 淬火人工时效区 成品检验包装 油库地下区 磨辊间 办公生活区 其他 合计 照度 40 30 30 30 40 40 40 40 30 20 30 40 20 照明区面积 250 200 140 280 2000 3500 3000 600 2000 210 972 468 360 照明光通量 10000 6000 4200 8400 80000 140000 120000 24000 60000 4200 29160 18720 7200 511880

3.2.2 车间动力
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(1)主传动电机 1) 主传动电机型式的选择 主传动电机型式必须根据设备的特点和工艺要求综合考虑。 2)主传动电机容量的确定 主电机容量的确定可采用两种方法: (a) 用对比法和估算法估算电动机容量 (b) 用计算法确定电动机容量 (2)辅助传动电机 电机型式的选择同样是根据工艺要求及设备的工作特点来考虑。 电机容量的选择根据工作制度的不同采用不同的公式。 1) 对于长时工作制负荷恒定的,可按下式计算:
Pc ≤ PH

式中

Pc ——负荷功率;

PH ——电机额定功率。

2) 对于长时工作制负荷变化的,则应作负荷图,求等效力矩 M e ,使
Me ≤ MH

并校核过载。 3) 对于短时工作制的,可按电动机的容许过载条件来确定:
PH ≥
Pc 0.75 K 允

式中

PH ——电机额定功率;
Pc ——设备负荷功率; K允 ——电机允许过载系数 ;

0.75——考虑电压波动及起动时通风条件恶化而引入的系数。 4) 对于反复短时工作制的,则必须从过载、发热两方面来考虑:

Me =

2 2 M q tq + M y t y + M z2t z

0.75(tq + t z ) + t y

MH

M max ≤0.9 M H

式中

M q 、M y 、M z ——相应于电机起动、 稳定运转及轧制阶段之力矩;
t q 、 t y 、 t z ——相应于电机起动、稳定运转及轧制阶段之时间;

0.75——同前。

3.2.3 车间电气动力设备的电气负荷计算
车间用电设备负荷计算是为了确定车间之年耗电量以供选择变电设备、电

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器、导线截面、分配电能和编写经济指标之用。具体详见表 3-2: 有功计算功率 P 由下式决定: P=PH+ΔP 式中,ΔP——电机之损耗 PH——电机额定功率 电机之无功功率 Q 由下式决定: Q=P· tg? 则表观功率 S: S=(P2+Q2)1/2=P/cos? 根据有功计算功率 P、 无功功率 Q 计算出表观功率 S, 再由 S 去选择变压器。
表 3-2 车间电能负荷计算总表 设备组总容量/KW 设备组名称 直流电 铣面机 包铝机 加热炉 2000 热轧机 1200 冷轧机 1700 冷轧机 蚀洗机列 退火炉 盐浴炉 纵剪机列 横剪机列 轧辊磨床 天车及其 它辅助设备 车间其他 设备用电 照明用电 车间总计 总计表观功率 S 总 KV·A 243947.4 324 0.8 1.0 0 259.2 21913.2 10719.09 2076.6 0.35 0.5 1.73 726.8 1257.4 89 159 76.5 6400 3200 3000 116.8 5470 3355 145.7 221.7 103.45 1256 180 120 交流电 309 180 1524 需用系 数 Kc 0.7 0.7 0.7 0.6 0.6 0.7 0.7 0.7 0.6 0.7 0.7 0.6 0.3 功率因 数 cos? 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.5 有功计算 功率 P,KW 216.3 216.3 978 6464.4 3232.3 3030.3 251.5 3829 2013 102 155.2 62.1 376.8 无功计 算功 Q,KW 162.2 102.5 432.1 1980 1980 1680.4 188.6 1340 704.55 76.49 116.4 46.55 651.9

tg?

0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.65 0.75 0.75 0.75 1.73

车间年耗电量为每台设备年耗电量之和, 将车间完成年计划产量总耗电量列
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表于 3-3。
表 3-3 完成年计划产量耗电量表 设备名称 铣面机 蚀洗槽 包铝机 加热炉 热轧机 1200 冷轧机 2000 冷轧机 箱式退火炉 盐浴淬火槽 时效炉 横剪机列 纵剪机列 精整机列 轧辊磨床 天车及其辅助设备 车间其他设备 照明 合计 数量, / 台 1 5 1 2 1 2 1 4 4 1 1 1 1 1 11 1 1 有功计算功率, 有功年最大负荷利 /KW 216.3 251.5 216.3 8500 6464.6 3232.3 3030.3 3829 2200 1850 150 180 6500 62.1 1550 1600 259.2 用小时数,/h 4550 5450 4550 5600 2138.7 1433.4 4329.6 4850 4850 4850 4550 4550 4550 4550 4550 4550 4380 年耗电量/KW.h 984165 8224050 984165 95200000 13825840.02 4633178.82 13119986.88 55711950 64020000 8972500 1365000 819000 59150000 282555 91682500 7280000 1135296 462197687

这是计算年耗电量的方法。但是,如果计算过程中由于数据来源不充分,这 种计算方法只能供参考。设计时采用的数据也可依据现场经验来估算。

3.3 车间供水与排水、供气、供热 3.3.1 供水与排水
(1)供水 加工厂是一个比较大的用户。各车间对水质、水压、水温及用水制度等要 求不同,还必须考虑专门的水力设施来保证生产的需要。此外,根据地区条件不 同,车间规模和生产工艺过程的不同,车间的供水系统也有所不同。 对于设计中水量大的加工厂,通常需要修建两条供水管网系统,一条是满足 生活用水,一条供应生产用水。消防用水可以与其中任一条合并。
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本设计中,蚀洗工序年耗水量为 12000t,加热工序年耗水量 174000t,退火 工序年耗水量 180000t,因此,车间年耗水总量为 3660000t。 (2)排水 对工厂的一切生产与生活用水,要及时的排出或者进行处理,处理后的水 继续循环使用,而污物可综合利用。收集和排污水的方法,是用排水系统排除。 排水系统按其用途可以分为合流系统和分流系统。在每一情况下,对于排水系统 的决定,必须根据污水的水质、水量及废水利用的价值等因素,进行技术和经济 的分析比较。在本设计中采用分流系统,将不同的污水以不同的管道排出并分别 处理。

3.3.2 供热
生产和生活的供热包括采暖和热水供应二个方面,根据地区气象条件,生产 工艺的特点以及建筑等级因素决定。一般在我国北方有采暖设施。

3.3.3 供气
(1)蒸汽供应 加工车间所用之蒸汽,均为低压(4~8 绝对大气压)的饱和蒸汽,这是由 加工工艺的具体要求决定的。 加工车间使用蒸气有如下几个方面: 1) 作为加热用; 2) 作为车间采暖、保温用; 3) 生产操作用; 4) 其它方面:如生活上热水供应、浴池等。 本设计车间年需蒸汽总量为 0.8 万吨。 (2)压缩空气供应 车间的压缩空气,由压缩空气站供应。一般压缩空气站为了节省管道投资, 应尽量靠近用户,但当用户较多,且分散,可分散配置。 (3)供煤气 发生炉煤气在加工车间中主要用来作加热设备和热处理设备的燃料。 在加工 厂是否建立煤气发生站应根据产品的生产工艺要求和供煤气的条件加以决定。

3.4 环境保护

3.4.1 环保对车间设计的要求
加工厂既是产品的生产场所,又是大量灰尘、废水等有害物质的发生地。对 这些有害物质有效处理和控制, 并加以综合利用, 以保护环境卫生, 有利于生产, 保证人民的身心健康。环境保护是关系到子孙后代的千年万年大计。一个工厂能 不能建设与生产,首先要有环保措施,否则就不能建厂与生产。对一个企业的要 求不仅要绿化周围环境,而且对灰尘、污水,各种发生物及噪音等要采取有效的
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控制和综合利用措施。 加工厂环保的内容, 在于对生产过程中产生的各种有毒、 有害物质采取措施, 加以控制和利用。使其控制在规定的标准范围内。 在车间设计时应注意以下几点: (1)在厂房建筑和总图布置时要留有绿化区。 (2)保证车间有良好的通风;注意车间厂房纵轴布置成东西方向;厂房主 要迎风面一般应与夏季主导风向成 60~90 角;方散热量大的设备应放在下风位 置或采取通风措施。 (3)污水要处理后排放或循环使用。 (4)有毒、有害物质应回收,有回收措施,不允许外排。 (5)粉尘应有集尘设施,集中处理。 (6)尽量实现工艺过程机械化、自动化。 车间设计时一定要注意改善劳动条件、保障环境卫生。
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3.4.2 环保内容与对策
(1)绿化 在厂区进行绿化,绿化是保护环境的重要措施。 (2)水质处理 为了高度利用水资源, 尽量减少废水排出, 工厂可设置回水设备, 循环使用, 保护水的资源。 设置含油排水处理设备以及适应各个生产设备和排出水质的处理 设备,加强对排水的管理。 (3)噪音的防治 加工厂的噪音也是比较严重的,主要来自车间的设备。目前在噪音的防止方 面采取的主要措施有:尽量选用低噪音的设备;采取防震和 隔音措施;安放隔 音罩,建造隔音建筑物,装设消音器;改变设备操作规程等。 (4)大气污染的防治 消烟除尘是环境保护的重点,在设计时要采取消烟除尘措施。 (5)有害废弃物的处理 在生产过程中还有些生成物,如含油的尘泥、垃圾等,对这些物质的处理也 是环保的主要内容。对这些废弃物,一般是综合利用,对有用的物质,而对确定 无用的废弃物埋掉。

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参考文献
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致 谢
本课题在选题及进行过程中得到张迎晖老师的悉心指导。论文行文过程中, 张老师多次帮助我分析思路,开拓视角,在此,向张老师致以诚挚的谢意和崇高 的敬意。 感谢大学几年来,材料专业所有老师对我学习上的帮助和生活上的关怀,正 是您们的辛勤工作, 给了我最好的锻炼和最快的成长, 才使我得以顺利地完成学 业,取得学位。浓浓师恩,终生不忘。 感谢我的同学们,我们一起经历过的聚散喜悲,一起走过的每一段路,我一 生都不会忘记。友情的无私为我们的大学时光重重地写下了无悔青春。
胡雪娟 2011年5月30日

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