年产55万吨铜及铜合金板带材车间设计.docx
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年产55万吨铜及铜合金板带材车间设计
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：
①车间的生产规模、生产品种及产品质量标准；
②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；
③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；
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。
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：
①纯铜：
也称紫铜。
它具有良好的导电性、导热性和耐蚀性；②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；③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；④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：
①是确定建设项目，编写初步设计的基础；②是向银行贷款的依据；③是与相关部门签协议的依据；④是向当地政府申请建设执照的依据。
⑤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：
①是市场销售情况的研究；②是原料和工艺技术的研究；③是工程条件的研究；④是对劳动力的来源和费用、人员培训、项目实施计划的研究；⑤是资金和成本的研究；⑥是经济效果的研究。
可行性研究的步骤：
①调查研究、收集资料；②对收集的资料进行分析研究提出方案；③方案对比，选出最优的；④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5000t的企业只有15家。
2003年我国的铜板带生产能力约6O万t／a，其中高精度铜板带材的生产能力仅为1O-15万t／a。
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；
①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；
②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；
③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；
④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、5000多个品种；而我国目前仅有约250种合金、3000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50～60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l0—20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：
①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；
②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；
③尽量靠近产品销售地区；
④有适宜的气候环境，且自然条件好；
⑤离建筑材料产地近；
⑥与相关的企业能方便合作；
⑦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。
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3-15.5万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
0.1~1.2
90~540
卷
18000
32%
散热器板材
0.1~1.2
100~510
12000
18000
32%
引线框架铜带
0.1~1.2
100~510
卷
9000
16%
弹性元件铜带
0.1~1.2
100~520
卷
10000
20%
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
TUP
M
0.3×180
18000
GB/T2532-1997
散热器板材
H62
Y
0.9×255×12000
18000
GB/T2532-1997
引线框架铜带
QSn6.5-0.1
M
0.85×255
9000
GB/T2532-1997
弹性元件铜带
BZn15-20
Y
0.5×260
10000
GB/T2532-1997
3.3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
TUP
99.5
0.01~0.04
0.003
0.01
0.005
0.005
0.05
—
镍
硫
氧
铁
杂质总和
0.2
0.01
0.01
0.005
0.49
H62
铜
锌
铅
铁
锑
铋
磷
杂质总和
60.5~63.5
余量
0.08
0.15
0.005
0.002
0.01
0.5
QSn6.5-0.1
锡
磷
锑
铁
铝
铅
铁
铋
6.0~8.0
0.1~0.25
0.01
0.02
0.002
0.02
0.02
0.002
铜
杂质总和
余量
0.1
BZn15-20
镍+钴
锌
铁
硅
镁
锰
铅
硫
13.5~16.5
18~22
0.5
0.15
0.05
0.3
0.02
0.01
铜
碳
磷
铋
砷
锑
杂质总和
余量
0.03
0.05
0.002
0.001
0.02
0.9
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
TUP
0.1~1.2
±0.010
-0.60
-
H62
0.1~1.2
±0.015
-0.40
-
QSn6.5-0.1
0.1~1.2
±0.015
-0.80
-
BZn15-20
0.1~1.2
±0.035
-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（%）
TUP
M
205～250
≧30
H62
Y
365~440
12~14
QSn6.5-0.1
M
350～450
60～70
BZn15-20
Y
≧294
≧40
3.4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。
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