年产7万吨铜及铜合金板带材生产车间工艺设计(本科毕业设计)教材.doc
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XX理工大学
本科毕业设计（论文）
题目：
年产7万吨铜及铜合金板带材
生产车间工艺设计
专题题目：
学院：
材料科学与工程学院
专业：
金属材料工程
班级：
X班
学号：
XX号
学生：
XXX
指导教师：
XXX职称：
XXXX
指导教师：
职称：
时间：
2014-05-30
XX理工大学
本科毕业设计（论文）任务书
材料学院金属材料专业2010级（2014届）X班学号XX学生XXX
题目：
年产7万吨铜及铜合金板带材生产车间工艺设计
专题题目（若无专题则不填）：
原始依据（包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等）：
根据目前铜材市场的（供求）需求状况，提出设计题目，通过对铜合金板带材生产企业和市场信息的进一步调研，提出满足设计任务要求的各项具体指标。
利用在洛阳铜业集团公司实习的机会，现场收集铜合金板带材生产工艺技术和设备等方面的资料，结合大学四年本科学习中所掌握的基础知识和专业技能，精心考虑，认真计算，统筹安排，设计出满足产品质量（符合相应国标或国际标准）所需的生产工艺技术和主辅设备条件，提供车间的工艺平面布置图，并对设计任务进行必要的经济技术指标考核。
通过设计，使学生自己对大学专业知识进行系统归纳与总结，对铜合金板带材生产的工艺技术、设备选型等有个初步的学习和了解，为毕业后走上工作岗位打下扎实的专业基础。
主要内容和要求：
（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：
1．产品方案的确定：
确定产品品种、状态、规格范围、生成标准及年产量。
2．计算产品的选择：
选取四个具有典型代表性的产品作为设计计算产品。
3．生产方案及工艺流程的确定：
比较目前技术上较为先进的几种铜合金板带材生产方案，确定合理额生产方案，并分别叙述各计算产品的具体生产工艺流程。
4．工艺计算和主辅设备的选取：
通过压下规程计算等，选取主要生产设备和相应的辅助设备，并作必要的设备校核。
5．工艺参数的确定：
根据生产工艺流程、设备条件及产品质量要求，确定各工序生产工艺参数。
6．编制金属平衡表，计算设备负荷能力：
根据生产工艺流程中各道工序的金属损耗，填写工艺卡片及金属平衡表，计算每个计算产品在主要生产工序上所需的台时数，及主要生产设备台数和负荷率。
7．绘制车间平面图及立面图：
确定厂房长度和跨度，合理布置各主辅设备的位置，并对车间内的通风、采光、采暖、防火及卫生等提出要求，对水、电、汽等动力提出条件。
8．劳动组织及技术经济指标：
根据车间生产设备操作及车间管理的要求，确定车间劳动组织定员。
依据相关资料，概算完成设计年产量所需的原、辅材料的成本及水、电、气等动力消耗，以及人员工资、固定资产折旧等成本，结合产品的市场价格，计算出年产值、利润、税收等经济指标，最终概算出投资回收期。
日程安排：
第一、二周查阅、收集设计资料，组织、撰写开题报告；
第三、四周确定产品方案、计算产品，选取生产方案、确定工艺流程；
第五、六周冷热轧压下规程计算，轧辊强度校核计算
第七、八周计算、填写工艺卡片，金属平衡表、设备负荷表计算
第九、十周绘制车间平面布置
第十一周经济技术指标计算
第十二、十三周设计说明书撰写与修改
第十四、十五周定稿，准备答辩
主要参考文献和书目：
[1]《重有色金属材料加工手册》编写组.重有色金属材料加工手册（第一分册）[M].北京：
冶金工业出版社，1979.
[2]《重有色金属材料加工手册》编写组.重有色金属材料加工手册（第三分册）[M].北京：
冶金工业出版社，1979.
[3]田荣璋，王祝堂.铜合金及其加工手册[M].长沙：
中南工业大学出版社，2002.
[4]温景林．金属压力加工车间设计[M].北京：
冶金工业出版社，1992.
[5]傅祖铸等.有色金属板带材生产,长沙:
中南工业大学出版社,1992
指导教师（签字）：
年月日
XX理工大学
本科毕业设计（论文）开题报告
材料工程学院金属材料专业2010级（2014届）X班学号XX学生XXX
题目：
年产7万吨铜及铜合金板带材生产车间工艺设计
专题题目（若无专题则不填）：
本课题来源及研究现状：
有色金属中铜和铜合金是古老而永远年轻的。
中华民族五千年的历史沧桑它一路伴随。
我国古代文明史的重要组成部分包括铜合金的发现和使用技术。
据文献记载，在4800年以前我们的先辈就用铜合金铸造出了刀具，在龙山文化时期，就可以冶炼铜及铜合金，铜合金的铸造、锻造和退火技术也得到了初步应用，这是最早的塑性加工。
铜合金加工生产由手工作坊方式发展为工厂生产方式是在蒸汽机出现以后。
伴随着社会和科学技术的进步和发展，铜和铜合金加工技术也由半机械化向机械化和自动化发展。
20世纪80年代，在铜合金加工理论取得很多新成果的同时，新工艺、新技术和新产品也相继出现。
铜和铜合金是人类最早发现的金属之一，也是使用最早的金属。
早在史前时代，人类主要开始采掘露天铜矿，并用挖到的铜制造武器、器具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远[1]。
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%。
铜及铜合金作为人类历史上最早使用的金属材料，具有优良的导电、导热、耐寒、耐蚀和加工性能，尤其是铜具有良好的合金化能力，几乎可与所有元素形成各具特色的合金系列，满足现代工程对材料强度、低温韧性、弹性、耐蚀、耐磨、抗软化、切削加工等特殊性能的要求。
铜还具有其他金属所不具备的抗菌性能和再生性能，因此其不仅可作为结构材料使用，还可作为功能材料被使用。
目前广泛应用的铜及铜合金品种有256种，形成了以管、棒、型、线、板、带、箔、条为代表的八大类、上万种规格的加工产品，被广泛应用于家用电器、电力、汽车、建筑、电子仪器仪表、国防、交通运输、海洋工程等行业。
在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。
作为重要的基础材料和功能材料，铜及铜合金板带材被大量应用于电力、电气、电子、仪器仪表、日用五金、机械制造、军工及装饰等各个领域。
在铜加工材当中，铜及铜合金板带材是非常重要的一类产品，其产量约占总量的18%。
中国是目前世界上最大的铜及铜合金板带材的生产国之一，同时也是全球重要的消费市场。
中国的铜板带材产量已经占到世界总产量的近30%，消费量则占到35%以上。
（1）我国铜产业市场
根据2016年铜板带需求预测，届时铜板带产能需求量将达到150万（生产能力按85%考虑），即使考虑目前正在建设的项目全部建成，2016年铜板带的生产能力供应缺口也在50万吨左右。
在国内铜板带消费主要集中在长三角、珠三角地区,并有逐步向中部和西部转移的趋势,铜板带需求结构呈现多元化消费的特色。
铜加工材中用途最广泛的是铜板带，约占全部铜加工的38%，随着工业现代化的发展，所占比例还将增加。
铜板带材主要用于机械、汽车、电子、交通、能源等行业。
近年来用于轻工及民用的需求有所增加。
良好的市场需求是促使中国铜板带材快速增长的一个重要因素。
中国经济快速发展，特别是汽车、电子、电力、通讯等行业的发展，带动国内铜材需求的增长。
而2000年以后，陆续投资和兴建的一批高精铜板带项目，则造成国内铜板带产能的严重过剩。
近几年12家企业投资兴建的铜板带材项目已有52.5万吨总产能投产，总投资额超过120.0亿元；另有9家企业在建、拟建的铜板带材项目总产能为33.8万吨，总投资额接近71.2亿元。
国内此轮掀起的铜加工项目建设高潮，主要是从国外引进先进技术及装备，这使得中国铜板带材的生产实现了跨越式发展，经过近几年的装备升级引进，铜板带产品质量、性能有一定的提高，部分替代了进口，但是，高端产品依赖进口的格局并未彻底的改变。
2012年各种高精度板带材的市场需求量接近60万吨。
中国现有铜加工材生产企业1200多家中，有铜板带材生产企业300多家，生产能力达高达300万吨，其中，高精度板带产能超过80万吨。
2011年中国铜板带材的产量大约204.6万吨，国内9家主要铜板带材企业的总产能为83.3万吨，2011年的产量为43.83万吨。
2013年，我国国民经济将保持稳定增长，结构调整和产业升级将是经济工作主线，也是铜加工产业的重点，本行业与世界发达国家相比主要差距是大而不强，据不完全统计，全国共有铜加工材生产企业共1000家，产量大于10万吨的企业共8家，企业多分布于东南沿海和广东地区，主要铜材生产省份为浙江和江苏；中国铜加工材产地集中于经济发达的东南沿海地区，其中浙江省一直处全国第一位，中西部铜加工业相对落后。
我国铜加工技术和装备先进与落后并存，传统经典的生产技术仍然占主导地位，其加工工艺仍然是：
合金熔炼、半连续铸造-热加工-冷加工，因此工艺流程长，能耗高，成品率低，环保条件差，迫切需要技术和装备创新。
2013年铜加工市场走势分析，对比了2012年有色加工统计数据，2012年全年铜加工材产量为1154万吨，比2011年增长10.8%，但增幅同比回落了4.2个百分点。
有色金属加工产业投资，在有色金属工业乃至全国工业产品中，当属热中之热。
不言而喻，大量的投资支持了铜材产能增长，满足了高速发展的市场需求，同时推动了产业技术进步和产业结构调整，其积极作用是主要的。
但从控制产能过度扩张、实施结构调整的形势要求来看，数据说明目前所有关于控制过热投资的舆论或政策，在有色金属加工业的投资上，都没有达到理想效果。
2010年以来，随着四万亿经济刺激政策效应逐步消退以及整体经济的放缓，主要下游行业电力电缆，汽车、房地产的增速明显出现放缓，铜需求增速亦放缓至约6%的较低水平。
2013年上半年，在全球经济弱势复苏、国内经济增速放缓的形势下，铜行业在低迷中艰难运行。
由于铜产能快速释放，而下游需求不温不火，供需矛盾日益激化，行业盈利一度下滑至工业行业的最低水平。
2013年1-6月中国铜精矿进口446.4万吨，同比增长38.5%。
其中6月份进口67.4万吨，环比下降7.7%，同比增长54.5%。
如图一所示。
图一中国铜精矿进口数据统计
2013年1-6月份国内精炼铜产量322.9万吨，同比增长12.8%。
其中，6月份的产量为56.8万吨，同比增长6%。
受消费淡季的影响，国内原材料供应紧张使精铜减产。
图二精炼铜产量统计数据
2013年6月份我国铜材产量136.8万吨，环比增长11.9%。
1-6月份国内铜材产量685.1万吨，同比增长16.9%。
图三中国铜材产量统计数据
最新调研数据显示，我国铜材产量出现较明显的增长，下游消费环节表现相对较好；大型铜材企业因库存积压较多，市场实际消费较少，随着淡季来临，预计这种增长趋势将减缓。
国铜加工技术与制备总的评价应该是：
先进与落后并存，代表性铜加工企业如中铝洛铜集团等，技术与装备已进入国际先进行列；而广大的中小企业，其技术与装备还停留在上个世纪60年代水平，由此形成了我国铜加工工业大而不强、大而不精的现状，造成了国民经济所需高、精、尖产品主要依靠国外进口解决的被动局面。
铜材品种质量水平发展不平衡，在众多铜加工材品种中，空调内螺纹管质量已处世界领先水平，这是中国铜加工行业的骄傲，但其它板带、管棒、型、线等品种质量水平都处于中等水平；产品质量波动、产品精度不高、表面光洁度低、性能一致性和稳定性差；如用于电线电缆生产的铜线杆中铜含量在98.0~99.90%之间波动，铜含量低将导致电阻增加，导致导体发热，致使电力输送中浪费能源，影响电器安全，缩短使用寿命。
大宗产品生产能力过剩，高端产品生产能力不足，部分产品尚需国外进口，如集成电路引线框架用铜合金带，国外正在产业化生产和应用的第二代材料铜-镍-硅合金，而我国目前只能生产第一代引线框架材（铜-铁-磷系合金）；国外发达国家正在迅速发展的可提高散热率3倍以上的外翅片铜管，广泛用于加热装备、化工、舰船、电力等部门，而我国这类管材的开发则刚开始。
质量管理水平不高，先进的管理办法并未认真落实。
目前，中国铜材的主要的应用市场是：
1.节能与新能源汽车产业化（汽车接插件、变速齿轮、耐压耐蚀管路）。
2.现代电子、自动控制、发电、电力拖动、电联接、电力输送网络、电器五金等。
3.我国有辽阔的海洋，海洋工程、舰船用铜材市场十广阔（海水淡海化、特种海洋资源开发装备、海水淡化和综合利用成套装备，海上及风力发电装备，潮汐能发电装置等）。
4.高速交通用铜材,我国是高速铁路最发达国家,铁路接触网用双沟线是其关键材料。
5.轻工和家电是传统的主导的铜材固有市场,我们应该向深度广度开发。
6.城镇化是奔向小康的重要步骤,对普通铜材有巨大需求。
大力开发国际市场,要对中国铜加工业的实力充满信心,扬长避短。
中国的铜线杆、精密铜管和性价比优良的加工装备等在国际市场上都很有竞争力。
（2）世界铜产业市场
世界铜加工业发展已有三百多年历史。
目前，以美、日、德为代表的先进铜板带加工企业在上个世纪末期已基本完成了优胜劣汰、兼并重组的整合进程，并开始了全球经营化。
世界金属统计局（简称WBMS）公布，2013年全球铜市场供应过剩38.7万吨，受精炼铜产量上升5.3%影响。
WBMS称，2013年铜市场供应过剩规模超过2012年的25万吨。
2013年全球精炼铜产量为2.139亿吨，消费量为2,100.3万吨。
中国铜产量急剧上升，弥补了同期智利和印度产量的下滑。
国际上，2013年1-6月份国外铜价呈现震荡下探趋势，半年内最高价达8350美元/吨，最低价为6650美元/吨，上涨幅度25.5%，全球经济发展增速减缓和欧洲危机令人担忧是国外铜价震荡走低的主要影响。
铜需求增速低于产量增速，美国QE可能提前退出市场，LME库存长期处理60万吨之上，使铜价缺乏上涨支撑。
此外铜生产企业加大在期货市场的套期保值操作，也是铜价下行的主要动因。
上半年全球精铜产量增长约4.7%至1020万吨，增量主要来自中国、南美和非洲，主要精铜生产国中，亚洲的中国、哈萨克斯坦，非洲的刚果（金）、赞比亚，南美的秘鲁、巴西等国产量均有两位数以上或近两位数的增幅，此外，智利、墨西哥、俄罗斯等传统的精铜主要生产国产量也有增加，推动上半年全球精铜产量稳步增长。
全球的精铜产能利用率来看，一季度同比小幅增加，二季度则较去年同期略有下滑。
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上半年包括中国、美国、意大利、法国等主要国家等在内的主要铜消费国家和地区的需求均是低速增长甚至小幅下滑的格局，致使全球增幅不及产量增幅。
估算上半年全球消费量为1012万吨，同比增长2.7%。
全球精铜供需延续去年下半年的状态，继续呈现小幅过剩的格局，过剩量为8万吨（去年上半年则为微幅短缺），且过剩格局在年内不会真正改变。
下半年受益于铜矿新增产能的投入，铜精矿产量有望回升，同时铜粗炼产能（主要是中国冶炼产能）继续扩张，将有效消除冶炼产能的瓶颈因素；但废杂铜供应紧张将限制精铜产量的增幅，精铜产量将因此以较为平稳的速度增长。
预计2013年全球精铜产量为2050万吨，比上年增长3.4%。
下半年全球经济低迷将继续对铜需求增长造成拖累，预计西方发达国家消费复苏将较为缓慢；同时，中国铜消费从过去的高速增长转变为相对低速增长，对全球铜消费增长的贡献度将有所降低。
预计2013年全球精铜消费量为2032万吨，同比增长2.6%，消费增速基本持平于2012年。
世界范围内，铜材的消费结构并不平衡。
世界人均铜材消费量3千克，发达国家人均铜材消费量是世界人均平均水平的3~5倍，世界80％以上的铜材消费集中在经济较为发达的亚洲、欧洲、北美地区，其中经济快速发展的亚洲铜材消费量增长最快，消费比例已占到世界消费总量的50%。
但是在人均铜材消费量方面，目前中国的铜材消费水平较低，与西方发达国家相比存在很大差距，因此我国的铜产业还有很广阔的发展空间。
中国产业信息网发布的《2013-2017年中国铜材行业发展状况深度调研及投资前景展望分析报告》指出，数据显示：
2013年1-11月全国铜材累计总产量13,407,568吨，同比增长23.74%。
11月当月铜材产量1,452,610吨，同比增长35.22%。
2009-2013年我国铜材产量数据统计
对于铜需求而言，除了GDP增速的直观影响外，还需关注全球经济的增长结构。
1998-2012年主要发达国家GDP增速对比
1998-2012年金砖四国GDP增速对比
可以看出，过去十几年期间，以金砖四国为代表的新兴市场经济体经济增速明显快于美国、欧洲、日本、英国等发达经济体。
而新兴国家经济发展多处于工业化时期，单位GDP所消耗的铜需求明显高于已经处于后工业化阶段的发达经济体。
新兴经济体高速的经济发展伴随着高的铜需求强度，是推动过去十年期间以铜为代表的大宗商品市场的最主要原因。
2012年全球主要经济体GDP、铜需求占比分析
GDP占比
铜需求占比
美国
22%
9%
日本
8%
5%
欧盟
17%
14%
中国
12%
43%
其他
41%
29%
随着美联储削减QE明年拉开序幕，多数国家货币政策将趋于正常化，2014年铜的金融属性预计将进一步弱化。
同时，2013年全球铜矿扩张明显加快，2014年将进一步加速,预计2014年全球精炼铜过剩量达到36万吨，从而使铜价长期运行重心下移，均衡价格可能在4.5万-5.5万区间徘徊。
回归铜历史走势可发现，驱动上一轮铜的超级牛市的主要要素是其金融属性，但2011年开始，铜开始了金融属性弱化之路，2013年这一进程加快。
尽管美联储维持QE，但是在中国因素主导下，铜价开启大幅度的价格回归之路（回归商品属性）。
对于铜而言，中国因素依旧是主导其走势的关键。
2014年，中国经济增长继续温和，但是政策将适度收紧。
2013年，在增长企稳、结构失衡的背景下，政策的天平将更倾向于防风险和调结构，并因此趋紧。
“十二五”末铜材加工产能将由现在1200万吨增长到1600万吨。
2010年全国铜材产量达1009万吨，同比增长13.6%，再创历史新高，已连续八年居世界第一位，产量占世界总产量的二分之一以上
“十二五”年均产能增长5.9%，按铜材加工产能达1600万吨计算，“十二五”期间年均增长80万吨左右，年均增速只有5.9%，远低于“十一五”期间两位数以上的增速。
铜加工行业现在并不存在产能过剩的问题，现在总体达到90%左右的产能利用率。
据中国有色金属加工协会的统计，1200万吨产能中，铜加工生产企业达1200家，产量大于10万吨的企业只有8家，企业多分布于东南沿海和广东地区，中西部铜加工业相对落后。
目前国内高精铜板带有100万吨的产能等着投产，总体达到150亿元投资。
但是需求增长难以消化迅速扩大的产能。
由于汽车工业和电力行业的利润已经很微薄，对未来铜板带市场需求的增长有些担忧。
中国有色金属加工协会数据显示，据不完全统计，目前新建铜板带产能约120万吨、管棒型产能45万吨、铜线杆和线产能150万吨，全国铜加工产能将新增315万吨，这些新建项目将在2015年前建成，产能释放将加剧市场竞争。
课题研究目标、内容、方法和手段：
研究目标：
了解公司生产的主要产品及其产品的性能用途；了解车间从供锭到成品生产的完整过程的生产工艺流程。
了解车间生产主辅设备。
了解车间的技术经济指标核算。
绘制车间平面布置图。
主要内容:
编制产品方案，选择4个计算产品，制定生产方案；合理选择生产设备，进行计算产品的工艺计算，编制工艺卡片；进行主要生产设备的负荷计算，确定设备型号及数量；进行金属平衡及车间技术经济指标计算；绘制车间平面布置图，撰写设计说明书。
方法和手段：
毕业实习，车间观察，查阅现场资料、网络资源、参考文献等等。
设计（论文）提纲及进度安排：
第四周开题报告
第五周产品方案、计算产品、生产方案、工艺流程
第六至七周热轧压下规程计算
第八至九周冷轧压下规程计算
第十至十一周工艺卡片与金属平衡表、设备负荷表
第十二周车间平面布置
第十三周经济技术指标计算
第十四周说明书撰写
主要参考文献和书目：
[1]温景林.金属压力加工车间设计，北京：
冶金工业出版社，1992.10
[2]傅祖铸等.有色金属板带材生产,长沙:
中南工业大学出版社,1992
[3]王涛.铜及铜合金板带的生产与市场[J]．有色金属加工，2009，38
（1）：
6—9；
[4]陈存中.有色金属熔炼与铸锭.北京:
冶金工业出版社，2006.
[5]《重有色金属材料加工手册》编写组.重有色金属材料加工手册（第一分册）[M].北京：
冶金工业出版社，1979.
[6]《重有色金属材料加工手册》编写组.重有色金属材料加工手册（第三分册）[M].北京：
冶金工业出版社，1979.
[7]田荣璋，王祝堂.铜合金及其加工手册[M].长沙：
中南工业大学出版社，2002.
[8]虞莲莲．实用有色金属材料手册[M]．北京：
机械工业出版社，2001，12．
[9]李宏磊．中国铜板带市场观察[J]．世界有色金属，2004
[10]吕冰．国内外铜板带材市场浅析[J]．有色金属设计，2001
指导教师审核意见：
指导教师（签字）：
年月日
注：
本表可自主延伸
摘要
铜及铜合金板带材是许多工业部门的基础原材料。
随着国民经济的发展和市场消费结构的变化，新的消费领域对铜及铜合金板带材的质量提出了越来越高的要求，因此，应该优先生产市场急需的铜及铜合金板带材。
本次设计为年产70000万吨的铜和铜合金板带材生产车间的设计，设计采用了比较新的工业和设备制定合理的生产工艺方案，能生产出精度较高的黄铜、紫铜和青铜板带，并且能达到环保的要求。
在本设计中选择了黄铜板：
H62和H65；而紫铜选择了T2青铜选择了QSn6.5-0.1。
本次设计的主要内容有：
计算产品的选择确定，计算产品的工艺叙述和设备的选择；还有压下规程表、工艺卡片、设备负荷的计算和金属平衡表；另外还有轧机的强度校核以及电机的校核及辊型的强度校核，厂房的平面布置图；最后是技术经济指标的计算等。
关键字：
铜板带；工艺计算；车间平面图；经济指标
ABSTRACT
Copperandcopperalloyplate,sheetandstriparefundamentalmaterialinmanyindustrialsectorsofacountry'seconomy.Withthedevelopmentofthecountry'seconomyandthereshufflingofmarketconsumingproducts'structure,thenewconsumingapplicationshavebroughtanever-increasingdemandonmoreandmorehighprecisioncopperandcopperalloyplate,sheetandstrip.Therefore,thedeve
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