年产58万吨铜材车间设计DOC 114页Word文件下载.docx
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自然界中的铜,多数以化合物即铜矿物存在。
铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石,开采出来的铜矿石,经过选矿而成为含铜品位较高的铜精矿。
世界铜矿资源主要分布在北美、拉丁美洲和中非三地,目前全世界已探明的储量共3.5亿万吨,其中智利占24%,美国占16.9%,独联体占10.15%,扎伊尔占7.39%,赞比亚占4.55%,秘鲁占3.41%,美洲占了世界储量的60%。
我国铜生产地集中在华东地区,该地区铜生产量占全国总产量的51.84%,其中安徽、江西两省产量约占30%。
铜的主要消费地则在华东和华南地区,二者消费量约占全国消费总量70%。
铜是一种红色金属,同时也是一种绿色金属。
说它是绿色金属,主要是因为它耐用,容易再溶化、再冶炼,因而回收利用相当地便宜。
在二十世纪60年代,
铜最大的使用市场是电器和电子市场,约占总数的28%。
1997年,这两个市场成为铜消耗的第二大终端用户,拥有25%的股份。
在许多电器产品中,(例如:
电线、母线、变压器绕组、重型马达、电话线和电话电缆)铜的使用寿命都相当地长,只有经过20到50年以后,里面的铜才可以进行回收利用。
其他含铜的电器和电子产品(比如:
小型电器和消费电子产品)使用寿命则比较短,一般是5-10年。
商业性电子产品和大型电器产品通常要回收的,因为它们除含有铜以外,还有其他珍贵的金属。
尽管如此,小型的电子消费产品的回收率还是相当低的,因为它们里面几乎没有多少铜元素。
随着电子领域科学技术的快速发展,一些陈旧的含铜产品越来越过时了。
比如,在二十世纪80年代,电话转换站和中央营业所是铜和铜合金碎屑的主要来源,但是数字转换的出现使得这些笨重的、金属密集的东西变得越来越过时了。
交通设备是铜的第三大市场,约占总数的13%,与二十世纪60年代基本相同。
尽管交通的重要性没有改变,但是铜的使用形式却发生了很大的变化。
许多年来,自动散热器是这方面最重要的终端用户;
然而,铜在自动电器和电子产品中的使用飞速增长,而在热交换器市场中的使用则有所下降。
小轿车的平均使用寿命是10-15年,几乎所有的铜(包括散热器和配线)都是在它的整体拆卸和回收前来进行回收的。
工业机器和设备是另外一个主要的应用市场,在当中铜往往有比较长的使用寿命。
然而,铜在这一市场中的使用并没有增长,现在只占总使用量的12%,而60年代则是21%。
消费产品和一般性产品的相对重要性也从60年代的13%降到70年代的9%。
硬币和军火是这方面主要的终端用户。
子弹很少回收,一些硬币可以熔化,而还有许多则由收藏者或储蓄者保存,不可以进行回收。
铜是相当耐用的。
它具有导电性,通常不会随着时间的推移而腐蚀或恶化。
因而铜经常用于生产使用寿命比较长的产品。
1997年建筑业对铜的消耗量大约占全美国铜消耗量的42%,比1960年增长22%。
现在家中对铜的使用也比过去50年或100年前明显增多了。
一个建筑的基础设施可以扩大或现代化,但是家居或办公室中的铜线、铜管和黄铜配件则几乎不需要替换。
因为铜的使用寿命比较长,并且家居中所包含的铜要比现在建筑结构中所包含的要少,所以建筑和建设行业里只有少量的铜碎屑。
对于建筑铜线、铜管和铜配件来说,旧铜屑的回收率(即旧铜屑的消耗量与铜的消耗总量的比值)与钢、铝和塑料相比是比较低的。
其原因是包装产品(都是钢、铝和塑料的主要终端用户)只有长达几星期的周期,可以在一年内回收好几次。
但是从另一个角度讲,铜制产品一般使用寿命比较长。
这就影响了用来回收的铜屑的供应量。
当人类进入21世纪,铜的开采、冶炼、加工已经高度现代化、自动化,铜及铜合金已达250多种,分别具有高强度、高导电、高导热、高耐蚀等优良性能。
铜及铜合金加工已形成现代重要工业体系,分别以板、带、箔、管、杆、型、线等多种形式供国民经济和国防工业部门的需要,从高新技术直至人们日常生活、从微电子技术到空调、冰箱、彩电,到处都有铜的身影,铜无处不在,铜与人类共舞,铜是人类的朋友。
今天,中国铜工业生产和技术已相当发达和进步,铜加工材产量已居世界第一位,其中空调用高效散热管的制作技术和产品品质已走在世界前列;
1997年洛阳铜加工厂建造的普陀山南海观音铜像,总高20m,总重57t,使用了铜铝镍铟仿金合金,造形优美,金光闪闪,被称为世界第一大仿金铜佛。
铜及合金加工包括合金制备、熔炼铸造、压力加工等重要工序,铜经过加工可以获得不同性能、不同颜色、不同形状的各种材料,用于国民经济和人民生活各方面;
铜的加工已从原始个体劳动、简单火法熔炼、工具锤打等落后生产方式发展到今天高度现代化、微机控制、高度机械化的大工业。
以压力加工为例,已形成感应电炉熔炼、连续铸锭、高精度热轧、热挤、高精度冷轧、保护气体退火、在线品质质量监督、无损探伤等自动化生产方法。
生产的铜制品有板、带、条、箔、管、棒、型、线等;
为进一步提高生产效率、节省能源、节省金属损耗、保护环境,铜及合金熔炼及压力加工中采用了保护气体熔炼、无氧化加热、保护气体退火、无酸洗生产、板带材卷式生产法、管材盘式生产法、线材连铸连轧法等,已成为重要的生产技术;
进一步压缩热加工工序,实现铜材生产从原料直至加工材成品的连续化生产是今后铜加工的发展目标。
市场、生产技术与装备现状:
1.铜及铜合金管材。
1)纯铜类管材。
纯铜类管材的市场需求约占管材总需求量的70%,主要用于制冷空调、电缆、建筑用水管、电真空器件、冷凝器、蒸发器、热交换器以及输送管路等。
传统的生产方式有挤压—(冷轧)—拉伸法和斜轧穿孔—(冷轧)—拉伸法。
其中斜轧穿孔—(冷轧)—拉伸法由于所生产规格和合金品种少、管坯质量差等原因,现绝大多数企业已不采用,此种方法由于技术落后正在逐渐淡出市场。
随着技术的完善和装备水平的提高,高效节能的水平连铸—行星轧制(下简称称铸轧法)法已广泛地应用于纯铜类管材的生产。
特别是在制冷空调用管(包括内螺纹铜管)和电缆管的生产中,其生产技术和装备已十分成熟和完善。
铸轧法所能够生产的纯铜类管材最优规格为外径Φ3~Φ35mm范围的薄壁铜管。
2)铜合金管。
铜合金管主要应用于电力电气、海水淡化、船舶制造、石油化工、机械、造纸、建筑等国计民生的重要领域,用于制造热交换器、机械零部件、冷凝管、波导管、散热器管、水道管、波纹管、蛇形管、挠性软管、泵用管、管道配件、及管件等。
铜合金管目前的主要生产方式还是采用传统的挤压—冷轧—拉伸方法,另有黄铜合金管的盘拉技术。
盘拉伸技术是在直条拉伸技术基础上发展起来的一种生产效率更高、成材率更高的拉伸技术。
许多企业也在研究实验对铜合金管进行盘拉,对于塑性好,加工过程不需进行中间退火的合金来说已有了成功的经验,而对那些加工硬化快的黄铜合金进行盘拉生产需要解决的难题仍有不少。
铜合金管目前的技术和装备的进步主要表现在提高产品质量和生产过程的控制水平、节能降耗、提高效率等方面。
目前国内所能生产铜合金管的最大直径已接近Φ500mm。
2.铜及铜合金棒材。
棒材是铜加工材中重要一类,在铜及铜合金棒材中,黄铜棒约占棒材总量的90%,其中包括易切削、耐腐蚀、热锻、异型棒等,主要供货形式有圆棒和型棒,型棒包括方形棒、矩形棒、六角棒、异型棒等。
主要用于航空航天、兵器、仪器仪表、通讯、船舶工业、电力电气、民用建筑、机械零件、水暖管件、汽车附件、日用五金、卫生洁具、锁具等。
我国习惯上按加工方法将棒材分为挤制和拉制两大类,分别规定了相应的规格范围,小规格的棒材与线材在规格上有所交叉,时常难以划分。
而美国、日本等国家在棒、线材规格交叉部分,则不以产品的尺寸而以交货形态划分,直态交货的称为棒材,盘状交货的称为线材;
通常棒材直径下限为φ1mm,线材上限为φ15mm。
目前我国常用的棒材加工方式为采用热挤压、水平连铸或上引连铸等方法制造棒坯,之后采用冷轧或拉伸的方法生产出产品。
1.5可行性研究
由于铜的广泛用途和大量消费及国内市场供不应求的局面,中国的铜及铜合金生产具有很大的市场需求。
相比外国铜及铜合金的生产,我国铜及铜合金生产技术有待进一步提高以满足市场对铜及铜合金产品品种、质量、精度等方面的要求。
故我认为铜及铜合金生产设计是一个值得研究的方案。
铜及铜合金管棒材是铜加工产品中市场需求量较大的品种,其中铜管材也是我国铜加工材中唯一净出口的品种,这从另一个侧面说明我国铜管材的加工技术和产品质量水平已位居世界前列。
目前我国铜管棒产量已稳居世界第一,而且在产品质量、品种及技术水平等方面均已达到世界发达国家水平,向铜管棒生产强国迈进。
未来我国各行业对铜和铜合金管棒的需求将继续增加,故,根据以上分析,设计规模为年产5.8吨铜及铜合金管棒材生产车间。
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。
1.6车间概况
1.6.1车间设计年产量、品种、规格、范围
本设计年产量为5.8万吨,生产紫铜管、无氧铜管、黄铜管、白铜管、青铜棒等多种产品。
合金牌号分别为TUP、BZn15-20、HSn62-1、QA19-2、H62。
设计范围就铜及铜合金管棒材需求市场分析、工艺方案和主要设备选择,辅助与公用设施以及投资效果等进行技术、经济论证。
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。
1.6.2车间面积、经济指标
车间总面积大约22680m²
,固定资产总投资接近7352.90万元,车间建成后大约69个月即可收回成本。
1.7厂址选择
建厂地区选择应该考虑到以下几个要求:
(1)必须符合国家工业布局的基本要求;
(2)原料,燃料,动力的来源和运输条件;
(3)适当靠近产品的销售地区;
(4)自然条件好,有适宜的气候环境;
(5)能就近取得足够的建筑材料;
(6)与其他企业协作方便。
选择厂址,应充分利用各地区的丰富资源和各方面的有利条件,合理利用人力和物力。
使生产出来的产品能够合理的分配,从而使所设计的企业在最少的投资下获得最大的经济效果。
考虑到近十几年来长江三角地区经济十分活跃,各类加工企业甚多,人民的消费水平高,购买能力大,铜管材的市场消费量大。
并且当地基础设施好,交通便利,原料、产品运输方便。
从各省份的生产情况来看,江苏、浙江、广东位居铜材加工生产量前三甲的地位仍未被撼动。
而浙江除了有上述的有利条件外,还是铜管材的集中生产基地,所以把工厂建在此地。
第二章产品生产方案选择
2.1产品方案的编制
2.1.1什么是产品方案
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。
2.1.2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。
总之,在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、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、力学性能要求、验收规程、试验及包装方法等,均按标准规定。
2.2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。
如何选择计算产品如下所述。
(1)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。
因此,可以从拟生产的所有合金品种中选出十几种或几十种有代表性的产品。
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有代表性。
(2)通过所有的工序。
指所选的所有计算产品通过各工序,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。
若从拟生产的所有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。
(3)所选的计算产品要与实际相接近
(4)计算产品要留—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,应该与按所有品种进行设计和投产后的实际相一致或相接近。
因此,编制产品方案、确定计算产品及其产量分配乃是工艺设计中的主导。
产品方案与计算产品确定之后,应按产品名称、合金牌号、状态、规格范围、产量等列成表,如表2-1。
表2-1计算产品表
序号
制品名称
合金牌号
品种规格产量/t
计算产品
计算产品规格/mm
状态
技术条件
备注
1
铜管
TUP、
BZn15-20、
HSn62-1、
QA19-2
12000
TUP
Φ8.0×
M
YB447-70
8000
BZn15-20
Φ12×
1.2
Y
YB717-70
HSn62-1
Φ13×
1.7
Y2
YB448-71
25000
Φ21×
2.5
2
铜棒
H62
5000
Φ6
2.3生产方案的确定
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。
为了最终达到优质、高效、低消耗的生产目的,就必须对各种可能的生产方法进行分析比较与选择,以确定出最佳的生产方案来。
(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。
(2)生产方案
管棒材的传统生产方案主要有以下几种:
1)挤压法
适合生产厚壁管、复杂断面与变断面的管棒型材等。
此法生产周期短,成品率高,设备少。
2)挤压——拉拔法
适合生产大直径,薄管壁的管材。
此法的特点:
投资不高、产品质量好,表面精度高。
适合生产规模较小的工厂。
3)挤压——冷轧——拉拔法。
适合于生产薄壁的中、小管及棒型材。
其特点:
生产品种多,质量好;
冷轧变行量大,工序少,生产周期短;
设备复杂,机械化程度高;
投资大。
适于大、中型工厂,采用此法较广泛。
4)斜轧穿孔——或经冷轧——拉拔法。
适合中等直径、塑性较好的金属管材生产,此法特点:
产量高、几何废料损失少、设备投资不高、生产品种少,管坯内外表面缺陷多,适合中小型厂。
5)焊接——拉拔法。
适合生产较大直径管材,如水道管及热交换器管等。
它是以带材作坯料经成型、焊接、拉拔而成所需的管材。
此法生产效率高,成本低,但管材有焊缝,内表面质量差。
本设计选择挤压——拉拔法、挤压——冷轧——拉拔法作为生产方案。
2.4加工金属的基本性能
紫铜为面心立方晶体,无同素异型转变,具有优良的塑性变形能力,有高的导电导热,耐蚀性和加工性能。
含降低导电,导热的杂质少。
0.02~0.06%氧对导电导热和加工性能影响不大,但易产生氢病,一般不能在高温还原气氛中加工使用。
锌白铜具有优良的综合机械性能,耐腐蚀性优异、冷热加工成型性好,易切削,可制成线材、棒材和板材,用于制造仪器、仪表、医疗器械、日用品和通讯等领域的精密零件。
锡黄铜是在普通黄铜的基础上加入锡合金元素的黄铜。
锡在饱和的α固溶体中的溶解度很小,但当锌含量增加出现β相时,锡的溶解度会增加。
少量的锡能提高黄铜的强度和硬度,但超过1.5%以后反而会降低黄铜的性能。
锡的另一个重要作用是抑制黄铜脱锌,提高黄铜的耐蚀性。
锡黄铜在海水中的耐蚀性好,广泛用于制造海船零件,有海军黄铜之称。
铝青铜含铝量一般不超过11.5%,有时还加入适量的铁、镍、锰等元素,以进一步改善性能。
铝青铜可热处理强化,其强度比锡青铜高,抗高温氧化性也较好。
有较高的强度良好的耐磨性用于强度比较高的螺杆、螺帽、铜套、密封环等,和耐磨的零部件,最突出的特点就是其良好的耐磨性。
为含有铁、锰元素的铝青铜有高的强度和耐磨性,经淬火、回火后可提高硬度,有较好的高温耐蚀性和抗氧化性在大气、淡水和海水中抗蚀性很好,可切削性尚可,可焊接不易纤焊,热态下压力加工良好。
两相黄铜(从H63至H59),合金组织中除了具有塑性良好的α相外,还出现了由电子化合物CuZn为基的β固溶体。
β相在高温下具有很高的塑性,而低温下的β′相(有序固溶体)性质硬脆。
故(α+β)黄铜应在热态下进行锻造。
含锌量大于46%~50%的β黄铜因性能硬脆,不能进行压力加工。
计算产品的化学成分见表2-2
表2-2计算产品的化学成份
牌号
Cu
P
Bi
Sb
As
Fe
Ni
Pb
Sn
S
O
总和
≥99.50
0.01-0.04
≤0.003
≤0.05
≤0.02
≤0.01
≤0.49
Ni+Co
Zn
Mn
Si
C
Mg
其他
62.0~65.0
13.5~16.5
余量
≤0.005
≤0.5
≤0.3
0.15
≤0.002
0.01
≤0.010
0.03
0.05
≤0.9
61.0-63.0
0.7-1.1
≤0.1
Al
8-10
1.5-2.5
≤0.03
≤1
≤1.7
60.5-63.5
≤0.08
≤0.15
第三章生产工艺流程
3.1生产工艺流程的确定
3.1.1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。
3.1.2制定生产工艺流程的主要依据
制定生产流程的主要依据有以下几点:
(1)根据生产方案的要求
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)根据产品质量的要求
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。
3.1.3计算产品的生产工艺流程
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、最低的车间成本,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。
铜及铜合金管棒材一般生产工艺流程如图3-1所示。
↓
加热
↓
挤压
切断
酸洗
图3-1一般铜及铜合金管棒材生产工艺流程图
根据设计要求,结合中铝洛铜有限公司的生产工艺流程,制定了本设计课题的生产工艺流程。
具体如下:
1)φ8*1紫铜TUP管的生产工艺流程
供锭→加热→挤压→锯切→矫直→检查→冷轧→锯切→检查→修理→退火→酸洗→打头→拉拔→拉拔→锯切→打头→拉拔
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