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)
&&&&x x 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 专 班 学 学院：材料科学与工程学院 业：金属材料工程 级：x 班 号：xx 号 生：xxx指&&&&导教师： xxx 指导教师：职称：xxxx 职称：时间：x x 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 第三、四周 第五、六周 第七、八周 第九、十周 第十一周 查阅、收集设计资料，组织、撰写开题报告； 确定产品方案、计算产品，选取生产方案、确定工艺流程； 冷热轧压下规程计算，轧辊强度校核计算 计算、填写工艺卡片，金属平衡表、设备负荷表计算 绘制车间平面布置 经济技术指标计算 设计说明书撰写与修改 定稿，准备答辩第十二、十三周 第十四、十五周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x x 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。mqh 中国行业咨询网_行业报告_行业分析_市场调研_第三方市 场数据提供商 mqh 中国行业咨询网_行业报告_行业分析_市场调研_第三方市场 数据提供商 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《 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%。
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。
年主要发达国家 gdp 增速对比 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 美国 日本 欧盟 中国 其他 22% 8% 17% 12% 41% 铜需求占比 9% 5% 14% 43% 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 第五周 开题报告 产品方案、计算产品、生产方案、工艺流程 热轧压下规程计算 冷轧压下规程计算 工艺卡片与金属平衡表、设备负荷表 车间平面布置 经济技术指标计算 说明书撰写第六至七周 第八至九周 第十至十一周 第十二周 第十三周 第十四周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，] 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，） ：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） ：注：本表可自主延伸年月日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abstractcopper and copper alloy plate, sheet and strip are fundamental material in many industrial sectors of a country's economy. with the development of the country's economy and the reshuffling of market consuming products' structure, the new consuming applications have brought an ever-increasing demand on more and more high precision copper and copper alloy plate, sheet and strip. therefore, the development of high precision copper and copper alloy plate, sheet and strip' has become a priority in order to meet the market requirement. this design, is that advanced craft and equipment of utilizing now carry on the design of workshop of board strip of copper. it can produce 70000t various kinds of copper and brass board in one year and it is to conform to the requests of environment. this design, we choose brass and copper, t2, h62, h65 and qsn6.5-0.1 respectively. the main content that arrives designed this time is as follows. the choice copper of variety that board bring, calculation of craft, and choice of equipment. ; a table of how the copper is deformed. and the list of craft , the calculation of how to choice the equipment .rolling mill and electrical machinery are checked, the design and intensity of the roller type are checked, return the choice and quantity of the stove. lastly, design level of factory building assign and calculation of economic indicator and so on. key word:
design level of fac calculation o目录第一章总论11.1 概述1 1.2 我国铜加工业现状1 1.3 可行性研究 2 1.4 设计依据 2 1.5 设计范围及原则2 1.6 厂址选择 3 1.7 车间概况 4 1.8 本项目的主要竞争能力 4第二章 车间设计62.1 生产方案的选择 6 2.1.1 产品方案的编制
6 2.1.2 计算产品的选择
8 2.1.3 加工金属的基本性能………………………………………… 8 2.1.4 生产方案的确定……………………………………………… 12 2.2 生产工艺流程的确定 13 2.3 工艺叙述15 2.3.1 铸锭的选择与要求16 2.3.2 加热制度 17 2.3.3 热轧工艺 182.3.4 铣面工艺 22 2.3.5 冷轧工艺 22 2.3.6 热处理工艺 28 2.3.7 酸洗工艺 30 2.3.8 矫直工艺 30 2.3.9 剪切工艺 31 2.3.10 成品检验与包装 32 2.4 设备的选取 33 2.4.1 主要设备选择 33 2.4.2 辅助设备的选择 36 2.5 工艺计算44 2.5.1 压力加工工艺规程说明 44 2.5.2 设备的校核与轧辊的强度校核 49 2.5.3 生产工艺流程定额卡的编制 58 2.5.4 金属平衡表的编制 59 2.5.5 设备负荷计算 60 2.6 车间平面布置和立面尺寸62 2.6.1 车间平面布置 62 2.6.2 车间立体尺寸 65 2.7 车间劳动组织和经济指标66 2.7.1 车间劳动组织 66 2.7.2 车间投资预算 662.7.3 经济技术指标的计算68第三章 车间厂房与辅助设施设计 743.1 厂房设计 74 3.2 车间动力 74 3.3 车间供水、供热与供气 76 3.4 环境保护 77附录80 参考文献 外文资料 中文翻译 致谢 81第一章1.1 概述车间设计总论铜及其合金具有极其可贵的、多方面的优良性能，诸如仅次于银的导电性、 导热性、优良的耐海水和大气腐蚀的性能、具有美丽的色泽，特别容易与其它元 素形成合金，从而提高其机械性能、物理性能，甚至可以按人们所希望的颜色制 成各种合金;用途极为广泛，己渗透到人们社会生活中各行各业。在有色金属中 它的产量和消费量仅次于铝， 是现代工业发展的重要基础材料之一。同时铜与其 它金属相比，很容易从大自然中提取，铜又具有面心立方晶格，很容易进行塑性 变形，从而获得各种形状的铜制品;铜的再生金属可直接返回利用，具有很高的 使用和回收价值;所以铜是人类认识和使用最早的金属， 曾经创造了灿烂的古代 文明。随着现代工业、高新技术的发展，铜以其多方面优秀的性能，被人们所重 视， 铜及其合金加工材作为重要的基础工业材料和功能材料，被广泛应用于机械 制造、电气电子、交通运输、建筑、印刷、包装等各个行业。 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。1.2 我国铜加工现状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。1.3 可行性研究根据 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。 “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。 综上所述， 从提高项目的竞争力考虑，本设计初步确定铜板带材生产选择热 轧开坯工艺和冷轧开坯工艺，设计规模为年产7万吨铜板带。装机水平立足于高 起点， 以国内供应短缺的紫铜板带、 黄铜板带等消费量大的民用产品为主导品种， 进行规模化生产。1.4 设计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。 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。1.5 设计范围及原则设计范围就铜及铜合金板带需求市场分析、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，主要内容包括:市场分析、厂 址与建设条件、生产设施和公用辅助设施、环境保护和投资分析等。 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。 在设计过程和设计文件中，要体现和坚决贯彻执行国家有关经济建设的方 针、政策，遵守国家有关的法律、法令、法规和基本建设程序。 在设计过程中， 要重视和努力促进技术进步， 积极采用国内外的先进、 成熟、 高效、可靠的新设备、新技术、新工艺、新材料。 专业化大生产。1.6 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。 xxxx 沙河工业园区位于 xx 城东南部沙河镇境内，与 xx 站北新区相接， 西邻 xx 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 xx 市城市总体规 划的一部分。园区属省级工业园区、xx 省重点工业园区，被命名为 xx 省机电 工业城、省级民营科技园。园区先后获得 xx 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”、 “xx 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。由 xx 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 xx 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 xx 沙河工业园区是合理的。 1.7 车间概况根据设计原则，项目设计生产规模为年产 70000t 铜及铜合金板带材，其中 紫铜带 15000t、h62 铜板 20000t、h65 铜带 20000t、qsn6.5-0.1 铜板 15000t。 设计中选用了 1 台 2υ 8501500 可逆热轧机、1 台 4υ 450/mm 可逆冷轧机、1 台 4υ 260/700750mm 可逆精轧机，经计算该轧制生产线年生产 能力可达 8 万吨以上， 完全能够满足本项目 7 万吨建设规模的需求，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 10 万吨的生产能力，届时 本项目的经济效益将大幅提升。详细产品方案见表 2-1。 本设计人员定额为 232 人，车间配置在三个主跨和一个副跨厂房内,厂房为 东西走向,总长 192.18 米,总宽度为 87 米， 项目总投资为
万元,其中: 建设投资为 42847.97 万元, 流动资金
万元。本项目建成投产后，可 以取得如下的经济效益可观，年销售收入：404500 万元(达产年、含税)，全年 总利润：22466.9 万元(生产期平均)，全部投资回收期为 8.4 年(加上建设期和 不达产期各一年)。 本项目根据国内外市场需求，建设铜及铜合金板带材现代化生产线，采用先 进、成熟的生产工艺，技术装备水平达到或接近国际先进水平，产品质量符合国 际标准。项目的建设可以充分发挥企业的资源优势，优化产品和技术结构，增加 高附加值产品的比重， 满足国内市场对板带材产品的需求， 替代进口和出口创汇， 促进我国铜加工业的技术进步，符合国家重点技术改造“双高一优”项目的要 求。 综上所述，无论从市场需求，还是企业的自身发展来看，本项目的经济效益 和社会效益都是良好的。1.8 本项目的主要竞争能力与国内现有铜板带生产企业相比，本项目在产品方案、装备水平和资源等方 面都有一定的竞争优势。 （1）产品品种有别于现有企业。国内现有铜板带生产企业由于设备陈旧或 不配套，产品多为普通用途的紫、黄铜产品，对于国内市场短缺的电子电气用铜 带产品心有余而力不足。 本项目根据相关产业的发展和市场需求预测，有针对性 地确定以紫铜(无氧铜)和高铜合金等电子电气用铜带作为主导产品。 （2）装备水平和产品质量有较大竞争优势。 本项目从国外引进先进的无芯感应炉和立式半连续铸造机， 可批量生产高质 量的引线框架铜带专用铸锭;从国外引进无氧铜熔炼和立式连续铸造设备，可生 产最高等级的无氧铜铸锭。 本项目创新采用热轧在线淬火技术生产引线框架铜带， 解决了目前国内高强 度引线框架铜带生产的瓶颈问题;采用先进的冷轧技术，生产效率高，产品质量 稳定，属铜板带加工行业国内先进。冷轧机全部采用板形自动控制技术，国内领 先，并针对国内铜板带材生产的薄弱环节采取相应的措施，选用高水平退火、矫 直和剪切等精整设备，生产线整体技术装备水平高，配套比较齐全，可有效地保 证最终产品质量，降低生产成本。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（1）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）编制产品方案应遵循以下原则： 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。 根据以上原则，本次设计选用以下产品方案，产品的品种、规格范围、产量 和技术标准见表2-l。表 2-l 产品方案表 紫铜类 品种 牌号 状态 规格（mm） 厚度 4—8 热轧板 r ＞8～60 ＞60～150 t2 冷轧板 y y2 m 0.2～0.49 0.5～2.5 3.0～4.0 ＞4.0～10 黄铜类 品种 牌号 状态 规格（mm） 参考标准 宽度 600～00 600～～00 600～3000 长度 ≤4000 ≤6000 ≤～～3000 ≤4000 ≤6000 gb/t 参考标准gb/t2040 —2002厚度 4～8 热轧板 h62 h68 r ＞8～60 ＞60～120 普通 黄铜板 h62 h65 h62 h68 h80 h90 水箱用散 热片 青铜类 品种 牌号 状态 y qsn6.5-0 .1 y2 m t 0.5～3 0.5～2.5 3.0～12 h68 y y2 m m tm 0.2～0.49 0.5～2.5 3.0～4.0 0.7～1.2宽度 600～00 600～～00 600～650长度 ≤4000 ≤6000 ≤～～3000 ≤～1500 gb/t2040 —2002gb/t2040 —2002 gb/t2532 —1997规格（mm） 厚度 宽度 长度
参考标准锡磷 青铜板≤600 ≤600 400～600gb/t2040 —2002备注：非范围内可协商紫铜类带材 品种 牌号 状态 y y2 带材 t2 y4 m m 电缆用铜带 变压器铜带 黄铜类带材 品种 牌号 h62 普通黄铜带 h65 h68 制锁带 h65 状态 m y2 m y t m y y 规格（mm） 厚度 0.05～0.2 ＞0.2～0.49 0.5～2.0 0.3～0。5 宽度 ≤300 ≤600 ≤1000 ≤600 gb/t gb/t 参考标准 t2 tu1 t2 （t2 导） y m 规格（mm） 厚度 0.05～0.2 ＞0.2～0.49 0.5～2.0 0.1～0.25 0.1～＜0.5 0.5～2.5 宽度 ≤300 ≤600 ≤1000 ≤300 ≤600 ≤1000 gb/t11091-89 gb/t gb/t 参考标准散热器散热 青铜类带材 品种h90y0.05～0.1030～125gb/t2061-89牌号 qsn6.5—状态规格（mm） 厚度 宽度参考标准锡磷青铜带0.1 qsn7-0.2m y2 y t m y t ＞0.15～2.0 ≤600gb/t备注：非范围内可协商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。 选择计算产品以应根据以下几条： （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。综合以上考虑，现将所选的计算产品列表如表 2-2。2.1.3 加工金属的基本性能表 2-2 计算产品表序号 制品名称 1 2 3 4 紫铜带 黄铜板 黄铜带合金牌号 t2 h62 h65状态 m y2 m y规格（mm） 0.2.00年产量(吨)
技术标准 gb/t gb/t gb/t gb/t锡青铜板 qsn6.5-0.1 （1）紫铜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,不能在高温还原气氛中加工使用。 其（t2）化学成分见表 2-3。 用途：用于导电导热，耐蚀器材。如电线电缆，导电螺钉、爆破用雷管、化 工用蒸发、贮藏以及各种管道等。（2）黄铜的基本性能h62 为α +β 双相黄铜，有很高的强度，在热态下，塑性良好；冷态下，塑 性也比较好；切削加工性好，易焊接，耐蚀性好。其化学成分见表 2-3。用途：用于制造各种螺钉、铆钉、螺帽、垫圈、导波管夹线板、环形件、及散热器 零件、制糖工业、船舶工业、造纸工业用零件等。 h65 为α 单相黄铜，力学性能相当高，加工成形性能佳。其化学成分见表 2-3。 用途：各种小五金件、小弹簧、网、造纸管机械零部件等（3）锡磷青铜的基本性能 其塑性较差，易偏析，熔点低，使合金轧制时易出现热脆性。因此多用于冷 加工，具有高的弹性，耐磨性和抗磁性；焊接和钎焊性良好；切削性较好；在大 气和淡水中抗蚀性很好；铸造性良好。其化学成分见表 2-3。 用途： 用于制造导电性能好的弹簧接触片或其它弹簧；精密仪器中的耐磨零 件和抗磁元件，例如齿轮，电刷盒，振动片。接触器等；还可以用于精密铸造法表 2-3 计算产品的化学成份 牌 号 t2 cu 99.90 bi 0.001 sb 0.002 as 0.002 fe 0.005 ni 0.005 pb 0.005 sn 0.002 s 0.005 zn 0.005 o 0.06牌 号 h62cu 60.5~73.5zn 余量pb 0.08fe 0.15sb 0.005bi 0.002p 0.01其他 —杂质总和 &0.3h6564~66余量0.50.130.0050.0020.01—&0.25牌号 qsn 6.50.1snpsbsialpbbifepbcu杂质 总和6.0~ 7.00.10~ 0.250.0020.0020.0020.020.0020.020.02余 量&0.1制造仪表内小型特殊零件。 各计算产品的合金加工性能曲线见图 2-1 至 2-11。图 2-1 阻t2 铜的机械性能和电阻图 2-2 t2 铜的机械性能和电系数与加工率的关系 关系系数与退火温度的图 2-3 关系t2 铜的高温性能图 2-4h62 的机械性能与退火温度的图 2-5厚 0.65 毫米 h62 板材的性能与 加工率的关系图 2-6高温时 h62 的机械性能图 2-7h62 再结晶图图 2-8h65 的机械性能与加工 率和晶粒大小的关系图 2-9 h65 再结晶图图 2-10 qsn6.5-0.1 的弹性极限与 加工率的关系图 2-11 qsn6.5-0.1 的机械性能与加工率的关系2.1.4 生产方案的确定（1）生产方案 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。 （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 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，此外还有一种连铸连轧法。 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。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）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。 综上所述，本设计生产方案采用带式法。2.2 生产工艺流程的确定所谓生产工艺流程就是把产品的生产工艺按次序排列起来。 每种产品都要根 据合金的特性、品种、类型以及技术条件的要求，合理的选择生产方法和工序， 以确保生产出品质合格的产品。 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。 （1）制订生产流程的主要依据 制订生产流程总的原则是：节能、高效、保质、污染少和经济。具体如下 1）充分利用合金的塑性，尽可能地是整个流程连续化，尽可能地减少中间 退火及酸洗工序，轧制道次少，生产周期短，劳动生产效率高。 2）产品品质满足技术条件要求，产品率高，生产成本低。3）结合具体设备条件，各工序合理安排，设备负荷均衡，既保证设备安全 运转，又能充分发挥设备潜力。 4）劳动条件好，对人身无害、对周围环境污染少或无污染。 根据选择的生产工艺方案，车间工艺流程图如图 2-12,确定计算产品的生产 工艺流程如表 2-5：供 锭铣面 矫直-铣面加热热轧 均匀化退火矫直-铣面冷轧退火酸洗精（中）轧退 酸火 洗精轧清 洗 （y y2 系列成品）成品退火 （m 系列成品）精整机列精整机列板材带材检验、包装、入库 如图 2-12 一般铜及铜合金生产工艺流程图2.3 工艺叙述 2.3.1 铸锭的选择与要求铸锭尺寸与形状的确定对选择设备，确定工艺，提高产品产量与质量，降低 产品成本都有很大的影响。 锭坯选择应根据几点原则： （1）根据车间的规模和产量 对于设计规模和产量较大的生产车间,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。 （3）根据设备能力 锭坯的最大规格尺寸应取决于设备能力。例如，扁锭坯的最大厚度、宽度、 长度及重量取决于轧机轧辊最大抬高度、 轧机的强度、 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，确定锭坯的最小限制尺寸。 （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。 如铜、 铝等合金通常采用大锭， 而对一些难加工的金属采用小锭。为了解决咬入以及热 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、半连续及连续锭坯和水平连铸坯。 应根据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。 根据以上原则，本板带加工车间所采用的锭坯规格如表 2-6。表 2-5 计算产品的生产工艺流程 流程号 合金牌号 工序 产品规格 产品状态 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 锭 加 热 剪 坯 热 轧 切 ⅰ t2 0.25500 l m ○ ○ ○ ○ ○ ⅱ h62 2. y2 ○ ○ ○ ○ ○ ⅲ h65 0.31000l m ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ⅳ qsn6.5-0.1
y ○矫直铣面 均匀化退火 粗 轧中间退火 酸 洗精 (中)轧 中间退火 酸 精 洗 轧成品退火 清 精 验 包 洗 整 收 装19入库○○ 表 2-6 锭坯规格○○牌号 t2 h62 h65 qsn6.5-0.1铸造方法 半连续铸造法 半连续铸造法 半连续铸造法 水平连铸法规格（hbl）mm
锭坯质量是生产优质板带材产品的基础， 因为铸造缺陷常常是产生各种各样 废品的主要原因， 导致恶化产品质量及降低成品率。 通常对锭坯的质量要求如下： 锭坯的化学成分及宏观组织应符合标准的规定；尺寸及偏差应满足工艺的要求， 以防止因厚度偏差过大而影响轧制过程中的品质；严格检查表面品质，不但要求 表面无缺陷，还要保证表面铣削刀痕不超出规定，以及修理合格；要求铸锭内部 没有缩孔、气孔、夹杂、偏析及裂纹等缺陷。运到板带加工车间的半连续锭坯表 面要求熔铸车间把面铣好，水平连铸坯可直接运到板带加工车间。2.3.2 加热制度合金的热轧， 应尽量在合金的单相组织状态下进行，充分利用合金的高温塑 性，以便在一定的温度范围内，将轧件轧制到最小厚度，并获得合适的热轧材料 的机械性能。热轧前对铸锭加热的要求是： （1）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。 （2）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。 铸锭的加热制度包括加热温度、加热时间及加热炉内的气氛控制。 1）加热温度 确定加热温度时要考虑合金的化学成分、高温塑性及变形抗力、轧件尺寸及 设备条件等。 确定加热温度时一般参考合金的状态图、塑性图以及变形抗力图等 提出大致的温度范围， 在生产中根据工艺及产品质量的具体情况进行调整。大多 数重有色合金加热时的上限温度约比熔点低 100～200℃；根据塑性图确定热轧 塑性区范围时， 加热温度应接近塑性温度范围上限，同时也应保证轧终温度不低 于塑性温度范围的下限。 从表面质量考虑，加热温度过高会加剧易氧化合金的氧 化及脱锌。为防止氧化，可适当降低加热温度，并控制炉内气氛。根据以上原则，确定各计算产品的热轧前加热温度范围见表 2-7 所示。表 2-7 各计算产品的热轧前加热温度范围 合 金 牌 号 热轧前锭坯 加 热 温 度，℃ t2 h62 h65 800～860 800～840 820～860 760 760 780 930～500 840～550 860～600 550～460 600～500 650～550 热轧开始温度， ℃ （不低于） 热轧塑性温度 范围，℃ 终轧温度范围，℃2）加热时间 加热时间通常包括升温及均热时间，均热时间一般占总时间的 1/3～1/5 左 右。确定加热时间应考虑合金本性、锭坯尺寸及加热炉的传热方式、装料方法等 因数。 加热锭坯时， 由于温度不均匀造成锭坯各部分的温差不允许超过 15～20℃， 在保证料温均匀热透的情况下，加热时间愈短愈好。对重有色金属合金，快速加 热可以减轻表面氧化，防止过热过烧及晶粒粗大，并降低烧损，节省热能消耗及 提高加热炉的生产率。 加热时间必须与加热温度、 合金本性综合考虑。如果锭坯加热温度和时间控 制不当，或炉内温度不均匀，出现锭坯温度偏高、偏低及料温不均匀时，热轧中 常出现裂纹、波浪、镰刀弯、厚薄不均及咬入困难等情况。对于因加热过快易产 生内裂的低塑性合金， 以及铸造组织不均匀的锭坯，均应适当降低加热速度及增 长加热时间。 生产中目前大多采用经验公式估算，铜及其铜合金加热时间按下式 计算： t=c*h 式中 t------加热时间，小时 h ------锭坯厚度，毫米 c ------经验系数，各种合金的 c 值范围如下： 紫铜-------------------- c=0.1-0.15 h62、h65 --------------- c=0.13-0.23 3）加热炉内气氛的控制 加热炉内气氛的控制主要根据炉内气氛性质与合金的相互作用的特征， 以及 炉内气氛中某些成分和杂质对合金的有害影响来决定。 理想的加热气氛应为中性 气氛，但中性气氛生产中不容易控制。 一般紫铜及含少量氧的铜合金采用中性或微氧化性气氛加热。 因为紫铜在还 原性气氛中加热时，氢与氧化亚铜作用容易产生“氢气病” ，即氢在高温下扩散 进入金属中并使氧还原，在晶界上由于形成水气导致晶界疏松及热轧时脆裂。2.3.3 热轧工艺热轧是指金属及合金在再结晶温度以上的轧制过程。 一般金属热轧时温度较 高，但室温下产生再结晶的铅、镉和锡等，室温轧制也属热轧。压下制度包括决 定热轧的总加工率及各道次的加工率。合理的压下制度应该满足优质、高产、低 消耗的要求， 在合金塑性及设备能力允许的情况下，尽量采用大加工率及尽可能 少的轧制道次。 （1）总加工率 大多数重有色合金热轧的总加工率达 90%以上，对于少数高强度，低塑性及 热轧塑性范围较窄的合金热轧总加工率也在 85%以上， 其参考依据 （原则） 如下： 1）合金本身性质：合金的高温塑性范围越宽，高温塑性指数越高，高温时 变形抗力越低，热脆性越小，允许采用的热轧总加工率就越大。 2）产品质量要求：供冷轧用的热轧坯料厚度应考虑铣面及冷轧的要求预留 足够的冷变形量。冷轧的产品表面质量要求愈高，则热轧后坯料厚度应增加。 3）轧机能力及设备条件：热轧机的机械化程度越高，轧制速度越快，轧机 能力及轧机开口度越大， 可采用的热轧总加工率也越大，同时还要考虑冷轧机及 附属设备等具体情况。 4）锭坯尺寸和质量：锭坯愈厚，锭坯质量越好，热轧前锭坯质量越高，热 轧总加工率也相应愈大。 为了更易于实现轧制的高速化，在热轧时采用不同的压下制度，其总加工率 如下表 2-8：表 2-8 产品的热轧总加工率 合金牌号 t2 h62 h65 铸锭规格尺寸 mm
总加工率 % 92.0 93.5 93.3（2）道次加工率 锭坯厚度及终轧厚度确定后，即热轧总加工率已知后，即可根据各道次的平 均加工率，求出轧制道次。 热轧各道次加工率的分配应考虑合金品种、 锭坯尺寸、 锭坯质量、 加热情况、 设备条件及产品质量要求等。通常要求：顺利咬入、不出现轧裂、变形均匀以提 供合乎要求的板坯，并保证设备安全，不允许出现电机跳闸及断辊等事故。大致 可以把热轧过程分为开始、 中间及终了三个阶段，结合具体轧制条件来分析在热 轧各个阶段分配道次加工率的特点：1）开始轧制阶段：锭坯开始轧制时首先应满足顺利咬入的要求，咬入角与 压下量的关系如下： △h=（1-cosα ）*d 一般情况下α ≤β （摩檫角）即可顺利咬入，故满足顺利咬入时的极限压下 量为： δ hmax≤(1-cosβ )*d 式中 δ hmax-------------------道次最大压下量，毫米； β ---------------------摩檫角； d---------------------轧辊直径，毫米。 在开始轧制阶段， 为便于不均匀的柱状晶和等轴晶的铸造组织转变为塑性较 好适于加工的组织，道次加工率及轧制速度不宜多大；在锭坯较厚、开始热轧温 度较高的情况下， 因轧件表面粘着出现的拉应力过大会产生表面裂纹，由于中心 层不变形会引起沿锭坯中心弱面“张嘴”甚至“缠辊” ，为使锭坯内外变形均匀， 除了采用擦辊、润滑等措施减小接触面摩擦外，在锭坯组织允许的情况下，应适 应逐道次增大压下量，采用低速轧制，使变形深入轧件内层。 开始道次加工率的大小除应保证顺利咬入、 满足铸造组织转变及内外层变形 均匀的要求外，并考虑合金塑性、锭坯质量及加热工艺等具体情况。 2）中间轧制阶段：此时铸造组织已逐步转变为加工组织，轧件温度有所降 低， 塑性较好而变形抗力不高， 这个阶段应采用大压下量充分利用轧件的高温塑 性，并增大轧制速度。 热轧时的大部分变形量主要在中间阶段进行。在中间阶段，必须保证设备安 全， 轧制压力不应超过轧机部件的许用压力，负荷不应超过电机本身的允许电流 及转矩，为充分利用电机功率传动，尽可能使各道次负荷均匀。 3）终了轧制阶段：热轧最后几道次，轧件薄而长，温度降低并且头尾温差 大， 为了热轧后获得平直及尺寸偏差均匀的坯料， 一般应采用较小的道次加工率， 适当增加道次， 并合理调整辊型。 对于易裂边的低塑性合金， 除采用小加工率外， 为保证终轧温度不致过低，应尽量快速轧制。有时轧制最后道次不调整压下，利 用轧辊饶度及轧机弹跳的减小使轧件得到很小的压缩及平衡， 以保证产品厚度均 匀。 热轧三个阶段是密切相关的，如果开始阶段压下量太小，必然加重后面道次 的负担， 导致在热轧后期增加道次，如轧终温度太低会影响热轧后坯料的性能和 质量。 （3）热轧时的温降 热轧时的压下制度与轧件温度降低是密切相关的， 生产中必须掌握温降的规律修订压下制度， 并控制轧终温度。 轧终温度太低， 由于塑性降低、 变形抗力高， 导致增加轧制道次， 而且由于散热不均易出现裂边及性能、厚度不均影响产品质 量； 轧终温度较高， 轧件塑性好， 道次少， 一般热轧后坯料不必退火就可以冷轧， 但轧终温度过高时，易出现粗大晶粒及严重氧化，也会恶化产品质量。 热轧时温降的影响因素如下： 1）轧件对周围介质的辐射、对流以及接触轧辊、辊道时的热传导； 2）轧件表面积、重量的大小及热轧时冷却水的压力和流量； 3）轧制速度的快慢、轧制道次及每道次的间隔时间； 4）锭坯热轧前的加热温度； 5）热轧时塑性变形产生的热效应。 （4）热轧时的冷却润滑 热轧时，轧辊与高温轧件接触的瞬间，辊面温度急剧上升，由于反复热胀冷 缩，轧辊使用几个小时后就开始表面发黑，随后出现裂纹、网纹及龟裂。热轧时 大多用水作冷却润滑剂，其作用如下： 1）降低辊身温度，保证高压高温下的轧铝强度及硬度，减少辊面磨损及龟 裂(热轧时辊身温度最好在 120～180℃范围以内)； 2）减小轧件与轧辊间的摩擦系数，降低轧制压力，防止粘辊及缠辊； 3）控制轧辊的温度分布，调整轧辊辊型(特别在最后阶段)，保证轧件平直 及防止出现波浪及镰刀弯。 （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。 1）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。 熔铸时含气量高； 铸锭表面质量差， 或铣面时表面缺陷未消除；铸锭加热温度过高或时间过长；轧制时焊合不好等， 均使热轧容易产生气泡和起皮。应提高熔铸质量，严格控制铸锭处理工艺。 表面裂纹主要与金属性能、冷却润滑及铸锭加热气氛有关。铸造质量，道次 压下量分配等也有影响。通过加强冷却润滑，减小摩擦；合理分配道次压下量， 减小表层变形；根据金属性能，合理控制铸造工艺和铸锭加热制度，减少铸造裂 纹，防止过热出现热轧裂纹。 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；或立辊轧边不当，辊型控制不场出现边部附拉应力产生裂边。控制加 热温度，加强冷却润滑；适当减小道次加工率。 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。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；沿轧向铸锭头恳呈圆弧形 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港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。轧辊与辊道或卷取机速度匹配要合理， 要经常清擦辊道，给予消除。 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。 2）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；送科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。 波浪， 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。根据热轧工艺与板形情况，合理设计 与控制辊型，合理分配压下量，控制好板宽方向冷却润滑剂流量，使板宽方向压 下均匀；及时换辊，提高操作水平消除波浪。 3）厚度超差 操作不当，锈锭加热温度波动太大，道次压下员分配不当， 轧制速度变化太大，测量不准确，会出现厚度超差。根据铸锭温度和辊型，台理 调整压下员； 经常测量厚度， 校对测量仪或千分尺， 在升降速时应及时调整压下； 严格控制加热温度，防止厚度超差。 4）机械性能不好 其产生的主要原因是终轧温度控制不当；或铸锭的化学 成分不符合标准，加热温度不合理等。为使机械性能合格，必须严格遵守热轧工 艺制度，合理控制终轧温度、轧制速度和铸锭加热温度，保证铸锭化学成分符合 标准。2.3.4 铣面工艺热轧后坯料进行表面铣削， 可以去除加热及热轧过程中产生的表面氧化、脱 锌、压痕及氧化皮压入、表面裂纹等缺陷，尤其是对于热轧时易氧化而且氧化皮 不易酸洗洗干净的某些合金，以及产品厚度在 0.4～0.5 毫米以上并且要求高表 面质量的产品，效果较显著。 在双面铣削机上同时铣削热轧带坯的上下表面和两个侧边， 提高带坯的表面 质量， 铣削后带坯的尺寸偏差和板形质量不低于热轧后的带坯，表面铣削量为每 面 0.25～0.5 毫米，侧边铣削量一般为每边 2～5 毫米。 铣面的目的是为了清除带坯表面缺陷，以提高产品的表面质量，随着合金成 份的不同，带坯的最小铣削深度也有所不同。2.3.5 冷轧工艺重有色合金板带材大多采用光热轧提供坯料后冷轧成产品的生产流程。 与热 轧相比冷轧具有如下特点： 1．冷轧在金属或合金再结晶温度以下(一般即室温)进行； 2．热轧的极限厚度通常不小于 3～6 毫米，冷轧的极限厚度可至 0.001mm； 3．采用卷材焊接后的冷轧带材单位宽度的重量可达到 2～10 吨／米范围， 而热轧时轧件的单恢宽度重量大多在 0.5～4.0 吨／米范围之内。 4．冷轧生产率高，轧制速度可达 7～10 米／秒或更高； 5．冷轧时的冷却润滑及辊型控制比较重要，并可采用张力增加冷轧带材时 的道次加工率； 6．冷轧后轧件的厚度精度比热轧高，表面质量及平直度比热轧好； 7．热轧时一般仅保证热轧状态板材成品的性能，冷轧可以控制各种状态所 要求的机械性能。 根据工艺要求，冷轧可分为开坯、粗轧、中轧及精轧。通常不易热轧的合金 锭坯(厚度 20～70mm)冷轧至厚度 3.5～6mm 的过程称为冷开坯； 厚度约为 4～12mm 的热轧坯料冷轧至约 2～6 mm 的过程称为粗轧；随后继续压薄轧件厚度的冷轧过 程称为中轧； 为达到成品要求进行的最后冷轧称为精轧，在成品精轧之前的轧制 工序称为预精轧，预精轧后的轧件：称为预成品。 （1）总加工率 冷轧总加工率，即两次中间退火之间的总加工率，必须考虑合金本性、设备 条件及工艺等具体情况，通常的原则如下： 1）充分发挥合金塑性，采用尽可能大的总加工率，减少中间退火次数及提 高生产率； 2）保证产品质量，提高成品率，产品性能、晶粒度大小及均匀度均符合要 求。 此外总加工率不能位于临界变形程度范围，否则退火后易出现大晶粒及晶拉 不均，恶化产品质量； 3）充分发挥设备能力，确保生产中电机不会跳闸烧坏，轧辊及轧机部件不 会断裂及受损，能量消耗及生产成本低。 （2）道次加工率 冷轧总加工率确定后， 即可确定各道次的加工率。目前采用的道次加工率为 2～45%，根据合金品种、轧件性能及尺寸、轧机各部件强度和电机功率、冷却与 润滑、辊型及张力大小等情况，合理分配各道次加工率的基本要求是：保证产品 质量，确保设备安全，尽可能少道次，充分发挥合金塑性及提高生产率。根据具 体条件确定道次加工率应按如下规则： 1） 在冷轧的第一道次(或第二道次)，为了充分利用轧件退火后的良好塑性，应采用最大的道次加工本；以后随轧件加工硬化的增大，逐道次减小加工率。 2）生产中采用的压下程序是否合理，应根据轧制压力和电机负荷的实测结 果进行修改， 使各这次的轧制压力分布基本均匀，这样有利于稳定工艺及充分发 挥设备能力。 3）从提高产品质量出发，生产中应该做到：轧件变形均匀，尺寸偏差符合 规定，表面质量满足要求，性能符合标准。 4）道次加工率必须与总加工率相协调，并结合具体的产品及没备条件。 大多数工厂制定压下制度时， 根据各种合金冷轧时的塑性好坏以及变形抗力 大小，确定各种合金的冷轧难易程度，大致可以划分如下几种类型： 1．高塑性及低强度合金，如 t2、tup、tul-2 及 h96、h90、hsn90-l 等； 2．塑性较高及强度不高的合金，如 h80、h68、h62 等； 3．塑性较低及强度不高的合金，或者塑性较高及强度也较高的合金，如 hpb59-1、hpb63-3、hmn58-2、qsn4-3、qsn6.5-0.1、qal9-2、qsi3-l、b19 等； （3）成品加工率 冷轧成品最后一次精轧的总加工率，即成品加工率，主要取决于技术条件对 产品性能的要求，其次也要考虑确保设备安全及提高生产率。图 2-13 冷轧压下分配计算图 注：纵坐标与横坐标可以按相同比例变换成品加工率选定后，还应合理分配终轧成品的各道次加工率。例如，厚板成 品冷轧时，道次过多会由于表面变形大于内层变形出现强度低而伸长率高的情 况； 薄带成品冷轧时，道次过多会由于晶粒破碎加剧出现强度高面伸长率低的情 况； 某些对平直度及表面光洁度有特殊要求的产品，采用抛光轧辊进行压光及平 整时，则应适当增加道次。 在保证产品性能要求的情况下，增加成品加工率可以充分发挥设备潜力，有 利于提高生产率。 尤其在轧机能力较大的工厂里，增大成品加工率是优质高产的 有效措施。 日前生产中根据产品状态及具体情况增大成品加工率采取了如下一些 措施： 1）大多数合金的软态制品的成品加工率与硬态制品基本相同，软制品精轧 后经过成品退火， 故软制品的机械性能主要由成品退火控制，但精轧成品的加工率大小也影响较大， 确定成品退火制度应与精轧时的加工中大小相配合，通常在 保证产品性能的情况， 成品退火前的精轧加工率越大， 生产的软制品性能愈优越。 2）硬及半硬状态板带材采用成品加工率控制性能时，成品加工率一般小于 50％，操作比较方便，控制性能比较准确，性能较稳定。 3）预成品的性能及状态对成品性能控制影响较大，一般来说，预成品退火 均匀而充分，有利于成品性能均匀及稳定。 （4）冷轧时的张力 轧制带材必须采用张力。 张力是靠卷筒与出辊或入辊带材之间的速度差而建 立的。张力在轧制过程中发作用归纳起来有以下几点： 1）能降低单位压力，调整主电机负荷。张力使变形抗力减小，轧制压力降 低，能耗下降。前张力使轧制力矩减少，而后张力使轧制力矩增加。当前张力大 于后张力，能减轻主电机负荷。 2）调整张力能控制带材厚度。因为改变张力大小能改变轧制压力，由弹跳 方程可知轧出厚度发生变化，因此，调整张力可实现板厚控制。增大张力可使带 材轧得更薄，因为张力降低轧制压力，则轧辊弹性压扁与轧机弹跳减小，在不调 整压下的情况下，可将轧件进一步压薄。 3）调整张力可控制板形。张力能改变轧制压力，影响轧辊的弹性弯曲从而 改变辊缝形状。因此，通过调整张力大小控制辊型，实现板形控制，此外，张力 能促使金属沿横向延伸均匀，以获得良好板形。 4）防止带材跑偏，保证轧制稳定。防止带材跑偏（带材偏离轧制中心线） 是实现稳定轧制的重要措施。 跑偏将破坏正常板形或尺寸精度，引起人身或设备 事故，必须加以控制。 5）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。 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 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。设计中选择张 应力值 q=（0.2～0.4）σ0.2，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，有利于控制板性。但是，前张力过大，带材卷得太紧，退火 易粘结，轧制易断带。生产中应根据具体情况选择前后张力的大小。 轧制过程中要求张力稳定。按时，当卷径增大速度变化未及时补偿，以及工艺因 素变化等均导致张力波动。一旦波动较大，会影响板形与厚度精度，严重时甚至断带。因此，为了保证产品质量，实现稳定轧制，必须调整张力。 （5）冷轧时的冷却润滑 冷轧时的冷却润滑剂可以冷却轧辊及轧件，减小摩擦系数，降低轧制压力及 能量消耗，有助于增大加工率，提高轧制速度及生产率，并有助于控制辊型，改 善轧件的板形及表面质量，减少轧辊的磨损。轧件越硬、厚度越薄、张力较小或 无张力时，润滑的效果就越显著；轧制速度越高，辊身的冷却也更必要。 冷轧时采用的冷却润滑剂必须满足如下要求： 1）润滑性能好，在轧制时承受很高的单位压力油膜不应破裂，并能有效的 降低摩擦系数； 2）冷却效果好，润滑剂具有高导热性及高热容量，在高速高压冷轧时，不 冒油烟，并有利于辊温稳定； 3）性能稳定，对轧件无腐蚀作用，并易于去除，不使轧件表面出现发暗、 变色及蚀班等缺陷； 4）供应方便，配制简单，使用经济。 选择润滑剂必须结合具体轧制条件，包括轧制合金、产品要求、轧制压力及 轧制速度等。油沿油钻度大时，油膜厚而坚固，允许承受的压力高，但流动性及 充填性差，一般对硬轧件及轧制压力高的情况，应选择粘度较高的润滑油；高速 轧制时则应选择钻度较小的润滑油。 轧制带材时，为保证最佳的润滑效果，带材表面应保持均匀的油膜，油膜 厚度取决于润滑剂的性能、轧件及轧辐的表面光滑程度、压下量及轧制速度等。 油膜太薄，易导致延伸不均及局部油膜破裂，冷轧箔材时甚至出现局部钻结；而 油膜太厚时，多余的润滑剂挤在带材边部，往往又重新流入带卷的里面，以致在 退火时难于烧尽而残留斑点。 冷轧时轧件表而残留的酸液必须冲洗干净，否则被 带到轧辊表面的残留酸液会显著地降低润滑油的作用， 严重时出现钻辊及轧制压 力升高，影响到辊型和轧件的平直度。 高速冷轧时，易于出现辊温过高、辊温不均匀以及粘辗等现象。采用乳液润 滑后，大大改善了冷却及润滑效果，有利于高速冷轧时的辗温控制和辐型调整， 提高冷轧机的生产能力及产品质量。 （6）冷轧产品的主要缺陷及产生原因 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 能不好等。 1）厚度超差：产生厚度超差的原因有：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； 升降速度时未及时调整压下；润滑冷却不均；测量不准确等均会产生厚度超差。 2）板形不良：冷轧板形不良主要有波浪（单边、中间、两边及侧边） 、瓢曲、压折、翘曲及侧弯大等。产生波浪的原因很多，实际生产中可能是其中某一个或 几个原因，应视具体情况来分析。 压折是不均匀延伸产生的局部折皱，多出现于冷轧薄板带。压折导致擦伤、 划伤， 易发生断带及擦伤辊面等。 压折产生的原因和波浪相似， 当料入辊不对中， 或卷筒中心偏离轧制中心线；轧制过程突然断带，停车不及时；来料板形不好， 压下量太大与辊型不相适应；张力太小或波动太大；润滑不均，辊温过高等，均 会产生压折现象。 翘曲是冷轧厚板易产生的板形缺陷， 它主要是板材上下两面延伸不一致引起 的。当两个工作辊径不相等，一般下辊径大于上辊径时轧件上翘，反之向下弯； 压下量分配不合理，一般压下量太小易上翘，压下量太大易下弯；上下辊的转速 不一致，或上下辊出现轴向错动；上下辊润滑不均或辊温不一致等，均会产生翘 曲。侧弯产生的原因与单边波浪相同。 3）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、腐蚀斑点及油斑及油漆、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。 4）性能不好：产品机械性能除合金成分、铸造组织之外，主要取决于冷轧 加工硬化程度及热处理工艺。硬态、特硬态及加工率控制性能的半硬态产品，主 要是成品总加工率控制不严， 或坯料和成品厚度波动大导致机械性能不合。对于 软态及成品退火控制性能发硬态和半硬态产品，主要是成品退火制度不合理，设 备性能较差或者加热时过热、 过烧等原因造成的。但与成品退火前的冷轧总加工 率大小有关。2.3.6 热处理工艺（1）热处理分类 铜合金的热处理比较简单， 它主要是加热和不同目的的退火，只有个别牌号 的合金，如铍青铜可进行淬火、回火热处理。不同目的的退火有：均匀化退火、 软化退火、成品退火和坯料退火。 1）均匀化退火：均匀化退火的主要目的消除铸造时引起的热应力、消除晶 内偏析、减少铸锭组织和化学成分的不均匀性。其退火温度一般都很高，时间也 很长，多为 4～24h。 2）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，这种退火是铜合金轧制中的最 主要的热处理。3）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 200～300℃；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。 4）坯料退火：即对某些具有能溶解和析出的以及发生共析转变的固溶体合 金，在高于相变点温度时，经过保温使强化相充分溶解，形成奥氏体后又在急冷 中形成过饱和固溶体的淬火状态，再经过低温或室温，使强化相析出或相变来控 制合金性能的热处理方法。 （2）热处理制度 退火制度是根据合金性质、 加工硬化程度和产品技术条件的要求决定的。退 火的主要工艺参数是退火温度、保温时间、加热速度和冷却方式。退火工艺制度 的确定应满足如下三方面的要求：保证退火材料的加热均匀，以保证材料的组织 和性能均匀；保证退火材料不被氧化，表面光亮；节约能源，降低能耗，提高成 品率。因此，铜材的退火工艺制度和所采用的设备应能具备上述条件。如炉子设 计合理，加热速度快，有保护气氛，控制精确，调整容易等。 1）退火温度的选择：除合金性质、硬化程度外，还要考虑退火目的，如对 中间退火则退火温度取上限， 并适当缩短退火时间；对成品退火则侧重于保证产 品品质和性能均匀，退火温度取下限，并严格控制退火温度的波动；对厚规格的 退火温度应比薄规格的退火温度要高一些； 对装料量大的要比装料量小的退火温 度高一些；板材要比带材的退火温度高一些。 2）退火的升温速度：要根据合金性质、装炉量、炉型结构、传热方式、金 属温度、炉内温度差及产品的要求确定。因为快速升温可提高生产率、晶粒细、 氧化少，半成品的中间退火，大都采用快速升温；对于产品退火、装料量少、厚 度薄，都采用慢速升温。 3）保温时间：炉温设计时，为提高加热速度，加热段的温度比较高，当加 热到一定温度后，要进行保温，此时炉温与料温相近。保温时间是以保证退火材 料均匀热透为准。冷却方式：成品退火大都是进行空冷，中间退火有时可采用水 冷，这对于有严重氧化的合金料，可以在急冷下使氧化皮爆裂脱落。但有时淬火 效应的合金不允许进行急冷。 （3）热处理炉内气氛 根据产品质量要求、合金性能、炉内介质与板带表面作用的特点，热处理可 分为普通热处理、保护性气氛和真空热处理。 铜及铜合金根据合金特性，对热处理气氛有不同的要求：如无氧铜、低锌黄铜等易氧化应采用还原性气氛；紫铜、普通黄铜、锡青铜等可采用微氧化性气氛 加热，为防止产生“氢气病” 。 普通热处理， 一般采用液体或气体燃料， 对炉内气氛根据合金特点加以控制， 常采用控制空气及燃料供给量比例来实现。当燃烧后，空气过剩时呈氧化性火焰 为金黄色；燃料过剩呈还原性，炉门处冒蓝色火焰。 保护性气氛处理即光亮退火，大多采用电加热，铜及铜合金常用的保护性气 体有水蒸气、分解氨、氮气等。保护气体应对处理金属及炉子部件无有害作用， 成分及压力稳定，制造方便、经济等。为了防止硫对铜、镍的危害及氢、氧对紫 铜产生氢脆或氧化，气氛中的硫、氧、氢含量应严加控制。采用还原性气氛而且 温度较高时，对高锌黄铜（含锌量大于 30%）要防止脱锌。 （4）计算产品的退火工艺制度 退火制度包括退火温度和退火时间。退火温度根据合金性质、加工硬化程度 及退火要求确定，并考虑具体的生产条件，中间退火时从提高生产率考虑，退火 温度取上限，适当缩短退火时间；成品退火侧重于保证产品性能均匀，退火温度 取下限，并且温度范围不宜波动太大。 退火时间包括升温时间及保温时间， 退火时升温速度根据合金性质、 装料量、 炉型结构、传热方式、金属温度与炉内温差的大小以及产品要求确定。退火一般 可分为中间退火和成品退火。 中间退火是将合金加热至再结晶温度以上，保温一 段时间后冷却，目的在于消除加工硬化，提高合金塑性和降低变形抗力，包括热 轧坯料退还和冷轧中间坯料退火，即软化退火。成品退火是根据合金冷变形度及 产品性能要求加热至一定温度， 均匀烧透后冷却。退火工艺包括退火制度和退火 气氛的控制。 1）热轧坯料退火 热轧坯料退火可以消除热轧后因不完全热变形产生的硬化， 或某些合金的淬 火效应。得到平衡组织和最大塑性变形能力，继续冷轧。 2）冷轧中间退火 冷轧中间坯料退火是为了消除加工硬化，提高金属塑性，降低变形抗力，以 利于继续冷轧。 一般塑性好变形抗力低的金属不需要中间退火，而绝大多数有色 合金在冷轧过程中均要中间退火。为提高中间退火生产率，缩短退火时间，彻底 消除加工硬化，退火温度应高于再结晶温度。 3）成品退火 成品退火分完全退火和低温退火。其目的是控制产品最终性能，保证产品符 合技术标准。完全退火用于生产软系列产品；低温退火在于消除内应力，稳定材 料尺寸、形状及性能，以获得半硬态或硬态产品。成品退火工艺制度比中间退火 要求更严格。2.3.7 酸洗工艺表面质量要求较高的产品， 根据需要进行表面清洗(脱脂或酸洗)，除去带材 表面的油污和氧化层等，并进行表面钝化处理，以保证成品带材的表面质量，延 长储存期限。 表面清洗包括热轧和中间及成品热处理后的酸洗，以及成品的检查 或退火前的表面脱脂。 （1）酸洗 酸洗的工艺过程是酸洗—冷水洗—热水洗—干燥。 干燥采用蒸汽烘干或压缩 空气吹干。酸洗的工艺参数主要包括酸洗液的浓度、温度及酸洗时间。一般酸洗 液浓度为 5%～20%， 温度 30～60℃， 酸洗时间与酸液浓度、 温度有关， 一般在 5～ 30min。具体的工艺参数，应根据合金牌号、酸液成分、质量要求及设备情况而 定。 （2）脱脂 采用表面脱脂技术，既改善表面质量，又提高抗蚀能力。轧制过程残留在金 属表面上的冷却润滑剂，形成“污斑” ，其他工序残留的油脂、污物等，加剧了 金属表面腐蚀。因此需要进行表面脱脂。 脱脂的方法很多，主要有酸洗、碱液清洗、有机溶剂清洗、乳化清洗、电解 及超声波清洗等。碱液脱脂清洗工艺简单，成本低，效果好，广泛应用于铜及铜 合金的大规模生产条件。其脱脂工艺流程一般：脱脂—热水洗—冷水洗—干燥。 本设计的生产工艺将酸洗和脱脂放在机列上进行。2.3.8 矫直工艺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。 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。 （1）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。 因为上下矫直辊之间隙在入口处小于板材 厚度， 至出口处其间隙等于或大于板材厚度。所以板材通过矫直机时弯曲变形逐 渐减小，板材不平的原始曲率逐渐消除而达到板材平直。 （2）拉伸矫直 拉伸矫直的特点是对板材施加超出其屈服极限的张力，使之产生弹塑性变 形，而达到矫直的目的。这种方法主要用于辊式矫直难于矫直的板材或带材。为 适应带材大卷连续化生产的要求，出现了连续拉伸矫直机。 （3）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发矫直方法。 近 几年我国大型加工厂，为了提高宽薄带材表面质量、平直度及矫平效率，已引进 了现代化的连续拉伸弯曲矫直机组。 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。2.3.9 剪切工艺（1）剪切分类 根据工艺要求剪切分切边、