车间设计

1车间设计的一般概述本章内容•车间设计的目的与任务•车间设计的依据•厂址选择•金属压力加工企业总平面图与运输•设计程序与设计工作的原则•车间工艺设计的任务与说明书的编制车间设计的目的与任务•目的建设新企业、扩建或改建老企业•任务做出技术与经济的详细规划，确定企业生产经济状况、技术经济指标及施工的组织方法等•内容生产工艺、设备、土建、供水、排水、供气、供电、运输、采暖与通风等设计。车间工艺设计：确定生产方案，选择设备，画出车间工艺平面布置图，确定车间劳动组织与技术经济指标，并对其它设计提出要求。车间设计的依据•设计任务书是车间设计的依据，其内容包括：（1）车间规模、生产的品种（2）车间的生产方案（3）建厂地址、资源情况、运输情况（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）环保情况厂址选择•建厂地区由上级主管部门在设计任务书中规定•建厂地址在指定的建厂地区内，选择一块地方，在自然和地理特点、运输条件、水电供应、布置工厂厂区及生活区等方面，都能最大限度地得到满足。金属压力加工企业总平面图与运输•企业的组成钢铁企业：炼铁、炼钢、轧钢及其辅助车间有色企业:（冶炼、）熔铸、加工及辅助车间•企业的运输企业外部运输：原材料运入和成品运出；水运、铁路、公路企业内部运输：料场、仓库至车间以及车间之间的货物运输；社会废弃物处理功能多种产品制造功能市场竞争力可持续发展资源、能源可供性钢铁制造流程能源转换功能新一代钢铁工业流程的三大功能8废弃塑料矿石焦炭铁水废钢煤气废渣废渣钢水钢坯产品用户减量化轧制技术短流程近终形生产柔性轧制技术无头轧制技术自由程序轧制节约型钢材产品细晶粒高强度钢复相组织钢低成本不锈钢耐腐蚀长寿命钢发电厂水泥厂废弃物处理功能能量转化功能生产钢铁产品功能新一代钢铁生产流程－轧制工艺与产品…金属压力加工企业总平面图与运输•企业总平面布置图的形式纵向布置（串联）横向布置（并联）•总平面图编制原则和要求设计程序与设计工作的原则•设计程序可行性研究，初步设计，施工设计•设计工作的原则车间工艺设计的任务与说明书的编制•车间工艺设计的主要任务技术任务组织任务经济任务•工艺设计说明书的编制总论，生产方案，生产工艺过程和设备选择，工艺计算与金属平衡，设备负荷计算，平面布置及内部运输，车间电气、动力、机修设备的选择及负荷计算、劳动组织、技术经济指标、附表与附图2可行性研究本章内容•可行性研究的重要性•可行性研究的内容与步骤•可行性研究报告的内容可行性研究的重要性•可行性研究–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•可行性研究的任务–目的、资源、市场、厂址、规模、工艺等调查研究–避免返工，保证效果•可行性研究的作用–初步设计的基础–筹集资金的依据–申请执照等依据可行性研究的内容与步骤•可行性研究的内容–市场销售情况的研究–原料和工艺技术的研究–工程条件的研究–劳动力来源和费用、人员培训等–资金和成本的研究–经济效果研究•可行性研究的步骤–调查研究，收集资料–分析研究提出方案–方案比选–编制报告可行性研究报告的内容•总说明•承办企业的基本情况与条件•生产规划•物料供应规划•厂址选择•技术与设备•土建工程内容与工作量•人员培训计划•建设资金•经济分析•经济效果评价3生产方案选择本章内容•产品方案的编制•生产方案的选择–钢材生产方案–有色金属产品的生产方案产品方案的编制•产品方案–产品名称、品种、规格、状态、年计划产量–任务书规定，或设计者提出•编制产品方案的原则–国民经济发展对产品的要求–产品的平衡–建厂地区的条件、资源、投资等可能性•计算产品的选择–有代表性–通过所有工序–与实际接近–留有调整余量根据计算产品进行工艺计算、选择设备、确定工艺、确定车间各种消耗及技术经济指标应与按所有品种进行设计和投产后的实际相一致。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。•产品标准与技术要求GB、YB、QB；规格标准、性能标准、实验标准、交货标准生产方案的选择•生产方案–为完成设计任务书中规定产品的生产任务而采取的生产方法•生产方案选择的依据–金属与合金的品种、规格、状态及质量要求–年产量的大小–投资、将来发展等钢材生产方案•板带钢生产–中厚板生产•单机架轧制二辊、三辊、四辊、万能•双机架轧制•连轧–热轧薄板带钢生产•热连轧法•叠轧薄板生产•炉卷轧制法–冷轧板带钢生产•单机冷轧•连轧•型钢生产–轧制法普通轧制法、多辊轧制法、热弯轧法……–挤压法–冷弯法•管钢生产热轧、挤压、焊管、冷加工•线材生产有色金属产品的生产方案•板带箔材的生产–产品的品种和规格–块式轧制法–带式轧制法–热挤压法–连铸连轧法•管棒型材生产–产品的品种和规格–挤压法–挤压－拉拔法•线材生产–普通挤压法–轧制法–……4生产工艺流程本章内容•制定生产工艺流程的主要依据•钢材生产工艺流程•有色金属材料生产工艺流程制定生产工艺流程的主要依据•工艺流程–产品生产的工序按次序排列起来–合理的生产工艺流程：低消耗、设备少、面积小、成本低•制定生产工艺流程的主要依据–根据生产方案的要求产品不同生产方案不同主要工序不同–根据产品质量的要求产品的技术条件需要相应工序的保证–根据车间生产率的要求钢材生产工艺流程•生产工艺流程的基本组成–主要工序坯料准备，加热，轧制，冷却，热处理，精整–钢材生产工艺流程三种形式普碳钢合金钢冷加工工艺参数的确定•坯料选择–连铸坯的选择金属收得率提高10％，节能，降低成本–钢锭的选择种类：沸腾、镇静、半镇静钢锭断面形状：方、长方、圆、多角形钢锭的高宽比：对钢锭的质量有影响钢锭的锥度：脱模，铸锭质量–初轧坯的选择断面形状、断面尺寸、长度管坯的选择沸腾钢、镇静钢、半镇静钢据冶炼时脱氧程序的不同，钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢•沸腾钢为脱氧不完全的钢。钢在冶炼后期不加脱氧剂（如硅、铝等），浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出），钢锭凝固后，蜂窝气泡分布在钢锭中，在轧制过程中这种气泡空腔会被粘合起来。这类钢的特点是钢中含硅量很低，标准规定为痕量或不大于0.07%，通常注成不带保温帽的上小下大的钢锭。优点是钢的收率高（约提高15%），生产成本低，表面质量和深冲性能好。缺点是钢的杂质多，成分偏析较大，所以性能不均匀。•镇静钢为完全脱氧的钢。通常注成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上工艺参数的确定部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收得率低，但组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金一般都是镇静钢。•半镇静钢为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点，在冶炼操作上较难掌握，但是碳素钢中此类钢是值得提倡和发展的。…工艺参数的确定•坯料的预处理–表面缺陷清理火焰、风铲、砂轮、机床–表面氧化铁皮清理机械法、化学法–坯料预先热处理消除合金钢内应力，成份均匀等•坯料加热–加热温度三图定温，防止过烧–加热速度–加热时间–燃料选择塑性图•金属的塑性随温度变化的关系图，也称塑性状态图。一个完整的塑性图应该同时给出拉伸试验时的强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率φ，镦粗试验时的最大压缩率εM、扭转试验的扭转角或圈数、冲击试验的AK值、弯曲试验的弯曲角度或次数等多种性能指标与试验温度的关系。它反映了温度-速度以及应力状态类型等对金属塑性的影响。塑性图是选择合理的金属塑性加工方法和制订冷加工和热加工工艺规程的重要依据，是生产中不可缺少的基本资料之一。•右图为W18Cr4V高速钢的塑性图。由图可见，该钢种在800～1200℃的温度范围内具有很好的塑性。塑性加工(如轧制)前钢锭加热时的最高温度为1230℃，超过此温度，钢可能产生裂纹或轴向断裂；变形终了温度不应低于900℃，否则不仅塑性明显降低，而且变形抗力急剧增大。…工艺参数的确定•轧制–变形程度制定总变形量和道次变形量，进行工具设计。–轧制速度设备条件和工艺条件允许的情况下，尽量提高轧制速度。–轧制温度开轧温度保证终轧温度，终轧温度保证产品的组织性能。–轧制力轧制力决定轧制设备和动力，计算或实测确定。…工艺参数的确定•钢材冷却与精整–冷却钢材热轧后冷却到常温，发生再结晶和相变，需要控制冷却速度和冷却温度制度。–精整矫直、剪切、酸洗、热处理、表面镀层及机械加工等。•典型生产工艺流程–热轧带钢生产工艺流程–冷轧带钢生产工艺流程有色金属材料生产工艺流程－锭坯选择•锭坯选择的原则–根据车间的规模和产量–根据产品的规格尺寸–根据设备能力–根据制品的性能确定锭坯厚度或直径–根据金属及合金的工艺性质–根据铸造条件•锭坯尺寸与形状•锭坯的质量–锭坯的化学成份及宏观组织应符合标准规定–尺寸及偏差应满足工艺要求–锭坯表面光洁、无缺陷–铸坯内部没有缩孔、气孔、夹杂、偏析及裂纹等缺陷有色金属材料生产工艺流程－板带箔材生产工艺流程•铝及铝合金板带材–一般生产工艺流程•蚀洗：碱洗冷水洗酸洗冷水洗热水洗•包铝：工艺包铝、技术包铝•加热•热轧•冷轧•精整•热处理退火、淬火、时效–典型产品生产工艺流程…有色金属材料生产工艺流程－板带箔材生产工艺流程•铜及铜合金板带材–一般生产工艺流程•热轧•冷轧•热处理•酸洗、表面清理、矫直、剪切•带卷焊接–典型产品生产工艺流程•铝箔生产工艺流程–坯料–重卷、切边–退火–轧制–精制…有色金属材料生产工艺流程－板带箔材生产工艺流程•钛及钛合金板带材生产工艺流程–坯料–热轧–冷轧–热处理•典型产品生产工艺流程…有色金属材料生产工艺流程－管棒型材生产工艺流程•铝及铝合金管棒型材–一般生产工艺流程•挤压挤压比、挤压温度、挤压速度•冷轧•拉拔–典型生产工艺流程•铜及铜合金管棒型材生产工艺流程–一般生产工艺流程•挤压•冷轧•拉拔•热处理和酸洗…有色金属材料生产工艺流程－管棒型材生产工艺流程•稀有金属管棒型材生产工艺流程–一般生产工艺流程•挤压•斜轧穿孔•旋压•轧管•拉拔5设备选择本章内容•设备选择的原则•主要设备选择•辅助设备选择设备选择的原则•满足产品方案的要求•满足生产方案及生产工艺流程的要求•注意设备的先进性和经济上的合理性•考虑设备之间的合理配置与平衡主要设备选择•熔铸设备选择–熔炼炉•火焰反射炉•竖炉•电阻加热炉•感应加热炉–铸造机•半连续：钢丝绳式、丝杆式、液压式•连续式：卧式、立式…主要设备选择•轧机的选择–轧机种类•二辊轧机•三辊轧机•四辊轧机•多辊轧机•复合式多辊轧机•万能轧机、行星轧机–轧辊主要技术参数确定•轧辊直径•辊身长度•最小可轧厚度(minimumrollinggauge)：轧辊产生弹性压扁时可能轧制的最小板厚。在一定轧机上轧制一定的产品时，随着板带的逐渐变薄，压下越来越困难。当板带薄至某一限度后，不管如何旋紧压下螺丝或加大液压压下的压力，不管反复轧制多少道，由于轧辊产生弹性压扁而不可能再使产品变薄。这一极限厚度称为最小可轧厚度。…主要设备选择–轧机布置形式•单机架布置•横列式•顺列式•棋盘式•半连续式•连续式–典型轧机的主要技术参数•开坯机•型材轧机•线材轧机•板带材轧机•管材轧机…主要设备选择•挤压机选择–挤压机的分类•按结构形式分立式、卧式•按传动方式分机械、液压（水压、油压）•按穿孔系统分带穿孔系统、不带穿孔系统–挤压机的主要技术参数•拉拔机选择–拉拔机分类链式、卷盘式–拉拔机的主要技术参数辅助设备选择－加热及热处理设备选择•加热炉–炉型选择•均热炉•均匀化炉•连续式加热炉推钢式步进式环形感应–炉子尺寸•炉子宽度•炉子长度•热处理炉–箱式炉–活动炉底箱式炉–罩式退火炉–井式退火炉…辅助设备选择－加热及热处理设备选择•…热处理炉–强制空气循环箱式电阻炉–辊底式退火炉–立式空气循环电阻炉–链式退火炉–链式水封退火炉–气垫式连续热处理炉–盐浴炉–接触式退火炉辅助设备选择－切断设备选择•锯机–锯片直径–锯片厚度–锯机功率•剪机–平刃剪剪切行程、剪刃长度、刀片横断面尺寸、剪切行程次数–斜刃剪剪切倾角、剪刃长度、剪切行程–圆盘剪和飞剪•折断机辅助设