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硼安建筑科技大学顾十学位论文 年产6 万吨高精度铜及铜合金板带材轧制工程设计与研究 专业：冶会i 程 硕士生：林道新 指导教师：赵西成教授、王海波教授 吴维治教授级高工 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，应该优先发展高精度铜及铜合金板带材以满足市场急需。 我国的铜板带企业大多数技术装备落后，生产规模偏小，铜板带材的品种结构存 在不合理现象，高精度产品的生产能力不能满足各行业同益增长的需要，需大量进口。 设计研究热轧供坯方式的现代化高精度铜及铜合金板带材生产方案，对调整铜板带材 的产品结构、满足市场对高精度板带材的需要有着重要作用。 根据国内外铜板带材加工技术的发展趋势，及市场消费结构对产品品利，和质量的 需求，确定采用感应熔炼一立式连续铸造半连续铸造大规格铸锭、热轧开坯、大卷重 生产为主的冷轧供坯方式，冷轧采用冷粗轧一冷精轧的形式，其技术路线为：铸锭一 热轧一冷粗轧一冷精轧一精整。设计规模年产6 万t ，并留有发展余地。 本项目根据国家的产业政策和国内外市场需求，建设以变压器铜带为主导产品的 岗精度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，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，经济效益高。 关键词：铜；铜台金；高精度板带材；工艺设计 西安建筑科技大学坝仁学位论文 d e s i g na n d r e s e a r c ho ne n g i n e e r i n go f6 0 k t ah i g h p r e c i s i o n c o p p e r a n d c o p p e ra l l o y p l a t e ，s h e e ta n d s t r i p s p e c i a l t y ：m e t a l l u r g i c a le n g i n e e r i n g n a m e ：l i nd a o x i n i n s t r u c t o r ：z h a o x i c h e n g ，w a n g h a i b o 纬台鼢i z h i a b s t r a c t c o p p e ra n dc o p p e ra l l o yp l a t e ，s h e e ta n ds t r i p a r ef u n d a m e n t a lm a t e r i a li nm a n y i n d u s t r i a ls e c t o r so fa c o u n t r y se c o n o m y w i t h t h e d e v e l o p m e n t o ft h e c o u n t r y s e c o n o m y a n dt h e r e s h u f f l i n g o fm a r k e t c o n s u m i n gp r o d u c t s s t r u c t u r e ，t h e n e w c o n s u m i n ga p p l i c a t i o n sh a v eb r o u g h ta ne v e r - i n c r e a s i n gd e m a n d o nm o r ea n dm o r e h i g h p r e c i s i o nc o p p e ra n dc o p p e ra l l o yp l a t e ，s h e e ta n ds t r i p t h e r e f o r e ，t h ed e v e l o p m e n to f h i g hp r e c i s i o nc o p p e ra n dc o p p e ra l l o yp l a t e s h e e ta n ds t r i p h a sb e c o m eap r i o r i t y i n o r d e rt om e e tt h em a r k e t r e q u i r e m e n t p r e s e n t l ym o s to ft h ec o p p e ra n dc o p p e ra l l o yp r o c e s s i n ge n t e r p r i s e si nt h i sc o u n t r y , a r e d r a g g l e d i nt h e t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t ，s m a l l e r i n p r o d u c t i o ns c a l e ，a n d i r r a t i o n a l i t yi np r o d u c tv a r i e t y t h et h r o u g h p u to fh i g hp r e c i s i o np r o d u c t sc a n tm e e tt h e e v e r - i n c r e a s i n gd e m a n d sf r o mm a n yi n d u s t r i e s ，ag r e a td e a lo fh i g hp r e c i s i o np r o d u c t s h a v et ob ei m p o r t e d t os o l v et h i sp r o b l e m ，t h e r e f o r e ，t h ed e s i g na n dr e s e a r c ho fm o d e r n a d v a n c e dh o tb r e a k d o w n r o l l i n gp r o c e s sp l a y sai m p o r t a n tr o l ef o rr e s t r u c t u r i n gc o p p e r a n dc o p p e ra l l o y p l a t e ，s h e e ta n ds t r i pa n da n s w e r i n gt h em a r k e tn e e d sf o rh i g hp r e c i s i o n c o p p e ra n dc o p p e ra l l o yp l a t e ，s h e e ta n ds t r i p w i t hr e f e r e n c et ot h e d e v e l o p i n g t r e n di n p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y d o m e s t i ca n d a b r o a d ，a n db ys t u d y i n gt h em a r k e td e m a n d sf o rv a r i e t ya n dq u a l i t y , i nt h i sa p p l i c a t i o n ， t h ea u t h o rp r o p o s e sam a i n p r e p a r e m e t h o do fb i gc o l dr o l l i n gs t o c kt h a ti n d u c t i o n m e l t i n g ，c o n t i n u o u s s e m i - c o n t i n u o u sc a s t i n gb i gs l a ba n dh o tb r e a k d o w nr o l l i n g a f t e r t h eh o t r o i l i n g ，t h em a t e r i a l i st ob ef u r t h e rr e d u c e db yc o l dr o u g hr o l l i n ga n df i n i s h r o l l i n g t h ep r o c e s sr o u t ei s ：m e l t i n g c a s t i n gb i gs l a b ，h o tr o l l i n g ，c o l db r e a k d o w nr o l l i n g 西安建筑利技大学硕士学位论文 a n dc o l df i n i s h i n gr o l l i n g ，a n df i n a lp r o c e s s i n g t h et o t a lc a p a c i t yo ft h i sp r o j e c ti s6 0 k t a s o m ee x t r as p a c ei sp l a n n e da l s of o rf u t u r ed e v e l o p m e n t f o l l o w i n gt h es t a t e s i n d u s t r yp o l i c ya n d t h em a r k e td e m a n dd o m e s t i ca n da b r o a d ， t h ep r o j e c ti sah i g hp r e c i s i o nc o p p e ra n dc o p p e ra l l o yp l a t e ，s h e e ta n ds t r i pp r o d u c t i n g l i n ew i t ht r a n s f o r m e r s t r i p a si t s l e a d i n gp r o d u c t ，a d o p t i n g a d v a n c e da n dm a t u r e p r o d u c t i o nt e c h n i c s ，w i t he q u i p m e n tr e a c h i n go ra d j a c e n c ew o r l da d v a n c e dl e v e l ，t h e p r o d u c tq u a l i t ya c c o r d sw i t h i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d ，a n dw i t hh i g he c o n o m i c a le f f i c i e n c y k e yw o r d s ：c o p p e r ；c o p p e ra l l o y ；h i g hp r e c i s i o np l a t e ，s h e e ta n ds t r i p ；t e c h n o l o g yd e s i g n 声明 y 6 1 7 1 3 5 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 日期：彻厶f 厂 ， 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 樾辄恻翩豁锄赢：砰幺旷 注：请将此页附在论文首页。 一新 通 林 两：荧建筑科技人学顶士学位论文 1 前言 1 1 我囝铜加工、i k 现状 铜在国民经济中占有重要地位，是电气、轻工、机械制造、交通运输、信息通讯、国防军 工等部门不可缺少的原材料。铜的消费量仅次于铝，在有色金属中居第二位。2 0 0 0 年国内铜加 工材的消费量达2 1 5 万t 。电气行业是我国最大的铜用户，主要用于导体制作电线电缆，耗铜 量约占电气行业的8 0 8 5 ，其余用于制造发电设备、电机、变压器、电工器材等，年均耗铜 量占全国铜消费量的4 3 ；轻工业是我国第二大铜用户，覆盖了大部分轻工企业，涉及家用电 器、日用机械、五金、文体用品和金属工艺品，年均耗铜量占全国铜消费量的2 ( i ；机械制造 业是重要的行业，包括工程农业机械、石油化工机械、重型矿山机械、食品及包鸯钸懒、通用 机械、机床工具、仪器仪表、通用基础件等带! 陛用铜，年均耗铜量占全国铜消费量的7 5 ；交 通运输业是我国重点发展的基础产业，例如每生产一辆汽车平均耗铜量约2 4 k g ，“八五”期间 交通运输业年均耗铜量占全国铜消费量的4 ，顼阶段这一比例已提高到4 5 ；电子行业是我 匡 发展迅猛的新兴产业，耗铜量增长很快，电子行业年均耗铜量占全国铜消费量的比例由9 0 年代初期的5 增加到现在的1 0 ，预计今后仍会有较大的增长；邮电、军工、冶金、化工、 石油、建材等其他行业年均耗铜量占全国铜消费量的1 5 。 我国的铜加工业经过近五十年的建设与发展，己形成了一个品种规格比较齐全、生产手段 比较完善、基本能满足国民经济发展需要的较为完整的工业体系。尤其是改革丌放以来，我国 的铜加工业无论在产品的品种、质量、产量方面，还是在生产工艺和技术装备力面，都取得了 非常显著的进步。据不完全统计，目前我国共有各类铜加工企业约1 3 0 0 余家，截止2 0 0 1 年底， 全国铜材加工的生产能力2 3 8 万t ，铜加工材产量1 8 6 万t ，其中铜板带生产企业约2 0 0 余家， 铜板带的生产能力约4 5 万t 。共拥有热轧机1 0 0 多台，冷轧机近1 0 0 0 台，其中具有国内先进 水平的热轧机约6 台，冷轧机约5 7 台( 引进新轧机1 6 台，二手轧机3 2 台，国内皋幢的现代化 轧机9 台) ，其余的都是国内一般水平以下轧讥。这些国内先进水平的设备分布在我国近2 0 家 大中型铜板带材生产企业内，合计高精度铜板带材生产能力约1 5 万t ；其余的3 0 万t 生产能力 基本上是由国内肋水平和国内落后水平轧机形成的，其中“二人转”轧机形成的生产能力约 1 0 万t 。近十几年来，我国铜板带材的生产能力和产量自隋了较大幅度的提高，缓解了国内供 需矛盾。高精度铜板带材等高档产品在市场的占有率不断提高。部分大企业技术装备水平明显 提高。通过采用了世界e 最先进的铜加工技术与装备，如高精度铜板带材轧机等，使批铜加 工生产基地的工艺技术装备达到了国际先进水平。依靠科技进步，主要技术经济指标明显改善。 通过推广先进工艺技术，铜加工综合能耗降低，帝憷减本下降，增强了企业的市场竞争能力。 但是，我国的钢板带企业总体技术装备水平较低，生产规模偏小，每个企业平均生产能力 1 西安建筑科技大学硕士学位沦文 不剑3 1 a a ，铜板带材的；昆利结构存存不合理现象，高精度产品的生产能力及，“量仍不能满足口 益增长的需要。 存存的主要问题为： 产品结构不合理。高新技术产品、高精度产品满足小了国民经济各行、i k 发展的需要，2 0 0 0 年铜加二【材进口量达7 4 万t ，进e l 扩张态势明显。由于我国铜板带材生产存在的品种结构不合 理现象，高精度铜板带材短缺，满足不了国民经济发展的需要，致使连年来铜板带材的进口量 持续增长。1 9 9 0 年我国进口铜板带材8 万t ，到1 9 9 9 年进口量达到1 3 8 万t ，1 9 9 0 1 9 9 9 年问 平均增长速度高达3 7 2 ，而同期铜板带材的出i ：3 增燃仅为1 4 7 ，说明我i 雪铜板带材市 场对进口的依赖性逐年增加。 生产集中度低。全国铜加工企业近1 4 0 0 家，但生产能力在1 万妇以上的只有5 0 家左右， 数量不到4 。 技术装备落后。按生产能力计算，目前技术装备达到国际先进水平的约2 0 。大多数中 小企业技术装备落后，铜加工的“二人转”轧机等落后设备仍占相当比重。 1 2 国家关于铜加工业的产业政策 国家关于铜加工业的产业政策中指出： “十五”期问，信息产业、交通、能源、建筑等消费有色金属较多的行业将保挣决速 发展，我国有色金属需求量仍呈上升趋势。铜消费的主要领域有电气、电子、轻工和交通运输， 其消费量约占总量的7 7 。到2 0 0 5 年，铜加工材需求量为2 6 0 万t 。铜加工材的市场占有率由 2 0 0 0 年的6 6 提高到2 0 0 5 年的7 0 ；集中力量发展目前国内大量进口的深加工产品。 大型企! j k 工艺技术装备和主要技术经济指标接近或达到世界先进水平。铜加工材成品率 提高3 5 个百分点。 通过联合重组，铜工业培育1 2 个具有国际竞争力的大型企业集团；组建8 1 0 家具有 比较优势的区域j 陡集团，生产高附加值产品，在国内有较强竞争力：创建批以新材料产业化 为主的高新技术企业；中小企业以专业化生产为主，向特、精、深、新方向发展。铜工业前5 位企业产量占总产量的比重2 0 0 5 年达到7 5 。 推广先进适用技术，加强新技术、新工艺开发，促进高新技术产业化，培育新的经济增 长点，加速淘汰落后的工艺和技术，提高有色金属工业发展的质量和效益。发展铜加工材紧缺 品种，如电子工业用引线框架材料、变压器铜带等产品。 据预测，2 0 0 5 年我国铜板带材的需求量为6 0 万t ，到2 0 1 0 年将达到7 0 5 万t ，而目前我国 铜板带材生产自叻为4 7 1 万t ，即使全部达产，产量上也不能满足未来市场对铜板带材的需求 量。本项目根据国家的产业政策和国内外市场需求，建设以变压器铜带为主导产品的高精度铜 及铜合会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 2 西安建筑科技大学硕_ j 一学位论文 进水平，产品质最符合国际标准。项同依托铜冶炼企业建设，充分捌军其资源优势，优化产品 和技术结构，增加高附加铷“品的比重，满足国内市场对高精度产品的需求，替代进口和出口 创 广：，促进我国铜加工业的技术进步。 1 3 没计研究蜒本原则及工程项同组成 1 3 1 设计研究基本原则 1 3 1 1 主要产品和生产规模的确定 目前国内供不应求、未来市场需求增长潜力较大的铜板带材品种主要有以变压器铜带、水 箱铜带、引线框架材料等为代表的高精度产品。这类高精度产品附加值高，但对产品质量和技 术装备水平都有较高的要求，生产工艺复杂，有一定的技术开发难度，加之建设资金需要量大， 建设周期长，只有少数大、中型企业形成了一定的生产能力，且品种规格有限，市场占有率不 高，一般的中小企业没有能力生产，现阶段尚未形成激烈的市场竞争局面。 高精良产品除包括性能和质量有特殊要求的专用品种外，泛指的是采用现代化的生产工艺 和技术装备生产的、符合国际质量标准的产品，可以部分替代进i z l ，满足出口国际市场的质量 要求，在国际、国内市场都具有相当的竞争能力。 由于我国铜加工业总体技术装备水平落后，铜加工材以中低档产品为主，相对于市场需求 而言，这部分产品显得过剩，市场销售竞争比较激烈，利润也较低。与此同时，一些对性能、 精度、质量有较严 备要求的高附加值铜加工材产品却由于品种、规格和质量等问题尚不能稳定 地批量生产，主要依靠进口来满足国内的消费需求。 应当看到，现阶段国内市场上的相当部分铜加工产品越来越难以满足下游自i ；l i 工序的要 求，甚至在合金成份、尺寸公差等方面达不到国家标准。随着用户在工艺和技术装备水平的提 高，对材料的性自簖质量的稳定性提出了更高的要求，高精度产品的应用范围将逐步扩大延伸。 从长远的观点来看，入世以后，市场上的大量的普通铜加工产品也将受到国外产品在质量、 成本等方面的竞争，有必要建设i 碉先进生产工艺和技术装备的现代化铜加工材生产线，实现 规模化生产，在保证产品质量的前提下，刚氐生产成本，增加品种规格，提高产品的市场竞争 能力，以抵御进口产品的冲击。 在西方工业发达国家中，为了强化企业竞争能力和提高经济效益，铜板带材企业的生产规 模般为2 5 万妇1 6 万妇。从生产方式来看，铜板带材的生产主要采用大规格铸锭热轧开坯、 大卷重批量生产，以变压器铜带等为代表的商精度紫、黄铜板带材最适合于采用热轧开坯的生 产工艺，以先进的生产技术和设备装机水平来保证产品的性能和质量，实现多品种、规模化生 产。这种生产方式决定了其较为合理的经济规模是年生产能力大于3 万t 。 现阶段我国国内市场上对高精度铜及铜合金板带材的需求量，已具备了建设一条以变压器 铜带等为主导产品的、具有合理经济规模的高精度铜及铜合金板带材生产线的市场条件。本项 1 两：必建筑科技大学硕士学位论文 f _ _ i 的建设立足于高起点，以变压器锏带等高精度产r 吊为 导品种，进行规模化生产，对提高项 目和产品的市场竞争力是有利的。_ ，f i 但可以满足国内市场对高精度铜板带材的需求，促进行业 技术进步，而且可以替代进口和出口创汇，符合国家优化产品和技术结构的要求。 根据以卜研究结果，确定高精度铜及铜合金板带材生产线以变压器铜带等为主导产品；生 产规模为6 万妇。 1 3 1 2 主要生产工艺和设备 根据所确定的主要产品和生产规模，本生产线的主要生产工艺流程为：铸锭熔铸系统采用 工频感直熔炼一立式半连续铸造工艺生产紫、黄铜铸锭；压延及热处理精整系统采用“大规格 铸锭热轧铣面”供坯、冷轧、退火、精整的先进工艺生产包括变压器铜带在内的各种规格 的高精度紫、黄铜板带材。 根据产品方案和生产工艺的要求，结合国内外有色金属加工设备设计制造水平的现状及发 展趋势，为保证生产线整体装机水平的先进陛，达到国际或国内先进水平，选择大容量、大功 翠的立式粕载耕容铸机绢、大规格轧机、气垫南邑火炉、精密纵剪包装机和带材边部处理机等 影响产品质量的主要关键设备。其中国内目前尚无成熟设计制造经验的设备，采用成套引进或 合作制造解决，部分生产设备选用消化引进国外技术、已有成熟的设计制造及生产使用经验的 国产设备，其中关键的元器件、检测装置进口或采购合资企业的高质量产品。 本项目研究将在市场调查和分析研究的基础上，对项目的生产规模和生产方案、投资及经 济效果等方面进行较全面的分析、研究和论证。 1 3 2 工程项目组成 本项目由铸锭熔铸系统、压延及热处理精整系统、测试中心、l l o k v 变电所、循环水泵站、 纯水制备站、废水处理站、安全水塔、压缩空气站、天然气调压站、保护l 生气体站、原料库、 综合仓库、成品库、油库、汽车衡站等组成。 4 西安建筑利技大学坝卜学位论文 2 设计方案 2 1 生产规模及产品方案 本项目i 殳计规模为年产高精度铜及铜合金板带材6 万t 。其中包括：变压器铜带1 6 万t 、 电缆铜带6 k t 、水箱铜带3 k t 、黄铜带6 k t 、紫铜带4 k t 、电子接插件5 k t 、锡磷青铜带3 k t 、紫 铜板7 k t 、黄铜板1 万t 。产品质量符合国内及美国a s t m 标准。产品方案见表2 - 1 。 表2 - 1 产品方案表 2 2 主要生产工艺及设备 2 2 1 现状和发展趋势 目前，在国内外熔炼生产工艺中，紫铜有i 碉感应电炉熔炼，也有采甩然油饩竖炉熔炼， 黄铜和青铜多采用感应电炉熔炼：铸造生产工艺中，多采用立式半连铸，也有采用立式连铸、 水平连铸、立弯铸造、轮带式连续铸造等生产工艺。 感应电炉熔炼一立式半连铸生产t 艺是应用最普遍的一中生产工艺，它成熟、可靠且比较 5 两安建筑科技大学硕士学位论文 灵活，适合于不同规模、单一或多品种牌号、多规格铸锭的生产。感应电炉熔炼一立式连铸生 产上艺，j 搦主应用于大规模生产合金品种少、质量要求高( 如含氯量在l o p p m 以卜的无氧铜) 、 规格比较单一的产品。感应电炉熔炼立弯连铸生产工艺是国外一家公司开发的用于：】：业化生 产趣薄水箱铜带冷轧带坯的专有技术，带坯的最大宽度规格达到6 6 0 r a m ，生产能力约4 1 h 。因 其生产规模较大( 单机组生产规模在3 万妇以上。) 、技术专利性较强等原因，没有得到广泛推 r 。 感应电炉熔炼_ 7 k 平连铸尚。工艺适合生产不宜热轧开坯的锡磷青铜、含铅黄铜等合金品 种带坯，直接进行冷轧加工。国内可生产带坯最大规格为1 6 m m 8 m i n x 6 5 0 m m 。其单机列 投资较少，可分步骤扩大生产规模，因此在中小型铜加工企业作为主要生产设备或在大型综合 铜加工厂作为生产不宜热轧合金的补充设备而得到比较广泛的应用。 燃洫气竖炉熔炼般与立式连铸生产工艺配合，多用于大规模生产品种、规格比较单一的 低氧韧铜及磷脱氧铜铸锭( 含氧量在万分之二以上) ，或与水平连铸连轧生产工艺配合，生产铜 线杆，合理的生产规模在3 万妇5 万t a 以上。轮带式连续铸造是国外新近开发的生产工艺， 目前尚处于试验眭阶段，其特点是敞开式浇铸，带坯厚度范围5 l o m m ，最大宽度4 0 0 m m ， 生产能力约1 0l h 2 0 t h 。 感应电炉熔炼与燃气鳓炼相比较，感应电炉# 容炼属洁净熔炼，在熔化过程中，可以控 制金属熔体内部含氧量在l o p p m 以下，氧化烧损较少，熔化能力和热效率比燃气竖炉稍差，但 同时可配置多台炉组，将不同合金品种或规格的铸锭分开生产，生产的适应性和灵活性较强； 燃油忾竖炉熔炼生产能力大，热效率高，停开炉方便，通过精确控制炉气的组成f e l 压力能够有 效实现快速、低耗和熔炼优质熔体的生产要求，对大规模生产比较单一的合金品种具有质量和 投资优势。根据具体的生产品种和规模，两种生产方式都将继续得到广泛应用。 在e 述n 种铸造工艺中，立式连续铸造容易实现自动连续控制，铸锭成品率将会提高。随 着专业化生产的逐步发展，单合金品种、单一规格产品的生产规模不断扩大，将会更多地采 用立式连续铸造生产工艺。立弯式连续铸造和轮带式j 墼卖铸造工艺可形成的生产能力相当大， 因此需考虑总体生产规模和单合金品种的生产批量；另外国内目前尚不掌握这瓶项工艺技术， 若采用需从国外引进。 根据本项目产品方案和生产规模，压延及热处理精整系统生产工艺可以按照最大产品宽度 考虑，直到剪切工序才按照产品宽度分条至成品宽度：鉴于热轧设备的能力很大，单台即可完 成全部生产任务，但其后步工序单台设备的能力无法完成全部生产任务，因此也可以从粗轧工 序之后按照产品规格分为不同的生产工艺流程生产。具体选择哪种生产工艺，取决于对产品 质量要求、生产效率、设备能力、设备投资等多方面因素综合对比研究的结果，同时还要参考 借鉴国内外类似产品方案和生产规模企业的实际经验。国内外铜板带技术水平比较见表2 2 。 6 两安建筑科技大学硕l 学位论文 2 _ 2 2 生产工艺选择 根据生产计划，成品铸锭有紫铜、黄铜、青铜铸锭，并且相当大部分是紫铜铸锭，因此采 用工频感应炉熔炼燃气竖炉熔炼一立式半连续铸造，立式连续铸造生产工艺均可实现。鉴于目 前的生产规模相对不是太大，相当部分的产品是控制金属内部含氧量在十万分之一以下的无氧 铜，因此，采用工频感应炉熔炼一立式半连续铸造生产工艺比较合适。 综合考虑生产所需铸锭的品种、规格和质量的要求，铸锭熔铸系统采用工频感应熔炼一立 7 凸安建筑利技大学硕士学位论文 式连缯半连续铸造j 艺牛产紫、黄铜铸锭；采用中频感应熔烁、 ：式半连续铸造工艺生j 。铁青 铜扁锭：采用水平连续铸造工艺生产锡磷青铜带坯。铸锭规格为2 2 0m m x6 5 0m m 1 2 5 0m l t i 8 ( ) 0 0 m m ，带坯规格为1 6 m m x 6 5 0 m m i x n m 。铸锭熔铸系统总产量为7 9 9 8 6 t ，其。扣铸坯产 量为7 5 8 1 9 1 a ，带坯产量为4 1 6 7 t a 。 综合对比研究多方面因素的影响，同时参考了借鉴国内外类似产品方案和生产规模企业的 实际经验，确定压延及热处理精整系统生产工艺按产品规格主要由1 2 5 0 r i o n 和6 5 0 m m 两条生 产线组成：1 2 5 0 m m 板带生产线主要生产低压侧劐五器铜带和紫、黄铜板材。工艺路线为加热 一热轧一铣面一粗轧一退火一精轧退火一剪切一检查包装一入库。6 5 0 m m 带材生产线主要生 产高压侧变压器带、水箱带、电缆带、电子插接件铜带、锡磷青铜带和紫、黄铜带材。工艺路 线为加热一热轧一铣面一粗轧一退火一中轧一退火一精轧一退火一剪切一检查包装一入库。 薄规格水箱带所用的带坯经过粗、中轧后分条，在5 5 0 m m 四辊精轧机i = 继续轧制至成品 厚度。锡磷青铜带则用水平连铸卷坯直捞差入冷轧。 2 2 - 3 主要设备选型 2 2 3 1 铸锭熔铸系统 本系统为满足压延及热处理精整系统6 万妇高精度铜板带材设计生产能力，并为将来扩大 生产能力预留了设备位置，选用了1 套紫铜立式连铸熔铸机组、1 套黄铜半连铸熔铸机组、2 套铁青铜半连铸熔铸机组、1 套水平连铸机组、1 台锯切机组等主要生产设备共1 7 套。 预留1 套黄铜半连铮瞎涛机组、1 套铁青铜半连铸熔铸机组、2 套水平连铸机组位置。 该系统厂房内跨问物料运输采用电动平板车，跨内物料运输采用桥式起重机，最大起重量 为3 2 t 。水平连铸带坯卷采用汽车或叉车运到压延及热处理精整系统。 2 2 3 2 压延及热处理精整系统 根据产品方案和生产工艺的要求，压延及热处理精整系统选用了1 台步进式加热炉、1 台 二辊可逆热轧机、1 台双面铣削机组、1 台1 4 5 0 m m 四辊可逆冷轧机、1 台1 2 5 0 m m 连续退火炉、 1 台1 2 5 0 r a m 表面清洗机、1 台1 2 5 0 r a m 横剪机、1 台1 2 5 0 m m 厚带纵剪、1 台厚带边部处理机、 1 台8 0 0 r a m 四辊可逆冷轧机、1 台6 5 0 m m 厚带纵剪、8 台钟罩式退火炉、1 台7 6 0 m m 六辊可 逆冷中精轧机、1 台7 5 0 m m 二十辊可逆精轧饥、1 台6 5 0 m m 气垫式退火炉、1 台6 5 0 r a m 表面 清洗机、1 台6 5 0 m m 拉弯矫直机、2 台6 5 0 m m 薄带纵剪( 其中一台带包装线) 、1 台6 5 0 m m 薄带边部处理机、1 台5 5 0 m m 四辊可逆冷轧机、2 台薄带拉剪、3 台轧辊磨床、1 台铣刀磨床、 1 台液压打包机及其他设备等共3 7 台( 套) 主要生产设备。 预留了2 台气垫式退火炉、1 台8 0 0 r a m 粗轧机、1 台7 6 0 m m 中精- 车1 2 - 几、l 台7 5 0 m m 多辊 精轧饥、1 台表面清洗机、2 台薄带纵剪和1 条自动包装线等设备的位置。该系统厂房内跨间物 料运输采用电动平板车，跨内物料运输采用桥式起重机，最大起重量为5 0 t 。 8 两曩建筑科技大学硕= 学位论文 3 主要生产设施 3 1 铸锭熔铸系统 3 1 1 概述 本系统的生产任务是为压延系统提供质量合格的热轧用铜及铜合金扁锭及玲轧用锡磷青铜 带坯。本系统的设计规模为年产铜及铜合金扁锭和锡磷青铜带：t 不, 7 9 9 8 6 t ，其巾铜及铜合金扁锭 7 5 8 1 9 t ，铸锭规格为2 0 0 m m 2 2 0 m m 6 5 0 m m 1 2 5 0 r a m 8 0 0 0 m m ，最大锭重1 9 6 t ；锡磷青铜 带坯4 16 7 t ，带坯断面规格为1 6 m m 6 5 0 m m ，最大卷重9 i 。 本系统采用工频有芯感应炉熔化一立式连续铸造工艺生产无氧铜、紫铜扁锭，工频存秘誊 应炉熔化一立式半连续铸造工艺生产黄铜扁锭，中频无芯感应炉熔化一立式半连续铸造工艺生 产铁青铜扁锭，工频有芯感应炉熔化一水平连续铸造工艺生产锡磷青铜带坯。 本系统主要生产设备有：1 套无氧铜立式连续熔铸机组，2 套铁青铜立式半连续熔铸机组， 1 套黄铜立式半连续熔铸机组，1 套扁锭锯切* a y , j ，1 套水平连铸机组。其中，无氧铜立式连 续熔铸机组由于国内尚无设计制造能力，采用引进设备；水平连铸机组具有在线均匀化退火炉， 国内尚无制造经验，将与国外合作制造；其余设备由国内设计制造，但黄铜立式半连续熔铸机 组中感应炉的的大功率感应器引进。考虑将来发展的需要，预留l 套紫铜立式半连续熔铸机组、 1 套黄铜立式半连续熔铸机组、1 套立式铁青铜半连续熔铸机组、2 套水平连铸机组的位置。 生产所需的阴极铜由x x 公司下属冶炼厂供给，其它原材料外购。 3 1 2 生产计划和金属平衡 3 1 2 1 生产计划 本系统的生产计划详见表3 - 1 。 3 1 2 2 金属平衡 根据生产计划、选择的生产工艺和生产设备，参考国内外同类企业生产的实际情况，确定 铸锭熔铸系统的平均成品率为9 5 5 ，经计算，铸锭熔铸系统的投料量为8 3 7 5 9t a ，其中返回 废料2 2 4 5 9 1 a 。本系统新金属用量为6 1 3 0 0 t a ，其中阴极铜5 5 5 1 9 9 a ，锌5 4 4 1 t a ，锡2 4 7 5 t a ， 铜磷中间合金3 7 妇，铁5 4 t a ，铅1 5 妇。 3 , 1 3 生产工艺过程 铸锭熔铸系统各种扇锭和带坯的生产工艺如下： 无氧铜扁锭：将阴极铜用起重机吊至炉台，真空吸盘将阴极铜一块块地码到加料辊道e 送 入阴极铜预热炉，预热后的阴极铜通过辊道自动加入工频有芯感应熔化炉，在锻烧木炭及保护 气氛保护下熔化。熔化后的铜液通过气体保护的封闭流槽流入气体保护的工频有芯感应保温炉， 调整至铸造温度后，经浇注头的浇注管流入水冷石墨结晶器，铸造成为扁锭。扁锭在立式连续 9 西安建筑利技大学硕学位沦文 铸造机引拉装胃的牵引下，乩e 而下长度小断增加，达剑设定长度后，同步飞锯自动启动将其 叶_ 断。中断后的扁锭由倾转框架倾转至水平位置，通过辊道传送到提升装置提升到地而。经翻 锭装置翻转并检查合格后，吊至铸锭堆放区。 我3 - 1 生产计划表 紫铜扁锭和磷脱氧铜扁锭：与无氧铜扁锭生产工艺基本相同，只是阴极铜不需预热。 黄铜扁锭：将新金属和返回废料按工艺规程配料，用加料小车将其加入工频有芯感应熔化 炉，待炉料在木炭保护下完全熔化后，加入铜磷中间合金，倾转熔化炉将熔体经流槽注入工频 有j 苎感应保温炉。扒渣搅拌后取样分析，调整成分合格后，调整至铸造温度，倾转保温炉，熔 体经浇注头的浇注管流入水冷石墨结晶器，用立式半连续铸造饥铸造成毛锭。移开结晶器小车， 将毛锭从铸造井中吊至扁锭锯切机列切头切尾，经翻锭装置翻转并检查合格后，吊至铸锭堆放 区。 铁青铜扁锭：将新金属和返回废料按工艺规程配料，用加料小车将其加入中频无芯感应炉， 待炉料在锻烧木炭保护下完全瞎化后，扒渣搅拌、取样分析并调整成分合格后，调整至铸造温 度，倾转感应炉将熔体转注到浇包中，经浇包的浇注管流入水冷石墨结晶器，用立式半连续铸 造机铸造成毛锭。移开结晶器小车，将毛锭从铸造井中吊至扁锭锯切机列切去头尾，经翻锭装 置翻转并检查合格后，吊至铸锭堆放区。 锡磷青铜带坯：根据合金成分，将阴极铜、锡锭和返回废料配料工艺规程配料，加入熔化 1 n 两安建筑科技大学坝上学位论文 炉熔化，然后加入铜磷中问合金，取样快速分析，调整成分合格后，经湔曹转注至保温炉内， 熔体通过水冷石墨结晶器由引锭机按照合适的引拉程序拉成带坯，经二次呤却装置冷却后送入 两对平轧辊，然后通过双面铣面机铣面，进入在线均匀化退火炉。退火后的带坯经卷取机卷取 成为带坯卷，带坯卷达到凌定重量后剪切机自动将带坯中断。带坯卷用起重机- 节至俦卷堆放区。 生产丁艺流程见图3 1 。 磷脱氧锕局锭 l 塾盟塑一堑! 例眵利 i 昔亩司局锭 铁青铜旆锭 因3 - 1 铸锭熔铸系统生产：i 一艺流程吲 1 1 i 锝啦d i 蹲讧 西安建筑利投大学硕l 学位论文 3 1 4 设备选择 根据与国内外设备制造厂家的技术交流隋况，本设计铸锭熔铸系统设备选择的主要生产： 设备为1 套无氧铜立式连续熔铸机组，1 套黄铜立式半连续熔铸机组，2 套铁青铜立式半连续 熔铸机组，1 套水平连铸机绢，1 套扁锭锯切机列。 本系统的主要生产设备及主要性能参数如下： 3 a 4 ，】无氧铜立式连续熔铸机组1 套 包括： 1 ) 阴极铜预热及加料装置1 台 最大通过能力：1 2 t h 阴极铜最低预热温度：4 0 0 。c 加热方式：天然气加热 2 ) 工频有芯感应熔化炉1 台 最大容量：4 0 t 有效容量：3 0 t 额定功率：2 8 0 0 k w 频率：5 0 h z 主电压：1 0 k v 3 ) 工频有芯感应保温炉1 台 最大容量：2 2 t 有效容量：1 6 t 额定功率：4 c 0 k w 频率：5 0 h z 主电压：3 8 0 v 伤韫炉具有秤重装置，以实现生产过程中的连续自动控制。 4 ) 保护气体发生装置1 台 氮气流量：1 0 0 m 出口压力：0 3 m p a 可调 一氧化碳流量2 0 m 3 1 4 出口压力：0 ，3 m p a 可调 5 ) 立式连续铸造机1 台 铸锭规格：2 2 0 m m x 6 5 0 m r nx 8 0 0 0 r a m 、2 2 0 m m 1 2 5 0 r a m 8 0 0 0 r a m 同时铸造根数： 6 5 0 m m 宽2 根、1 2 5 0 m m 宽1 根 】2 西安建筑科技大学硕士学位论文 铸造速度： 振动频率： 振幅： 飞锯可锯切断面 飞锯可锯切长度： 锯片直径： 锯片线速度： 进给速度： 5 ( k n m 5 ( d m 州m i n 5 0 次2 5 0 次m i n 2 m m 宽度5 0 0 m m 1 2 5 0 m m 厚度1 5 0 m m 2 5 0 m m 3 0 0 0 t 1 1 1 m 8 0 0 0 l r n l l l 巾1 4 3 0 r a m 5 0 0 m n 】i n 8 m r n s e c 具有结晶器液面自动控制装置和锯屑收集装置。 该机组从加料到出锭全自动控制，性能达到国际先进水平，以保证生产出高质量的无氧 铜扁锭。由于国内尚无设计制造能力，该机组采用引进设备。 3 1 4 2 黄铜半连续熔铸机组1 套 包括： 1 ) 加料小车 1 台 载重量：3 t 2 ) 工频有芯感应熔化炉1 台 最大容量：3 5 t 有效容量：2 0 t 额定功率：1 6 0 0 k w 频率：5 0 h z 主电压：l o k v 熔化能力：， 6 t h 3 ) 工频有芯感应保温炉1 台 最大容量：3 0 t 有效容量：2 0 t 额定功率：5 0 0 k w 频率：5 0 h z 4 ) 立式半连续铸造机1 台 铸锭规格：2 2 0 r a m x 6 5 0 r a m x 8 5 0 0 m m 、2 2 0 m m x1 2 5 0 m m x 8 5 0 0 n u n 最大锭重：2 0 t 传动方式：液压 1 3 两：奠建筑科技大学坝士学位论文 l 刊叫铸造根数：l 铸造速度：4 ( n t m 2 ( y o m m m i n 快速升降速度：1 5 0 0 m m m i n 慢速上升速度：0 5 0 0 t t u n m i n 有效行程：8 7 0 ( o m 振动频率：5 0 2 5 0 次，分 振幅：0 1 2 m m 该机组由国内设计制造，其中感应炉的大功率感应器引进。整套胡组的装机水平为国内 先进水平。 3 1 4 3 铁青铜半连续熔铸机组1 套 包括： 1 ) 加料小车1 台 载重量：3 t 2 ) 中频无芯感应熔化、保温炉1 台 最大容量：1 5 t 有效容量：1 2 t 额定功率：2 0 0 0 k w 频率：2 0 0 h z 主电压：1 0 k v 熔化能力： ，4 5 t h 3 ) 立式半连续铸造机1 台 铸锭规格：2 0 0 6 5 0 8 5 0 0 m m 最大锭重：1 0 t 传动方式：液压 同时铸造根数：1 铸造速度：4 0 m m 1 2 0 m m m i n 快速升降速度：1 5 0 0 m m m i n 慢速e 升速度：0 5 0 0 m m h n i n 有效行程：8 7 0 0 m m 振动频率：0 5 0 0 踟分 振幅：0 1 2 m m3 0 档可调 该机组采用国产设备。 1 4 西安建筑利技大学硕士学位i = 仑文 3 1 4 4 水平连铸机绢 包括： 1 ) 加半斗小车 载重量：2 i 2 ) 工频有芯感应熔化炉 总容量：3 ，5 t 有效容量：2 3 t 额定功率：4 0 0 k w 熔化能力( 1 2 0 0 。c 时) ：1 4 f f h 3 ) 工频有芯感应保温炉 总容量：3 t 有效容量：1 5 t 额定功率：1 5 0 k w 4 ) 带坯结晶器 带坯根数：1 带坯规格：1 6 m m 6 5 0 m m 5 ) 引锭机 带坯根数：1 最大牵引力：2 6 k n 6 ) 铣面机 铣屑厚度：l m m ( 单面最大) 两面同时铣削，铣刀可重磨 包括吸屑装置 7 ) 均匀化退火炉 功率：2 0 0 k w 最高温度：8 5 0 8 ) 剪切机 最大剪切力：2 6 0 0 k n 9 ) 卷取机 1 套 1 台 1 台 1 台 1 套 1 台 1 台 1 台 1 台 最大卷重：9 t 该机组的主要特点是具有在线均匀化退火炉，可减少带坯的中间退火，从而降低能耗并 保证铜带具有高的表面质量。机组的装机水平为国际先进水平。由于国内尚无制造经验，该 两安建筑科技大学硕士学位论文 十j 【纠il 围9