PC钢棒生产线建设项目可行性研究报告.docx
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PC钢棒生产线建设项目可行性研究报告
PC钢棒生产线建设项目
可行性研究报告
1项目概况
1.1项目名称
PC钢棒生产线建设项目
1.2项目主办单位及负责人
主办单位：
某化机有限公司沙洋分公司
项目负责人：
1.3建设地点
某开发区开发区
1.4建设规模
年产PC钢棒6万吨
1.5项目背景
1.5.1产品简介
预应力混凝土用钢棒（SteelBarforPrestressedConcrete，简称PC钢棒）具有高强度、高韧性、低松弛、与混凝土握裹力强，良好的可焊接性、镦锻性等特点，节省材料（如Φ11mmPC钢棒可代替Φ20mm热轧钢筋）等特点，在国内外已被广泛应用于高强度预应力混凝土离心管桩、电杆、高架桥墩、铁路轨枕及高层建筑、基坑支护、大型预制板等预应力构件中，具有十分广阔的市场。
上世纪60年代，PC钢棒在日本问世。
PC钢棒的原料为中低碳低合金钢热轧钢筋，通过感应淬火、回火获得高性能。
PC钢棒具有节省合金资源、生产过程无污染、高性能、规格范围广、成本低等优势，用PC钢棒生产工艺生产的高强度系列钢筋、钢棒，广泛用于中高层建筑、路桥工程、高速铁路、涵洞等领域的预应力与非预应力结构中，其用途已超越了“PC”的含义。
在我国，以PC钢棒为主的《高强钢筋与高强高性能混凝土应用关键技术研究》被列为国家“十一五”支撑项目，由中国钢铁研究总院新冶高科技集团有限公司轧钢工程事业部作为一个课题进行攻关，目前产品性能及使用状况良好，并已形成国家标准（GB/T5223.3）。
PC钢棒产品包括公称直径6～16mm，表面形状分为光圆、螺旋槽、螺旋肋、带肋四种类型，1080MPa、1230MPa、1420MPa、1570MPa四个强度等级。
其中，主要用作管桩用钢的螺旋槽钢棒分为公称直径7.1mm、9.0mm、10.7mm、12.6mm四种规格。
1.5.2市场需求
“十一五”期间，国内建筑市场对于管桩用PC钢棒每年的需求量大约为200万吨，随着国家大规模的基础设施建设，建筑市场对于PC钢棒的需求量越来越大。
国际市场也在不断扩大，随着发展中国家的基础建设的力度越来越大，我国每年PC钢棒的出口量都在以20％的速度递增。
据专家预测，随着国家“十一五”支撑项目《高强钢筋与高强高性能混凝土应用关键技术研究》的进展，高强钢筋将被广泛应用于高层建筑的箍筋和主筋当中，其市场需求量每年将猛增到500万吨以上。
据对福建省及周边市场需求的调研和了解，目前福建沿海市区均有管桩厂，每月用PC钢棒1万吨以上，除少数自产外，绝大部分来源自浙江、广东等周边省份的PC钢棒生产厂，市场需求量较大。
随着海峡西岸经济区科学发展、跨越发展的快速纵深推进，PC钢棒的市场需求量也将不断增加。
通过实地调查了解，目前福建省内闽东、闽南大部分管桩厂需要的PC钢棒产品均由浙江华浙控股集团有限公司提供，其常用规格为Φ7.1mm、Φ9.0mm和Φ10.7mm，Φ12.6mm钢棒用量较少。
以下是闽东、南各管桩厂PC钢棒的月需求量：
表1闽东、南部分管桩厂PC钢棒的月需求量
序号
管桩生产厂
月需求量（t）
备注
1
某某管桩有限公司（马尾）
1800
2
某某管桩有限公司（闽侯）
3000
3
某某管桩有限公司
2500
在闽清、省外有分厂
4
某某水泥制品有限公司
400
5
某某管桩有限公司
200
6
某某管桩有限公司（惠安）
350
7
某某管桩有限公司（晋江）
300
8
某某水泥制品有限公司
2000
部分PC钢棒自产
9
某某管桩有限公司（长泰）
1000
合计
11500
闽东：
6600t/月
闽南：
4950t/月
1.5.3主办单位概况及项目建设的有利条件
某化机有限公司沙洋分公司系福建省某化机有限公司的全资子公司，成立于2003年。
公司位于福建省某市沙洋风景秀丽的沙溪河畔——沙洋海西开发区，占地167万平方米；区位优势好、交通发达，鹰厦铁路、向莆高铁连接线横贯园区，一座飞架沙溪河的明光大桥将园区与205国道和京福高速公路紧紧相连，300吨直通马尾海港的码头紧靠园区。
1.6厂址选择及建厂条件
本项目拟建于某开发区，利用某化机有限公司沙洋分公司冷轧分公司C-D跨厂房，该厂房2005年竣工，为钢架结构，彩钢瓦屋面，建筑面积约4662平方米，轨面标高7.5米。
该厂房已具备供水、供电、供气和公路运输条件。
1.7项目投资估算
该项目总投资约2607.89万元，其中，静态固定资产投资1100万元，建设期利息7.89万元，铺底流动资金1500万元。
工程投资包括生产线工艺设备及与之配套的水、电、气等设备及安装，不包括既有的厂房、行车等。
1.8项目主要技术经济指标
固定资产静态投资1100万元
铺底流动资金1500万元
建设期利息7.89万元
年销售收入28974万元（不含税）
年销售附加税38.88万元
年总成本费用28454.06万元
年销售利润481.06万元
年所得税120.26万元
年税后利润360.8万元
全部投资内部收益率19.25%
投资回收期6.1年（含建设期）
1.9可研编制依据
《PC钢棒项目前期工作综述》
《PC钢棒产品市场调研报告》
1.10可行性研究结论
本项目采用国内成熟的工艺技术和设备，生产国标定型产品，在技术上是可行的。
该项目原材料可由三钢集团公司供给，所生产的产品在福建省内尚属新产品，原材料供应和产品销售市场优势明显。
该项目利用冷轧分公司现有闲置厂房且公辅设施基本具备，因此，项目投资少，建设期短，经济效益好。
PC钢棒产品具有节约合金资源、高性能低成本等优势，且生产过程无污染，符合国家清洁生产和节能降耗的产业政策。
综上所述，本项目的实施将实现某化机有限公司沙洋分公司新的经济增长点，延伸金属深加工产业链，发展壮大公司实力。
本项目在技术上、经济上都是可行的。
2产品大纲
2.1生产规模：
年产PC钢棒6万吨
2.2产品执行标准：
GB/T5223.3-2005《预应力混凝土用钢棒》
2.3品种规格及产量：
该生产线以生产公称直径7.1mm～12.6mm螺旋槽钢棒为主，各品种产量分配见表2
表2：
品种规格及产量
钢棒表面形状类型
公称直径（mm）
计划年产量（t）
螺旋槽
7.1
10000
9.0
30000
10.7
10000
12.6
10000
合计
60000
2.4原材料供应
生产PC钢棒主要原材料为预应力混凝土钢棒用热轧盘条（GB/T24587），按本项目年产6万吨的生产规模，成材率99.4%计算，原材料年需量约6.036万吨，主要原材料用量及来源见表3。
表3主要原材料用量及来源
原料材质
30MnSi
原料规格（mm）
Φ8
Φ10
Φ12
Φ14
原料用量（t）
10060
30180
10060
10060
原料来源
三钢、沙钢、唐钢、天钢等
3生产工艺及设备
3.1机组工艺流程
热轧线材→放线架放线→理线架理线→机械去锈→钢丝刷清洁→拉丝机拉拔（或刻槽）成型→多辊矫直→前张力牵引→感应加热淬火→保温稳定化→喷水冷却、吹干→感应加热回火→保温稳定化→回火冷却、吹干→后张力牵引→剪切→经分线盒分别进1＃、2＃收线机收线→成品检验→包装入库。
生产工艺流程简述：
进厂的原料由汽车直接拉到原料库内存放，经检验合格的原料用行车吊到放线架上，经机械去锈、砂磨和气吹后直接进入定径机上拉拔减径，按工艺要求，其压缩率小于15％。
然后可根据用户要求，在钢筋表面刻三至六个螺纹状凹槽，采用卧式拉丝机拉拔成型。
成型后首先进行多辊组矫直，然后进入热处理设备中进行中频感应预热、超音频感应加热淬火和中频感应回火，以提高钢筋强度和机械性能。
根据用户要求，需成盘卷交货的，经剪切机剪切后由导向管引向两个卧式收集筐进行收集，然后通过打捆机架和打捆机进行打捆，最后经检验、秤重、标牌、包装，入库待发。
3.2主要工艺设备
生产线由放线架、理线架、拉丝（刻痕）机、多辊矫直机、机械除锈机、前牵引机、感应加热炉、淬火冷却装置、感应加热炉（回火）、回火冷却装置、后牵引机、分线器、收线机组成。
工艺设备布置简图如下：
3.3生产线主要技术指标
材质：
30MnSi
规格：
Φ7.1～Φ12.6mm
淬火温度：
930～960℃
回火温度：
400～460℃
生产线最高运行线速：
Φ7.1mm：
100m/minΦ9.0mm：
90m/min
Φ10.7mm：
60m/minΦ12.6mm：
40m/min
电耗：
400度/吨左右
工作方式：
连续工作
生产线中心标高：
1000mm
生产线进料方向：
左（右）进料
生产线用冷却水要求（单线）：
（1）产品循环冷却水：
流量：
100m3/h
压力：
0.4MPa
水温：
不高于33℃
水质：
城市供水水质标准CJ/T206-2005（建设部）
（2）感应加热炉用冷却水：
流量：
100m3/h
压力：
0.4MPa
水温：
不高于33℃
水质：
城市供水水质标准CJ/T206-2005（建设部）
压缩空气要求（单线）：
用量：
3m3/min
压力：
0.6MPa
压缩空气质量：
GB/T13277-91《一般用压缩空气质量等级》
连续工作制
电力要求：
每条线总装机容量：
1250kVA
年产量：
60000吨/年
3.4车间平面布置
共4条生产线，车间平面布置见附图。
3.5生产线设备配置
3.5.1设备配置描述
每条PC钢棒生产线由拉拔成型设备、牵引传动设备、全固态静止变频加热电源、感应加热炉、喷冷水槽、液压剪切换向设备、收线设备、交流电机变频控制系统、PLC控制系统、测温系统及中央集中控制单元等组成。
每条生产线设备具体包括：
（一）机械部分：
一套
含：
（1）放线架1个
（2）理线架1个
（3）机械去锈机1台
（4）拉拔成型机1台
（5）矫直机1台
（6）清洁机1台
（7）1#牵引机1台
（8）淬火水槽1个
（9）回火水槽1个
（10）2#牵引机1台
（11）液压剪切换向机1套
（12）收线机2台
（二）感应加热设备：
一套
含：
（1）GZP－500kW/10kHzIGBT中频感应加热电源1台
（2）GCYP－200kW/40kHzIGBT超音频感应加热电源1台
（3）GCYP－200kW/50kHzIGBT超音频感应加热电源1台
（4）GZP－250kW/8kHzIGBT中频感应加热电源1台
（三）感应加热炉六台
（四）变频调速柜：
一组
含：
（1）90kW（拉丝机驱动）1台
（2）5.5kW（刻痕机驱动）1台
（3）11kW（牵引机驱动）2台
（4）4kW（收线机驱动）2台
（五）操作台及操作盒6台
含：
（1）主操作台1台
（2）收线操作盒2台
（3）点动操作盒（机械去锈、牵引机、拉拔机各1台）3台
（六）测温仪（测温范围300～1000℃）两台
（七）配电开关柜三台
配电开关柜的控制分配对象：
1#配电开关柜：
加热电源①配电及主电路开关
2#配电开关柜：
加热电源②③及对焊机、电焊机、轧尖机
3#配电开关柜：
加热电源④1#变频柜、空压机、操作台
3.5.2机械设备组成及技术性能
（1）放线架
双臂旋转结构，中心套通过轴承与固定立柱连接，中心套可轻便旋转并定位，盘条悬挂臂通过螺栓与中心套连接，在换盘时轻便旋转，放线时定位，盘条头尾对接便利。
（2）理线架
理线架为锥式结构，其目的使盘条环型变直线型，防止乱线。
（3）机械去锈机
机械去锈机由2套成90度的反复弯曲辊组成。
通过电机-升降机-丝杠（或气动）传动，推动活动弯曲辊伸出或退回。
钢筋与弯曲辊之间保证足够的弯起包角，最大限度剥离氧化铁皮。
氧化皮剥落后掉到下面的收集槽内，便于清理。
采用全密封结构，避免粉尘在车间逸散。
（4）拉拔成型机
PC钢棒凹螺纹成型采用拉拔速度与模具旋转速度匹配的方式，模具受力好，模具寿命高，并人为控制钢棒导程，保证产品外观质量。
拉丝机的减速机采用中硬齿面减速机，罐体及皮带处均有防护装置。
拉丝罐设有停机气动压紧辊，以防停机乱线。
卷筒直径900mm,最大拉拔速度100m/min,拉丝机电机90kW,旋转模电机为5.5kW。
（5）矫直机
矫直机为被动式，由2套互成90度的弯曲辊组成。
其在牵引机的动力下，形成张力矫直，调直钢棒。
（6）清洗机
清洗机由2组钢丝轮组成，由电机驱动，去除钢棒表面杂物。
电机0.55kW，减速机为无级变速器减速机。
（7）牵引机
牵引机共有二台。
分别置于淬火加热炉前，回火冷却装置后，起全线拖动作用。
牵引机由三对牵引辊组成，下辊主动，上辊被动。
下辊装置在一个单轴输入，三个输出轴的非标传动箱的输出轴上，上辊装置在上滑动架的滑槽内，由气缸控制上下移动并与下辊对接，其压力可调整并保持，以保证钢棒的夹持力，保证钢棒平稳运行。
两台牵引机采用微张力控制技术，可根据工艺需要，随时调整张力并保持，为两个牵引机间在自控下形成恒张力提供保证，以满足产品质量的需要。
牵引辊由两道槽组成，牵引辊通过涨套装配在光轴上，便于牵引辊的更换。
电机为11KW，减速机为行星摆线针轮减速机。
（8）淬、回火冷却装置
淬、回火冷却装置采用不锈钢板制作，冷却方式为穿水冷却，出线端带有气吹装置。
淬火水槽长6米，回火水槽长5米。
（9）液压换向剪切机
依据生产线快速剪切的要求，保证同步剪切及换向，确保100%剪切换向，保证生产线连续运行。
液压站电机2.2kW。
（10）收线机
依据钢棒放线要求而设计，收线盘旋转速度跟随钢棒运转速度呈现规律性变化，实现规则布线。
电机4kW，减速机为蜗轮蜗杆减速机。
3.5.3电气设备及技术性能
PC钢棒生产线电气控制设备主要包括感应加热部分、传动部分和自控部分。
其中感应加热设备由4台IGBT全固态感应加热电源、4台感应加热炉、感应器等组成；传动部分包括6台变频调速控制器（1台变频调速控制柜）；自控部分包括测温系统、主操作台、收线操作盒及操作控制盒等。
（一）电气设备技术说明
（1）IGBT感应加热电源整流侧控制技术特点
①整流侧控制电路采用以MCS-51系列的89C51单片机为控制核心，构成全数字触发器，充分利用单片机的智能化功能，构成功能齐全的保护措施，并且由于89C51单片机控制程序内置，抗干扰能力大大提高。
②全数字触发器确保脉冲等间距触发，最大限度地降低了非特征谐波，减少了电网污染。
③采用直流电压调节为外环，电流调节为内环的双闭环PI调节器，克服传统比例控制方式输出功率受电网电压波动及负载变化影响，保证恒功率输出。
④由于晶闸管属于相控技术，电网电压相序与触发脉冲之间的同步问题是至关重要的。
采用单片机技术成功地解决了自动认相功能，即对三相电源输入线不需要任何调整，控制电路会自动认相，完成整流触发功能。
⑤采用大板结构，将控制电源和控制电路集中在一块板上，简化外部联线，减少故障点，极大地便于维护。
并且整流侧与逆变侧不共地，提高了抗干扰能力。
⑥所有故障保护措施均有微机检测强制拉逆变控制和调节器封环拉逆变控制两种方式。
确保所有故障现象均能得到有效快速处理，不会由于其中一种保护措施失效而导致设备损坏。
⑦微机完成的自检功能可以检测电路的异常现象并通过数码管显示，防止控制电路带病工作，导致保护电路动作不准确，同时能完成水压、他激/自激切换、自动/手动切换、加热启/停检测、主回路上电检测、快熔熔断检测、故障复位状态检测、过流保护、过压保护等。
⑧控制电路具有软启动、软停止功能，防止在启动/停止过程中电流电压上升率太大，引起过压和过流。
⑨调节器输出的控制信号经A/D转换器后，由中断信号完成读取启动转换过程，因此最大调节延时时间为A/D转换器的转换时间（约80μS），这种快速响应的能力与模拟调节的快速性非常接近。
⑩设备具有独特的过压保护功能。
（2）IGBT感应加热电源逆变侧控制技术特点
①充分发挥并联型逆变器的优点，具有优良的频率自动跟踪能力，逆变器效率高。
②传统的槽路电压、电流取交角电路都是采用两个电位器分别调节槽路电压和槽路电流变换幅角大小，从而控制逆变触发脉冲引前角大小，这种电路需要两个电位器配合调节，需要经验且调节十分繁琐，通过对该电路的深入分析和改进，大大简化负载更换后引前角调节工作，只需调节一个电位器就能决定引前角大小，并且调节是线性单调递增，极大地适应了现场调节。
③全固态中频电源逆变控制具有逆变器定角控制功能，在负载工况变化时能保持逆变器容性工作角度不变，具有非常宽的频率适用范围。
④采用大板结构，将控制电源和控制电路集中在一块板上，大大简化外部联线，减少故障点，极大地便于维护。
并且整流侧与逆变侧不共地，大大提高了抗干扰能力。
⑤自激信号取样取消传统的电压比较器LM339，用速度更快、更灵敏的高速电压比较器LM319代替，保证自激信号取样的可靠性。
⑥他激/自激切换由电子开关完成，即减小传统由外部开关控制导致弱电信号外引导致的干扰，又保证他激频率稳定和过压保护可靠动作。
⑦逆变控制电路采用以MCS-51系列的89C51单片机为控制核心，完成他激/自激转换、他激频率修正、频率显示等逆变控制功能。
⑧逆变控制具有他激频率自动跟踪能力，在加热过程中能控制他激频率跟踪自激频率的变化，保证在停机过程中不会进入感性工作状态，提高设备频繁起动性能和可靠性。
⑨具有他激频率和自激频率显示功能，频率显示精度为±50Hz，大大方便了调试和维修。
⑩IGBT驱动信号的重叠时间在每只IGBT的驱动板上调节，有效地克服了器件的离散性和驱动回路延时的分散性，最大限度地保证了驱动信号的一致性和对称性。
（3）感应加热炉
感应加热炉主要由加热用感应器、谐振电热电容器、汇流通水母排、水分配器、高、低水压保护等部分组成。
其中感应器采用通水紫铜管绕制，内置耐高温瓷管，每台感应加热炉内由多段感应器串并联组成，每段感应器之间加装定位导向装置以保证PC钢棒运行稳定。
感应器外加装保护屏罩，确保生产安全，并在第一台加热炉留有排烟口，以净化生产环境。
（二）传动与自控部分
由于PC钢棒生产线为连续化运行生产线，因此生产线传动与电源的自动控制显得尤为重要，并且将直接影响到产品的质量。
电机传动控制采用SIMENS-MM440系列变频调速器控制生产线的运行速度及在线刻痕和拉丝设备。
在主操作台上以人机界面设置和PLC控制为核心的自控系统可实现对生产线的自动化控制和管理。
主要具有以下功能：
（1）生产线启动时，自控系统能自动完成传动控制及各电源的启动，并自动实现速度与功率上升的合理匹配。
在生产线运行速度动态调整过程中，能自动调节加热电源功率，以减少淬火、回火出口温度波动。
（2）自控系统具有工艺参数设定、存储、调节、修改、等功能。
（3）由于加热电源具有电流、电压双闭环PI控制功能，在一定程度上实现了加热电源的恒功率控制，因此保证加热工艺参数的主要措施是生产线运行速度与加热功率大小和加热功率分配之间的协调控制，自控系统通过检测生产线运行线速度，确定加热设备功率大小和功率分配，从而保证生产线按最佳工艺参数运行，使产品质量不受人工及环境因素的影响。
（4）自控系统具有手动/自动剪切及换盘功能。
自动时，将接头处自动剪切并依据设定长度进行自动剪切及换盘。
①淬火、回火温度（设定及实际值）
②线速度、长度（设定及实际值）、直径、重量
③电源输出功率
④故障信息显示，10组历史故障存储
⑤生产线工作状态信息显示
（5）自控部分简要说明
采用SIEMENSS7-300PLC可编程控制器，配以西门子新型人机界面TP-270-10（10英寸彩显）进行面板操作，驱动部分采用SIEMENS新型变频器MM440系列。
SIMATICS7-300是一种通用中型的PLC，能适用于自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用：
循环周期短,处理速度高；模块化结构，适合密集安装；100%免维护；对环境要求不高。
CPU315-2DP工作存储器128K字节，21K条指令在RAM中，位操作0.3µs-0.6µs,字操作小于1µs，带MPI、DP口。
采用MIRCO存储卡，不需后备电池。
TP-270-10是SIEMENS的人机界面的高端产品，STN液晶显示，256色，基于WINDOWS-CE，功能强大，具有很好的通用性，灵活性。
MM440是SIEMENS采用最新的IGBT技术，用数字微处理器控制和高质量矢量控制系统实现的变频调速控制器，可用磁通电流控制改善动态响应，并且优化电机控制。
力矩控制方式有：
恒力矩和变力矩两种。
对变频器的控制方式采用PROFIBUS-DP的现场总线，具有以下特点：
①少量数据的高速通信和高的系统可用性；
②传输速率最大12Mbit/s,响应时间短；
③传输距离最大可达23.8km；
④接线简单。
（6）其控制过程分为：
点动，手动，自动三种控制方式。
能方便快捷的满足生产线的各种情况的不同要求。
①生产线启动时，能自动完成传动机构及各电源的起动，并按设定自动实现速度与功率的匹配。
并依据工艺要求调整加热功率及线速度。
②人机界面中文图形文本（TP-270触摸屏）可设定及实时显示以下参数：
线速度、电机电流、故障信息、显示生产线工作状态信息等。
a淬火、回火温度
b线速度
c电源输出电压电流
d故障信息显示
e生产线工作状态信息显示
（三）技术数据
（1）感应加热电源主要技术指标
表4感应加热电源主要技术指标
加热设备
500kW/10kHz
200kW/40kHz
200kW/50kHz
250kW/8kHz
供电电压
三相
380V/50Hz
三相
380V/50Hz
三相
380V/50Hz
三相
380V/50Hz
进线电流
816A
370A
370A
408A
进线铜缆
240mm2×2
185mm2
185mm2
240mm2
额定直流电压
500V
450V
450V
500V
额定直流电流
1000A
450A
450A
500A
额定直流功率
500kW
200kW
200kW
250kW
频率范围
6~10kHz
35~40kHz
40~50kHz
5~8kHz
谐振形式
并联谐振
并联谐振
并联谐振
并联谐振
逆变器状态
<10°容性
<15°容性
<15°容性
<10°容性
最大槽路电压
570V
520V
520V
570V
设计Q值
3~5
12~15
16~20
3~5
整机效率
≥80%
≥70%
≥72%
≥80%
（2）GZP－500kW/10kHzIGBT中频感应加热电源
①预热电源：
GZP-500kW/10kHzIGBT中频感应加热电源，最大直流输出功率500kW，运行频率6～10kHz。
②运行参数
a预热温度：
700℃左右
b感应加热输出功率：
500kW（调节范围：
10－100％）
c感应加热频率：
10kHz
d电源电压：
3相±10％50/60kHz
e电源电流：
820A
f控制方式：
恒压调节方式
（3）GCYP－200kW/40kHzIGBT超音频感应加热电源
①加热电源：
GCYP-200kW/40kHzIGBT超音频感应加热电源，最大直流输出功
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