材料成型专业毕业论文设计.docx
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材料成型专业毕业论文设计
第一章可行性研究报告1
1.1国内外钢铁产量现状1
1.2国内外轧制技术及设备1
1.3国内中厚板地位3
第二章产品方案与计算产品5
2.1产品方案的编制5
2.3计算产品的选择5
2.4计算产品介绍8
2.5产品的执行标准与技术要求10
第三章生产方案与工艺流程11
3.1生产方案的选择11
3.2生产方式12
3.3生产工艺流程的选择12
3.4生产工艺叙述15
第四章主辅设备选择26
4.1主要设备选择26
4.2辅助设备选择27
第五章工艺计算与金属平衡33
5.1A36（20mm×3000mm×20000mm）压下规程计算33
5.2设备校核37
5.3制定生产工艺流程定额卡41
5.4编制金属平衡表42
第六章设备负荷计算44
6.1工作制度和年工作台时的确定44
6.2设备负荷能力计算45
6.3车间设备负荷率的确定46
6.4提高设备产量的途径46
第七章车间平面布置与立面尺寸48
7.1车间平面布置48
7.2车间立面尺寸55
第八章车间劳动组织与经济指标57
8.1车间劳动组织57
8.3流动资金定额的概算60
8.4产品成本概算61
8.5投资回收期估算63
8.6技术经济效果评论64
第九章厂房设计65
9.1厂房的结构和要求65
9.2厂房建筑结构66
第十章车间电力设施68
10.1车间照明68
10.2车间动力69
10.3年耗电量的计算70
第十一章车间辅助设施71
11.1供水71
11.2供热与供气71
第十二章环境保护72
12.1环保对车间设计的要求72
12.2车间设计环保的内容和对策72
参考文献73
第一章可行性研究报告
1.1国内外钢铁产量现状
钢铁是国民经济建设最重要的基础原材料，我国钢铁产量已近6亿吨，轧钢生产是钢铁企业终端，是核心，今后的发展方向是提高技术装备水平、优化生产工艺以提高产品质量并实现节能降耗。
2009年，世界粗钢产量已经达到了12亿多吨，是1990年产量的1.67倍，其中中国的发展速度令其他国家望尘莫及。
2000年年产量1.26亿吨，到2009年5.68亿吨，我国粗钢产量年平均增长率达到了18%以上。
进入2010年以后，随着全球钢铁工业的逐步回暖，中国钢铁工业也保持了快速增长的局面。
1.2国内外轧制技术及设备
近年国内外在轧钢技术和设备、控轧控冷、新钢种开发以及产品尺寸、形状与组织精确控制方面取得了长足发展。
以下对这几方面进行简要介绍：
1.2.1轧钢技术与设备现状
在轧制技术与理论方面，高精度轧制、高速轧制、无头轧制、柔性轧制轧制过程中的形变、相变与析出的综合控制理论与技术，现代轧制过程分析、控制及应用等技术越来越广泛地应用在轧钢生产中。
特别是无头轧制技术的发展近年来取得质的飞跃。
在轧制设备方面，除了大型化、高刚度化、高效率以及更加灵活精确的板形、板厚和板宽控制方式外，设备的紧凑化、灵活方便的换辊系统开发等也取得了较大的进步。
1.2.2控轧控冷
在控轧控冷技术方面，快速冷却、超快速冷却、在线热处理等技术的开发和应用，大大提高了冷却效率和温度与组织的均匀性，不仅为高质量、高性能和高强度新品种开发提供了极其有效的手段，而且为节约合金元素、降低生产成本提供了新的可能性。
特别是超快速冷却和在线热处理技术近年来业界极为关注，国内宝钢和沙钢5000mm宽厚板生产线采用了加速冷却和直接淬火装置。
1.2.3新钢种开发
在新钢种开发方面，用于汽车、大型建筑结构、桥梁、海上运输与能源输送等方面设备的轻量化、高性能和长寿命、高强与超高强、细晶和超细晶钢越来越受到重视。
目前，国内外对超细晶钢进行了广泛研究。
日本在发展超细晶钢时，重点是采用强力变形。
通过多轴变形、大变形量轧制，并配以动态再结晶轧制等方法获得高强度、高韧性的亚微米级超细晶钢。
日本住友金属工业公司开发了在奥氏体区进行轧制来生产超细晶薄钢板的超短时间间隔多道次轧制技术，成功试制了铁素体晶粒为1μm左右的0.15%C-0.7%Mn超细晶薄钢板。
我国在发展超细晶钢时，除了采用强力变形和动态再结晶轧制外，主要发展了形变和相变耦合以及研究纳米析出相在超细晶钢中的作用两个方向。
超细晶化理论及技术是21世纪新一代钢铁材料的重要发展方向，它不仅是材料物理的重要课题，也是材料化学和材料制备过程的重要课题。
1.2.4产品尺寸、形状与组织精确控制
在对产品尺寸、形状与组织精确控制方面则是向着尺寸超薄、超厚、形状高精度及组织均匀化方向发展；另外，轧钢智能化技术已逐渐成为复杂轧制过程控制的重要手段。
随着对产品尺寸精度、力学性能和表面质量要求的不断提高，传统的轧制力计算公式已不能适应更高精度的要求，数学模型则是一种较理想、用于轧制过程控制和轧机设备设计的方法。
由于轧制过程影响因素众多，如应变硬化、摩擦、轧辊压扁、温度等及其之间的相互作用，使得轧制过程的模型理论分析变得困难复杂，神经网络等方法在轧制过程中的应用提高了预报精度和生产的控制水平。
通过建模以及对工艺过程定量和定性方面的优化，为钢铁工业提供了低成本的优化策略。
另外，软计算作为一门新兴技术也应用于轧制系统设计优化，主要包括进化计算、模糊逻辑、神经计算和概率计算。
软计算把人类知识和求解方法论相结合，为处理现实中问题的不确定性和模糊性提供了途径。
总之，对于轧钢技术的发展，要把资源、能源与环境问题作为轧钢技术创新和进步的战略任务；应更加关注成熟、先进以及前沿技术的应用与推广。
开发具有高强度甚至超高强度、优良耐蚀性能、成形性能和高表面质量等性能的钢铁产品，节约能源、节省合金元素、减少工序、降低成本仍是未来轧制技术的重要研发方向。
1.3国内中厚板地位
中厚板是重要的钢材产品，一般占钢材总量的10%左右。
中厚板广泛应用于基础设施建设、造船、工程机械、容器、能源、建筑等各行行业，在国民经济中占有重要的地位。
我国是一个发展中国家，正在进行大规模的基础设施建设，对于中厚板的需求一直非常强劲。
2008年我国中厚板产量为5971万吨，占我国当年钢材产量的10.26%。
中厚板生产的特点是小批量、多品种、产品性能要求高、生产过程复杂。
我国中厚板行业随着国民经济的总体发展而不断进步，现在已经成为中厚板生产大国。
我国成立初期，只有鞍钢拥有一台3辊劳特式2300中板轧机，产品也只有最初的碳素结构钢板。
以后，随着我国经济建设需求的增长，引进了一批2000~2500mm的中板轧机。
但是，其技术内涵和产品的质量水平与国际先进水平有很大的差距。
改革开放以来，我国钢铁工业迅速发展，通过技术引进和自主创新，我国中厚板生产技术、设备和产品也日新月异，发展迅猛。
20世纪90年代，鞍钢首先引进了二手的4300mm中厚板轧机，同时酒钢、舞钢也分别引进了3000mm和3800mm中厚板轧机，我国的中厚板生产开始向国际水平靠近。
到世纪之交，首钢率先利用国产化技术，建设了具有我国自主知识产权的3500mm中厚板轧机，开发的高强度轧机、自动控制系统、控制冷却系统、矫直机等辅助设备具有鲜明的特色和优良的性能，开始了我国自主研发大型中厚板轧机的先河。
最近几年，我国宝钢、鞍钢等单位采用自主集成和引进国外技术相结合的方式，建成了一批4000mm以上的中厚板轧机，我国中厚板的工艺、装备和产品已经逐步达到国际先进水平。
据不完全统计，我国已经建成和正在建设的4m级的中厚板轧机15套，5m级的中厚板轧机8套。
全部建成后，我国将具备中厚板生产能力近1亿吨。
我国新近建设的这一批中厚板轧机，集成了世界上一大批先进的中厚板生产技术和装备达到了国际先进水平。
主轧机实现了强力化和高强度，采用了厚度自动控制、板形控制、平面形状控制等先进、实用的计算机控制系统。
我国自主开发了控制冷却系统，其中包括反映世界控冷技术最高水平的超快速冷却技术和DQ技术，与轧机配合，实现了TMCP技术的创新发展。
在辅助设备方面，我国引进和自主研发的强力矫直机、滚切式剪切机、超声波探伤、热处理设备等都达到了国际先进水平。
利用这些先进的设备和工艺技术，利用这些先进的设备和工艺技术，我国开发了经济建设急需的高档次中厚板产品，例如我国西气东输使用的高级别管线钢，大型储油罐用钢，高强度、高韧性、耐腐蚀、焊接性能优良的高级船板，高速铁路桥梁用高强度钢板，奥运场馆和高层建筑用高强、低屈强比、优良焊接性能的建筑用钢，等等。
这些钢材已经在我国经济、社会发展中发挥了重要作用，对拉动我国经济发展，推动我国西部、北部、南部地区的社会进步提供了强力支撑。
综上，在国民经济建设中，中厚板用途广泛、需求量大，是极其重要的钢材种类之一。
随着经济的发展，国内外对中厚板产品的需求也越来越大，总之，建设一个中厚板厂对国民经济的建设和发展有极其重要的作用。
第二章产品方案与计算产品
2.1产品方案的编制
所谓产品方案是指所设计的工厂或车间生产的产品的名称、种类、规格、状态及年计划产量。
产品方案一般是在设计任务书中加以规定的，或由设计者深入实际调查统计提出方案，然后经主管部门批准确定，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。
2.1.1编制产品方案的原则
（1）满足国民经济发展对产品的需要，特别要根据市场信息解决某些短缺产品的供应和优先保证国民经济重要部门对于钢材的需要。
（2）要考虑地区之间产品的平衡。
正确处理长远与当前、局部与整体的关系。
做到供应适应、品种平衡、产销对路、布局合理。
（3）考虑轧机生产能力的充分利用。
如果条件具备，努力争取轧机向专业化和产品系列化方向发展，以利于提高轧机的生产技术水平。
（4）考虑建厂地区资源、坯料的供应条件、物资和材料等运输情况。
（5）要适应当前改革开放的经济形势需要，力争做到产品结构和产品标准的现代化，有条件的要考虑生产一些出口产品，走向国际市场。
根据目前我国对产品的品种、质量、规格等方面的需求情况以及我国目前中厚板进出口差额情况，现拟订产品方案如表2-1：
2.3计算产品的选择
车间拟定的生产的产品品种、规格及状态组合起来可能有数十种、数百种以上。
但是，我们在设计中不可能对每一个品种、规格及状态都进行详细的工艺计算。
为了减少设计的工作量，加快进度，同时又不影响整个设计质量，我们将对各类产品进行编制，从中选择典型产品作为计算产品。
2.3.1计算产品的选择原则：
（1）有代表性
表2—1产品方案列表
产品名称
钢种
规格范围（mm）
产量
（万吨）
比例（%）
技术标准
碳素结构钢板
Q195~Q275
（5~40）×（900~4800）×（12000~18000）
30
15
ISO
ASTM
JIS
高强度低合金板
Q345、Q390BQ420、Q460
（5~40）×（1500~4100）×（20000~5000）
20
10
ASTM
ISO
船板
A32、A36
D32、D36
E40
（5~40）×（1500~4100）×（20000~25000）
25
12.5
ZC
GB
优质碳素结构钢板
45#、50#
30Mn2
（5~40）×（1500~4100）×（12000~18000）
40
20
YB
ASTM
锅炉钢板
20g、16Mng
12Cr1MoVg
（5~40）×（900~4500）×（2000~25000）
15
7.5
ASTM
YB
容器钢板
20R、16MnR
15CrMoR
（5~40）×（900~4800）×（12000~18000）
20
10
ASTM
ISO
JIS
桥梁用钢板
Q235q、Q345q
Q420q、16Mnq
（5~40）×（1500~4100）×（20000~25000）
20
10
ASTM
ISO
汽车大梁板
16MnL16MnREL
（5~20）×（1500~4100）×（12000~18000）
15
7.5
ASTM
GB
ISO
管线钢
X65、X70
X80
（5~40）×（1500~4800）×（12000~18000）
15
7.5
ASTM
GB
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、工艺特点等有代表性。
这样的产品总体来说，在合金、品种、规格、产量和工艺特点等方面有代表性。
（2）通过所有工序
所选的所有计算产品要通过各工序，但不是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。
（3）所选的计算产品要与实际相接近
（4）计算产品要留有一定的调整余量
根据计算产品进行工艺计算、选择设备、确定工艺、确定车间人力和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接近。
因此，编制产品方案，确定计算产品及年产量分配是工艺设计的主导。
根据以上原则，拟定出的计算产品如下：
表2—2计算产品列表
产品名称
钢种
规格
（mm）
执行标准
产量
（万吨）
比例
（%）
碳素结构钢板
Q235
10×4800×20000
JISG3101
40
20
高强度板低合金板
Q390
5×2000×25000
ASTM
50
25
船板
A36
20×3000×20000
中国船级社
50
25
桥梁用钢板
16Mnq
30×4100×25000
ASTM
30
15
容器钢板
15CrMoR
40×3500×12000
JISG3115
30
15
2.4计算产品介绍
（1）碳素结构钢Q235
表2—3Q235化学成分
牌号
等级
化学成分（质量分数）（%）
C
Mn
Si
S
P
≤
Q235
A
0.14～0.22
0.3000～0.65
0.30
0.050
0.045
B
0.12～0.20
0.30～0.70
0.045
C
≤0.18
0.35～0.80
0.040
0.040
D
≤0.17
0.035
0.035
表2—4Q235力学性能
牌号
抗拉强度MPa
屈服点MPa
伸长率（%）
Q235
375～500
235
26
（2）船板钢A36
表2—5A36的化学成分及力学性能
钢材级别
屈服点σs（MPa）不小于
抗拉强度
σb（MPa）
伸长σ%不小于
碳C
锰Mn
硅Si
硫S
磷P
A36
355
21
≤0.18
≤0.035
≤0.035
≤0.005
≤0.005
（3）390化学成分及力学性能分析
表2—6Q390化学成份分析表
化学成份
标准
牌号
C
Si
Mn
P≤
S≤
Ni≤
Cu≤
Cr≤
GB5310
Q390A
≤0.20
≤0.55
1.00～1.60
0.045
0.045
0.30
0.30
0.30
Q390B
≤0.20
≤0.55
1.00～1.60
0.040
0.040
0.30
0.30
0.30
Q390C
≤0.20
≤0.55
1.00～1.60
0.035
0.035
0.30
0.30
0.30
Q390D
≤0.18
≤0.55
1.00～1.60
0.030
0.030
0.30
0.30
0.30
Q390E
≤0.18
≤0.55
1.00～1.60
0.025
0.025
0.30
0.30
0.30
表2—7Q390力学性能分析表
牌号
等级
拉力强度MPa
屈服点MPa
伸长率（%）
Q390
A
470～630
345～410
22～28
B
C
D
E
（4）16Mnq桥梁钢化学成份及力学性能分析
表2—816Mnq化学成分（质量分数％）
C
Si
Mn
P
S
V
≤
O.12～0.20
0.20～0.6
1.20～1.60
0.035
0.035
—
表2—916Mnq桥梁用结构钢的力学性能
牌
号
厚度／mm
屈服点
σs／MPa
抗拉
强度
σb／MPa
伸长率δ5（％）
-40℃时
冲击韧度
aK／（J／cm2）
冲击韧
度aK/
（J/cm²）
180°
冷
弯
试
验
≥
16Mnq
≤25
26～36
38～50
350
330
320
520
500
480
2l
19
19
35
35
d=2a
d=3a
（5）15CrMoR钢的介绍及成分分析
15CrMoR是低合金热强钢，属于一种中温抗氢钢。
“15”是碳含量成分0.15%，“Cr”是成分含有一定化学元素-铬，“Mo”是成分含有一定化学元素-钼， “R”是容器板容的第一个字母。
15CrMoR，热处理常采用：
正火加回火 在550℃以下是，具有较高的持久强度。
表2—1015CrMoR钢化学成份
C
Si
Mn
Cr
Mo
S、P
0.12～0.18
0.15～0.40
0.40～0.70
0.80～1.20
0.80～1.20
≤0.030
2.5产品的执行标准与技术要求
产品执行标准有JISG3101、ASTM、JISG3115、中国船级社标准，客户另有要求的按所签的合同中的要求执行。
第三章生产方案与工艺流程
3.1生产方案的选择
3.1.1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。
根据设计规模、产品质量及技术经济指标的要求，考虑当时当地的具体条件，找出合理的生产方案。
3.1.2生产方案的选择依据
生产方案的选择与设备的选择密切相关，确定生产方案时主要考虑一下几点：
（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。
若产品质量要求不同就是同一种合金品种与规格也可以采用不同的生产方案。
（2）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企业将来的发展
主要考虑经济效果，采用哪种方案合理，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）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。
确定生产方案时，应主要考虑经济效果与环境保护。
应在不对环境造成破坏的同时，用最小的投资，产生最大的经济效益与社会效益。
3.1.3生产方案对比分析
对于中厚板钢的生产方式主要有:
单机架轧制、双机架轧制以及连轧。
（1）单机架轧
在当前的中厚板生产中仍然占据着重要的地位,采用二辊式、三辊式、四辊式或万能式轧机.现代以四辊可逆轧机用的最多.它集中了辊和三辊劳特轧机的优点.降低了轧
制力,又大大增强了轧机的刚性.因此,这种轧机适合于轧制各种尺寸的中厚板,尤其是宽度较大,精度和板形要求较严的中厚板,但是轧机的价格较高。
（2）双机架轧制
它是现代中厚板生产的主要形式。
它把粗轧和精轧两个阶段的不同任务和要求分到两个机架上完成.其主要优点:
不仅轧机产量高,而且无论是表面质量还上尺寸精度或板形都较好，延长了轧辊的使用寿命,缩减换辊的次数。
（3）半连轧与全连轧
采用此法生产的效率较高,但对宽度有一定的要求,采用连轧机生产中厚板一般要求宽度不能太大,而且使用本来可以轧制更薄的产品的轧机来生产较厚的中板,这是不太合理的。
3.1.3生产方案确定
综合个方面的因素,现在的中厚板生产还多采用的是双机架轧机.由于三辊劳特式轧机已经很落后，已经是被淘汰的设备。
所以，现在的中厚板车间多采用四辊粗轧机加四辊精轧机。
轧机布置采用顺列式。
过去不少中厚板生产轧机，在粗轧机之前还设有立辊，用以破碎氧化铁皮及辗轧板坯边部。
旧式轧机上为破除氧化铁皮还有采用二辊除鳞机，实践表明其效果不大，故现已极少采用，一般都采用高压水除鳞。
综上本次设计的生产方案采用四辊双机架轧制。
3.2生产方式
中厚板生产方式可分为：
单机架轧制、双机架轧制以及连轧。
本次设计采用双机架块式法轧制。
这是现代中厚板生产的主要型式，该生产方式把粗轧和精轧两阶段的不同任务和要求分到两机架上完成。
有如下优点：
不仅轧机产量高，而且产品表面质量、尺寸精度和板形也都比较好；延长了轧辊使用寿命，缩短换辊次数等。
3.3生产工艺流程的选择
3.3.1生产工艺流程
生产工艺流程就是把产品的生产工序按顺序排列起来。
确定车间生产工艺流程是工艺设计中的一个重要工作，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在保证完成设计任务书中规定的产量和质量的前提下，同时具有最低的消耗，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，具有良好的经济效益和较好的劳动条件。
3.3.2制定生产工艺流程的主要依据
（1）根据生产方案的要求
由于产品的产量、品种、规格几质量的不同，所采用的生产方案就不同，主要的工序也就有很大的差别。
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）根据产品的质量要求
为了满足产品技术条件的要求，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。
金属压力加工产品的工艺流程有共同性大致可归纳几个主要工序：
铸锭、坯料准备、加热、轧制、轧制后冷却、热处理、精整等。
3.3.3各产品的生产工艺流程
3.3.3.1碳素结构钢Q235生产工艺流程
连铸坯（120mm×1800mm×4800mm）加热（1150℃）除鳞超声波探伤切头剪双边剪定尺剪标志包装入库。
3.3.3.2船板钢A36生产工艺流程
连铸坯（250mm×1800mm×2950mm）加热（1150℃）除鳞超声波探伤切头剪双边剪定尺剪标志包装入库。
3.3.3.3低合金高强度钢板Q390生产工艺流程
连铸坯（120mm×1800mm×4800mm）加热（1150℃）除鳞超声波探伤切头剪双边剪定尺剪标志包装入库。
3.3.3.4桥梁钢板16Mnq生产工艺流程
连铸坯（250mm×1800mm×2950mm）加热（1150℃）除鳞超声波探伤切头剪双边剪定尺剪标志包装入库。
3.3.3.5压力容器钢板15CrMoR生产工艺流程
连铸坯（400mm×1420mm×3420mm）加热（1150℃）除鳞超声波探伤切头剪双边剪定尺剪标志热处理包装入库。
3.4生产工艺叙述
中厚板生产工艺流程基本为：
连铸坯→加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→在线快速冷却→热矫直→冷床冷却→检查修磨切头、切尾取试样、切定尺和切边→喷印→（热处理）→包装入库。
3.4.1坯料的选择
轧制中厚板所用的原料可分扁钢锭、初轧板坯、连铸板坯和压铸板坯四种。
由表3-1可以看出，钢
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