4.3.2 轧制力矩的确定
根据公式
(4-9)
其中，y指的是力臂系数，冷轧薄板y一般取0.33~0.42
R是工作辊半径，为420mm
表4-3 各道次轧制力矩
|
道次 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Mz/KNm |
143.73 |
85.79 |
59.64 |
21.82 |
16.87 |
15.51 |
4.3.3 轧制速度的选择
实际生产中，冷轧的轧制速度会影响到整个生产线对于PS版基的生产能力，在安排的6个道次中，每个道次的轧制速度都有一定的安排，在保证板形质量的前提下，尽可能的提高轧制速度，有利于提高整个车间的生产效率，随着板带进入后面的道次，其厚度会逐渐减小，对于厚度安排特定的轧制速度，如下表：
表4-4 各道次轧制速度
|
道次 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
轧制速度m.min-1 |
300 |
400 |
500 |
550 |
600 |
700 |
4.3.4 负荷率的计算
表4-5 各道次轧制参数
|
轧制道次 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
轧制前后厚度H/h |
7/3.3 |
3.3/1.8 |
1.8/1.0 |
1.0/0.7 |
0.7/0.45 |
0.45/0.25 |
|
轧后长度Lh |
84.8 |
155.6 |
280 |
400 |
622.2 |
1120 |
|
轧制力矩M, |
143.73 |
85.79 |
59.64 |
21.82 |
16.87 |
15.51 |
|
轧辊轴承中附加摩擦力矩 |
0.43 |
0.26 |
0.18 |
0.07 |
0.05 |
0.05 |
|
传动机构中附加摩擦力矩 |
10.81 |
6.45 |
4.49 |
1.64 |
1.27 |
1.17 |
|
空转力矩 |
5.8 |
5.8 |
5.8 |
5.8 |
5.8 |
5.8 |
|
静力矩 |
160.77 |
98.3 |
70.11 |
29.33 |
23.99 |
22.53 |
|
轧制时间 |
17.0 |
23.34 |
33.6 |
43.64 |
62.22 |
96 |
|
间歇时间 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
|
|
4394 |
2255 |
1652 |
375 |
358 |
487 |
|
|
3.4 |
3.4 |
3.4 |
3.4 |
3.4 |
3.4 |
|
|
9541.4 |
|||||
|
一个轧制周期的等效力矩 |
53000 |
公式说明：
取0.003
1)附加摩擦力矩：
(4-10)
2)空转力矩：
(4-11)
(4-12)
3) 静力矩：
(4-13)
4)轧制时间：由塑性加工体积不变原理(冷轧过程忽略宽展，即B=常数)，
LH 原长40m，可计算轧制后长度。考虑到每道次轧制过程均会有卷取损失，计算时忽略不计：
(4-14)
(4-15)
表4-6 各轴承摩擦系数
|
轴承形式 |
|
|
滚动轴承（稀油润滑） 滚动轴承（干油润滑） 液体摩擦轴承 金属衬滑动轴承 胶木衬滑动轴承 |
0.003-0.004 0.005-0.008 0.003-0.005 0.04-0.08 0.01-0.02 |
电机校核就是保证轧制的等效力矩不大于电动机的额定力矩M
电机力矩：M=0.975×N/n=0.975×2500/40r/min=60.94kN·M
等效力矩=53 kN·M小于M
电动机的功率计算公式如下：
N=n W (4-16)
n——电动机的转速，rad/s,
η——由电机到轧机的传动效率，取0.97
1052合金中载荷功率为N==5346kW
负荷率为×100%=89%
4.3.5 力能参数的校核
轧制力校核：最大轧制压力4557.5kN小于最大轧制压力19000kN
电机校核：轧制的等效力矩53kN·M小于额定力矩60.94kN·M
负荷率为×100%=90%<1
咬入角校核：最大压下量为3.7mm，
满足咬入条件。
4.4 冷轧板带厚度控制
冷轧过程中板带厚度会受到一些因素的影响，一切引起轧制压力变化的因素都会导致板带纵向尺寸的变化，一般来说有两种情况:一是对轧件塑性变形特性曲线位置与形状的影响;二是对轧机弹性特性曲线的影响。使两条曲线相交的点发生变化，于是产生了纵向厚度偏差。
如何控制板带的厚度，就是控制所扎板带的厚度，保持在轧机弹性曲线和塑形曲线的交点h的垂直线上。对于这一思路，有了三种控制方法[9]：
1)整压下改变辊缝，在不改变弹塑性曲线斜率的情况下，通过调整压下来消除板厚偏差
2)通过调整前后张力来改变塑形曲线的斜率，来消除对板厚控制的影响
3)调整轧制速度，间接地使张力、温度、摩擦系数等参数的改变，使轧件塑形曲线斜率改变
4.5 厚度控制系统
通过调整辊缝、张力、轧制速度，可以控制板带的厚度。现在应用于冷轧高速生产线上的板厚控制系统分为三大部分：一是测厚的部分，就是对轧制前后的厚度惊醒检测;二是数据处理部分，对测厚仪检测出来的数据进行分析，并作出调整的指令然后传递;三是对做出的指令执行，做到减少厚度偏差。
4.6 中间退火
采用1052合金铸轧法生产PS版基，由于是纯铝，杂质相含量低，就会产生以下问题：内部晶粒粗大、摩擦系数大、强度较低。经过冷轧加工后表面的铝粉容易脱落，在后面的几次道次中，容易使这些铝粉聚集并压入，在之后的电解砂目时无法形成正常的砂目，难以附着感光胶，就不能加工成合格的PS版。
总之，没有经过中间退火的PS版基，在冷轧加工后，摩擦系数又会比较小，在拉弯矫正这道工序时，带材与张力辊之间易打滑，打滑时，板带表面就容易产生划痕，导致报废。而且拉弯矫正时速度不能过快。所以，中间退火工艺对于高质量PS版基生产是必不可少的。经过了中间退火之后，板材在很多方面提高了性能，消除了加工硬化，提高塑性并减少了铝粉的脱落，使内部组织更加均匀，然后，降低了杂质元素Fe、Si的固溶度。选择在轧制到1.8mm时进行中间退火。
中间退火温度选择在340℃~380℃，在340℃时析出物的数量较少，随着温度退火温度增加，析出物逐渐增多，当退火温度高雨380℃时析出物较多，之后析出物会变得更加粗大。退火时间定为2小时，这样晶粒再结晶进行的完全。
4.7 辅助设备选型
4.7.1 重卷切边机组
卷筒直径可按经验公式D=(150~200)hmax计算。得到卷筒直径为Φ500m。卷筒工作部分长度稍大于轧辊辊身长度取为2000mm
带材厚度： 0.2～7.5mm
来料宽度： 900～2000mm
来料卷材重量： Max.25t
成品宽度： 900～1500mm
成品卷材内径： φ500mm
成品卷材外径： Max.φ2500mm
成品卷材重量： Max.25t
最高剪切速度： 200m/min
4.7.2 纵切机组
来料厚度： 0.2～7.5mm
来料宽度： 900～2000mm
来料卷材重量： Max.25t
成品宽度： 50～1500mm
成品卷材内径： φ500mm
成品卷材外径： Max.φ2000mm
成品卷材重量： Max.25t
最高剪切速度： 400m/min
4.7.3 拉弯矫直机组
带材厚度： 0.1～1.5mm
带材宽度： 900～2000mm
卷材外径： Max.2500mm
卷材重量： Max.25t
最高矫直速度： 300m/min
4.7.4 横切机组
板材厚度： 0.2～7.5mm
板材宽度： 900～2000mm
板材长度： 1000～4000mm
板垛尺寸： Max. 900～2000×1000～4000×250～500mm
板垛重量： Max.5.0t
最高剪切速度： 120m/min
4.7.5 轧辊磨床
最大研磨直径： φ1600mm
最小研磨直径： φ150mm
最大顶尖间距： 6000mm
最大研磨工件重量： Max.60t
最大研磨凹凸度： ±1.0mm
4.7.6 铝板卷退火炉
来料厚度： 1.0～4.0mm
来料宽度： 900～2000mm
外径： Max. φ2500mm
板垛尺寸： Max.900～2100×1000～4000×250～500mm
卷材最大重量： 25t
板垛最大重量： 5.0t
装炉量： 60t
4.8 拉弯矫直工艺
拉弯矫直对于板带材的加工是一项新技术，在国外这一技术已经发展的较为普遍，目前在我国，对于铝加工企业来说，带材的拉弯矫直工序是必不可少的，它是对于已经加工好的带材产品进行最后一步的修正，使带材的表面各种物理参数更加的规范。拉伸弯曲矫直即拉伸矫直和弯曲矫直，它们是同时进行的，带材同时受到拉力和反复弯曲作用力，从而消除残余应力。通常情况下板带材的延伸率为0.3%~0.7%，为了使带材的平直度小于20，将规格为0.25*1200mmPS版基带材延伸率定为0.2%~0.5%,延伸率可由以下公式计算：
(4-17)
λ是延伸率，v1是带材进入矫直机的速度，v2是带材从矫直机出来的速度
矫直机弯曲工作辊的直径取得较小时效果较好，在矫正时带材之间的张力也会变小，但是直径太小时会影响到工作辊的工作状态，导致转速过快，加快磨损。经过分析确定，采用一组五辊的设备来完成拉弯矫直，参数设计如下：工作辊直径35mm，中间辊直径61mm，支撑辊直径97mm，带材在工作辊处的包角为15°。带速控制在140±20m/min。
图4-1 拉弯矫直机简图
4.9 年产量的校核以及成品率
4.9.1 成品率
PS版基的成品率约为70%，成品率是指成品重量与投料量之比的百分数，也就是一吨原料能够生产出合格产品重量的百分数[10]。其计算公式是：
A=×100% (4-18)
A——成品率;
Q——投料量(原料重量)，t;
W——成品重量，t。
通过参考国内外各生产线的情况，经计算，得出铸轧法生产PS版基成品率约为70%
4.9.2 冷轧生产线的安排
计划年产量10万吨，预计坯料约15万吨，工人每周工作6天，星期天休息，国家法定节假日也安排休息，一年中工作的时间约为300天，按每天工作24小时，三班倒的形式，预计总时间为300×24=7200小时。
对冷轧每个道次进行时间的计算，每个成品卷的重量为6.6t。对原长为500m的带材进行计算
表4-7 冷轧各道次带材长度
|
道次 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
带材长度m |
1060 |
1944 |
3500 |
5000 |
7778 |
14000 |
|
轧制时间 |
3.5 |
4.9 |
7.0 |
9.1 |
13.0 |
20.0 |
|
轧制速度m/min |
300 |
400 |
500 |
550 |
600 |
700 |
每一卷的轧制总时间为3.5+4.9+7.0+9.1+13.0+20.0=57.5min
计划年生产约15万吨坯料，每小时的产量为A为150000/7200=20.8t。
每一卷的重量为6.7t
所以安排三条冷轧生产线。同样可推出铸轧生产线安排14条。
4.9.3 年产量的计算[11]
A=ApTjwK2 (4-19)
A 为车间年产量，t
Ap 为平均每小时产量，t/h
Tjw 为年计划工作时间，h
K2 时间利用系数，取0.95
经计算得A=151012t为年需铸扎卷量
年需铸扎卷量乘以成品率，可得出年产合格PS版基的产量为10.6万吨，回收废料量4.5万吨。
第5章 车间设计
车间设计是基本建设的重要环节，合理的设计安排是确保生产线顺利进行的基础，是根据生产工艺流程的合理性、生产设备的组成和台数、物料运输顺畅以及设备操作、维护方便的原则布置的，并充分考虑原料、产品的堆放与流通场地，力求厂房内各设备配置紧凑，减少厂房占地面积。
10万吨PS版基的车间工艺包括熔炼、铸轧、冷轧、退火等，在布局上要考虑好各工序的先后，利用天车进行物料的运送，具体布置见车间布置图。将本次设计车间主要设备列表：
表5-1 设备配置表
|
序号 |
设备名称 |
数量（台套） |
备注 |
|
1 |
1600mm双辊倾斜式铸轧机 |
14 |
进口 |
|
2 |
熔炼炉 |
14 |
国产 |
|
3 |
保温炉 |
14 |
国产 |
|
4 |
在线过滤、除气装置 |
14 |
进口 |
|
5 |
切边机 |
14 |
国产 |
|
6 |
1850四辊不可逆冷轧机 |
3 |
进口 |
|
7 |
2000mm纵剪机列 |
1 |
进口 |
|
8 |
2000mm横剪机列 |
1 |
进口 |
|
9 |
2000mm重卷切边机 |
2 |
进口 |
|
10 |
60t退火炉 |
4 |
国产 |
|
11 |
酸洗机列 |
1 |
国产 |
|
12 |
拉弯矫直机组 |
2 |
进口 |
|
13 |
卷材包装机列 |
1 |
国产 |
|
14 |
板材包装机列 |
1 |
国产 |
|
15 |
起重装置 |
9 |
国产 |
|
16 |
其他辅助设备 |
1 |
国产 |
5.1 仓库面积的确定
原料仓库面积大小会根据轧机生产能力、坯料供应情况、坯料成品的合金种类等因素而适当的安排。此次设计中安排存放天数为12天，根据年产量计算，得出原料仓库面积为857.1㎡。
本次设计中需要安排中间仓库，用来存放铸轧卷坯料，中间仓库面积根据周转时间、中间制料总数来确定。生产周期时间设计为两天。计算得中间仓库面积为302㎡。
成品仓库的面积确定基本上和原料仓库面积确定类似，需要考虑铝材品种、规格和生产批量以及一些意外因素，比如用户不及时提货导致产品不能及时运出等。计划存放时间为9天，经计算，得出成品仓库面积为642.8㎡。
5.2 试验室
试验室主要是承担铝板带的机械性能、物理性能、金相性能检验，负责轧制油的的成分和性能检测。
5.3 机修车间
机修车间承担日常设备及工具维护。如若项目所在地机械工业较发达，具有良好的协作条件，项目中的大型零部件的制作可以外委。
5.4 主电室
车间的轧机运转电能已经熔炼炉的热能都来源于电力，在车间外设置一座变电站，车间内设置一座配电站，主电室应该与其他设备相隔开，防止轧机、熔炼炉产生的灰尘、蒸汽等杂物对电力系统产生影响，保证电力系统的正常运行。
5.5 供水与排水系统
供水系统采用直流和循环混合的供水系统，循环水主要用于连续铸轧时的冷却。排水系统分为生活污水排水系统、生产废水排水系统、含油废水处理系统、和雨排水系统。
生活污水由化粪池处理达到国家三级排放标准，经厂区排水管道排入市政排水管网。生产废水主要为循环水系统的排污水、溢流水，符合排放标准，直接经厂区排水管道排入市政排水管网。含油废水先引入废水处理站，经处理达标后直接排入市政排水管网。厂区屋面及路面雨水经厂区雨水管道汇集后排入市政雨水管网。
5.6 起重机的安排
根据车间的面积大小和运送的要求，安排铸轧机组4台双挂钩梁桥式起重机，冷轧机组2台电动单梁桥式起重机，热处理和剪切机组安排3台双挂钩梁桥式起重机。
第6章 技术经济指标
技术经济指标表示轧制车间各项设备、原材料、燃料、动力及劳动力、资金等利用程度的指标。这些指标反映了企业的生产技术水平和生产管理制度的执行情况，是鉴定车间设计和工艺过程制定质量好坏的重要标准和评定车间各项工作优劣的主要依据。
6.1 产品成本
产品成本是指企业用于生产该产品所需的所有费用，由人力和物力组成，它由以下几部分组成：
1)燃料和动力
2)原材料和辅助材料购买费用
3)生产工人工资
4)车间费用
5)企业管理费用
6)销售费
6.2 利润
单位产品的利润=(产品平均销售价-产品平均成本)×(1-税率)
第7章 环境保护与安全生产
7.1 生产中的污染物
7.1.1 污染物的主要来源
在熔炼以及铸轧的过程中产生的污染物主要体现在工业废气上 ，这些废气包括二氧化硫、烟气、含铝元素的氧化物形成的粉尘 、氯气以及氯化氢气体等等。
在熔炼炉中，伴随着扒渣、加料、搅拌的操作，会有氧化铝等粉尘产生，另外还会排放出一些烟气。在往炉内加入一些熔剂时，它们熔化过程也会伴随一些废气和粉尘产生。另外，在加入废料时，熔铝炉当中的工业废气迅速增多，污染性极为严重。在精炼的过程由于铝被氧化以及其他一些化学反应，熔炼炉中会向外散发一些铝化合物粉尘以及氯化氢气体和少部分的氯气。
除了工业废气，还有水污染也是不可忽视的，在连续铸轧的过程中需要大量的循环冷却水对铝熔体进行降温冷却，这些水与铸轧辊接触时间长了里面会带有一些杂质，当这些水排放时会造成水污染。
7.1.2 污染物造成的危害
一般工业废水排到了水域中，废气进入了大气当中，其中的污染物就随之通过各种方式进入了自然生态环境当中，像河水、土壤以及农作物当中都会受到一定程度的污染。这样，对整个大自然以及人类造成了一定的危害。
污染物对水体的污染主要体现在酸碱PH值上，虽然水有自净能力，当PH值变高或者变低时水里各种微生物以及鱼类等生存都会有隐患。
二氧化硫和是一种污染性很强的气体，不但对人体健康损害很大，而且含量过高时会引起酸雨，这些腐蚀性强的酸雨会对农作物、生态植被造成严重的破坏，影响了整个生态环境的稳定性。
氯化氢气体和氯气刺激性很强，当人吸入这种气体时，会引发一定程度的中毒，浓度过高时会引起呼吸道疾病，如支气管炎、鼻炎等。
7.2 污染物的治理
7.2.1 工业废水的治理
工业废水治理的物理方法有重力分离法、隔断过滤法等，其作用是分离出工业废水当中的一些悬浮物，物理法常常是作为第一道处理。然后，可以通过加入特定的化学物质，使之与污染物发生反应使之与水分离，这种化学法具体的有中和法、氧化还原法等。另外，还有物理化学综合使用的吸附法、电解法、萃取法等，主要是分离出已溶解的污染物。
7.2.2 工业废气的治理
袋式收尘器对于烟气粉尘混合物的处理效果很好，它们经过袋式收尘器过滤后，污染性降低很多，然后通过风机排到大气中。袋式收尘器可带有PLC可编程序和报警功能，对烟气的进出压力差、温度等参数达到准确的把控，确保系统的安全性。
7.3 绿化
在工厂和车间附近空地多进行绿化，这些树木可以起到防风、防灰尘、减小噪音危害以及改善空气质量和美化环境的作用。
7.4 安全生产
7.4.1 防电安全措施
电是现代化生产过程中的主要能源和动力，但在使用过程中容易对生产及人身安全造成危害，如突然停电、直接或间接触电、电火花引起火灾或爆炸等。拟采用的主要防范措施如下：
1) 所有变压器、电缆桥架、电缆沟、电器设备等正常不带电的金属部件和金属构件拟采取可靠接地保护。
2) 各供电、电控系统均有过压、失压、短路、过流、接地等安全保护装置，使故障能迅速排除和防止扩大。
3) 采用安全型滑触线，操作人员不会触及载流体，从而保证了吊车操作人员的人身安全。
4) 有易燃物场所，电气线路和照明灯具采用密闭防火防爆型。
7.4.2 预防机械伤害
对可能发生伤人事故的设备，设计在其易伤人、裸露的旋转部分加装防护罩、围栏等，并设置危险标志。
在厂房车间内做到“四有四必”，即有轮必有罩，有轴必有套，有台必有栏，有洞必有盖。
