变压器专用铜带的生产工艺设计

变压器专用铜带的生产工艺设计 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 变压器专用铜带的生产工艺设计 设计总说明:近几年来，随着我国国民经济的持续稳定发展，铜加工材的生产也进入了一个快速发展时期，2008年总产量达到319,60万吨，其中铜板带材约60万吨，成为世界第一大铜板带生产国。虽然我国铜板带材的生产能力和产量都有了较大幅度的提高，但铜板带企业技术装备总体水平较低，生产规模偏小，企业规模平均不到3000吨,年，铜板带材的品种结构存在不合理现象，特别是引线框架材料、射频电缆带、变压器铜带等高精度铜板带产品，无论是品种、质量和数量均远远不能满足市场需要，进口量呈持续上升趋势，2008年铜板带材进口量达23.7万吨。10567 据预测，到2010年国内铜板带材的需求量在105万吨左右，考虑目前国内已在建的铜板带项目形成的生产能力，2010年铜板带供应缺口也在20万吨左右。 针对紫铜板带钢的轧制，国内外很多学者、师 1 / 35 从轧制的制定、铸锭工艺上进行了研究，从中掌握了缺陷产生的原因、机制，提出了许多改善的措施，取得了良好的效果。从而可以提高产量，增大成品率，使得铜板带材的进一步发展。 本次我选的课题是变压器专用铜带的生产工艺设计。在通过中铝的现有设备条件下，制定高效的工艺设计，提高产率。改善现有存在的问题 ，知识与实践相结合，这正是此次毕业设计研究的重点。 本论文主要论述高精度T2紫铜带的生产技术要求及其关键生产工序,熔炼、铸造、铣面、轧制、退火、酸洗等,的工艺特点。为此我们参观了中铝上海铜业有限公司的生产现场。 中铝上海铜业有限公司是中国铝业公司控股子公司，于2006年8月28日在上海注册成立。公司从事有色金属材料加工和进出口业务等，主要产品为铜及铜合金板、带、箔、管、棒、线、型和复合材，以及半导体材料和高纯金属。铜材产品牌号全、种类多、规格齐、技术水平高，产品被广泛应用于电子信息、电力设施、汽车、船舶、航天航空、国防工业及 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 重大装备等领域。 目前变压器生产厂家多达上千家，巨大的市场面前 存在着激烈的竞争。这就要求变压器厂家能够制造出 经济性能好、可靠性高的产品，新材料的应用为新型 变压器的研制提供了可能。其中变压器铜带的设计生 产以及性能将在变压器的市场上起决定性作用。 关键词:T2紫铜,工艺设计,研究报告 Transformer special copper production process design Design General Description: In recent years, with China's sustained and stable development of copper material production has entered a rapid development period, in 2008 production reached 3.196 million tons, of which about 600,000 tons copper strip to become the world's largest producer of copper strips. Although China's copper strip production capacity and output 3 / 35 have a more substantial increase, but the copper belt lower overall level of enterprise technology and equipment, the production of small-scale, enterprise-scale average of less than 3,000 tons / year, copper strip varieties structure unreasonable phenomenon, especially lead frame material, RF cable with transformer copper and other high precision copper strips products, whether it is the variety, quality and quantity can not meet the needs of the market, the import volume has continued to rise, 2008 copper strip imports amounted to 237,000 tons. It is predicted that in 2010 domestic demand for copper strip at 105 million tons, has been considering the current domestic projects under construction with the formation of copper production capacity in 2010 with a copper supply gap is also about 200,000 tons. For copper plate strip rolling, many scholars at home and abroad, the development engineers from rolling method, ingot craft were studied, which mastered the causes of defects, mechanisms, made many improvements measures, and achieved good effect.Which can increase ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ production, increase yield, making the further development of copper strip. Chinalco Shanghai Copper through cognitive training, according to Chinalco Shanghai Copper Co. existing production processes and products, smelting process for the production of the product formulation, preparation of rolling system, roller-type system formulation, motor ability school nuclear, roll strength check, according to Chinalco Shanghai Copper fieldwork situation, understand the various copper production processes, plant a variety of existing equipment, as well as the specific location of each device, as a reference, and then use Auto CAD computer software to map out their own design products plant design drawings. Existing equipment in the internship site conditions, the transformer special copper for product technology designed to meet the product requirements of the relevant 5 / 35 technical standards. Through the data access and collection, learned despite the continuous development of our copper strip production, but still can not meet the need, imports rise. In particular the production of high precision copper strips domestic variety, quality and quantity can not meet the needs of the market, is caused by massive imports of copper with one of the main. Reform and opening up 20 years, China's rapid economic development, but also led to the transformer industry. So far, China's installed capacity of the generator has reached 320GW. However, China's economic development is not balanced and electricity, the demand for electricity in various regions and growth rate are very different. Such as: In the power industry developed in Shanghai and other coastal areas, electricity consumption up to 14% annual rate of increase. But on the national level, electricity consumption growth rate of around 5% on average. Transformer capacity in accordance with the ratio of 10:1, the annual increase in capacity of the ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ transformer 160 million kVA, while the annual demand distribution transformer kVA in about 60 million or so. Current transformer manufacturers as many as one thousand, in front of a huge market there is intense competition. This requires transformer manufacturers able to produce good economic performance, high reliability products, new materials developed for the new transformer may be provided. Which transformer copper production as well as the design of the transformer performance will play a decisive role on the market. 6.1轧辊强度校核48 6.1.1热轧机轧辊强度的校核48 6.1.2冷轧机轧辊强度的校核50 6.2轧机电机能力校核54 7 / 35 6.2.1热轧机电机能力的校核54 6.2.2冷轧机电机能力的校核55 6.3轧机机架强度校核55 6.3.1热轧机机架强度的校核56 6.3.2冷轧机机架强度的校核57 7 生产车间的生产能力59 7.1 产品成品率的计算59 7.2 轧机小时产量的计算59 8 辅助设备核算60 8.1 加热炉能力60 8.2 退火炉能力60 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 8.2.1中间退火炉能力的计算60 8.2.2成品退火炉能力的计算61 9 车间平面布臵61 10 变压器铜箔的应用现状及发展趋势62 10.1变压器发展概况62 10.2铜箔在变压器应用的现状62 10.2.1箔式绕组的种类及结构特点63 11 结论64 致谢64 参考文献65 9 / 35 附图 附图一 热轧二辊可逆轧机轧辊图 附图二 热轧二辊可逆轧机轧辊受力及弯扭矩图 附图三 冷轧四辊可逆轧机轧辊图 附图四 冷轧四辊可逆轧机工作轧辊受力及弯扭矩图 附图五 冷轧四辊可逆轧机支撑辊受力及弯扭矩图 附图六 车间平面工艺布臵图1 附图七 车间平面工艺布臵图2 1 绪论 1.1 概述 铜及其合金具有极其可贵的、多方面的优良性能， ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 诸如仅次于银的导电性、导热性、优良的耐海水和大气腐蚀的性能、具有美丽的色泽，特别容易与其它元素形成合金，从而提高其机械性能、物理性能，甚至可以按人们所希望的颜色制成各种合金,用途极为广泛，已渗透到人们社会生活中各行各业。在有色金属中它的产量和消费量仅次于铝，是现代工业发展的重要基础材料之一。同时铜与其它金属相比，很容易从大自然中提取，铜又具有面心立方晶格，很容易进行塑性变形，从而获得各种形状的铜制品,铜的再生金属可直接返回利用，具有很高的使用和回收价值,所以铜是人类认识和使用最早的金属，曾经创造了灿烂的古代文明。随着现代工业、高新技术的发展，铜以其多方面优秀的性能，被人们所重视，铜及其合金加工材作为重要的基础工业材料和功能材料，被广泛应用于机械制造、电气电子、交通运输、建筑、印刷、包装等各个行业。 第二，从全局出发，服从国家或地区对产品的需要 11 / 35 第三，从实际出发，服从国家或地区对产品的确定设计标准，对生产工艺，主要设备和主题工程设计要做到先进，合理，可靠。对非生产性的建设，应坚持适用，经济，在可能的条件下注意主观 第四，注意综合利用与环境保护，造福人民 第五，节约能源 第六，合理使用劳动力 第七，节约建厂用地，应尽量利用荒地，劣地，少占耕地。总平面图的布臵紧凑合理 第八，立足于自力更生 根据以上基本原理，结合国内外铜板带生产和发展趋势，本项目的设计原则如下:因地制宜，机制灵活，滚动发展,手续从简，建设从速，节约投资,填平补齐，自我完善，整体配套,建设国内先建的高精带生产企业。 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 2 市场分析 2.1 国内外铜板带的需求 近几年来，随着我国国民经济的持续稳定发展，铜加工材的生产也进入了一个快速发展时期，2008年总产量达到319,60万吨，其中铜板带材约60万吨，成为世界第一大铜板带生产国。虽然我国铜板带材的生产能力和产量都有了较大幅度的提高，但铜板带企业技术装备总体水平较低，生产规模偏小，企业规模平均不到3000吨,年，铜板带材的品种结构存在不合理现象，特别是引线框架材料、射频电缆带、变压器铜带等高精度铜板带产品，无论是品种、质量和数量均远远不能满足市场需要，进口量呈持续上升趋势，2008年铜板带材进口量达23.7万吨。 2.2 相关产业紫铜板带需求预测 据预测，到2010年国内铜板带材的需求量在105万 13 / 35 吨左右，考虑目前国内已在建的铜板带项目形成的生产能力，2010年铜板带供应缺口也在20万吨左右。 (5) 热轧及冷轧 为了提高生产效率。减少氧化损失，保证带坯的正常轧制，在设备状况允许的条件下,变压器带材的生产一般采用“高温、快速、均匀、中性或微还原性气氛”条件进行热轧。铸锭的加热一般采用步进式加热炉，出炉料温应控制在850—920。C。应保证铸锭温度均匀，防止过热或过烧。热轧开坯温度高于820?，终轧温度不低于600'12。为避免产生“氢脆”，引起热轧开裂，应通过调节空燃比、燃烧程度、炉膛压力等方法把气氛控制在中性或微还原性。冷轧，冷轧工序必须在装备有带材厚度自动控制系统的现代化轧机上生产，否则，带材的厚度公差难以保证。同时，控制好轧后板形及面质量。 (6) 退火 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。 目的是使经过冷加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。退火工艺随目的之不同而有多种，如重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。 3.2.2 生产设备及其主要技术性能参数 ,1,五吨有芯工频感应炉参数 表3-1五吨有芯工频感应电炉参数 名称容量 T功率 15 / 35 kT电压 V电流 A线圈匝数熔沟断面 mm线圈 断面水外套尺寸?mm炉膛尺寸?mm 紫铜熔炼炉5-8800725 MAX1500×51160×32×103317× ;15×2外395×800 ,5,热轧机参数 表3-5 热轧机参数 轧辊尺寸主机功率最大轧制压力最大轧制速度轧辊 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 最大开口度轧制宽度终轧厚度剪板长度剪切速度带卷内径带卷塔型度 700*9001800Kw850T1.5m/s250mm600~700mm8~20 mm1000~2000mm±5mm15次/分600±50mm<10mm ,6,双面铣参数 表3-6 双面铣参数 铣刀传动功率带坯铣削厚度带坯铣削宽度最大铣削深度最大铣削速度矫平辊数量 2*150Kw,直流,8,15mm300~610mm1mm15m/min13根 (7) 四辊冷轧机参数 17 / 35 表3-7 四辊冷轧机参数 轧制速度直流电机功率轧制力矩最大轧制力成品厚度工作辊直径支撑辊直径 V1=0~75/150m/min V2=0~150/300m/minP=0~2*750KwT=20000kg.m100 00KN1~3mm380*800mm850*800mm (8) 钟罩式退火炉 表3-8 钟罩式退火炉 装料尺寸炉罩内工作温度范围炉罩内最高温度最大净装炉量每个炉子的净通过量 直径:1400mm 高度:3200mm250?~700?800?18TT2 1.5T/H ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 根据合金本身的工艺性能和该合金加工制品技术条件的要求，在国家标准或有关标准所规定的化学成分范围内，确定合金的配料标准,又称计算成分,、炉料组成和配料比，并计算出每炉的全部炉料量，进行炉料的过秤和准备的工艺过程叫配料。 在国家标准或工厂内部标准所规定的化学成分范围内，选择某一确定的值作为配料计算的依据，该确定值叫计算成分或称配料标准。对于指定了化学成分内部标准的工厂，计算成分一般按内部标准的中限选取,但是，对于易烧损的元素，宜按中限偏上选取，对于不易烧损而又稀贵的元素，宜按中限偏下选取。中间合金的计算成分，主要应该考虑元素的烧损。 T2紫铜标准化学成分为99.9%铜。 所以加入一号电解铜=,5*10%+5,*,1-20%,=4.4T 加入回收废铜=5.5-4.4=1.1T 19 / 35 计算铸锭尺寸: T25T纯铜密度密度:8.9g/cm3 V=5000&pide;8.9=561.8m3 l=561.8×1000000&pide;170&pide;4630=5245.5m m ∴铸锭的长度为5245.5mm 切头尾145.5mm后得到原料尺寸:170*630*5100 mm。 4.2 加热工艺的制定 本设计的加热设备为步进式加热炉，为了提高生产效率,减少氧化损失，保证带坯的正常轧制，在设备状况允许的条件下，变压器带材的生产一般采用“高温、快速、均匀、中性或微还原性气氛”条件进行热轧，一般加热80~100分钟后，炉膛四周温度均匀达到960?左右，预热段要到达470~570?左右才能 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 进料。出炉料温应控制在850—920。应保证铸锭温度均匀，防止过热或过烧。热轧开坯温度高于820?，终轧温度不低于560°。为避免产生“氢脆”，引起热轧开裂，应通过调节空燃比、燃烧程度、炉膛压力等方法把气氛控制在中性或微还原性。 4.3 轧制的编制 51351631.37%24771 35251028.57%34680 2518728.00%48167 1813.54.525.00%64222 ,2,速度制度 本设计是采用轧辊转向及转速变化的可调速可逆式 21 / 35 轧制速度制度，它用于二辊和四辊可逆式轧机本次设计采用2辊可逆式轧机，为梯形速度图[17]。 根据经验资料，取平均加速度a=40rpm/s，平均减速度b=60rpm/s。以第一道次速度制度为例进行计算，咬入速度为n1=20rpm/s，抛出速度为n2=20rpm/s，稳速为40rpm/s 其中t0为间隙时间，tzh为纯轧制时间， 以第一道次为例: 同理，其余各道次依次计算，如下表。 表4-2 速度制度 咬入r/min稳速r/min抛出r/min轧件长度L/mm轧制时间 2040207225 9.1 20402011115 11.8 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 30402017000 16.7 30402024771 22.0 30402034680 29.6 30402048167 39.8 30403064222 50.7 减速时间t3稳速时间t2加速时t1纯轧时间间隙时间 0.334.3 0.55.14 4 1209.1 820 1 33 786 7811.8 817 3 0 783 23 / 35 5116.7 814 6 32 745 3522.0 807 12 0 733 2529.6 797 22 30 681 1839.8 780 41 0 641 13.550.7 752 69 0 571 4.3.2 冷轧部分 ,1, 变形制度 根据工艺要求，冷轧可分为开坯、粗轧、中轧及精轧。通常不易热轧的合金锭坯,厚度20—70毫米,冷轧至厚度3.5~6毫米的过程称为冷开坯,厚度约为4~12毫米的热轧坯料冷轧至约2~6毫米的过程称为粗轧,随后继续压薄轧件厚度的冷轧过程称为中 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 轧,为达到产品标准呢进行的最后冷轧称为精轧，在成品精轧之前的轧制工序称为预精轧，预精轧后的轧件称为预成品。 冷轧压下制度包括确定冷轧总加工率、道次加工率及根据产品性能要求控制精轧时的成品加工率。 冷轧总加工率，即两次中间退火之间的总加工率，必须考虑合金本性、设备条件及工艺等具体情况，通常的原则如下: ?充分发挥合金塑性，采用尽可能大的总加工率，减少中间退火次数及提高生产率, ?保证产品质量，提高成品率，产品性能、晶粒度大小及均匀度均符合要求。此外总加工率不能位于临界变形程度范围，否则退火后易出现大晶粒及晶拉不均，恶化产品质量, 25 / 35 式中——退火后原始坯料厚度,mm ——该道次轧制前后轧件厚度，mm =0.4×0+0.6*22.4%=13.4% 轧后长度的计算:运用体积不变，算轧后长度。 式中 l——轧后长度，mm L、B、H——轧前长度，宽度，厚度，mm b、h——轧后宽度，厚度，mm mm 轧制每个轧程后需切头尾1000mm。 同理，可求得其余各轧程、各道次的各项数据，全部计算结果列于表4-1和表4-2。 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 冷轧中无宽展，所以轧后宽度=轧前宽度。 从热轧机换至冷轧机，切头尾175mm。 第一轧程: 表4-4冷轧变形制度 道次轧前厚度H/mm轧后厚度h/mm压下量 ?h/mm压下率ε/%积累压下率ε/%轧 后长度l/mm 112.59.72.822.40%13.44%82761 29.77.52.222.68%32.96%107037 37.55.81.722.67%48.16%138410 45.84.61.220.69%59.36%174517 54.63.70.919.57%67.52%216967 27 / 35 63.730.718.92%73.76%267593 732.50.516.67%78.40%321111 咬入角的计算: 式中 R——轧辊直径,mm 中性角的计算: 前滑值的计算: 线速度的计算: V=0.176*400+400=407mm/s,4-17, 式中 V——轧辊线速度，m/s 转速的计算: ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ ,4-18, 式中 n——转速 同理，可求得其余各轧程、各道次的各项数据，全 部计算结果列于表4-5。 表4-5 冷轧速度制度 第一轧程,四辊,道次纯扎时间t/s前滑值Sh/mm线速度V/m/s出口速度,mm/s)转速n/转/分 206.90 41.05 0.0176 407 40020 214.07 51.62 0.0223 511 50026 230.68 64.29 0.0269 616 60031 29 / 35 249.31 79.77 0.0292 720 70036 271.21 95.38 0.0309 825 80041 267.59 104.46 0.0326 1033 100052 由表4-1中的积累压下率，通过图4.3得到 的值。 张力的计算: 计算结果于表4-6中呈现。 表4-6冷轧张力制度 道次抗拉强度 /MPa 张应力q/Mpa前张力Qh/N后张力QH/N 第一轧程 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 1265.00 304.75 53.00 0.00 2327.00 376.05 71.94 65.40 3365.00 419.75 87.60 80.30 4385.00 442.75 96.25 88.55 5400.00 460.00 112.00 96.00 6405.00 465.75 121.50 109.35 7408.00 469.20 134.64 122.40 第二轧程 1275.00 316.25 60.50 55.00 2335.00 385.25 83.75 73.70 3365.00 419.75 98.55 87.60 31 / 35 4386.00 443.90 115.80 100.36 5400.00 460.00 132.00 120.00 6403.00 463.45 141.05 132.99 7410.00 471.50 155.80 143.50 ,4,辊型制度 由于轧制时轧辊的不均匀热膨胀、轧辊的不均与磨 损一集轧辊的弹性压扁和弹性弯曲，致使空载时原本 平直的辊缝在轧制时变得不平直了。导致板带材的横 向厚度不均和板形不良。为了补偿上述因素造成的辊 缝形状的变化，需要预先将轧辊车磨成一定的原始凸 度或凹度，赋予辊面以一定的原始形状，使轧辊在受 力和受热轧制时，仍能保持平直的辊缝。 4.4热处理工艺的制订 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 4.4.1 再结晶退火工艺的制订 热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。 再结晶退火指将经过冷变形加工的工件加热至再结晶温度以上，保温一定时间后冷却，使工件发生再结晶，从而消除加工硬化的工艺。 再结晶退火是经冷形变后的金属加热到再结晶温度 33 / 35 以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的热处理工艺。 本设计对T2铜带再结晶退火。主要采用钟罩炉退火，每小时可退火1.5T的T2产品，最高工作温度可达700?。 4.4.2 成品热处理工艺的制订 本设计主要采用德国容克公司的气垫式退火炉对冷轧后的产品做连续式退火。主要是对T2的软态紫铜带进行退火。其目的是消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高力学性能，减少残余应力,同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切屑和加工性能。 5 力能参数的计算 本设计通过编写VB程序来完成轧制力、轧制力矩和电动机总力矩的计算。热轧程序界面见图5.1冷轧 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 程序界面见图5.2 5.1热轧轧制压力和轧制力矩VB程序界面 35 / 35