特殊钢厂锻钢车间设计

特殊钢厂锻钢车间设计(design of special steel forge shop) 利用锻压设备对特殊钢锭进行开坯或成材的车间设计。锻钢车间主要生产小批量、多品种、较大规格的特殊钢锻材;并生产部分难以轧制、塑性低、变形抗力大的高合金钢坯;在有较大锻压设备时，还可生产部分特殊钢锻件。锻钢产品用于冶金、机械、电子、石油、化工、航空、军工和原子能等工业部门。 简史 1842年英国制造了__台蒸汽锤，使锻造生产进入应用动力的时代。1949年中国建成装备蒸汽锤的特殊钢厂锻钢车间。蒸汽锤适于生产供轧薄板坯和小规格锻材，但其锭型较小，产品表面粗糙不平，加工余量大。随着工业特别是航空工业的发展，需要用规格更大的高合金钢锭(镍基合金或钛合金)进行锻造，才能满足对产品规格和质量的要求，同时对产品的表面精度也提出了更高的要求。蒸汽锤已不能适应。从20世纪50年代开始，瑞典、英国、德国、美国、日本等国陆续采用快锻压机，不仅行程次数高，还实现尺寸精度控制和辅助工序机械化，以及与锻造操作机联合锻造。适应了较大高合金钢锭型快速锻造变形要求，并可获得高精度的锻件，提高了成材率和生产率。因此，在20世纪70年代后期，快锻压机得到了广泛的应用。例如1967年5月在瑞典乌得霍尔姆公司(Uddehlm-aktiebolag)的哈格福尔斯(Hagfors)工厂安装了一台联邦德国德马克液压设备制造公司设计和制造的30MN快锻液压机，主要产品是锻造高合金钢、工具钢、不锈钢、特殊合金的180～850mm方坯、200～900mm的圆坯和1850mm宽的板坯。原料为重1～45t，直径400～1900mm的钢锭;直径为600～1000mm，长达4500mm的电渣重熔钢锭和扁锭。在同一时期，奥地利和联邦德国还发展了一种机械传动和液压传动的径向锻造的精锻机。用于特殊钢生产的卧式精锻机，可以把钢锭锻成高精度的方、圆或扁形棒材或轴类件，并能减少后部工序的加工余量。精锻机锻造，锻件处于两向压应力状态下，可避免表面裂纹;其高速变形产生的热量能抵消热辐射散热量，可在一火内将钢锭锻至成品，因此较快锻压机更适合高合金钢的锻造。通常，精锻机的生产率、产品成材率较快锻压机可得到进一步提高，但其锭型断面受锤头开口度的限制。近几年，快锻压机和精锻机的联合作业，在国外的特殊钢厂受到重视，这样能够发挥快锻压机大锭开坯和精锻机一火成材的特点，生产大型轴类锻件。中国从1980年前后建设安装了20～25MN的快锻压机和3.4～14MN精锻机，如某钢厂在1986年建成具有20MN快锻压机和10MN精锻机的现代化的锻钢车间，使中国特殊钢生产技术达到世界先进水平。 20世纪70年代奥地利的生产技术和机器制造有限公司(简称GFM)又将精锻工艺发展成精锻一轧制工艺，直接将连铸小方坯锻轧成棒材，具有占地小，投资少的优点。 设计规模与产品方案 锻钢车间设计规模一般为年产量20000～100000t。产品方案应区分不同品种产品的代表钢种、断面形状、规格范围、交货状态及产品标准等要求。锻钢车间的产品品种以锻材为主，还可承担部分高合金钢轧钢用坯和部分特殊钢锻件生产任务。通常产品按钢种可分为碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢(包括模具钢)、弹簧钢、轴承钢、高速钢、不锈钢，有些车间还有高温合金、钛合金或精密合金等。锻材断面以方、圆、扁形为主，规格范围为80～500mm锻件有饼材、环件、模块及旋转对称轴等品种。这些都要根据市场需求来确定。供给轧制坯的钢种、规格、产量按轧钢车间的要求确定。工艺流程选择工艺流程根据生产的钢种规格和用户对产品的要求进行选择。

锻钢基本生产工艺流程见图1。

        单重2t以上的钢锭，应考虑热送。某些钢种冷送钢锭在炼钢车间要先进行扒皮。供轧坯锻造缓冷后，需经砂轮扒皮或酸洗(或抛丸)局部清理表面缺陷，然后送轧钢车间。锻材可按其钢种确定工艺流程。碳素、合金结构钢的锻材可由钢锭一火锻到成品;高合金工具钢、不锈钢和高速钢的锻材一般需经开坯、酸洗及清理表面缺陷后，再加热锻造成材。冷加工锻材锻后通常要进行退火，降低硬度和细化晶粒。根据用户要求，有的锻材要求切断面和倒角或粗加工后交货。锻件锻后多进行退火处理。退火锻件须进行外观尺寸、无损探伤和低倍组织的检验，有的要进行机械性能和高倍组织检验。对综合力学性能指标要求较高的锻件，在粗加工后，还需进行调质处理，之后再进行力学性能、低倍断口和高倍组织检验。 设备选择 主要有锻压设备、加热炉、热处理炉和精整设备等。 锻压设备 特殊钢厂采用的锻压设备有蒸汽自由锻锤(以下简称蒸汽锤)、快速自由锻造液压机(以下简称快锻压机)和精锻机。蒸汽锤由于结构简单、价格低廉，仍可选用。但5t蒸汽锤由于噪音和震动较大，已趋向淘汰;3t蒸汽锤适合生产小型薄板坯;一火锻材可组织两台3t或2t蒸汽锤进行联合作业生产。30MN快锻压机以生产锻件为主;16MN～20MN快锻压机适于高合金钢锭的开坯，生产特殊钢锻材以及模块、饼材、环件、阶梯轴等锻件。8MN快锻压机以高合金钢锭开坯和生产锻材为主。10MN精锻机可将直径小于550mm的圆锭或八角锭在一火内直接锻造成材;8MN精锻机可将直径小于.400mm的圆锭或坯直接锻造成材;5MN精锻机多用于轴类件的锻造生产;有芯棒装置的精锻机可以生产空心轴、厚壁管等产品。与锻压设备配套的机械设备有锻造操作机、钢锭回转小车、换砧装置等。 锻压设备公称能力及其数量是根据车间产品方案和锻压设备的生产率来选择的。即根据产品品种、钢种、规格范围及其锻造比要求先确定锭型、锻压工艺方案、锻压设备及其公称能力;然后根据产品产量、锻压设备生产率，计算锻压设备需要的年总工作台时，再按下列公式确定锻压设备台数： 式N为计算需要的锻压设备台数;t为锻压设备年总工作台时数，h;T为每台锻压设备年时基数，6500h;η为设备负荷率，%;N1为采用锻压设备台数。 设备负荷率：蒸汽锤一般为80%～85%，至少不低于60%;锻造液压机一般为70%～83%，至少不低于60%;精锻机一般为80%～85%，至少不低于65%。 蒸汽锤、快锻压机和精锻机生产能力实例如表。多火锻造时，可增设室式加热炉与连续加热炉配合使用。12.5MN的快锻液压机和10MN以上的精锻机，以配置环形炉为宜。为满足少量大规格锻件的生产，应配置1～2座车底式加热炉。快锻液压机生产有多火锻造时，还应配置室式加热炉。采用2t以上钢锭为原料时，车间要设置车底式预热炉，使运来的热钢锭及时入炉保温，也可做冷钢锭的预热。加热炉炉外机械设备主要有推钢机、出钢机、运锭车和有(无)轨装出料机等。         热处理设备 根据产品的热处理工艺和用户要求选择。一般采用车底式热处理炉，其台车长度按锻件的长度考虑，台车宽度一般为1.5～2m，台车长度一般为4～11m。 台车面积可按下式计算： 式中F为热处理台车总面积，m2;1.1为重复处理系数;Q为全年锻材热处理量，t;7700为热处理炉年工作时间，h;f为热处理炉生产率，一般取50～75kg/(m2•h)。 热处理台车总面积确定后，根据生产需要选定车底式热处理炉的尺寸和座数。 精整设备 有酸洗、抛丸清理、缺陷修磨设备。采用酸洗或抛丸的方法清理锻材表面氧化铁皮，暴露其缺陷，以便进一步修磨清理。由于抛丸机生产率很高，又无废酸污水处理问题，已逐渐取代酸洗。方、圆、扁形钢的扒皮清理多采用砂轮修磨机，也有采用车床的。 锻材内部缺陷检查一般选用超声波探伤机。有棒材、方板坯和饼材超声波探伤机。 锻材的试样切割和定尺切割一般采用圆锯机和带锯机。 此外，应设置压力矫直机，以便对热处理后出现弯曲的棒材进行矫直。 车间吊车的起重量主要是根据车间生产吊运成垛锻件或缓冷箱需要和设备检修需要来确定的。快锻压机和精锻机车间吊车起重量要考虑检修最大锻机部件的起吊重量;锻锤车间吊车起重量主要考虑锻造操作机的起吊重量。锻压工段吊车采用重级工作制，其他工段为中级工作制。每台吊车服务范围为40～50m。 车间组成及布置 锻钢车间由原料、锻造、热处理、精整、成品、工具机修等部分组成。单一的锻钢车间可和辅助车间相邻布置。对于有两个以上的锻钢车间，可分开布置，并考虑原料、成品存放、后部工序的共用性。如某锻钢车间的厂房布置，其原料的运入和成品的运出，各工序之间的运行畅通，锻压设备和加热炉的布置紧凑合理。主要工段和辅助工段相距很近，物料流动互不干扰。这可减少辅助作业时间，有利于多火高合金钢的锻造。两台以上压机考虑可单独作业又可联合作业。

某厂工艺平面布置见图2

主要技术经济指标 锻钢车间设计规模一般为年产量20000～100000t(其中锻材产量大约占72%，锻坯产量大约占28%)。钢种不同的产品钢锭消耗量也不同。碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢锻坯的吨产品钢锭消耗量一般大约为1200kg/t，锻材的吨产品钢锭消耗量一般大约为1230kg/t;弹簧钢、滚珠轴承钢、不锈钢、合金工具钢锻坯的吨产品钢锭消耗量一般大约为1240kg/t;锻材的吨产品钢锭消耗量一般大约为1350kg/t;高速钢、高温合金锻坯的吨产品钢锭消耗量一般大约为1360kg/t，锻材的吨产品钢锭消耗量一般大约为1430kg/t;锻件的吨产品钢锭消耗量一般大约为1500kg/t。锻钢的吨产品耗电量一般大约为250kw•h/t;吨产品燃料消耗量一般大约为18000MJ/t;吨产品耗汽量蒸汽锤一般大约为3700kg/t;吨产品耗水量一般大约为20000kg/t;锻钢车间生产工人的年产量一般大约为80t/(a•人)。