某钢厂特殊钢锻造车间设计:特殊钢钢锭车间设计由锻造设备进行。锻钢车间主要生产小批量、多品种、规格较大的特种钢锻造材料；生产一些难轧制、低塑性、高变形抗力的高合金坯料；当有大型锻造设备时，也可以生产一些特殊钢锻件。锻钢产品用于冶金、机械、电子、石油、化学、航空空、军事和原子工业。1842年，英国制造了第一个蒸汽锤，将锻造生产带入了应用动力时代。1949年，我国建成了配备蒸汽锤的特种钢锻造车间。蒸汽锤适用于生产薄板坯和轧制用小型锻造材料，但其锭形较小，产品表面粗糙不平，加工余量较大。随着工业特别是航空空工业的发展，需要锻造更大规格的高合金锭(镍基合金或钛合金)，以满足产品规格和质量的要求，同时对产品的表面精度提出了更高的要求。蒸汽无法适应。从20世纪50年代开始，瑞典、英国、德国、美国、日本等国相继采用快锻压机，不仅冲程数高，而且实现了尺寸精度控制、辅助工艺机械化和与锻造机械手联合锻造。满足大型高合金铸锭快速锻造变形的要求，可获得高精度锻件，从而提高成品率和生产率。因此，在70年代末，快速锻压机被广泛使用。例如，1967年5月，由联邦德国德马克液压设备制造公司设计制造的30MN快锻液压机安装在瑞典Uddehlm-aktiebolag的Hagfors工厂。主要产品有180 ~ 1850毫米方坯、200 ~ 900毫米圆坯和18500用于锻造高合金钢、工具钢、不锈钢和特殊合金。原料为重量为1-45吨、直径为400-1900毫米的钢锭；电渣重熔直径600 ~ 1000 mm、长4500 mm的钢锭和扁锭，同时奥地利和联邦德国还研制出机械传动和液压传动的径向锻造的精锻机。特殊钢生产用卧式精锻机，可将钢锭锻造成高精度的方、圆或扁的棒材或轴，并可减少后期加工余量。用精锻机锻造，锻件处于双向压应力状态，可避免表面裂纹；高速变形产生的热量可以抵消热辐射，铸锭可以一火锻造成成品，所以速度更快的锻压机更适合锻造高合金钢。通常情况下，精锻机的生产率和产品成品率更快，锻压机可以进一步提高，但其钢锭截面受锤头开口度的限制。近年来，国外特种钢厂开始重视快速锻压机和精密锻压机的联合作业，充分发挥快速锻压机和精密锻压机的特点，生产大型轴类锻件。中国从1980年前后开始建造和安装20 ~ 25mn快锻压力机和3.4~14MN精密锻压机。例如，某钢厂1986年用20MN快锻压力机和10MN精密锻压机建成了现代化的钢铁锻造车间，使我国特殊钢生产技术达到世界先进水平。20世纪70年代，奥地利生产技术与机械制造有限公司(简称GFM)将精锻工艺发展为精锻-轧制工艺，直接将连铸坯锻造轧制成棒材，具有占地小、投资低的优点。设计规模及产品方案锻钢车间的设计规模一般为2万~ 10万t/年。产品计划应区分不同品种产品的代表性钢种、截面形状、规格范围、交货状态和产品标准的要求。锻钢车间的产品以锻造材料为主，也可承担部分高合金钢轧坯和部分特殊钢锻件的生产任务。一般产品可分为碳素结构钢、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，部分车间有高温合金、钛合金或精密合金。锻造断面以方、圆、扁为主，规格从80 mm到500 mm不等，锻件有饼、环、模块、旋转对称轴等。这些要根据市场需求来定。轧坯的钢种、规格和产量应根据轧制车间的要求确定。工艺选择工艺选择是根据生产的钢种规格和用户对产品的要求。
锻钢的基本生产流程见图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
重量超过2t的铸锭应考虑热送。有些冷送钢锭要在炼钢车间先剥皮。钢坯锻造后缓慢冷却后，需要用砂轮剥皮或酸洗(或抛丸)部分清理表面缺陷，然后送到轧制车间。锻造材料可以根据其钢种来确定。碳素及合金结构钢的锻造材料可一火从铸锭锻造成成品；高合金工具钢、不锈钢和高速钢的锻造材料通常需要切割、酸洗和清除表面缺陷，然后加热和锻造。冷加工锻造材料通常在锻造后进行退火，以降低硬度和细化晶粒。根据用户要求，有些锻造材料在交货前需要切割表面和倒角或粗加工。锻件通常在锻造后退火。退火锻件应进行外观尺寸、无损检测和低倍组织检查，部分还应进行力学性能和低倍组织检查。对综合力学性能要求高的锻件需要在粗加工后进行调质处理，然后进行力学性能、低倍组织和宏观组织的检验。设备选型主要包括锻造设备、加热炉、热处理炉和精整设备。锻造设备特种钢厂使用的锻造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(以下简称快锻机)、精锻机。蒸汽锤由于结构简单，价格低廉，现在还能使用。但5t蒸汽锤由于噪音大，振动大，已有被淘汰的趋势。3t蒸汽锤适用于生产小薄板坯；一个热锻材料可以组织两个3t或2t的蒸汽锤联合生产。30MN快锻压机主要生产锻件；16MN~20MN快锻压机适用于切割高合金钢锭，生产特殊钢锻件和模、饼、环、阶梯轴等锻件。8MN快锻压力机主要用于初轧高合金钢锭和生产锻造材料。10MN精锻机可将直径小于550mm的圆锭或八角锭直接一火锻造成料；8MN精锻机可以直接将直径小于400mm的圆锭或圆坯锻造成材料；5MN精锻机多用于锻造轴类零件；带芯棒装置的精锻机可生产空芯棒、厚壁管等产品。与锻造设备配套的机械设备包括锻造操作机、翻锭小车、换砧装置等。锻造设备的标称容量和数量根据车间产品计划和锻造设备的生产率来选择。即根据产品品种、钢种、规格范围和锻造比要求，先确定钢锭类型、锻造工艺方案、锻造设备及其公称容量；然后，根据锻造设备的产品产量和生产率，在计算锻造设备所需的年总工作台数时，按下式确定锻造设备的数量:
主要技术经济指标锻钢车间设计规模一般为2 ~ 10万t/年(锻材产量约占72%，锻坯产量约占28%)。对于不同的钢材，钢锭的消耗量是不同的。碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢每吨锻造毛坯消耗钢锭一般在1200kg/t左右，锻造材料一般在1230kg/t左右；弹簧钢、轴承钢、不锈钢、合金工具钢每吨锻坯消耗钢锭一般在1240kg/t左右；每吨锻材消耗钢锭一般在1350kg/t左右；高速钢和高温合金锻坯每吨钢锭消耗一般在1360kg/t左右，锻材一般在1430kg/t左右；每吨锻件的锭耗一般在1500公斤/吨左右..一般每吨锻钢耗电量在250kw & bullh/t；每吨产品的燃料消耗一般在18000 MJ/t左右；每吨蒸汽消耗的蒸汽锤一般在3700kg/t左右；每吨产品用水量一般在20000kg/t左右；锻钢车间工人年产量一般在80t/(a & bull；人)。
