畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-設(shè)計(jì)年產(chǎn)30萬噸Ф180無縫鋼管車間設(shè)計(jì).doc

內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目：設(shè)計(jì)年產(chǎn)30萬噸180無縫鋼管車間設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué) 號：專 業(yè)：材料成型及控制工程班 級： 指導(dǎo)教師：老師95內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書摘要本設(shè)計(jì)進(jìn)行了建設(shè)年產(chǎn)30萬噸180MPM無縫鋼管廠的可行性分析；產(chǎn)品大綱及金屬平衡表的編制；管坯的選擇。確定車間生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品工藝制度；車間生產(chǎn)能力計(jì)算；主電機(jī)選擇；輔助設(shè)備選擇。車間技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算及對如何保護(hù)環(huán)境提出一些措施。并針對Q345B鋼，規(guī)格為219mm8mm為典型產(chǎn)品進(jìn)行軋制表計(jì)算，孔型設(shè)計(jì)及工具選擇。計(jì)算上述典型產(chǎn)品在穿孔、軋管及定、張減徑時(shí)的力能參數(shù)，并且在此基礎(chǔ)上校核各軋輥和主電機(jī)。根據(jù)車間布置用CAD軟件繪制了無縫鋼管車間工藝平面總布置圖。關(guān)鍵詞：無縫鋼管；孔型設(shè)計(jì)；軋制表；軋制力能參數(shù)AbstractThe feasibility of The annual output 300,000 tons 180 MPM seamless tube plant;products program and metal balance establishment; tube round choice is analyzed.And workshop technique of production and product craft system;main electrical machinerys choice;workshop annual output computation;supporting facilitys choice were designed.Not only technical economy target of workshop and protection were calculated,but also aimed at the two typical specification of 219mm 8mm of Q345B rolling instruments;roll pass design and tool design which is calculated Computed rolling force when in the perforating,steel rolling and sizing,tube stetch-reducing of the typical products,and examined rollers and the main electrical machinery According to the above computation and the workshop arrangement form I have drawn up the Seamless steel pipe workshop floor-plan and the pass chart using the AutoCAD software.。Keywords:Seamless steel pipe;groove design of the mill;pass schedule;rolling force目錄摘要IAbstractII第一章 國內(nèi)外鋼管業(yè)發(fā)展概況及建廠可行性分析11.1國內(nèi)外鋼管業(yè)發(fā)展概況11.1.1我國無縫鋼管發(fā)展現(xiàn)狀11.1.2高壓鍋爐管生產(chǎn)現(xiàn)狀21.1.3高壓鍋爐管供需情況41.1.4高壓鍋爐管發(fā)展趨勢51.1.5總結(jié)51.2建廠可行性和必要性分析51.2.1國內(nèi)市場調(diào)查、研究與預(yù)測51.2.2建廠選址及其可行性分析6第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)、產(chǎn)品品種及工藝流程的確定92.1 設(shè)計(jì)任務(wù)92.2產(chǎn)品方案的編制92.2.1產(chǎn)品大綱的制定原則及編制92.2.2 產(chǎn)品大綱的編制表102.3 金屬平衡表112.4高壓鍋爐管的技術(shù)要求112.5工藝流程的確定13第三章 軋制表計(jì)算143.1軋制表編寫概況143.2 2198管軋制表計(jì)算14第四章 MPM連軋機(jī)孔型設(shè)計(jì)及定減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)174.1 2198連軋機(jī)孔型設(shè)計(jì)174.2減徑機(jī)的孔型設(shè)計(jì)214.2.1總減徑率214.2.2分配各機(jī)架的單機(jī)減徑率及求出各機(jī)架孔型的平均直徑214.2.3各機(jī)架軋輥孔型高度和寬度224.2.4確定各軋輥孔型的孔型半徑R，偏心距e和其他尺寸23第五章 工具設(shè)計(jì)245.1 穿孔機(jī)機(jī)的工具設(shè)計(jì)245.2 MPM連軋管機(jī)的工具設(shè)計(jì)285.3 脫管機(jī)的工具設(shè)計(jì)305.4 定徑機(jī)的工具設(shè)計(jì)315.5張減機(jī)的工具設(shè)計(jì)32第六章 主輔設(shè)備選擇336.1主要設(shè)備336.1.1 MPM連軋機(jī)組選擇336.2輔助設(shè)備選擇366.2.1加熱爐的選擇366.2.2穿孔設(shè)備406.2.3芯棒循環(huán)系統(tǒng)436.2.4脫管機(jī)466.2.6再加熱爐486.2.7定徑機(jī)506.2.8張力減徑機(jī)516.2.9冷床526.2.10管排鋸546.2.11矯直設(shè)備56第七章 穿孔機(jī)強(qiáng)度校核577.1 軋制力能參數(shù)計(jì)算577.2 穿孔機(jī)軋輥校核63第八章 連軋管機(jī)軋制力能參數(shù)和軋輥校核及主電機(jī)選擇668.1 2198力能參數(shù)和軋輥校核及主電機(jī)選擇668.1.1 管材軋制力計(jì)算668.1.2連軋管每個(gè)軋輥傳動力矩估算為708.1.3軋輥強(qiáng)度校核718.1.4主電機(jī)選擇及校核73第九章 生產(chǎn)能力計(jì)算及軋制圖表759.1 2198鋼管車間生產(chǎn)能力計(jì)算759.1.1 加熱爐小時(shí)產(chǎn)量759.1.2 穿孔機(jī)的小時(shí)產(chǎn)能769.1.3 軋管機(jī)的小時(shí)產(chǎn)能779.1.4 張力減徑機(jī)的小時(shí)產(chǎn)能779.1.5 綜合平均生產(chǎn)能力789.2 車間年產(chǎn)量計(jì)算789.2.1 車間平均小時(shí)產(chǎn)量計(jì)算789.2.2 軋機(jī)的年工作時(shí)間的確定799.2.3 車間年產(chǎn)量計(jì)算799.2 軋制圖表確定80第十章 車間平面布置8210.1 車間設(shè)計(jì)內(nèi)容及平面布置原則8210.2 金屬流程線確定8310.3 設(shè)備間距8310.3 倉庫面積計(jì)算8410.4 其他設(shè)施面積確定8510.5 軋鋼車間廠房組成及立面尺寸的確定86第十一章 車間技術(shù)指標(biāo)及環(huán)境保護(hù)8811.1 各類材料消耗指標(biāo)8811.2 車間的環(huán)境保護(hù)8911.2.1 綠化8911.2.2 消煙和防塵8911.2.3 噪音防治8911.2.4 水質(zhì)處理8911.2.5 車間節(jié)能與綜合利用8911.2.6 加熱爐余熱的利用9011.2.7 氧化鐵皮的利用90參考文獻(xiàn)91致謝92第一章 國內(nèi)外鋼管業(yè)發(fā)展概況及建廠可行性分析1.1國內(nèi)外鋼管業(yè)發(fā)展概況50多年來，中國鋼管業(yè)的發(fā)展取得了舉世矚目的輝煌成就。1994年無縫管年產(chǎn)量303.95萬t，居世界第一位。2001年焊管年產(chǎn)640.36萬t，超過了日本，獨(dú)占鰲頭。鋼管的產(chǎn)量與鋼材呈同步增長的強(qiáng)勁勢頭，占鋼材的比重保持在8%左右1。全國200多家無縫管企業(yè)50多年來為國家作出了巨大貢獻(xiàn)。這些企業(yè)包括無縫鋼管、冷拔冷軋管、不銹鋼管等廠公司，也包括國有、民營、合資企業(yè)等。但爭雄國內(nèi)的重點(diǎn)企業(yè)主要有7家，它們是：寶鋼、天津、鞍鋼、成都、包鋼、衡陽、大冶等無縫鋼管廠（公司）。由于我國鋼管生產(chǎn)技術(shù)裝備水平的顯著提高，具有先進(jìn)技術(shù)水平的(短流程)鋼管生產(chǎn)工藝(煉鋼/精煉連鑄管坯連軋管)在鋼管生產(chǎn)企業(yè)大力推廣，鋼管產(chǎn)品的質(zhì)量普遍接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平，產(chǎn)品覆蓋了石油、化工、鍋爐、煤炭、汽車、船舶、電站以及軍工、航空、航天、核能、鋼結(jié)構(gòu)等行業(yè)和領(lǐng)域，同時(shí)還部分出口；還有一批具有高附加值、高技術(shù)含量的產(chǎn)品，如特殊扣套管、高鋼級鍋爐管、鉆桿等產(chǎn)品正在開發(fā)或在批量試生產(chǎn)中，不久將替代進(jìn)口產(chǎn)品2。我國無縫鋼管生產(chǎn)技術(shù)的最新進(jìn)展，包括新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)。其中熱連軋無縫鋼管生產(chǎn)技術(shù)、PQF連軋機(jī)組、鋼管擠壓生產(chǎn)技術(shù)、斜軋擴(kuò)徑機(jī)組、冷軋無縫鋼管設(shè)備和工藝技術(shù)、石油管材耐腐蝕設(shè)計(jì)都得到鋼管企業(yè)的普遍重視。從國際和國內(nèi)兩個(gè)市場來看，無縫鋼管（包括石油專用管）的現(xiàn)有生產(chǎn)能力均已大于需求。所以，今后的重點(diǎn)應(yīng)放在充分發(fā)揮現(xiàn)有機(jī)組的能力，開發(fā)出高強(qiáng)度等級、高抗擊毀、高抗腐蝕的石油管、高壓鍋爐管和氣瓶管等產(chǎn)品，也是國家針對當(dāng)前我國鋼鐵市場進(jìn)行優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，這也是增加在國內(nèi)外產(chǎn)品競爭力、擴(kuò)大市場份額的關(guān)鍵所在。1.1.1我國無縫鋼管發(fā)展現(xiàn)狀目前國內(nèi)現(xiàn)有的無縫鋼管生產(chǎn)裝備水平參差不齊，既有落后的，也有最先進(jìn)的。早期建設(shè)的熱軋無縫毛、荒管生產(chǎn)設(shè)備較為簡陋，技術(shù)落后，消耗高，污染嚴(yán)重，現(xiàn)已基本停產(chǎn)，但仍有部分處在半停半開狀態(tài)。有的設(shè)備經(jīng)過調(diào)整和改造，專門用于生產(chǎn)單一的品種，如一般用途的軸承管、低中壓鍋爐管、結(jié)構(gòu)管、流體輸送管等，其裝備按照滿足其定位品種和規(guī)格的質(zhì)量和要求，進(jìn)行調(diào)整和改造，達(dá)到降低投資、降低消耗和降低成本的先進(jìn)工藝流程2。目前我國有無縫管廠家130家左右，近200臺套機(jī)組。其涵蓋了當(dāng)今世界上各種機(jī)組，見圖1.1圖1.1 無縫軋管機(jī)組的構(gòu)成在無縫鋼管的產(chǎn)量中,各種專用管的比例占40%左右,專用管多年來一直有較大缺口。專用管的主要品種為油井管、高壓鍋爐管、低中壓鍋爐管、軸承管、液壓管、高壓氣瓶管和汽車半軸套管等。無縫鋼管產(chǎn)業(yè)仍還存在裝備技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)力度不夠等問題。在術(shù)裝備上,主要的無縫鋼管生產(chǎn)設(shè)備仍依靠進(jìn)口一些高附加值產(chǎn)品的開發(fā)力度不夠,如油井管中特殊絲扣、抗腐蝕及部分高強(qiáng)鋼級產(chǎn)品還沒有完全過關(guān),這些產(chǎn)品仍需進(jìn)口;在超臨界和超超臨界站鍋爐用的高壓鍋爐管中,合金結(jié)構(gòu)鋼及不銹鍋爐管的研發(fā)速度跟不上需求,基本依靠進(jìn)口。1.1.2高壓鍋爐管生產(chǎn)現(xiàn)狀眾所周知,火力發(fā)電設(shè)備用鋼管的特點(diǎn)是：規(guī)格多、鋼種復(fù)雜、批量小、要求嚴(yán)而著稱。各鍋爐廠設(shè)計(jì)選用的高壓鍋爐管牌號(鋼級)、規(guī)格主要是依據(jù)：地域氣候的差異；采用的煤質(zhì)差異；采用設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和牌號差異。導(dǎo)致了高壓鍋爐管生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)安排上的困難。國內(nèi)主要采用的標(biāo)準(zhǔn)為：ASME；GB；DIN；JIS內(nèi)的不同牌號3。近年來，機(jī)械行業(yè)在引進(jìn)國外發(fā)電設(shè)備制造技術(shù)的同時(shí)，又帶進(jìn)來一些國外新的鋼牌號，在冶金和機(jī)械行業(yè)技術(shù)工作者的共同努力下，從仿制國外鋼號到獨(dú)立研制新的發(fā)電設(shè)備用鋼，初步形成了自己比較完整的用鋼系列，同時(shí)向國內(nèi)提供了大量的發(fā)電設(shè)備專用鋼管，使得電站設(shè)備的發(fā)展能夠取得巨大的成就。但隨著電力技術(shù)的發(fā)展，要求機(jī)組向大容量、高參數(shù)、環(huán)保型的方向發(fā)展，對鋼管有了更高要求。不僅現(xiàn)有的鋼種需要改進(jìn)和完善,而且需要研制性能更高、質(zhì)量更好的鋼管,為國內(nèi)發(fā)展超臨界、超超臨界發(fā)電機(jī)組做好材料準(zhǔn)備工作。目前,在國內(nèi)電力生產(chǎn)構(gòu)成中,主要有火電、水電和核電三大類，其中火電居主導(dǎo)地位，占我國總機(jī)組比例高達(dá)70%以上?；鹆Πl(fā)電在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。長期以來,國內(nèi)電力建設(shè)重點(diǎn)發(fā)展火力發(fā)電,因?yàn)槲覈胸S富的煤炭資源。煤炭在一次能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位,決定了在電力發(fā)展以煤電為主的格局。加上火電生產(chǎn)成本較低,建設(shè)的局限性小,電量較為穩(wěn)定,近年來我國火力發(fā)電因此蓬勃發(fā)展。目前我國已擁有世界上最先進(jìn)的各類軋管機(jī)組，能生產(chǎn)所有規(guī)格的高壓鍋爐管。根據(jù)中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會鋼管分會統(tǒng)計(jì)，2003-2007年我國主要高壓鍋爐管生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)見表1.1。表1.1 2003-2007年我國主要高壓鍋爐管 生產(chǎn)企業(yè)的高壓鍋爐管產(chǎn)量 單位：萬噸目前，我國高壓鍋爐管生產(chǎn)在以下幾個(gè)方面仍存在著一定的問題，研發(fā)能力不強(qiáng)：高壓鍋爐管的研發(fā)有周期長，投資大，生產(chǎn)工序多、工藝復(fù)雜，檢測項(xiàng)目多、要求嚴(yán)的特點(diǎn)。一個(gè)新產(chǎn)品的開發(fā)，從化學(xué)成分的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝及熱處理規(guī)范的制定到一系列長時(shí)間的高溫持久、蠕變、腐蝕、抗氧化、時(shí)效等試驗(yàn)，然后進(jìn)行半工業(yè)性試驗(yàn)和電廠運(yùn)行試驗(yàn)，性能合格后才能批量生產(chǎn)。目前，新型高壓鍋爐管的材料大多數(shù)是歐洲和日本研發(fā)的，國內(nèi)以仿造為主，國內(nèi)的研發(fā)能力無法滿足新型鍋爐制造的前沿技術(shù)要求。產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定：大多數(shù)高壓鍋爐管生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品只是達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但不同批次生產(chǎn)的產(chǎn)品甚至是同批次生產(chǎn)的產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)雖在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但指標(biāo)的分散度都比較大，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。大口徑厚壁高壓鍋爐管供應(yīng)問題：通常大口徑厚壁高壓鍋爐管的合金含量都比高，需要從研發(fā)到冶煉直至最終熱處理整套完整的生產(chǎn)體系。 1.1.3高壓鍋爐管供需情況目前國內(nèi)機(jī)組的設(shè)計(jì)能力超出了國內(nèi)需求，但具備有整套配置設(shè)施及相應(yīng)的技術(shù)能力的企業(yè)不多，因此完全解決高技術(shù)含量的大口徑特厚壁高壓鍋爐管的供應(yīng)問題還需要努力3。表1.2 2003-2008年我國高壓鍋爐管產(chǎn)量及進(jìn)出口情況 單位：萬噸近幾年，我國高壓鍋爐管的產(chǎn)量逐年上升，高壓鍋爐管產(chǎn)量從1998年的6.3萬噸提高到2007年的90萬噸（2008年受國際金融危機(jī)影響產(chǎn)量有所下降）。1998年以前，我國高壓鍋爐管進(jìn)口比例高達(dá)60%，主要依賴進(jìn)口，尤其是高合金管和大口徑管進(jìn)口比例更高達(dá)85%。到2007年，進(jìn)口高壓鍋爐管18萬噸，進(jìn)口比例降至19%。2003-2008年我國高壓鍋爐管產(chǎn)量及進(jìn)出口情況詳見表1.2。隨著產(chǎn)能擴(kuò)大，目前高壓鍋爐管市場總體供大于求，尤其是碳鋼管已嚴(yán)重供大于求，普通合金管也有過剩，但部分品種高合金管還不能完全滿足國內(nèi)需求，每年仍有近20萬噸左右的高附加值的高壓鍋爐管進(jìn)口。1.1.4高壓鍋爐管發(fā)展趨勢火力發(fā)電機(jī)組的效率主要取決于機(jī)組的參數(shù)，參數(shù)越高，機(jī)組效率越高，而高壓鍋爐管是提高機(jī)組效率的關(guān)鍵。總體來說，隨著火力發(fā)電向更高參數(shù)的發(fā)展，鍋爐的溫度和壓力越來越高、管道工作環(huán)境越來越苛刻、管道尺寸不斷增加，因此需要高合金高壓鍋爐管的量越來越大，對管材承壓耐溫及材質(zhì)的要求越來越高，對管材的精度要求也更為苛刻。專家預(yù)測，我國“十一五”后期及“十二五”期間電力發(fā)展將趨于平穩(wěn)，發(fā)電裝機(jī)容量的增長率平均可保持在8%左右，以2008年發(fā)電裝機(jī)容量為基數(shù)，按每年增加8%可計(jì)算出2009-2015年新增裝機(jī)容量平均增長5500萬kW/年，再考慮1.1億kW的落后機(jī)組淘汰新建和約10%的整套鍋爐出口，可推算出2010-2015年國內(nèi)的鍋爐發(fā)電機(jī)組的產(chǎn)量平均仍將保持在6000萬kW/年左右的增長。按照100t/萬kW高壓鍋爐管計(jì)算，并考慮到15%的電站安裝與維修及其他消費(fèi)，今后幾年對高壓鍋爐管的需求量仍將在70萬噸左右。綜上所述，目前我國高壓鍋爐管產(chǎn)量已供大于求，國內(nèi)無縫鋼管企業(yè)可以生產(chǎn)供給國內(nèi)95%以上品種的高壓鍋爐管需求，但由于超臨界、超超臨界和更新的機(jī)組對鋼種及規(guī)格提出更高的要求，要完全替代進(jìn)口，國內(nèi)無縫鋼管企業(yè)還需要努力追趕。1.1.5總結(jié)由于我國鋼管生產(chǎn)技術(shù)裝備水平的顯著提高，具有先進(jìn)技術(shù)水平的(短流程)鋼管生產(chǎn)工藝(煉鋼/精煉連鑄管坯連軋管)在鋼管生產(chǎn)企業(yè)大力推廣，鋼管產(chǎn)品的質(zhì)量普遍接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平，產(chǎn)品覆蓋了石油、化工、鍋爐、煤炭、汽車、船舶、電站以及軍工、航空、航天、核能、鋼結(jié)構(gòu)等行業(yè)和領(lǐng)域，同時(shí)還部分出口；還有一批具有高附加值、高技術(shù)含量的產(chǎn)品，如特殊扣套管、高鋼級鍋爐管、鉆桿等產(chǎn)品正在開發(fā)或在批量試生產(chǎn)中，不久將替代進(jìn)口產(chǎn)品。1.2建廠可行性和必要性分析1.2.1國內(nèi)市場調(diào)查、研究與預(yù)測從總量看，我國無縫鋼管市場目前供求已基本平衡或略微供大于求。但從品種、規(guī)格看，目前高質(zhì)量、大規(guī)格（厚壁管）的無縫鋼管仍有缺口，需要從國外進(jìn)口，尤其是油井管和高壓鍋爐管（核電用管）及高鋼級（耐腐蝕）的輸送管線管4。2009年世界經(jīng)濟(jì)仍將保持復(fù)蘇及良好運(yùn)行，繼續(xù)拉動對鋼鐵產(chǎn)品的需求，鋼管保持出口旺盛的態(tài)勢。特別是出口退稅并未涉及出口量較大的石油天然氣輸送和鉆探用無縫鋼管，出口仍將保持快速增長。中國經(jīng)濟(jì)仍將保持較高的增長速度，“十一五”期間，中國能源需求強(qiáng)勁是中國鋼管發(fā)展的直接動力和間接動力。預(yù)測2011年將消費(fèi)2533億t標(biāo)煤，“十一五”期間能源建設(shè)將投資3.5萬億元，到2020年，我國能源工業(yè)累計(jì)投資將達(dá)到10萬億元。其中，2020年煤炭生產(chǎn)能力將達(dá)到28億t，年均投資700億元;2011年石油產(chǎn)量將達(dá)到1.8億t，年均投資500億元;天然氣產(chǎn)量達(dá)到1100億元，年均投資300億元。據(jù)此預(yù)計(jì)內(nèi)市場無縫鋼管需求仍十分旺盛，特別是石油石化、電力行業(yè)的快速發(fā)展，仍將對無縫鋼管具有穩(wěn)定的需求5?；痣娫O(shè)備用鋼管年平均100t/萬kw左右，規(guī)格161066mm，壁厚1130mm，合金比60%70%，圖1.2所示為20012007年高壓鍋爐管銷售量及進(jìn)出口量，從圖6可以看出近3年市場銷售量變化不大。在2007年進(jìn)口鋼管中鍋爐管占34.74%，進(jìn)口的品種、規(guī)格主要是大直徑、厚壁管及國內(nèi)生產(chǎn)有難度的產(chǎn)品（如T/P24、T/P92、T/P122、T/P911、VM12、TP347HFG等）。圖1.2 2001-2007年我國高壓鍋爐管銷售量及進(jìn)出口量情況1.2.2建廠選址及其可行性分析(1) 廠址地理自然條件包頭地處渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)與黃河上游資源富集區(qū)交匯處，北部與蒙古國接壤，南臨黃河，東西接沃野千里的土默川平原和河套平原，陰山山脈橫貫中部。包頭境內(nèi)有陰山山脈的大青山、烏拉山（以昆都侖河為界），山峰平均海拔2000米，最高峰海拔2324米。全市由中部山岳地帶、山北高原草地和山南平原三部分組，呈中間高，南北低，西高東低的地勢。黃河流經(jīng)包頭市境內(nèi)214公里，公路、鐵路兩橋并行飛架黃河南北。包頭屬半干旱中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫 6.4，年降水量310mm。(2) 交通、運(yùn)輸狀況包頭是連接中國華北、西北的重要交通樞紐，現(xiàn)已基本形成了鐵路、公路、航空綜合交通網(wǎng)絡(luò)。其中貫通華北、西北地區(qū)的大動脈京包、包蘭鐵路、包神鐵路在包交匯，東行可連北京，西行可連蘭州，南行可連太原、西安、上海、寧波等地，交通運(yùn)輸非常便利。(3) 水、土地資源狀況充足的水資源是包頭經(jīng)濟(jì)賴以發(fā)展的重要條件。黃河流經(jīng)包頭境內(nèi)214公里，水面寬130米到458米，水深1.6米到9.3米，平均流速為每秒1.4米，最大流量每秒6400立方米，年平均徑流量為260億立方米，是包頭地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的主要水源。此外，艾不蓋河、哈德門溝、昆都侖河、五當(dāng)溝、水澗溝、美岱溝等河流，水流量可觀，也是可以利用的重要水資源。包頭可利用地表水總量為0.9億立方米（不包括黃河過境水）。地下水補(bǔ)給量為8.6億立方米。包頭土地總面積27768平方公里，其中，山地占14. 49，丘陵草原占75.51，平原占10。已開發(fā)和利用的土地中，市區(qū)面積為140.5平方公里；耕地面積占土地面積比重14.3；森林面積149.2千公頃，草原面積2086.5千公頃。(4)能源條件包頭的礦產(chǎn)資源具有種類多、儲量大、品位高、分布集中、易于開采的特點(diǎn)，尤以金屬礦產(chǎn)得天獨(dú)厚，其中稀土礦不僅是包頭的優(yōu)勢礦種，也是國家礦產(chǎn)資源的瑰寶。已發(fā)現(xiàn)礦物74種，礦產(chǎn)類型14個(gè)。主要金屬礦有：鐵、稀土、鈮、鈦、錳、金、銅等30個(gè)礦種，6個(gè)礦產(chǎn)類型。非金屬礦有：石灰石、白云巖、脈石英、螢石、蛭石、石棉、云母、石墨、石膏、大理石、花崗石、方解石、珍珠巖、磷灰石、鉀長石、珠寶石、紫水晶、芙蓉石、銅蘭、膨潤土、高嶺土、增白粘土、磚瓦粘土等40個(gè)礦種。能源礦有：煤、油頁巖等。內(nèi)蒙古地區(qū)預(yù)測煤炭儲量達(dá)12250億噸，居全國第二位。包頭地區(qū)有著良好的煤電產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)，豐富的賦存和易于開采的煤炭資源。穩(wěn)定的煤源保證了電力的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，蒙西電網(wǎng)覆蓋自治區(qū)中、西部地區(qū)，供電面積占自治區(qū)域的56%。十一五期間，電力投資又形成了相當(dāng)規(guī)模的新增生產(chǎn)能力6。綜上各條件，在包頭這個(gè)西部的中心地帶建設(shè)鍋爐鋼管廠，不僅可以為當(dāng)前鍋爐管業(yè)的巨大市場需求提供服務(wù)，又可合理利用包頭本地以及周邊地區(qū)的有效物產(chǎn)資源，還可解決當(dāng)?shù)孛裆蜆I(yè)問題，選擇包頭地區(qū)作為建廠的廠址是當(dāng)前形式之所需，更合乎客觀真理。第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)、產(chǎn)品品種及工藝流程的確定2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)以包頭地區(qū)為廠址選擇，設(shè)計(jì)一個(gè)年產(chǎn)量為30萬噸的180無縫鋼管廠，其中規(guī)格為2198的Q345B高壓鍋爐管，占年產(chǎn)量的8%。2.2產(chǎn)品方案的編制2.2.1產(chǎn)品大綱的制定原則及編制產(chǎn)品方案是設(shè)計(jì)任務(wù)書中的主要內(nèi)容之一，是進(jìn)行車間設(shè)計(jì)時(shí)制定產(chǎn)品生產(chǎn)工藝過程、確定軋機(jī)組成和選擇各項(xiàng)設(shè)備的主要依據(jù)。產(chǎn)品方案一經(jīng)確定，車間的類型及其性質(zhì)即已確定7。(一) 制定原則： 國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對產(chǎn)品的要求，根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)各部門對產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量和品種等方面的需要情況，既考慮當(dāng)前的急需，又要考慮將來發(fā)展的需要。 產(chǎn)品的平衡 考慮全國各地生產(chǎn)的布局和配套加以平衡。 建廠地區(qū)的條件、生產(chǎn)資源、自然條件、投資等的可能性。(二) 編制注意以下各點(diǎn)： 滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對軋制產(chǎn)品的需要，特別要根據(jù)市場信息解決某些短缺產(chǎn)品的供應(yīng)和優(yōu)先保證國民經(jīng)濟(jì)重要部門對于鋼材的需要。 考慮各累產(chǎn)品的平衡，尤其是地區(qū)之間的平衡。 考慮軋機(jī)生產(chǎn)能力的充分利用和建廠地區(qū)的合理分工。有條件的要爭取軋機(jī)向?qū)I(yè)化和產(chǎn)品系列化方向發(fā)展，以利用提高軋機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)水平。 考慮建廠地區(qū)資源及鋼的供應(yīng)條件，物資和材料運(yùn)輸情況，逐步完善和配套起我國自己的獨(dú)立的軋鋼生產(chǎn)體系。 要解決產(chǎn)品品種和規(guī)格的老化問題，要適應(yīng)當(dāng)期對外開放、對內(nèi)搞活的新的經(jīng)濟(jì)形勢的需要。要根據(jù)車間工業(yè)設(shè)備的情況，力爭做到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代化，有條件的要考慮生產(chǎn)一些出口產(chǎn)品，走向國際市場。2.2.2 產(chǎn)品大綱的編制表表2.1 產(chǎn)品編制表序號鋼管品種鋼管規(guī)格年成品產(chǎn)量t代表鋼號或鋼 級產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)外經(jīng)（mm）壁厚（mm）長度（mm）1平端套管60.3244.53.220.090001200015000J55,L80,N80,P110,Q125API Spec 5CT2低中壓鍋爐管60.32453.225.001000120003850020GB3087-1999、GB5310-953高壓化肥管602453.225.0100001200018000Q345,15CrMoGB6479-86 GB9948-88 4低溫管道管602453.2025.09000120003150016MnDG 09Mn2VDGGB81635高壓鍋爐管602453.225.0100001250024000Q345BDIN17175CB5310- 85 6船舶用管60.31683.506.509000120003000C10，C20LRGB5132- 857結(jié)構(gòu)管60.32453.2025.010000 1200021500Q345,20Cr，42CrMoASTMA519GB9984- 828管線管60.3219.13.2025.4125001550025000X65API SPEC 5L9一般管60.32453.2025.09000125007450010,20,45, Q345ASTM A53-82合計(jì)60.0244.53.2025.090001550030萬噸2.3 金屬平衡表表2.2 金屬平衡表編號 產(chǎn)品 原料重量/kg 成品重量/kg 燒損/% 切損/% 軋廢/% 金屬消耗系數(shù)/% 1 平端套管 436.5870.3 377.2752.0 2.3 10 1.3 1.022 低中壓鍋爐管 313.8525.8 271.1454.3 2.2 10 1.4 1.063 高壓化肥管 336.8550.1 291.0475.3 1.9 10 1.6 1.024 低溫管道管 307.7627.8 266.2543.1 2.0 10 1.5 1.025 高壓鍋爐管 558.91802 494.81559 1.8 10 1.7 1.026 船舶用管 333.7925.5 288.4800.6 2.1 10 1.5 1.027 結(jié)構(gòu)管 371.3899.4 320.4776.1 2.4 10 1.3 1.018 管線管 328.0611.6 283.4528.5 2.2 10 1.4 1.029 一般管 313.5591.6 271.1511.7 1.8 10 1.7 1.02（由上述表格，成材率平均約為86.3%）2.4高壓鍋爐管的技術(shù)要求(1)尺寸允許偏差 （如下表3.3）表3.3 高壓鍋爐管尺寸偏差表鋼管編號部位實(shí) 測 結(jié) 果GB5310-95允許偏差實(shí)測值偏差率2外徑157.8158.3-0.750.44外徑：D1%(157.4-160.6mm)壁厚：(18-23mm)壁厚20.121.8+0.5+93外徑157.6158.9-0.880.66壁厚20.121.3+0.5+6.5(2)交貨狀態(tài)鋼管應(yīng)進(jìn)行熱處理后交貨(3)力學(xué)性能76mm，S14mm的鋼管做縱向沖擊試驗(yàn)；219mm，S25mm的鋼管可做橫向力學(xué)性能試驗(yàn)來代替縱向力學(xué)性能試驗(yàn)。交貨時(shí)鋼管的力學(xué)性能應(yīng)當(dāng)符合下表所示的要求。表3.4 高壓鍋爐管交貨時(shí)力學(xué)性能表(4)工藝性能每根鋼管均應(yīng)當(dāng)做水壓試驗(yàn)或用渦流探傷代替。20400mm:D 40mm 做壓扁試驗(yàn)D 8mm 可做擴(kuò)口試驗(yàn)(5)其他技術(shù)要求低倍檢測：鋼管橫截面酸浸面上不得有肉眼可見的白點(diǎn)、雜質(zhì)和氣泡等。非金屬夾雜物：按照GB10561中JK評級圖，其A、B、C、D各類夾雜物級別應(yīng)不大于2.5級。實(shí)際晶粒度：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼成品鋼的實(shí)際晶粒度應(yīng)不小于4級，兩試片上最大和最小級差不大于3。2.5工藝流程的確定來料管坯鋸切環(huán)形加熱爐管坯埸除熱定心斜軋穿孔芯棒插入高壓水除鱗芯棒上料MPM軋制潤滑/冷卻脫管入庫切頭尾人工檢查管坯運(yùn)輸冷卻再加熱（可無）探傷張力定減徑矯直鋼管冷卻管排鋸定尺第三章 軋制表計(jì)算3.1軋制表編寫概況在熱軋無縫管生產(chǎn)中，軋制表是計(jì)算軋制過程變形工序主要參數(shù)的表格，它是軋管工藝工程的基礎(chǔ)。軋制表任務(wù)就是要在優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低消耗的前提下，正確選擇所生產(chǎn)鋼管的工藝過程的主要參數(shù)，其中包括：工藝過程和各種機(jī)架變形的分配及經(jīng)各機(jī)架軋后的鋼管尺寸；主要工具尺寸；軋機(jī)調(diào)整參數(shù)，確定機(jī)組的速度制度；必要時(shí)校核各機(jī)架強(qiáng)度、電機(jī)能力、機(jī)組生產(chǎn)率等7。軋制表的編制步驟：根據(jù)成品鋼管技術(shù)條件選定工藝過程并分配各道次的變形量；計(jì)算各軋機(jī)軋后鋼管的尺寸，選定相適應(yīng)的工具，確定調(diào)整參數(shù)，確定機(jī)組的速度制度；必要時(shí)校核各機(jī)架強(qiáng)度、電機(jī)能力、機(jī)組生產(chǎn)率等。軋制表的編制原則：編制軋制表總的原則是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多品種、低消耗。具體內(nèi)容如下：(1)合理分配各架軋機(jī)上的變形量，使得穿孔機(jī)、軋管機(jī)和減徑機(jī)負(fù)擔(dān)平衡 (2)盡量采用較少的管坯規(guī)格和最少的工具來完成軋制計(jì)劃。(3)根據(jù)變形理論合理選擇各架軋機(jī)的變形制度和相應(yīng)的軋機(jī)變形參數(shù)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)力。(4)合理選擇管坯尺寸，管坯尺寸應(yīng)根據(jù)毛管外徑來選擇，圓管坯直徑應(yīng)接近于毛管外徑，一般管坯直徑與毛管外徑之差在（510）范圍內(nèi)。(5)了解制管材料的特性以及工藝過程和變形制度對管材力學(xué)性能、物理性能和工藝性能的影響，以便高性能的產(chǎn)品。3.2 2198管軋制表計(jì)算(1) 成品管熱尺寸：成品公差： 外徑：Dc=DG(1+t)=219(1.011.013)=221.19mm (3.1)壁厚：Sc=SG(1+t)=8(1.011.013)=8.08mm內(nèi)徑：dc=Dc-2Sc=221.19-28.08=205.03mm (3.2)上式中 DG、SG成品管相應(yīng)的外徑、壁厚； 熱膨脹系數(shù)，（1+t）的值與金屬的終軋溫度有關(guān)，一般取在1.011.013之間。(2) 定徑前荒管尺寸確定由定徑出來的鋼管外徑Dj和壁厚Sj是成品管的熱尺寸。鋼管外徑： Dj=Dc=221.19mm (3.3)軋后壁厚： Sj=Sc=8.08mm (3.4)管子內(nèi)徑： dj=Dj-2Sj=221.19-28.08=205.03mm (3.5)減徑量： Dj=Dz-Dj=255-221.19=33.81mm (3.6)減徑率： j=Dj/Dz=（33.81/255）100%=13.26% (3.7)來管壁厚： Sz=10mm (取)。 (3.8)減壁率： =Sj/Sz=19.2% (3.9)減徑機(jī)延伸系數(shù)： (3.10)(3) 脫管機(jī)入口管直徑：266mm 入口管壁厚：4.025.0mm出口管直徑：255mm 出口管壁厚：4.125.1mm(4) 連軋管機(jī)外徑： Dz=266mm (3.11)軋后內(nèi)徑： dz=Dz-2Sz=266-210=246mm (3.12)連軋管芯棒直徑： z=244mm (3.13)式中為芯棒管內(nèi)徑之間隙，取13mm。連軋管機(jī)延伸系數(shù)：z=2.72 (3.14)(5) 穿孔機(jī)穿后毛管內(nèi)徑： dm=z+m=244+10=254mm (3.15)其中，z為連軋管芯棒直徑，m取512mm。 毛管外徑Dm取304mm。毛管壁厚： Sm=25mm (3.16)穿孔機(jī)頂頭直徑：m=mm (3.17)Km為軋制量取（2.04.0）%。穿孔機(jī)延伸系數(shù)：m=(6) 管坯管坯直徑： dp=Dm/1.12=304/1.12=271.42mm (3.18)那么管坯直徑選擇270mm。管坯長度：lp=LGmm (3.19)第四章 MPM連軋機(jī)孔型設(shè)計(jì)及定減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)4.1 2198連軋機(jī)孔型設(shè)計(jì)(1) 選定孔型系統(tǒng)目前，在孔型選擇上，橢圓、橢圓圓和圓孔型均有應(yīng)用。這里，我們5架采用橢圓、橢圓圓系統(tǒng)8。連軋管總延伸系數(shù)z為：z=Fm/Fz=(Dm2-dm2)/(Dz2-dz2)=(3042-2542)/(2662-2462)=2.72總減壁量Sz為：Sz=Sm-Sz=25-10=15mm (4.1)式中 Fm、Dm、Sm分別為毛管斷面積、外徑和壁厚； Fz、Dz、Sz分別為軋后荒管斷面積、外徑和壁厚。(2) 將延伸系數(shù)分配在五機(jī)架上，每一架max應(yīng)小于1.6.根據(jù)MPM五機(jī)架連軋的特點(diǎn)滿足z=1235 (4.2)選擇1=1.41 2=1.32 3=1.28 4=1.1 5=1.038(3) 按孔型頂部減壁量分配假設(shè)后架側(cè)壁處的管子壁厚近似等于前架頂部的管子壁厚。Sz=S1+S3+S5 (4.3)Sz=S2+S4 (4.4)根據(jù)包鋼內(nèi)部鋼管設(shè)計(jì)資料公式： (4.5) (4.6)由上式得：S5=10mm S4=10mm 把上式(4.5)、(4.6)取對數(shù)：令：則：Cs1+Cs3+Cs5=1Cs2+Cs4=1 (4.7)式中 Si某機(jī)架孔型頂部減壁量；Si某機(jī)架孔型頂部壁厚；Sm來料毛管壁厚；Sz軋后荒管壁厚。參數(shù)分配Cs1=0.525；Cs2=0.733；Cs3=0.434；Cs4=0.267；Cs5=0.041由式(4.7) 得S3=10.38mm 得S2=12.77mm 得S1=14.88mm(4) 確定各架孔型高度求得各道槽底壁厚即可計(jì)算孔型高ax，芯棒直徑已選定。ai=m +2Si+hi (4.8)式中 m芯棒直徑；ai、Si該架孔型高度和孔型頂部壁厚；hi 該架孔型的輥縫。a1 =m+2S1+h1=244+214.88+8=281.76mm a2 =m+2S2+h2=244+212.77+5=254.54mma3 =m+2S3+h3=244+210.38+5=269.76mma4 =m+2S4+h4=244+210+5=269mma5=m+2S5+h5+Z=244+210+5+2=271mmZ為芯棒與管內(nèi)徑之間隙，取13mm。(5) 確定各架孔型寬度bi=Giai (4.9)式中 bi該機(jī)架孔型寬度；Gi寬高比；ai該機(jī)架的高度。b1=G1a1=1.2281.76=338mmb2=G2a2=1.25254.54=318mmb3=G3a3=1.24269.76=334.5mmb4=G4a4=1.1269=296mmb5=G5a4=1.06271=287mm(6) 圓弧側(cè)壁半徑按下式計(jì)算 (4.10)式中 孔型兩側(cè)開口角；=345.5mm=435.7mmmmmmmm（7）確定各軋輥孔型的孔型半徑R，偏心距e和其他尺寸 （4.11）將 ，代入上式可得數(shù)值如下表第i機(jī)架孔型寬度，mm孔型高度，mm孔型半徑R,mm1338281.76 343.61 2318 254.54 325.91 3334.5 269.76 342.27 4296 269 297.36 5287 271 287.47 (8) 確定孔型其它尺寸第一架軋輥槽底的最小直徑：Dmin=D-a1+h1=630-282+8=356mm； (4.12)孔型開口角第1、2架取45，35架取30；輥縫hi第一架取8mm，其它各架取5mm；槽口圓角半徑Ri前3架取20mm，后兩架取10mm。(9) 繪制孔型圖橢圓孔型（第一孔） 圓孔（第五孔）4.2減徑機(jī)的孔型設(shè)計(jì)4.2.1總減徑率通過定減徑機(jī)可以將軋管機(jī)軋制后的鋼管進(jìn)一步延伸變形，使較少規(guī)格的荒管經(jīng)過減徑獲得多種規(guī)格的成品鋼管8。從脫管機(jī)過來的荒管，通過定徑機(jī)軋成要求尺寸的成品管?；墓茉谠偌訜釥t中加熱及高壓水除鱗之后，進(jìn)入定徑機(jī)軋制。定徑機(jī)利用三輥機(jī)架（沒有內(nèi)部工具）將荒管直徑減?。ㄔ谶@種情況下最大為33.5%）。鋼管壁厚的微小變化與直徑減小相協(xié)調(diào)。對266的荒管用定徑機(jī)減徑，根據(jù)所要獲得的成品管的直徑，需要同時(shí)使用3到12個(gè)機(jī)架軋制。當(dāng)少于12機(jī)架時(shí)，要用一些導(dǎo)管和空機(jī)架來輸送鋼管。對于173的荒管要用張減機(jī)軋制，而定徑機(jī)上要裝配導(dǎo)管和孔機(jī)架使荒管空過。本車間共12個(gè)機(jī)架。查看軋制表，典型產(chǎn)品2198，其總減徑率為13.26%。既滿足生產(chǎn)要求，又節(jié)省投資其孔型如圖4.13所示。4.13 定減徑孔型圖4.2.2分配各機(jī)架的單機(jī)減徑率及求出各機(jī)架孔型的平均直徑各機(jī)架孔型平均直徑：=Dz(11/100)=(12/100)=（1-11/100）=(1-12/100) . (4.14)式中：，各孔型平均直徑（mm）； 1， 2各機(jī)架減徑率（%） 根據(jù)軋制表得=255mm，=221.19mm一般定減徑機(jī)按均等分配原則進(jìn)行分配，即第一機(jī)架和成品前一機(jī)架為中間個(gè)機(jī)架的一半，成品機(jī)架減徑率為零。按這樣的分配原則進(jìn)行分配，并將分