5.6mm高壓鍋爐管的開發(fā)畢業(yè)設計

安徽工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）報告紙第80頁共80頁Ф140mm機組裝備條件下Ф54×5.6mm高壓鍋爐管的開發(fā)摘要中國鋼管生產(chǎn)近幾年發(fā)展迅速,已經(jīng)成為最大的鋼管生產(chǎn)國和出口國。但是中國生產(chǎn)的鋼管大部分鋼級較低，高鋼級高壓鍋爐管以及油井管還需進口。因此開發(fā)高鋼級高壓鍋爐管具有重要的現(xiàn)實意義。T91具有優(yōu)越的使用性能，其高溫抗氧化、高溫強度優(yōu)良；抗應力腐蝕、抗熱疲勞性能優(yōu)越。因此是很好的動力鍋爐管材料，國內(nèi)對此的需求量很大，但由于T91鋼管生產(chǎn)難度較大，技術水平要求高，目前國內(nèi)仍需大量進口。本設計是在寶鋼Ф140連軋機組裝備條件下開發(fā)高壓鍋爐管產(chǎn)品，產(chǎn)品的規(guī)格是Ф54×5.6mm，鋼種為T91。本設計的主要內(nèi)容包括生產(chǎn)工藝流程、工藝制度的確定、孔型及變形工具的設計、軋制表編制以及設備強度與電機能力校核。工藝制度主要包括溫度制度、變形制度及有關技術規(guī)程的制定?？仔图白冃喂ぞ叩脑O計主要包括穿孔內(nèi)外變形工具、連軋孔型及張減孔型的設計。軋制表是工藝的核心，本設計確定了坯料規(guī)格(重量和長度)、各變形工序前后軋件的斷面尺寸和變形工具參數(shù)的調(diào)整。在本設計中采用計算機輔助設計繪制軋制工具及孔型圖，并用VB對軋制表進行了編制。關鍵詞：T91；Ф140連軋機組；高壓鍋爐管；軋制表；產(chǎn)品設計DesignofФ54×5.6mmhighpressureboilertubeundertheequipmentconditionsofФ140mmAbstractChinahasbecomethebiggeststeelproducerandexporterbecausesteelproductionhasarapiddevelopmentinrecentyears.However,producedsteeltubeisoflowlevel,andhigh-levelhighpressureboilertubesandoilwelltubesarestillimported.Therefore,developmentofhigh-levelhighpressureboilertubesisofimportantrealisticsignificance.ThetubesofT91gradehavesomesuperiorperformances,includingexcellenthightemperatureanti-oxidationcapacity,hightemperaturestrength,corrosionresistanceandthermalfatigueresistance.Soitisanexcellentmaterialforproducingpowerboilertube,theyhaveagreatdomesticdemandthatT91steeltubesinChina,buttheyhavetobeimportedsomuchbecausetheyrequiresadvancedtechnologyinpracticalproduction.ThisdesignistodevelophighpressureboilertubeproductsbasedonBaoSteelФ140semi-floatingmandrelmill.Theproductspecificationis54×5.6mmTheprocesssystemincludestemperaturesystem,thesystemofdeformationandrelevanttechnicalregulations.Thedesignofrollingschedulesanddeformationtoolincludeperforationanddeformationtools,rollingandzhangminusthegrooveshapedesign.Rollingprocessisthescoreoftheprocesssystem.Thisdesignhasidentifiedthedesignspecification(weightandlength),thedeformationprocessbeforetherolled-piecesectionaldimensionsanddeformationoftheparametersadjustmenttool.WiththeaidofCAD,thedrawingoftherolltoolsandrollpassiscompleted,androllingscheduleisprogrammedbyVB.KeyWords：T91;Ф140mmsemi-floatingmandrelmill;highpressureboilertube;rollingschedule;productdesign畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導教師簽名：日期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名：日期：隨著社會的發(fā)展和不斷進步，鋼管的應用越來越廣泛，在某些高科技術上對鋼管的性能要求也越來越高，如高壓鍋爐等方面，對鋼管的要求極為苛刻。而我國鋼管產(chǎn)量雖然已經(jīng)上去，但是在高技術鋼管生產(chǎn)中與一些國家有一定差距。因此對高技術含量鋼管的研究已經(jīng)迫在眉睫。本設計是在寶鋼Ф140mm連軋機組的裝備條件下設計一個高壓鍋爐管產(chǎn)品，產(chǎn)品的規(guī)格是Ф54×5.6mm，材料是T91。設計主要內(nèi)容包括產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎條件論證，產(chǎn)品的設計要點，軋制表編制及設備的強度和電機能力校核。我國無縫鋼管生產(chǎn)現(xiàn)狀及與國外的差距無縫鋼管被廣泛應用于石油、電站、地質(zhì)、化工、機械、建筑、煤炭、船舶、核能、宇航等各個方面。目前我國已投產(chǎn)及2010年前投產(chǎn)的無縫鋼管機組，共57套，到2010年機組的年總生產(chǎn)能力約816.5萬t。其中連軋管機組占生產(chǎn)能力的50%左右，三輥軋管機組占13.5%，新狄塞爾軋管機組站13%左右，為我國三大主力機組，連軋管機組遙遙領先。從軋機的結構看比較先進的有：天津大無縫的Ф250mm限動芯棒連軋機組、Ф168mmPQF及Ф460mmPQF；寶鋼Ф140mm全浮動芯棒連軋機組；衡陽鋼管廠的Ф89mmMINI-MPM機組及Ф340mm限動芯棒機組；包鋼Ф180mmMINI-MPM機組、鞍鋼Ф140mmMINI-MPM機組以及無錫錫鋼的Ф114mm機組、齊鋼的Ф114mm機組、成都無縫的Ф340mm限動芯棒隨著我國石油工業(yè)的重點轉移，在我國西部的油井開采的難度增加，主要表現(xiàn)在井深增加，井壓加大，對油井管提出了更高的要求，高抗擠壓性、高抗腐蝕性和高的連接強度等。特殊扣油套管、抗腐蝕油套管、新型油套管是薄弱環(huán)節(jié)。最近，國家決定在4個方面對鋼鐵行業(yè)進行重點投資，其中之一就包括了石油用管和高壓鍋爐管。衡鋼目前還不能成系列生產(chǎn)油井管，如鋼級在P110以上的、特殊扣的、非API標準的油井管。另外，我國的電站使用的高壓鍋爐管大都是T91、T91、TP304H等鋼種目前國內(nèi)還不能大量生產(chǎn)，其中Φ159mm以上95%要靠進口。機械加工與能源開發(fā)專用管規(guī)格在Φ219~Φ350mmD/S≤16的中口徑的中厚壁鋼管是缺檔產(chǎn)品，大部分也需要進口。鋼管的實物質(zhì)量如表面缺陷、尺寸精度、鋼質(zhì)純凈度、組織性能均勻性、穩(wěn)定性等與國外先進水平相比也存在差距。我國已加入WTO，全球范圍內(nèi)的鋼管市場競爭壓力越來越大，無縫鋼管市場競爭日趨激烈。鋼管用戶對熱軋鋼管的質(zhì)量要求也越來越高，鋼管的表面質(zhì)量及精度、鋼級實際上已成為影響競爭力的重要指標。高附加值的鋼材品種，包括油井管、大口徑高壓鍋爐管，將受到較大的沖擊。因此，鋼管的高精度軋制已成為各鋼管公司提高鋼管質(zhì)量，拓展產(chǎn)品規(guī)格，滿足用戶需求和立足市場的必要條件。我國無縫鋼管生產(chǎn)存在的問題主要是全行業(yè)發(fā)展不平衡。一直以來外供鋼坯企業(yè)，在鋼管產(chǎn)量猛增的形勢下，國內(nèi)坯料來源大有緩解，但價格仍在高位運行，造成成本增加，給企業(yè)效益增長帶來了難度。小規(guī)格無縫管因其投資少、見效快，一大批民營企業(yè)像雨后春筍般建設起來，他們靠成本低廉、政策靈活之優(yōu)勢與老國企爭奪國內(nèi)無縫管市場，競爭十分激烈。主要技術經(jīng)濟指標尚需進一步改善，以提高在國內(nèi)外市場的競爭力。目前，我國熱軋無縫鋼管（坯-材）成材率85%，視其技術裝備水平不同波動較大，技術先進軋機一般為90%-92%，技術落后軋機僅為80%左右；熱軋無縫管噸管電耗先進軋機為100-150KWh/t，落后軋機為300KWh/t以上；軋機作業(yè)率先進軋機為75%以上，落后軋機為70%以下。國民經(jīng)濟中需求的特殊用途、高附加值、高技術含量鋼管，短期內(nèi)還無法完全滿足需求，尚依賴進口。如特殊扣套管，還有高鋼級高壓鍋爐管、油井鉆桿等仍需部分進口。無縫鋼管同焊管在市場上存在著越來越激烈的競爭。過去人們普遍認為焊接鋼管在質(zhì)量上、安全性上不如無縫鋼管，加上其材質(zhì)一般為普鋼Q235，生產(chǎn)工藝又較簡單，因此成本遠低于無縫鋼管。因其用途僅限于一般民用建筑和低壓流體輸送管道，所以盡管其價格遠低于無縫鋼管，也無法同無縫鋼管爭奪市場。但進入21世紀后，先進的焊管金屬裝備在我國陸續(xù)出現(xiàn)，由于焊接工藝技術的提高，焊縫質(zhì)量發(fā)生了質(zhì)的改善，一些中小規(guī)格焊管，因其質(zhì)量接近或達到無縫管水平，正向原屬無縫鋼管應用領域進軍，例如低中壓鍋爐用管、J55級石油套管以及X70級以下的油、氣管線管等。在過去幾年中，由于各國無縫管生產(chǎn)能力提高，因而鋼管市場競爭加劇，并導致全世界的無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)歷了劇烈的重組和兼并，世界鋼管市場的份額被重新劃分。阿根廷得興集團(Techint)控制的阿根廷西得爾卡(Siderca)于1993年收購了墨西哥的競爭對手湯姆薩(Tamsa)，1996年又收購了意大利競爭對手達爾明(Dalmine)。從而，3家兼并形成了世界上最大的無縫鋼管制造集團———DST集團，該集團1998年度的無縫管產(chǎn)量為211萬t。1997年德國曼內(nèi)斯曼集團與其法國競爭對手瓦魯來克合并了其所屬的無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)，形成年產(chǎn)無縫管能力190萬t的“JV”集團，成為國際無縫鋼管生產(chǎn)行業(yè)的第2大廠家。日本住友金屬工業(yè)公司(SumitomoMetals)同日本的新日鐵、日本鋼管和川畸形成聯(lián)盟，目前該集團在無縫鋼管生產(chǎn)行業(yè)排名第3，市場份額25%。世界范圍內(nèi)無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)合作、重組、兼并的趨勢，至今仍未降溫，統(tǒng)一價格、聯(lián)合銷售成為企業(yè)尋求自身發(fā)展的一條途徑。對此，應給予高度重視?！笆濉逼陂g，中國鋼管產(chǎn)量由1153.10萬t／A上升到2614.11萬t／A，5年間上升1461.01萬t，年均增產(chǎn)鋼管292.2萬t。由于新增能力還在不斷產(chǎn)生，從“十五”初期的生產(chǎn)能力不足已轉為生產(chǎn)能力過剩。5年來，鋼管產(chǎn)量平均以22.46%，表觀消費量平均以19.77%的幅度高速增長。鋼管自給率以2003年為轉折點，2003年以后逐漸呈供大于求的局面，即自給率大于百分之百。中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會指出：管材在鋼材表觀消費總量中的比例2000年為6.61%，2005年為6.42%，變化不大。其中，無縫鋼管由2000年的凈進口3萬T轉為2005年凈出口71.4萬T；焊接鋼管由2000年的凈進口3萬T轉為2005年凈出口124.5萬T。管材在國內(nèi)市場的國產(chǎn)化率已達95.5%。“十五”期間中國鋼管的發(fā)展情況表明：中國鋼管市場已進入供大于求的新階段。無縫鋼管生產(chǎn)的發(fā)展趨勢（1）鋼管規(guī)格向大直徑方向發(fā)展為提高我國石化產(chǎn)品的國際市場競爭能力，生產(chǎn)裝置的大型化和現(xiàn)代化是石化工業(yè)發(fā)展的主要趨勢和重要特征之一，與這一趨勢相適應的鋼管規(guī)格也趨于大型化，如近幾年所需的鋼管規(guī)格逐步由Φ159mm、Φ168mm過渡到Φ219mm和Φ273mm，同時各種相應的工藝管線也由Φ219mm和Φ273mm向Φ325mm甚至更大直徑發(fā)展。（2）鋼管幾何尺寸向高精度方向發(fā)展鋼管幾何尺寸的精確度直接關系到壓力管線焊接質(zhì)量的高低，關系到鋼管的使用壽命。目前國外的熱交換設備使用周期長于國產(chǎn)設備，其主要原因就是鋼管精度普遍較高。因此，進一步提高國產(chǎn)鋼管的幾何尺寸精度也是十分重要的。（3）鋼管性能向耐低溫、耐腐蝕方向發(fā)展我國目前已成為原油進口大國，年進口原油達8000萬t以上，且原油來源廣泛，其成分復雜，含水、硫化物嚴重，因此，要求所使用鋼管的抗蝕性能越來越高；由于乙烯深冷分離工藝的不斷完善，其低溫溫度由-101℃發(fā)展到-170℃，由此對鋼管的耐低溫性能提出了更加嚴格的要求。由于對油品質(zhì)量要求的提高，需要建設的制氫、重整、加氫精制、加氫改制和加氫裂化等臨氫裝置增多，所以，解決鋼管耐氫腐蝕問題尤為重要。由于上述的這些特殊性能要求，促使石化工業(yè)用管向大直徑、高精度和高純凈度鋼質(zhì)方向發(fā)展。尤其要最大限度地減小鋼中有害元素及雜質(zhì)對鋼管強度、韌性和耐蝕性的影響。焊接鋼管與無縫鋼管協(xié)調(diào)發(fā)展世界上焊接鋼管與無縫鋼管均以各自的優(yōu)勢占據(jù)著各自的市場份額。兩者在共同的適用范圍內(nèi)相互競爭，同時在品種上又相互補充。競爭促進了鋼管質(zhì)量的提高和成本的降低。目前無縫鋼管和焊接鋼管的新工藝、新技術的發(fā)展增強了各自的生命力，在很多領域無縫鋼管不能被焊接鋼管或其他管材所取代；同樣焊接鋼管也不能被無縫鋼管或其他管材所取代。在我國兩者應該是協(xié)調(diào)發(fā)展，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。隨著天然氣管線和城市管網(wǎng)的大規(guī)模敷設，根據(jù)國家有關規(guī)劃部門的統(tǒng)計預測，大中口徑的焊接鋼管需求量將大幅度增加。至2010年各類管線，包括天然氣管線(含城市管網(wǎng))、原油及成品油輸送管線、水煤漿及其他部分管線的管材總需求量約為3100萬t，其中大口徑直縫焊管約占28.7%。隨著石油、天然氣工業(yè)的發(fā)展，對油井管和管線管品質(zhì)要求越來越高。焊管技術的飛躍發(fā)展已為生產(chǎn)高要求焊接鋼管打下基礎，目前已可生產(chǎn)出壁厚精度、外形尺寸精度更高的薄壁焊接鋼管?？傊?，“十一五”期間，我們必須充分重視焊接鋼管的發(fā)展，重點開發(fā)與研究大中口徑的專用直縫焊接鋼管品種，加大淘汰落后工藝裝備的力度。T91鋼的介紹T91鋼種是美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）和燃燒工程公司共同研究開發(fā)的綜合性能優(yōu)良的動力工程鍋爐用鐵素體耐熱鋼，主要應用于主蒸汽管道再熱蒸汽管道熱端及其它高溫承壓設備它是在9Cr1Mo的基礎上通過添加VNb(鈮主要用于合金中如不銹鋼中,少量的鈮可防止晶間腐蝕)N等元素進行微合金化，從而在晶界及晶內(nèi)生成了大量形狀復雜的Nb(C,N)V(C,N),它在高溫塑性變形過程中比簡單的球形析出物更能有效地阻礙位錯的運動另外,翼狀析出物增大了捕獲位錯的幾率,因而較大地提高了持久強度和抗蠕變性能[1]，同時保持了原9Cr1Mo(鉻,質(zhì)硬且脆,抗腐蝕,只以化合狀態(tài)存在;鉬，不銹鋼中加入鉬，能改善鋼的耐腐蝕性。在鑄鐵中加入鉬，能提高鐵的強度和耐磨性能)鋼的優(yōu)良的抗高溫腐蝕性能[2]與奧氏體鋼相比，它具有比奧氏體不銹鋼更低的熱膨脹系數(shù)和較高的導熱系數(shù)。目前國內(nèi)鍋爐制造企業(yè)所需T91鋼管主要由國外供貨，但是供貨期長，且價格昂貴，嚴重制約了我國電力行業(yè)的發(fā)展，影響了我國的經(jīng)濟發(fā)展速度因此，迫切需要T91鋼管的國產(chǎn)化目前國內(nèi)只有內(nèi)蒙古北方重工等少數(shù)廠家通過鍛造鏜孔的方法制造出了符合標準的T91，但該方法生產(chǎn)效率不高，成才率低，資源浪費較嚴重，而通過穿孔熱軋方法生產(chǎn)中口徑T91鋼管在國內(nèi)還沒有廠家能夠生產(chǎn)我公司經(jīng)過前期的精心準備，從煉鋼到軋管到熱處理，一次成功，已評定的各項性能均滿足標準要求成分CSiMnSPCr含量0.08~0.120.20~0.500.30~0.60≤0.010≤0.0208.00~9.50成分MoVNbNNiAl含量0.85~1.050.18~0.250.06~0.100.03~0.07≤0.040≤0.020T91鋼在1983年列入ASME和ASTM標準前后幾年，各國基本上處在試用階段。起初用在老電站過熱器維修更換鋼管，后來逐步在新建電廠中試用，到80年代末90年代初開始得到廣泛采用。世界上幾個主要的鋼管商：德國曼內(nèi)斯曼、日本住友、法國瓦魯?？?、美國萬門格登公司生產(chǎn)的T91鋼管，已在20個國家和地區(qū)數(shù)十座電站的上百臺機組的鍋爐過熱器、再熱器上采用。到目前為止，電廠中最早試用的T91鋼管已運行20多年，可以說是一種較成熟可靠的鋼種[23]。由于T91鋼的優(yōu)異性能，特別在高溫下有較高的蠕變和持久強度及許用應力，因而可以減小管子壁厚，降低成本。我國200MW和300MW的老機組鍋爐大部分使用的是T22、12Cr1MoV和鋼102等鋼材，由于超高溫而造成的爆管現(xiàn)象較普遍，一些電廠在鍋爐改造中換成TP347H和TP304H不銹鋼管，不僅成本高(TP347H的價格是T91鋼管的2倍)，而且這類未穩(wěn)定化的奧氏體鋼容易產(chǎn)生應力腐蝕而發(fā)生爆管。從性能和經(jīng)濟性方面考慮，T91鋼是較理想的鍋爐替代材料。由于T91鋼有優(yōu)良的特性，但是T91鋼管生產(chǎn)難度較高，一些技術難點并未很好解決，因此國內(nèi)還沒有形成大批量的生產(chǎn)能力，如大冶特殊鋼股份無縫管廠進行了多次的試制生產(chǎn)。但是，由于穿孔頂頭耗損嚴重、毛管內(nèi)折和三輥軋后荒管外表面裂紋等問題嚴重，至今未能大規(guī)模生產(chǎn)[7]。雖然寶山鋼鐵股份公司鋼管分公司于1999年初開始研制T91高壓鍋爐管，并先后經(jīng)歷了鋼種試制、產(chǎn)品試軋、性能評定、批量生產(chǎn)等階段，現(xiàn)已形成了批量生產(chǎn)和供貨能力[8]，一定程度上緩解了國內(nèi)的需求，但大量的T91高壓鍋爐管仍需依賴進口。然而可以預計，隨著技術難關的突破，T91高壓鍋爐管不久將在我國形成大批量生產(chǎn)。全浮動芯棒連軋管機的工藝特點全浮動芯棒連軋管機由于在軋制時不控制芯棒速度，因此在整個軋制過程中，芯棒速度多次變化。例如，在一臺8機架的連軋管機上，當金屬進入第一機架時，芯棒在摩擦力作用下，以接近第一機架的軋制速度運行；當金屬進入第二機架時，芯棒速度就要改變，以第一和第二機架軋制速度之間的某個速度運行；當進入第三機架時，則芯棒速度已變?yōu)榈谝?、第二和第三機架軋制速度之間的某個速度，依次類推，直至進入第八機架，芯棒速度便經(jīng)過了8次變化，以1~8機架間的某個速度運行，進入一個相對穩(wěn)定的軋制階段。在此階段，前面機架的軋制速度比芯棒速度慢（稱為滯后機架），后面機架的軋制速度比芯棒速度快（稱為導前機架），如果中間某個機架的軋制速度恰好與芯棒運動速度相同則稱為同步機架。隨后當金屬逐漸從有關機架中軋出時，芯棒速度再一次進入變化階段。如金屬從第一機架中軋出，則芯棒速度變化為2~8機架間的某個速度；當金屬由第二機架軋出，則芯棒速度又變?yōu)榈谌恋诎藱C架間的某個速度，如此類推，直至金屬從第八架軋出為止。由上可以看出，在鋼管的軋制過程中，芯棒的速度至少要變化15次，芯棒速度的變化將導致金屬流動條件的改變。全浮動芯棒連軋管機由于軋制過程中芯棒速度改變而使金屬流動條件發(fā)生變化，因金屬流動的不規(guī)律性而引起鋼管縱向的壁厚和直徑變化，使成品管的尺寸精度始終不如限動芯棒軋機。此外，芯棒長度大（如寶鋼Φ140mm連軋管機所軋鋼管長33m，芯棒長達29.5m），一則制造困難，再則當軋制直徑較大的鋼管時，如此長的芯棒重量也很大（如Φ140mm、長29.5m的芯棒重達3.5t），鋼管帶著過重的芯棒在輥道上運行將會導致鋼管損壞。故目前全浮式芯棒連軋管機均用于小型機組，所生產(chǎn)的鋼管最大直徑為177.8mm。無縫鋼管生產(chǎn)的進展方向近年來，在世界范圍內(nèi)新建的無縫鋼管生產(chǎn)機組數(shù)量在不斷減少，但無縫鋼管生產(chǎn)技術卻仍有許多新的發(fā)展。綜合來看，為適應不斷提高的市場要求，無縫鋼管生產(chǎn)新技術的開發(fā)主要針對如下兩個主要目標而做了大量的工作，即：(1)以節(jié)能為目標而進行的工藝改進。如采用倍尺加熱的步進式加熱爐、采用在線熱處理等新技術；(2)以提高產(chǎn)品質(zhì)童為目標而開發(fā)的新工藝及新設備。如采用錐形輥穿孔機.PQF連軋管機、三輥可調(diào)式定徑機、開發(fā)先進的質(zhì)量自動控制技術和先進的檢測儀表等。無縫鋼管生產(chǎn)技術的新進展主要表現(xiàn)在如下幾個方面：1）采用步進式加熱爐及旋轉式熱鋸機；2）采用錐形輥穿孔機；3）限動芯棒連軋管機得到大力發(fā)展，并開發(fā)出QF連軋管機；4）少機架限動芯棒連軋，機組(Mini-MPM)得到發(fā)展；5）開發(fā)出三輥可調(diào)式限動芯棒連軋管機；6）張減機定徑機的三輥可調(diào)技術及快速換輥技術的開發(fā)；7）三輥單獨可調(diào)式定徑機組的開發(fā)；8）三輥同步可調(diào)式張減/定徑機的開發(fā)；9）軋輥快速拆裝技術；10）開發(fā)節(jié)能技術；11）開發(fā)先進的鋼管質(zhì)量自動控制技術。本文設計的主要內(nèi)容及方法思路設計的主要內(nèi)容包括產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎條件論證，產(chǎn)品的設計要點，軋制表編制，設備的強度和電機能力校核及產(chǎn)品熱軋小時產(chǎn)量計算等。產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎條件論證主要是生產(chǎn)設備、檢測設備、質(zhì)量控制系統(tǒng)。產(chǎn)品的設計要點主要是確定生產(chǎn)工藝流程、工藝制度（包括變形溫度和變形制度）以及相關的變形工具的選擇，同時確定軋機調(diào)整參數(shù)。軋制表是工藝的核心，軋制表編制主要確定坯料規(guī)格（重量和長度）、各變形工序前后軋件斷面尺寸、軋機的調(diào)整參數(shù)、延伸系數(shù)、工具的主要尺寸和頂桿的配置。設備的強度及電機能力校核，主要是對119主孔的校核和電機能力校核。本設計是在寶鋼鋼管公司140連軋機組裝備條件下的產(chǎn)品開發(fā)，根據(jù)140現(xiàn)有的設備條件完成54×56mm，T91產(chǎn)品設計工藝流程及相關變形工具和調(diào)整參數(shù)、編制軋制表、校核設備及電機能力。環(huán)形加熱爐管坯規(guī)格：Φ178mm860-4500mm長管坯基準值：Φ178mm×3900mm(長)735公斤送料溫度：20管坯出口溫度：1280℃(對基準管坯溫差：±10爐子重量：160T/h(對基準管坯)爐子尺寸：爐底中徑3500mm爐底寬4500mm爐膛凈寬5000mm從爐底到吊爐頂?shù)膬舾?000mm2500mm3000mm裝爐量：單排380根爐底上料槽數(shù)：391個穿孔機(帶狄舍爾導盤) 傳動方式：每一軋輥直接通過萬向接軸及減速機傳動的(雙傳動裝置)傳動馬達二只額定功率：每輥2600kw最大功率：每輥6500kw基本轉速：30rpm接電率：60%可調(diào)范圍：50-230rpm電軸范圍230-440rpm磁場調(diào)節(jié)范圍持續(xù)轉矩：30T-M沖擊轉矩：80T-M軋輥傾角：5-15°無級調(diào)整工作輥直徑：1000-1150mm軋輥輥面寬度：670mm減速比：i=1:1.9166傳動轉速：30-120-208rpm額定傳動轉速：120rpm狄舍爾導盤直徑：1847-1697mm導盤轉距：1360kg-m馬達轉速：0-55rpm導盤轉速：最大25rpm六機架空心坯減徑機機架數(shù)：6架(三輥式)機架間距：460mm最大第一孔直徑：196mm最小出口管直徑：Φ141.5mm理想軋輥直徑：Φ500mm最大軋制力：35000kg最大軋制力矩：6000kg·m傳動功率：N=1600KWn=750RPM出料速度：約1.5m/s八機架連軋機機架數(shù)8架(二輥)機架間距1000mm容許軋制力300T每100T負荷機架彈跳值最大0.2m傳動功率與轉速機架1-2每臺N=2200kwn=150rpm機架3-6每臺N=2600kwn=230rpm機架7-8每臺N=1300kwn=230rpm最大鋼管出口速度7.87m/s軋輥直徑470-600mm再加熱爐加熱爐常見的爐型有：斜底式、步進式和直通式感應爐三種，各有其特點，設計采用步進梁式爐，其優(yōu)點是：①機械化程度高(與斜底爐相比)；②爐內(nèi)氣氛易控制，燒損少；管坯不產(chǎn)生有害的化學成份變化?；墓芤?guī)格：Φ119~162mm壁厚3.25~25mm長10800~33000mm送料溫度：430~845出料溫度：980溫差：±10爐子產(chǎn)量：63.3~160T/h爐子尺寸(長×寬)：12080mm×35000mm管根數(shù)：46根步進梁上升：最大300mm張力減徑機機架數(shù)：24架機架間距：310mm理想軋輥直徑：330mm最大荒管直徑：162mm成品管直徑：21.3-153進料速度：1-3.0m/sec出料速度：最大16m/sec傳動功率：N=350kwn=800-2000rpm火焰切割機2(套)×4(燒嘴)切割距離約200mm切割管坯直徑最大180mm總切割時間約70sec快速返回時速度(燒嘴)約50mm/sec運輸時間30sec第一段切割總節(jié)奏時間100sec分段鋸鋸片直徑(新)：Φ1800mm鋼管鋸切長度：8~28m切頭0.1~3.5m鋸前分布寬度：850mm驅動功率：N=350KWn=1500RPM鋸片圓周速度：最大約130m/s鋸片進給速度：0~200mm/s最大返回速度：約400mm/s定尺指標精度：±2.5切割后鋼管長度誤差：±5推進裝置移動速度：約100mm/s定尺機擋板移動速度：0.5m/s冷床冷床(長×寬)：約20m×165m冷床輸送速度：0~5節(jié)拍/分固定活動梁間距：約750mm鋸齒間距：約180mm移送杠桿間距：約3.3m最大管重：約79kg/m坯料的質(zhì)量標準和規(guī)格品種規(guī)格：鋼級為T91，規(guī)格Φ178mm，長4.5m，直徑公差范圍2.0mm，重量公差范圍3kg，彎曲度≤10mm/m，全長彎曲度不大于1.5倍管坯直徑，橢圓度在直徑公差范圍內(nèi)。斷面應與管坯軸線垂直，偏差值≤5mm。表面質(zhì)量：(1)管坯表面不允許有縮孔、裂紋、夾雜物及其他缺陷，但深度不大于0.4mm的表面裂紋允許存在，大于0.4mm的裂紋應予修磨。(2)管坯表面不允許有金屬或其他夾雜物的污損，如果其沉積在管坯表面可以修磨掉，這種沉積物可允許在二分之一直徑范圍內(nèi)存在。金屬平衡管坯管坯穿孔軋管再加熱均整加熱燒損軋廢切尾減徑燒損切頭尾圖4-1金屬損耗圖取冷區(qū)收得率kf=0.96連軋管的切尾損失=Vk/GB×100%=21.7/708.7×100%=3.1%張減管的管端增厚切損=VEKG/GB×100%=13.4/708.7×100%=1.9%環(huán)形加熱爐熱燒損ADHO(2%),ANWO(1%)熱區(qū)收得率因：所以EWA=92.0%成材率=(1-管坯損失率)(EWA-軋廢)kf=(1-2%)(92.0%-0.8%)=89.4%表4-1金屬平衡表規(guī)格冷區(qū)收得率kf環(huán)形燒損ADHO(%)軋管切尾(%)步進燒損ANWO(%)張減切尾(%)軋廢(%)成材率(%)Ф54×5.6mm0.962%3.1%1%1.9%0.8%89.4%生產(chǎn)工藝流程圖生產(chǎn)工藝總流程圖生產(chǎn)工藝總流程圖如圖4-1所示：圖5.1生產(chǎn)工藝總流程圖熱軋工藝流程圖如圖5-2所示：圖5-2熱軋工藝流程圖連軋工藝流程圖如圖5-3所示：圖5-3連軋工藝流程圖生產(chǎn)工藝流程簡述管坯可由初軋廠提供（初軋坯）或煉鋼廠提供（連鑄坯），外徑為178mm，長度為4~10m。用60t平板車（或其他工具）從管坯生產(chǎn)廠至管坯堆放場，按鋼號、爐號、規(guī)格分別堆放在坯料架上。根據(jù)合同訂貨和生產(chǎn)計劃，管坯由16t磁盤吊吊至火焰切割機組上料臺架，逐根測長、稱重，數(shù)據(jù)輸入計算機已控制自動火焰切割機的自動裝置。定尺擋板的行程由馬達按切割數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)，按米重控制長度，然后將倍尺坯料切成0.84~4.5m定尺管坯長度。管坯入爐前需要再次在輥道磅稱上稱重，將數(shù)據(jù)輸入熱區(qū)管理計算機作為批量跟蹤的初始信息，后將管坯送入提升裝置運至+5.3m平臺上，經(jīng)裝料機把管坯逐根送入環(huán)行爐內(nèi)加熱。按不同的鋼種鋼級，將管坯加熱至1150℃~1280根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏時間，由出料機將管坯逐根取出并扔至管坯斜料臺上，震落表面氧化鐵皮。管坯沿斜臺和輥道運至管坯熱定心前定位，繼而完成自動定心。定心后的管坯經(jīng)斜軋穿孔的前臺，送入喂料槽，由鏈條和液壓馬達驅動的喂料器推入穿孔。穿孔后毛管直徑184mm，長3.5~11m，壁厚10.75~46.50mm。穿孔過程結束后，由“頂桿裝入和拔出裝置”將頂桿與毛管從輥道上拔出，輸出輥道送料裝置將頂桿及毛管往連軋機方向移出約1.7m，被擋板擋住，此位置上，頂桿在擋板后被一個液壓裝置夾住。這時毛管由輥道向連軋機方向輸出，一個用液壓缸操縱的拋出裝置將帶頂頭的頂桿從輥道上拔出，頂桿從輥道上拔出，頂桿經(jīng)斜坡滾入冷卻裝置進行循環(huán)冷卻。從穿孔機輸出的毛管通過16MPa的高壓水除磷裝置清除一層再生氧化鐵皮，直接進入6機架空心坯減徑機。只需定徑的毛管，經(jīng)過2或3個機架軋出179mm的空心坯；要進行減徑的管，經(jīng)過6機架軋出179mm空心坯，壁厚10.75~50mm，長度為4.29m~14.08m?？招呐鬈埑龊?，由壓縮空氣將內(nèi)壁氧化鐵皮吹凈，然后進入連軋機前臺導位裝置進行芯棒定位。軋制時芯棒頭部先于空心坯頭部規(guī)定長度一起喂入工作機架。當芯棒尾部離開連軋機最后一機架時，連軋機后臺輥道由光電盤控制制動。停下來后斯惠頓杠桿把它從料輥道上拔出，回轉后放到調(diào)節(jié)輥道上定位，第二個斯惠頓杠桿重復此動作，放到芯棒脫棒機上脫棒，芯棒進入根一組的循環(huán)裝置，脫棒后荒管放入鋸切位置，已鋸切荒管同步放到螺旋運輸機上。壁厚大于7mm時不需要切頭，軋出荒管長度為8~33m，直徑為152.5mm，壁厚為3.25~25mm。螺旋運輸機在二個周期內(nèi)把荒管送入螺旋運輸裝置的存放，設置三路送料輥道，再把存放槽內(nèi)的荒管送入第一路軌道同時，三路輥道上的荒管繼續(xù)前移一個槽距，第三路上的荒管便進入步進式加熱爐中第一齒槽上，其目的是使荒管進料速度保持底速度，約1.7m/s，以避免爐膛的內(nèi)壁的故障和損壞。若對荒管取樣，則需通過三路輥道中第一路輥道型升降裝置下降，三路輥道向取樣鋸方向反轉，進行鋸切。采用混合煤氣加熱的部進式再加熱爐生產(chǎn)能力160t/h，有把不同進料溫度（430℃~850℃）的荒管加熱到約980℃出再加熱爐后通過一臺高壓水除磷裝置進入24架三輥式外傳動張減機，減徑管的直徑152.5mm，壁厚10.75~33.5mm，長度4.5~11.9m。張減管經(jīng)輸送輥道送至部進式冷床。張減機最后一個機架軋輥中心線與冷床端部距離為，所以當張減機最大軋出深度時，光管部分一離開張減機就要制動。寬長的部進式冷床通過離合器分為二段傳動，冷床使光管旋轉前進，起矯直作用，從冷床下來的光管，由平行布置的二組送輥道成排送往各自冷鋸機組進行定位，成排鋸掉增厚端，按各種倍尺鋸切，最后鋸去尾部增厚端，鋸切后倍尺光管經(jīng)由輸送輥道卸到中間庫臺料筐上，自動過磅稱重，待標簽掛上后。由吊車將管捆吊到中間倉庫并有序地放在料架臺上。對于合金鋼高壓鍋爐管，用布置在中間庫一端的熱處理爐進行正火、回火處理。一般管的精整工序是用行車將管捆吊至精整加工線上料臺架散捆，經(jīng)矯直、吸灰、組合探傷(渦流、漏磁)、測徑測厚、人工表面檢查，有缺陷的鋼管撥入廢料筐內(nèi)收集，合格的鋼管經(jīng)標印、收集、打捆、稱重后入庫。高壓鍋爐管及高質(zhì)量鋼管的精整工序除按一般管要求精整外，還需進行超聲波探傷和人工復檢，合格的鋼管經(jīng)標印、收集、打捆、稱重后入庫。油管還需要通棒、測長、稱重、水壓試驗，經(jīng)標印、涂油、收集、打捆、稱重后入庫。工藝制度入環(huán)形爐溫度室溫20出環(huán)形爐溫度1200℃~穿孔溫度鋼種毛管溫度T911180℃~連軋溫度1100入再加熱爐溫度450℃~出再加熱爐溫度930℃~張減后溫度850下冷床溫度100℃~名稱參數(shù)名稱單位孔型管坯直徑mm120±1.6長度m4~10入爐管坯直徑mm120長度m3.4空心坯直徑mm130長度m6.1壁厚mm14延伸率%7.14連軋荒管直徑mm109長度m19.7壁厚mm6.6延伸系數(shù)—2.05張減坯直徑mm63長度m62.96壁厚mm6延伸系數(shù)—2.14半成品6~18m技術規(guī)程1)直徑：Φ178mm，直徑公差范圍2.0mm；2)長度：4~10m；3)重量公差范圍：3kg；4)彎曲度：≤10mm/m，全長彎曲度不大于1.5倍管坯直徑，橢圓度在直徑公差范圍內(nèi)；5)端面平直度：端面應與管坯軸線垂直，偏差值≤5mm。1)管坯表面不允許有縮孔、裂紋、夾雜物及其它缺陷，但深度不大于0.4mm的表面裂紋允許存在，大于0.4mm的裂紋應予修磨。2)管坯表面不允許有金屬或其它夾雜物的污損，如果其沉積在管坯表面可以修磨掉，這種沉積物可允許在二分之一直徑范圍內(nèi)存在。1)從高爐→連鋼鐵水首先進行脫硫；2)按API標準或DIN標準規(guī)定嚴格控制化學成分；3)對鋼水進行吹氬處理；4)對含Mn≥0.9%、Cr≥0.3%、Mn≥0.3%易產(chǎn)生白點鋼水，需采用脫氫處理，使H含量小于2ppm。5)對初軋機要求：火焰處理，深度為1.5~4mm。1)工藝目的環(huán)形爐借助于爐底的旋轉，使放置在爐底上的坯料由低溫段移動到高溫段，管坯在穿孔前加熱而獲得軋制工藝要求的溫度，提高塑性，降低金屬的變形抗力。2)加熱條件加熱均勻、加熱過程不能有嚴重的氧化或脫碳（脫碳的過程就是鋼中碳在高溫下與氫或氧發(fā)生作用生成甲烷或一氧化碳）、避免熱裂紋、過熱、過燒（參閱過熱過燒資料）燒損。3)加熱制度溫度制度是根據(jù)鋼種、鋼的加熱特性，坯料規(guī)格等制定的，對各種不同要求的管坯加熱，須按以下加熱制度進行。鋼種各段爐溫/℃加熱管坯溫度/℃一二三四五六T911050125013201320130012801250~12704)加熱時間式中：：管坯半徑；：系數(shù)。中低碳鋼和低合金鋼=9~12min/cm；高碳鋼=12~18min/cm。1)管坯的化學成分，內(nèi)外部質(zhì)量，幾何形狀，尺寸公差，彎曲度等應符合相應管坯供貨標準的規(guī)定。2)管坯加熱溫度按加熱規(guī)程執(zhí)行，保證不同鋼種合適的穿孔溫度，并滿足后部連軋工序的需要。穿孔機進軋的管坯溫度在1180℃穿孔機頂頭Φ78~150mm，以直徑差4mm為一級，共19種規(guī)格。管坯定心孔尺寸見表5-4。管坯直徑頂頭定心孔Φ178/mm/mm孔徑/mm孔深/mm78~8620453090~118254935122~150305340定心孔直徑與孔深間的關系：定心頭圓弧段：定心孔斜線段：穿孔機軋輥和導盤轉速配合關系見表5-5、表5-6。軋棍轉速303543526170788796104114122130導盤速13131616181821242426262626正常軋制狀態(tài)去除導盤粘鋼軋輥轉速95~12540~60導盤轉速18~2618~26速比（）1.5~2.43.0~5.8（）最佳值2.0__管坯穿孔時低速咬入(0.97m/s)，高速軋制(1.26m/s)。穿孔后空心坯直徑184mm，長度為3.5~11.4m。1)保持均勻時間軋制，避免前臺管坯和后臺毛管過多而造成不必要的降溫。應貫徹搶溫軋制。在前臺停留時間過長造成表面溫度低于正常50℃的管坯不準穿孔。毛管穿出溫度見表5-82)毛管前端壁厚應均勻，不允許有明顯的穿偏、撕裂、螺旋劃傷、卡輥結疤、軋痕、外折和發(fā)紋等缺陷。3)毛管外表面氧化鐵皮由高壓水清除。定徑后毛管直徑公差±2mm穿孔后毛管的終軋溫度見表5-7。鋼種毛管溫度/℃T911180~1210穿孔毛管壁厚應均勻，不允許有明顯穿偏或撕破，毛管表面應光滑平直，不允許有螺旋，劃傷，外折，發(fā)紋、壓痕等缺陷存在。穿孔毛管的尺寸偏差應在表5-8規(guī)定范圍內(nèi)。一般精度較高精度外徑Φ1.5mmΦ1.0mm壁厚Φ10%Φ6%長度Φ4%Φ2%空心坯減徑機共6架，在不同外徑的空減坯使用的機架配置見表5-9所列。連軋機孔型空減機孔型機架布置123456152.5179×導向×√√√軋制空減坯時，總對數(shù)減徑量為0.03。同樣地，最后一架減徑量≤1%。鋼管連軋工藝如圖5-4所示：毛管毛管定位、預穿全浮動軋制輸出定位脫棒荒管切尾步進爐加熱冷芯棒冷芯棒預熱干燥潤滑冷卻芯棒抱棒處理、松棒芯棒二次循環(huán)取樣1)咬入時，毛管溫度應不低于1000~1050℃2)使用新芯棒必須進行預熱，并要保證預熱質(zhì)量3)更換連軋機軋輥后必須空過幾根毛管，空過的毛管支數(shù)與換輥數(shù)對應如下：更換軋輥數(shù)空過支數(shù)1~213~425~63①按已確定的輥型及毛管，荒管尺寸選定各機架軋輥轉數(shù)；②荒管外徑、壁厚、規(guī)格、芯棒規(guī)格、限動機構速度等依據(jù)給定的軋制表；③根據(jù)整個軋線的節(jié)奏，確定環(huán)行爐出料節(jié)奏；④不斷調(diào)整各參數(shù)，完善軋制狀態(tài)。軋制時的轉速擺動是控制機架建張、推力的主要手段，擺動曲線如圖5-5。第一機架最大擺動值為設定轉速的15%第二機架至第五機架的擺動值可由下式計算：當?shù)谝患軘[動到最大值時，其它各架擺動值見表5-10。機架號123456擺動值152.50.0轉速擺動在正確的范圍內(nèi)時，荒管有合適的周長，表面有四條均勻的黑線。張力過大將產(chǎn)生包棒；過小則可能產(chǎn)生軋折。應根據(jù)軋出荒管質(zhì)量及脫棒情況進行調(diào)整。作用：調(diào)整荒管長度，保證荒管壁厚；補償芯棒直徑規(guī)格數(shù)不足。芯棒的直徑補償應與轉速擺動值配合運用。荒管長度控制應遵循如下原則：與張減機相配合，軋出的成品管外徑、壁厚控制在公差范圍內(nèi)；連軋機上軋制順利脫棒順利。連軋管兩端出現(xiàn)外徑、壁厚和面積增大的現(xiàn)象稱為竹節(jié)。其主要原因在于咬入和拋出階段(非軋制穩(wěn)定階段)，芯棒階越而造成的。竹節(jié)問題是全浮連軋機組的固有問題，可采用在非穩(wěn)定軋制階段改變一些機架的軋輥轉速來減輕。此外，還可通過孔型設計、改善潤滑條件的多種方法來改善或消除竹節(jié)現(xiàn)象。加熱鋼種：碳鋼、合金結構鋼加熱鋼管規(guī)格：Φ109~Φ119×3.3~11×7720~26500入爐溫度：450~800最高爐膛溫度：1050最大裝爐量：39根最大產(chǎn)量：72t/h對于不同的品種、不同鋼種、不同溫度、不同規(guī)格的荒管，步進式再加熱爐必須采用不同的加熱制度；必須采用合適的加熱曲線進行加熱。T91高壓鍋爐管的加熱制度管種鋼種各段爐溫出爐溫度高壓鍋爐管T91950~98930~9602)加熱曲線荒管在步進爐內(nèi)加熱不僅要保證鋼管出爐時的溫度，同時步進爐內(nèi)各段的溫度也必須保證一個合理的分布。圖5-6給出了鋼管加熱曲線的一個參考圖：在加熱爐出來的荒管經(jīng)高壓水除鱗后方可進入張力減徑機中進行軋制。除鱗工作壓力為15MPa，不得低于12MPa。對不同品種、鋼種、規(guī)格的鋼管、張力減徑后的終軋溫度也不同；必須保證要求的終軋溫度，以獲得較理想的綜合機械性能。T91的終軋溫度如表5-7。品種鋼種終軋溫度高壓鍋爐管T91850~8701)穩(wěn)態(tài)張力系數(shù)調(diào)節(jié)在張力減徑機上，借助于張力擺動可以對成品管的壁厚進行微調(diào)。在穩(wěn)定軋制過程中，張力減徑機的兩個主傳動電機速度相同；附加電機以精確的協(xié)調(diào)速度運行。兩個附加電機的轉速調(diào)節(jié)關系如下：式中：—主傳動轉速，r.p.m；、—附加傳動轉速，r.p.m；；。兩個附加電機與主電機轉速的比率可以反應軋制過程中平均張力的大小。通過調(diào)節(jié)主電機與附加電機的轉速比可以調(diào)節(jié)張力，從而得到合適的成品壁厚。2)CEC控制在軋制的瞬時狀態(tài)，通過動態(tài)的速度改變，來補充鋼管在張力減徑機中頭尾軋制時張力不足，從而減輕管端增厚，降低切頭損失。采用CEC的條件為：總減徑率大于30%且平均張力系數(shù)大于0.30。(1)當壁厚較大時，需開風機強迫風冷；(2)鋼管離開冷床時的溫度視壁厚而定，一般為100~300℃(3)冷床末端的鋼管直度偏差范圍為±1.0~1.5mm/m；(4)冷床上鋼管的運輸速度原則上應與熱軋生產(chǎn)相平衡。4.4.9鋸切鋼管直徑：Φ25~89mm壁厚：2.5~12mm切斷長度：6000~18000mm切頭長度：100~2500mm鋼管溫度：max300軋制表計算的條件(基本參數(shù)和極限值)(1)管坯長度范圍(2)空心坯長度范圍(3)空減坯長度范圍(4)連軋管長度范圍(5)張減管長度范圍減徑系列連軋管壁厚/mm平均對數(shù)減徑量AO系列AR系列BR系列孔型系統(tǒng)的確定軋管孔型系列是由新產(chǎn)品大綱規(guī)定的成品規(guī)格和張減機允許的平均減徑量決定的。總減徑量按下式確定：式中：——張減機總對數(shù)減徑量；——張減機入口管徑（連軋管外徑），mm；——張減機出口管徑（成品管熱態(tài)尺寸），mm。在24架張減機中，建張機架需要3架，而成品精軋機架數(shù)為4~5架，其于機架稱為工作機架。于是，式（4-1）的總減徑量由三部分組成，即式中：所有建張機架對數(shù)減徑量之和；所有精軋機架對數(shù)減徑量之和；所有工作機架對數(shù)減徑量之和。現(xiàn)取三架建張機架對數(shù)減徑率分別為：2%、3%、4%則有：當成品機架為5架時，取，則工作機架的減徑量和總減徑量的關系為：式中：工作機架的平均減徑量。式中：工作機架數(shù)，對基本孔型系，。在此張減機上，為了能生產(chǎn)出最小規(guī)格（25）的成品管，按A系列取工作機架平均減徑量（﹤0.08），代入公式則有：則有：。（未乘以熱漲系數(shù)1.01是出于負偏差軋制的考慮）為了保證成品管的外徑精度和真圓度，必須滿足以下條件：，則152.5孔型所能軋制的最大成品管外徑（熱態(tài)）為：，經(jīng)冷卻后，mm，產(chǎn)品大綱中恰有此規(guī)格?！?52.5系列可生產(chǎn)的成品管外徑為mm。原則：eq\o\ac(○,1)考慮成品管壁厚精度（為了防止厚壁管內(nèi)六方超差，應采用橢孔）；eq\o\ac(○,2)考慮軋輥壽命（為了減少軋輥磨損，對薄壁管張減應采用橢孔）。本設計產(chǎn)品規(guī)格Φ54×5.6mm，選(O)孔，152.5AR工作機架(2)張減機架工作機架仍取，。取。則精軋機架對數(shù)減徑率入工作機架鋼管外徑出工作機架鋼管外徑出張減機的尺寸考慮熱脹系數(shù)1.01，則53.9×1.01=54.45符合要求5架精軋機架，減徑量分配系數(shù)C1=0.45,C2=0.3,C3=0.2,C4=0.05,C5=0,由，得r1=0.45×0.1514=0.068r2=0.3×0.1514=0.045r3=0.2×0.1514=0.030r4=0.05×0.1514=0.008r5=0(3)取荒管壁厚6mm，滿足0<<0.65的范圍。因此，荒管的尺寸為Dk×Sk=152.5×6mm(4)連軋管的芯棒直徑Dd理論直徑mm：脫棒間隙，取3.5mm。芯棒補償：實際外徑：(5)確定空減坯尺寸DM×SM連軋管最大延伸系數(shù)芯棒與空心坯的穿棒間隙SK=3.5mm內(nèi)徑其中Sk=3.25~25.0所以空減坯的尺寸為DM×SM=179×15.75mm(6)確定空心坯尺寸DH×SH對152.5孔型，選取DH=184，DM=179，=3%對152.5孔型，可取SH=SM=15.75其中=0故DH×SH=184×15.75(7)管坯直徑DB從軋制穩(wěn)定性出發(fā)，要求擴徑量<10%，取DB=178mm。則(8)管坯重量計算1)標準管坯重量GB標準管坯重量指能最大程度發(fā)揮機組生產(chǎn)能力的管坯重量。受管坯長度限制：受空心坯長度限制：受空減坯長度限制：受連軋管長度限制：受張減后鋼管長度限制：從GB1max~GB2max中取出下限作為GB,由此可得GB=708.7kg(9)軋件長度計算EWA=92.0%實際長度：有效長度：(10)穿孔頂頭直徑及頂桿直徑頂頭直徑內(nèi)擴徑量Dt=184-2×15.75-7.73=144.77mm，取145mm。Dgan的選擇原則：eq\o\ac(○,1)Dgan<0.95Dt，保證毛管穿出方便；②Dgan應盡可能大，以提高頂桿剛度；③考慮共用性，應結合頂桿系列選擇，參考表。頂桿直徑Dgan按配置表取118mm。頂頭直徑100~9695~9291~86頂桿直徑958585(11)穿孔調(diào)整參數(shù)輥距頂頭前伸量頂桿位置導盤距離取173mm穿孔工具設計穿孔工具有內(nèi)外變形工具之分。外變形工具有穿孔輥和導向工具，即導板或導盤，內(nèi)變形工具為穿孔頂頭。(1)輥徑，對Φ140機組，，取，返修車削12次后，。(2)各段錐角對大送進角()的穿孔，為使穿孔過程穩(wěn)定，應采用較小的入口輥面錐角()，若取，則入口最大變形區(qū)長度為：取進一步改善要入條件，用雙錐代替。由和解得：，取125mm。。出口錐現(xiàn)場。材質(zhì)及技術要求(輥套)穿孔軋輥的材質(zhì)選取要兼顧軋輥的耐磨性和便于管坯咬入二方面的要求，為此軋輥要具有一定的表面硬度和摩擦系數(shù)?？蛇xCK45(相當于中國的45#鋼)、45Mn~50Mn等鑄鋼或鍛鋼。技術要求：輥面強度(經(jīng)調(diào)質(zhì)處理)；硬度HB175~220。輥套內(nèi)部不允許有白點、裂紋；軋輥工作面不允許有肉眼可見的裂紋、非金屬夾雜、結疤、氣孔等缺陷。。，取。參考德國牟爾海姆廠的經(jīng)驗：，，插值法，當時，，取150mm。導盤外尺寸：邊緣寬度，槽深。曲面圓弧半徑：(1)各段尺寸取穿孔錐圓弧半徑穿孔頂頭系列參數(shù)：頂頭直徑Dt(mm)頂尖直徑D0(mm)圓弧半徑Rt(mm)穿孔錐長度lt1(mm)平整段長度lt2(mm)反錐長度(mm)14535.6696217.592.130(2)頂頭材質(zhì)及技術要求材質(zhì)：合金鑄鋼化學成分(德方推薦)：C：0.19~0.23%Si：0.9~1.1%Mn：0.7~0.9%P：max0.025%S：max0.005%Cr：1.4~1.6%Mo：0.3~0.4%Ni：2.3~2.5%W：0.5~1.7%Al：0.04~0.07%Cu：max0.15%N：max0.015技術要求：主要指表面質(zhì)量。不允許存在溝痕、破損、損傷等缺陷，穿孔錐、輾軋錐、定位槽等部位不允許有任何的缺陷。熱處理后表面生成與基體組織粘著性良好的致密氧化層。外表面氧化層色澤應均勻完整，不允許開裂、起泡、剝離；氧化層顏色不允許出現(xiàn)褐紅色，頂頭內(nèi)表面氧化層厚度應小于0.1mm。連軋輥孔型設計(1)基本參數(shù)連軋管機孔型設計的基本參數(shù)見表7-2。 參數(shù)主孔152.517915.753.5562.3479.180.7827.613.4673.510(2)變形量表示法減壁變形式中：、為第i架出、入口鋼管壁厚。外周長變化量：式中：、第i架出、入口鋼管外周長。斷面縮減量：式中：、第i架出、入口鋼管截面積。(1)減徑系列的確定原則：①為了保證壁厚的精度，第4、5架應給以較小的減壁量，換言之連軋管的減壁量應主要分別在前三架。②前兩架的減壁量應盡可能大，但不能過大，一般。這主要考慮來料尺寸的波動而給軋機留有一定的承受余地。③第二架以后，(i=3,4,5)應單調(diào)遞減，這是因為軋件溫度逐漸下降，塑性降低，孔型側邊易產(chǎn)生裂紋；同時，為使變形緩和，應使相鄰機架的減壁量之差逐漸縮?。淮送?，第4、5架也要有一定的減壁量，否則起不到均壁的作用。④第6架不減壁，因其主要作用是使鋼管與芯棒間形成均勻間隙，以便順利脫棒。連軋管機減徑量分配：入口S0(mm)出口S1(mm)(%)(mm)115.756.7557.1%9215.756.558.7%9.2536.754.533.3%2.2546.5438.5%2.554.53.522.2%1643.512.5%0.573.53.50083.53.500連軋管機孔型周長與面縮率：U(mm)F(mm)(%)d0562.380.78179152265.518.9%166.2249239.539.7%156.634863413.9%154.7451131.37.9%162.7550729.55.8%161.4650727.616.4%152.5748627.610152.5848627.610152.5根據(jù)RK2的經(jīng)驗，連軋孔型輪廓采用圓弧對接，并不嚴格要求圓滑過渡連接，這一點與前蘇聯(lián)的孔型設計不同。對NO.1~6架采用二段式圓弧式結構，對NO.7和NO.8架采用三段圓弧式結構。(1)給定參數(shù)①偏心距當減壁量較大時，必須有寬展余地，以防止過充滿出耳子或者是抱芯棒過緊。故要有一定的橢圓度，其大小與偏心距有關，規(guī)律是：大對應大。NO.i123456781212400000②側壁角的大小與橢圓度有關。越大則越大。若過小，則產(chǎn)生抱芯棒和過充滿；反之產(chǎn)生欠均壁和圓整。具體的規(guī)律是：；最大；、最小；也大(考慮脫棒和歸圓)。各架孔型的值見7-4所列。NO.i1234567840°40°40°54°42°42°45°45°③各機架的輥縫及圓角半徑r(經(jīng)驗值)NO.i12345678101010108885r4040406060604012④橢圓度系數(shù)NO.i123456781.2601.0721.1801.2201.2551.2551.2451.000(2)導出參數(shù)①孔型頂部半徑R(i)式中：、分別為第i架鋼管壁厚和孔型偏心距。計算得：NO.i12345678R87.25877772.572727375注：第7和8架孔頂圓半徑有變化。②孔型高度，NO.i12345678H150.5150146145144144144144B189.63160.8172.28176.9180.72180.72179.28144(3)孔型計算①第一架孔型參數(shù)R(mm)(mm)(mm)r(mm)(°)H/2(mm)B/2(mm)87.25121040401.26075.2594.815在三角形AOC中，，取293mm②第二架孔型參數(shù)R(mm)(mm)(mm)r(mm)(°)H/2(mm)B/2(mm)87121040401.0727580.4計算過程與第一架相同。，取86mm。③第三架孔型參數(shù)R(mm)(mm)(mm)r(mm)(°)H/2(mm)B/2(mm)7741040401.1807386.14，取187mm。④第四架孔型參數(shù)R(mm)(mm)(mm)r(mm)(°)H/2(mm)B/2(mm)72.501060541.22072.588.45，取135mm。⑤第五架孔型參數(shù)、第六架孔型參數(shù)R(mm)(mm)(mm)r(mm)(°)H/2(mm)B/2(mm)720860421.2557290.36，取379mm。⑦第七架孔型參數(shù)R(mm)(mm)(mm)r(mm)(°)H/2(mm)B/2(mm)(mm)(°)(°)730840451.2457289.64125025在三角形OFO2中余弦定理，三角形OO2A得，取77mm。⑧第八架孔型參數(shù)R(mm)(mm)(mm)r(mm)(°)H/2(mm)B/2(mm)(mm)(°)(°)750512451.0007272126025在三角形OFO2中余弦定理，三角形OO2A得98.50，取57mm?？仔蛥?shù)：NO.i孔型半徑R側壁半徑R1圓角半徑rR2側壁角包角偏心距直徑輥縫圓周長187.25293404012166.21052228786404012156.61049237718740404154.710486472.513560540162.71051157237960420161.4850767237960420152.58507773774084.654525（50）012152.58486875571286.964525（60）012152.55486NO.i12345678250250400400400400400400222231379384391400400400：電機最高轉速；：考慮正擺動余量時電機最高轉速。軋輥基本轉速可通過各機架工作輥徑計算出來，現(xiàn)只計算，分析如下：各架工作輥徑式中：輥身直徑，490~600mm，取550mm。輥縫孔型高度工作輥系數(shù)計算得出下表：NO.i12345678438.10431440.28432.4435.6429.84428.4444.12101010108885150.51501461451441441441440.810.860.820.880.850.890.900.77最小工作輥徑，以代入得出各機架最小工作輥徑。NO.i12345678378.10371380.28372.4375.4369.84368.4384.12允許最大線速度，計算如下：NO.i123456784.3954.4877.5467.4887.6907.7467.7168.045各架實際速度(工作速度)，當時，稱第七架為工作機架。由秒流量相等，得：FV=常數(shù)。計算得出下表：NO.i123456783.2535.3936.2666.8067.2227.7167.7167.716F65.539.53431.329.527.6127.6127.61軋輥基本轉速，取基本工作直徑，，實際轉速，計算得出下表：NO.i12345678113187218236251268268268142239272301317343344332軋管機力能參數(shù)計算由軋制力的實測結果表明，最大軋制力處于前兩架，現(xiàn)以第一架為例說明軋制力的計算?？仔透叨菻=150.5mm孔型寬度B=189.63mm輥身直徑Dg=550mm，Dgmin=490mm鋼管尺寸DM×SM=DK×SK=芯棒直徑Dd=137mm延伸系數(shù)軋輥轉速鋼種T91軋件溫度t1=115軋件出口速度V1=3.253m/s軋件入口速度單機軋制時，因無張力作用，軋制力最大，計算公式為：式中：、分別為減徑區(qū)和減壁區(qū)的平均單位壓力，MPa；、分別為減徑區(qū)和減壁區(qū)的接觸面積的水平投影，mm。(1)金屬與軋輥接觸面水平投影的計算①接觸面水平投影總面積F的計算按照B.阿尼西伏諾夫推薦式：式中：B孔寬，mm；D0軋輥名義直徑,；第一架減徑量，；軋輥底徑，；將數(shù)據(jù)代入上式，得出②減壁區(qū)接觸面水平投影面積減壁區(qū)F1=F-F2=16136.6-10506.6=5630mm2(2)平均單位壓力的計算①減徑區(qū)平均單位壓力(MPa)式中：減徑區(qū)鋼管平均直徑，由下式確定：外區(qū)影響系數(shù)，由下式確定：其中減壁區(qū)長度：為了確定金屬流動應力由參考文獻得，所以所以：②減壁區(qū)平均單位壓力(參見《鋼管塑性變形原理》)其中：確定流動應力由參考文獻：式中：f金屬與軋輥間的摩擦系數(shù)，由確定，其中，軋制速度，t=1150℃所以所以由以上計算，式中：金屬與芯棒間的摩擦系數(shù)，取0.09。連軋管機各軋輥軋制力矩造成以下幾方面：減徑、減壁區(qū)軋制力造成的力矩；相鄰機架間前后張力產(chǎn)生的力矩；芯棒作用力產(chǎn)生的力矩。在第一單機架軋制時，后二部分為零，且按下式估算各輥轉矩：()軋輥強度校核根據(jù)以上求得的力參數(shù)，作出軋輥受力圖、彎矩圖和扭矩圖，并確定其危險斷面。確定軋輥的幾個基本參數(shù)：軋輥輥身直徑：550mm；軋輥輥頸直徑：300mm；軋輥軸頭直徑：270mm；軋輥的名義直徑：560mm；軋輥輥身寬度：320mm；壓下螺絲中心距：700mm。對于軋輥輥身，只考慮其彎曲強度。根據(jù)軋輥受力圖，，，軋輥中部的彎矩最大，該處為危險斷面：所以：對鑄鋼軋輥，安全系數(shù)取，當時，許用應力。，校核通過。由于輥頸受到軋制力和扭矩的作用，因此其強度要考慮彎曲和扭轉的合成應力。輥頸和輥身的接觸處產(chǎn)生的應力最大，此處為危險斷面。彎曲應力所以：②扭轉應力對于鑄鋼軋輥，據(jù)第四強度理論有：，校核通過。軸頭部分主要受到電機的扭矩，軋制力是很小的，也是其他的大的外力的作用，故只考慮扭轉強度的影響。軸頭扭轉力矩抗扭截面模量軸頭扭轉強度，校核通過。主電機容量校核軋輥傳動力矩：式中：電機軸上總力矩；軋制力矩；總摩擦力矩；空轉力矩；電機軸上動力矩。軋制力矩：摩擦力矩：，其中，，所以對油膜軸承，，輥頸直徑，，。()忽略動力矩，則計算純軋時間對第i架而言實測得到：(軋件前端到達No.8軋輥中心面)式中：，，所以電機軸上負荷圖15s15s5.26st/s發(fā)熱校核要求均方根功率<額定功率或均方根力矩<額定力矩。<140熱校核通過。要求式中：負載最大力矩(折算到電機軸上)；電機額定轉矩；電機過載系數(shù)，取k考慮電源電壓波動對額定轉矩的影響系數(shù)，一般取。取k=0.85。>223.68過載校核通過典型產(chǎn)品的軋機小時產(chǎn)量產(chǎn)品大綱中，除了部分規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)奏受連軋工序的制約以外，大多數(shù)規(guī)格的薄弱環(huán)節(jié)在穿孔工序。因此，在確定軋制節(jié)奏時，應在穿孔和連軋周期中取得最大。軋件以0.97m/s的速度咬入，并持續(xù)軋制1秒鐘，其余時間的軋制速度為，變形區(qū)出口截面處金屬軸向速度，由下式確定：式中：變形區(qū)出口截面輥徑，；穿孔軋輥直徑，；軋輥送進角，寶鋼狄舍爾穿孔機，通常；穿孔效率，當時，實測。由上式得到：則純軋時間為：式中：空心坯（穿孔毛管）長度；穿孔變形區(qū)長度，；其中入、出口變形長度可按下式計算：其中=1062.76mm這里、、，。代入相關數(shù)據(jù)可得；；穿孔間隙時間是指前一根軋件尾部離開變形區(qū)到后一根軋件接觸軋輥的間隔時間。在內(nèi)，穿孔機要完成一系列輔助工作，的長短與空心坯規(guī)格無關。取(穿孔間隙時間)∴穿孔周期為：從減徑空心坯被連軋機進料臺的撥料器翻入連軋機進料輥道開始，到連軋機芯棒末端離No1架1.5m處，第二根空心坯翻入為止。這里(一般取15sec,以免小時產(chǎn)量過高)。，（根/分）=149.0（t成品/小時）式中：機組軋廢率，對全浮芯棒連軋機組；冷區(qū)收得率，對鍋爐管（t/小時）式中：軋機利用系數(shù)，這里取。能源介質(zhì)消耗指標能源介質(zhì)名稱單位能耗備注水生產(chǎn)用水最大7000水壓：0.3MPa平均6790生活用水最大200平均147重油kg/h3000油壓：0.05~0.3MPa蒸汽最大t/h21.06壓力：0.8MPa平均15.0電力kW87000小時計算復合：61000kW壓縮空氣N17585~19783壓力：6860Pa氧氣（）最大N552壓力：0.8MPa平均324氮氣（）最大N830壓力：0.8MPa平均350氬氣（）最大N9壓力：0.8MPa平均8.2工具消耗指標項目主要技術數(shù)據(jù)單位年耗量穿孔機導板材質(zhì)G-X50NiCrW4828只4穿孔機頂桿Cr5Mo根15穿孔頂頭合金鑄鋼只4650穿孔機軋輥CK45Φ650~760只126張減機軋輥特殊球墨鑄鐵Φ275只1167連軋機芯棒X38CrMoV51根76Φ99~82~21000—連軋機軋輥針狀組織球墨鑄鐵Φ450~400只194瓦格拉鋸鋸片Φ1020×8.5mm片1325本設計是在衡陽鋼管公司Ф89連軋機組裝備條件下的產(chǎn)品開發(fā)，根據(jù)Ф89機組現(xiàn)有的設備條件設計了工藝流程及相關變形工具和調(diào)整參數(shù)、編制了軋制表、并通過計算分析了連軋機組第一機架的軋制過程，得到了軋制力參數(shù)，據(jù)此進行了設備強度及電機能力校核。設計的工藝及參數(shù)理論上是符合機組的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品的相關技術要求。在此特別感謝尹元德老師的指導，在尹元德老師的指導下才能順利完成本設計。由于設計者的知識水平有限，參考資料的局限性，以及考慮到鋼管生產(chǎn)過程的復雜性，設計的參數(shù)不可能在實際生產(chǎn)中完全最優(yōu)化，需要在實際的生產(chǎn)中加以調(diào)整，以期得到最優(yōu)的工藝。感謝李勝祗老師和尹元德老師，他們在我設計和論文的寫作過程中給予我悉心指導。兩位老師深厚的學術造詣、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、隨和的教學風格，使我受益菲淺，在此謹向他們表示深深的感謝！感謝學校給我提供了優(yōu)越的學習環(huán)境，尤其是在論文寫作期間，圖書館和教室給我提供了很多的方便。向在百忙之中抽出時間審讀我的論文的評閱專家和答辯委員們致以深深的敬意。[1]李長穆.現(xiàn)代鋼管生產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1984.[2]國外熱軋無縫鋼管生產(chǎn)新發(fā)展編寫組.國外熱軋無縫鋼管生產(chǎn)新發(fā)展[M].太原：山西人民出版社，1981.[3]恭堯，周國盈.連軋鋼管[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1992.[4]武漢鋼鐵設計研究院.軋鋼車間設計參考資料之一（通用部分）內(nèi)部資料[5]武漢鋼鐵設計研究院.軋鋼車間設計資料之二（力能參數(shù)部分）內(nèi)部資料[6]王北明.國外連軋鋼管[M].北京：冶金工業(yè)出版社，出版年.[7]著者.張力減徑機[M].北京：機械工業(yè)出版社，出版年.[8]王寧.張力減徑機橢圓孔型設計方法[J].寶鋼技術，1986，卷（期）：頁碼.[9]編者.工業(yè)爐設計手冊[M].出版地：出版社，出版年.[10]上海冶金設計院.寶鋼140機組引進技術資料（之一至之五）.[11]王廷溥.軋鋼工藝學[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1980.[12]王廷溥.金屬塑性加工學[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1988.[13]李連詩.鋼管塑性變形原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1985.[14]劉峰.連軋管孔型設計的新方法[J].鋼管，1982，(4):頁碼.[15]J.Kazanecki,J.Kajtoch.ElongatingtubehollowsonacylindricalmandrelinDieschers'smill.TUBEINTERNATIONAL,1998,17(5):頁碼.[16]W.A.Khudheyer,D.C.Barton,T.Z.Blazynski.Acomparisonbetweenmacroshearredundancyandloadingeffectsin2-and3-rollrotarytubeconepiercers.JournalofMaterialsProcessingTechnology,199