年产10万吨热轧无缝钢管车间设计

年产10万吨热轧无缝钢管车间设计摘要本设计以包头地区为依据，设计年产量为10万吨的小无缝钢管生产车间，其产品种类包括：油井管、套管、液压支柱用管、锅炉管、结构管等种类。

产品直径范围为Φ60.3mm～Φ159mm，以规格60.3*6.45*11500、139.7*7.72*11500，钢种N80为设计典型产品。

整个设计的重要内容有：原料的选择及产品大纲的制定；轧钢设备的选择及工艺流程的制定；计算部分有轧制表的计算、车间年产量的计算、轧辊力能参数的计算及其校核；车间平面布置与各设备间距的确定；最后根据设计参数绘制了车间平面布置图。

关键词无缝钢管；车间设计；生产工艺Abstract A seamless steel pipe production workshop with annual output 100,000 tons was designed based on Baotou areas.The kinds of profucts include: Oil pipe, casing, hydraulic prop pipe, boiler pipe, structural pipe and so on in this workshop.The diameter of the products range from Φ60.3mm~Φ159mm, and the typical product is N80 steel with the specification of 60.3*6.45*11500 and139.7*7.72*11500. The important content of the design involves: choosing stuff and making The plans of the products; Choosing Rolling mill equipment and making the process of formulation; The aspects of Calculation includes working out rolling Table、production workshop、Rolling force and intension verifying of the roll; planning dispose of the workshop, fixing the space between flown line and the equipment areas; At last, the layout of workshop was drawed according to designing parameters.Key words Seamless steel pipe; Workshop designing; Production technics前言本设计以包头地区为依据，设计年产量10万吨的热轧无缝钢管车间。

内容包括建厂所需要的各类资料及设计参数。

设计过程结合理论与实际，即设计过程既参考课本又参考我国以建厂数据，这样确保设计的合理性和实用性。

1 可行性研究报告本设计的可研部分通过对国内外钢管生产及销售市场调查，结合我国对钢铁行业的优惠政策，通过对包头资源交通的分析，依靠包钢资源及多年生产经验，完全有能力新建一条小型无缝钢管热轧生产线，这可以增加包钢无缝厂产品规格，扩大包钢钢管在市场的占有率，使包钢在钢管市场上更具竞争力。

2 产品方案编制根据市场需求及建厂成本投资的分析，新建厂应以石油用油井管和套管为主，钢种为大众需求的J55、K55、N80，执行标准为美国石油协会制定的API5CT，规格范围及不同规格的年产量以市场需求为准。

表2.1为本车间产品大纲。

表2.1 热轧无缝100机组产品大纲3 轧钢主辅设备选择轧钢主要设备有轧管机和穿孔机，是完成钢管变形的主要设备。

根据车间产量及对产品的要求，本机组选择二辊斜轧穿孔机和Assel轧管机。

Assel轧管机工作原理图如图3.1所示。

图3.1 Assel轧管机的工作原理图轧钢辅助设备主要是进行高压水除磷机、定减径机、冷床、矫直机、加热炉、再加热炉、切定尺机及探伤机的选择。

4 生产工艺流程的制定不同坯料技术条件和加工特性的不同导致其生产工艺不同。

所以在制定具体工艺过程时要依据钢种的加工特性和技术条件选择正确的工序数目、工序排列顺序及每个工序的具体内容。

本车间工艺流程简述如下。

坯料用汽车运到长管坯料场存放，由吊车吊上管坯锯切辊道进行定尺切断。

定尺管坯可由过跨车运在炉区暂时存放，然后吊到环形炉上料台架。

管坯在环形炉上料台架上靠重力滚到挡料器前，由拨料装置将管坯逐根拨出，进入辊道，由辊道定位。

装料机从辊道上夹起管坯送入炉内，管坯在炉内随炉底旋转一周，温度由室温加热到最高1250℃～1280℃，再由出料机将其由炉内夹出在一定高度松开，摔在斜台架上，去除氧化铁皮。

管坯从斜台架上进入辊道，由辊道送至穿孔机前上料斜台架，然后由斜台架滚入穿孔机前台。

穿孔机为二辊斜轧穿孔机，穿孔时推钢机将管坯推入穿孔机中，使之被转动的轧辊咬入，完成穿孔变形。

穿孔结束后，机后顶杆抱心辊打开，顶杆小车回退，拨料装置将毛管拨出穿孔机后台。

毛管在链式台架上被快速横移到轧管机前预穿芯棒工位进行预穿芯棒操作。

预穿了芯棒的毛管与芯棒一起被拨入轧管机前台，芯棒操作装置推动芯棒和毛管一起前进，进入Assel轧管机变形区。

轧制结束后，由脱棒装置进行脱棒操作。

脱出的芯棒进入芯棒循环系统，荒管则由辊道向前运输。

根据品种和工艺的不同，荒管可有三种工艺路线：不再加热直接进定减机、再加热后进定减径机、在线常化冷却后再加热然后进定减机。

荒管也可从常化冷床前辊道拨上抽检台架进行中间质量检查。

定减机前设置了高压水除鳞装置，定减机之后钢管被拨上链式冷床，需要中间抽检的则拨到冷床前抽检台架。

该链式冷床分两段，第一段采用双链方式，第二段采用单链方式。

钢管在冷床上冷却到100℃以下，对于较厚壁钢管可采用强制冷却措施。

钢管下冷床后经斜六辊矫直机矫直，再上除氧化铁皮工位进行除灰处理，然后再由两组切管机进行切头尾操作。

切头尾后的钢管经辊道运输穿过超声探伤装置，报废的钢管直接拨入废料筐，其它钢管拨上横移斜台架。

钢管被拨上涡流探伤前辊道后，需要修磨处理的则拨入中间料筐，进行离线修磨；不需要修磨处理的则由辊道运输穿过涡流探伤装置。

涡流探伤判废的钢管直接拨入废料筐；需修磨重切的钢管拨入中间料筐，进行离线修磨。

检查合格的钢管要进行标志、打捆和称重，由吊车吊到过跨运输小车上运到成品库。

5 轧制表的编制轧制表是指计算轧管工艺过程变形工序主要参数的表格。

它是轧管工艺的基础。

其内容包括：成品尺寸、管坯尺寸、毛管尺寸、荒管尺寸、工具尺寸及轧机调整参数。

计算方法有：逆轧制次序、顺轧制次序、现场实际方法。

下表5.1为典型产品60.3*6.45*11500的轧制表。

表5.1 产品60.3*6.45*11500的轧制表6 三辊斜轧管机孔型设计Assel轧管机孔型设计主要是对轧辊直径、轧辊长度、入口工作锥角及入口锥长、辊肩工作锥角及长度、平整段工作锥角及长度、出口工作锥角及长度。

其外形及主要部分尺寸如图6.1所示。

经计算后典型产品60.3*6.45*11500的尺寸为：D=400(mm)、L=D=400(mm)、β1=5.5、L1=260(mm)、β2=51°、L2=11.9(mm)、β3=3°、L3=27.6(mm)、β4=2°、L4=100.5(mm)。

图6.1 轧辊形状及尺寸7 穿孔机工具设计穿孔机工具设计是指轧辊辊径设计及入口锥角、出口锥角、入口出口锥长及轧制带长的设计。

计算后各部分尺寸为：D=560(mm)、L=312(mm)、β1=3、β2=3。

穿孔机轧辊形状及各部分尺寸如图7.1所示。

图7.1 轧辊形状及主要尺寸8 穿孔机力能参数计算及其轧辊校核8.1穿孔机力能参数计算穿孔机力能参数计算主要包括轧制力计算、顶头轴向力和轧制力矩。

其中轧制力计算最复杂，其计算过程中主要确定轧制时接触面积及金属实际变形抗力。

金属实际变形抗力可由计算出的变形速度、变形温度及变形程度查图表得到；接触面积可通过计算其接触宽度和长P= P1+P28.2③由图二知，轧制时钢管和轧辊接触长度很大，所以可以按均布载荷进行计算分析；④辊颈及辊头的危险断面在传动端。

基于以上特点，所以不能直观判断何处为危险断面，需列出公式进行判断。

轧辊受力图如图8.2所示。

据此列下方程：321)t a n(1.02)2(2βσ⨯-⨯⨯⨯-+⨯=xDLxpxlpD将有关数据带入后计算得：σD=2.9(MPa)9 轧制图表轧机的工作图表表示了在轧制过程中道次与时间的关系，轧制图表中表示了轧件在轧制过程中所占用的轧制时间、各道次间的间隙时间、轧制一根钢机组所需要的总延续时间，轧件在任意时间所处的位置。

是研究和改进轧钢工作的主要依据。

图9.1为典型产品60.3*6.45*11500的轧制图表。

穿孔轧管 定减径图9.1 60.3*6.45*11500轧制图表10 主电机的选择及校核 10.1主电机选择主电机的选择包括电机类型的选择及电机容量选择。

其选择是否合适直接影响轧制过程的进行。

本机参考包钢120机组，本机组选用电机功率为：1700 KW×1台(DC)；电机转速为：750r/min 的交流同步电机。

10.2主电机校核电动机校核包括温升校核和过载校核。

其计算过程中主要用到的为轧机静负荷图和等效力矩的计算。

静负荷图及等效力矩计算公式如图10.1所示。

图10.1 典型产品60.3*6.45*11500轧机静负荷图等效力矩计算公式：∑∑∑∑+⨯+⨯=xnnxnxn n njun tt t M t MM 2211车间平面设计车间平面设计主要为确定各设备间距及车间立面尺寸。

11.1各设备间距11.1.1 加热炉到穿孔机距离加热炉到穿孔机的距离主要考虑最长管坯长度、加热炉出料台架、穿孔机前台架及管坯横移装置。

该厂所供管坯最长为3.2m ，考虑到加热炉出料台架、穿孔机前台架及管坯横移装置尺寸和工艺的要求，本机组取横向距离为26(m)，纵向距离为6(m)。

11.1.2 穿孔机到轧管机距离穿孔机到轧辊机距离主要考虑穿孔后轧件最大长度、穿孔机的后台架尺寸、轧辊机的前台架尺寸，查轧制表知穿孔后最大长度为8.2(m)，兼顾考虑穿孔机的后台架尺寸、轧辊机的前台架尺寸，本机组取横向距离为12.5(m)，纵向距离为7.8(m)。

11.1.3 轧管机到再加热炉距离轧辊机到再加热炉距离主要考虑轧后轧件长度及芯棒循环系统的尺寸，查轧制表知轧后最大长度为12.2(m)，由于中间有常化台架，故此距离应较大，该机组取横向距离为64(m)，纵向距离为零。