年产30万吨无缝钢管厂车间设计

1、年产30万吨无缝钢管厂车间设计摘 要本设计是参照鞍钢无缝钢管厂140mm机组而设计的年产量为30万吨的热轧无缝钢管车间，其产品的品种包括商品管、输送管、地质钢管、类锅炉管、类锅炉管、油1。本论文主要介绍了自动轧管机组生产无缝钢管的一个全过程，包括产品大纲和金属平衡表，工艺流程，加热制度的确定，轧制制度的确定，轧制表编制，工具设计，力能参数的校核。还有车间平面的设计，其中包括设备的间距，仓库面积，厂房组成及内外运输。专题介绍了连轧管机的选型。关键词：发展趋势;产品大纲;工艺流程;轧制表;工具设计;校核;连轧管机Plant Design of seamless steel pipe with an

2、nual output of 0.25 million tonsABSTRACT This design is a reference to the Anshan Iron and Steel Tube Plant 219mm unit designed annual production capacity of 250,000 tons of hot-rolled seamless steel pipe plant, varieties of its products include commodity tubes, pipes, cold drawn tubes, class boiler

3、 tubes, type boiler tubes, oil 1. This paper introduces the automatic production of seamless steel pipe mill of an entire process, including product mix and metallic balance, process, heating system identification, the system determines the rolling, rolling table preparation, tool design, force and

4、energy parameter checking. There workshop flat design, which includes equipment, spacing, storage area, plant composition and internal and external transportation. Presentation of the rolling tube machine selection.Keywords: development trends; product mix; process; rolling table; tool design; check

5、ing; MPM1 综述钢管（Steel pipe），凡是两端开口并且有中空封闭型断面，而且长度与断面周长成较大比例的钢材都可以称为钢管。钢管属于实用钢材，是世界上钢铁工业的主要产品之一。其制造技术开始于制造行业的兴起、19 世纪初期的开发、两次世界大战期船只、锅炉、飞机的制造，第二次世界大战后电炉的制造，化学工业的发展以及天然气的采集和运输等，都有力地推动着钢管工业在种类、生产量和质量上的进步。钢管不仅仅用于输送液体和粉状物体、交换热能、制造机械零件，它还是一种经济实用的钢材。用钢管制造建筑结构框架、和机械器材的支架，中空特点可以减轻重量，节省金属2040%，而且可实现工厂化机械化施工。用钢

6、管制造公路架桥不但可节省材料、使施工简化，且可减少涂层保护的面积，节约投资和维护费用。2004年我国钢管产量达到2000万吨左右，占全球产量的25%以上，中国钢管产量均为世界第一。2000年开始，我国钢管制造业高速发展，钢管产量增长与所有钢材成品增长基本同行，即成品钢材平均每年以2164%的速度增长，而钢管以208%的速度增长，管材比保持在70%。产量是世界第一，成为名副其实的钢管大国。1981年至2004年，中国无缝钢管产量消费量总的变化趋势是稳定、同步增长，1999年以前求大于供。2002年前表观求略大于供，2003年基本保持持平，2004年供略大于求，2005年将开始明显供大于求。从20

7、08年金融危机爆发以来，国内无缝管市场出现“三次大起，四次大落”，价差大到将近4000元每吨。“三次大起”分别在2008年1月初至6月底为期7个月平均涨幅在2000元/吨、2009年5月初至7月底为期三个月平均涨幅在1000元/吨、2009年11月初至2010年4月底为期6个月平均涨幅在1100元/吨。“四次大落”分别在2008月6月底至12月初为期5个月平均跌幅在3200元/吨、2009年2月初至4月底为期3个月平均跌幅在900元/吨、2009年7月底至9月底为期2个月平均跌幅在900元/吨、2010年4月底至7月底为期2个月平均跌幅在800元/吨。如同中国钢铁工业发展一样，尽管近几年钢管行

8、在世界都数一数二，从产量上已占全球25%以上，但从技术层面、产品质量和产品品级、企业的规模及技术经济指标等方面看，与国际先进水平比仍有一定的差距。这就需要我不断努力，才能让我们钢管行业在钢铁业中大放光彩。 1.1.1无缝钢管的分类1.结构用无缝钢管（GB/T8162-1999）是用于一般结构和机械结构的无缝钢管。2.流体输送用无缝钢管（GB/T8163-1999）是用于输送水、油、气等流体的一般无缝钢管。备注：（ 标准G8163中10、20钢限于额定出口热水温度低于120度的锅炉。 而有机热载体锅炉中导热油的温度一般在300-400度， 所以必须用3087的管子。）3.低中压锅炉用无缝钢管（G

9、B3087-1999）是用于制造各种结构低中压锅炉过热蒸汽管、沸水管及机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管用的优质碳素结构钢热轧和冷拔（轧）无缝钢管。4.高压锅炉用无缝钢管（GB5310-1995）是用于制造高压及其以上压力的水管锅炉受热面用的优质碳素钢、合金钢和不锈耐热钢无缝钢管。5.化肥设备用高压无缝钢管（GB6479-2000）是适用于工作温度为-40400、工作压力为1030Ma的化工设备和管道的优质碳素结构钢和合金钢无缝钢管。6.石油裂化用无缝钢管（GB9948-88）是适用于石油精炼厂的炉管、热交换器和管道无缝钢管。7.地质钻探用钢管（YB235-70）是供地质部门进行岩心

10、钻探使用的钢管，按用途可分为钻杆、钻铤、岩心管、套管和沉淀管等。8.金刚石岩芯钻探用无缝钢管（GB3423-82）是用于金刚石岩芯钻探的钻杆、岩心杆、套管的无缝钢管。9.石油钻探管（YB528-65）是用于石油钻探两端内加厚或外加厚的无缝钢管。钢管分车丝和不车丝两种，车丝管用接头联结，不车丝管用对焊的方法与工具接头联结。10.船舶用碳钢无缝钢管（GB5213-85）是制造船舶I级耐压管系、级耐压管系、锅炉及过热器用的碳素钢无缝钢管。碳素钢无缝钢管管壁工作温度不超过450，合金钢无缝钢管管壁工作温度超过450。 11. 汽车半轴套管用无缝钢管（GB3088-82）是制造汽车半轴套管及驱动桥桥壳轴

11、管用的优质碳素结构钢和合金结构钢热轧无缝钢管。12.柴油机用高压油管（GB3093-2002）是制造柴油机喷射系统高压管用的冷拔无缝钢管。13.液压和气动缸筒用精密内径无缝钢管（GB8713-88）是制造液压和气动缸筒用的具有精密内径尺寸的冷拔或冷轧精密无缝钢管。14.冷拔或冷轧精密无缝钢管（GB3639-2000）是用于机械结构、液压设备的尺寸精度高和表面光洁度好的冷拔或冷轧精密无缝钢管。选用精密无缝钢管制造机械结构或液压设备等，可以大大节约机械加工工时，提高材料利用率，同时有利于提高产品质量。15.结构用不锈钢无缝钢管（GB/T14975-2002）是广泛用于化工、石油、轻纺、医疗、食品、

12、机械等工业的耐腐蚀管道和结构件及零件的不锈钢制成的热轧（挤、扩）和冷拔（轧）无缝钢管。16.流体输送用不锈钢无缝钢管（GB/T14976-2002）是用于输送流体的不锈钢制成的热轧（挤、扩）和冷拔（轧）无缝钢管。 17.异型无缝钢管是除了圆管以外的其他截面形状的无缝钢管的总称。按钢管截面形状尺寸的不同又可分为等壁厚异型无缝钢管（代号为D）、不等壁厚异型无缝钢管（代号为BD）、变直径异型无缝钢管（代号为BJ）。异型无缝钢管广泛用于各种结构件、工具和机械零部件。和圆管相比，异型管一般都有较大的惯性矩和截面模数，有较大的抗弯抗扭能力，可以大大减轻结构重量，节约钢材。1.1.2我国无缝钢管行业的发展历

13、程我国无缝钢管行业的发展历程大致可以分为以下4个阶段:(1)第1阶段为初级发展阶段(1949-1982年)。这一阶段是我国无缝钢管从无到有、逐步发展的阶段。鞍钢和包钢在前苏联的帮助下，先后建成了140mm自动轧管机组(1953年)和400mm自动轧管机组(1971年)，成都无缝钢管厂利用匈牙利提供的主轧机，建成了133mm顶管机组(1962年)和216 , 318mm周期轧管机组(1966年)。上海第一钢铁厂参照鞍钢无缝钢管厂140mm自动轧管机组的图纸，自行设计、制造了l00mm自动轧管机组(1960年)。随后，由国家组织编制了76mm无缝钢管车间通用设计，并在全国推广。76mm斜轧穿孔机和

14、冷轧(拔)机得到了较快发展。到1982年，我国无缝钢管产量达到了10万t，主要产品为流体管、结构管、锅炉管、军工用管和油井管等，自给率为80%左右。（2）第2阶段为发展阶段(1982-1997年)。随着改革开放政策的实施，我国无缝钢管生产技术及装备水平得到了迅速提高。1986年，宝钢无缝钢管厂引进了140mm全浮动芯棒连轧 管机组;1992年，天津钢管公司引进了250mm 限动芯棒连轧管机组，成都无缝钢管厂利用美国技术，国内外联合设计、制造了180mm精密轧管机组;1988,1995年，大冶钢厂分别引进了76 , 77mm三辊轧管机组;1997年，衡阳钢厂引进了89mm半限动芯棒连轧管机组。上

15、述一机组代表了当时无缝钢管生产机组的先进水平。随着无缝钢管装备水平的提高，1982-1997年，我国无缝钢管产量连续15年以年均8. 9%的速度增长，平均每年增加产量17. 3万t。 1992年我国无缝钢管产量265万t，超过日本(233万t);1994年无缝钢管产量304万t），超过俄罗斯(281万t)0 1997年，我国无缝钢管产量达361万t，成为世界第1无缝钢管生产大国，与此同时，无缝钢管的品种和质量也得到了很大的提升，自给率超过了901998年，亚洲金融危机对我国无缝钢管行业造成严重影响。当年，我国无缝钢管产量不增反降，由361万t降到347万t，降幅为3.8。（3）第3阶段为快速发

16、展阶段(1998-2008年)。 1998年以后的10年，是我国无缝钢管行业发展最快的10年。期间，我国无缝钢管产量以年均19. 8%的速度增长，年均增加166万t。到2008年，我国无缝钢管产量达到了2115. 24万t,从10年前占世界无缝钢管产量的20%左右提高到了60%左右，成为世界无缝钢管产量的巨无霸。1999-2008年，我国无缝钢管出口以年均50. 5%的速度增长，2004年成为无缝钢管净出口国。2008年，我国无缝钢管出口610万t，进口55万t，净出口555万t。1.1.3无缝钢管技术及装备的发展方向 (1)连轧管机组是我国20世纪80年代后引进的最先进的产能最大的热轧无缝钢

17、管机组，一套机组年产可达80万100万吨，但其投资也非常庞大，在生产过程中更换产品规格需要更换工模具的数量和时间都比其他机组多和长，所以它是适应少规格、大批量生产的最佳机组。这种机组最好在一个集团或公司里有多套，以便分工生产，达到在一套机组上生产规格少、批量大、产量高、消耗低、效率高、成本低、竞争力强的效果。 (2)当今国际先进高产能的热轧无缝钢管生产工艺主流程应为电弧炉或转炉冶炼LF炉外精炼VD真空处理全保护连铸圆管坯导盘(板)穿孔，热连轧定(减)径热处理管加工。 (3)当今先进的冷加工无缝钢管的生产工艺流程应为：圆管坯加热穿孔(热轧)成壁厚、外形、表面高精度荒管l2道次冷拔(或冷轧) 保护

18、气氛热处理在线无损检测。目前，我国已在早期自己开发、研制的基础上，在吸收、消化、改造、发展和总结这些引进机组的经验基础上，已完全可能独立、自主的研发、设计、制造这种现代化的先进钢管生产设备，实现这一重大装备的国产化。(4)自动轧管机组是我们新中国最早的无缝钢管生产机组，除两套(140和400mm)是原苏联援建的外，全部是我国自己设计、制造的。在过去相当一段时间里曾是我国无缝钢管的主力机组。但因其所轧钢管较短、需要两次加热、成材率低，所以近几年来只有少数几套100mm以上的机组经过更新和改造，特别是400mm机组的改造是成功的。但大部分100mm和小于100mm的机组，有的已改为其他机组，如圆盘

19、(精密)、三辊轧管机组；有的正在考虑或已在研究和探讨改造方案当中；有的已处在半停产和已停产当中。 (5)精密和圆盘轧管机组：精密轧管机组是我国惟一只引进软件技术，整套轧管机组同美国联合设计、联合制造；圆盘轧管机组是在我国自己独立开发的狄塞尔轧管机的基础上吸收精密轧管机的核心技术而独立开发的，现在已在国内较广泛的建设。这种机组投资低，精度高，工序短，只需要一次加热，更换产品规格简单、时间短，但它不是高产能机组，因为其所轧钢管不长(比自动轧管机长)，产量不宜太高(高了影响质量)，而是品种轧机。(6)三辊轧管机组是我国成功地自己独立开发较早的轧管机组之一，同时先后从国外引进了几套。三辊轧管机组是中、

20、厚壁钢管较理想的轧管机组，投资低，精度高，更换产品规格简单、时间短，但它生产薄壁管困难，也不是高产能机组。(7)顶管机组最早是匈牙利供给我国的轧管机组，现早已被淘汰。80年代后期我国自己设计、制造了一套较新(CPE)的顶管机组，后来又从国外购买了一套二手(CPE)顶管机组。这种顶管机组只适于生产中、薄壁管，且其生产的规格、品种范围窄、工具消耗偏高、成材率偏低，竞争力不高，在现有设备的基础上、根据市场需要，选其最优(相对消耗低、成材率高、有竞争力)规格生产(如小直径薄壁管)，尚可(在小直径高效、高产连轧管机组投产前)生存。(8)周期轧管机组最早也是匈牙利供给我国的轧管机组，因其变形量大，可以直接

21、用钢锭轧制钢管，且可轧制厚壁钢管，所以它曾在我国钢材紧张的年代里做过大贡献，因其坯到材的成材率低、钢管外表面质量和壁厚偏差不理想，只在生产大直径、厚壁、有特殊要求的钢管方面，具有一定优势，有一定市场需求。(9)毛、荒管热轧机组配冷拔、冷轧生产成品钢管的生产线。生产尺寸(直径和壁厚)、精度和表面质量(光洁度)要求很高，用热轧(有竞争力)方法无法达到时，用冷拔、冷轧是通常和标准的生产方法。(10)我国在钢材(特别是钢管)和设备极度缺少和紧张的特殊历史条件下，发展了生产毛管(只穿孔)或荒管(穿孔后经过轧管)后，直接打头，冷拔多次，生产成品钢管。而这些冷拔管完全应该用热轧生产。每冷拔一次都要经过酸洗和

22、退火。不但增加了消耗，还污染了环境，当时解决了需要，现在则应取缔。(11)现在对某些特定规格钢管，已进一步发展成为毛管直接冷轧一道次或冷拔l一2道次生产成品钢管。这种工艺在消耗和成本上已可和热轧管媲美，在环保上还存在少量的酸洗污染，但解决酸洗污染问题(不用酸洗或全部回收利用)的时间，已不远。这是我国的独创.(12)总之，目前我国现有各种热轧管机组各有其特长，都应根据其所在地区和产品定位，形成自己的市场，在品种、质量上不断改进、提高，在降低能耗和消耗上狠下工夫，获得低成本的优势；一批成本高、质量差的轧管机组，将随着市场经济的深入发展，尤其在供大于求的形势下，将自然淘汰；对至今尚未落实稳定管坯资源

23、的钢管企业，要把落实与冶金企业建立长期战略联盟或伙伴关系作为重要措施，以求稳定原料、生产和产品质量，并进行产品结构调整，否则也将自然淘汰。1.2 主要热轧无缝钢管生产机组的发展历程1.2.1 自动轧管机组自动轧管机组是我国出现的第1种无缝钢管生产机组。1953年在原鞍钢无缝钢管厂（现鞍钢股份有限公司无缝钢管厂 ）建成投产的是前苏联制造的140 mm 小型轧管机组，该厂于 1958 年利用废旧材料和设备，自行设计制造和安装了 76 mm 穿孔机和自动轧管机各 1 台， 用于生产冷拔用毛管。后来又制造了 3 套（红旗 1， 2， 3号）分别被调往重庆、云南和山西等地，这种机组后来就被发展成了所谓的

24、“76 mm 自动轧管机组”。1958 年后， 我国开始自行设计制造、安装和投产了一批 76 mm 自动轧管机组， 最初设计制造的设备比较简陋和粗糙，设计制造单位既有无缝钢管生产厂，也有冶金机修厂和其他设备制造厂等。后来逐步走向正规。1960年原上海第一钢铁厂（简称上钢一厂）无缝钢管车间建成投产的是我国自行设计制造的， 由穿孔机、轧管机、均整机和定（减）径机组成的第 1 套完整的 100 mm热轧自动轧管机组。上钢一厂成为了我国第 2个生产热轧无缝钢管的厂家。随后，这种 100 mm 自动轧管机组建成并投产了多套。1971 年前苏联制造（1958 年设备到货）的 400mm 自动轧管机组在原包

25、钢无缝钢管厂（现内蒙古包钢钢联股份有限公司无缝钢管厂）建成投产，从此我国有了 2 套大型轧管机组。该厂于 2000 年利用德国的技术和部分设备将此机组进行了全面现代化和自动化的改造。1987 年原成都无缝钢管厂建成投产了国内设计制造的我国第1套100 mm 单槽自动轧管机组。1992 年原鞍钢无缝钢管厂为了进一步扩大产量， 自行设计制造、安装并投产了 1 套全新的140 mm 自动轧管机组。后来，由于自动轧管机组本身存在的问题以及其他先进机组的建设和发展， 自动轧管机组逐渐被改造和取代5-6。 到 1986 年自动轧管机组的产量达到近100万t，约占全国总产量（146 万t）的 68.5%，而

26、其中我国自行设计制造的机组产量近 60 万t。1.2.2 顶管机组顶管机组是我国出现的第 2 种无缝钢管生产机组。1962 年在成都建成投产的是匈牙制造的133 mm 小型顶管机组；1988 年由我国自行设计制造的1套 102 mm 新式顶管机组（CPE）在江苏常州建成投产；1993 年原汉口轧钢厂从德国购买了 1 套 114 mm CPE（二手设备）并于 2001 年建成投产； 1996 年原武汉重型铸锻厂为了满足我国大直径厚壁高压锅炉管的需要， 建成投产了我国第1套1066mm 大型顶管机组。2001年攀成钢公司 133 mm 顶管机组停产拆除。最近几年，先后有河北宏润重工集团、渤海重工管

27、道有限公司和浙江金盾压力容器有限公司等，分别由国内多家重型机械制造公司设计制造、 建成投产了 1 1001 500 mm 大直径厚壁顶管机组。1.2.3 周期轧管机组周期轧管机组是我国出现的第 3 种无缝钢管生产机组。1966 年在原成都无缝钢管厂建成投产了匈牙利制造的 318 mm 大型轧管机组，这也是我国第1 套大直径无缝钢管轧管机组；1969 年 216 mm周期轧管机组建成投产。1990 年原成都无缝钢管厂利用兄弟厂报废的库存设备经过改造，在 630mm 热拉拔式扩管机组前，建成投产了 1 套斜轧穿孔机+单机架 350 mm 周期轧管机，形成了一条完整的一次成材无缝钢管生产机组（周期轧

28、管+扩管）；2005 年该厂216 mm 周期轧管机组停产， 同时利用搬迁的机会将 318 mm 机组改造为 508 mm周期轧管机组（取消了卧式冲孔机）。20082009 年通钢集团磐石无缝钢管有限公司和四川三洲特种钢管有限公司先后建成投产了我国自行设计制造（2004 年开始）的2套 720 mm周期轧管机组（喂料器从德国购买）。2010 年衡阳华菱钢管有限公司（原衡阳钢管厂）从德国购买的全套 720 mm 周期轧管机组（含立式冲孔机）建成并投产。1.2.4 钢管挤压机组钢管挤压机组是我国出现的第4种无缝钢管生产机组。1970 年原上海异型钢管厂自行设计制造、建成投产了我国第 1 台 15

29、MN 的四柱卧式钢管挤压机。1976 年原长城钢厂建成投产了 31.5 MN 挤压管机组（1966 年从德国引进）。在此机组建成之前，该厂还利用国产设备建成了1台 16 MN 的挤压机，但是基本上没有使用。 期间，中科院沈阳金属研究所为了研究和生产360 mm 的小直径高合金无缝钢管，也建成了1台 6 000 kN 的挤压管机组。2006 年浙江久立不锈钢管股份有限公司从德国购买的1条35 MN 挤压管生产线建成投产。接着，宝山钢铁股份有限公司和太原特钢公司先后从德国各自购买了 1 套 60 MN 钢管挤压机组；宝银特种钢管有限公司从德国购买的 30 MN 钢管挤压机组和内蒙古北方重工业集团有

30、限公司由清华大学负责设计、自行制造的 360 MN 大型立式钢管挤压机组， 分别于最近 12 年建成投产。内蒙古北方重工业集团有限公司的 360 MN 大型钢管挤压机是目前世界最大的立式钢管挤压机。1.2.5 狄塞尔“圆盘”轧管机组 狄塞尔“圆盘”轧管机组是我国出现的第 5 种无缝钢管生产机组。1971 年原鞍钢无缝钢管厂自行设计制造的狄塞尔轧管机组建成投产， 设计年生产能力 3 万t，先后经过两次改造后， 产品规格从 76 mm 扩大到了108 mm， 1983 年生产了汽车半轴管， 1987 年产量达到 6.2 万t。 1989 年该厂在总结和提高生产、设备使用及维护经验的基础上设计制造了

31、 100mm 新型狄塞尔轧管机， 更名为“圆盘轧管机”。 随后， 此类机组在合肥等处制造并建成投产了多套。由于精密轧管机组的发展， 大多在“圆盘轧管机”上增加了辗轧角， 使其变成了简单的精密轧管机。1.2.6 三辊（阿塞尔）轧管机组三辊（阿塞尔）轧管机组是我国出现的第 6 种无缝钢管生产机组。1978 年在原衡阳钢管厂安装试轧、1980 年通过部级鉴定并获奖、1987 年建成投产的 108 mm三辊轧管机组（三辊穿孔），是由原太原重型机械厂设计制造的小型轧管机组（此机组于 2003 年改造为219 mm 机组）。1979 年原沈阳无缝钢管厂与原东北工学院合作研制建成投产 50 mm 三辊轧管机

32、。1987 年由原西安重型机械研究所设计制造的50 mm 三辊轧管机在河南省孟县无缝钢管厂建成投产。1985 年原湖北大冶钢厂（现湖北新冶钢有限公司）和江西洪都钢厂分别从德国西马克和英国戴维麦基公司购买了改进型三辊轧管机， 原湖北大冶钢厂用于改造 76 mm 自动轧管机； 江西洪都钢厂则用于和国产 90 mm 自动轧管机并联生产。1995 年原湖北大冶钢厂又从德国购买了整套170 mm 三辊轧管机组； 天津市无缝钢管厂从德国购买了1台114 mm 三辊轧管机取代该厂原有的 100 mm 自动轧管机。1996 年原江苏无锡钢厂（现江苏华菱锡钢特钢有限公司）从西班牙购买的 1 套二手 100 mm

33、 三辊轧管机组建成投产。2005 年天津钢管公司从德国购买的 219 mm三辊轧管机组建成投产。2006 年浙江明贺钢管有限公司从德国购买的180 mm 三辊轧管机组建成投产。2000 年开始至今， 除上述天津钢管公司和浙江明贺钢管有限公司外， 建成投产的三辊轧管机组全部由我国自行设计制造（最大 460 mm）。据不完全统计， 截至目前建成投产和在建、 拟建的三辊轧管机组共有 29 套， 产能达 354 万t（表2）。 三辊轧管机组已是我国热轧无缝钢管生产的主力机组之一， 产能约占 16%， 仅次于精密轧管机组， 位列第三。1.2.7 连轧管机组连轧管机组是我国出现的第7种无缝钢管生产机组。1

34、986 年在原宝钢无缝钢管厂建成投产的 140mm 8 机架浮动芯棒连轧管机组（1978 年引进），是我国第 1 套设计年产 50 万t的高产无缝钢管机组，也是世界上最后建设的一套全浮动芯棒连轧管机。1976 年国家就安排研制76 mm 连轧管机，设备设计和制造由原太原重型机械厂负责，但由于种种原因，实验研究工作整整拖后了15年，几经周折直到 1990 年才在原衡阳钢管厂进行了成功的中间工业试验。1993 年在天津钢管公司建成投产的 250 mm7 机架限动芯棒连轧管机组， 是从意大利全套引进的中型连轧管机组，也是我国引进的第 1 套限动芯棒连轧管机组。 1997 年在原衡阳钢管厂建成投产的

35、89 mm6 机架半浮动芯棒连轧管机组，是从德国引进的全套设备和技术， 也是我国引进的第 1 套半浮动芯棒连轧管机组。1999 年建成、 2000 年在原包钢无缝钢管厂投产的 180 mm 5 机架限动芯棒连轧管机组（Mini-MPM）是从意大利引进的全套主设备， 该连轧管机也是我国和世界最少机架的连轧管机。2003 年在天津钢管公司建成投产的 168 mm三辊连轧管机组， 是从德国引进的世界最新、 最具现代化水平的第 1 套三辊连轧管机组， 也是我国最先从 1993 年香港国际管材展览会的会议报告中发现， 并于 1994 年就与其设计制造公司意大利因西公司（后被德国收购）进行多次技术交流和谈

36、判引进的。目前，连轧管机组是我国热轧无缝钢管生产的第一主力机组， 产能约占 51%， 20002010 年是我国连轧管机组建设的高潮。我国先后建成投产和在建、拟建的连轧管机组多达28 套，产能达1 100万t，其中18套为三辊连轧管机组（表 3）。18套三辊连轧管机组中，我国自行设计制造的有5套，另有 2 套（100 万t）尚不清楚是由国内还是国外制造。自行设计制造的5套中，1套366 mm大型三辊限动芯棒连轧管机和 1 套 159 mm 三辊限动芯棒连轧管机， 都已建成投产，生产正常，产能 180 万t.1.2.8 精密轧管机组精密轧管机组是我国出现的第 8 种无缝钢管生产机组。1990 年

37、世界第 1 台 114 mm 精密轧管机在原烟台钢管厂西分厂（现烟台鲁宝钢管有限责任公司）建成投产， 这也是华美合资公司引进美国的技术软件， 中美联合设计制造的第 1 台轧管机（其配套的穿孔机、 定径机均由我国自行设计制造）。1992 年在原成都无缝钢管厂建成投产的 180mm 精密轧管机组， 整套设备全部是华美合资公司引进技术软件， 中美联合设计制造的， 是当时世界上技术最先进、 装备和控制水平最高的现代化无缝钢管生产机组之一。1996 年分别在原上海钢管厂和北满特殊钢有限责任公司各建成投产 1 套 114 mm 精密轧管机组， 这两套机组的穿孔机和定（减）径机全部由我国自行设计制造， 只有

38、精密轧管机是华美合资公司引进技术软件， 中美联合设计制造的。从 2000 年开始国内一些单位陆续采用不同的辗轧角、 送进角以及不同的装备、 控制和制造水平，设计制造了几十套精密轧管机（最大 325 mm）， 并在全国各地建成投产。据不完全统计， 到目前为止全国各种精密轧管机组共有 33 套， 产能 411 万t（表 4）。 现在精密轧管机组是我国热轧无缝钢管生产的主力机组之一，产能约占 19%， 位居第二。1.3应高度重视的问题1.3.1无缝钢管产能激增，增长质量大幅下滑2011 年是我国“十二五”开局之年，我国无缝钢管行业经过近 10 年快速发展，已拥有各类无缝钢管机组近 380 台（套），

39、总产能已超过 3000 万 t，约占世界无缝钢管产量的 80%，成为名副其实的无缝钢管生产和消费大国。“十一五”期间，我国无缝钢管产量由2006年的1508 万 t，到 2010 年上升到 2528 万 t，净增 1020 万 t，增长 67.64%。表观消费量由 2006 年 1327 万 t，增加到 2010 年的 2172 万 t，净增 846 万 t，增长 63.75%。图 2 所示为我国“十一五”期间无缝钢管生产和消费量的走势，可看出，产量和消费均呈快速增长态势，但是总体是产量增长大于消费量的增长。但值得注意的是，我国无缝钢管行业的装备水平、产能、产品质量和品种在得到提高和改善的前提

40、下，经济效益却出现了大幅度的下滑，尤其是 2008 年全球性的金融危机以来，我国无缝钢管主要生产厂家的经济效益并没有随着产量的增加而同步增加，即没有取得应有的增长质量，笔者认为出现这种情况的主要原因有以下几点。一是产能增长过快，供大于求的供需矛盾突出，导致市场恶性竞争，企业间大打价格战，无缝钢管售价过低。二是原、燃料价格大幅上涨，企业难以消化，制造成本上升，致使企业利润空间缩小。三是国际上针对我国无缝钢管的“反倾销”，使无缝钢管出口受阻。自 2005 年我国成为钢管净出口国后，其出口量逐年递增，引起国际社会的高度关注，尤其2009 年因美国的“双反”调查和初裁，致使我国出口美国的油井管同比降低

41、了 85.24%。四是产品结构不尽合理，品种不齐，产品质量不稳定现象依然存在。五是产业集中度低下，我国无缝钢管产量排前10 名的企业产量之和占全国无缝钢管总产量的比例不到 40%，低于我国排前 10 位的钢铁集团钢产量占全国总产量 48.6% 的水平。六是近年来，钢管行业重复投资导致的产能过剩，也影响着我国钢管行业的持续健康发展。1.3.2无缝钢管生产机组先进与落后共存 我国无缝钢管行业通过近 10 年的快速发展，生产技术装备水平既有世界顶尖的连轧管机组，又有不断增加的穿孔 + 冷拔工艺的落后机组，这些落后机组占我国无缝钢管机组总数的比例达 60% 左右，并占有我国无缝钢管总产量的 20% 比

42、例。究其原因，一是我国部分专业用管（如汽车、摩托车、医疗、航空等行业用管）穿孔 + 冷拔（轧）工艺是目前比较经济适用的生产工艺方法 ；二是专业用管一般为小口径管，对钢管的尺寸精度，内外表面光洁度等技术条件要求较严，热轧无缝钢管的生产工艺无法达到其技术要求。我国无缝钢管今后的发展思考。1.4如何在当前形势下生存如何在目前这种“产能过剩， 市场竞争激烈， 原料、 能源紧张， 环保压力大和微利亏损”的形势下生存， 是一个既老又新的大难题， 是一个长期积累的复杂难题， 也是一个很明显、 很清楚的问题。 大家也都先后发表过很多意见和建议。如， 产能过剩、 竞争激烈问题。 早前就已提出， 新建机组过多，

43、过于盲目， 要杜绝重复建设。机组多了， 产量肯定上去了， 产量提高后原料和能源必定紧张， 市场竞争更加激烈。 但是， 国家只能控制几个能控制的企业， 控制不了所有的企业， 企业只顾自身， 都在加紧建设， 从而导致了产能过剩、 竞争激烈的结果。又如， 调整结构组建大集团问题。 国家早就提出， 大家也都建议， 尽快进行企业调整， 采取联合、 兼并、 重组等方式组建跨地区跨部门的钢管集团公司， 以避免企业间的无序竞争， 增强国内外竞争能力， 避免重复、 盲目建设， 统筹规划市场、 生产和物流管理， 提高生产能力、 降低消耗和成本，合理配置资源及减少污染排放， 但至今看不到有大的改观。再如， 集中科技

44、力量， 提高创新能力问题。 已提出集中力量提高我国钢管生产、 科研的技术开发和创新能力。 我国已有多套工艺先进和配套齐全的一流轧管设备， 但生产的产品还没有完全达到国际同等设备的水平， 至今每年还要进口几十万吨钢管（2010 年进口了 25 万余吨）。 但至今各企业、 科研机构和有关大学的钢管科技研究人员， 不但没有增加， 有的反而还在减少。对这些问题， 笔者认为： 各钢管企业一定要面对全国和世界市场， 看清基础（设备、 技术、 经济和资源）、 明确方向和定位， 早下决心、 果断行动。1） 对于中小企业如果已有品牌产品， 且占有一定市场， 具有经济和资源能力， 笔者认为应下决心巩固、 发展和壮

45、大。 首先要以质量、 服务和信誉稳定巩固已有市场， 在此基础上， 可以向扩大品种、 增加产能或向上工序（原料、 工模具、 设备）和下工序（半成品或成品）延伸发展； 还可采取兼并、 联合的办法发展和壮大。 但一定要根据自己的实际情况稳步进行，切忌急于求成的冒进。如果产品品种不多， 又无品牌， 市场不稳定，技术和装备无特长， 基本无盈利或亏损， 经济和资源能力一般， 则应尽早下决心停产、 转产（利用厂房、 场地、 运输和电、 气、 水等现有条件）或另寻出路（寻找被兼并、 联合的企业或报请批准破产）。如果处于上述两者之间， 即有的产品品种还有一些市场， 技术和装备还有某些实力， 只是由于某种原因竞争

46、力差， 无盈利或有时亏损， 则应找准问题， 针对问题采取具体措施（管理、 技术、 设备、 工具等）予以解决。 不过长远来看， 笔者认为可同时寻找能与自己形成优势互补的合作或联合伙伴， 以共同克服困难和发展壮大； 当然也可以以较优惠的条件参加（并入）某个大集团。2） 对于大型企业根据企业的无缝钢管产品在国内外占有的市场份额， 品牌知名度的情况， 企业整个资源的配置能力以及对国家承担的社会责任等， 确定产品的定位和研发生产方向， 即是作为企业的核心、 主要、 一般产品， 还是取消该产品。（1） 如果确定把无缝钢管定位为核心品牌产品， 则应尽快全面规划， 积极发展和壮大。 在国家已经确定其为国际大型

47、钢铁集团的企业中应有 24个企业将钢管（无缝钢管和焊管）作为其核心品牌产品发展， 将其规模发展到 500800 万t（其中无缝钢管 300500 万t）， 品种、 规格要齐全。 发展的方法可以采取联合、 参股、 兼并和笔者曾提出过的“集中营销， 统一计划生产、 运输， 统一核算、 分配利润”的方式进行。 同时要集中建立钢管科研技术中心， 专门研究开发钢管技术和品种。 如果能实现，这将是世界上最大、 最具有竞争力的钢管集团分公司， 它应在全球根据市场需要和原材料、 能源的供应条件部署营销及生产（在国外建立钢管厂）的网点， 以全面提高竞争力。 在国外建厂应以我国的资金、 技术和装备为主。（2） 如

48、果确定把无缝钢管定位为主要品种， 则应加入那些已确定把钢管作为核心品种发展的大型钢管集团公司的联合、 参股或“集中营销分利”。 当然亦可根据自身独特品种和市场占有情况在国内外部署专门的营销及生产网点， 参与国内和国际竞争， 但要非常谨慎。 （3） 如果确定把无缝钢管定位为一般品种， 则应缩减规模， 专为本地区服务； 或参加大型钢管集团公司的联合、 参股或“集中营销分利”。2 产品大纲制定及金属平衡2.1 产品大纲2.1.1 产品方案产品方案是设计的工厂或车间拟生产的品种名称，品种规格，状态和年计划产量，轧钢车间工艺设计首先从拟定车间产品方案开始，有了方案就可以进一步选择设备和确定车间工艺。（1

49、）编制产品方案的原则1)国民经济发展对产品的要求，根据国民经济各部门对产品数量、质量和品种等方面的要求情况，既考虑当前急需，又考虑将来发展的需求；2)产品的平衡，考虑全国各地生的布局和配套加以平衡；3)建厂地区的条件、生产资源、自然条件、投资等的可能性；4)根据技术可能性，逐步解决产品品种、规格的更新问题争作到产品结构和产品标准的现代化。（2）产品方案的主要内容1）车间生产的钢种和生产规模；2）各类产品的品种和规格；3）各类产品的数量及其在产品的比例。根据需求，生产现状，技术条件，生产工艺等情况，现确定如下产品方案表（2-1）表2-1 产品方案表序号品种成品规格产品比例总产量（万吨）备注（常用

50、牌号）1结构用无缝钢管6-6101.5-40mm26.7%810、20、40Mn2、20Cr、40Cr、20CrMo2输送流体用无缝钢管8-6301.5-40mm20.0%610#、20#、Q295、Q3453油井管60-6301.53-40mm20.0%6J55、N80 A、B、X424高压锅炉管16-8242-65mm10.0%320G、20MnG、25MnG5低中压锅炉管10-5302-40 mm10.0%310#、20 #6地质钢管21.3-139.72-25mm13.3%435#、45#、30CrMo合计100%302.1.2 坯料(1) 坯料选择生产无缝钢管所用的坯料，叫做管坯。通

51、常，采用实心圆钢作为管坯。某些无缝钢管生产方式也有采用钢锭、连铸坯、锻坯、轧制方坯及离心浇注的空心坯等制作管的坯料。近几年来，为了管坯廉价化，大力发展氧气转炉钢和连铸坯来生产管坯，可降低成本15%左右。本设计是根据当前无缝钢管生产的发展防线，均采用实心圆坯。(2) 管坯的技术要求合格的管坯是热轧无缝钢管生产的先决条件，由于斜轧穿孔的变形特点，对管坯质量（尤其是表面质量）提出了严格的技术要求。根据颁布标准对管坯的尺寸，表面质量，组织等方面有一定的技术条件：1) 通常长度：（4000-10000）mm公差1%；2) 弯曲度：最大弯曲度10，两端面必须与轴线垂直，切亵渎不大于5毫米3) 表面不允许有

52、折叠，裂痕和其他缺陷，单深度小于0.4毫米的表面裂痕允许存在，缺陷修理后的痕迹不得超过外径公差之半；4) 圆管坯浸式样横断面的低倍组织不得有白点缩孔、残余气泡、分层、翻皮、裂缝和夹杂。(3) 典型产品具体参数的选择1） 钢种的选择：20G2） 断面尺寸的选择：140mm3） 长度尺寸的选择：考虑加热能力、成品的定尺长度、切头尾损失、加热之后产生氧化铁皮的损失，轧件头尾的温差、轧制速度的快慢、设备间厂房长度、成材率等因素来确定原料的长度为8米。确定典型产品为1408mm2.2 金属平衡表金属平衡就是整个生产过程中坯料、成品、烧损及二次氧化铁皮、切头和废品的数及比例关系。通常根据有厂家的生产统计，

53、确定各部分所占的百分比，按产品大纲中的产品数量确定各部分的数量。产品占相应坯料的百分比成成材率，其倒数称为金属平衡系数。烧损及二次氧化铁皮两占相应的百分比称废品率。各指标详见表2-2：表2-2 金属平衡序号品种年产量切损轧废烧 损成材率金属消耗系数坯料年需要量万吨%万吨%1结构用无缝钢管80.1620.162961.048.322输送用无缝钢管60.1220.122961.046.243油井管60.1220.122961.066.244I类锅炉管30.0620.062961.163.125II类锅炉管30.0620.062961.163.126地质管40.0820.082961.044.16总

54、计30坯料总计31.20综合成材率计算A=aini式中：ai -各产品的成材率 ni -各产品的百分比 计算各设计的综合成材率： A=96%20%+96%20%+96%7%+96%6%+96%7%+96%40%=96%3工艺流程的制定及设备参数的选择 3.1轧制工艺流程的制定 所谓生产工艺流程就是把产品的生产工序按次序排列起来，确定车间生产工艺流程是工艺设计中的一项重要工作，它直接关系到整个设计能否满足设计任务书的要求。 合理的生产工艺流程应在保证完成设计的任务书中规定的产量和质量的前提下，具有最低的消耗、最少的设备，最小的车间面积、最低的产品成本、并且有利于产品质量的不断提高和将来的发展，具

55、有较好的经济效果和较好的劳动条件，制定生产流程总的原则是：节能、高效、保质、污染少和经济。那么制订产品生产工艺流程的主要依据有以下几点：1、根据生产方案的要求由于产品的产量、品种、规格及质量的不同，所采用的生产方案就不同，那么主要工序就有很大的差别。因此，生产方案是编制生产工艺流程的依据。2、根据产品质量的要求 为了满足产品技术条件要求，就要有相应的工序给以保证。因此，满足产标准的要求是生产工艺流程的基础。3、根据车间生产率的要求 由于车间的生产规模不同，所要求的工艺过程复杂程度也不同。在生产同一产品情况下，生产规模越大的车间，其工艺过程也越复杂。因此，设计时生产率的要求是设计工艺过程的出发点。同时又要遵循以下原则：1）在确保场频的质量，满足技术要求的前提下，充分利用合金的塑性，尽可能减少轧制道次，缩短生产周期，提高劳动生产率。2）保证各工序设备负荷平衡、安全运转，充分发挥设备的生产能力。3）在经济情况允许的条件下，尽量采用新设备、新技术、新工艺，以提高生产率，改善劳动条件提高整体经济效益。本设计以鞍钢无缝钢管厂140自动轧管机组生产工艺流程为依据，工艺流程如下：图3.1 工艺流程图3.2工艺制度的确定及设备参数的选择3.2.1坯料1.管坯种类的选择 生产无缝钢管所用的坯料，叫做管坯。通常，采用实心圆钢作