安徽工业大学无缝钢管设计课程设计x

1、成品管尺寸31.8*5.6安徽工业大学热轧高压锅炉管课程设计（119孔型）连轧荒管尺寸毛管尺寸119*6.5141.5*15指导老师：尹元德专 业材料成型及控制工程班级一型133班一姓名吴志高学号139024090一、热轧无缝钢管课程设计要求1二、钢管的标准及技术要求 2三、生产工艺流程及工艺制度53.1工艺流程总图532热轧工艺总图53. 3高压锅炉管生产工艺图53. 4生产工艺流程简述73. 5温度制度9四、连轧孔型设计104. 1孔型设计的基本参数及变形量表示法104. 2变形分配114. 4孔型结构的选择124.5轧管机力能参数计算194.6轧件对轧辘的作用力p20一、热轧无缝钢管课程

2、设计内容要求1、产品技术要求；（高压锅炉管和石油管不同）2、工艺流程（包括热轧工艺流程及高压锅炉管（石油管）生产工艺流程）简介；3、针对所设计的成品规格，进行连轧孔型设计（包括计算芯棒直径、各机架减壁量 和减壁率、孔型已知参数及导出参数、第1机架力能参数计算）；4、孔型图（用autocad画出）题目：规格尺寸（单位：mm）高压锅炉管（"9孔型成品管尺寸连轧荒管尺寸毛管尺寸（连轧入口尺寸）1、21.3x2.6119x3.5141.5x122、25x4.0119x5.0141.5"3.53、30x5.0119x5.75141.5x14.254、31.8x5.6119x6.514

3、1.5x155、38x7.1119x7.0141.5x15.56、38x3.2119x4.0141.5x12.57、42.4x&0119x8.0141.5x16.58、51x10.0119x9.75141.5x18.259、57x12.5119x12.5141.5x21油井管（152.5孔型成品管尺寸连轧荒管尺寸毛管尺寸（连轧入口尺寸）1、139.7x16152.5x16179x26.252、139.7x6.2152.5x6179x15.753、60.3x4.24152.5x4.75179x144、60.3x4.83152.5x5.25179x14.755、73x7.82152.5x7

4、.75179x17.56、73x9.19152.5x9.25179x197、8&9x5.49152.5x5.5179x158、88.9x11.4152.5x11.25179x219、127x12.7152.5x12.5179x21.510、 132x15152.5x15179x25二. 钢管的标准及技术要求1）对钢管尺寸偏差的要求根据国标gb/t17395-2003无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差对尺寸偏差 的要求，可分为标准化和非标准化两种，四个等级，其具体参数要求如表2-1和表2-2 所示。表21外径允许偏差标准化外径允许偏差非标准化外径允许偏差偏羞等级外径允许偏差偏差等级外径允

5、许偏差/%d1±1.5%,最小土0.75mmnd1 1.50s1.25d2±1.0%,最小土0.50mmnd2±1.25d3±0.75%,最小土0.30mmnd3 1.0-1-1.25d4±0.50%,最小土0.10mmnd4±0.8表2-2壁厚允许偏差标准化壁厚允许偏差偏差等级壁厚允许偏差sido.ks/d0.05<s/d<0.10.025<s/d<0.05s/d 00.025s1土 15%,最小土0.6mms2a±12.5%,最小土0.4mmb正偏差取决于重量要求-12.5%s3a±10

6、%,最小土0.2mmb土 10%±12.5%,最小土0.4mm±15%c正偏差取决于重量要求-10%s4a±7.5%,最小±0.15mmb±7.5%±10%±12.5%±15%非标准化壁厚允许偏差偏差等级壁厚允许偏差/%ns1 12.515ns21015ns3-10+12.5ns47.512.5注：s是钢管公称壁厚；d是钢管公称外径。2) 对钢管的长度要求根据国标gb/t17395-2003无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差对钢管的长 度要求，可分为通常长度、定尺长度和倍尺长度。(1) 通常长度钢管一般长度以通常长

7、度交货。通常长度符合以下规定：热轧管：3000 12000mm；冷轧管：200010500mm；热轧短尺管的长度不小于2m,冷轧短尺管的长度不小于imo(2) 定尺长度和倍尺长度定尺长度和倍尺长度应在通常长度范围内，全长允许偏差分为三级，如表2-3所 示。每个倍尺长度按以下规定留出切口余量：外径w 159mm为510mm；外径 159mm 为 1015mm。表23全长允许偏差全长允许偏差等级全长允许偏差/mm全长允许偏差等级全长允许偏差/mml1卜20l305l20103) 对钢管外形的要求根据国标gb/t17395-2003无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差对钢管外形 尺寸的耍求，包括弯曲度

8、、椭圆度。(1)弯曲度钢管的弯曲度分为全长弯曲度和每米弯曲度两种。(a)对钢管全长测得的弯曲度称为全长弯曲度，全长弯曲度分为5级，如表24所/ji o表24全长弯曲度弯曲度等级全长弯曲度/%弯曲度等级全长弯曲度/%不大于不大于e10.20e40.08e20.15e50.06e30.10(b)对钢管毎米长度测得的弯曲度称为每米弯曲度，每米弯曲度分为5级，如表2-5所示。表25每米弯曲度弯曲度等级每米弯曲度!mm 弯曲度等级每米弯曲度!mm -不大于不大于f13.0f41.0f22.0f50.5f31.5椭圆度钢管的椭圆度分为4级，如表26所示。表2-6钢管的椭圆度椭圆椭圆度不大于外径允许椭圆度椭

9、圆度不大于外径允许度等级偏差/%等级偏差/%nr180nr360nr270nr4504) 对钢管重量的要求根据国标gb/t173952003无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差对钢管重量 的要求，钢管可按实际重量交货，也可按理论重量交货。实际重量交货分为单根重量或 每批重量两种。钢管每米的理论重量(kg)按下面的公式计算：w 二 0.0031416/9(7) 一 s)s(6-1)式屮 w钢管的理论重量，kg/m；p钢的密度，kg/dm ；d钢管的公称外径，mm；s钢管的公称壁厚，mmo(1)按照理论重量交货的钢管，单根钢管理论重量与实际重量的允许偏差分 为5级，如表27所示。表2-7重量允许偏差

10、重量允许偏差等级单根钢管重量允许偏差/%重量允许偏 差等级单根钢管重量允许偏差/%w1+ 10w43.510w2±7.5w5-3.5+6.5w3510(2)按理论重量交货的钢管，每批不小于10t钢管的理论重量与实际重量允许偏 差为±7.5%或±5%。三、生产工艺流程及工艺制度3.1生产工艺3. 1工艺流程总图总工艺流程如下总工艺流程见图3.1图3-1生产工艺总流程图3. 2热轧工艺总图热轧工艺总图见图32图3-2热轧工艺流程图3.3高压锅炉管生产工艺流程图高压锅炉管牛产工艺流程图见图3-3中间仓库图33高锅炉管生产工艺流程图3.4生产工艺流程简述热区生产工艺过程管

11、坯可由炼钢厂提供（连铸坯）,外径为ei78 mm,长度为410m。用60t平 板车（或其他工具）从管坯生产厂至管坯堆放场，按钢号、炉号、规格分别堆放在 坯料架上。根据合同订货和牛产计划，管坯由16t磁盘吊吊至火焰切割机组上料台架，逐 根测长、称重，数据输入计算机已控制自动火焰切割机的自动装置。定尺挡板的行 程由马达按切割数据自动调节，按米重控制长度，然后将倍尺坯料切成0.844.5m 定尺管坏长度。管坏入炉前需要再次在馄道磅称上称重，将数据输入热区管理计算 机作为批量跟踪的初始信息，后将管坯送入提升装置运至+5.3m平台上，经装料机 把管坯逐根送入环行炉内加热。按不同的钢种钢级，将管坯加热至

12、1150°c 1280°c±10°co根据生产节奏时间，由出料机将管坯逐根取出并0.5m扔至管坯斜料台上，震 落表面氧化铁皮。管坯沿斜台和辘道运至管坯热定心前定位，继而完成自动定心。定心后的管坯经斜轧穿孔的前台，送入喂料槽，由链条和液压马达驱动的喂料 器推入穿孔。穿孔后毛管直径（|）184mm,长1 lm,壁厚15.5mm。穿孔过程结束后，由“顶杆装入和拔出装置”将顶杆与毛管从辘道上拔出，输 出辘道送料装置将顶杆及毛管往连轧机方向移出约1.7m，被挡板挡住，此位置上， 顶杆在挡板后被一个液压装置夹住。这时毛管由车昆道向连轧机方向输出，一个用液 压缸操纵的

13、抛出装置将带顶头的顶杆从馄道上拔岀，顶杆从馄道上拔岀，顶杆经斜 坡滚入冷却装置进行循环冷却。从穿孔机输出的毛管通过16mpa的高压水除磷装置清除一层再生氧化铁皮，直 接进入6机架空心坯减径机。只需定径的毛管，经过2或3个机架轧出（!）184mm的空心坯；要进行减径的 管，经过6机架轧出（）141.5mm空心坯，壁厚16.5mm,长度为13.9m。空心坯轧出 后，由压缩空气将内壁氧化铁皮吹净，然后进入连轧机前台导位装置进行芯棒定 位。轧制时芯棒头部先于空心坯头部规定长度一起喂入工作机架。当芯棒尾部离开 连轧机最后一机架时，连轧机后台银道由光电盘控制制动。停下来后斯惠顿杠杆把 它从料车昆道上拔出，

14、回转180"后放到调节车昆道上定位，第二个斯惠顿杠杆重复此动 作，放到芯棒脱棒机上脱棒，芯棒进入根一组的循环装置，脫棒后荒管放入锯切位 置，已锯切荒管同步放到螺旋运输机上。壁厚大于7mm时不需要切头，轧出荒管长 度为32.7m,直径为0119,壁厚为7.9mmo螺旋运输机在二个周期内把荒管送入螺旋运输装置的存放，设置三路送料车昆 道，再把存放槽内的荒管送入第一路轨道同时，三路鶴道上的荒管继续前移一个槽 距，第三路上的荒管便进入步进式加热炉屮第一齿槽上，其目的是使荒管进料速度 保持底速度，约17m/s,以避免炉膛的内壁的故障和损坏。若对荒管取样，则需通过三路辘道屮第一路辘道型升降装置下

15、降，三路辘道向 取样锯方向反转，进行锯切。釆用混合煤气加热的部进式再加热炉生产能力160t/h,有把不同进料温度 （430°c850°c）的荒管加热到约980 °c的温度，而长度方向温度允许为10 °c。出再加热炉后通过一台高压水除磷装置进入28架三辗式外传动张减机，减径管 的直径（54mm）,壁厚8 mm,长度78.43m。张减管经输送辗道送至部进式冷床。张减机最后一个机架轧辗中心线与冷床端 部距离为，所以当张减机最大轧出深度时，光管部分一离开张减机就要制动。宽长 的部进式冷床通过离合器分为二段传动，冷床使光管旋转前进，起矫直作用，从冷 床下來的光管，

16、由平行布置的二组送辘道成排送往各自冷锯机组进行定位，成排锯 掉增厚端，按各种倍尺锯切，最后锯去尾部增厚端，锯切后倍尺光管经由输送馄道 卸到中间库台料筐上，自动过磅称重，待标签挂上后。由吊车将管捆吊到中间仓库 并有序地放在料架台上。精整车间生产工艺高压锅炉管生产加工车间生产工艺钢管经冷床冷却后由吊车从中间库取出放入v型上料机上，然后幅子链式输送 装置将管子输送到冷圆盘锯经行切头、尾和定尺。为了使钢管的断面切口平直、光 滑和无毛刺。锯切后管子由拨料器一根一根地送入矫直机的进料槽，这是为了消除在加工、 冷却和运输过程中钢管产牛的弯曲，保证质量和提高成品率。此过程使用的是斜鶴 矫直机。矫直后，钢管经过

17、喷丸、酸洗和磨削进入探伤阶段，高压锅炉管探伤方法 包括涡流探伤、超声波探伤、磁粉探伤、漏磁探伤等。在牛产中常采用多重探伤方 法来克服各无损探伤的不足，消除盲区，防止缺陷漏检出厂。常用的探伤组合有： 超声波+涡流探伤、超声波+漏磁探伤、超声波+磁粉、超声波+磁粉+漏磁探伤。经上述工序后的钢管除必须经过表面质量、尺寸、形状等外观检测和按国家标 准及订货合同要求作化学成分、物理机械性能检查（例如，耐压、卷边、压扁、机 械性能及金属组织等等），还必须经行水压检测。检测后，进行印记、测长、称重 和涂油，最后打捆、入库回。工艺制度3. 5温度制度轧件在各工序的温度见表11。表3-5各工序温度参数表入环形炉

18、温度室 温20°c出环形炉温度1150°c1280°c钢 级p911190°c 1220°c毛管温度空减后温度1100°c1150°c连轧温度1050 °c入再加热炉温度430°c 850°c出再加热炉温度980°c±10°c张减后温度850°c下冷床温度100 °c 300°c咬入和轧制1) 咬入|寸，空减坯温度不低于1100°c2) 荒管外径、壁厚规格见后表3) 孔型配置、芯棒规格按轧制表4) 按已确定的孔型及荒管壁厚选定

19、或计算各轧辗转速四、连轧孔型设计4. 1孔型设计的基本参数及变形量表示法 简述基本参数连轧观机孔型设计的基本参数见表4-1 o表4-1连轧管孔型设计基本参数参数主孔%s/cmin55/cm2 fk /cm2“k max亠119141.5156.5444.5373.864.8027.572.353.59.0变形量表示法减壁变形：.=(1-575)x100%(4-2)式中：&、s-第i架出入、口钢管壁厚。(4-3)(4-4)夕卜周长变化量： =（1-4/5）x100%式中：5、第i架出入、口钢管外周长。断面缩减量：殆=（1-片/fjxloo%式屮：刁、fl第i架出入口钢管截面积。4. 2变

20、形分配减径系列的确定 为了保证壁厚的精度，第5、6架应给以较小的减壁量，换言之连轧管的减壁 量应主要分别在前四架。 前两架的减壁量应尽可能大，当不能过大，一般尙560%。这主要考虑来料 尺寸的波动而给轧机留有一定的承受余地。 第二架以后，%（i =厶3、4、5）应单调递减，这是因为轧件温度逐渐下降，塑性 降低，孔型侧边易产生裂纹；同时，为使变形缓和，应使相邻机架的减壁量z差逐 渐缩小；此外，第5、6架也要有一定的减壁量，否则起不到均壁的作用。 第7、8架不减壁，因其主要作用是使钢管与芯棒间形成均匀间隙以便 顺利脱棒。表4-2连轧管机减壁量分配no.i1196(%)s()(mm)s (mm)11

21、59.040.002158.642.6739.07.220.0048.67.0518.0057.26.59.7267.056.57.807 6.56.508 6.56.504. 3圆周减小系列及断面收缩率的确定 最大圆周减小率在前3架上，为防止抱棒过紧，在后续机架上应使钢管产生一定 的横变形，第4架孔型圆周的设计应调整到比理论值大5%6%,同样地，第7、8架孔 型圆周也应比前面机架孔型得岀的圆周大0.8%1.6%。 圆周尺寸系列及各架钢管出口横截面面积见表表4-3 o表4-3 连轧管机孔型周长与断面缩率119no.iu /mmf/cm2»/%044547.90141432.7037.

22、73238921.3534.41338016.4023.19440215.157.62539013.4011.55639011.8211.55738011.820838011.8204. 4孔型结构的选择根据的经验，连轧孔型轮廓采用圆弧对接，并不严格要求圆滑过度连接，这一点与 前苏联的孔型设计不同。 对于孔型no.l6架（no.2架除外）采用二段式圆弧式结构。 对于no.7架，鉴于脱棒要求，在45。处形成“鼓肚”，故也采用三段弧结构。 对于no.8架，为便于脱棒，应使芯棒与钢管间形成均匀间隙，也采用三段弧结 构r64.25no.l （第一机架孔型）no.2 （第二机架孔型）no.3 （第三机架

23、孔型）no.4 （第四机架孔型）no.6 （第六机架孔型）no.7 （第七机架孔型）no.8 （第八机架孔型）确定孔型结构参数4. 5给定参数偏心距角；当减壁量a5较大时，必须留有宽展余地，以防止过充满岀耳子或是抱芯棒过 紧，故要有一定的椭圆度其大小与偏心距弓有关，规律是：大a5对应大弓。表4-5各架孔型偏心距no12341194521侧壁角0/色的大小与椭圆度纟有关。纟越大则匕越大。若色过小，则产生抱芯棒和过充 满；反之产生欠均壁和圆整。具体的规律是：匕(1)»乙(2)、a/3)匕最大乙、血(6)、乙(2)、乙相仿；a,7)也最大(考虑脱棒和归圆)各架孔型的匕值见表4-7所列。表4

24、6连轧管机孔型q.?值no123456781194540404842.542.54545辗缝及圆角半径(完全凭经验)值应逐渐卜降；r < 5 mm。4. 5.1导出参数1) 孔型顶部半径r(i)7?(/) = z)/2 + s(/) 4-(0(4-5)s、弓(/)分别为第i架钢管壁厚和孔型偏心距。2) 塞规直径卩dl.(i) = 2r(i)-e(i)-x(i)(4-6)x(，)第i架轧馄辗缝弹跳值，mm,由下式确定：x(i)=p(i)/k(i)(4-7)卩第i架轧机的轧制力，kn；3)孔型侧壁圆弧半径尺 尺应由侧壁圆弧之长来确定，讨论如下：对nol6架(不含152.5孔no2架)，r按以

25、下步骤计算: r = j?，-才 cos2 aa -e sin aarsin aa sin(aa - a)(孔型侧壁轮廓长度)将式(4-8)代入(4-9)并简化得：sin aa -sin(aa - laa/ri)rl -r sin a a = 0解式(4-10)得出r o 式中a.i、a均为弧度。对no7架：p = aa +j) + sin_1sin(aa +2) 4-sin"1laa=-r'aar3'r =7?； + el +27?3幺2 cosa2 - aa + smsin aa - sin(aa 一 厶血 /尺)尺-r sin aa = 0对119孔no8架:0

26、 = aai aa +sin_1e2 sin(6rj2 - a a)/e3laa 二厶8 / 4 - r(兀 / 2 -匕2 一)一尺30 角军得：sin aa 一 sin(a力一厶血 /rx)/?, - (e2 + 7?3 ) sin aa =04.5.2孔型参数(4-8)(4-9)(4-10)(4-11)(4-12)(4-13)(4-14)(4-15)(4-16)(4-17)表48119孔型参数孔型参数调整值机孔侧圆 rs侧壁包偏5直直架顶壁角角角心径缝径缝圆半半半距周径径径长rrirdada0445164.2530740_45°73°4.0119.510.0119.3

27、9.5414264.85854040°47°5.0118.510.0118.69.6389360.452074040°66.5°2.0116.210.0116.39.8380459.32366048°50°1.0116.610.0115.99.8402557.752816042.5°57°0.0115.58.0115.27.7390657.754146042.5°47.5°0.0115.58.0115.37.83907581334046.745°25°500.011. 811

28、5.58.0116.08.0374859.7596124&545°600.011.751165.0119.5403744. 5. 3车l管机力能参数计算轧制力的实测结果表明：最大轧制力处于第二架现以第二架为例说明轧制力的计 算方法。已知的基本参数孔型高度a = 120.5mma = 2(7?孔型宽度5= 15mmaa = 40 r，= j“ -e2 cosaa -esinaa = 61.36/nmcos2 aa + (27? -2(7?( - r、cos aa =151.0mm醍身直径= 550mm dgmin = 490mm钢管尺寸d x sif = 141. 5 x 15

29、 mindk、x skx = 119 x 9. 0 mm芯棒直径d(j = 102. 5 mm延伸系数= 1.88轧鶴转速役=149rmp钢种钢极 轧件温度 轧件出口速度 轧件入口速度p91tx -1150 °c匕=2.996 m/s人=2.189 m/s46轧件对轧辗的作用力p单机轧制时，因无张力作用，轧制力最大。计算公式为：p = p、 f、+ p2 f?,(kn)式中：办、万2分别为减径区和减壁区的平均单位压力，mpa；片、鬥分别为减径区和减壁区接触面积的水平投影，mm2 ；(4-17)4. 6.1金属与轧辗接触面水平投影的计算接触面水平投影总面积f的计算 按照b.阿尼西伏诺夫

30、推荐式：2、12%丿k(4-18)式中：b孔宽，b = b、；d。轧辘名义直径，d严 几+；d斷轧辐底径，dn,na 孔高，a -第一架减径量，将已知参数550、到：=5 - a。z)nlin =550120.5=429.5mm、dkx=2 代入式(4-18)得f = 11222. 47 mm2 减壁区接触面水平投影面积(2 = j(s” 一 sk|)(»min +)=7(15 - 9. 0) (429.5 + 15 + 9. 0) =526mmf2ud严2s2=(102. 5 + 2 x 15) x 52. 16=6911.2mm 2 减壁区接触面水平投影面积百二尸一坨二 11222. 47 一 6911.2 = 4311.27 mm24. 6. 2平均单位压力计算减径区平均单位压力2s（ plwsu式中：万减径区钢管平均直径，由下式确定万= 0.5（5+d°jdj4 即式中：s”入口管壁壁厚；os金属流动应力；7外区影响系数，由下式确定：(mpa)(牛 19)(4-20)s“=1+0.9#举(4-21)其屮减壁区长度:2qnun -_12(4-22)/ -i _/ 一 d” _£112 - c al na2 n 5 -出为了确定金属流动应力，必须计算变形程度