无缝钢管毕业设计说明书

1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题目:年产40万吨100无缝钢管车间工艺平面设计,以40×5,35CrMo钢为典型产品,年产量占25%学生姓名:学号:专业:材料成型及控制工程班级:指导教师:年产40万吨100无缝钢管车间设计摘要本设计进行了建设年产40万吨100MRK无缝钢管厂的可行性分析;产品大纲及金属平衡表的编制;管坯的选择。确定车间生产工艺、产品工艺制度;车间生产能力计算;主电机选择;辅助设备选择。车间技术经济指标的计算及对如何保护环境提出一些措施。并针对35CrMo钢,规格为40mm×5mm×6000mm为典型产品进行轧制表计算,孔型设计及工具选择。计算

2、上述典型产品在穿孔、轧管及定、张减径时的力能参数,并且在此基础上校核各轧辊和主电机。根据生产工艺用CAD绘制孔型图,根据车间布置用CAD软件绘制了无缝钢管车间工艺平面总布置图。关键词:无缝钢管;孔型设计;轧制表;轧制力能参数The annual output 400,000 tons 100 seamless steel pipeWorkshop designedAbstractThe feasibility of The annual output 400,000 tons 100 MRK seamless tube plant;products program and metal bala

3、nce 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,b

4、ut also aimed at the two typical specification of 40mm ×5mm of 35CrMo 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 e

5、lectrical 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目录摘要 . I Abstract . II

6、1.1 无缝钢管介绍 (11.2 我国无缝钢管发展状况及发展趋势 (11.3 我国钢管轧机的发展状况及发展趋势 (31.5 建厂选址及其可行性分析 (5第二章产品方案的制定 (82.1 设计任务 (82.2 产品方案的编制 (82.3 金属平衡表 (112.4 高压锅炉管的技术要求 (122.5 工艺流程的确定 (15第三章轧制表计算 (163.1轧制表编写概况 (163.2 40×5管轧制表计算 (17第四章MRK-S连轧机孔型设计及定减径机孔型设计 (204.1 40×5连轧机孔型设计 (204.2 张力减径机的孔型设计 (24第五章主辅设备的选择及工具设计 (365.

7、1 穿孔设备的选择及工具设计 (365.2 连轧管机选择及工具设计 (445.3 脱棒机的工具设计 (505.4 芯棒循环系统 (515.5 张减机的工具设计 (555.6 加热炉的选择 (57具的这一现状下,就难免在评夹砂玻璃钢管在澄碧河水库输水工程中的应用绩效评估有一定的专业要求,而各地政府在具体实践中还比较缺乏有一定专业背景的人才支撑,往往是聘请高校或科研机构的人员来从事评估指标的澄碧河水库向百色市输水二期工程是由水库向市城东第三水厂输水,近期建设为DN800单管输水,建设规模为5×104m3/d;远期建设规模为20×104m3/d,工作压力0.6Mpa。管路大部分通

8、过地形地质条件复杂的山区或穿越隧洞,工程施工难度较大,因此部分管路使用了大口径夹砂玻璃管道(FRP。这是百色市首次在输水工程中尝试应用了夹砂玻璃管道,积累了一定的经验。50多年来,中国钢管业的发展取得了举世瞩目的辉煌成就。1994年无缝管年产量303.95万t,居世界第一位。2001年焊管年产640.36万t,超过了日本,独占鳌头。钢管的产量与钢材呈同步增长的强劲势头,占钢材的比重保持在8%左右1。全国200多家无缝管企业50多年来为国家作出了巨大贡献。这些企业包括无缝钢管、冷拔冷轧管、不锈钢管等厂公司,也包括国有、民营、合资企业等。但争雄国内的重点企业主要有7家,它们是:宝钢、天津、鞍钢、成

9、都、包钢、衡阳、大冶等无缝钢管厂(公司。由于我国钢管生产技术装备水平的显著提高,具有先进技术水平的(短流程钢管生产工艺(炼钢/精炼连铸管坯连轧管在钢管生产企业大力推广,钢管产品的质量普遍接近或达到国际先进水平,产品覆盖了石油、化工、锅炉、煤炭、汽车、船舶、电站以及军工、航空、航天、核能、钢结构等行业和领域,同时还部分出口;还有一批具有高附加值、高技术含量的产品,如特殊扣套管、高钢级锅炉管、钻杆等产品正在开发或在批量试生产中,不久将替代进口产品2。调机关工作人员轮岗锻炼的背景下,相关工作人员经常变换,3.1 夹砂玻璃钢管夹砂玻璃钢管是近年来国内外逐渐在石油化工、供排水等领域推广使用的一种新型柔性

10、非金属复合材料压力管道,其实质是以玻璃纤维为增强材料,以不饱和热固性聚酯树脂为基体,中间夹石英砂的压力管(英文缩写名FRP,代号FWRPMP,简称夹砂管。FRP管道目前执行国家建材行业标准玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管。平难以提高完善,甚至于出现备和工艺技术、石油管材耐腐蚀设计都得到钢管企业的普遍重视。四是评估效率不高。很多目前国内现有的无缝钢管生产装备水平参差不齐,既有落后的,也有最先进的。早期建设的热轧无缝毛、荒管生产设备较为简陋,技术落后,消耗高,污染严重,现已基本停产,但仍有部分处在半停半开状态。有的设备经过调整和改造,专门用于生产单一的品种,如一般用途的轴承管、低中压锅炉管、结

11、构管、流体输送管等,其装备按照满足其定位品种和规格的质量和要求,进行调整和改造,达到降低投资、降低消耗和降低成本的先进工艺流程2。目前我国有无缝管厂家130家左右,近200台套机组。其涵盖了当今世界上各种机组,见图1.1 图1.1 无缝轧管机组的构成在无缝钢管的产量中,各种专用管的比例占40%左右,专用管多年来一直有较大缺口。专用管的主要品种为油井管、高压锅炉管、低中压锅炉管、轴承管、液压管、高压气瓶管和汽车半轴套管等。无缝钢管产业仍还存在装备技术创新和产品开发力度不够等问题。在技术装备上,主要的无缝钢管生产设备仍依靠进口一些高附加值产品的开发力度不够,如油井管中特殊丝扣、抗腐蚀及部分高强钢级

12、产品还没有完全过关,这些产品仍需进口;在超临界和超超临界站锅炉用的高压锅炉管中,合金结构钢及不锈锅炉管的研发速度跟不上需求,基本依靠进口。火力发电机组的效率主要取决于机组的参数,参数越高,机组效率越高,而高压锅炉管是提高机组效率的关键。总体来说,随着火力发电向更高参数的发展,锅炉的温度和压力越来越高、管道工作环境越来越苛刻、管道尺寸不断增加,因此需要高合金高压锅炉管的量越来越大,对管材承压耐温及材质的要求越来越高,对管材的精度要求也更为苛刻。专家预测,我国“十一五”后期及“十二五”期间电力发展将趋于平稳,发电装机容量的增长率平均可保持在8%左右,以2008年发电装机容量为基数,按每年增加8%可

13、计算出2009-2015年新增装机容量平均增长5500万kW/年,再考虑1.1亿kW的落后机组淘汰新建和约10%的整套锅炉出口,可推算出2010-2015年国内的锅炉发电机组的产量平均仍将保持在6000万kW/年左右的增长。按照100t/万kW高压锅炉管计算,并考虑到15%的电站安装与维修及其他消费,今后几年对高压锅炉管的需求量仍将在70万吨左右。综上所述,目前我国高压锅炉管产量已供大于求,国内无缝钢管企业可以生产供给国内95%以上品种的高压锅炉管需求,但由于超临界、超超临界和更新的机组对钢种及规格提出更高的要求,要完全替代进口,国内无缝钢管企业还需要努力追赶。1.3 我国钢管轧机的发展状况及

14、发展趋势(1自动轧管机组自上世纪50年代初由前苏联援建的第一条自动轧管机组生产线在鞍钢投产以来,我国已经建成无缝钢管机组近200台套(包括引进设备和自己研制设备。包钢400自动轧管机组建于1972年。改革开放以前,无缝钢管生产主要是以自动轧管机组为主和少量的其他形式轧机(如三辊轧管机、生产大口径的周期式轧管机等。(2连轧管机组80年代中期,宝钢从德国引进了第一条先进的浮动芯棒连轧管机组生产线,主要生产油井管和锅炉管,其全自动化的生产方式和高效的生产能力以及良好的产品质量,让无缝钢管同行开阔了眼界,增长了见识。我国天津钢管公司在意大利定购了MPM(限动芯棒连轧管机组。衡阳钢管89半浮动、鞍钢无缝

15、140限动也都相继引进了连轧管机组生产线。包钢于90年代引进180限动芯棒连轧管机组。(3其它轧管机组攀成钢177mm引进accu-roll精密轧管机组,大冶钢厂(湖北170mmAssel三辊轧管机组。包钢120小无缝于08年建成(三辊斜轧管机组。这些机组均代表了当今世界无缝钢管的先进水平。天津无缝又引进了168mm三辊式轧辊可调连轧管机组(半浮动芯棒的PQF,它是世界第一台全面改进传统的二辊式限动芯棒连轧管机组(MPM、Mini-MPM的新型连轧管机组。经过多次改造的攀成钢周期轧管机组的装备水平和生产能力均居世界同类机组前列。上钢五厂和长城协和钢管为生产中小口径合金钢管及不锈钢管而引进的挤压

16、机、冷轧管机生产线也具有世界水平。1.4 国内市场调查、研究与预测从总量看,我国无缝钢管市场目前供求已基本平衡或略微供大于求。但从品种、规格看,目前高质量、小规格(厚壁管的合金无缝钢管仍有缺口,需要从国外进口,尤其是油井管和高压锅炉管(核电用管及高钢级(耐腐蚀的输送管线管3。2009年世界经济仍将保持复苏及良好运行,继续拉动对钢铁产品的需求,钢管保持出口旺盛的态势。特别是出口退税并未涉及出口量较大的石油天然气输送和钻探用无缝钢管,出口仍将保持快速增长。中国经济仍将保持较高的增长速度,“十一五”期间,中国能源需求强劲是中国钢管发展的直接动力和间接动力。预测2011年将消费2533亿t 标煤,“十

17、一五”期间能源建设将投资3.5万亿元,到2020年,我国能源工业累计投资将达到10万亿元。其中,2020年煤炭生产能力将达到28亿t,年均投资700亿元;2011年石油产量将达到1.8亿t,年均投资500亿元;天然气产量达到1100亿元,年均投资300亿元。据此预计内市场无缝钢管需求仍十分旺盛,特别是石油石化、电力行业的快速发展,仍将对无缝钢管具有稳定的需求4。火电设备用钢管年平均100t/万kw左右,规格161066mm,壁厚1130mm,合金比60%70%,图1.2所示为20012007年高压锅炉管销售量及进出口量,从图6可以看出近3年市场销售量变化不大。在2007年进口钢管中锅炉管占34

18、.74%,进口的品种、规格主要是大直径、厚壁管及国内生产有难度的产品(如T/P24、T/P92、T/P122、T/P911、VM12、TP347HFG等。 图1.2 2001-2007年我国高压锅炉管销售量及进出口量情况1.5 建厂选址及其可行性分析(1 厂址地理自然条件包头地处渤海经济区与黄河上游资源富集区交汇处,北部与蒙古国接壤,南临黄河,东西接沃野千里的土默川平原和河套平原,阴山山脉横贯中部。包头境内有阴山山脉的大青山、乌拉山(以昆都仑河为界,山峰平均海拔2000米,最高峰海拔2324米。全市由中部山岳地带、山北高原草地和山南平原三部分组,呈中间高,南北低,西高东低的地势。黄河流经包头市

19、境内214公里,公路、铁路两桥并行飞架黄河南北。包头属半干旱中温带大陆性季风气候,年平均气温 6.4,年降水量310mm。(2 交通、运输状况包头是连接中国华北、西北的重要交通枢纽,现已基本形成了铁路、公路、航空综合交通网络。其中贯通华北、西北地区的大动脉京包、包兰铁路、包神铁路在包交汇,东行可连北京,西行可连兰州,南行可连太原、西安、上海、宁波等地,交通运输非常便利。(3 水、土地资源状况包头土地总面积27768平方公里,其中,山地占14. 49%,丘陵草原占75.51%,平原占10%。已开发和利用的土地中,市区面积为140.5平方公里;耕地面积占土地面积比重14.3%;森林面积149.2千

20、公顷,草原面积2086.5千公顷。(4能源条件包头的矿产资源具有种类多、储量大、品位高、分布集中、易于开采的特点,尤以金属矿产得天独厚,其中稀土矿不仅是包头的优势矿种,也是国家矿产资源的瑰宝。已发现矿物74种,矿产类型14个。主要金属矿有:铁、稀土、铌、钛、锰、金、铜等30个矿种,6个矿产类型。非金属矿有:石灰石、白云岩、脉石英、萤石、蛭石、石棉、云母、石墨、石膏、大理石、花岗石、方解石、珍珠岩、磷灰石、钾长石、珠宝石、紫水晶、芙蓉石、铜兰、膨润土、高岭土、增白粘土、砖瓦粘土等40个矿种。能源矿有:煤、油页岩等。内蒙古地区预测煤炭储量达12250亿吨,居全国第二位。包头地区有着良好的煤电产业发

21、展基础,丰富的赋存和易于开采的煤炭资源。稳定的煤源保证了电力的正常运转,蒙西电网覆盖自治区中、西部地区,供电面积占自治区域的56%。十一五期间,电力投资又形成了相当规模的新增生产能力5。综上各条件,在包头这个西部的中心地带建设锅炉钢管厂,不仅可以为当前锅炉管业的巨大市场需求提供服务,又可合理利用包头本地以及周边地区的有效物产资源,还可解决当地民生就业问题,选择包头地区作为建厂的厂址是当前形式之所需,更合乎客观真理。第二章产品方案的制定2.1 设计任务以包头地区为厂址选择,设计一个年产量为40万吨的100无缝钢管厂,其中规格为40×5的35CrMo合金无缝钢管,占年产量的25%。2.2

22、 产品方案的编制产品方案是指所设计的工厂或车间拟生产的产品名称、品种、规格、状态及年计划产量。产品方案是设计任务书中的主要内容之一,是进行车间设计时制定产品生产工艺过程、确定轧机组成和选择各项设备的主要依据。产品方案一经确定,车间的类型及其性质即已确定6。(一 制定原则: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需要情况,既考虑当前的急需,又要考虑将来发展的需要。产品的平衡考虑全国各地生产的布局和配套加以平衡。建厂地区的条件、生产资源、自然条件、投资等的可能性。(二 编制注意以下各点:满足国民经济发展对轧制产品的需要,特别要根据市场信息解决某些短缺产品的供应和优先

23、保证国民经济重要部门对于钢材的需要。考虑各累产品的平衡,尤其是地区之间的平衡。考虑轧机生产能力的充分利用和建厂地区的合理分工。有条件的要争取轧机向专业化和产品系列化方向发展,以利用提高轧机的生产技术水平。考虑建厂地区资源及钢的供应条件,物资和材料运输情况,逐步完善和配套起我国自己的独立的轧钢生产体系。要解决产品品种和规格的老化问题,要适应当期对外开放、对内搞活的新的经济形势的需要。要根据车间工业设备的情况,力争做到产品结构和产品标准现代化,有条件的要考虑生产一些出口产品,走向国际市场。表2.1 产品编制表序号钢管品种钢管规格年成品产量t代表钢号或钢级产品标准外径(mm壁厚(mm长度(mm1石油

24、裂化管3290.4.0010.0900012000 80000 10 、2 0 GB9948-20062低中压锅炉管3290.4.0010.01000120008000010#、20#、6MnGB3087-1999、GB5310-953高压化肥管32.090.04.0010.0100001200040000Q345、5CrMoGB6479-86GB9948-884低温管道管32.090.04.0010.09000120002000016MnDG09Mn2VDGGB81635高压锅炉管32.090.04.0010.0 6000 100000 35CrMoGB5310-1995ASTM SA210

25、6船舶用管32.090.04.0010.090001200020000 C10、20LRGB5132- 857输送流体管32.090.04.0010.010000120002000010#、20# ,A53A、B,16MnGB/T8163-2008ASTM A106ASTM A538 管线管32.090.0 4.0010.0125001550020000X65、X42、X46、X52、API SPEC 5L9 一般管32.090.0 4.0010.090001250020000 10,45, Q345ASTM A53-82合计32.090.04.0010.060001550040万吨2.3 金

26、属平衡表表2.2 金属平衡表编号产品原料重量/万吨成品重量/万吨烧损/% 切损/% 轧废/%金属消耗系数1石油裂化管92593 80000 2.3 10 1.3 1.15 2低中压锅炉管92593 80000 2.2 10 1.4 1.15 3高压化肥管46243 40000 1.9 10 1.6 1.15 4低温管道管23122 20000 2.0 10 1.5 1.15 5高压锅炉管115607 100000 1.8 10 1.7 1.15 6 船舶用管23148 20000 2.1 10 1.5 1.15 7输送流体管23175 20000 2.4 10 1.3 1.158 管线管231

27、49 20000 2.2 10 1.4 1.159 一般管23122 20000 1.8 10 1.7 1.152.4 高压锅炉管的技术要求(1尺寸允许偏差(如下表2.3表2.3 高压锅炉管尺寸偏差表钢管种类钢管尺寸允许偏差mm 普通级高级热轧(挤压扩管外径D159±1.0%(最小±0.50mm±0.75%(最小±0.40mm>159 ±1.0% ±0.90%壁厚s<3.5 +15% (最小+0.48-10% (最小-0.32 ±10%(最小值为±0.20mm3.520 +15%-10% ±1

28、0%>20D<219 ±10% ±7.5%D219+12.5%-10% ±10%(2弯曲度:钢管的弯曲度不得大于如下规定:壁厚15mm 1.5mm/m壁厚>1530mm2.0mm/m壁厚>30mm3.0mm/m(3交货状态钢管应进行热处理后交货(4力学性能76mm,S14mm的钢管做纵向冲击试验;219mm,S25mm的钢管可做横向力学性能试验来代替纵向力学性能试验。交货时钢管的力学性能应当符合下表所示的要求。表2.4 高压锅炉管交货时力学性能表 (5工艺性能1压扁试验对于外径大于22400mm,并且壁厚不大于40mm的钢管应进行压扁试验。

29、H=(1+a*S/(a+S/D (2.1 式中:H平板间距离mmS钢管的公称壁厚mmD钢管的公称外径mma单位长度变形系数。优质碳素结构钢、合金结构钢采用0.08;不休耐热钢采用0.09;2扩口试验:若需方要求,经供需双方协商,并在合同中注明,对壁厚小于和等于8mm的钢管可做扩口试验,顶心锥度为30°、45°、60°中的一种,扩口后试样不得出现裂缝或裂口。表2.5 钢管外径扩口率 3水压试验:钢管应逐根进行液压试验,试验压力按公式(2.2计算,最高试验力不超10s。在实验压力下,钢管不得出现漏水或出汗现象。P=2SR/D (2.2 式中:P试验压力,MPa;S钢管

30、的公称壁厚mmD钢管的公称外径mmR允许应力,优质炭素结构钢和合金结构钢为规定屈服点的80%,不休耐热钢为规定屈服点的70%。经过涡流探伤检验合格的钢管可不进行水压试验。经双方协商,并在合同中注明,可用漏磁探伤检验代替水压试验,对此样管采用外表面纵向矩形槽其深度为钢管公称壁厚的12.5%,且最小值为0.5mm,最大值为1.5mm。(4其他技术要求低倍检测:钢管的横截面酸浸低倍组织试片上无白点、夹杂、夹渣、翻皮、分层和皮下气泡。非金属夹杂物:按照GB10561中JK评级图,其A、B、C、D各类夹杂物级别应不大于2.5级。实际晶粒度:优质碳素结构钢和合金钢成品钢的实际晶粒度应不小于4级,两试片上最

31、大和最小级差不大于3。显微组织:成品管的显微组织,20G、20MnG、25MnG钢管应为铁素体加珠光体。15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG应为铁素体加珠光体(包括粒状贝氏体,不得存在Ac1Ac3之间不完全相变产物(如黄块马氏体等。对于12Cr2MoWVTiB、12Cr3MoVSiTiB钢应为回火贝氏体,不得存在自由铁素体。脱碳层:外径小于和等于76mm的冷轧(拔管,应检验全脱碳层。2.5 工艺流程的确定管坯锯切 管坯加热定心斜轧穿孔芯棒插入MRK-S 轧制抽芯棒 切头尾再加热 定径 张力减径 来料 芯棒冷却芯棒润滑 切管端 矫直 钢管冷

32、却 切定尺 无损探伤 检查入库第三章轧制表计算3.1轧制表编写概况在热轧无缝管生产中,轧制表是计算轧制过程变形工序主要参数的表格,它是轧管工艺工程的基础。轧制表任务就是要在优质高产低消耗的前提下,正确选择所生产钢管的工艺过程的主要参数,其中包括:工艺过程和各种机架变形的分配及经各机架轧后的钢管尺寸;主要工具尺寸;轧机调整参数,确定机组的速度制度;必要时校核各机架强度、电机能力、机组生产率等7。轧制表的编制步骤:(1根据已知成品管外径、壁厚、内经和长度确定成品管的热尺寸;(2计算定径、减径或张力减径的变形量和轧后的钢管尺寸;(3计算轧管机的变形量、钢管尺寸和工具尺寸;(4计算穿孔机的变形量、毛管

33、尺寸,工具尺寸和调整参数;(5选定管坯尺寸;轧制表的编制原则:编制轧制表总的原则是实现高产、优质、多品种、低消耗。具体内容如下:(1合理分配各架轧机上的变形量,使得穿孔机、轧管机和减径机负担平衡(2尽量采用较少的管坯规格和最少的工具来完成轧制计划。(3根据变形理论合理选择各架轧机的变形制度和相应的轧机变形参数,以保证产品质量和生产力。(4合理选择管坯尺寸,管坯尺寸应根据毛管外径来选择,圆管坯直径应接近于毛管外径,一般管坯直径与毛管外径之差在±(510%范围内。(5了解制管材料的特性以及工艺过程和变形制度对管材力学性能、物理性能和工艺性能的影响,以便高性能的产品。3.2 40×

34、;5管轧制表计算成品管的尺寸:外径G D =40mm壁厚G h =5mm内径G d =G D -2G h =30mm长度G L =24000mm (连续轧管机后(1 成品管热尺寸:外径:'G D =G D (1+t = 40×(1.011.013=40.40mm (3.1壁厚:'G h =G h (1+t =5×(1.011.013=5.05mm (3.2 内径:'G d =G d (1+t =40.40-2×5.05=30.30mm (3.3上式中 G D 、G h 成品管相应的外径、壁厚;热膨胀系数,(1+t 的值与金属的终轧温度有关,

35、一般取在1.011.013之间,t 为管子温度,。(2 定径(或张力减径前荒管尺寸确定由定径(或张力减径出来的钢管外径j D 和壁厚j h 是成品管的热尺寸。钢管外径:j D ='G D =40.40mm (3.4轧后壁厚:j h ='G h =5.05mm (3.5 管子内径:j d =j D -2j h =40.40-2×5.05=30.30mm (3.6减径量:j D =Z D -j D =109-40.40=68.60mm (3.7减径率:j =j D /Z D =(68.60/108×100%=62.9% (3.8来管壁厚: Z h =7mm (取

36、 减壁率:=Z h /Z h =(7-5.05/7*100%=28% (3.9减径机延伸系数:0.405795(14.3(=+=+=j j j Z Z Z j h h d h h d (3.10(3 连轧管机 外径:Z D =109mm轧后内径:Z d =Z D -2Z h =109-2×7=95mm (3.11连轧管芯棒直径:Z =z z D 21092721at 1.01h -=+91mm (3.12式中为芯棒管内径之间隙,取13mm 。 连轧管机延伸系数:z=2222m 22z D 14599D 10995m z d d -=-22=3.93 (3.13 (5 穿孔机 穿后毛管

37、内径:m d =Z +m =91+8=99mm (3.14其中,z 为连轧管芯棒直径,m 取512mm 。 毛管断面积2/mm F m :z z m F F *=3.93*(419510922-=8810.92mm (3.15毛管壁厚:m h =242m Z Z m d F d -+=72.5-49.5=23mm (3.16毛管外径:m m m h d D 2+=99+2*23=145mm (3.17穿孔机顶头直径:m=61409990.690100100m p m k d d -=-=mm (3.18 Km 为轧制量取6%。 穿孔机延伸系数:m =22222m 140 1.75D 14599

38、p m d d =-2 (3.19 (6 管坯 管坯直径:p d =(1.031.05Dm=1.03*145=149.35mm (3.20那么管坯直径选择140mm 。 管坯长度:l p =L G 22222295×1.0524000 1.053672140Z P d d -=Z D 109mm (3.21第四章 MRK-S 连轧机孔型设计及定减径机孔型设计4.1 40×5连轧机孔型设计(1 选定孔型系统目前,在孔型选择上,椭圆、椭圆圆和圆孔型均有应用。这里,我们6架采用椭圆圆混合孔型系统8。 连轧管总延伸系数z 为:z =z m F F 2222m 22z D 14599

39、D 10995m z d d -=-22=3.93 总减壁量z h 为:%6.6923723=-=-=m z m z h h h h (4.1 式中 Fm 、Dm 、hm 分别为毛管断面积、外径和壁厚; Fz 、Dz 、hz 分别为轧后荒管断面积、外径和壁厚。(2将延伸系数分配在六机架上,每一架max 应小于1.65,根据连续轧管机组的特点满足z =654321 (4.2选择64.11= 47.12 3=1.13 37.14= 05.15= 00.16=(3 按孔型顶部减壁量分配假设后架侧壁处的管子壁厚近似等于前架顶部的管子壁厚,且要求单数机架的减壁量之和等于双数机架的减壁量之和。即:6425

40、31h h h h h h +=+ (4.3减壁率分配的一般原则是第二架尽可能的大,但不要超过60%,一、三架比第二架小一些,最后一、二架接近于0%。由此得到下面减壁量的分配表4.1:表4.1 由23145至7mm 109壁厚变形量分配机架号 1 2 3 4 5 6孔型顶部壁厚 11.49.94 8.40 7.00 7.00 7.00孔型侧壁壁厚 2311.4 9.94 8.40 7.00 7.00减壁量h 11.6 13.06 3.00 2.94 1.40 0减壁率%/h h 50.43 56.78 26.32 29.58 16.67 0则有:1h =11.4mm 2h =9.94 3h =

41、8.40 4h =7.00 5h =7.00 6h = 7.00(4 确定各架孔型高度求得各道槽底壁厚即可计算孔型高i a ,芯棒直径已选定。i a =Z +2i h (4.4式中 Z 芯棒直径;i a 该架孔型高度和孔型顶部壁厚; i h 该架孔型的辊缝。1a =Z +21h =91+2×11.4=113.8mm2a =Z +22h =91+2×9.94=110.88mm3a =Z +23h =91+2×8.4=107.8mm 4a =Z +24h =91+2×7=105mm5a =Z +25h =91+2×7=105mm 6a =Z +26

42、h +z =91+2×7+3=108mm z 为芯棒与管内径之间隙,m 取13mm 。(5确定各架孔型宽度i b =i G i a (4.5式中 i b 该机架孔型宽度; i G =a b 宽高比;i a 该机架的高度。取各孔型的椭圆度为:1G =1.38 2G =1.27 3G =1.37 4G =1.28 5G =1.19 6G =1.041b =1G 1a =1.38×113.8=157.04mm2b =2G 2a =1.27×110.88=140.82mm3b =3G 3a =1.37×107.8=147.69mm 4b =4G 4a =1.28

43、×105=134.4mm5b =5G 5a =1.19×105=124.95mm 6b =6G 6a =1.04×108=112.32mm(6 圆弧侧壁半径按下式计算cos 11cos G 2G 4 x 2xx G a -+-= (4.6式中 孔型两侧开口角;1 =(7确定各轧辊孔型的孔型半径R ,偏心距e(142+=i i i G a R (4.7 (14a2i -=i i G e (4.8将i a ,i G 代入上式可得数值如下表4.2:表4.2 连轧机各孔型参数第i 机架孔型宽度b ,mm孔型高度a ,mm孔型半径R,mm孔型偏心距e,mm1 157.04

44、113.80 82.63 25.732 140.82 110.88 72.43 16.99 3 147.69 107.80 77.53 23.634 134.40 105.00 69.26 16.765 124.95 105.00 63.42 10.92 6112.32108.0056.202.208 确定孔型其它尺寸 第一架轧辊槽底的最小直径:+-=1min a D D =500-113.8+8=394.2mm (4.9孔型开口角第1、2架取35°,34架取40°,56架取35°辊缝s第一架取8mm,其它各架取5mm;i槽口圆角半径r前3架取20mm,后三架取1

45、0mm。i9绘制孔型图第一孔第六孔 4.2 张力减径机的孔型设计通过定减径机可以将轧管机轧制后的钢管进一步延伸变形,使较少规格的荒管经过减径获得多种规格的成品钢管8。从脱棒机机过来的荒管,荒管在再加热炉中加热及高压水除鳞之后,进入张力减径机轧制。张力减径机利用三辊机架将荒管直径减小,钢管壁厚的微小变化与直径减小相协调。单机架张力减径机的减径率可以达到10%12%,一般选择6%9%(限制在7.3%以内。机组总减径率最大可达到75%80%,减壁率可以达到35%40%,总延伸系数可以达到69。根据衡阳89厂的生产经验,本设计采用24架三辊张力减径机。对109的荒管用三辊张力减径机减径,根据所要获得的

46、成品管的直径,需要同时使用24个机架轧制。根据轧制表荒管外径z D =109mm 成品管外径G D =40.4mm 总减径率:%9.62%1001094.40109%100=-=-=z G z D D D 总对数减径率:993.04.40109=n G Z n 机架数目图4.1 各机架减径率的分配计算机组的平均单架减径率047.01094.401121(=-=-=-m n z G D D (4.10 式中:n 是减径机机组机架数;选取m=3张力升起机架数。(1张力升起机架的减径率(共3架 第1架第2架第3架成品机架的减径率(共4架 第21架第22架第23架第24架024=r 4.4024=D

47、mm进入成品机架前钢管的直径为20D 所以123.0 ln242322212420(2工作机架的减径率在张力减径过程中,随着轧制的进行,轧件的温降增大,加上变形速度不断提高,导致变形抗力增加。为了均衡轧制功率的分配,工作机架的单机对数减径率不能全部都按平均单架对数减径率tam r 来分配,而应在总减径率不变的前提下,前面机架的减径率应大于平均减径率tam r ,后面机架的减径率应小于tam r 。 具体的分配办法可以按下面公式: 分界点的假想直径式中ao d 第一架工作机架钢管入口直径; ae d 最后一架工作机架钢管的出口直径。然后按下式求每个机架的单机架对数减径率i rimao imio

48、tam ti d d d d Kr r -+= 适用于 im i d d >o (4.12或aoim ioim tam ti d d d d Kr r -= 适用于 im i d d o (4.13式中tam r 工作机架的平均单架对数减径率tam r045.017123-=nr r r r tftz tamr 总对数减径率;tz r 张力升起机架的总减径率;tfr 成品机架的总减径率;n 工作机架的数目。io d 所计算机架的钢管入口直径; K 系数,当tam r 在4%8%时,K=0.007。所以有 (a 当im i d d >o 时052.01.675.981+=t r051

49、.01.675.981+=t r.675.981+=t r.675.981+=t r.675.981+=t r.675.981+=t r.675.981+=t r.675.981+=t r(b当im i d d o045.07.451.679-=t r044.07.451.6764-=t r3.07.451.672-=t r042.07.451.677-=t r.451.673-=t r.451.6754-=t r.451.678-=t r.451.677-=t r20t r =0.041 20D =45.7mm(-+-=121(21(2(m r m m r m m Z (4.14式中m 平均

50、壁厚系数;11.0355*=+= +=mrrmk k m d s d s (4.15 式中:k s 、r s 荒管与成品管的壁厚; mk d 、mr d 荒管与成品管平均外径:1027107=-=-=k ak m k s d d mm ;35540=-=-=r ar mr s d d mmak d 、ar d 荒管与成品管外径。 径向总对数应变r =krs s ln-0.34 周向总对数应变=mkmrd d ln -1.07 所以有:(67.0m Z最大张力系数max Zm a x Z =-kni m r r Z r Z 00 (4.16kr 0=-85.47.492.695.93ln0.65

51、73r Z n i0=0.1511max Z =0.84根据生产经验取79.0max =Z式中 m Z 机组平均张力系数;r 总周向对数减径率;i Z 张力升起和降落机架的单机架张力系数; r 单机架对数减径率;kr 0具有最大张力maxZ的所有机架的周向对数减径率之和。选择4架为张力升起机架。,6架为张力下降机架。各机架的张力分布如下表4.3表4.3 各机架张力分布(n=24机架该机架的张力i Z 机架该机架的张力i Z 机架该机架的张力i Z 机架该机架的张力i Z 1 0.268 7 Z max 13 Z max 19 0.536 2 0.402 8 Z max 14 Z max 20

52、0.402 3 0.536 9 Z max 15 Z max 21 0.268 4 0.603 10 Z max 16 Z max 22 0.134 5 Z max 11 Z max 17 Z max 23 0.0603 6Z max12Z max18Z max24首先计算第一架的厚度,其进口的壁厚即为荒管壁厚,1s =k s ,假设第一架出口壁厚e s 1,且e s 1=1s =k s ,按下式先求一个周向对数减径率r 和平均壁厚系数m 的初值:r =-8.99102ln ln1111e e s d s d 0.0218m =11e e e s d s s d s =0.0694 将已知第一

53、架张力系数1Z 和计算得到的周向对数减径率r 和平均壁厚系数m 代入张力系数和减径率之间的关系式,可求出径向对数减壁率r r 值:1r r =(m m m m Z Z -+-21211211=-0.00471r r =11111lns s s s s ee -即根据假定的e s 1=1s 求出的e s 1并不是准确值,而是第一次求出的近似值,再将此近似值代入上面的式子,求出第二个近似值,如此多次迭代,直到前后两次求得的近似值s 无明显差别(差值小于0.01mm 时,则此时的e s 1为第一架真正出口厚度。 将e s 1=7.03代入得='1e s 7.0333mm ,所以第一架出口的厚度为e s 1=7.03。 同理可以计算出其余各孔型中钢管的厚度(计算略,如下表4.4所示:表4.4 各机架中钢管的壁厚机架钢管壁厚,mm机架钢管壁厚