φ400无缝钢管机组毕业设计

1、内家古科技大学咼等职业技术学院内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书（论文）目 录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第一章：无缝钢管国内外发展概况及新建厂的必要性与可行性分析5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.1钢管6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.2无缝钢管市场分析与前景展望 6 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1.3包头地区建厂的必要性与可行

2、性分析 7 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第二章：生产大纲及工艺流程的确定 9 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 2.1产品方案及金属平衡表的编制 9 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 2.2轧钢生产工艺过程制定 10原料准备122.2.2原料加热132.2.3工艺流程的制定 18 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.3轧制表计算18轧制表的作用 18轧制表计算 19 HYPERLINK l

3、 bookmark44 o Current Document 2.4钢的轧制20影响钢的轧制因素 20管坯穿孔 232.4.3轧管机轧制262.4.4均整262.4.5定、减径272.5斜轧机力能参数计算 282.5.1变形区长度的确定292.5.2接触面宽度的确定292.5.3变形速度的计算 302.5.4斜轧单位压力的计算 31 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 2.6顶头轴向力的确定 332.6.1斜轧受力分析与力矩计算 331第页毕业设计说明书（论文） TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark72 o Cur

4、rent Document 2.7低中压锅炉管用无缝钢管的技术要求及产品标准 362.7.1 技术要求362.7.2工艺试验372.7.3低倍检验382.7.4 表面质量 382.7.5无损检验392.7.6外径和壁厚39 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 第三章：轧钢机的选择 40 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 3.1选择轧钢机的原则 40 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 3.2轧钢机的布置形式 40 HYPERLINK l bookma

5、rk84 o Current Document 3.3轧机机架数目的确定 40 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 3.4轧机机架型式选择 41 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 3.5轧辊尺寸确定 41 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 第四章：轧钢机的选择 43 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 4.1加热炉设备选择 434.1.1加热炉产量的计算 444.1.2炉子尺寸决定 444.1.3推钢

6、机选择44 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 4.2切断设备45 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 4.3矫直设备选择 45 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 4.4冷却设备选择464.4.1冷床宽度464.2.2冷床长度46 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 第五章：轧钢机产量计算 47 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 5.1纯轧时间的

7、计算 47 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 5.2轧制节奏 47 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 5.3轧机小时产量计算 472第页毕业设计说明书（论文） TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 5.4轧钢机平均小时产量 48 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 5.5年产量计算48轧钢机日历作业率 49 HYPERLINK l bookmark122 o Curr

8、ent Document 第六章：车间平面布置及仓库面积计算 50 HYPERLINK l bookmark124 o Current Document 6.1平面布置的原则 50 HYPERLINK l bookmark126 o Current Document 6.2金属流程线的确定 50 HYPERLINK l bookmark134 o Current Document 6.3设备间距的确定 516.3.1加热炉间距 516.3.2加热炉到轧机距离 51轧机机列间的距离 51 HYPERLINK l bookmark136 o Current Document 6.4仓库面积计算 5

9、2原料仓库面积计算 52中间仓库面积计算 526.4.3成品仓库面积计算 53 HYPERLINK l bookmark138 o Current Document 6.5轧钢车间厂房组成及立面尺寸确定 536.5.1厂房跨度布置 53厂房跨度大小 536.5.3立柱尺寸53吊车轨面标高 54 HYPERLINK l bookmark142 o Current Document 第七章轧钢车间技术经济指标 55 HYPERLINK l bookmark144 o Current Document 第八章轧钢厂的环境保护与综合利用 56 HYPERLINK l bookmark146 o Cur

10、rent Document 8.1轧钢厂的环境保护 568.1.1 绿化568.1.2各类有害物质的控制与防治 568.1.3噪音防治578.1.4水质的处理 57 HYPERLINK l bookmark150 o Current Document 8.2轧钢厂的综合利用 573第 页内家古科技大学咼等职业技术学院 第 页内家古科技大学咼等职业技术学院 第 页毕业设计说明书（论文） TOC o 1-5 h z 8.2.1加热炉的余热利用 578.2.2氧化铁皮的利用 57 HYPERLINK l bookmark152 o Current Document 参考文献： 58 HYPERLIN

11、K l bookmark154 o Current Document 感谢信59毕业设计说明书(论文)摘要：从工艺配置，设备选型，工艺控制，平面布置，设备等多方面介绍了 400 无缝钢管机组的情况，并提供了热轧线上主要机组的工艺技术参数。关键词：无缝钢管，工艺，平面布置，设备。Abstract: Focused on are the n ewly developed processes and tech no logiesas applied to the pierci ng mill, the 400 seamless tube pla nt proper and theslight str

12、etch siz in g(reduc ing)mill, and the process con trol tech no logies andquality in specti on/measuri ng/ and con trol tech niq ues adapted for the en tire hot rolli ng li ne of the pla nt. Moreover the mai n tech no logicaldata of the mainmills of the hot rolli ng line are also prese nted.Key words

13、: Seamless steel tube; Tech no logy; Layout; Equipme nt.内家古科技大学咼等职业技术学院内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书（论文）第一章：无缝钢管国内外发展概况及新建厂的必要性与可行性分析1.1钢管钢管是一种用钢制作两端开口并且具有封闭的中空断面，其长度与断面周长之比 较大的钢材。作为多种用途的经济断面材料，在国民经济部门中的应用愈来愈广泛。钢管作为输送管广泛地用于输送油、汽、水等各种流体，如石油及天然气的钻探开 采与输送锅炉的沸水与蒸汽管道，一般的水煤气管道，化工部门一般用管道化方式生产 与运输各种化工产品。所以，钢管被称为工业

14、的“血管”。钢管作为结构管大量的应用 于机械制造业和建筑工业，如用于制作房架、塔吊、各种车轴的构架等；钢管还作为中 空的零件毛坯用于制造滚动轴承、液压支柱、液压缸筒体、空心轴、花键套等等。这既 节约金属又节省加工工时；钢管又是国防工业中的重要材料，如用于制造枪管，炮筒及 其他武器。钢管按生产方式可分为：热轧（挤压）、焊接和冷加工三类。按用途可分为：输送 管（用于输送液体和一些固体）、结构管（用来制作各种机器零件以及构筑物架体）、石 油管（钻杆、石油管等）、热交换用管（包括低中压锅炉用无缝管、高压锅炉用无缝管 等）、其它用管。按横断面形状可分为圆管和异形管等等。1.2无缝钢管市场分析与前景展望在

15、新中国成立时，我国不能生产无缝钢管。1953年10月27日，鞍钢无缝钢管厂 成功轧出我国第一根无缝钢管以来，从此结束我国不能生产无缝钢管的历史。以后产量 逐年增长，2008年，全国无缝钢管产量达到2000万吨，成为世界无缝钢管生产大国。现在我国无缝钢管技术装备种类、规格齐全。具体看来，热轧无缝钢管装备：自 1953年建成投产 140伽自动轧管机组以来，陆续开发、研制、设计、制造、建成投产 一大批小型（ 50 100伽）穿孔机和自动、三辊、连轧、圆盘等连轧机组，并先后 引进一批顶管、大型自动、扩管、三辊轧管机组，后期又引进一批先进的三辊、连轧、 圆盘等连轧机组，现有（含在建）的热轧成品无缝钢管机

16、组约 9大类38套，即连轧管、 自动轧管、周期轧管、热扩管、精密轧管、圆盘轧管、顶管、挤压管和行星轧管机组，6 第 页毕业设计说明书（论文）产品外径 21.3伽 1100伽，设计能力504514万吨。应该说，目前我国时世界热 轧管机组的种类和规格最齐，是世界热轧无缝钢管最新最先进机组的总汇， 是世界最 新装备、机组的实现地。现代化的无缝钢管生产企业除要求无缝钢管生产实行集中化、专业化生产外，还应具有独立的炼钢精炼和连铸生产系统，以提供优质、低成本的管坯；还要有23套不同规格的连轧管机组（至少有1套产量高、质量好的连轧管机组），以及相应的加工设 备，如热处理设备及管加工设备等。生产规模应在70万

17、吨以上。目前，我国已形成了天津集团有限公司、宝山钢铁股份有限公司、攀钢集团成都钢铁有限责任公司、 包钢钢 联股份有限公司、衡阳华菱钢管（集团）有限公司、鞍钢新钢铁有限责任公司、湖北新 冶钢有限公司等7家无缝钢管生产主体企业，他们均具备独立炼钢和连铸管坯生产体 系，多套轧管机组及相应的热处理和管加工等深加工设备。这7家企业拥有的25套无缝钢管生产机组仅占全国无缝钢管机组数量的 10%左右，但是生产能力已超过390万吨， 占全国总生产能力的48%左右。其中天津钢管集团有限公司和宝山钢铁股份有限公司的 产量超过100万吨，产品大量出口，成为在国际上有影响的无缝钢管生产企业。从以上两方面情况可以看出：

18、我国无缝钢管装备现状处于少数生产主体企业拥有现 代化高水平装备和大量钢管企业拥有落后机组并存的局面，先进和较先进的生产能力只 占总生产能力的52%左右，装备结构调整的任务还很重。其次，我国专用管的消费比例 约占总消费量的40%主要为油井管、低中压锅炉管、高压锅炉管、液压支柱管、管线 管、地质管等。其中用量较大的品种为油井管、高压锅炉管和低中压锅炉管等。而这些 超大直径的厚壁无缝钢管目前还主要依靠进口。所以，有必要在有条件的情况下建设大规格厚壁无缝钢管厂。1.3包头地区建厂的必要性与可行性分析 地理优势 包头位于祖国北疆，内蒙古自治区西部，北部靠近蒙古国，南临黄 河，东西与沃野千里的土默特平原和

19、河套平原接，阴山山脉横亘中部。矿产资源 矿产资源种类繁多，蕴藏丰富。已发现各种矿物 74种，有金属、非 金属、非金属能源等14个矿产类型。目前已有稀土、铌、铁、煤炭、黄金等17种矿产的 储量列入国家储量平衡表。金属矿产有铁、稀土、铌、钽、金、锰、铜等 30个矿种，其7第 页内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书（论文） #第页内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第页中铁矿分布最广，储量最多，已探明储量为 12143乙t。稀土资源得天独厚,储量达1亿t 以上，占全国总储量97%是世界上少见的稀土矿。非金属矿产资源有石灰石、白云岩、 脉岩、萤石、石棉、云母等40个矿种。能源

20、矿产有煤、油页岩等。 交通条件 包头市的交通四通八达，在国家交通总体规划中处于交通枢纽地位， 目前有内陆第一条高速公路一一呼包高速公路，对101国道实行南北绕行，对210国道进行改造和立交建设，对机场进行扩建。包头作为连接华北、西北、西南的交通枢纽，京 包、包兰、包神、神延铁路，110、210国道和规划中的包头至海口、丹东至拉沙等高等 级公路在此交汇。水资源包头市区可利用的供水水源有：地下水资源、水库水和黄河水。包头市 及近郊范围内的地下水多年平均补给资源量为1126X 108mVa ;水库可向城市提供5X104mVd，作为城市自来水公司季节性调节水源；目前包头市在黄河昭君坟段和磴口段取 黄河

21、水量为1157X 108mi/a作为城市供水（包括包钢用水）。综合地下水和地表水，现包间 市区可利用的水资源量为3X 108m/a左右（含1X108mVa的农业用水，可作为城市供水资 源量约为2X108m/a左右）。由于毗邻黄河，所以供水量比较充沛！政策扶持 随着西部大开发战略的逐步实施，一些重要工程及重点工程都需要 大口径的无缝钢管，例如：西气东输，南水北调等等。同时，国家也给出了一系列的优 惠政策。基于以上几点在包头地区建立 400无缝钢管是非常有必要同时也是可行的。内家古科技大学咼等职业技术学院 第页内家古科技大学咼等职业技术学院 #第页毕业设计说明书（论文）第二章：生产大纲及工艺流程的

22、确定2.1产品方案及金属平衡表的编制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订产品生产工艺 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，车间的类型及性 质即已确定。编制一个车间的产品方案一般是由下达设计任务书的领导机关负责的，由有关部门根据对拟建车间的要求在设计任务书中作出明确的规定，但在我国有时编制产品方案也由设计部门来考虑。产品方案的主要内容包括：车间生产的钢种和生产规模；各类产品的品种和规格； 各类产品的数量和其在总产量中占的比例等。表1 1: 400伽无缝钢管厂的产品方案顺序产品名称规格代表钢种、钢级所占比例1低中压锅炉 194 426 X 7.00

23、10; 2020%管40.002高压锅炉管 219 426 X 7.00 20G;12Gr/MoVG;15GrMoG4%40.003平端套管 177.8 339.7 X 6.91 J55;K55;N8015%31.754液压支架管 180 426 X 7.00 27SiM n;30 MnN bRE3%40.005气瓶管 219 325 X 7.00 37M n;34M n2V;34GrMo44%内家古科技大学咼等职业技术学院内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第页内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书（论文）40.006结构管 180 426 X 7.00 40.002

24、0;Q235;St5220%7流体管 180 426 X 7.00 40.0020;Q235;St5210%8石化用管 219 325 X 7.00 40.0015GrMo4%9低温管道管 219 325 X 7.00 40.0016Mn DG;09 Mn 2VDG10%10管线管 177.8 339.7 X 6.91 31.75X42;X526%11方矩形管方形：140 X 140 320 X32020;Q2354%矩形：180 X 360 100 X220参照同类车间设计及生产资料。结合具体工艺设备特点，选定各种金属消耗比例,确定系数，即可制订金属平衡表。表1 2:低中压锅炉管金属平衡表钢

25、种管坯T成品管a废 轧尾 头 切T%T%T%T%o2321122555311 a1 a1111112.2轧钢生产工艺过程制定正确制订工艺过程是轧钢车间工艺设计的重要内容。制订轧钢生产工艺过程的首要目的是为了获得质量符合要求的产品，其次要在保证质量的基础上追求轧机的高产量,并能做到降低各种原料、材料消耗，降低产品成本。因此，正确制订产品工艺过程， 对于工艺过程合理化，对于充分发挥轧机作用具有重要意义。优质、高产、低消耗是制10第 页毕业设计说明书(论文)订产品工艺过程的总要求。按照制定权限和使用范围的不同，产品标准可以分为国家标准(GB、部标准(YB、 企业标准(QB等几种。但无论哪种产品标准一

26、般都应包括下列内容：规格标准 也称品种标准。规定钢材应有的断面形状、尺寸大小及允许偏 差，并且附有供使用参考的有关参数。有时也规定某些产品的性能、试验 于交货验收的某些特殊要求。性能标准 规定有关金属的化学成分、物理机械性能、热处理性能、晶粒 度。抗腐蚀性、工艺性能及其他特殊性能要求等。这是对成品钢材内部质 量的基本要求。试验标准 规定做试验是的取样部位，试样形状和大小，试验条件以及试 验方法等内容。 交货标准 规定钢材交货、验收时的包装、标志(如打印、涂色等)方法 及部位等有关内容。尽管由若干工序组成的产品生产工艺过程时比较复杂的，但工序的取舍不是任意 的。工艺设计的任务就是要掌握制订工艺过

27、程的原则，正确地选择工序内容和确 定各个基本工序的主要参数，以达到获得产量高、质量好、消耗低的目的。制订 工艺过程的主要依据是：产品的技术条件 通常在产品标准中规定了钢材品种规格、技术条件、产 品性能检验等内容。但技术要求则是其主要方面，它对产品的质量要求， 即它对产品的几何形状与尺寸精确度，钢的内部组织与性能以及表面质量 都做出了明确的规定，显然，产品的技术要求是制订工艺过程的首要依据。 它是我们组织生产的出发点。钢种的加工工艺性能 钢的加工工艺性能包括了钢的变形抗力、塑性、导 热性以及形成缺陷的倾向性等内容，它反映了金属在加工过程中的难以程 度，决定并影响了我们对金属采用何种加工方式和方法

28、，决定并影响了我 们选择工序内容和确定工艺参数。因此，钢的加工工艺性能是制订工艺过 程的重要依据。 第 页（3）生产规模大小 一般生产规模大小有两个含义，即企业规模的大小和品种 批量的多少。企业规模的大小决定了工艺过程中是采用热装锭还是冷装锭 作业的问题，是一次成才还是二个阶段生产的问题。至于批量的多少主要 反映在选取设备的技术水平、产品成本的高低上，而对产品的工艺过程无 显著影响。（4）生产成本 成本是生产效果的综合反映，是各种因素影响的结果。一般钢 的加工工艺性能愈差产品的技术要求愈高，其生产工艺过程就愈复杂，生 产过程中金属、燃料、电力、劳动力等各种消耗也愈高，产品成本必然会 相应提高。

29、反之，则产品成本下降。成本的高低在一定程度上也是工艺过 程是否合理的反映。（5）工人的劳动条件 工艺过程中所采用的工序保证生产安全，不危及劳动者 的身体健康，不造成环境污染。否则，应采取妥善的防护措施。2.2.1原料准备原料准备的内容包括表面缺陷的清理，表面氧化铁皮的消除和原料的预先热处理 等。钢锭、钢坯或连铸坯表面会存在各种缺陷（如结巴、折叠、裂纹、气泡等），如不在轧制前后加以清理去除，会在轧制过程中延伸、扩大，严重影响成品的质量及产品的 合格率。因此，有必要对原料进行表面清理。清理表面的缺陷的方法很多，对碳素钢一 般常用风铲清理和火焰清理；对于合金钢，由于表面容易淬硬，一般采用砂轮清理或机

30、 床刨削清理（剥皮）等。根据情况某些高碳钢和合金钢也可以用风铲或火焰清理，但在 火焰清理前往往要对钢坯进行不同温度的预热。 每种清理方法都有各自的操作规程。 因 此，综上所述，对于 400的低中压锅炉管所选用的20钢来说可选用火焰清理的方式。氧化铁皮清除的目的在于暴露表面缺陷便于检查、光洁表面和减少下道工具的磨 损。清除表面氧化铁皮的方法有机械法和化学法两种。机械清除金属材料损耗少，劳动 条件好，氧化铁皮也可回收，但表面清理不够彻底。而用化学方法清除表面氧化铁皮保 证的清除质量，但金属和其他材料消耗增加，劳动条件和工作环境也随之恶化， 故一般 只适用于合金钢生产或成品质量要求很高的情况。毕业设

31、计说明书(论文)对管坯质量的要求包括对管坯表面质量、内部质量、几何尺寸与外形都有一定的要 求。管坯表面质量直接影响成品管外表面质量，因此，管坯在交货前应经过认真检查， 表面不得有肉眼可见的裂纹、结疤、折叠、夹杂、针孔等缺陷存在，对于上述的局部缺 陷应及时清理，但清除深度不得大于公称直径的5%宽度不得小于深度的6倍，清理处应圆滑无棱角，且同一截面最大清理处只能有1处。管坯内部质量检验通常采用低倍组织。管坯的低倍组织中不应有肉眼可见的白点、 缩孔残余、分层、裂纹、气泡、夹杂、翻毛等缺陷。对于碳素钢圆管坯，允许存在的低 倍组织缺陷，如一般疏松、中心疏松、偏析应各不大于 3级，皮下气泡和皮下夹杂深度

32、不得大于2伽；对合金钢圆管坯，允许存在的低倍组织缺陷，如一般疏松、中心疏松、 偏析应各不大于2.5级，不允许存在皮下气泡；对于一些特殊合金钢管坯还要求检验高 倍组织。对管坯的几何尺寸与外形有如下要求：管坯外径。不同规格管坯分轧坯、锻坯，按不同的外径公差交货。椭圆度。椭圆度不得大于直径公差的 0.75倍。 长度。分为通常长度或定尺长度。定尺长度允许偏差为土50伽。弯曲度。管坯每米弯曲度W 6伽，总弯曲度W总长度的0.6%。段部斜切度。段部斜切度不大于 3。2.2.2原料加热钢在高温时大部分钢种是单相的固溶体，变形抗力小，容易实现轧制变形而且变形均匀，具有再结晶所需要的温度条件。所以热轧是轧钢生产

33、的主要方式之一，金属加 热则成了轧钢生产工艺过程的重要影响工序。2.2.2.1 加热温度在轧钢之前，要将原料进行加热，其目的在于提高钢的塑性，降低变形抗力及改 善金属内部组织和性能，以便于轧制加工。这就是说，一般要将钢加热到奥氏体单相固 溶体组织的温度范围内，并使其具有较高的温度和尺够的时间以均化组织及溶解碳化 物，从而得到塑性高、变形抗力低、加工性能好的金属组织。一般为了更好地降低变形13第 页内家古科技大学咼等职业技术学院 #第 页内家古科技大学咼等职业技术学院 第 页毕业设计说明书（论文）抗力和提高塑性，加工温度应尽量高一些好。但是高温及不正确的加热制度可能引起钢 的强烈氧化、脱碳、过热

34、、过烧等缺陷，降低钢的质量，甚至导致废品。因此，钢的加 热温度主要应根据各种钢的特性和压力加工工艺要求，从保证钢材质量和产量出发进行 确定。加热温度的选择应依钢种不同而不同。对于碳素钢，最高加热温度应低于固相线 100150C ;加热温度偏高，时间偏长，会使奥氏体晶粒过分长大，弓I起晶粒之间的结 合力减弱，钢的机械性能变坏，这种缺陷称为过热。过热的钢可以用热处理的方法来消 除其缺陷。加热温度过高，或在高温下时间过长，金属晶粒除长的很粗大外，还使偏析 夹杂富集的晶粒边界发生氧化或熔化， 在轧制时金属经受不住变形，往往发生碎裂或崩 裂，有时甚至一受碰撞即行碎裂，这种缺陷称为过烧。过烧的金属无法进行

35、补救，只能 报废。过烧实质上是过热的进一步发展，因此，防止过热即可防止过烧。随着钢中含碳 量及某些合金元素的增多，过烧的倾向性亦增大。高合金钢由于其晶界物质和共晶体容 易熔化而特别容易过烧。过热敏感性最大的是铬合金钢，镍合金钢以及含铬和镍的合金 钢。某些钢的加热及过烧温度如表 2 1表2 1某些钢的加热及过烧温度钢种加热温度/ C过烧温度/ C碳素钢W( c) =1.5 %10501140碳素钢W( c) =1.1 %10801180碳素钢W( c) -0.9 %11201220碳素钢W( c) -0.7 %11801280碳素钢W( c) -0.5 %12501350碳素钢W( c) -0.

36、2 %13201470碳素钢W( c) -o.1 %13501490硅锰弹簧钢12501350镍钢 W(Ni) -3%12501370W(Ni,Cr ) -8%镍铬钢12501370铬钒钢12501350内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 页内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 页高速钢12801380奥氏体镍铬钢13001420因此，根据Fe Fe3C相图，对于低中压锅炉管选用的20钢，其属于优质碳素结构 钢，含碳量W（c） =0.170.24 %，确定其加热温度范围为800C1250E .采用热装锭 装炉，其加热温度的下限为800C,上限加热温度为

37、1250C。2.2.2.2加热速度确定钢的加热速度时，必须考虑到钢的导热性。这一点对于合金钢和高碳钢坯（尤 其是钢锭）更加显得重要。很多合金钢和高碳钢在500600r以下塑性很差。如果突然将其装入高温炉中，或者加热速度过快，则由于表层和中心温度差过大而引起的巨大 热应力，加上组织应力和铸造应力，往往会使钢锭中部产生“穿孔”开裂的缺陷（常伴 有巨大响声，故常称为“响裂”或“炸裂”）。因此，加热导热性和塑性都较差的钢种， 例如咼速钢、咼锰钢、轴承钢、咼硅钢、咼碳钢等，应该放慢加热速度，尤其是在600 650C以下要特别小心。加热到 700C以上的温度时，钢的塑性已经很好，就可以用尽 可能快的速度加

38、热。应该指出，大的加热速度不仅可以提高生产能力， 而且可防止或减 轻某些缺陷，如氧化、脱碳及过热等。允许的最大加热速度，不仅取决于钢种的导热性 和塑性，还取决于原料的尺寸和外部形状。显然，尺寸愈小，允许的加热速度愈大。此 外，生产上的加热速度还常常受到炉子结构、供热能力及加热条件的限制。对于普碳钢之类的多数钢种，一般只要加热设备许可，就可以采用尽可能快的加热速度。但是，不 管如何加热，一定要保证原料各处都能均匀加热到所需要的温度，并使组织成分较为均 匀化，这也是加热的重要任务。如果加热不均匀，不仅影响产品质量，而且在生产中往 往引起事故，损坏设备。因此，一般在加热过程中往往会分为三个阶段，即预

39、热阶段（低温阶段）、加热阶段（高温阶段）及均热阶段。在低温阶段（700800r以下）要放慢 加热速度以防开裂；到 700800E以上的高温阶段，可进行快速加热。达到高温带以 后，为了使钢的各处温度均匀化及组织成分均化，而需在高温带停留一定时间，这就是均热阶段。应该指出，并非所有的原料都必须经过这样的三个阶段。这要看原料的断面尺寸、钢种特性及入炉前的温度而定。例如：加热塑性较好的低碳钢，即可由室温直接 快速加热到高温；加热冷钢锭往往低温阶段要长，而加热冷钢坯则可用较短的低温阶段， 甚至直接到高温阶段加热。如图 21所示。给出了不同钢种的加热速度的一般图示。 所以，对于20钢来说，只要炉子给热能力

40、允许，可以选用任意加热速度进行加热。由 于所坯料尺寸断面较大，所以先缓慢加热，然后再快速加热的加热速度来进行加热， 即 采用曲线2的方式来进行加热。图21加热速度图示222.3加热时间加热时间指金属加热到加工要求温度所需要的时间。加热时间长短不仅影响炉子 产量，也影响钢材质量。所以合理确定加热时间对于实现正确加热、提高炉子产量，保 证加热质量和改善炉子的各种技术经济指标具有重要意义。加热时间与钢种、坯料尺寸和形状、钢料在炉子摆法、炉型结构以及装炉温度等 因素有关。确定加热时间除进行理论计算外， 还可根据生产实验进行估算的方法。 实际 上运用经验公式和实验资料是当前设计中确定加热时间常用的方法。

41、管坯的加热时间可用下式估算：t =KDp式中：t管坯加热时间，mi n；Dp 管坯直径或边长，cm;K 管坯的单位加热时间，mi n/cm。内家古科技大学咼等职业技术学院内家古科技大学咼等职业技术学院内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书（论文）国外资料提供是的环形炉的 K值见表22所示。K值的大小反映出加热速度的大 小和对管坯内外温度均匀性的要求。 加热速度慢则K值大，对管坯内外温度均匀要求高 （图22），则K值也大。K值也是一个条件函数，它与钢种、管坯规格、炉型、燃料 种类和炉子操作制度有关。距装料炉门距离/m图2 2计算的温度制度曲线图表22环形炉的K值钢种K cm/min钢种Kx

42、 cm/min碳素钢、低合金结构钢5 6.5轴承钢68合金结构钢67不锈钢、高合金钢710中合金钢6.5 8所选用的管坯直径为Dp=270伽，所以由公式可得:t =KDp=6 送进角；：12 轧辊辊面入口锥角与出口锥角;内家古科技大学咼等职业技术学院内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第页毕业设计说明书（论文）tr毛管壁厚；tH 顶头鼻部前被穿坯料的直径；Fh 孔吼处轧件的断面面积；Fr 毛管的断面面积；经计算得：对入口锥：；=0.146m/s ；对出 口锥：；=0.235m/s ；2.5.4斜轧单位压力的计算由于斜轧的空间力变形复杂，计算有一定的困难，因此，计算斜轧时把斜轧

43、看成 是一种连续的纵轧过程。由此，平均单位压力一般表达式为：式中：一中间主应力影响系数；n二一外摩擦影响系数；n 外端影响系数；n二一张力影响系数；二s 对应一定的变形温度、变形速度及变形程度被轧材料的变形抗力。根据纵轧理论的研究如下结论：当变形长度I与轧件厚度h之比l/p v 1时，外摩擦对单位压力的影响很小， n；=1，而外端影响较大时，n二 1 ；当l/h 1时，外端对单位压力的影响很小，nc =1，而外端摩擦影响很大， 1；将纵轧近似看成是平面应变，=1.15 ；如将斜轧穿孔近似看成是连续纵轧过程，由于不带张力，故n二=1，单位压力的定性表达式可写成：p = n；：n s上述三个结论也

44、同样使用，即当轧管的接触宽度与管子的壁厚之比 b/s v 1时，外摩擦对单位压力的影响可忽31第 页略不计，n；=1。在入口锥无顶头区，由于b/d。 1( d。为管坯直径)，因此，该区域单 位压力主要受外端影响，n；=1而1。对于顶头区域，如b/s 1时，外端对单位压力的影响可以忽略，2=1，此时只考虑外摩擦影响，n； 1。取 =1.15。2.541外摩擦影响系数n；的计算考虑外摩擦的影响系数n二，在斜轧穿孔中反映了轧辊与管体之间、管体与顶头之间的接触面上的摩擦条件以及轧件在变形区中几何形状的影响。所以2是摩擦因数、 管坯直径do、毛管壁厚S、接触面宽b和径向压下量.汀等的函数 米用西姆斯公式

45、: TOC o 1-5 h z 兀bn0.25=4s式中：b,s 平均接触面宽度与平均壁厚经计算得：2=0.872.5.4.2外端影响系数n；=计算n二一般是根据实验得到的经验公式计算。采用斯米尔诺夫公式:对入口锥侧变形区:n L = 2对出口锥侧变形区:n ； - 2 -式中：b1, b2 入口锥及出口锥侧的接触表面的平均宽度;d 管坯的平均外径， (do dH)/2 ；s 毛管的平均壁厚，s = (S1 S2)/2。毕业设计说明书(论文)经计算得：对于入口锥侧变形区：n匚=1.6对于出口锥侧变形区：n；=1.34经计算得：均单位压力：=120t总轧制力为：nP 八 piFi经计算得：p=1

46、30t2.6顶头轴向力的确定顶头轴向力是由作用在顶头尖端上和主体上的两部分轴向力所组成，顶头主体是 由头部、定径段和圆柱段组成。试验证明：顶头尖端的轴向力只占顶头总轴向力的15%左右。因此，顶头轴向力主要作用在主体上的力决定。主体上的轴向力与坯料每转的总送进距离有关，送进距离越大，金属与工具接触面越大，作用在顶头上的轴向力就越大。穿孔过程中与顶头有关的重要力能参数指标有两个：一个是顶头对金属的轴向力， 这个力越大，顶杆产生的弯曲也越大，这样导致毛管壁厚不均匀增加，另外一个指标是 顶头的轴向力与轧辊上所受的总压力的比值 Q/p，这个比值越小，金属对轧辊的轴向滑 动就越小，因而越有利于穿孔过程的力

47、能条件。顶头的轴向力为：Q=(0.220.33) p经计算得：Q=35t2.6.1斜轧受力分析与力矩计算为了在设计中正确地选定传动轧辊所需的电动机功率，必须算出轧制力矩。为此， 首先需要对斜轧过程中轧辊的受力情况进行分析。分析方法基本上与纵轧相似，所不同的是还要考虑到顶头与导板产生的轴向力作用。对于二辊穿孔机还需要考虑导板产生的轴向阻力 Ex，这个阻力也将由轧辊承受。 这时每个轧辊上将作用0.5Q的附加力和导板的轴向阻力Ex。这些力作用在轧辊表面， 形成弯曲力矩。33第 页内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 页内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 页图

48、29二辊穿孔机轧辊受力分析导板压力根据实验数据为(0.150.30) p,则Ex = (0.15 0.30) psin :-经计算得：Ex =4.5tM弯=(0.5Q Ex) D COS:2经计算得：M弯=12999.3t这个力矩对毛管出口方向的辊颈产生卸载作用，而对于入口方向的辊颈则起加载作用，压下螺钉所承受的力矩为：对入口端：T入=0.5p - (0.5Q Ex)0.5D cos:L +丨对出 口端：T 出= 0.5p-(0.5Q Ex) -0.5D cos:L +丨式中：L辊身长；L 辊颈长；经计算得：T入=74.6tT 出=55.5t导板除了金属在轴向流动时受到阻力，而且对旋转着的金属

49、还产生旋转阻力矩，因 此，二辊穿孔机所需的总力矩中，还要考虑导板对轧辊的切向组力矩， 该组力矩由下式 确定：内家古科技大学咼等职业技术学院 第页内家古科技大学咼等职业技术学院 第页内家古科技大学咼等职业技术学院 第 页毕业设计说明书(论文)Mc=(0.15 0.30) p.L cos ：2式中：J 导板与金属之间摩擦因数；C 导板间距。经计算得：Mc=2548tmm考虑到穿孔机的辗轧角=0,对二辊穿孔机一个辊所需力矩为：bQbM 二 p(Rsin*cos cos ) R(Ex)sin 二亠 Mc，其中 tan，22dx式中：b轧辊与轧件平均接触宽度；dx 轧制力作用面内的坯料直径；R 合压力作

50、用面上轧辊半径。经计算得：M=18747.06t计算电动机功率除考虑轧辊所需的轧制力矩外，尚需考虑摩擦力矩、动力矩、空转力矩。这些力矩的计算方法与纵轧时相同。当不考虑动力矩时所需要电动机力矩为：一+ K M Mm xM 电=(-Mk)叽i i式中：K轧辊数；M 一个轧辊所需的轧制力矩；i减速箱转动比；M-产生在轧辊轴承中的摩擦力矩， M- pf也,f为轧辊轴承中的摩擦因数；2d-为轧辊轴承的平均摩擦直径；齿轮和机座传动效率；接轴传动效率；Mk 空转力矩，Mk 0.3M。经计算得：M电=27300N-电动机功率计算公式：毕业设计说明书（论文）nQ975式中：n电动机转速，r/min ；M电一电动

51、机轴上的总力矩。经计算得：N=4200KW2.7低中压锅炉管用无缝钢管的技术要求及产品标准2.7.1技术要求钢管用牌号为10号、20号的钢制造，化学成分（熔炼分析）应符合GB/T699的规定。钢管按烯炼成分验收。成品钢管的化学成分允许偏差应符合GB/T222的规定。钢应采用电炉、氧气转炉或平炉方法制造，需方指定某一制造方法时，应在合同中 注明。管坯可用热轧方法制造，也可采用连铸坯或钢锭。热轧管坯应符合YB/T5222的规定。钢管可采用热轧（挤、扩）或冷拔（轧）无缝方法制造。需方指定某一种制造方 法时应在合同中注明。钢管应以热轧或热处理状态交货。热轧状态交货的钢管终轧温度 应不小于Ar3。交货状

52、态钢管的纵向力学性能应符合下表中的规定。钢管的纵向力学性能牌号壁厚伽抗拉强度ob MPa屈服点bs MPa伸长率6 %10全部3354751952420v 15410 55024520 15225用于中压锅炉过热蒸汽管用钢管的高温瞬时性能（二0.2 ）应符合下表的规定，需方 在合同中应注明钢管的用途。根据需方要求，经供需双方协商，并在合同中注明试验温 度，供方可提供钢管的实际高温瞬时性能数据。内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书（论文）内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书（论文）钢管在高温下的屈服强度最小值C 0.2牌号试样状态温度，C20025030035040045010供

53、货状态165145122111109107201881701491371341322.7.2工艺试验 2.721液压试验钢管逐根进行液压试验，试验压力按下式计算（10号钢最大试验力为7MPa，20号最大试验压力为10 MPa），稳压时间不得少于5s。在试验压力下，钢管不得出现渗漏。2SRP =式中：p试验压力，MPa；S钢管的公称壁厚，m；D 钢管的公称外径，m；R允许应力，为上表（钢管的纵向力学性能）规定屈服点的60% MPa。供方可以用涡流探伤代替液压试验。 经供需双方协商，也可用超声波探伤或漏磁探 伤代替液压试验。用涡流探伤时应采用GB/T77351994的A级孔；用超声波探伤时，对比样

54、管外表面纵向缺口槽深度等级应符合GB/T57771996中C8的规定；用漏磁探伤时，对比样管外表面纵向缺口槽应符合 GB/T12606-1999中N12.5的规定，最小深度为0.5 m，最大深度为1.5 m。2.722压扁试验外径大于22 mm至400mm,并且壁厚不大于10 mm的钢管应进行压扁试验，钢管压扁后平板间距离按下式计算:(1 a)S式中：H平板间距离，m；S 钢管的公称壁厚，m；37页内家古科技大学咼等职业技术学院 第 页内家古科技大学咼等职业技术学院 #第 页内家古科技大学咼等职业技术学院 第 页毕业设计说明书（论文）D 钢管的公称外径，伽；A 单位长度变形系数，为 0.08，

55、当S/D 0.0125时，为0.07。压扁试验后试样上不得出现裂缝或裂口。2.7.2.3卷边试验根据需方要求，经供需双方协商，并在合同中注明，用10号钢制造的钢管可进行卷边试验。卷边宽度（有内壁量起）不得小于公称内径的12%亦不得小于公称壁厚的1.5倍, 卷边角为90,卷边后在试样卷边外不得出现裂缝或裂口。2.7.2.4 扩口试验根据需方要求，经供需双方协商，并在合同中注明，壁厚不大于8伽的钢管可进行 扩口试验，顶心锥度为30、45或60中的一种。扩口试样上不得出现裂缝或裂口。扩口后试样外径扩口率应符合下表中的规定。钢管外径扩口率牌号钢管外径扩口率，%内径/外径 0.6 0.8 0.81012

56、1519201012172.7.2.5弯曲试验外径不大于22伽的钢管应进行弯曲试验，弯曲角度为90,弯心半径为钢管外径的6倍。弯曲处不得出现裂缝或裂口。2.7.3低倍检验采用连铸坯或钢锭直接制造的钢管，供方应保证钢管或坯料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。2.7.4表面质量钢管的内外表面不允许有裂纹、折叠、轧折、结疤、离层，这些缺陷应完全清楚。毕业设计说明书（论文）清楚深度不得超过公称壁厚的负偏差，其清理处实际壁厚不得小于壁所允许的最小值。 直道允许深度：冷拔（轧）钢管：不大于壁厚的 4%最大深度为0.3伽；热轧（挤、扩）钢管：不大于壁厚的 5%最大深度为0

57、.5伽。深度不超过壁厚负偏差，并且剩余壁厚不小于壁厚允许的最小值的其他缺陷允许存 在。2.7.5无损检验根据需方要求，经供需双方协商，并在合同中注明，钢管可逐根进行超声波检验，对比样管外表面纵向缺口槽深度等级应符合 GB/T5777-1996中C8的规定。2.7.6外径和壁厚钢管的外径、壁厚及理论重量用符合 GB/T17395-1998下表中的规定。外径和壁厚的允许偏差钢管种类钢管尺寸伽允许偏差普通极高级热轧（挤、扩）管外径D 159 1.0% 0.90%壁厚S 20 12.5% 10%D 351热扩钢管 15%冷拔（轧）管外径D10 30 0.40 伽 0.20 伽 30 50 0.45 伽

58、 0.25 伽 50 1.0% 0.75%壁厚S1.53.0+15% 10%-10% 3.0+12.5% 10%内家古科技大学咼等职业技术学院内家古科技大学咼等职业技术学院内家古科技大学咼等职业技术学院毕业设计说明书（论文）-10%第三章：轧钢机的选择3.1选择轧钢机的原则轧钢机是完成金属轧制变性的主要设备，是代表车间生产技术水平，区别于其它车 间类型的关键。因此，轧钢机选择的是否合理对车间生产具有非常重要的影响。轧钢机的选择主要依据是：车间生产的钢材的钢种，产品品种和规格，生产规模的 大小以及由此确定的产品生产工艺过程。 对轧钢车间工艺设计而言，轧钢机选择的主要 内容是：确定轧钢机结构型式，

59、确定其技术参数，选用轧机的机架数以及布置方式。在选择轧机时一般考虑下列各项原则：（1）在满足生产方案的前提下，使轧机组成合理，布置紧凑；（2）有较高的生产效率和设备利用系数；（3）保证获得的质量良好的产品，并考虑到生产新产品的可能；（4）有利于轧机机械化、自动化的实现，有助于工人劳动条件的改善；（5）轧机结构型式先进合理，制造容易、操作简单、维修方便；（6）备品备件容易更换，并利于实现备品备件的标准化；（7）有良好的综合技术指标；32轧钢机的布置形式按照工作机架排列的方式，轧钢机布置可以分为六种，即：（1）单机架布置；（2）横列式布置，包括一列、二列和多列式布置；（3）顺列式（跟踪式）布置；（

60、4）布棋式布置；（5）半连续式布置；（6）连续式布置；3.3轧机机架数目的确定40第 页毕业设计说明书（论文）轧机机架数目的确定与很多因素有关。 主要的有：坯料的断面尺寸、生产的品种范 围、生产数量的大小、轧机布置的形式、投资的多少以及建厂条件等因素。但在其它条 件既定的情况下，主要考虑与轧机布置的形式有关。 根据有关轧钢厂的数据确定机架数 目：穿孔机两台，自动轧管机1台，均整机2台，12机架三辊定径机1台，7架三辊定 径机1台。3.4轧机机架型式选择机架是轧钢机的主要部件，它的作用是装置轧辊及其调整装置和其他有关零件，并在轧制过程中承受巨大的轧制压力。因此对机架的要求除了足够的强度和刚度外，