管钢课程设计说明书-例

辽宁科技大学课程设计说明书辽宁科技大学课程设计说明书设计名称：管钢轧制课程设计指导教师：学 院：材料科学与工程班 级：姓 名:日 期：[键入文字] 0辽宁科技大学课程设计说明书目录前言 21.工艺流程及设备参数 41.1．Φ140机组主要设备 41.2.工艺流程 41.3.工艺特点 52.轧制表编制 172.1.轧管机 172.2穿孔机 172.3.均整机： 182.4.定径机： 192.5.轧制表 253.穿孔机的力能参数 274.穿孔机工具设计 305校核轧辊强度 325.1穿孔机咬入条件的计算 325.2.轧辊强度校核 335.2.1.辊身强度校核 335.2.2.辊径强度校核： 356.参考书目 367.结束语 37[键入文字] 1辽宁科技大学课程设计说明书前言自从2008年下半年以来，国际金融危机愈演愈烈，并逐渐蔓延至实体经济和新兴经济体。在这股风潮中，我国经济也受到相当的影响。为此，我国政府及时确定发展规划，制订和组织实施钢铁、汽车等重点产业调整和振兴规划，作为应对危机、确保经济平稳较快发展、推动产业升级的重大措施。之所以选择钢铁作位重要产业，是因为钢铁是我国国民经济发展的重要支柱产业，也是重要的基础原材料产业。 据统计，2008年我国粗钢产量 5亿吨左右，占全球产量的37%，钢铁产业完成工业增加值占全国 GDP的4%，实现利润占工业企业的9%。目前被公认的是，钢铁是我国受金融危机冲击较为严重的产业之一，因此确保钢铁产业平稳运行，将起到保持我国经济稳定增长的重要作用。对此，学校组织了这次课程设计来加强我们对轧钢工艺的进一步了解与掌握。我国的钢管行业分为焊接钢管和无缝钢管两大类，无缝钢管占据主导地位。现在我国很多大型钢铁企业已具有世界先进的轧制钢管的自动轧管机组。钢管属于经济钢材，是钢铁工业的主要产品之一，其使用范围非常广泛，几乎涉及国民经济的各个部门，因此受到各国的普遍重视。我国无缝钢管的年产量于1994年就成为世界第一大无缝钢管生产国，随后一直保持至今。但是现在仍然存在一些问题。一原料供应：，管坯多为轧制坯，锻造坯或连铸坯。多数厂家不能自给自足，比如天津钢管的原料是由天津钢铁集团提供的。二生产工艺不太合理：由大量的钢管是靠冷轧、冷拔等工艺来生产的，这种以冷代热的生产方式需要改进。三自动化、机械化程度需要加强。四劳动环境差，劳动强度大。因此，针对这些问题，我们国家应尽早解决这些的问题，提早在钢管领域达到先进水平。近几年来，钢管行业的快速发展一方面使得国内钢管企业在技术、质量、产量上有明显提高，同时也使得新增投资持续进入，各地产能快速扩张，造成目前钢管生产总量过剩。在加上的反倾销策略，是的钢管行业受到严重的打击。对此我们国家要提出相关政策和钢厂降低成本来度过难关。此次课程设计是基于到鞍钢无缝钢厂的实地考察来完成的。对鞍钢无缝厂有了相关的认识。鞍钢股份公司无缝钢管厂，是新中国第一座无缝钢管厂。于1953[键入文字] 2辽宁科技大学课程设计说明书年12月26日正式竣工投产，是闻名全国的鞍钢“三大工程”之一，被誉为新中国无缝钢管的“摇篮”，是国内重点无缝钢管生产企业之一。鞍钢股份公司无缝钢管厂主要产品包括：石油油管、外加厚石油油管、GP石油油管、AG80隔热石油油管、石油套管、GP石油套管、石油接箍管、石油钻杆管、管线管；结构管、流体管、高中低压锅炉管、高压化肥管、石油裂化管、地质钻探管、军工用管、航天航空用管、汽车半轴管、液压支柱管、高压气瓶管、机械加工管等。鞍钢股份公司无缝钢管厂，高度重视产品质量。1997 年，通过ISO9002质量管理体系认证；1998年，通过美国石油协会 API认证；2001年，通过ISO14001环境体系认证；2002年，通过GB/T28001职业健康安全管理体系认证。已经形成一整套完善的职业健康、环境保护、安全管理、产品质量保证体系。1999-2004年，获得中国冶金产品实物金杯奖。2002-2005 年，连续4年获辽宁省用户满意企业。生产的高端石油管系列产品大量打入国内重点油田和北美、欧洲、澳洲、东南亚等国际市场。此次设计在李激光老师、李娜老师的指导下，联系在鞍钢的实地考察情况，对钢管的轧制过程及相关工具进行系统的设计、计算，并进一步将理论与实践结合在一起。成品：Φ136*14mm，定长：7m，原料：Φ130mm，材质：45 #。[键入文字] 3辽宁科技大学课程设计说明书1.工艺流程及设备参数1.1．Φ140机组主要设备1）.1000吨剪切机一台（也可用 1600吨剪切机）2）.1c86-1 定心机两台3）.炮弹式风动热定心机一台4）.中径为17m的环形加热炉一座5）.850*500曼乃斯曼穿孔机一台6）.730*1680自动轧管机一台7）.800*600筒式均整机一台8）.5600*11800步进梁式再加热炉一座9）.430*255五架定径机10）.430*25520 架减径机11）.11000*16800 一号冷却台一个；31500*16800 二号冷却台一个12）.Φ168mm七辊矫直机二台13）.115切管机八台14）.6uTHΦ42.7—168mm切管机二台1.2.工艺流程热轧无缝钢管以产品规格及生产方式不同， 其工艺过程也不尽相同。下面以鞍钢的Φ140自动轧管机组为例来说明一下轧制管钢的工艺流程:[键入文字] 4辽宁科技大学课程设计说明书原料（管坯）验收 切断 加热 热定心穿孔 轧管 均整 再加热 减径冷却定径矫直 切管头尾 检查 包装入库。1.3.工艺特点1.3.1.原料（管坯）：鞍钢无缝钢管厂的原料98%是由鞍钢第一炼钢厂提供的。大部分原料的连铸连轧圆管坯，它主要是一炼钢轧成方坯，再将方坯轧成管坯。其他的2%原料则是由特钢厂提供的，以供生产特殊钢材。原料进厂后，首先要对原料进行验收。对其表面进行检验，看是否有表面缺陷，如：气泡、夹杂、裂纹、结疤等，如果有则对其进行风铲，砂轮磨或火焰清理的处理。此外，还要对其尺寸、弯曲度、切斜度等进行检查，对外来管坯按专门的技术条件验收，合格后方可进行生产。表1-1典型产品钢化学成分化学成分（%）管坯标钢号准CSiMnSPCrNiCu0.420.17-0.5-0.≤≤≤≤0.3≤0.2GB69945#-0.50.3780.040.040.25-651.3.2.剪切：是将来料的长管坯剪成我们所要求的长度， 鞍钢所采用的是剪断机。其主要参数如下：Ⅰ.公称能力：1000吨Ⅱ.上剪刃行程：140mm。（曲轴偏心距为 70mm）Ⅲ.所剪管坯的最大拉强度：80-100kg/mm2[键入文字] 5辽宁科技大学课程设计说明书Ⅳ.剪切次数：8次/分Ⅴ.电机型号及功率：N=95kw，n=750 转/分Ⅵ.总传动比：i=48.5Ⅶ.剪切坯料的尺寸：直径：Φ=90—160mm，长度：L=780—3600mmⅨ.主减速机到轴人字齿轮轴 M=10，Z=25，DH0=250mm剪刃材质：6CrW2S剪切要求：用剪断机切断时，不允许端部出现裂纹，切斜度前端不得超过8mm，后端不得超过10mm，压扁度不能超过管坯公称直径的8%，130的管坯压扁后的小于120mm。1.3.3.加热：提高塑性、韧性，降低变形抗力，减小机械电器负荷，节省能源消耗。设备：中径17m的环形加热炉设备性能：1）.中径D中=17000mm[键入文字] 6辽宁科技大学课程设计说明书2）.外径D外=22386mm3）.内径D内=11614mm4）.炉膛宽4400mm5）.炉墙厚度493mm6).炉膛平均高度 1250mm7).炉子最大生产能力 45吨/小时8）.炉子平均生产能力 40.34吨/小时9）.金属出炉温度 1150-1300—1300℃10）.装炉温度±20℃11）.平均燃料消耗量 4000标立方/小时12）.空气压力>250mm水柱13）.各段热能分配 均热段 25%第二段45%第一段30%当l>1800mm时，采用单排料；l>1800mm时，采用双排料单位加热速度：碳钢：5-5.5min/cm；一般合金钢：6-8min/cm；不锈钢、高合金钢:>10min/cm表1-2加热炉主要参数钢号第一加热段第二加热均热段穿孔壁延伸系穿孔后温度℃段厚s数μ45#1120-12801240-12901250-1290S≥20μ>2.01210-1230圆周各段分配：预热段90° 第一加热段 80° 第二加热段 100° 均热段50° 清理段 40° 装出料夹角 30°[键入文字] 7辽宁科技大学课程设计说明书1.3.4.热定心：利用冲击力将热状态下的管坯端部定孔， 便于穿孔时咬入和保持壁厚均匀。设备：炮弹式风动热动心机设备性能：1）炮弹重量：G=4公斤2）主缸筒活塞直径 d=100mm；l=3000mm3）.主缸风压4-6大气压4）.冲击速度68m/s5）.打眼力2700公斤6）.定心深度15-25mm7）.定心直径40-50mm1.3.5.穿孔：将加热好的圆管坯穿成定心的荒管，并且起到延伸作用。设备性能：1）.主电机：N=2000kw，n=200-400 转/分，U=750V，I额=2850A，主减速机传动比：i=2.582）.工作辊转速：n=77.5-139.5 转/分3）轧辊尺寸及形状4）.轧制最大力矩：M=14.2吨*米5）.所穿坯料的尺寸：直径：D=90-160mm；长度：L=780-3600mm6）.顶头尺寸及形状[键入文字] 8辽宁科技大学课程设计说明书图1-2轧辊尺寸及形状示意图图1-3穿孔顶头示意图操作：1）严格按轧制表及可换部件配置表调整安装工具。2）管坯不得长时间在辊道上及料槽上停留，放冷的管坯禁止轧制。3）用推料机要平稳咬入。4）机械调整正确。5）顶杆接头保持完好，磨损了要及时更换并且应准确地将顶杆调整在接机械中心线上，工作中定心辊不得打开过早，防止鼓顶头。[键入文字] 9辽宁科技大学课程设计说明书图1-4穿孔机轧制参数示意图1.3.6.轧管：消除螺旋形壁厚不均，并将穿孔后的钢管壁厚减薄，起到延伸作用，获得外径，平均壁厚符合要求的钢管。设备性能：1).主电机N=880kw，n=400-500转/分，I额=1270A，I跳闸=2700A,Imax=2000A2).主减速机：主减速机的最大力矩 M=6.64吨*米2吨米2飞轮力矩GD=20传动比i=5.67模数Mn=16主动齿轮齿数Z1=30被动齿轮齿数Z1=170齿轮宽度：B=880mm高速轴及飞轮的重量 G=10.65吨[键入文字] 10辽宁科技大学课程设计说明书3).人字齿轮机座：所传递的扭转力矩 M=50吨*米齿轮转数n=6.1转/分-132.2 转/分齿数Z1=Z2=29,模数Mn=20，宽度B=1120mm4).压下装置：上压下螺丝从原位算起向上的最大行程 210mm，向下最大行程 60mm螺丝的升降速度 1.9mm/s减速机传动比i=154电动机功率N=11kw，转速n=715转/分5）.回送辊装置电机功率N=55kw，减速机传动比 i=3，辊直径540-600mm，辊身长 1680mm6）.顶头形状操作：1）按调整规程及轧制表进行轧机调整及选择轧制工具；2）荒管被顺利平稳咬入，前端嘴圆，后端平齐；3）轧出的管子尺寸与轧制表相等；4）电机负荷未超过规定范围；5）用双槽单辊跟踪轧制的操作方法，第二道轧制前要将管子翻转 90°1.3.7.均整：用途：辊平管壁的局部耳子，直到使轧管后荒管扩径、变圆并精整内外表面[键入文字] 11辽宁科技大学课程设计说明书主要设备技术性能：主电机参数见表 1-1：表1-3均整主电机参数功率（马力）转速（转/ 电压V 额定电流 跳闸电 工作电流 转动比分） A 流 A550 550-750 750 590 1300 750 4.58主减速机：表1-4均整主减速机主要参数中心距A(mm) 主动齿轮齿数 被动齿轮齿数 传动比iA=800mmZ=31Z=148i=4.5812操作：1）准确地按轧制表操作；2）轧制中心线应比机械中心线低 5-9mm3）管子平稳顺利咬入，电机不能超过负荷4）均整机顶头比轧管机最后一道大 2-4mm1.3.8.定（减）径：当坯料接近成品管直径时，进行定径；当坯料远大于成品管直径时，进行减径。定径机的作用是消除均整后钢管的外径不圆，从而满足技术条件的规定。定径机机组示意图见图 1-5，原理图见图 1-6.[键入文字] 12辽宁科技大学课程设计说明书图1-5定径机机组： 1 为主电机 2 为复合减速机 3 连接轴 4 定径机图1-6定径机原理图减径机相当于空心管轧制，在铜管延伸的同时，缩小铜管直径，以达到技术标准规定的尺寸和公差。定径机时有五架与水平方向成45°的交叉分布的纵轧机组成。减径机有二十架与水平方向成45°交叉不知的纵轧轧机组成。主要设备性能参数：减径机主电机参数见表 1-5：表1-5减径机主电机参数功率（马力） 转速（转/分） 减速比 工作电流A 跳闸电流A75 600-1500 14.9 280 560定减径后带钢速度:V=0.7-2m/s[键入文字] 13辽宁科技大学课程设计说明书产品规格范围：定径： 外径：89-168mm壁厚：4-25-36mm减径 外径：57-121mm壁厚：4.5-25mm（直径 D>114时，壁厚S=5-16mm）要求：1）准确地按轧制表操作2）轧制中心线应比机械中心线低 6-9mm3）管子平稳顺利咬入，电机不超负荷4）均整机顶头应比轧管机最后一到次大 2-4mm1.3.9.冷却：将定减径的热轧管均匀冷却在100-160℃以下，以便于矫直。冷却台尺寸：宽：B=1680mm，长：L1##=11000mmL2=31500mm冷却台斜度：12%冷却时间：1号冷床：5.5-21.5mm，2号冷床：16-61mm冷却台电动机参数见表 1-6：表1-6冷却台电机参数功率（千瓦） 转速（转/分） 传动比 管冷却温度℃4.5 450-1800 1824 50-1001.3.10.矫直：用来矫直冷却后的钢管并能消除部分钢管的椭圆度，采用弯曲压扁的方法矫直钢管，严禁用矫直机减少钢管外径。设备参数：[键入文字] 14辽宁科技大学课程设计说明书1） 主电机：表1-6矫直机主电机参数功率kw 电压V 电流A 转速（转/分） 减速比90 440 221 0-1500 1/9.8512）矫直机型号Φ168mm矫直机3）矫直速度13-80m/min4）最大矫直力226吨5）矫直精度≤1mm/m6）主动轴尺寸Φ380*560mm，被动轴尺寸Φ320*480mm7）辊子角度可调范围 27°-35°8）主动辊间距900mm，主动辊与被动辊间距：820mm，主动辊与入口导板间距870mm矫直钢管规定范围：1）钢种：10#-60#碳钢，石油地质DZ40-DZ95.API各种钢管一般合金结构钢及不锈钢2）规格表1-7矫直钢管规格外径 壁厚 长度50-168 4-30 5-131.3.11.切头切尾：指的就是将轧制好的钢管切掉头尾缺陷部分，使其头尾部分整齐,保证产品的尺寸精度。[键入文字] 15辽宁科技大学课程设计说明书可加工管子范围：钢质：10##3-45，Dz40-Dz95及屈服点不超过95kg/mm合金钢：规格：Do=57-168mm，S=3.5-40mm，l前=16mm，l均后=6.5-15m，重量Q=1500kg，弯曲度：全长小于1/1000,每端500mm内小于2.5mm1.3.12.检查与包装：它包括横断尺寸精度的检测、表面质量检查和无损探伤、取样进行物理-机械性能试验、水压实验、长度测量、打印、表面除油、打捆、包装和称重。经过检查不合格的钢管就其缺陷的严重程度，矫直或者报废，或者重新返回精整，这是保证质量的重要措施之一。[键入文字] 16辽宁科技大学课程设计说明书2.轧制表编制2.1.轧管机壁厚：S轧=S成=14mm外径：D轧=H=130mm内径：d轧=H-2S轧=130-24*2=102mm轧管顶头：δ 轧1=d 轧-（1-3）=102-2=100mm，δ 轧2=d 轧=102mm总延伸系数： =2.2穿孔机：外径：D穿=（1.03-1.08）D轧=1.05*130=136.5mm壁厚：S穿=δ轧+（3-5）=14+2=16mm内径：d穿=D穿-2S穿=137-2*16=105mm顶头直径：δ穿=d穿-K穿（内扩径量）=105-（4-15）=105-5=100mm绝对压下量： H=10-15%D坯=12%*130=15.6mm轧辊间距：B=D坯- H=130-15.6=114.4mm导板间距：l=H+（0-2）=130+1=131mm椭圆度系数：[键入文字] 17辽宁科技大学课程设计说明书顶杆直径：δ杆=δ头-（2-14）=100-10=90mm顶杆位置：顶杆长：L=（145-150）+δ 头=150+100=250mm顶头位置：C=L+y-300=250+61.48-300=11.48mm顶头压下量：λ 0=延伸系数：2.3.均整机：外径：D均=D轧+（3-10）=130+6=136mm壁厚：S均=S轧=14mm内径：d均=D均-2S均=136-2*14=136-28=108mm顶头直径：δ均头=S轧1+（1-4）=100+2=102mm顶杆直径：δ均杆=δ均头-（2-15）=102-10=92mm轧辊间距：B均=δ均头+2S均=102+2*14=130mm导板间距：l=2S 均-B 均=2*136-130=142mm椭圆度：延伸系数：[键入文字] 18辽宁科技大学课程设计说明书2.4.定径机：热态尺寸：D定=1.05*133=135mm压缩率：ε定=D1=εD4=εD平/2=0.12%D2=εD3=εD平=0.24%D5=0各孔型平均直径：1）2）3）4）5）椭圆度系数： q=1.51）[键入文字] 19辽宁科技大学课程设计说明书2）3）轧槽高：1） mm2）3）4）5）轧槽宽：[键入文字] 20辽宁科技大学课程设计说明书半径：偏心距：[键入文字] 21辽宁科技大学课程设计说明书辊缝： =105-5mm圆角半径：r=3-6mm工作直径：各机架断面：[键入文字] 22辽宁科技大学课程设计说明书各机架对第一架的延伸系数：工作辊转速：[键入文字] 23辽宁科技大学课程设计说明书坯料长：取成品长度为 7000mm，Δl为切头切尾的长度，占 4%-5%，取4%时等于360mmK为烧损系数：0.97-0.98，取 0.97加热时间：τ=k*D坯（k为加热速度碳钢取 30-33s/mm）τ=k*D坯=30*136=4080s=1.13h小时产量：（α为进料口与出料口的夹角取 30°，布料角θ=1.5°-2°，排数n=2每根重：Gp=F*LP*γ=3.14*0.0652*3.01*7.8=309.3kg小时产量：A′=X*Gp=309.3*292=90.3吨/小时剪切机剪切力：P=k1k2σb*F（k1=1.3，k2=0.6-0.8，σb=598MPa）P=k 1k2σb*F=1.3*0.7*598*（π/4）*130 2=825.34吨[键入文字] 24辽宁科技大学课程设计说明书2.5.轧制表表2-1穿孔机参数成管坯穿孔机品45#3010DdSδBlξδyCLλ0μ穿穿头h杆ΦΦ13013611110111131.9612511.02.*1430607411501107%1375表2-2轧管机参数轧管机D轧 S轧 d轧 δ轧1 δ轧2 δ轧14 130 102 100 102 2.52 1.19 92表2-3均整机参数均整机D均 S均 d均 δ均头 δ均杆 B均 l ξ136 14 108 102 92 130 114 1.09 1[键入文字] 25辽宁科技大学课程设计说明书表2-4定径机参数定D=135mm径机到次10.12%135.81.002135.66135.9367.970.13331.261705.253.69π20.24%1.5.51.004135.23135.7767.890.27331.581694π1.00253.7530.24%135.21.004134.93135.4767.740.27330.801696.81.00554.03π40.12%1351.002134.87135.1467.570.15330.851694π1.00754.1350135113513567.50329.751694π1.00753.94[键入文字] 26辽宁科技大学课程设计说明书穿孔机的力能参数已知：成品：Φ136*14，管坯尺寸：Φ130毛管尺寸：Dm=137mm轧辊直径：850mm轧辊送进角：α=10°转速：n=100转/分入口锥角：β 1=3°出口锥角：β 2=3.5°顶头工作锥角：γ 1=12°顶头定径锥角：γ 2=3°轧辊间距：B=114mm轧辊辊身长度：L=500mm滑动系数：辊径直径：dT=300mm摩擦系数：fZ=0.005变形区长：所以有l1=152.7mm，l2=219.5mm单位压下量：ΔΥ X==8.0mm接触宽度：[键入文字] 27辽宁科技大学课程设计说明书接触面积：F1=0.67bl 1=0.67*29.1*153=2983mm2F 2=1.2bl 2=1.2*29.1*220=7682mm2轧制力：2(K=1.5σs,σs=2.1kg/mm)=3.58kg/mm 2=35.10MPa总的轧制力：轧制力矩：顶头阻力：Q=（0.3-0.4）P=0.4*31.34=12.54 吨导板阻力：Pb=（0.13-0.27）P=0.26*43.3=11.3 吨Lch=H+（0-2）=131mm轴向摩擦力：[键入文字] 28辽宁科技大学课程设计说明书=4.398吨/米摩擦力矩：功率：N<2000KW,所以，电机是安全的[键入文字] 29辽宁科技大学课程设计说明书穿孔机工具设计轧辊设计：直径：,则辊身：由于鞍钢设计的最大坯料为Φ150现已经生产到Φ168，这样已经超出了涉及范围，因而入口锥应大一些，再者