设计年产30万吨Ф180无缝钢管车间设计

1 内蒙古 科技大学 本科生毕业设计说明书 题 目： 设计年产 30 万吨 180 无缝钢管车间 设计 学生姓名： 学 号： 专 业：材料成型及控制工程 班 级： 指导教师： 老师内蒙古科技大学毕业设计 说明书 I 摘要 本设计 进行了建设 年产 30 万吨 180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 ，规格为 2198典型产品进行轧制表计算 ，孔型设计及工具选择。计算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。根据车间布置用 关键词： 无缝钢管； 孔型 设计； 轧制表；轧制 力能参 数 he he 00,000 180 is of s s of at 219 8mm 345B is in of to up 。 of 1 - 目录 摘要 . I . 一章 国内外钢管业发展概况及建厂可行性分析 . 1 内外钢管业发展概况 . 1 国无缝钢管发展现状 . 1 压锅炉管生产现状 . 2 压锅炉管供需情况 . 4 压锅炉管发展趋势 . 5 结 . 5 厂可行性和必要性分析 . 5 内市场调查、研究与预测 . 5 厂选址及其可行性分析 . 6 第二章 设计任务、产品品种及工艺流程的确定 . 9 计任务 . 9 品方案的 编制 . 9 品大纲的制定原则及编制 . 9 品大纲的编制表 . 10 属平衡表 . 11 压锅炉管的技术要求 . 11 艺流程的确定 . 13 第三章 轧制表计算 . 14 制表编写概况 . 14 2198管轧制表计算 . 14 第四章 . 17 2198连轧机孔型设计 . 17 内蒙古科技大学毕业设计 说明书 - 2 - 径机的孔型设计 . 21 减径率 . 21 配各机架的单机减径率及求出各机架孔型的平均直径 . 21 机架轧辊孔型高度和宽度 . 22 定各轧辊孔型的孔型半径 R，偏心距 e 和其他尺寸 . 23 第五章 工具设计 . 24 孔机机的工具设计 . 24 轧管机的工具设计 . 28 管机的工具设计 . 30 径机的工具设计 . 31 减机的工具设计 . 32 第六章 主辅设备选择 . 33 要设备 . 33 轧机组选择 . 33 助设备选择 . 36 热炉的选择 . 36 孔设备 . 40 棒循环系统 . 43 管机 . 46 加热炉 . 48 径机 . 50 力减径机 . 51 床 . 52 排锯 . 54 直设备 . 56 第七章 穿孔机强度校核 . 57 制力能参数计算 . 57 孔机轧辊校核 . 63 内蒙古科技大学毕业设计 说明书 - 3 - 第八章 连轧管机轧制力能参数和轧辊校核及主电机选择 . 65 2198力能参数和轧辊校核及主电机选择 . 65 材轧制力计算 . 65 轧管每个轧辊传动力矩估算为 . 70 辊强度校核 . 70 电机选择及校核 . 72 第九章 生产能力计算及轧制图表 . 74 2198钢管车间生产能力计算 . 74 热炉小时产量 . 74 穿孔机的小时产能 . 76 管机的小时产能 . 76 张力减径机的小时产能 . 77 合平均生产能力 . 77 间年产量计算 . 78 间平均小时产量计算 . 78 机的年工作时间的确定 . 79 间年产量计算 . 79 制图表确定 . 79 第十章 车间平面布置 . 81 间设计内容及平面布置原则 . 81 属流程线确定 . 82 备间距 . 83 库面积计算 . 84 他设施面积确定 . 85 钢车间厂房组成及立面尺寸的确定 . 86 第十一章 车间技术指标及环境保护 . 87 类材料消耗指标 . 88 间的 环境保护 . 88 内蒙古科技大学毕业设计 说明书 - 4 - 化 . 89 烟和防尘 . 89 音防治 . 89 质处理 . 89 间节能与综合利用 . 89 热炉余热的利用 . 89 化铁皮的利用 . 90 参考文献 . 90 致谢 . 91 1 第一 章 国内外钢管业发展概况及建厂可行性分析 内外钢管业发展概况 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 t，居世界第一位 。 2001年焊管年产 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。 我国无缝钢管生产技术的最新进展，包括新设备、 新工艺、新技术。其中热连轧无缝钢管生产技术、 组、钢管挤压生产技术、斜轧扩径机组、冷轧无缝钢管设备和工艺技术、石油管材耐腐蚀设计都得到钢管企业的普遍重视。 从国际和国内两个市场来看，无缝钢管（包括石油专用管）的现有生产能力均已大于需求。所以，今后的重点应放在充分发挥现有机组的能力，开发出高 强度等级、高抗击毁、高抗腐蚀的石油管、高压锅炉管和气瓶管等产品 ， 也是国家针对当前我国钢铁市场进行优化产品结构的内容 ， 这也是增加在国内外产品竞争力、扩大市场份额的关键所在。 国无缝钢管发展现状 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，内蒙古科技大学毕业设计 说明书 2 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 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。 压 锅炉管生产现状 众所周知 ,火力发电设备用钢管的特点是 ：规格多、 钢种复杂、批量小、要求严而著称。各锅炉厂设计选用的高压锅炉管牌号 (钢级 )、规格主要是依据 ： 地域气候的差异 ； 采用的煤质差异 ； 采用设计的标准和牌号差异。导致了高压锅炉管生产厂家 ， 生产安排上的困难。国内主要采用的标准为 ： 3。 近年来 ， 机械行业在引进国外发电设备制造技术的同时 ， 又带进来一些国外新的钢牌号 ， 在冶金和机械行业技术工作者的共同努力下 ， 从仿制国外钢号到独立研制新的发电设备用钢 ， 初步形成了自己比较完整的 用钢系列 ， 同时向国内提供了大量的发电设备专用钢管 ， 使得电站设备的发展能够取得巨大的成就。但随内蒙古科技大学毕业设计 说明书 3 着电力技术的发展 ， 要求机组向大容量、高参数、环保型的方向发展 ，对钢管有了更高 要求。不仅现有的钢种需要改进和完善 ,而且需要研制性能更高、质量更好的钢管 ,为国内发展超临界、超超临界发电机组做好材料准备工作。目前 ,在国内电力生产构成中 ,主要有火电、 水电和核电三大类 ， 其中火电居主导地位 ， 占我国总机组比例高达 70%以上。火力发电在我国经济建设中发挥着重要作用。长期以来 ,国内电力建设重点发展火力发电 ,因为我国有丰富的煤炭资源。煤 炭在一次能源结构中的主导地位 ,决定了在电力发展 以煤电为主的格局。加上火电生产成本较低 ,建设的局限性小 ,电量较为稳定 ,近年来我国火力发电因此蓬勃发展 。 目前我国已拥有世界上最先进的各类轧管机组，能生产所有规格的高压锅炉管。根据中国钢结构协会钢管分会统计， 2003 表 003生产企业的高压锅炉管产量 单位：万吨 目前，我国高压锅炉管生产在以下几 个方面仍存在着一定的问题， 研发能力不强：高压锅炉管的研发有周期长，投资大，生产工序多、工艺复杂，检测项目多、要求严的特点。一个新产品的开发，从化学成分的设计、生产工艺及热处理内蒙古科技大学毕业设计 说明书 4 规范的制定到一系列长时间的高温持久、蠕变、腐蚀、抗氧化、时效等试验，然后进行半工业性试验和电厂运行试验，性能合格后才能批量生产。目前，新型高压锅炉管的材料大多数是欧洲和日本研发的，国内以仿造为主，国内的研发能力无法满足新型锅炉制造的前沿技术要求。产品质量不稳定：大多数高压锅炉管生产企业的产品只是达到标准要求，但不同批次生产的产品甚至是同 批次生产的产品的各项指标虽在标准范围内，但指标的分散度都比较大，产品质量不稳定。大口径厚壁高压锅炉管供应问题：通常大口径厚壁高压锅炉管的合金含量都比高，需要从研发到冶炼直至最终热处理整套完整的生产体系。 压锅炉管供需情况 目前国内机组的设计能力超出了国内需求，但具备有整套配置设施及相应的技术能力的企业不多，因此完全解决高技术含量的大口径特厚壁高压锅炉管的供应问题还需要努力 3。 表 2003单位：万吨 近几年，我国高压锅炉管的产量逐年上升，高压锅炉管产量从 1998 年的 007 年的 90 万吨（ 2008年受国际金融危机影响产量有所下降）。 1998年以前，我国高压锅炉管进口比例高达 60%，主要依赖进口，尤其是高合金管和大口径管进口比例更高达 85%。到 2007 年，进口高压锅炉管 18 万吨，进口比例降至 19%。 2003我国高压锅炉管产量及进出口情况详见表 随着产能扩大， 目前高压锅炉管市场总体供大于求，尤其是碳钢管已严重供大于求，普通合金管也有过剩，但部分品种高合金管还不能完全满足国内需求，每年仍有近 20万吨左右的高附加值的高压锅炉管进口。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书 5 压锅炉管发展趋势 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%可计算出 2009新增装机容量平均增长 5500 万 ，再考虑 0%的整套锅炉出口，可推算出 2010000 万 左右的增长。按照100t/万 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。 结 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。 厂可行性和必要性分析 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、大规格（厚壁管）的无缝钢管仍有缺口，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）的输送管线内蒙古科技大学毕业设计 说明书 6 管 4。 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， “ 十一五 ” 期间能源建设将投资 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 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 5。 火电设备用钢管年平均 100t/万 右，规格 16 1066厚 1130金比 60% 70%，图 0012007 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 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/T/T/T/）。 图 001国高压锅炉管销售量及进出口量情况 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，最内蒙古科技大学毕业设计 说明书 7 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 ，年降水量 310 (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 充足的水资源是包头经济赖以发展的重要条件。黄河流经包头境内 214 公里，水面宽 130 米到 458米，水深 均流速为每秒 大流量每秒 6400 立方米，年平均径流量为 260 亿立方米，是包头地区工农业生产和人民生活的主要水源。此外，艾不 盖河、哈德门沟、 昆都仑河 、五当沟、水涧沟、美岱沟等河流，水流量可观，也是可以利用的重要水资源。包头可利用地表水总量为 包括黄河过境水）。地下水补给量为 立方米。 包头土地总面积 27768 平方公里，其中，山地占 14. 49 ，平原占 10 。已开发和利用的土地中，市区面积为 方公里；耕地面积占土地面积比重 ；森林面 积 公顷，草原面积 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。包头地区有着良好内蒙古科技大学毕业设计 说明书 8 的煤电产业发展基础，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 6。 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 。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书 9 第二章 设计任务、产品品种及工艺流程的确定 计任务 以包头地区为厂址选择，设计一个年产量为 30 万吨的 180 无缝钢管厂 ，其中规 格为 2198 的 压锅炉管，占年产量的 8%。 品方案的编制 品大纲的制定原则及编制 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 7。 (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