（材料加工工程专业论文）Φ250mm限动芯棒连轧管机组技术改造及设备参数校核.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 2 5 0 m m 限动芯棒连轧管机组技术改造及设备参数校核 摘要 天津钢管公司中2 5 0 m m 限动芯棒连轧管机组是当今世界上一流技术和装备的 机组。天津钢管公司轧管厂为了适应市场竞争、提高自身竞争力对机组进行技术 改造，在原三个孔型系列的基础上增加大孔型系列，将原1 8 1 、2 3 5 、2 9 1 孔型重 新分配成1 9 1 、2 4 7 、3 1 0 、3 5 6 ( 3 7 2 ) 五种孔型系列，使成品钢管的外径扩大到寸) 3 5 6 m m ，扩大了产品规格范围，同时并对工艺参数及数模进行改进，增大穿孔机 组变形量，降低连轧机组的负荷，使工艺顺利进行。大孔型改造工程将使轧管j 。 工艺得到改善，设备潜力得到充分发挥，产品结构更加合理。由于工艺制度的加 大使得原有设备负荷加大，设备能力受到威胁，所以为了保证这次改造的j i l 赠j j 实 施，需对现有设备能力进行重新校核，以便及时更换设备或更改工艺制度，为这 次大孔型改造提供必要依据和参考。 为此主要开展了以下几方面的研究工作： ( 1 ) 测定了典型钢种2 8 c r m 0 5 7 的变形抗力曲线，为精确计算轧制力，提供了保证； ( 2 ) 建立了2 8 c r m 0 5 7 的变形抗力数学模型，拟合结果与实际结果吻合较好；( 3 ) 典 型钢种2 8 c r m 0 5 7 钢的热物性参数测试，为加热工艺参数的制定提供了依据；( 4 ) 对孔型进行重新设计，以满足改造后的要求。( 5 ) 对改造后的工艺进行重新制定， 以满足新的工艺要求。( 6 ) 以五个孔型系列1 9 1 、2 4 7 、3 1 0 ，3 5 6 ，3 7 2 中3 5 6 最典 型产品为例，计算了狄舍尔穿孔机的力能参数，校核了五个孔型系列的电机的过 载和温升情况，五个孔型系列电机全部符合要求。计算了五个孔型系列的轴向力， 校核了顶杆安全性；计算了m p m 连轧管机的力能参数；校核了连轧管机五个孔型 系列七个机架轧辊强度；校核连轧管机五个孔型系列七个机架的电机能力。 采用v b 6 0 的编辑环境编制了改造后穿孔机和轧管机主要设备参数计算与校 核的w i n d o w s 应用程序，其界面友好，易于操作，具有直观和形象化的特点，而 且便于对基本工艺参数进行修改。 本软件包具有以下功能和特色： 穿孔机力能参数计算：可计算轧制力、轧制力矩、摩擦力矩、空转力矩、 电机功率等。 穿孔机设备校核：可进行电机能力校核，顶杆稳定性的校核； 连轧管机力能参数计算：可计算轧制力、车l sj j 力矩、摩擦力矩、空转力矩； 一i i 东北大学硕士学位论文摘要 连轧管机设备校核；可进行电机能力校核和轧辊的校核； 本软件包可以适应现有温度制度、速度等工艺制度的要求。 由于力能参数计算理论模型还不够完善，而实际影响力能参数数据的影响因 素的复杂性，计算结果可能与实际结果还存在偏差，这些都有待于以后进一步完 善和提高。 关键词限动芯棒连轧管机大孔型改造力能参数校核v b i i i 查苎垄堂堡主兰堡垒圭 ! ! ! ! ! ! ! ! t h et e c h n o l o g i c a lm o d i f i c a t i o na n dc h e c ko fe q u i p m e n t p a r a m e t e r sf o r 2 5 0 m mm p m a b s t r a c t 审2 5 0 m mm u l t i s t a n d p i p e m i u ( m p m lo ft i a n j i np i p ec o i sp r o v i d e dw i t h a d v a n c e dt e c h n i q u ea n de q u i p m e n ti nt h ew o r l d t oa d a p tt h em a r k e tc o m p e t i t i o na n d e l e v a t eo n e s e l fc o m p e t i t i o na b i l i t y , t i a n j i np i p ec o r e b u i l tt h eu n i t ，a d d e db i gp a s s s e r i e so n t h e b a s i so f o r i g i n a l t h r e ep a s ss e r i e sa n d m p ms i z eo f l 8 1 、2 3 5 、2 9 1t o1 9 1 、 2 4 7 、3 1 0 、3 5 6 ( 3 7 2 ) ，t oe n l a r g e t h e f i n i s h e d t u b e d i a m e t e r t o 中3 5 6 m m ，e x p a n d t h e p r o d u c ts p e c sr a n g e ，a t t h es a m et i m ei m p r o v e dt h ep r o c e s s i n g p a r a m e t e ra n d m a t h e m a t i cm o d e l ，i n c r e a s e dd e f o r m i n gq u a n t i t yo fp u n c h i n gu n i t ，r e d u c e dt h eb u r d e n o ft h et a n d e mm i l l ，s ot h et e c h n o l o g yt r o u b l e - f r e eo p e r a t i o n t h er e b u i l d i n gp r o j e c to f b i gp a s s w i l lp r o v et h er o l l i n gt u b et e c h n o l o g y , e x e r tt h ep o t e n t i a lo fe q u i p m e n t s u f f i c i e n t l y , r a t i o n a l i z et h ep r o d u c ts t r u c t u r e b e c a u s eo f t h ec h a n g i n go f t h et e c h n o l o g y s y s t e m ，a d d e db u r d e n t ot h eo r i g i n a l e q u i p m e n t ，t h ec a p a c i t y o fe q u i p m e n ti s f l l r e a t e n e d ，s o ，t oe n s u r et h i sr e b u i l d i n gp l a nt r o u b l e f r e ei m p l e m e n t ，i tn e e dc h e c k c a p a c i t yo fe q u i p m e n to v e ra g a i n ，s oa st or e n e wt h ee q u i p m e n to rc h a n g et e c h n o l o g y s y s t e mi nt i m e ，a n dp r o v i d en e c e s s a r yb a s i sa n d r e f e r e n c ef o rt h i sb i gp a s sr e b u i l d i n g s o ，c a r r i e do u tt h e s ea s p e c t sr e s e a r c he f f o r t ，a s , f o l l o w e d ： ( 1 ) d e t e r m i n e dr e s i s t a n c e o fd e f o r m a t i o nc u r v eo ft y p i c a ls t e e l 一2 8 c r m 0 5 7 ， o f f e r i n gg u a r a n t e ef o rc a l c u l a t i n gd r a u g h tp r e s s u r ea c c u r a t e l y ( 2 ) e s t a b l i s h e dr e s i s t a n c eo fd e f o r m a t i o nm a t h e m a t i cm o d e lo f2 8 c r m 0 5 7 ，t h e s i m u l a t i n gr e s u l ts a t i s f i e dt h ea c t u a lr e s u l tb e t t e r ( 3 ) t e s t e dt h e r m o p h y s i c a lp e r f o r m a n c ep a r a m e t e ro f2 8 c r m 0 5 7 ( 4 ) d e s i g n e dt h en e wp a s sa n d m a d et h e mm e e tt h er e q u i r e m e n t so f n e w p r o c e s s ( 5 ) e s t a b l i s h e dt h en e wp r o c e s sa n dm e t t h er e q u i r e m e n t so fr e b u i l tp r o c e s s ( 6 ) c a l c u l a t e dd i e s c h e re l o n g a t o re n e r g e t i c sp a r a m e t e r , c h e c k e de l e c t r i ce n g i n e o v e r l o a da n dt e m p e r a t u r er i s e ，t a k i n gt h et y p i c a lp r o d u c to f3 5 6f o re x a m p l ea m o n g 1 9 1 、2 4 7 、3 1 0 、3 5 6 、3 7 2 ，a n d t h e f i v e p a s ss e r i e se l e c t r i ce n g i n e s w e r e a l la c c o r d e d 州t h t h er e q u i r e m e n t c a l c u l a t e da x i a lf o r c eo ff i v ep a s ss e r i e s ，c h e c k e dr e l i a b i l i t yo fc a r r i e r r o d c a l c u l a t e dm p mt a n d e mt u b em i l le n e r g e t i c sp a r a m e t e r , t a k i n gt h et y p i c a lp r o d u c t o ff i v ep a s ss e r i e sr e s p e c t i v e l yf o re x a m p l e c h e c k e ds e v e ns t a n dm o t o r s s t r e n g t ha n d 一1 v 塞! ! 查堂堡主茎堡笙查 ! ! ! ! ! ! ! ! c a p a c i t yo f t a n d e mt u b em i l lf i v ep a s ss e r i e sr e s p e c t i v e l y a d o p t i n gv b 6 0e n v i r o n m e n tw o r k e do u tt h ew i n d o w sa p p l i c a t i o np r o g r a mt h a t u s e dt oc a l c u l a t ea n dc h e c km a i ne q u i p m e n tp a r a m e t e ro fc o r kb o r i n gm a c h i n ea n dt u b e m i l la f t e rr e b u i l t a n di t si n t e r f a c ea m i t y , o p e r a t i o n a le a s i n e s s ，、v i 出v i s u a l a n d f i g u r a t i v e n e s sc h a r a c t e r i s t i c ，a n d c o n v e n i e n tf o rm o d i f y i n gt h eb a s i ct e c h n o l o g y p a r a m e t e r s f o l l o w i n ga r et h ef u n c t i o na n d c h a r a c t e r i s t i c so f t h i ss o f t w a r ep a c k a g e ： t h ep a r a m e t e r sc a l c u l a t i o no fc o r kb o r i n gm a c h i n e se n e r g e t i c s ：d r a u g h tp r e s s u r e ， r o l lt o r q u e ，f r i c t i o nm o m e n t ，z e r ob u r d e n i n gm o m e n t ，p o w e ro f m o t o ra n ds oo n ； t h ee q u i p m e n tc h e c k i n go fc o r kb o r i n gm a c h i n e s ：e l e c t r i ce n g i n ec a p a b i l i t y c h e c k i n g ，s t a b i l i t yc h e c k i n go f c a r r i e rr o d ； t h ep a r a m e t e r sc a l c u l a t i o no ft h et a n d e mp i p em i l l s ：d r a u g h tp r e s s u r e ，r o l lt o r q u e ， f r i c t i o nm o m e n t ，z e r ob u r d e n i n gm o m e n t ； t h ee q u i p m e n tc h e c k i n go ft h et a n d e mp i p em i l l s ：e l e c t r i ce n g i n ec a p a b i l i t ya n d r o l l e rc h e c k i n g ； t h i s s o f t w a r ep a c k a g ea d o p t st h er e q u e s t so fe x i s t i n gt e m p e r a t u r ea n ds p e e d s y s t e m ； b e c a u s et h ee n e r g e t i c sp a r a m e t e r sc a l c u l a t i o nm o d e li s n tp e r f e c t ，a n dt h ee l e m e n t s t h a tc a ni n f l u e n tt h ee n e r g e t i c sp a r a m e t e ra r ec o m p l e x ，t h e r ei sd e v i a t i o nb e t w e e nt h e c a l c u l a t i o nr e s u l ta n da c t u a lr e s u l t ，a n da l lo f t h e s ea r er e q u i r em o r ec o n s u m m a t i o na n d i m p r o v e m e n t k e yw o r d sm p m ，b i gp a s sr e b u i l d ，e n e r g e t i c sp a r a m e t e r ，c h e c k ，v b 。v 一 东北大学硕士学住论文声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成 果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也 不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：支0 缝 日飘：o s 。0 3 0 s 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规 定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 钢管生产技术的发展 无缝钢管自1 9 世纪后半叶正式诞生，已有近1 1 0 年的发展历史。在前7 0 年 的发展过程中，各种生产工艺已趋于成熟。近3 0 年来，随着科学技术的进步和生 产的发展，钢管生产有了长足的进展，出现了“推陈出新，重新组合”的局面。 无缝钢管生产技术发展经历了三个阶段【1 。j ： 1 1 1 钢管生产工艺发展的三个阶段 1 ) 自1 9 世纪8 0 年代至2 0 世纪3 0 年代，先后出现了周期轧管机( 1 8 9 2 年) 、 项管机( 1 8 9 9 年) 、连续轧管机( 1 9 0 1 年) 、自动轧管机( 1 9 0 3 年) 、狄塞尔轧管 机( 1 9 3 2 年) 、三辊阿塞尔轧管机( 1 9 3 7 年) 和挤压机等七种钢管轧机，这些轧 机均具有工业生产的成熟性，并逐渐定型，当时得到广泛应用的是自动轧管机和 周期轧管机。采用顶管机和三辊轧管机生产的钢管只占很小的比例，而连续轧管 机和狄塞尔轧管机却简直没有什么发展。 2 ) 自2 0 世纪4 0 年至8 0 年代，全浮动芯棒连轧管机得到了很大的发展，限动 芯棒轧管机( m p m ，1 9 7 8 年) 和半浮动芯棒连轧管机的投产( 1 9 8 3 年) 标志着 连轧管机发展到了3 种连轧机并存的新阶段。其突出优点是：产量高，产品质量 好，所生产的管子长，品种规格多，收得率高在这一阶段，还表现在顶管工艺 发展成为c p e 技术( c p e 工艺是在传统的顶管工艺基础上发展起来的) ；张力减径 技术的广泛应用和连铸圆坯成功地用作轧管生产原料。圆坯连铸技术的成功一方 面促进斜轧穿孔工艺的发展，使得狄塞尔穿孔机在新的条件下复活，另一方面终 结了推轧穿孔机( p p m ) 在新建轧管厂的应用。这样在无缝钢管领域，以连铸圜 管坯为原料进行斜轧穿孔几乎已成定局。5 0 年代张减技术的成功，提高了小口径 钢管生产的经济性。当前张减技术的发展趋势是：采用c e c 控制( 管端增厚控制) ， 发展混合传动方式以及工艺过程自动控制。 ：3 ) 2 0 世纪8 0 年代至今，三辊轧管机和狄塞尔轧管机都有了改进、出现了新 型的三辊轧管机和a c c u r o l l 轧管机。新型的三辊轧管机采用了n e l ( 目i j 无尾损失) 控制系统，可以轧薄壁管。此外，出现了c p s ( 1 9 8 9 年，“斜轧穿孔张减法”两 步轧管工艺。) 和p q f ( 1 9 9 3 年，三辊式连辘管机) 新型轧机。应该指出，锥形 辊穿孔机的复出是这一阶段的一大突破，它将对未来无缝管生产技术的发展产生 东北大学硕士学位论文 1 绪论 巨大的影响。 1 1 2 我国无缝钢管生产的发展 1 ) 历史的回顾 新中国成立前，日本侵略者曾于1 9 3 5 年1 0 月在我国东北鞍山建了1 套生产 直径为7 1 5 0 r a m 的热轧无缝钢管机组，最高年产量为1 1 4 万t ( t 9 4 0 年) ，1 9 4 2 年又建了冷拔车间，生产直径为4 0 1 5 0 m m 的冷拔管和气瓶管，但日本投降后， 其全部设备都被拆运到了原苏联，所以新中国成立时我国是不能生产无缝钢管的， 当时只有上海有一点钢管改制设备，可以将进口的钢管改制为所需规格的钢管。 新中国成立后，作为首批重点工业建设项目，鞍钢无缝钢管厂于1 9 5 3 年1 0 月2 7 日建成投产，从此结束了我国不能生产无缝钢管的历史【3 i 。 自鞍钢无缝钢管厂轧出我国第一根无缝钢管起，至今我国无缝钢管已有了4 7 年的生产历史。在这近半个世纪的年代里，我国无缝钢管轧机由5 0 年代初唯一的 l 套中1 4 0 m m 自动轧管机组，设计年产量仅6 1 9 万t ，发展到目前为止，已是产 品品种、规格齐全，各种机组型式齐全并分布于全国，无缝钢管的年产量也于1 9 7 8 年( 8 2 万t ) 超过英国和法国，1 9 8 3 年( 1 1 5 万t ) 超过意大利，1 9 9 2 年( 2 6 5 万 t ) 超过原西德，并在1 9 9 4 年( 3 0 4 万t ) 早于钢板和钢材成为世界第一大无缝钢 管生产国，随后一直保持至今。 由1 9 9 6 年冶金工业第三次全国工业普查结果得知我国热轧无缝钢管轧机共 计8 6 套，生产能力为3 7 6 万t ，占总钢材轧机能力的2 6 4 。而根据原冶金部科 技司和钢管杂志编辑部编辑的“中国钢管企业事业公司”一书及中国金属学 会轧钢分会无缝钢管学术委员会近几次会议所了解情况的不完全统计，全国约有 1 1 2 家无缝钢管厂( 含公司所属，但没有包括不能自供管坯的冷拔冷轧钢管厂和 那些不知厂名的钢管厂如温州等地区近年发展起来的，据说有上百家不锈钢 管厂) ，1 4 1 套( 台) 轧管机组( 或单独穿孔机) ，其中直径l o o m m 的有7 0 套 ( 台) ；9 0 7 0 m m 的有6 9 套( 台) ；6 0 m m 的有2 7 台。这些厂和机组其轧机的 综台生产能力约为4 5 0 万t 。当然，由于受近几年无缝钢管市场不景气的影响和 国家近两年特别是1 9 9 9 年决心关停落后和小型轧机以及限制主要无缝钢管厂的 产量以来，已有部分厂倒闭或关停，所以全国的无缝钢管产量已开始下降。 2 ) 机组及产量 在1 4 1 套( 台) 机组中，工艺设备比较完整配套、可赢接生产中8 9 m m 以上 热轧成品管的轧管机组约有3 5 套。这些轧机配置在2 4 家生产厂，其综合生产能 力约为3 7 2 万t ，约占总生产能力的8 3 ( 其中有7 套新建轧机，设计能力为1 3 3 5 万t ，现在只达到设计能力的5 2 ，即7 0 万t ) ，这其中，相对比较先进的无缝钢 一一 东北尢学硕士学位论文 1 绪论 巨人的影响。 1 1 2 我国无缝钢管生产的发展 1 ) 历史的回顾 新中国成立前，口本侵略者曾于1 9 3 5 年1 0 月在我国东北鞍山建了1 套生产 直径为7 1 5 0 r n m 的热轧无缝钢管机组，最高年产量为1 1 4 万t ( 1 9 4 0 年) ，1 9 4 2 年又建了冷拨车间，生产直径为4 0 1 5 0 m m 的冷拔管和气瓶管，但日本投降后， 其全部设备都被拆运到了原苏联。所以新中国成立时我国是a i 能生产无缝钢管的， 当时只有上海有一点钢管改制设备，可以将进口的钢管改制为所需规格的钢管。 新中同成立后，作为首批重点工业建设项目，鞍钢无缝钢管厂于1 9 5 3 年1 0 月2 7 日建成投产，从此结束了我国小能生产无缝钢管的历史pj 。 自鞍钢无缝钢管厂轧出我国第根无缝钢管起，至今我国无缝钢管已有了4 7 年的生产历史。在这近半个世纪的年代里，我国无缝钢管轧机由5 0 年代初唯一的 l 套中1 4 0 m m 自动轧管机组，设计年产量仅6 1 9 万t ，发展到目前为止，已是产 品品种、规格齐全，各种机组型式齐全并分布于全国，无缝钢管的年产量也于1 9 7 8 年( 8 2 万t ) 超过英国和法国，1 9 8 3 年( 1 1 5 万t ) 超过意大利，1 9 9 2 年( 2 6 5 万 t ) 超过原西德，并在1 9 9 4 年( 3 0 4 万t ) 早于钢板和钢材成为世界第一犬无缝铡 管生产国，随后一直保持至今。 由1 9 9 6 年冶金工业第三次盒国工业普查结果得知我国热轧无缝钢管轧机共 计8 6 套，生产能力为3 7 6 万t ，占总钢材轧机能力的2 6 4 。而根据原冶金部科 技司和钢管杂志编辑部编辑的“中国钢管企业事业公司”一书及中国金属学 会轧钢分会无缝钢管学术委员会近几次会议所了解隋况的不完全统计，全国约有 1 1 2 家无缝铡管厂( 含公司所属，但没有包括不能自供管坯的冷拔冷轧钢管厂和 那些不知厂名的钢管厂如温州等地区近年发展起来的，据说有上百家不锈钢 管厂) 1 4 1 套( 台) 轧管机组( 或单独穿孔机) ，其中直径l o o m m 的有7 0 套 ( 台) ；9 0 7 0 m m 的有6 9 套( 台) ；一 6 0 r a m 的有2 7 台。这些厂和机组其轧机的 综合生产能力约为4 5 0 万t 。当然，由于受近几年无缝钢管市场不景气的影响和 国家近两年特别是1 9 9 9 年决心关停落后和小型轧机以及限制主要无缝钢管厂的 产量以来，已有部分厂倒闭或关停，所咀全国的无缝钢管产量已开始下降。 2 ) 机组及产量 在1 4 l 套( 台) 机组中，工艺设备比较完整配套、可直接生产0 8 9 m m 以上 热轧成品管的轧管机组约有3 5 套。这些轧机配置在2 4 家生产厂，其综合生产能 力约为3 7 2 万t ，约占总生产能力的8 3 ( 其中有7 套新建轧机，设计能力为1 3 35 万t ，现在只达到设计自力的5 2 ，即7 0 万t ) ，这其中，相对比较先进的无缝钢 万t ，现在只达到设计能力的5 2 ，即7 0 万t ) ，这其中，相对比较先进的无缝钢 一一 东北大学硕士学位论文 1 绪论 管机组仅有1 5 套( 1 4 个厂) ，设计能力为2 4 1 5 万t ，约占总能力的5 4 ，其余的 基本上都属于不完整机组。所谓不完整机组是指其热轧设备仅有穿孔机，或还配 有自动轧管机，二辊、三辊斜轧延伸机( 二次穿孔) 等，但都无定径机。因此， 这些机组只能生产热轧毛管或荒管作为冷( 轧) 拔管料，靠冷拔( 轧) 生产冷拔成 品管。这些轧管机( 组) 多达1 0 6 台( 套) ，约占总数的7 5 ，但其综合生产能力仅 占总量的1 7 。在1 7 家设备比较完整、配套的生产厂中，天津、宝钢、鞍钢、 成都、包铜、衡阳、大冶等7 家无缝钢管厂或公司是目前我国无缝钢管生产的主 力军，近几年来其无缝钢管产量约占全国总产量的2 3 。 在这7 家无缝钢管厂中鞍钢无缝钢管厂是新中国的第一家无缝钢管生产厂， 历史最悠久。攀钢集团成都无缝钢管有限责任公司到目前为止，是我国生产无缝 钢管总量最多，品种、规格最全的无缝钢管厂。在过去计划经济的年代里，这两 个厂一直承担着供应全国各行各业所需无缝钢管的任务，尤其是在过去国际上对 我国实行经济封锁期间，一些难轧或稀缺品种，只要是在这两个厂的产品规格范 围内，他们都承担并完成了，其产品的用途覆盖了地质、石油、冶金、煤炭、化 工、汽车、船舶、电站以及军工、航空、核能等领域，曾有力地支援了当时的国 防和经济建设。至今，他们的无缝钢管累计产量都己突破8 0 0 万t ，攀钢集团成 都无缝钢管有限责任公司1 9 6 2 1 9 9 9 年( 3 8 年) 累计产量达8 3 0 万t ，名列全国 第一，鞍钢无缝钢管厂1 9 5 3 1 9 9 9 年( 4 6 年) 累计产量达8 0 3 万t ，名列第二。 进入新世纪后，代表着当代世界先进水平的无缝钢管生产机组，如宝钢的中 1 4 0 m m 全浮动芯棒连轧管机组、天滓的0 2 5 0 m m 限动芯棒连轧管机组、衡阳的 中8 9 m m 半浮动芯棒连轧管机组、成都无缝的巾1 8 0 m m a c c u r o l l 精密轧管机组以 及大冶的中1 7 7 m m 阿塞尔三辊轧管机组先后投产，并陆续发挥作用。这5 套机组 的设计能力合计为1 4 6 5 万t ，占生产厂家总能力的4 4 ，再加上包钢现已投产的 中18 0 m m m i n i m p m 机组，则将占总能力的5 0 。这些机组将是我国2 1 世纪初 无缝钢管生产中强有力的新生力量。 3 ) 品种 我国无缝钢管在品种发展方面，最典型的是油井管，而与油井管生产发展紧 密相关的是鞍钢、成都、包钢、宝钢和天津5 家生产厂。1 9 5 4 年鞍钢无缝钢管厂 投产后的第二年就生产出我国首批油管，当时是按苏联标准t o c t 6 3 3 称为“泵 及压缩机管”。之后在6 0 年代，原成都无缝钢管厂开始生产套管，接着7 0 年代， 包钢无缝钢管厂也开始生产套管。在8 0 年代前，上述，厂累计生产的油、套管， 包括少量钻杆合计为4 0 万t 左右。曾经为大庆、9 2 3 厂( 胜利) 、6 4 1 厂( 大港) 以及 四川等油田的勘探开发做出了一定的贡献。但在这个阶段中，3 厂生产的油井管 都是按苏联标准如t o c t 6 3 1 ( 钻杆) 、t o c t 6 3 2 ( 套管) 、t o c t6 3 3 ( 油管) 和原冶金 一3 东北大学硕士学位论文 1 绪论 部标准如y b6 9 1 ( 钻杆) 、y b6 9 0 ( 套管) 、y b 2 3 9 ( 油管) 等生产。随着油田开发和建 设速度的加快，对油井管的需求量逐步增加，对其品种、质量的要求也相应提高， 卜述3 厂的工艺装备明显跟不上要求，为此国家不得不每年花费大量外汇进口油 井管。鉴于此，原国家计委、原冶金部针对鞍钢、成都、包钢，天津无缝公司四 家无缝钢管厂的油井管加工工艺装备状况，拨出专款立项进行技术改造。在此期 问先后投资约1 1 亿元，从法国、原西德、美国、日本和奥地利等国，引进了一 批先进的油井管加工专用机床和设备，对原有管加工生产线进行了技术更新改造。 改造后3 厂的管加工工艺装备基本上达到世界本世纪初的水平，可以全部按国际 通用的a p i5 a ，a p i5 a x ，a p i5 a c 等标准进行生产，生产的油井管质量也有 很大提高，但供应的数量还远远满足不了需要。以1 9 8 8 年为例，当年国产油井管 的生产量仅8 万多t ，而进口量达1 0 0 万t ( 花费了7 亿多美元) ，自给率不到1 0 。 以后随着宝钢、天津两家无缝钢管厂的管加工生产系统陆续投产，油井管的生产 量大幅度上升，其自给率也扶摇直上，到1 9 9 8 年已达7 0 以上。 纵观我国油井管的生产，5 0 年来累计总产量约6 0 0 万t ，而1 9 9 4 - 2 0 0 2 年生 产的油井管达3 4 1 4 万t ，约占总量的6 0 。1 0 年前油井管还是进口无缝钢管中 数量最大的品种，1 0 年后的今天，其供需基本相当，这种情况来之不易。综上所 述，无论过去和现在，这7 家生产厂在专用无缝钢管的生产上，都发挥了极为重 要的作用。 1 1 3 无缝钢管轧机的现状 无缝钢管现存轧机存在四种情况 f 1 ) 经典的古老轧机，即周期轧管机和自动轧管机。 f 2 ) 发展了的连轧管机，即全浮动芯棒、半浮动芯棒和限动芯棒3 种连轧轧机。 ( 3 1 翻新了的古老轧管机即c p e 和新型三辊轧管机和a c c u r o l l 轧管机。 ( 4 ) 崭新的轧管机，即三辊式连轧管机( p q f ) 和少机架连轧管机组( m i n i m p m 轧管机) 。9 0 年代在无缝钢管生产领域，m i n i m p m 轧管机组逐渐兴起。在限动 芯棒连轧管机组以4 5 个机架轧出质量合格的钢管，以达到“降低投资，经济生 产”的目的。m i n i m p m 轧机的投产标志着限动芯棒连轧管工艺进入小口径钢管 生产领域。1 9 9 4 年以后，新建m i n i m p m 轧管机组就成为热门话题。p q f 三辊 连轧管机组是最新的轧管机组。是2 0 世纪9 0 年代中期发展起来的，由于三辊式 连轧管机轧辊孔型底部和边缘的线速度的差异要小一些，而且可以采用开口小 些的孔型，因此，在三辊式连轧管机中发生的变形要均匀一些，金属的横向流动 要小一些，与二辊式m p m 轧管机相比，三辊式连轧管机所生产的钢管质量要好 4 东北大学硕士学位论文 些。壁厚公差大大改善；管子表面更光洁：成品管d t 值可增大，而不影响质 量；在管子横断面上和沿母体管的纵向温度分布更均匀h 。 1 1 4 连轧管技术的发展 连轧管机分为全浮动芯棒连轧管机( 钢管连轧机的芯棒随轧件运行) 、半浮动 甚棒连轧管机( 轧制时限动，轧制结束时浮动) 和限动芯棒连轧管机( 轧制时芯 棒自己以规定速度控制运行) 三种【5 j 。 浮动芯棒连轧管机是指在轧制过程中芯棒速度不受控制，芯棒运动是靠芯棒 与金属之间的摩擦力带动。由于连轧机各机架轧辊速度是递增的，钢管在咬入过 程中芯棒速度也是逐渐上升的，直至轧件充满全部机架，芯棒才以一个恒定的速 度运动，但当轧件尾部离开第一机架后芯棒是一个刚性体，其瞬时速度只能有一 个恒定的速度运值，在芯棒与轧件的接触长度上有一个速度同步面称作芯棒中性 面，中性面在轧件头部依次通过各机架和轧件尾部依次离开各机架是向前移动的。 任中性面到轧机入口侧，轧件速度低于芯棒速度，中性面处于某一稳定位置。中 性面到轧机出口侧轧件速度高于芯棒速度。在稳定轧制过程中，中性面处于某 稳定位置。由于芯棒摩擦力对各机架金属延伸速度产生一个相对变化值，在中性 面到轧机入口侧，芯棒速度大于金属流动速度，摩擦力带着金属向前移动，使得 机架间的秒流量不等，造成金属向芯棒中性面堆挤，使轧件横截面产生一个大值， 形成“竹节缺陷”( 主要在咬入和抛出阶段) ，造成管子头尾壁厚不均匀度。另外， 浮动芯棒长( 较限动芯棒) ，加工精度高，重量大，机组占地面积大，且- # l u 过程中 在线热装和脱棒困难，从而限制了产品的大型化。 限动芯棒连轧机是指在轧制过程中，芯棒受限动力的作用，始终以一设定的 恒定速度前进，这个速度低于或等于第一机架的轧制速度，各机架均处于稳定的 限制轧制状态，轧件处于张力轧制状态，降低了轧制力，有利于金属的纵向变形， 没有拉钢和堆钢问题，从根本上消除了十，节缺陷”，进一步提高了轧制精度，可 以采用圆钢孔型。另外，芯棒的慢速运动，缩短了工作行程，说明可用较短的芯 棒轧制更长的钢管。 陨动芯棒连轧管机较浮动芯棒连轧管机有如下优点： ( 1 ) 彻底消除了“竹节缺陷”，且不考虑轧后脱棒，轧机从第四架开始可以使 用圆孔型，使金属横向流动小，轧出的钢管内外表面光滑，壁厚公差小，尺寸精度 高。 ( 2 ) 节约能源，工具消耗少，钢管和芯棒的接触时间短，钢管温降小，取消 了脱棒机，缩短了工艺流程，提高了钢管终轧温度( 可达1 0 0 0 。c 以上) ，定径前的 一5 一 东北大学硕士学位论文 1 绪论 荒管多数可不进再加热炉，从而降低了热能消耗同时芯棒受热时间短，温升小， 使用寿命也相应提高。另外可用较短芯棒轧制较长的管子，降低了芯棒消耗量。 由于轧件在眼动芯棒连轧机过程中始终处于张力状态，从而使轧制力和电能消耗 较浮动芯棒连轧管机降低约1 3 。 ( 3 ) 扩大了轧制品种范围。采用限动芯棒连轧管机在芯棒重量允许的一定范 围内减小了芯棒长度，增加了芯棒直径，使生产钢管的最大直径由1 7 7 8 m m 扩大 到4 2 6 m m ，甚至更大，且能够轧制壁厚更厚的管子，延伸系数可达5 - 6 而不出现 头尾轧裂。 ( 4 ) 产量高，单位产量投资低。虽然限动芯棒连轧管机较浮动芯棒连轧管机 生产率低，但其轧制钢管的直径大壁也厚，一般这种机组的设计产量为5 0 万吨， 发挥潜力可达6 0 8 0 万吨。尽管一次性投资比较高，但单位产量的投资则低 2 0 - 3 0 。 总之，限动芯棒连轧管机是无缝钢管生产的一项先进技术，体现了钢管生产连 续化、高速化、机械化、自动化的发展趋势，也是一个国家钢铁工业和科学技术现 代化的重要标志之一。 1 - 1 i5 目前热轧无缝钢管生产技术的发展趋势 2 0 世纪7 0 年代，管坯连铸技术的迅速发展和推广，促使无缝钢管生产用坯 向连铸化方向发展。连铸圆坯成功地用作轧管生产原料一方面促进斜轧穿孔工艺 的发展，使得狄塞尔穿孔机在新的条件下复活，另一方面终结了推轧穿孔机( p p m ) 存新建轧管厂的应用。这样在无缝钢管领域，以连铸圆管坯为原料进行斜轧穿孔 已成主体。目前，连铸圆管坯已能满足热轧无缝钢管各种机组生产用坯规格的要 求【引。 2 0 世纪9 0 年代新建的无缝钢管机组大多数是限动芯棒连轧管机m p m 包括 ( m i n i m p m ) 。而两种斜轧机即改进的三辊轧管机和a c c u r o l l 轧管机是中 等产量的轧管机。现代机组生产较为理想的机型是二辊式限动芯棒连轧管机组 ( m p m ) 以及近年开发的改良型三辊式纵向连轧与可调辊缝三辊定径脱棒组合机 组( p q f + f q s ) ，斜轧高精度轧管机( a e c u r o l l ) 和大直径斜轧扩管机( r e m ) 。 采用连铸坯作管料，使轧管工艺线由长向短发展。从穿孔到定径可由4 6 道 工序减少到3 道工序，机组紧凑，节约投资，成本降低，工序简化。 长芯棒连轧管机将迸一步发展，其方向可能是：一架内的轧辊数朝三辊方向 发展；整个轧机机组朝紧凑式方向发展；减少机架架数，进一步发挥m i n i m p m 轧管机在小口径管生产领域的优势。 6 东北大学硕士学位论文1 绪论 c p e 工艺、新型三辊轧管机和新型狄塞尔轧管机可能会共存一段时间，因为， 这些机组适合小产量、低投资的要求。新型高精度斜轧管机尽管设备复杂，但产 品质量好，投资少和工具费用低，因此，具有极大的竞争潜力。 开发和完善了大导盘立式穿孔机和锥形辊穿孔机，积极发展长芯棒s l 韦j j 和在 线形变热处理等，使钢管生产过程简化和连续化。 5 0 年代张减技术的成功，提高了小口径钢管生产的经济性。新开发的分组差 速传动张减机性能优良，发展潜力较大，为了进一步提高收得率和尺寸精度，在 张减机上安装了自动壁厚控制系统( w t c ) 和管端增厚控制系统( c e c ) 。张减 技术的发展趋势是：采用c e c 控制，发展混合传动方式以及工艺过程自动控制。 开发连铸管坯热装热送技术，采用在线常化以及在线直接淬火再回火工艺， 取消淬火加热炉；开发低温轧制及热枫轧制技术是未来钢管生产技术重要发展方 向。 l 。2 论文背景及意义 钢管不仅可以作气体和液体的输送管道，而且也是各种机械和建筑结构上的 重要钢材之一。尤其是在地质、石油勘探、油气开采、炼浊、化工、汽车和飞机 制造、电站锅炉等各行业中，均需大量使用无缝管。世界主要工业国家钢管的产 量一般占钢材产量的1 0 1 5 ，我国约占8 一1 0 。目前，我国钢管的产量还不 能满足我国工业建设的需要，每年还需从国外进口，尤其是油井管每年需要从国 外进口2 0 3 0 万吨，自给率为7 5 左右。“十五”开始，国家进行西部大开发，“西 气东输”，“中俄管线“等上万公里的特大及大型管线，主干线工程即将建设，所 以直径为巾2 0 0 m m 巾11 0 0 m m 的各种管线的需求量会很大，故扩大生产供应的规 格范围，不断调整产品结构，开发新品种，增强市场的竞争力成为各钢管厂当前 迫切任务o 。 我国共有无缝钢管机组1 3 7 套，其中大于中3 1 8 有4 套，中1 6 8 中2 9 9 机组 有6 套，其余都为巾1 4 0 以下，可见小规格无缝钢管机组占了绝大部分，中大型 钢管机组很少，中大口径钢管不能满足我国生产和建设需要，天津钢管公司轧管 厂为了适应市场需要，扩大产品范围，提高自身的竞争能力，而对中2 5 0 m m 限动 芯捧连轧管机组进行技术改造，扩大机组的生产规格范围，增加大直径规格钢管 的生产f 8 】o 由2 5 0 m m 限动芯棒连轧管机是我国九十年代引进的第一套先进机组。全套设 备由意大利引进，主要设备有世界上最大环形炉( 平均直径4 8 米，温差讵负1 0 ) 一座：新型狄舍尔穿孔机；当代先进技术的七机架限动芯棒连轧机；1 4 架差 一7 东北欠学硕士学位论文 1 绪论 速传动的三辊式定径机和高精密型自动化高价仓库组成。年产热轧无缝钢管 8 1 7 7 5 0 吨，可满足管加工厂年产8 0 0 0 0 0 吨成品管的需要。生产的主要品种为石 油套管，占总产量的7 0 ，其他品种有管线管、一般锅炉管、高压锅炉管、结构 管和矿用液压支架管。 天津钢管公司轧管厂技术改造工程，是在原三个孔型系列的基础上再增加一 个大孔型系列，使钢管的外径扩大到巾3 5 6 m m ，同时将原1 8 l 、2 3 5 、2 9 1 孔型蘑 新分配成1 9 1 、2 4 7 、3 1 0 、3 5 6 ( 3 7 2 ) 五种孔型系列，并对工艺参数及数模进行 改进，增大穿孔机组变形量，降低连轧机组的负荷，减少孔洞、拉凹等成品管的 缺陷，使工艺顺利进行。大孔型改造工程将使轧管厂工艺得到改善，设备潜力得 到充分发挥，产品结构更加合