机组装备条件下高压锅炉管的开发毕业论文.doc

机组装备条件下高压锅炉管的开发毕业论文1 引言62 总论72.1 我国无缝钢管生产现状及与国外的差距72.2 T91钢的介绍102.3 全浮动芯棒连轧管机的工艺特点122.4 无缝钢管生产的进展方向132.5 本文设计的主要内容及方法思路132.5.1 本文设计的主要内容132.5.2 设计的方法和思路143 机组设备的主要技术参数143.1 环形加热炉143.2 穿孔机(带狄舍尔导盘)143.3 六机架空心坯减径机153.4 八机架连轧机163.5 再加热炉163.6 张力减径机163.7 火焰切割机173.8 分段锯173.9 冷床174 产品的金属平衡184.1 坯料的质量标准和规格184.2 金属平衡185 生产工艺流程及工艺制度205.1 生产工艺流程图205.2 生产工艺总流程图205.2.1 热轧工艺流程图205.2.2 连轧工艺流程图215.3 生产工艺流程简述225.3.1 热区生产工艺过程225.3.2 精整车间生产工艺245.4 工艺制度245.4.1 温度制度245.4.2 孔型系列及变形制度255.5 技术规程255.5.1 管坯准备255.5.2 管坯加热265.5.3 管坯穿孔275.5.4 空心坯减径295.5.5 钢管连轧295.5.6 再加热325.5.7 张力减径335.5.8 冷床346 轧制表计算346.1 轧制表计算的条件(基本参数和极限值)346.1.1 轧件长度346.1.2 张减机减径系列356.2 孔型系统的确定356.2.1 主孔型连轧管外径的确定356.2.2 张减孔型的选择366.2.3 计算步骤367 孔型与工具设计417.1 穿孔工具设计417.1.1 穿孔轧辊设计417.1.2 导盘设计427.1.3 顶头设计427.2 连轧辊孔型设计447.2.1 孔型设计的基本参数及变形量表示法447.2.2 变形分配447.2.3 选择孔型结构467.2.4 确定孔型结构参数467.2.5 轧辊转速计算568 设备强度与电机能力校核588.1 轧管机力能参数计算588.1.1 已知的基本参数588.1.2 轧件对轧辊的作用力P598.1.3 轧件对芯棒的轴向力618.1.4 轧制力矩计算618.2 轧辊强度校核618.2.1 辊身部分仅考虑弯曲强度638.2.2 辊颈部分按弯扭合成638.2.3 轴头部分的强度校核648.3 主电机容量校核648.3.1 轧辊传动所需要力矩648.3.2 绘制电机负荷图658.3.3 电机能力校核668.3.4 过载校核669 轧机生产能力计算669.1 典型产品的轧机小时产量669.1.1 轧制节奏的确定669.1.2 轧机小时产量计算6910 技术经济指标7010.1 能源介质消耗指标7010.2 工具消耗指标71结 论72致谢73参考文献74附录 vb程序代码761 引言随着社会的发展和不断进步，钢管的应用越来越广泛，在某些高科技术上对钢管的性能要求也越来越高，如高压锅炉等方面，对钢管的要求极为苛刻。而我国钢管产量虽然已经上去，但是在高技术钢管生产中与一些国家有一定差距。因此对高技术含量钢管的研究已经迫在眉睫。本设计是在宝钢140mm连轧机组的装备条件下设计一个高压锅炉管产品，产品的规格是545.6mm，材料是T91。设计主要内容包括产品生产的基础条件论证，产品的设计要点，轧制表编制及设备的强度和电机能力校核。2 总论2.1 我国无缝钢管生产现状及与国外的差距无缝钢管被广泛应用于石油、电站、地质、化工、机械、建筑、煤炭、船舶、核能、宇航等各个方面。目前我国已投产及2010年前投产的无缝钢管机组，共57套，到2010年机组的年总生产能力约816.5万t。其中连轧管机组占生产能力的50%左右，三辊轧管机组占13.5%，新狄塞尔轧管机组站13%左右，为我国三大主力机组，连轧管机组遥遥领先。从轧机的结构看比较先进的有：天津大无缝的250mm限动芯棒连轧机组、168mmPQF及460mmPQF；宝钢140mm全浮动芯棒连轧机组；衡阳钢管厂的89mmMINI-MPM机组及340mm限动芯棒机组；包钢180mmMINI-MPM机组、鞍钢140mmMINI-MPM机组以及无锡锡钢的114mm机组、齐钢的114mm机组、成都无缝的340mm限动芯棒机组等。但我国生产的无缝钢管无论是品种还是规格，结构性缺陷明显，长线产品供大于求，短线产品还得进口。进口管主要是油井管和高压锅炉管以及特大特厚管。2006年16月，进口油井管占进口无缝管量的53%，高压锅炉管占35%。随着我国石油工业的重点转移，在我国西部的油井开采的难度增加，主要表现在井深增加，井压加大，对油井管提出了更高的要求，高抗挤压性、高抗腐蚀性和高的连接强度等。特殊扣油套管、抗腐蚀油套管、新型油套管是薄弱环节。最近，国家决定在4个方面对钢铁行业进行重点投资，其中之一就包括了石油用管和高压锅炉管。衡钢目前还不能成系列生产油井管，如钢级在P110以上的、特殊扣的、非API标准的油井管。另外，我国的电站使用的高压锅炉管大都是T91、T91、TP304H等钢种目前国内还不能大量生产，其中159mm以上95%要靠进口。机械加工与能源开发专用管规格在219350mmD/S16的中口径的中厚壁钢管是缺档产品，大部分也需要进口。钢管的实物质量如表面缺陷、尺寸精度、钢质纯净度、组织性能均匀性、稳定性等与国外先进水平相比也存在差距。我国已加入WTO，全球范围内的钢管市场竞争压力越来越大，无缝钢管市场竞争日趋激烈。钢管用户对热轧钢管的质量要求也越来越高，钢管的表面质量及精度、钢级实际上已成为影响竞争力的重要指标。高附加值的钢材品种，包括油井管、大口径高压锅炉管，将受到较大的冲击。因此，钢管的高精度轧制已成为各钢管公司提高钢管质量，拓展产品规格，满足用户需求和立足市场的必要条件。我国无缝钢管生产存在的问题主要是全行业发展不平衡。一直以来外供钢坯企业，在钢管产量猛增的形势下，国内坯料来源大有缓解，但价格仍在高位运行，造成成本增加，给企业效益增长带来了难度。小规格无缝管因其投资少、见效快，一大批民营企业像雨后春笋般建设起来，他们靠成本低廉、政策灵活之优势与老国企争夺国内无缝管市场，竞争十分激烈。主要技术经济指标尚需进一步改善，以提高在国内外市场的竞争力。目前，我国热轧无缝钢管（坯-材）成材率85%，视其技术装备水平不同波动较大，技术先进轧机一般为90%-92%，技术落后轧机仅为80%左右；热轧无缝管吨管电耗先进轧机为100-150KWh/t，落后轧机为300KWh/t以上；轧机作业率先进轧机为75%以上，落后轧机为70%以下。国民经济中需求的特殊用途、高附加值、高技术含量钢管，短期内还无法完全满足需求，尚依赖进口。如特殊扣套管，还有高钢级高压锅炉管、油井钻杆等仍需部分进口。无缝钢管同焊管在市场上存在着越来越激烈的竞争。过去人们普遍认为焊接钢管在质量上、安全性上不如无缝钢管，加上其材质一般为普钢Q235，生产工艺又较简单，因此成本远低于无缝钢管。因其用途仅限于一般民用建筑和低压流体输送管道，所以尽管其价格远低于无缝钢管，也无法同无缝钢管争夺市场。但进入21世纪后，先进的焊管金属装备在我国陆续出现，由于焊接工艺技术的提高，焊缝质量发生了质的改善，一些中小规格焊管，因其质量接近或达到无缝管水平，正向原属无缝钢管应用领域进军，例如低中压锅炉用管、J55级石油套管以及X70级以下的油、气管线管等。在过去几年中，由于各国无缝管生产能力提高，因而钢管市场竞争加剧，并导致全世界的无缝钢管生产企业经历了剧烈的重组和兼并，世界钢管市场的份额被重新划分。阿根廷得兴集团(Techint)控制的阿根廷西得尔卡(Siderca) 于1993年收购了墨西哥的竞争对手汤姆萨(Tamsa)，1996年又收购了意大利竞争对手达尔明(Dalmine)。从而，3家兼并形成了世界上最大的无缝钢管制造集团DST 集团，该集团1998 年度的无缝管产量为211万t。1997年德国曼内斯曼集团与其法国竞争对手瓦鲁来克合并了其所属的无缝钢管生产企业，形成年产无缝管能力190万t的“JV”集团，成为国际无缝钢管生产行业的第2大厂家。日本住友金属工业公司(Sumitomo Metals)同日本的新日铁、日本钢管和川畸形成联盟，目前该集团在无缝钢管生产行业排名第3，市场份额25%。世界范围内无缝钢管生产企业合作、重组、兼并的趋势，至今仍未降温，统一价格、联合销售成为企业寻求自身发展的一条途径。对此，应给予高度重视。“十五”期间，中国钢管产量由1153.10万tA上升到2614.11万tA，5年间上升1461.01万t，年均增产钢管292.2万t。由于新增能力还在不断产生，从“十五”初期的生产能力不足已转为生产能力过剩。5年来，钢管产量平均以22.46%，表观消费量平均以19.77%的幅度高速增长。钢管自给率以2003年为转折点，2003年以后逐渐呈供大于求的局面，即自给率大于百分之百。中国钢铁工业协会指出：管材在钢材表观消费总量中的比例2000年为6.61%，2005年为6.42%，变化不大。其中，无缝钢管由2000年的净进口3万T转为2005年净出口71.4万T；焊接钢管由2000年的净进口3万T转为2005年净出口124.5万T。管材在国内市场的国产化率已达95.5%。“十五”期间中国钢管的发展情况表明：中国钢管市场已进入供大于求的新阶段。无缝钢管生产的发展趋势（1） 钢管规格向大直径方向发展为提高我国石化产品的国际市场竞争能力，生产装置的大型化和现代化是石化工业发展的主要趋势和重要特征之一，与这一趋势相适应的钢管规格也趋于大型化，如近几年所需的钢管规格逐步由159mm、168mm过渡到219mm和273mm，同时各种相应的工艺管线也由219mm和273mm向325mm甚至更大直径发展。（2） 钢管几何尺寸向高精度方向发展钢管几何尺寸的精确度直接关系到压力管线焊接质量的高低，关系到钢管的使用寿命。目前国外的热交换设备使用周期长于国产设备，其主要原因就是钢管精度普遍较高。因此，进一步提高国产钢管的几何尺寸精度也是十分重要的。（3） 钢管性能向耐低温、耐腐蚀方向发展我国目前已成为原油进口大国，年进口原油达8000万t 以上，且原油来源广泛， 其成分复杂，含水、硫化物严重，因此，要求所使用钢管的抗蚀性能越来越高；由于乙烯深冷分离工艺的不断完善，其低温温度由-101发展到-170，由此对钢管的耐低温性能提出了更加严格的要求。由于对油品质量要求的提高，需要建设的制氢、重整、加氢精制、加氢改制和加氢裂化等临氢装置增多，所以，解决钢管耐氢腐蚀问题尤为重要。由于上述的这些特殊性能要求，促使石化工业用管向大直径、高精度和高纯净度钢质方向发展。尤其要最大限度地减小钢中有害元素及杂质对钢管强度、韧性和耐蚀性的影响。焊接钢管与无缝钢管协调发展世界上焊接钢管与无缝钢管均以各自的优势占据着各自的市场份额。两者在共同的适用范围内相互竞争，同时在品种上又相互补充。竞争促进了钢管质量的提高和成本的降低。目前无缝钢管和焊接钢管的新工艺、新技术的发展增强了各自的生命力，在很多领域无缝钢管不能被焊接钢管或其他管材所取代；同样焊接钢管也不能被无缝钢管或其他管材所取代。在我国两者应该是协调发展，发挥各自的优势。随着天然气管线和城市管网的大规模敷设，根据国家有关规划部门的统计预测，大中口径的焊接钢管需求量将大幅度增加。至2010年各类管线，包括天然气管线( 含城市管网) 、原油及成品油输送管线、水煤浆及其他部分管线的管材总需求量约为3 100万t， 其中大口径直缝焊管约占28.7%。随着石油、天然气工业的发展，对油井管和管线管品质要求越来越高。焊管技术的飞跃发展已为生产高要求焊接钢管打下基础，目前已可生产出壁厚精度、外形尺寸精度更高的薄壁焊接钢管。总之，“十一五”期间，我们必须充分重视焊接钢管的发展，重点开发与研究大中口径的专用直缝焊接钢管品种，加大淘汰落后工艺装备的力度。2.2 T91钢的介绍T91 钢种是美国橡树岭国家实验室（ORNL）和燃烧工程公司共同研究开发的综合性能优良的动力工程锅炉用铁素体耐热钢，主要应用于主蒸汽管道 再热蒸汽管道热端及其它高温承压设备 它是在 9Cr1Mo的基础上通过添加 V Nb(铌主要用于合金中如不锈钢中,少量的铌可防止晶间腐蚀) N 等元素进行微合金化，从而在晶界及晶内生成了大量形状复杂的 Nb(C,N) V(C,N), 它在高温塑性变形过程中比简单的球形析出物更能有效地阻碍位错的运动 另外,翼状析出物增大了捕获位错的几率, 因而较大地提高了持久强度和抗蠕变性能1，同时保持了原 9Cr1Mo (铬,质硬且脆,抗腐蚀,只以化合状态存在; 钼，不锈钢中加入钼，能改善钢的耐腐蚀性。在铸铁中加入钼，能提高铁的强度和耐磨性能)钢的优良的抗高温腐蚀性能2与奥氏体钢相比，它具有比奥氏体不锈钢更低的热膨胀系数和较高的导热系数。目前国内锅炉制造企业所需 T91 钢管主要由国外供货，但是供货期长，且价格昂贵，严重制约了我国电力行业的发展，影响了我国的经济发展速度 因此，迫切需要T91钢管的国产化 目前国内只有内蒙古北方重工等少数厂家通过锻造镗孔的方法制造出了符合标准的 T91，但该方法生产效率不高，成才率低，资源浪费较严重，而通过穿孔热轧方法生产中口径 T91钢管在国内还没有厂家能够生产 我公司经过前期的精心准备，从炼钢到轧管到热处理，一次成功，已评定的各项性能均满足标准要求表 2-1 T91 钢的化学成分(质量分数)成分CSiMnSPCr含量0.080.120.200.500.300.600.0100.0208.009.50成分MoVNbNNiAl含量0.851.050.180.250.060.100.030.070.0400.020T91钢在1983年列入ASME和ASTM标准前后几年，各国基本上处在试用阶段。起初用在老电站过热器维修更换钢管，后来逐步在新建电厂中试用，到80年代末90年代初开始得到广泛采用。世界上几个主要的钢管商：德国曼内斯曼、日本住友、法国瓦鲁海克、美国万门格登公司生产的T91钢管，已在20个国家和地区数十座电站的上百台机组的锅炉过热器、再热器上采用。到目前为止，电厂中最早试用的T91钢管已运行20多年，可以说是一种较成熟可靠的钢种23。由于T91钢的优异性能，特别在高温下有较高的蠕变和持久强度及许用应力，因而可以减小管子壁厚，降低成本。我国200MW和300MW的老机组锅炉大部分使用的是T22、12Cr1MoV和钢102等钢材，由于超高温而造成的爆管现象较普遍，一些电厂在锅炉改造中换成TP347H和TP304H不锈钢管，不仅成本高(TP347H的价格是T91钢管的2倍)，而且这类未稳定化的奥氏体钢容易产生应力腐蚀而发生爆管。从性能和经济性方面考虑，T91钢是较理想的锅炉替代材料。由于T91钢有优良的特性，但是T91钢管生产难度较高，一些技术难点并未很好解决，因此国内还没有形成大批量的生产能力，如大冶特殊钢股份无缝管厂进行了多次的试制生产。但是，由于穿孔顶头耗损严重、毛管内折和三辊轧后荒管外表面裂纹等问题严重，至今未能大规模生产7。虽然宝山钢铁股份公司钢管分公司于1999年初开始研制T91高压锅炉管，并先后经历了钢种试制、产品试轧、性能评定、批量生产等阶段，现已形成了批量生产和供货能力8，一定程度上缓解了国内的需求，但大量的T91高压锅炉管仍需依赖进口。然而可以预计，随着技术难关的突破，T91高压锅炉管不久将在我国形成大批量生产。2.3 全浮动芯棒连轧管机的工艺特点全浮动芯棒连轧管机由于在轧制时不控制芯棒速度，因此在整个轧制过程中，芯棒速度多次变化。例如，在一台8机架的连轧管机上，当金属进入第一机架时，芯棒在摩擦力作用下，以接近第一机架的轧制速度运行；当金属进入第二机架时，芯棒速度就要改变，以第一和第二机架轧制速度之间的某个速度运行；当进入第三机架时，则芯棒速度已变为第一、第二和第三机架轧制速度之间的某个速度，依次类推，直至进入第八机架，芯棒速度便经过了8次变化，以18机架间的某个速度运行，进入一个相对稳定的轧制阶段。在此阶段，前面机架的轧制速度比芯棒速度慢（称为滞后机架），后面机架的轧制速度比芯棒速度快（称为导前机架），如果中间某个机架的轧制速度恰好与芯棒运动速度相同则称为同步机架。随后当金属逐渐从有关机架中轧出时，芯棒速度再一次进入变化阶段。如金属从第一机架中轧出，则芯棒速度变化为28机架间的某个速度；当金属由第二机架轧出，则芯棒速度又变为第三至第八机架间的某个速度，如此类推，直至金属从第八架轧出为止。由上可以看出，在钢管的轧制过程中，芯棒的速度至少要变化15次，芯棒速度的变化将导致金属流动条件的改变。全浮动芯棒连轧管机由于轧制过程中芯棒速度改变而使金属流动条件发生变化，因金属流动的不规律性而引起钢管纵向的壁厚和直径变化，使成品管的尺寸精度始终不如限动芯棒轧机。此外，芯棒长度大（如宝钢140mm连轧管机所轧钢管长 33m，芯棒长达29.5m），一则制造困难，再则当轧制直径较大的钢管时，如此长的芯棒重量也很大（如140mm、长29.5m的芯棒重达3.5t），钢管带着过重的芯棒在辊道上运行将会导致钢管损坏。故目前全浮式芯棒连轧管机均用于小型机组，所生产的钢管最大直径为177.8mm。2.4 无缝钢管生产的进展方向近年来，在世界范围内新建的无缝钢管生产机组数量在不断减少，但无缝钢管生产技术却仍有许多新的发展。综合来看，为适应不断提高的市场要求，无缝钢管生产新技术的开发主要针对如下两个主要目标而做了大量的工作，即：(1)以节能为目标而进行的工艺改进。如采用倍尺加热的步进式加热炉、采用在线热处理等新技术；(2)以提高产品质童为目标而开发的新工艺及新设备。如采用锥形辊穿孔机.PQF连轧管机、三辊可调式定径机、开发先进的质量自动控制技术和先进的检测仪表等。 无缝钢管生产技术的新进展主要表现在如下几个方面：1）采用步进式加热炉及旋转式热锯机；2）采用锥形辊穿孔机；3）限动芯棒连轧管机得到大力发展，并开发出QF连轧管机； 4）少机架限动芯棒连轧，机组(Mini-MPM )得到发展； 5）开发出三辊可调式限动芯棒连轧管机；6）张减机定径机的三辊可调技术及快速换辊技术的开发；7）三辊单独可调式定径机组的开发；8）三辊同步可调式张减/定径机的开发；9）轧辊快速拆装技术；10）开发节能技术；11）开发先进的钢管质量自动控制技术。2.5 本文设计的主要内容及方法思路2.5.1 本文设计的主要内容设计的主要内容包括产品生产的基础条件论证，产品的设计要点，轧制表编制，设备的强度和电机能力校核及产品热轧小时产量计算等。产品生产的基础条件论证主要是生产设备、检测设备、质量控制系统。产品的设计要点主要是确定生产工艺流程、工艺制度（包括变形温度和变形制度）以及相关的变形工具的选择，同时确定轧机调整参数。轧制表是工艺的核心，轧制表编制主要确定坯料规格（重量和长度）、各变形工序前后轧件断面尺寸、轧机的调整参数、延伸系数、工具的主要尺寸和顶杆的配置。设备的强度及电机能力校核，主要是对119主孔的校核和电机能力校核。2.5.2 设计的方法和思路本设计是在宝钢钢管公司f140连轧机组装备条件下的产品开发，根据f140现有的设备条件完成f5456mm，T91产品设计工艺流程及相关变形工具和调整参数、编制轧制表、校核设备及电机能力。3 机组设备的主要技术参数3.1 环形加热炉管坯规格：178mm 860-4500mm长管坯基准值：178mm3900mm(长) 735公斤/根送料温度：20管坯出口温度：1280(对基准管坯)温差：10炉子重量：160T/h(对基准管坯)炉子尺寸：炉底中径 3500mm 炉底宽 4500mm 炉膛净宽 5000mm 从炉底到吊炉顶的净高 2000mm 2500mm 3000mm装炉量：单排380根炉底上料槽数：391个3.2 穿孔机(带狄舍尔导盘)传动方式：每一轧辊直接通过万向接轴及减速机传动的(双传动装置)传动马达二只额定功率：每辊2600kw最大功率：每辊6500kw基本转速：30rpm接电率：60%可调范围：50 -230rpm电轴范围230-440rpm 磁场调节范围持续转矩：30T-M冲击转矩：80T-M轧辊倾角：5-15 无级调整工作辊直径： f1000-1150mm轧辊辊面宽度：670mm减速比：i=1:1.9166传动转速：30-120-208rpm额定传动转速：120rpm狄舍尔导盘直径： f1847-1697mm导盘转距：1360kg-m马达转速：0-55rpm导盘转速：最大25rpm3.3 六机架空心坯减径机机架数：6架(三辊式)机架间距：460mm最大第一孔直径：196mm最小出口管直径：141.5mm理想轧辊直径：500mm最大轧制力：35000kg最大轧制力矩：6000kgm传动功率：N=1600KW n=750RPM出料速度：约1.5m/s3.4 八机架连轧机机架数 8架(二辊)机架间距 1000mm容许轧制力 300T每100T负荷机架弹跳值 最大0.2m传动功率与转速机架1-2 每台N=2200kw n=150rpm机架3-6 每台N=2600kw n=230rpm机架7-8 每台N=1300kw n=230rpm最大钢管出口速度 7.87m/s轧辊直径 470-600mm3.5 再加热炉加热炉常见的炉型有：斜底式、步进式和直通式感应炉三种，各有其特点，设计采用步进梁式炉，其优点是：机械化程度高(与斜底炉相比)；炉内气氛易控制，烧损少；管坯不产生有害的化学成份变化。荒管规格：119162mm 壁厚3.2525mm 长1080033000mm送料温度：430845出料温度：980温差：10炉子产量：63.3160T/h炉子尺寸(长宽)：12080mm35000mm管根数：46根步进梁上升：最大300mm3.6 张力减径机机架数：24架机架间距：310mm理想轧辊直径：330mm最大荒管直径 ：162mm成品管直径 ：21.3-153.7mm进料速度：1-3.0m/sec出料速度：最大16m/sec传动功率： N=350kw n=800-2000rpm3.7 火焰切割机2(套)4(烧嘴)切割距离 约200mm切割管坯直径 最大180mm总切割时间 约70sec快速返回时速度(烧嘴) 约50mm/sec运输时间 30sec第一段切割总节奏时间 100sec3.8 分段锯锯片直径(新)：1800mm钢管锯切长度：828m 切头 0.13.5m锯前分布宽度：850mm驱动功率：N=350KW n=1500RPM锯片圆周速度：最大约130m/s锯片进给速度：0200mm/s最大返回速度：约400mm/s定尺指标精度：2.5mm切割后钢管长度误差：5mm推进装置移动速度：约100mm/s定尺机挡板移动速度：0.5m/s3.9 冷床冷床(长宽)：约20m165m冷床输送速度：05节拍/分固定活动梁间距：约750mm锯齿间距：约180mm移送杠杆间距：约3.3m最大管重：约79kg/m4 产品的金属平衡4.1 坯料的质量标准和规格品种规格：钢级为T91，规格178mm，长4.5m，直径公差范围2.0mm，重量公差范围3kg，弯曲度10mm/m，全长弯曲度不大于1.5倍管坯直径，椭圆度在直径公差范围内。断面应与管坯轴线垂直，偏差值5mm。表面质量：(1)管坯表面不允许有缩孔、裂纹、夹杂物及其他缺陷，但深度不大于0.4mm的表面裂纹允许存在，大于0.4mm的裂纹应予修磨。(2)管坯表面不允许有金属或其他夹杂物的污损，如果其沉积在管坯表面可以修磨掉，这种沉积物可允许在二分之一直径范围内存在。4.2 金属平衡管坯穿孔轧管再加热均整加热烧损轧废切尾减径烧损切头尾图4-1 金属损耗图取冷区收得率kf=0.96连轧管的切尾损失=Vk/GB100%=21.7/708.7100%=3.1%张减管的管端增厚切损=VEKG/GB100%=13.4/708.7100%=1.9%环形加热炉热烧损ADHO(2%), ANWO(1%)热区收得率 因：所以 EWA=92.0%成材率=(1-管坯损失率)(EWA-轧废)kf= (1-2%)(92.0%-0.8%)=89.4%表4-1 金属平衡表规格冷区收得率kf环形烧损ADHO(%)轧管切尾(%)步进烧损ANWO(%)张减切尾(%)轧废(%)成材率(%)545.6mm0.962%3.1%1%1.9%0.8%89.4%5 生产工艺流程及工艺制度5.1 生产工艺流程图5.2 生产工艺总流程图生产工艺总流程图如图4-1所示：图5.1 生产工艺总流程图5.2.1 热轧工艺流程图热轧工艺流程图如图5-2所示：图5-2 热轧工艺流程图5.2.2 连轧工艺流程图连轧工艺流程图如图5-3所示：图5-3 连轧工艺流程图5.3 生产工艺流程简述5.3.1 热区生产工艺过程管坯可由初轧厂提供（初轧坯）或炼钢厂提供（连铸坯），外径为f178 mm，长度为410m。用60t平板车（或其他工具）从管坯生产厂至管坯堆放场，按钢号、炉号、规格分别堆放在坯料架上。根据合同订货和生产计划，管坯由16t磁盘吊吊至火焰切割机组上料台架，逐根测长、称重，数据输入计算机已控制自动火焰切割机的自动装置。定尺挡板的行程由马达按切割数据自动调节，按米重控制长度，然后将倍尺坯料切成0.844.5m定尺管坯长度。管坯入炉前需要再次在辊道磅称上称重，将数据输入热区管理计算机作为批量跟踪的初始信息，后将管坯送入提升装置运至+5.3m平台上，经装料机把管坯逐根送入环行炉内加热。按不同的钢种钢级，将管坯加热至11501280。根据生产节奏时间，由出料机将管坯逐根取出并扔至管坯斜料台上，震落表面氧化铁皮。管坯沿斜台和辊道运至管坯热定心前定位，继而完成自动定心。定心后的管坯经斜轧穿孔的前台，送入喂料槽，由链条和液压马达驱动的喂料器推入穿孔。穿孔后毛管直径f184mm，长3.511m，壁厚10.7546.50mm。穿孔过程结束后，由“顶杆装入和拔出装置”将顶杆与毛管从辊道上拔出，输出辊道送料装置将顶杆及毛管往连轧机方向移出约1.7m，被挡板挡住，此位置上，顶杆在挡板后被一个液压装置夹住。这时毛管由辊道向连轧机方向输出，一个用液压缸操纵的抛出装置将带顶头的顶杆从辊道上拔出，顶杆从辊道上拔出，顶杆经斜坡滚入冷却装置进行循环冷却。从穿孔机输出的毛管通过16MPa的高压水除磷装置清除一层再生氧化铁皮，直接进入6机架空心坯减径机。只需定径的毛管，经过2或3个机架轧出f179mm的空心坯；要进行减径的管，经过6机架轧出f179mm空心坯，壁厚10.7550mm，长度为4.29m14.08m。空心坯轧出后，由压缩空气将内壁氧化铁皮吹净，然后进入连轧机前台导位装置进行芯棒定位。轧制时芯棒头部先于空心坯头部规定长度一起喂入工作机架。当芯棒尾部离开连轧机最后一机架时，连轧机后台辊道由光电盘控制制动。停下来后斯惠顿杠杆把它从料辊道上拔出，回转后放到调节辊道上定位，第二个斯惠顿杠杆重复此动作，放到芯棒脱棒机上脱棒，芯棒进入根一组的循环装置，脱棒后荒管放入锯切位置，已锯切荒管同步放到螺旋运输机上。壁厚大于7mm时不需要切头，轧出荒管长度为833m，直径为152.5mm，壁厚为3.2525mm。螺旋运输机在二个周期内把荒管送入螺旋运输装置的存放，设置三路送料辊道，再把存放槽内的荒管送入第一路轨道同时，三路辊道上的荒管继续前移一个槽距，第三路上的荒管便进入步进式加热炉中第一齿槽上，其目的是使荒管进料速度保持底速度，约1.7m/s，以避免炉膛的内壁的故障和损坏。若对荒管取样，则需通过三路辊道中第一路辊道型升降装置下降，三路辊道向取样锯方向反转，进行锯切。采用混合煤气加热的部进式再加热炉生产能力160t/h，有把不同进料温度（430 850）的荒管加热到约 980 的温度，而长度方向温度允许为 10 。出再加热炉后通过一台高压水除磷装置进入24架三辊式外传动张减机，减径管的直径152.5mm，壁厚10.7533.5 mm，长度4.511.9m。张减管经输送辊道送至部进式冷床。张减机最后一个机架轧辊中心线与冷床端部距离为，所以当张减机最大轧出深度时，光管部分一离开张减机就要制动。宽长的部进式冷床通过离合器分为二段传动，冷床使光管旋转前进，起矫直作用，从冷床下来的光管，由平行布置的二组送辊道成排送往各自冷锯机组进行定位，成排锯掉增厚端，按各种倍尺锯切，最后锯去尾部增厚端，锯切后倍尺光管经由输送辊道卸到中间库台料筐上，自动过磅称重，待标签挂上后。由吊车将管捆吊到中间仓库并有序地放在料架台上。5.3.2 精整车间生产工艺对于合金钢高压锅炉管，用布置在中间库一端的热处理炉进行正火、回火处理。一般管的精整工序是用行车将管捆吊至精整加工线上料台架散捆，经矫直、吸灰、组合探伤(涡流、漏磁)、测径测厚、人工表面检查，有缺陷的钢管拨入废料筐内收集，合格的钢管经标印、收集、打捆、称重后入库。高压锅炉管及高质量钢管的精整工序除按一般管要求精整外，还需进行超声波探伤和人工复检，合格的钢管经标印、收集、打捆、称重后入库。油管还需要通棒、测长、称重、水压试验，经标印、涂油、收集、打捆、称重后入库。5.4 工艺制度5.4.1 温度制度表5-1 各工序温度参数表入 环 形 炉 温 度室 温 20出 环 形 炉 温 度12001280穿 孔 温 度钢 种毛 管 温 度T9111801210连 轧 温 度1100入再加热炉温度450800出再加热炉温度930960张 减 后 温 度850下冷床温度1003005.4.2 孔型系列及变形制度表5-2 各孔型系统变形参数表名 称参数名称单 位孔 型管坯直径mmf1201.6长度m410入 炉管 坯直径mmf120长度m3.4空心坯直径mm130长度m6.1壁厚mm14延伸率%7.14连轧荒管直径mm109长度m19.7壁厚mm6.6延伸系数2.05张减坯直径mm63长度m62.96壁厚mm6延伸系数2.14半成品618m5.5 技术规程5.5.1 管坯准备5.5.1.1 管坯尺寸1)直径：178mm，直径公差范围2.0mm；2)长度：410m；3)重量公差范围：3kg；4)弯曲度： 10mm/m，全长弯曲度不大于1.5倍管坯直径，椭圆度在直径公差范围内；5)端面平直度：端面应与管坯轴线垂直，偏差值5mm。5.5.1.2 管坯表面质量1)管坯表面不允许有缩孔、裂纹、夹杂物及其它缺陷，但深度不大于0.4mm的表面裂纹允许存在，大于0.4mm的裂纹应予修磨。2)管坯表面不允许有金属或其它夹杂物的污损，如果其沉积在管坯表面可以修磨掉，这种沉积物可允许在二分之一直径范围内存在。5.5.1.3 对管坯质量一贯制冶炼要求1)从高炉连钢铁水首先进行脱硫；2)按API标准或DIN标准规定严格控制化学成分；3)对钢水进行吹氩处理；4)对含Mn0.9%、Cr0.3%、Mn0.3%易产生白点钢水，需采用脱氢处理，使H含量小于2ppm。5)对初轧机要求：火焰处理，深度为1.54mm。5.5.2 管坯加热1)工艺目的环形炉借助于炉底的旋转，使放置在炉底上的坯料由低温段移动到高温段，管坯在穿孔前加热而获得轧制工艺要求的温度，提高塑性，降低金属的变形抗力。2)加热条件 加热均匀、加热过程不能有严重的氧化或脱碳（脱碳的过程就是钢中碳在高温下与氢或氧发生作用生成甲烷或一氧化碳）、避免热裂纹、过热、过烧（参阅过热过烧资料）烧损。3)加热制度温度制度是根据钢种、钢的加热特性，坯料规格等制定的，对各种不同要求的管坯加热，须按以下加热制度进行。表 5-3 T91的加热制度钢 种各段炉温/加热管坯温度/一二三四五六T91105012501320132013001280125012704)加热时间 式中：管坯半径； ：系数。中低碳钢和低合金钢=912min/cm；高碳钢=1218min/cm。5.5.3 管坯穿孔5.5.3.1 对来料的技术要求1)管坯的化学成分，内外部质量，几何形状，尺寸公差，弯曲度等应符合相应管坯供货标准的规定。2)管坯加热温度按加热规程执行，保证不同钢种合适的穿孔温度，并满足后部连轧工序的需要。穿孔机进轧的管坯温度在1180以上，严禁将温降过大的黑钢推入轧机进行穿孔。5.5.3.2 管坯定心要求穿孔机顶头78150mm，以直径差4mm为一级，共19种规格。管坯定心孔尺寸见表5-4。表5-4 液压定心孔尺寸管坯直径顶 头定 心 孔178/mm/mm孔径/mm孔深/mm788620453090118254935122150305340定心孔直径与孔深间的关系：定心头圆弧段：定心孔斜线段：5.5.3.3 穿孔速度制度穿孔机轧辊和导盘转速配合关系见表5-5、表5-6。表5-5 穿孔机速度制度轧棍转速303543526170788796104114122130导盘速13131616181821242426262626表5-6 不同状态下的轧辊、导盘速比正常轧制状态去除导盘粘钢轧辊转速951254060导盘转速18261826速比（）1.52.43.05.8（）最佳值2.0_管坯穿孔时低速咬入(0.97m/s)，高速轧制(1.26m/s)。穿孔后空心坯直径184mm，长度为3.511.4m。5.5.3.4 穿孔毛管技术条件1)保持均匀时间轧制，避免前台管坯和后台毛管过多而造成不必要的降温。应贯彻抢温轧制。在前台停留时间过长造成表面温度低于正常50的管坯不准穿孔。毛管穿出温度见表5-8。2)毛管前端壁厚应均匀，不允许有明显的穿偏、撕裂、螺旋划伤、卡辊结疤、轧痕、外折和发纹等缺陷。3)毛管外表面氧化铁皮由高压水清除。定径后毛管直径公差2mm。穿孔后毛管的终轧温度见表5-7。表5-7 穿孔毛管终轧温度钢 种毛管温度/T9111801210穿孔毛管壁厚应均匀，不允许有明显穿偏或撕破，毛管表面应光滑平直，不允许有螺旋，划伤，外折，发纹、压痕等缺陷存在。穿孔毛管的尺寸偏差应在表5-8规定范围内。表5-8 毛管的尺寸公差范围一般精度较高精度外径1.5mm1.0mm壁厚10%6%长度4%2%5.5.4 空心坯减径5.5.4.1 空减机配置空心坯减径机共6架，在不同外径的空减坯使用的机架配置见表5-9所列。表5-9 空减机机架配置连轧机孔型空减机孔型机 架 布 置123456152.5179导向5.5.4.2 轧制空减坯时的减径量轧制空减坯时，总对数减径量为0.03。同样地，最后一架减径量1%。5.5.5 钢管连轧5.5.5.1 连轧工艺钢管连轧工艺如图5-4所示：毛管定位、预穿全浮动轧制输出定位脱棒荒管切尾步进炉加热冷芯棒冷芯棒预热干燥润滑冷却芯棒抱棒处理、松棒芯棒二次循环取样图5-4 全浮式芯棒连轧管机工艺流程简图5.5.5.2 连轧管机轧制1)咬入时，毛管温度应不低于100010502)使用新芯棒必须进行预热，并要保证预热质量3)更换连轧机轧辊后必须空过几根毛管，空过的毛管支数与换辊数对应如下： 更换轧辊数 空过支数12 134 256 3按已确定的辊型及毛管，荒管尺寸选定各机架轧辊转数；荒管外径、壁厚、规格、芯棒规格、限动机构速度等依据给定的轧制表；根据整个轧线的节奏，确定环行炉出料节奏；不断调整各参数，完善轧制状态。5.5.5.3 转速摆动轧制时的转速摆动是控制机架建张、推力的主要手段，摆动曲线如图5-5。图5-5 摆动曲线第一机架最大摆动值为设定转速的15%第二机架至第五机架的摆动值可由下式计算：当第一架摆动到最大值时，其它各架摆动值见表5-10。表5-10 连轧机各架最大转速摆动值机架号123456摆动值1510.56.65.22.50.0转速摆动在正确的范围内时，荒管有合适的周长，表面有四条均匀的黑线。张力过大将产生包棒；过小则可能产生轧折。应根据轧出荒管质量及脱棒情况进行调整。5.5.5.4 芯棒直径补偿作用：调整荒管长度，保证荒管壁厚；补偿芯棒直径规格数不足。芯棒的直径补偿应与转速摆动值配合运用。5.5.5.5 荒管的长度控制原则荒管长度控制应遵循如下原则：与张减机相配合，轧出的成品管外径、壁厚控制在公差范围内；连轧机上轧制顺利脱棒顺利。5.5.5.6 竹节控制连轧管两端出现外径、壁厚和面积增大的现象称为竹节。其主要原因在于咬入和抛出阶段(非轧制稳定阶段)，芯棒阶越而造成的。竹节问题是全浮连轧机组的固有问题，可采用在非稳定轧制阶段改变一些机架的轧辊转速来减轻。此外，还可通过孔型设计、改善润滑条件的多种方法来改善或消除竹节现象。5.5.6 再加热5.5.6.1 炉子生产性能：加热钢种：碳钢、合金结构钢加热钢管规格：1091193.311772026500入炉温度：450800最高炉膛温度：1050最大装炉量：39根最大产量：72t/h5.5.6.2 温度制度对于不同的品种、不同钢种、不同温度、不同规格的荒管，步进式再加热炉必须采用不同的加热制度；必须采用合适的加热曲线进行加热。1) T91高压锅炉管的加热制度表5-11 T91高压锅炉管的加热制度管种钢种各段炉温出炉温度高压锅炉管T919509809309602)加热曲线荒管在步进炉内加热不仅要保证钢管出炉时的温度，同时步进炉内各段的温度也必须保证一个合理的分布。图5-6给出了钢管加热曲线的一个参考图：图5-6 钢管加热曲线5.5.7 张力减径在加热炉出来的荒管经高压水除鳞后方可进入张力减径机中进行轧制。除鳞工作压力为15MPa，不得低于