18萬噸年產(chǎn)量的熱軋無縫鋼管生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)是基于遼寧省鞍鋼地區(qū)，年產(chǎn)量18萬噸熱軋無縫鋼管。車間鋼種包括無縫鋼管，天然氣管，地質(zhì)鋼管等。以鞍鋼為例，結(jié)合圖紙和實(shí)際介紹了自動軋管機(jī)組生產(chǎn)的無縫鋼管的全過程，產(chǎn)品以SUS304（Φ138×15×11000mm）的鋼管為基礎(chǔ)，包括生產(chǎn)計(jì)劃、金屬平衡表、軋制工藝、各種設(shè)備參數(shù)的制定、軋制表的編寫、力能參數(shù)及強(qiáng)度校核圖、車間平面圖，包括設(shè)備間距圖、設(shè)計(jì)圖、倉房面積以及運(yùn)輸?shù)鹊倪x擇，編制，設(shè)計(jì)，繪制，校核。最后根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)繪制了車間平面設(shè)計(jì)圖,設(shè)計(jì)過程結(jié)合理論與實(shí)際,即設(shè)計(jì)過程既參考課本又參考我國以建廠數(shù)據(jù),這樣確保設(shè)計(jì)的合理性和實(shí)用性。關(guān)鍵詞：工藝流程，強(qiáng)度校核，產(chǎn)品軋制表，車間設(shè)計(jì),設(shè)備參數(shù)目錄摘要 I1綜述 11.1中國無縫鋼管行業(yè)的發(fā)展 11.2不銹無縫鋼管的分類 31.3我國無縫鋼管行業(yè)現(xiàn)存缺陷 41.4無縫鋼管未來發(fā)展方向 62生產(chǎn)計(jì)劃和金屬平衡表 72.1生產(chǎn)計(jì)劃 72.1.1生產(chǎn)方案表編制的基本原則 72.1.2坯料 72.2金屬平衡表 83軋制工藝的確定 93.1軋制工藝流程 93.2確定各個(gè)設(shè)備參數(shù)及軋制工藝制度 93.2.1坯料的確定 93.2.2壓力矯直機(jī)參數(shù)確定 103.2.3剪切參數(shù)確定 113.2.4加熱參數(shù)確定 123.2.5定心參數(shù)確定 133.2.6穿孔參數(shù)確定 143.2.7軋管參數(shù)確定 163.2.8均整參數(shù)確定 163.2.9定、減徑參數(shù)確定 183.2.10冷卻參數(shù)確定 203.2.11矯直機(jī)參數(shù) 213.2.12探傷機(jī)參數(shù) 224軋制表的編寫及設(shè)備參數(shù)的選擇 244.1編制原則 244.2編制方法 244.3軋管機(jī) 244.3.1軋管機(jī)的軋制參數(shù) 244.4穿孔機(jī) 254.4.1穿孔機(jī)的軋制參數(shù) 264.5均整機(jī) 284.5.1均整機(jī)的軋制參數(shù) 284.6定徑機(jī) 294.6.1定徑機(jī)的軋制參數(shù) 295力能參數(shù)及強(qiáng)度校核 355.1穿孔機(jī)能力參數(shù)計(jì)算及強(qiáng)度校核 355.1.1穿孔機(jī)能力參數(shù)計(jì)算 355.1.2穿孔機(jī)軋輥強(qiáng)度校核 385.2軋管機(jī)力能參數(shù)計(jì)算及強(qiáng)度校核 405.2.1軋管機(jī)能力參數(shù)計(jì)算 405.2.2軋管機(jī)軋輥強(qiáng)度校核 425.2.3軋管機(jī)咬入條件校核 446生產(chǎn)能力計(jì)算 466.1設(shè)備工作時(shí)間 466.2設(shè)備生產(chǎn)能力 466.2.1剪斷機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算 466.2.2穿孔機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算 476.2.3環(huán)形加熱爐生產(chǎn)能力的計(jì)算 486.2.4自動軋管機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算 486.2.5均整機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算 496.2.6定徑機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算 506.2.7綜合平均生產(chǎn)能力 516.3各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的確定 516.3.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的確定 516.3.2設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益估算 526.3.3設(shè)備年作業(yè)率 53參考文獻(xiàn) 55第第II頁1綜述中國無縫鋼管行業(yè)的發(fā)展我國見證了無縫鋼管從零發(fā)展，由虛弱發(fā)展到強(qiáng)勢，中國鋼管的崛起極大地改變了世界鋼管市場的格局與發(fā)展，中國現(xiàn)在是世界上最大的無縫鋼管生產(chǎn)國與消費(fèi)國。特別是進(jìn)入千禧年后，中國無縫鋼管的產(chǎn)量快速增長，七十多年以來的艱苦奮斗，升級和改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)裝備，我國目前是無縫鋼管最大出口國，下面重點(diǎn)回顧一下我國無縫鋼管的艱苦發(fā)展歷程。初級發(fā)展階段（1949-1982年）在1949-1960這十年左右的時(shí)間是自從新中國成立，中國無縫鋼管從零開始發(fā)展的第一個(gè)階段，中國從最開始的由蘇聯(lián)扶持起步，逐漸到開始自己發(fā)展搞技術(shù)，開始自己著手管理和建立一套一套完整的工業(yè)體系。在蘇聯(lián)的友好援助下在1953年建立的中國鞍鋼新的自動軋管機(jī)組Φ140mm。在包頭鋼鐵建成了Φ400mm自動軋管機(jī)組，1956年有六萬多噸機(jī)組，中國已經(jīng)可以利用斜軋穿孔機(jī)穿出不銹鋼管。1958年，我國建造出了成都無縫鋼管廠，成都無縫鋼管廠是當(dāng)時(shí)最大的的無縫鋼管廠。1971年的十月，在鞍鋼生產(chǎn)出了新中國的第一根無縫鋼管，掀起了一股紅色熱潮。隨后，Φ76mm無縫鋼管在全國開始推廣，天津，重慶等一部分地區(qū)先進(jìn)行了投資生產(chǎn)，全國當(dāng)時(shí)只有34套機(jī)組，然后斜軋穿孔機(jī)和冷軋機(jī)進(jìn)入市場并快速發(fā)展，許多的常用鋼管已經(jīng)基本可以滿足普通中小型鋼管企業(yè)的需求。但是有許多地方還有待升級，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)差距較大，其中流體管，結(jié)構(gòu)管，油井管等高端不銹鋼管在國內(nèi)還不太流行，還需要從國外斥巨資引進(jìn)到中國。焊管工藝的發(fā)展主要集中在中國上海市，主要生產(chǎn)小直徑直縫焊管，“一五”期間我國從外國引進(jìn)了低頻焊管機(jī)組，促進(jìn)了我國焊管工業(yè)的快速發(fā)展。這一階段我國逐漸建設(shè)了許多輸送管道比如慶鐵線和鐵撫線，分別是黑龍江的大慶和遼寧的鐵嶺和撫順，東北地區(qū)重工業(yè)比較發(fā)達(dá)，秦皇島北京線等等。2.發(fā)展階段（1982-1997）在中國改革開放之初，計(jì)劃經(jīng)濟(jì)開始逐步向市場經(jīng)濟(jì)靠近，1978年中國開始進(jìn)行改革開放，計(jì)劃經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向了市場經(jīng)濟(jì)。國營企業(yè)被政府給予和開放了更多的權(quán)力和利潤，開始穩(wěn)定發(fā)展。我國無縫鋼管的產(chǎn)量連續(xù)以每年9.0%的速率在增長，1992年，我國無縫鋼管產(chǎn)量為265萬噸，超越了當(dāng)時(shí)233萬噸的日本;1994年超過了當(dāng)時(shí)的俄羅斯281萬噸達(dá)到了304萬噸，可見增長速度之快，成為世界上第一無縫鋼管生產(chǎn)大國。1985年開始，美國，日本等鋼管強(qiáng)國與我國國營鋼鐵廠合作，各個(gè)公司聯(lián)合，投產(chǎn)了許多軋管機(jī)組，飛速追趕上世界先進(jìn)水平行業(yè)，這個(gè)改變使我國無縫鋼管的種類和數(shù)量都得到了質(zhì)的提升。3.快速發(fā)展階段（1992-2002）我國無縫鋼管在1992后開始了快速發(fā)展。該階段我國已經(jīng)有一套完整的市場體系并從國外引進(jìn)了先進(jìn)的技術(shù)，無縫鋼管企業(yè)制度改革帶來了快速的發(fā)展。在這十年期間我國無縫鋼管產(chǎn)業(yè)以年均增長率為9.9%的速度快速增長，從1992年的265萬噸導(dǎo)1997年的361萬噸，趕超日本和俄羅斯兩個(gè)無縫鋼管強(qiáng)國，最終成為無縫鋼管國家的巨無霸；但是無縫鋼管產(chǎn)業(yè)并不是一直快速發(fā)展，1998年爆發(fā)的一場金融危機(jī)使得我國無縫鋼管產(chǎn)量遭到嚴(yán)重下滑，重新回到1992年的水平，但是21世紀(jì)左右亞洲經(jīng)濟(jì)逐漸復(fù)蘇，我國無縫鋼管產(chǎn)量再創(chuàng)新高，比1997年增長了80多萬噸，并且自給率達(dá)到最高99.4%，成為無縫鋼管自給自足的大國。在鋼管市場中，盡管在1992年，我國石油管材率非常低，中國近77%的油氣不得不從國外進(jìn)入市場，另外在高端高鋼級的鋼管市場中，不過在1992年底，我國國產(chǎn)化進(jìn)程大幅提升，我國始終依賴進(jìn)口的局面被扭轉(zhuǎn)了。4.發(fā)展階段進(jìn)一步提高（2002-2020）我國國內(nèi)市場飛速發(fā)展，我國無縫鋼管的規(guī)格，生產(chǎn)均能適應(yīng)各種產(chǎn)業(yè)的需求，市場逐漸飽和。2000-2010年我國無縫鋼管出口量劇增，年增長率達(dá)到了41.8%。2010年以后全球經(jīng)濟(jì)回暖，2014-2015年我國無縫鋼管出口量達(dá)到峰值后又開始緩慢回落。在2000-2015年里，民營無縫鋼管企業(yè)產(chǎn)能迅速增長，超過全國總產(chǎn)能的65%，民營焊管企業(yè)尤其更甚，超過全國總產(chǎn)能的90%。產(chǎn)能高速膨脹發(fā)展同樣也會帶來一些不利問題，由于受到國內(nèi)外資本主義的打壓和市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律的約束，我國無縫鋼管行業(yè)出現(xiàn)了許多問題，比如有一系列的問題，產(chǎn)能過剩，成本上升，經(jīng)濟(jì)效率下降等等。其中最為突出的主要矛盾就是產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性，投資結(jié)構(gòu)和深層次的主要矛盾。圖1.2無縫鋼管產(chǎn)量，進(jìn)口量與增長率1.2不銹無縫鋼管的分類以國內(nèi)不銹鋼管的制作水平和發(fā)展需求所制定的標(biāo)準(zhǔn)來看，可以看出我們國家目前的技術(shù)水平。按照工業(yè)和信息化部和全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會的部署和要求，以推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革為中心，堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合，標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量提升相結(jié)合，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，不斷優(yōu)化和完善不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)體系，提高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)水平和國際化水平。我國不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)體系由管坯標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)(通用)標(biāo)準(zhǔn)、鋼管產(chǎn)品專用標(biāo)準(zhǔn)及檢測方法標(biāo)準(zhǔn)組成。截止2019年上半年，關(guān)于不銹鋼管的現(xiàn)有常用產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)有30項(xiàng)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8項(xiàng)，其中22項(xiàng)為不銹鋼無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，另外16項(xiàng)為不銹鋼焊接鋼管。現(xiàn)有常用無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)列于圖1.3。圖1.3現(xiàn)有常用不銹鋼管無縫管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)1.3我國無縫鋼管行業(yè)現(xiàn)存缺陷2015-2016年間，供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革被提出，改革被提出之后我國經(jīng)濟(jì)效益不斷增長，發(fā)展欣欣向榮，我國無縫鋼管企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益獲得了穩(wěn)步提升。但我國的能源需求量非常之大，石油，天然氣等資源矛盾很明顯，目前我國無縫鋼管企業(yè)現(xiàn)存許多問題：無縫鋼管產(chǎn)能過剩首先，我國無縫鋼管的表觀消費(fèi)量只有產(chǎn)量的60%，所以無縫鋼管市場競爭十分激烈，導(dǎo)致每噸賣出的價(jià)格很低，盡管目前我國無縫鋼管的鋼種越來越豐富，但是中國無縫鋼管利用率低，國際公認(rèn)的產(chǎn)能利用率為75%-85%，而我國只有70%不到，我國無縫鋼管產(chǎn)能大約在750萬噸左右。此外，一些高質(zhì)量的無縫鋼管必須從國外引進(jìn)，矛盾更加突出，由于出口量飛速增長，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)下降，無縫鋼管企業(yè)為了響應(yīng)國家環(huán)保政策，節(jié)能減排，綠化環(huán)保等，在此新環(huán)境，新政策的作用下，我國無縫鋼管企業(yè)沒有獲得利潤，相反，鋼管公司的利潤收到嚴(yán)重?cái)D壓。2.產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)中國鋼管行業(yè)集中度太低，據(jù)統(tǒng)計(jì)，排名前幾位的無縫鋼管企業(yè)產(chǎn)量總和遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國，日本等鋼管強(qiáng)國80%以上的平均水平，而且產(chǎn)量總和也不超過全國無縫鋼管總產(chǎn)量的四成。并且由于鋼管廠等所屬集團(tuán)或企業(yè)反對，行業(yè)重組受到很大影響，本地政府考慮經(jīng)濟(jì)利益和就業(yè)形勢，民營和國營的企業(yè)制度和企業(yè)文化等，這些因素都難以統(tǒng)一調(diào)配。此外，國內(nèi)行業(yè)缺乏自律，市場存在許多人為的不正當(dāng)競爭，比如一些質(zhì)量較低的無縫鋼管，本來就應(yīng)該在市場中被淘汰，因?yàn)樗馁|(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)，但是有一些企業(yè)鉆空子謀私利，將低質(zhì)量的無縫鋼管仍然出售在市場中，這種銷售方式不僅不道德，還破壞了其他良好企業(yè)的競爭，破壞市場平衡，最重要的是，這種銷售方法給了許多劣質(zhì)鋼管可乘之機(jī)，一些招標(biāo)，采購最低價(jià)的無縫鋼管正是利用了這一點(diǎn)，市場無序競爭加劇，結(jié)果就是惡性循環(huán)，壞硬幣驅(qū)逐正確的硬幣，它嚴(yán)重?fù)p壞了我國無縫鋼管的健康發(fā)展。3.必須提高創(chuàng)新和競爭力目前，不銹鋼管的生產(chǎn)能力是中低檔不銹鋼管，國內(nèi)無縫鋼管比較弱的點(diǎn)在于創(chuàng)新力，高端和專業(yè)的無縫鋼管產(chǎn)品還需要依賴外國。在技術(shù)創(chuàng)新、新工藝研究等方面，中國鋼管企業(yè)主要側(cè)重于復(fù)制和監(jiān)控集成。大多數(shù)的民營企業(yè)沒有創(chuàng)新力，這里仍然存在一個(gè)巨大的差距與一些外國先進(jìn)公司，我國無縫鋼管企業(yè)更注重于迅速直接擴(kuò)大商品市場，熱衷于新產(chǎn)品開發(fā)。在標(biāo)準(zhǔn)修訂上，我國已經(jīng)有一個(gè)較為完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，我國無縫鋼管企業(yè)鋼種完善，產(chǎn)品齊全，基本均符合行業(yè)規(guī)范，但是我國作為無縫鋼管產(chǎn)能排名第一的國家，在許多方面還有很大的不足，比如國際標(biāo)準(zhǔn)制定話語權(quán)和國際地位不足，我國缺少能夠參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定的國際化人才，雖然在國內(nèi)已經(jīng)有較為完善的體系，但國內(nèi)和國際標(biāo)準(zhǔn)仍無法接軌，還存在不小差距。綜上所述，我國鋼管行業(yè)目前面臨的問題還是非常嚴(yán)峻且緊迫的，我們必須要在歷史發(fā)展的基礎(chǔ)之上，正視發(fā)展的輝煌與落寞時(shí)刻，認(rèn)真總結(jié)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，深入推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，早日成為世界鋼管強(qiáng)國。1.4無縫鋼管未來發(fā)展方向1.裝備技術(shù)升級中國無縫鋼管產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，為了改進(jìn)這一現(xiàn)狀，改變裝備水平不齊，應(yīng)盡快去其糟粕，取其精華，淘汰一些老化的、落后的裝備，時(shí)常更新引進(jìn)新的裝備，這樣中國無縫鋼管就能更快，更好的發(fā)展，更要注意嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)能減排，減少污染排放，提高效率，推動無縫鋼管企業(yè)在各個(gè)方面的整體提升。2.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化我國無縫鋼管目前來說分為低端、中端和高端三個(gè)部分，這三部分之間，低端無縫鋼管產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，中端無縫鋼管基本可以達(dá)到一個(gè)較為飽和平衡的狀態(tài)，但是高端無縫鋼管供給嚴(yán)重不足，從中我們應(yīng)該看到問題，我國不應(yīng)該過渡追求低成本，也不應(yīng)該一味追求高端。要提高無縫鋼管整體的競爭力。3.智能制造推進(jìn)目前我國科技迅速發(fā)展，例如5G，互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，所以無縫鋼管企業(yè)應(yīng)該及時(shí)升級，要通過各種智能技術(shù)來推動無縫鋼管企業(yè)整體性升級，并且加強(qiáng)企業(yè)管理，利用各種生產(chǎn)線提高我國無縫鋼管的產(chǎn)量與結(jié)構(gòu)，通過生產(chǎn)線自動化控制，提高企業(yè)運(yùn)行效率。

2生產(chǎn)計(jì)劃和金屬平衡表2.1生產(chǎn)計(jì)劃2.1.1生產(chǎn)方案表編制的基本原則=1\*GB3①產(chǎn)品的不同典型參數(shù)和最終產(chǎn)品的不同規(guī)格，產(chǎn)品比例及總產(chǎn)量；=2\*GB3②穿孔機(jī)，軋管機(jī)，均整機(jī)，定徑機(jī)主要參數(shù)；圖2.1生產(chǎn)方案表2.1.2坯料1.坯料的選擇本設(shè)計(jì)是參考鞍鋼無縫鋼管廠流程為實(shí)例選擇坯料，在設(shè)計(jì)中選擇SUS304圓管坯。2.對SUS304圓管坯的表面質(zhì)量要求①管坯的曲率，也就是彎曲度，就是管坯的單位長度彎曲的弦高，必須小于10mm/m。切割前后必須小于5mm。②表面的裂紋部分深度必須小于0.4mm，不得存在中央真空、提取真空間隙、氣泡等微觀誤差，甚至層壓、折疊等宏觀誤差也不存在。2.2金屬平衡表金屬平衡表涵蓋了在無縫鋼管中軋管工藝流程的管坯，毛管，成品管等由于切損，過度燒損等消耗，以及消損之間和管坯的平衡關(guān)系，對減少損失，提高形成率等具有重要意義。每個(gè)管的金屬平衡系數(shù)詳情見如下圖2.2：圖2.2金屬平衡系數(shù)綜合成材率：式中—各管形成率—各管的占比

3軋制工藝的確定3.1軋制工藝流程生產(chǎn)過程包括將一定性能與管材的制造過程有序連接。制定軋制工藝流程基本原則：安全，高產(chǎn)，節(jié)省，經(jīng)濟(jì)，環(huán)保等。根據(jù)不同的生產(chǎn)方案，選擇各個(gè)尺寸的鋼管、多種生產(chǎn)過程以及設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量更高的控制；根據(jù)生產(chǎn)率不同，首先要滿足行業(yè)規(guī)范，始終保持高生產(chǎn)率和成材率；確保操作人員的安全、適當(dāng)?shù)倪x擇和命令的安排。本設(shè)計(jì)參照鞍鋼無縫鋼管廠Φ140mm自動軋管機(jī)組的工藝流程，圖3.1為無縫鋼管工藝流程圖3.2確定各個(gè)設(shè)備參數(shù)及軋制工藝制度3.2.1坯料的確定1.坯料的確定坯料是生產(chǎn)各種鋼管所需要的原材料，通常都是實(shí)心圓鋼。一般來說，坯料是由外部的工廠購買的，進(jìn)了廠房后，就通過質(zhì)量測試、表面清洗、測量和稱重來生產(chǎn)。其它生產(chǎn)鋼管的技術(shù)包括鋼制鋼條、鑄制金屬片、棍棒和空心管等。根據(jù)2.1.2，本設(shè)計(jì)決定采用Φ140mmSUS304圓實(shí)心管。2.坯料參數(shù)的確定根據(jù)鞍鋼無縫鋼管廠的典型設(shè)計(jì)產(chǎn)品為φ138×15×11000mm，圓管直徑為φ140mm，坯料長度的計(jì)算公式為:K—燒結(jié)系數(shù)，本設(shè)計(jì)取0.93； 板坯頭部斜度如下圖3.2圖3.2板坯頭部斜度3.2.2壓力矯直機(jī)參數(shù)確定在軋制期間,由于其他因素包括溫度不均勻,軋制冷卻不均勻,冷卻后運(yùn)輸?shù)纫蛩卦趦?nèi)的產(chǎn)品上,所以需要冷卻矯直等糾正,以履行由國家規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。按照生產(chǎn)實(shí)際在本設(shè)計(jì)中選擇的是立式壓力矯直機(jī)，其主要的參數(shù)見圖3.33.2.3剪切機(jī)參數(shù)確定為了獲得不同想要的尺寸的鋼管的長度，同時(shí)進(jìn)行測量剪切，切割頭部，末端，邊緣和試樣，為了同時(shí)消除坯料中的局部缺陷，必須進(jìn)行坯料切割。本設(shè)計(jì)選擇1600t剪斷機(jī)，其主要參數(shù)見圖3.4。圖3.4剪斷機(jī)的主要參數(shù)3.2.4加熱參數(shù)確定本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際選擇環(huán)形加熱爐，因?yàn)榄h(huán)形加熱爐可以讓鋼管受熱均勻、減少鋼管的氧化燒損，此外，加熱鋼質(zhì)量較好，爐子防水效果較好，維護(hù)成本低。下圖3.5是環(huán)形加熱爐的工作原理圖。圖3.5環(huán)形加熱爐結(jié)構(gòu)簡圖圖3.6是爐長隨著坯料表面和中心區(qū)的實(shí)時(shí)溫度變化圖(2)環(huán)形加熱爐的主要參數(shù)見下圖3.7所示。圖3.7環(huán)形加熱爐的主要參數(shù)3.2.5定心參數(shù)確定在穿孔過程中防止穿偏，降低孔頭的強(qiáng)度和摩擦，改善二次咬合條件，就要在管坯前穿一個(gè)孔，這個(gè)孔叫做定心孔。在本設(shè)計(jì)中，選用雙向熱定心機(jī)，圖3.8為熱定心機(jī)的主要參數(shù)，圖3.8~3.10中為定心機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖。圖3.8定心機(jī)主要參數(shù)雙向熱定心機(jī)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：雙向熱定心機(jī)可以精準(zhǔn)地確定定心機(jī)中心的精度，而且中心孔的速度還有中心孔的深度也可以精確確定，管子的腫脹和變形減少。只有一端可以用于管坯的定心，提高了定心的工作效率，在實(shí)際應(yīng)用中比較廣泛。3.2.6穿孔參數(shù)確定將實(shí)心圓管坯穿孔成空心毛管的操作就是穿孔，成品管質(zhì)量好壞都取決于這一程序。下圖3.12是穿孔機(jī)的分類。本設(shè)計(jì)按照生活和生產(chǎn)實(shí)際選用二輥斜軋錐形孔穿孔機(jī)，穿孔機(jī)的主要參數(shù)見下圖3.13。二輥斜軋穿孔機(jī)也稱為二輥立式斜軋穿孔機(jī)，穿孔機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：改進(jìn)大饋送角度主驅(qū)動的布置，減少設(shè)備表面積;通用軸以小傾斜角度工作，減少滾筒外流，穩(wěn)定運(yùn)行，降低工作噪音;導(dǎo)引板可以被快速更換，延長了年度工作時(shí)間。3.2.7軋管參數(shù)確定穿孔后的毛管壁厚與未加工產(chǎn)品的壁厚相等或類似。本設(shè)計(jì)選用單機(jī)架自動式軋管機(jī)，圖3.12為軋管機(jī)的原理，電機(jī)主要參數(shù)見圖3.14。圖3.14單機(jī)架軋管機(jī)原理3.2.8均整參數(shù)確定設(shè)備轉(zhuǎn)動后，毛管與產(chǎn)品尺寸接近，但橫壁厚度并不均勻，表面質(zhì)量差，形狀也不圓。由于此，毛管仍然要在均整機(jī)上斜軋，這樣才能增加直徑，改善表面質(zhì)量，減少壁厚，并使圓形鋼管變得光滑。均整的作用是在小變形歪曲的情況下改善鋼管質(zhì)量。目前應(yīng)用最廣泛的機(jī)器是二輥斜軋均整機(jī)，均整機(jī)也有三輥均整，三輥均整有以下優(yōu)點(diǎn)：減壁量大，擁有高效率，高精度的管道大小。圖3.15為均整機(jī)的參數(shù)表，圖3.10為均整機(jī)的輥型和常見布局圖，3.11為二輥均整機(jī)的變形區(qū)，三輥均整機(jī)的孔型和尺寸見圖3.12。圖3.15均整機(jī)參數(shù)3.2.9定、減徑參數(shù)確定定減徑都屬于最后的精軋程序，定徑與減徑的原理是一樣的。他們是在小的減徑率和小單機(jī)架減徑率下，讓鋼管變形，減小鋼管的橫切直徑距離，令減徑后的毛管在尺寸和精度等方面與成品管接近或者一樣。而且，減徑還有很大的減徑率，目的是制造小直徑的鋼管，即用于加工。在本設(shè)計(jì)中，減徑機(jī)器為五機(jī)架二輥定徑機(jī)。圖3.17為五機(jī)架二輥定徑機(jī)主要參數(shù)。圖3.18定減徑機(jī)主要參數(shù)在本設(shè)計(jì)中，我們選用的是四輥熱定徑機(jī)，四輥熱定徑機(jī)是中國目前最先進(jìn)的，圖3.19是四輥熱定徑機(jī)的孔型圖。3.2.10冷卻參數(shù)確定在經(jīng)歷過穿孔，定減徑等之后，管坯溫度依然很高，一定要使鋼管的溫度在100℃以下才可以進(jìn)行后續(xù)的其他精整工序。在我上面描述的處理過程中，一旦奧氏體轉(zhuǎn)化為珠光體，這種冷卻過程就會被加熱冷卻至一種臨界溫度Ac1，以防鋼管發(fā)生回火并破壞其組織性能。所以定徑后的鋼管在用機(jī)器軋制后，在空氣冷卻之前，必須先用水進(jìn)行冷卻。本設(shè)計(jì)采用的是步進(jìn)式冷床，下圖3.20是步進(jìn)式冷床的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及結(jié)構(gòu)原理。圖3.20冷床主要參數(shù)圖3.21步進(jìn)式冷床工作原理3.2.11矯直機(jī)參數(shù)矯直就是工作包括糾正軟管形狀造成的缺陷。熱軋管和冷卻管之間存在溫差，包括內(nèi)外溫度的差異和上下溫差。在軋制的過程中，低溫溫度是不穩(wěn)定的，縮小的范圍大或小，移動過程中經(jīng)常出現(xiàn)不同的形狀缺陷。由于在輥道上的停頓而出現(xiàn)黑印等都會使軋件的延伸度不均。通過各種工序，也可以通過外部力量消除其他的瑕疵，使這些產(chǎn)品能夠符合合格的要求。圖3.21為七輥矯直機(jī)的主要參數(shù)，3.22是七輥矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3.22七輥矯直機(jī)主要參數(shù)圖3.23七輥矯直機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖3.2.12探傷機(jī)參數(shù)探傷就是探測金屬材料或者部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的裂紋和缺陷等等。常用的探傷方法都是物理探傷，比如X光射線探傷和渦流探傷等探傷方法，他們都不發(fā)生化學(xué)變化。探傷的內(nèi)容包括檢查焊接質(zhì)量缺陷、如表面裂縫非穿透焊接縫或者是焊接泄露，內(nèi)腔檢查包括檢查地表裂縫、拉線、凹凸、腐蝕等檢查，測量儀器狀態(tài)檢查包括對投入使用的某些裝置按規(guī)定進(jìn)行內(nèi)窺檢查、對剩余材料的檢查包括內(nèi)部殘留材料或異物等，不發(fā)生其他破壞，對于工作人員沒有危險(xiǎn)等目的。本設(shè)計(jì)選用的是CE2.844型穿過式渦流檢測儀。利用渦流原理進(jìn)行無損檢測，不會對機(jī)器造成傷害。探傷機(jī)的主要參數(shù)如下圖3.23。圖3.24探傷機(jī)主要參數(shù)

4軋制表的編寫及設(shè)備參數(shù)的選擇4.1編制原則1.軋制表編制原則：在高質(zhì)量，高性能，不同類別，低利用率的基礎(chǔ)上，正確選擇設(shè)備和參數(shù)，以成品管尺寸為依據(jù)，計(jì)算并求出尺寸。2.軋制表計(jì)算原則：要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際合理，科學(xué)的編制軋制表，計(jì)算出的數(shù)據(jù)要貼近生活實(shí)際，可以應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，達(dá)到經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，減少污染與浪費(fèi)。4.2編制方法本設(shè)計(jì)采用中間算法，對軋制表進(jìn)行一系列的編制還有編寫，他是通過參考有實(shí)際參數(shù)的管坯(以鞍鋼無縫鋼管廠為例)、成品管的主要參數(shù)和成品管的產(chǎn)量、工藝流程，來確定軋管機(jī)，穿孔機(jī)，均整機(jī)還有定徑機(jī)等各類設(shè)備和它們的主要參數(shù)。4.3軋管機(jī)4.3.1軋管機(jī)的軋制參數(shù)1.參照鞍鋼無縫鋼管廠的工藝流程，該設(shè)計(jì)典型產(chǎn)品為Φ138×15×11000mm。由下表4.1可得孔型與直徑的關(guān)系，由此可見，孔型高確定為143。(4.1)(4.2)(4.3)(4.4)(4.5)(4.6)(4.7)(4.8)4.4穿孔機(jī)復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的空間變形區(qū)存在于傾斜滾動孔中。應(yīng)按以下要求進(jìn)行設(shè)計(jì)可滿足坯料管內(nèi)壁厚度、外徑和穿孔質(zhì)量的要求；只要能成功進(jìn)行快速咬入，即可將直徑降低到最低；只要能成功進(jìn)行第二次咬入，自由變形區(qū)的長度將縮短到最低。4.4.1穿孔機(jī)的軋制參數(shù)(4.9)(4.10)(4.11)(4.12)為擴(kuò)直徑，本設(shè)計(jì)取10mm5.絕對下量ΔH由于坯料直徑為140mm，所以取18mm。穿孔機(jī)的絕對壓下量如下表4.3所示6.軋輥間距B(4.12)導(dǎo)板間距L(4.13)(4.14)(4.15)式中出口錐長；為出口錐角3.5°；反錐長，本設(shè)計(jì)采用固定式，取10mm；(4.16)(4.17)(4.20)(4.21)(4.23)4.5均整機(jī)4.5.1均整機(jī)的軋制參數(shù)取150mm(4.25)(4.28)(4.29)(4.30)(4.31)(4.32)(4.33)(4.34)4.6定徑機(jī)4.6.1定徑機(jī)的軋制參數(shù)(4.35)(4.36)mm(4.37)(4.38)(4.39)(4.40)(4.41)(4.42)。1-5機(jī)架棍縫本設(shè)計(jì)各取：，，，，圓角半徑本設(shè)計(jì)各取(4.43)式中D是輥環(huán)，為400mm(4.44)(4.45)====(4.46)本設(shè)計(jì)取則(4.47)5力能參數(shù)及強(qiáng)度校核5.1穿孔機(jī)能力參數(shù)計(jì)算及強(qiáng)度校核已知成品尺寸Φ138×15mm，材質(zhì)SUS304，管坯尺寸Φ140mm5.1.1穿孔機(jī)能力參數(shù)計(jì)算基于主發(fā)動機(jī)的安全性，可將滾動力和滾動扭矩降低到最低，減少能源和燃料消耗，并可免除因滾筒堵塞和斷裂等生產(chǎn)事故的發(fā)生從而影響穿孔機(jī)的使用壽命。則(5.1)2.軋制帶寬度b則(5.2)則b(5.3)3.接觸面積F，，(5.4)(5.5)(5.6)/(5.7)式中屈服強(qiáng)度取205MPa，即20.92kg/；重力加速度G=9.8N/kg(5.8)(5.9)則；(5.16)則=++(5.17)(5.18)—滾動摩擦系數(shù)，本設(shè)計(jì)取0.003(5.19)5.1.2穿孔機(jī)軋輥強(qiáng)度校核根據(jù)力和力矩平衡可計(jì)算出兩側(cè)輥頸中點(diǎn)處的受力，受力分析如圖5.1所示：，(5.20)，(5.21)d點(diǎn)：輥頸和輥身接觸點(diǎn)，c點(diǎn)：軋輥過渡點(diǎn)。=G=581140(5.22)=G=363207.6(5.23)d點(diǎn)處的扭矩：=+=50.35(5.24)c點(diǎn)處的扭矩：=-=32.03(5.25)彎曲應(yīng)力：=輥頸：==(5.26)輥身：==(5.27)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：=輥頸：==(5.28)輥身：==(5.29)輥頸合成彎曲應(yīng)力：==(5.30)輥身合成彎曲應(yīng)力：==(5.31)鋼軋輥許用應(yīng)力=500~600MPa。本設(shè)計(jì)取600MPa，安全系數(shù)為5。=(5.32)=(5.33)軋輥強(qiáng)度滿足要求，軋輥安全。5.2軋管機(jī)力能參數(shù)計(jì)算及強(qiáng)度校核5.2.1軋管機(jī)能力參數(shù)計(jì)算(5.34)則==(5.35)=arccos(5.36)則：=(5.37)則=26.31mm(5.38)(5.39)3.總接觸面積則)(5.40)(5.41)=-(5.43)4.減徑區(qū)平均單位壓力、減壁區(qū)平均單位壓力==其中=(+)=)]式中則(5.44)=[2-2(cos-cos)]=145.92mm(5.45)(5.46)則==(5.47)=本設(shè)計(jì)取45.00(5.48)5.總軋制力=+(5.49)6.芯棒對軋輥的軸向作用力65.52~104.83t，本設(shè)計(jì)取100t(5.50)每個(gè)軋輥的軋制力矩=(5.51)=(5.52)=(5.53)=++=18.84(5.54)=(5.55)式中—軋輥軸承中摩擦系數(shù)，本設(shè)計(jì)取0.005=(-1)=(-1)(5.56)總附加摩擦力矩：=+(5.57)9.軋制功率=(5.58)5.2.2軋管機(jī)軋輥強(qiáng)度校核1.第一孔，(5.59)，-(5.60)受力分析如圖5.2所示。=(5.61)(5.62)2.第四孔軋制力一般作用于第四孔處。在兩側(cè)輥頸中點(diǎn)處(5.63)受力分析如圖。(5.64)(5.65)C點(diǎn)為輥頸和輥身接觸點(diǎn)，D點(diǎn)為軋輥第四孔型中點(diǎn)。3.第一孔的受力分析c點(diǎn)的彎曲應(yīng)力：(5.66)d點(diǎn)的彎曲應(yīng)力：(5.67)式中，；，鑄鐵軋輥許用彎曲應(yīng)力=300~400MPa，本設(shè)計(jì)取400MPa，安全系數(shù)為3。=(5.68)=(5.69)綜上所述，軋輥強(qiáng)度滿足需求可以應(yīng)用于生產(chǎn)和生活實(shí)際中。4.第四孔的受力分析d點(diǎn)的彎曲應(yīng)力：==(5.64)e點(diǎn)的彎曲應(yīng)力：==(5.65)=(5.70)=綜上所述，第四孔的軋輥強(qiáng)度滿足要求，可應(yīng)用于生產(chǎn)和生活實(shí)際中。5.2.3軋管機(jī)咬入條件校核1.第一次咬入條件按孔型頂部接觸計(jì)算根據(jù)以上式子可以得出結(jié)論，咬入條件符合。按四點(diǎn)接觸計(jì)算===0.141(5.71)根據(jù)上式計(jì)算，可以得出結(jié)論：咬入條件符合。2.二次咬入條件根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)計(jì)算出一次咬入滿足的時(shí)候，通常二次條件咬入也可以滿足。6生產(chǎn)能力計(jì)算6.1設(shè)備工作時(shí)間在確定設(shè)備的工作時(shí)間時(shí)，必須考慮到在檢查設(shè)備時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間。通常時(shí)間都包括大修，中修和小修的時(shí)間，還有每年倒班的時(shí)間也要算入在內(nèi)。最后確定的計(jì)算式按如下式子計(jì)算：實(shí)際年作業(yè)時(shí)間為t=60001.2=7200h(6.1)6.2設(shè)備生產(chǎn)能力6.2.1剪斷機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算==1.3；是換算系數(shù)，取=0.7；b是抗拉強(qiáng)度，對于SUS304實(shí)心圓管鋼，其抗拉強(qiáng)度為=520Mpa；p代表剪斷機(jī)的剪切力，p=15680KN；==(6.2)2.管坯單重W式中是SUS304實(shí)心圓管的直徑，?。粸楣芘鏖L度，取值為；代表了鋼的密度則(6.3)3.剪切小時(shí)產(chǎn)量p式中b代表成材率，本設(shè)計(jì)取86%；為斷續(xù)次數(shù)，一般為3～16，在本設(shè)計(jì)中為了貼近生產(chǎn)生活實(shí)際取8；是有效剪切率，取80%根據(jù)上式算出小時(shí)產(chǎn)量(6.4)4.年產(chǎn)量Q=pt根據(jù)剛剛算得的小時(shí)產(chǎn)量進(jìn)一步算出剪斷機(jī)年產(chǎn)量則Q=183.617200=132.2萬噸t>20萬噸(6.5)所以設(shè)計(jì)出的剪切機(jī)滿足能力需求。6.2.2穿孔機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算1.穿孔時(shí)間=則穿孔時(shí)間為=(6.6)2.小時(shí)生產(chǎn)能力=(6.7)式中代表的是輔助時(shí)間，輔助時(shí)間約為8秒，=8s年產(chǎn)量Q=(6.8)算得的年產(chǎn)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于預(yù)計(jì)產(chǎn)量設(shè)計(jì)出的穿孔機(jī)能力達(dá)到需求。6.2.3環(huán)形加熱爐生產(chǎn)能力的計(jì)算1.裝爐量A則A==(6.9)2.加熱時(shí)間t(6.7)式中，已知A=116，圓管導(dǎo)熱性小、膨脹率較低，；—管坯直徑，則加熱時(shí)間(6.10)3.每小時(shí)產(chǎn)量X(6.11)4.年產(chǎn)量Q=Xt，計(jì)算出的產(chǎn)量要高于預(yù)計(jì)量，設(shè)計(jì)出的環(huán)形加熱爐滿足需求。6.2.4自動軋管機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算1.自動軋管機(jī)每小時(shí)生產(chǎn)能力===是經(jīng)過軋管機(jī)軋制后鋼管的長度=根據(jù)上述確定的參數(shù)計(jì)算軋管機(jī)每小時(shí)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)時(shí)間(6.12)==(6.13)==(6.15)2.年產(chǎn)量萬噸>26萬噸(6.16)設(shè)計(jì)出的自動軋管機(jī)滿足生產(chǎn)實(shí)際需求。6.2.5均整機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算1.均整機(jī)小時(shí)生產(chǎn)能力均整機(jī)小時(shí)生產(chǎn)能力的公式為：=W其中均整時(shí)間的計(jì)算為：=式中，=；(6.17)—軋件的滑移，=20%；—軋輥直徑取600mm；—軋輥轉(zhuǎn)數(shù)取每分鐘164轉(zhuǎn)；—送進(jìn)角取5則可以根據(jù)以上公式算出均整時(shí)間==(6.18)均整機(jī)的小時(shí)生產(chǎn)能力為：=(6.19)2.年產(chǎn)量Q=t=88.487200=63.71萬噸>26萬噸(6.20)設(shè)計(jì)出的均整機(jī)滿足實(shí)際需求。6.2.6定徑機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算1.定徑機(jī)每小時(shí)生產(chǎn)能力=其中為定徑時(shí)間；為輔助時(shí)間，取10秒算出定徑時(shí)間=式中就是定徑之后圓整鋼管的長度，=(6.21)代表了軋件的滑移，滑移取到了10%；就是均整機(jī)的軋輥直徑，在本設(shè)計(jì)中；是設(shè)計(jì)中均整機(jī)軋輥每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)數(shù)為每分鐘53.69轉(zhuǎn)則可以根據(jù)公式計(jì)算出定徑時(shí)間=(6.22)再計(jì)算出均整機(jī)的每小時(shí)生產(chǎn)能力=W=0.556=77.73t/h(6.23)2.年產(chǎn)量Q=t=77.737200=55.96萬噸>26萬噸(6.24)根據(jù)計(jì)算得出設(shè)計(jì)的定徑機(jī)滿足實(shí)際要求。6.2.7綜合平均生產(chǎn)能力各廠的生產(chǎn)能力是指第一車間的實(shí)際投資，與單位生產(chǎn)日期內(nèi)，實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)一質(zhì)量的無縫鋼管所需的平均投資之比，傳達(dá)了實(shí)際投資與實(shí)際生產(chǎn)效率的關(guān)系為衡量