【文章內(nèi)容簡介】 出口量迅速提高。但從有關(guān)部門了解到的情況看，我國出口鋼管量大而價低，進口鋼管量小而價高。 2021 年出口無縫鋼管的平均價格為 1068 美元 /t，而進口無縫鋼管的平均價格為 2509 美元 /t。其中進口的 30萬 t高壓鍋爐管平均單價達到了 3358 美元 /t。由此說明，我國在高端產(chǎn)品上還不得不依賴進口，而這一部分產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)難度最大，質(zhì)量要求更高?？梢娖贩N結(jié)構(gòu)調(diào)整進入了攻堅階段。 自主創(chuàng)新能力不強 從 20 世紀 80 年代寶鋼引進第一臺連軋管機組以來，我國共引進了 10 套連軋管機組、 2組 Assel 軋管機組，由此 使我國無縫鋼管機組水平得到了迅速提高；但另一方面也表明了我國無縫鋼管生產(chǎn)裝備技術(shù)主要依賴國外，自主原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和消化、移植后再創(chuàng)新的能力不強。這一現(xiàn)象與我國處于鋼管產(chǎn)量大國的地位（占世界總產(chǎn)量的 40%左右）極不協(xié)調(diào)。 管坯質(zhì)量不高，有待提高 隨著我國先進軋管機組的建成投產(chǎn)，通過這些機組生產(chǎn)的無縫鋼管，其外徑內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計論文 5 公差、壁厚公差以及表面質(zhì)量均能達到國際一般水平或國際先進水平。目前，鋼管質(zhì)量的差距主要體現(xiàn)在鋼質(zhì)純度以及性能的穩(wěn)定性方面，除幾個生產(chǎn)規(guī)模較大的鋼管生產(chǎn)企業(yè)具有比較完善的供坯條件之外，一些 小廠還得從市場購買管坯。即使是自供管坯的企業(yè)，其精煉能力和鋼中有害元素的控制水平也參差不齊， P、S含量與國外高質(zhì)量產(chǎn)品相比幾乎是相差 1個數(shù)量級的水平，而夾雜物含量的距離就更大。那些管坯靠吃“百家飯”的鋼管廠，其鋼質(zhì)問題就更為突出。因此，必須提高冶煉的裝備水平以及增強精煉能力，再配合以較高的熱處理裝備技術(shù)條件下來提高鋼管的性能穩(wěn)定性。 產(chǎn)品質(zhì)量不高，精整尚需加強 精整工序是保證專用鋼管質(zhì)量的重要工序之一。多年來，我國鋼管企業(yè)存在重視鋼管成型工序，而輕視鋼管熱處理工序、精整工序以及后續(xù)探傷減產(chǎn)工序的現(xiàn)象，且問題比較突出。這些工序不是處理能力不足，就是工序流程不暢或是裝備水平配置較低，難易滿足生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的要求。甚至在某些廠所使用的檢測設(shè)備，其水平比用戶驗收所用的探傷機的水平還低很多。這一現(xiàn)象也反應了我國鋼管生產(chǎn)還處在一個粗放的生產(chǎn)階段。 提高管理水平，優(yōu)化經(jīng)濟指標 我國無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)因為生產(chǎn)機組水平的不同、管理水平的高低和對環(huán)保認識的差異，造成了對資源、能源利用上的不同效果。供坯條件不配套而又采用冷軋 (拔 )生產(chǎn)工藝的企業(yè)，常常要經(jīng)過多道次冷加工、退火、酸洗工序，造成了對資源、能源的浪費 和對環(huán)境的污染，這類企業(yè)應十分重視廢酸的綜合治理。迄今為止，還沒有一家企業(yè)真正能成規(guī)模地實現(xiàn)連鑄坯熱送工藝。有些企業(yè)的經(jīng)濟技術(shù)指標也不先進。其主要原因是由于無縫鋼管是高附加值產(chǎn)品，在但前鋼管市場較好、價格較高的情況下，企業(yè)往往以提高產(chǎn)量擴大生產(chǎn)規(guī)模獲取更大利潤為目標，而提高技術(shù)經(jīng)濟指標、節(jié)能降耗等方面對企業(yè)利潤的影響不如提高產(chǎn)量那樣突出，導致人們對節(jié)能降耗的工作重視度不夠。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計論文 6 無縫鋼管生產(chǎn)工藝 無縫鋼管生產(chǎn)工藝流程 管坯鋸 —— 坯加熱 —— 穿孔機 —— 連軋機 —— 脫管機 —— 再加熱爐 —— 定徑機 —— 張 減機 —— 冷床 —— 管排鋸 —— 矯直機 —— 探傷 —— 倒棱 —— 熱處理—— 成品 —— 標記入庫 如圖 無縫鋼管生產(chǎn)工藝流程 其具體工藝過程如下 （ 1）管坯鋸的生產(chǎn)過程：管坯從清理臺架上一根根送到輥道上，經(jīng)過稱量測長以后，從輥道上撥到一個橫架上；在由一個裝有翻轉(zhuǎn)斜槽的橫移小車從橫架上取出四根圓坯，然后送到火焰切割機的輸入軌道上，通過四線火焰切割機進行切割。 （ 2）管坯加熱 :無縫鋼管 管坯加熱過程一般分為低溫和高溫兩個階段。低溫階段是加熱 一些合金鋼和高合金鋼的關(guān)鍵，這是因為這些鋼在低溫階段導熱性差、塑性低，若采用過快的加熱速度會產(chǎn)生加熱裂紋甚至破碎。高溫階段是指金屬被加熱到 700～ 800℃ 以上時，金屬的塑性顯著提高，故可采用較快的加熱速度，以提高爐子的加熱能力、減少氧化和脫碳等加熱缺陷。高溫階段的主要問題是如何保證管坯加熱均勻、改善金屬的組織結(jié)構(gòu)，減少氧化、脫碳和防止過熱、過燒。內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計論文 7 其中加熱溫度均勻是生產(chǎn)工藝中很關(guān)鍵的問題。管坯加熱不均將帶來毛管壁厚不均、內(nèi)外表面缺陷以及軋制過程不能順利進行，如出現(xiàn)不咬入、軋卡等生產(chǎn)故障。因此，在加熱階段結(jié)束， 要有一定的保溫時間（均熱），這對加熱大直徑 無縫鋼管 管坯尤為重要 。 （ 3）穿孔后的荒管到輸出輥道的端部后進行穿孔，軋制后芯棒被包在鋼管中，僅露出尾部。由撥料器將帶芯棒的鋼管撥至移送鏈上，撥至脫棒軌道上進行脫棒。芯棒被送到脫棒機后的輥道上，通過接料鉤將芯棒撥入芯棒冷卻水槽中。冷卻后的芯棒在依次由水槽撥至芯棒送進裝置的臺架上。 (4)連軋機 :為使空心毛管進一步減徑減壁 ,則須在軋管機上將穿孔后的毛管進一步加工 。 （ 5）管坯定 心及穿孔機：管坯定心是指在管坯前端端面中心鉆孔或沖孔，其目的是防止穿孔時穿偏，減小毛管壁厚不均，并改善斜軋穿孔二次咬入條件，使穿孔過程順利進行。 （ 6）脫管機：限動芯棒軋制時，最后有一段芯棒留在鋼管中，需要脫棒。為此，在軋機的出口端設(shè)置脫管機，因為鋼管通過時有一定的減徑量，這樣，鋼管從軋機中出來后，就可不停止地由脫管機將其從芯棒上脫去。 （ 7）定徑，減徑和張力減徑：這兩個過程是空心體不帶芯棒的連軋過程。定徑的任務是在較小的總減徑率和小的單機架減徑率條件下將鋼管軋成具有要求的尺寸精度和真圓度的成品管。 減徑的任務除了起定徑作用外，還要求有較大的減徑率，以實現(xiàn)用大管料生產(chǎn)小口徑鋼管的目的。張力減徑則除有減徑任務以外，還要達到利用各機架間建立張力來實現(xiàn)減壁的目的。 （ 8）冷床：冷床是鋼管機組和熱處理作業(yè)線上必不可少的設(shè)備。其類型有鏈式，步進式和螺旋式三種。鋼管冷卻方式隨其材質(zhì)而異，對大多數(shù)鋼種，采用自然冷卻即可達到要求。 （ 9）矯直機：不論熱軋或冷加工的鋼管其內(nèi)部往往存有殘余應力，因此在熱軋和冷拔冷軋以后鋼管都會產(chǎn)生一定程度的彎曲。 （ 10）鋼管的切斷、切頭和倒棱：鋼管矯直后需要進行切斷切頭或倒棱 。在鋼管以倍尺長度矯直或者鋼管要求定尺交貨的情況下，需要將鋼管切斷，否則就只需切頭。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計論文 8 (11)熱處理：熱軋狀態(tài)下達不到技術(shù)條件所要求的機械性能和組織狀態(tài)的鋼管，如不銹鋼管、軸承管、高壓鍋爐管等，在精加工或交貨前要熱處理。 （ 12）標記入庫： 鋼管質(zhì)檢后，用油漆噴上編號、規(guī)格、生產(chǎn)批號等。并由吊車吊入倉庫中。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計論文 9 2. 矯直機設(shè)計方案選擇和確定 矯直機設(shè)計方案 斜輥矯直機有 4 種基本形式；二輥式 多棍交叉式 六輥式和七輥式。上述矯直機有各自的優(yōu)缺點。為了能正確的選擇，必須根據(jù)管棒的 平直度和表面光直度和矯直速度來考慮。 方案一：采用兩個矯直輥。如圖 圖 方案二：采用 7 個矯直輥。如圖 圖 方案三：采用六個矯直輥。如圖 圖 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計論文 10 矯直機的設(shè)計方案確定 方案一：優(yōu)點：使工件得到全場矯直，解決了工件頭尾兩端在一般矯直機上不能矯直的難題；使矯直機質(zhì)量得到很明顯的提高；對圓材的外徑有較強的圓整作用，顯著的減少了橢圓度；可以有效的消除矯直后的圓材縮徑現(xiàn)象；在矯直過程能提高表面粗糙度。缺點：矯直的速度較低；導板的消耗量大；對管材的矯直容易造成縮徑。 方案二：優(yōu)點：在多輥矯直機上工件一次通過矯直，客服了過去需要多次反復矯直的缺點；矯直時不需衛(wèi)梁的優(yōu)點。缺點是：造成了及其結(jié)構(gòu)龐大，咱地面積增加，動力消耗也增加；矯直時產(chǎn)生大的單位壓力且兩端不能被矯直。 方案三：優(yōu)點：① 六輥矯直機六個軋輥都是主動的，鋼管本身不傳遞扭矩，可以保護管面；②六輥矯直機輥間負荷均衡，三對軋輥輥徑相同，方向相反，并有較長曲面對置；③鋼管在六輥矯直機上橫向壓扁矯直，受到來自兩個軋輥的作用力，易壓成橢圓形，鋼管直徑不會變化且應力分布均勻。 方案三與其他方案矯直機比較有以下特點 ，① 在矯直過程 中，軋輥作用在鋼管上的力應是平衡的，矯直后鋼管上的殘余應力是最小的；②鋼管端部得到很好地矯正。③把包辛格效應減至最小。 從經(jīng)濟上考慮：方案三矯直速度快，占地面積適中。 方案確定：使用方案三六輥斜輥矯直。 布置形式： 222。如圖 。 圖 六輥矯直的結(jié)構(gòu) 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計論文 11 3. 矯直機主傳動的力能參數(shù)計算 矯直機的技術(shù)性能參數(shù)： ：外徑 Φ 180mm；長度 10000mm； 壁厚 。 ： MPas 300(m ax) ??。 ：矯直后鋼管彎曲度：管體： ? 。 管端 ? 1mm/m（ 內(nèi)）。 ： 喉徑 Φ 440mm。 輥長： 650mm。輥距 1100mm。 ： 。 :30176。 36176。，安裝角 34176。 矯直機力能參數(shù)包括矯直力和驅(qū)動功率。 彈性核心半徑和管材極限彎矩的確 定 由于外力作用而產(chǎn)生的內(nèi)應力必然形成兩者之間的大小相等方向相反的平衡關(guān)系，算出內(nèi)力矩就等于找到產(chǎn)生該種彎曲的外力矩，即彎矩。 管材矯直是塑性變形一般都需要深入到管內(nèi)徑，但不需要深入的過多。有些管材在塑性變形未深入到內(nèi)徑條件下也能矯直。其原因在于原始彎曲程度比較輕微，塑性變形深度可以淺些，其次看塑性變形面積所占的比重。當外圈塑性變形所形成的環(huán)形面積占據(jù)對優(yōu)勢時，矯直便不成問題。管材的彎矩實質(zhì)上是通過粗細兩個棒材的彎矩之差來求得的。 確定彈性核心半徑 已知大圓半徑： R=180/2=90mm, 壁厚 ， 所以小圓半徑： r==。 管徑比： ??? mmmmRra 根據(jù)表 ，可知彈區(qū)比 ? = 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計論文 12 a值 ? 值 表 而 RRt?? （ 31） 式（ 31）中： ；彈性核心半徑， mm??tR 。大圓半徑， mm??R 所以彈性核心半徑： mmRRt ???? ? 因為 mmrRt ???，即鋼管的塑性變形已經(jīng)深入到小圓半徑以內(nèi)，證明小圓有塑性變形。 確定管材的極限彎矩 管材的極限彎矩 tM ： ? ? 41 44 St RM ??? ?? (32) 式中（ 32）中： ??R 外徑， mm； ??a 管徑比； ??s?管材的屈服極限， MPa。 ? ? mNRM st ????? 443 ??? 管材變形的確定 金屬管材受外力作用產(chǎn)生彎曲時，外力所做功的一部分用于彈性變形，另一部分用于塑性變形，還 有一部分變成熱量而散失。彎曲功的絕大部分用于變形，故這里討論的主要就是變形所需的能量。矯直中的變形屬于彈塑性變形，變形的初始階段都是彈性變形；然后進入到彈塑性變形階段。其彈性變形混在一起。彈性變形是一種蓄能變形，他決定金屬的彈復能力；塑性變形是永久變形，他決定內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計論文 13 耗能的多少。因此，必須把混在一起的變形分離成彈性與塑性兩種變形才能進行耗能計算和彈復量的計算。 管材的彎曲變形 計算管材的變形就是先根據(jù)外徑算出粗棒的變形能，再根據(jù)內(nèi)徑算出細棒的變形能，然后相減所得的便是鋼管的變形能。 粗棒的變形能 ： 1）粗棒的彈性變形能大tU： ? ? ?????? ???????? ??????????? ??? ? ?????? 1221222t 14 114 122ERU Si ns π大 （ 33） 式 中， ??R 外徑， mm ； ??s?管材的屈服極限， MPa； ??? 彈區(qū)比。 ? ? ? ? ?????? ?????? ?????????? ??????? ? 12 12212262t S in大 mN??? 2）粗棒塑性變形能大sU： ? ? ?????? ??????????? ?? ? ????? 12122S2s S i n21232ERU π大 （ 34） ? ? ? ?mN ????????? ????????? ?? ??? ?312129262 i 23210200 3）粗棒總變形能大U： 大大大 st UUU ?? （ 35）