【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(jià)低，進(jìn)口鋼管量小而價(jià)高。 2021 年出口無縫鋼管的平均價(jià)格為 1068 美元 /t，而進(jìn)口無縫鋼管的平均價(jià)格為 2509 美元 /t。其中進(jìn)口的 30萬 t高壓鍋爐管平均單價(jià)達(dá)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(jìn)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。可見品種結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)入了攻堅(jiān)階段。 自主創(chuàng)新能力不強(qiáng) 從 20 世紀(jì) 80 年代寶鋼引進(jìn)第一臺連軋管機(jī)組以來，我國共引進(jìn)了 10 套連軋管機(jī)組、 2組 Assel 軋管機(jī)組，由此 使我國無縫鋼管機(jī)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(qiáng)。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(jìn)軋管機(jī)組的建成投產(chǎn)，通過這些機(jī)組生產(chǎn)的無縫鋼管，其外徑內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 公差、壁厚公差以及表面質(zhì)量均能達(dá)到國際一般水平或國際先進(jìn)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(qiáng)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(qiáng) 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(yàn)收所用的探傷機(jī)的水平還低很多。這一現(xiàn)象也反應(yīng)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(jì)指標(biāo) 我國無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)因?yàn)樯a(chǎn)機(jī)組水平的不同、管理水平的高低和對環(huán)保認(rèn)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(fèi) 和對環(huán)境的污染，這類企業(yè)應(yīng)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(shí)現(xiàn)連鑄坯熱送工藝。有些企業(yè)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)也不先進(jìn)。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(jià)格較高的情況下，企業(yè)往往以提高產(chǎn)量擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模獲取更大利潤為目標(biāo)，而提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、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(dǎo)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jī) —— 連軋機(jī) —— 脫管機(jī) —— 再加熱爐 —— 定徑機(jī) —— 張 減機(jī) —— 冷床 —— 管排鋸 —— 矯直機(jī) —— 探傷 —— 倒棱 —— 熱處理—— 成品 —— 標(biāo)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(jī)的輸入軌道上，通過四線火焰切割機(jī)進(jìn)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?yàn)檫@些鋼在低溫階段導(dǎo)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(shí)，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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)行脫棒。芯棒被送到脫棒機(jī)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(jìn)裝置的臺架上。 (4)連軋機(jī) :為使空心毛管進(jìn)一步減徑減壁 ,則須在軋管機(jī)上將穿孔后的毛管進(jìn)一步加工 。 （ 5）管坯定 心及穿孔機(jī)：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(shí)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(jìn)行。 （ 6）脫管機(jī)：限動芯棒軋制時(shí)，最后有一段芯棒留在鋼管中，需要脫棒。為此，在軋機(jī)的出口端設(shè)置脫管機(jī)，因?yàn)殇摴芡ㄟ^時(shí)有一定的減徑量，這樣，鋼管從軋機(jī)中出來后，就可不停止地由脫管機(jī)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(wù)是在較小的總減徑率和小的單機(jī)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(wù)除了起定徑作用外，還要求有較大的減徑率，以實(shí)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(wù)以外，還要達(dá)到利用各機(jī)架間建立張力來實(shí)現(xiàn)減壁的目的。 （ 8）冷床：冷床是鋼管機(jī)組和熱處理作業(yè)線上必不可少的設(shè)備。其類型有鏈?zhǔn)剑竭M(jìn)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(dá)到要求。 （ 9）矯直機(jī)：不論熱軋或冷加工的鋼管其內(nèi)部往往存有殘余應(yīng)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(jìn)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 (11)熱處理：熱軋狀態(tài)下達(dá)不到技術(shù)條件所要求的機(jī)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(biāo)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 2. 矯直機(jī)設(shè)計(jì)方案選擇和確定 矯直機(jī)設(shè)計(jì)方案 斜輥矯直機(jī)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(jī)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 矯直機(jī)的設(shè)計(jì)方案確定 方案一：優(yōu)點(diǎn)：使工件得到全場矯直，解決了工件頭尾兩端在一般矯直機(jī)上不能矯直的難題；使矯直機(jī)質(zhì)量得到很明顯的提高；對圓材的外徑有較強(qiáng)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(diǎn)：矯直的速度較低；導(dǎo)板的消耗量大；對管材的矯直容易造成縮徑。 方案二：優(yōu)點(diǎn)：在多輥矯直機(jī)上工件一次通過矯直，客服了過去需要多次反復(fù)矯直的缺點(diǎn)；矯直時(shí)不需衛(wèi)梁的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)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(shí)產(chǎn)生大的單位壓力且兩端不能被矯直。 方案三：優(yōu)點(diǎn)：① 六輥矯直機(jī)六個軋輥都是主動的，鋼管本身不傳遞扭矩，可以保護(hù)管面；②六輥矯直機(jī)輥間負(fù)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(jī)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(yīng)力分布均勻。 方案三與其他方案矯直機(jī)比較有以下特點(diǎn) ，① 在矯直過程 中，軋輥?zhàn)饔迷阡摴苌系牧?yīng)是平衡的，矯直后鋼管上的殘余應(yīng)力是最小的；②鋼管端部得到很好地矯正。③把包辛格效應(yīng)減至最小。 從經(jīng)濟(jì)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 3. 矯直機(jī)主傳動的力能參數(shù)計(jì)算 矯直機(jī)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(jī)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(yīng)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(dāng)外圈塑性變形所形成的環(huán)形面積占據(jù)對優(yōu)勢時(shí)，矯直便不成問題。管材的彎矩實(shí)質(zhì)上是通過粗細(xì)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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?yàn)?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(shí)，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(jìn)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(fù)能力；塑性變形是永久變形，他決定內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jìn)行耗能計(jì)算和彈復(fù)量的計(jì)算。 管材的彎曲變形 計(jì)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(xì)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）