关键技术论证专项方案.docx
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关键技术论证专项方案
通钢集团磐石无缝钢管有限责任公司
φ250mm新型狄塞尔热轧无缝钢管机组
技术方案
1、技术方案概况
φ250mm热轧无缝钢管机组，设计年产25万t热轧无缝钢管，直径φ177-φ273mm，壁厚6-30mm。
重要品种有：
石油套管管体、石油套管接箍料、管线管、液压支架管、汽车半轴套管、高压锅炉管、低中压锅炉管、气瓶管、流体管、构造管等。
重要原材料为碳素构造钢和合金构造钢管坯，年产25万t热轧无缝钢管工程建成后年需无缝钢管圆管坯27.82万t，金属收得率89.87％
2、产品方案及金属平衡
2.1产品方案
新建φ250mm热轧无缝钢管机组工程，主轧机机型为新型狄塞尔轧管机，设计筹划年产φ177-273mm、壁厚6.0-30mm热轧无缝钢管25万t。
重要品种有：
石油套管管体、石油套管接箍料、管线管、液压支架管、汽车半轴套管、高压锅炉管、低中压锅炉管、高压气瓶管管体、流体输送管、构造管等。
车间产品方案见表2－1。
2.1.1产品品种、原则和钢级（钢号）
2.1.1.1石油套管管体及接箍料
原则：
APISPEC5CT-
钢级：
J55、K55、N80、L80、C75、C90、C95、P110、Q125
2.1.1.2管线管
原则：
APISPEC5L-
A25级Ⅰ类，A25级Ⅱ类，A，B，X42，X46，X52，X56，X60，X65，X70，X80；
2.1.1.3液压支架管
原则：
GB/T17396－1998
钢号：
30#、45#、40Cr、27SiMn
2.1.1.4汽车半轴套管
原则：
YB/T5035－1996
钢号：
20、45、45Mn2
2.1.1.5高压锅炉管
原则：
GB5310－1995
钢号：
20G、12Cr1MoVG、T91
2.1.1.6低中压锅炉管
原则：
GB3087-1999
钢级：
10、20
2.1.1.7高压气瓶管管体
原则：
GB18248-
钢号：
34Mn2V、30CrMo、35CrMo
2.1.1.8输送流体管
原则：
GB/T8163-1999
钢级：
10、20、Q295、Q345
2.1.1.9构造管
原则：
GB/T8162-1999
钢级：
10、20、45、16Mn、30CrMnSiA、45Mn2、35CrMo；
表2-1Φ250mm新型狄塞尔轧管机组产品方案
序号
品种
原则
代表钢号
代表规格
（直径×壁厚×长度）
年产量
（t）
1
石油套管管体及接箍料
API5CT
J55、N80、P110
Φ177－273.1×6.2—22.23
×4880-14630
150000
2
管线管
API5L
A、B、X42-X70
Φ177－273.1×6.2—22.23
×6000、1、15000
5000
3
液压支架管
GB/T17396－1998
30#、45#、40Cr、27SiMn
Φ177-273×7—30×6000-1
5000
4
汽车半轴套管
YB/T5035－1996
20、45、45Mn2
Φ177-219×6—30×7000-1*
5
高压锅炉管
GB5310－1995
20G、12Cr1MoVG、T91
Φ177－273×6－30×3000－1
5000
6
中低压锅炉管
GB3087-1999
10、20
Φ177－273×6－30×3000－1
6000
7
高压气瓶管管体
GB18248-
34Mn2V、30CrMo、35CrMo
Φ177－273×6－30×3000－1
8
构造管
GB/T8162-1999
20、45、16Mn、45Mn2、35CrMo
Φ177－273×6－30×3000－1
50000
9
输送流体管
GB/T8163-1999
10、20
Φ177－273×6－30×3000－1
25000
小计
2.2管坯料供应及金属平衡
车间采用连铸圆管坯代表钢种（钢级）：
J55、K55、N80、L80、C75、C90、C95、P110、Q125、10、20、45、16Mn、40Cr、27SiMn、20G、12Cr1MoVG、T91、45Mn2、35CrMo、34Mn2V、30CrMo、35CrMo、Q295、Q345、A25级Ⅰ类，A25级Ⅱ类，A，B，X42，X46，X52，X56，X60，X65，X70，X80等。
管坯规格：
直径：
Φ220、280mm，
长度：
4000～10000mm
管坯年需要量：
27.82万吨
金属消耗系数：
1.113
3轧钢工艺及设备
3.1轧钢生产工艺
3.1.1轧钢生产工艺流程简述
按照生产筹划，用行车将库房中管坯吊到锯机前上料台上，按工艺条件锯切到规定坯料长度，然后输入锯机锯切。
锯切后坯料再用行车吊到环形加热炉前入炉台架上。
暂时不入炉加热管坯，行车吊到堆料场定置堆放；
行车吊到环形加热炉前台架上逐支入炉加热，当管坯加热温度达1230℃-1270℃时,用出钢机从炉子中夹出加热后坯料放在斜台上，坯料靠自重滚到出炉辊道上；
出炉辊道把热坯料输送到穿孔机前台受料槽中,推钢机把圆管坯推入旋转轧辊孔型中穿孔轧制。
圆管坯被轧辊咬入时，推钢机回退到原始位置。
圆管坯在轧辊和顶头作用下，穿孔成规定几何尺寸空心毛管；
穿孔完毕，毛管从后台输出；
穿孔毛管由运送装置运送至轧管机前芯棒预装台，向毛管内插入被润滑芯棒。
机械手将插入芯棒毛管运送至轧管机前台，启动送料小车将毛管推入孔型中限动轧制。
毛管在轧辊、导盘和芯棒构成孔型作用下，减径减壁轧制成荒管；
轧制完毕后荒管从轧管机后台输出；
需要常化解决荒管在再加热炉前冷床上冷却到后入再加热炉内加热；
加热后荒管输送到定径机前高压水除鳞，再运送到14机架三辊定径机定径；
不需要再加热荒管直接输送到定径机前高压水除鳞，再运送到14机架三辊定径机定径；
定径后钢管即为符合产品原则直径和壁厚热态无缝钢管；
钢管定径后再输入冷床上冷却至温度≤150℃；
冷床上冷却后钢管输送到矫直机矫直；
矫直后钢管再经排管锯锯头尾、定尺分断锯切；
钢管再经铣头倒棱、吸灰、无损探伤、检查、标记、包装入库堆放。
钢管表面有轻微缺陷钢管进行修磨后再检查、标记和包装入库。
表面需要涂防锈漆钢管，涂漆干燥后包装入库；
3.1.2生产工艺流程框图
生产工艺流程框图见图3.1
图3.1轧钢工艺流程框
3.1.3轧机工作制度和年工作小时
车间轧机三班持续工作制度，年工作时间见表3-1。
表3-1轧机年工作时间表
日
历
天
数
非工作日
规定工
作时间
工
作
制
度
其他停工时间
年
工
作
小
时
节假日
大
修
中
修
小
修
交接班
合
计
各种事故
%
换辊及其他%
共计
d
h
%
h
365
10
12
7
16
20
65
300
7200
三班制
9
7.67
16.67
1200
6000
全年可工作周数：
[365-（10+12+7）]÷7=48周
每周减去小修后生产班数：
3×7-1=20班
小修为每周一班，全年折合天数（48×8）÷24=16天
交接班每班为0.5小时
全年折合天数为（0.5×20×48）÷24=20天
其他停工时间：
各种事故电气事故3%
机械事故3%
操作事故3%
换辊和其他换辊2.5%
换规格2.5%
其他小停2.67%
3.1.4生产能力
负荷计算汇总见表3—2
表3—2 负荷计算汇总
项目
单位
数量
备注
年规定工作小时
h
7200
年有效工作时间
h
6000
机组作业率
%
75
机组纯工作时间
h
4954
机组小时产量
t/h
54.865
平 均
本工程设计年生产能力见表3—3
表3—3生产能力
加热炉能力（t/h）
坯料规格（mm）
工作小时（h）
年产量（t/y）
120
4954
278180
220
280
重量损失：
坯料加热重量损失系数：
2.5%
切头及废品：
7.63%
机组极限:
加热炉能力：
120t/h
最大坯料长度：
4500mm
穿孔机后最大空心毛管长度：
10000mm
轧管机后最大钢管长度：
19000mm
定径机后最大钢管长度：
23600mm
3.1.5车间产品质量
车间产品质量指标见表3-4
表3-4产品质量指标
序号
项目
质量指标
备注
1
外径精度
±0.5%D
名义直径，定径机轧辊为新辊
2
壁厚精度
壁厚平均值,按照普通2б记录办法
6＜S＜7.5mm
±8.5%
7.5≤S＜10.0mm
±7.5%
10.0≤S＜13.0mm
±6.5%
S＞13mm
±5.5%
3
内外表面
光洁光滑
4
定尺或范畴定尺率（%）
>80
按照工艺筹划投料
3.1.6重要技术经济指标
车间重要技术经济指标见表3-5
表3-5车间重要技术经济指标
序号
项目
单位
数量
备注
1
年产量
t
250000
2
年需管坯量
t
278758
3
设备重量
t
5604.93
其中：
工艺操作设备重量
t
4954.06
起重运送设备
t
650.87
4
电气设备总装机容量
kw
21898
其中：
直流容量
kw
12600
5
主厂房车间建筑面积
M2
46116
6
年工作时间
h
6000
7
职工人数
人
400
其中：
生产工人
人
374
8
货品运送量
万t
56.3733
其中：
运入
万t
28.1933
运出
万t
28.18
9
每吨钢管消耗指标
管坯
T
1.113
燃料
GJ
3.1
电
kwh
135
水
M3
28
高压水
M3
1
压缩空气
NM3
26
氧气
NM3
0.07
氮气
NM3
1.6
轧辊、工具
kg
4.5
液压润滑油
kg
1.5
耐火材料
kg
2
3.1.8轧钢工艺平面布置
轧钢工艺平面布置见附图1。
φ250mm新型狄塞尔轧管机组重要生产工艺设备布置在四个相邻跨间内，主厂房AB、BC、和DE跨为30m，CD跨为36m。
AB、BC、和DE跨起重吊车轨面标高为+9m，CD主轧跨起重吊车轨面标高为+10m。
在轧钢工艺平面布置方案中：
DE跨布置设备有：
管坯库、带锯机、环形加热炉一某些、热定心机；
CD跨布置设备有：
环形加热炉一某些、穿孔机、新型狄塞尔轧管机、再加热炉、定径机、冷床、矫直机、排管锯断机等重要设备。
BC跨布置设备有：
铣头倒棱机、切管机、吹吸灰装置、无损探伤机、钢管表面和几何尺寸检查台、测长称重标记装置等设备。
离线布置设备有钢管表面缺陷修磨台、改尺切管机等。
成品库房设计在AB跨。
在AB跨预留有：
钢管水压实验机、钢管表面涂漆机布置位置。
主厂房内设计有机组操作室、电磁站、仪表室等。
在主厂房C柱列侧面设计有高压室、主电室、空气压缩机站和再加热炉烟囱；在主厂房E柱列侧面设计有环形加热炉烟囱、铁皮沉淀池（旋流池）、水解决等构筑物。
车间主电室设计在C柱列侧面，接近重要用电机组，缩短供电线路，减少工程投资，减少输电损失。
3.2轧钢重要设备选型及性能
3.2.1工艺方案拟定及特点
生产直径Φ177～273.1mm石油套管管体、石油套管接箍料、管线管、液压支架管、汽车半轴套管、高压锅炉管、低中压锅炉管、高压气瓶管管体、流体输送管、构造管等。
国内外已经广泛地采用自动轧管机组和限动芯棒连轧管机组，在国内还采用Accu—Roll轧管机组和改进型狄塞尔轧管机组生产。
投产实践证明了生产石油套管管体、石油套管接箍料、管线管、液压支架管、汽车半轴套管、高压锅炉管、低中压锅炉管、高压气瓶管管体、不锈钢管等高品位产品质量优、几何尺寸精度高、机械性能好等特点。
Accu—Roll轧管机组亦可称为新型狄塞尔轧管机组。
由于新型狄塞尔轧管机组产品质量优、几何尺寸精度高、机械性能好、品种适应性强、生产钢种范畴广、小批量生产灵活、基本建设投资小、建设速度快、年产量适中档优势，当前已经被建设业主首选。
本设计依照产品方案、工程投资和25万t年产量及API和其她专用管质量原则选取下面生产工艺和设备：
管坯带锯机锯断+环形炉加热+锥形辊穿孔机穿孔毛管+新型狄塞尔轧管机轧制荒管+（再加热加热）+14机架三辊微张力定径机定径+步进式冷床冷却+高精度矫直机矫直+排管锯锯断+铣头倒棱机铣头倒棱+无损探伤检查生产工序。
本工艺热金属重要变形轧机是锥形辊穿孔机、新型狄塞尔轧管机和三辊微张力定径机。
老式狄塞尔轧管机有两个桶形轧辊和两个积极导盘。
这样轧机在世界上有四台运营，一是西德科克斯公司设计制造，分别安装于英国英吉利无缝钢管公司、美国普雷茅斯钢管公司和意大利法耳克公司三台轧机；二是国内鞍山钢铁公司自己设计制造投产于1970年狄塞尔轧管机。
普雷茅斯和法耳克两台轧机采用了限动芯棒轧制。
狄塞尔轧机虽然能轧制壁厚精度高钢管，但延伸值在1.3～1.5左右，轧制速度0.4～0.5m/s，曼式辊型附加变形大，产品质量和产量都限制了这种轧机发展。
上个世纪80年代末90年代初浮现Accu—Roll轧管机，采用了具备五十近年历史狄赛尔斜轧延伸工艺,集中了狄赛尔轧管机、阿塞尔轧管机和当代MPM持续轧管机某些先进技术,装备两个积极大导盘支承导向、大辗轧角抑制附加变形及纠偏均壁、线外预装芯棒及限动轧制，结合先进电子技术和孔型设计，成为当前先进斜轧延伸机。
Accu—Roll轧管机组长处：
—适应多品种、多规格、生产灵活。
可以有效轧制API钢级石油管等各种普通材和专用管材。
产品规格从φ76mm可以到φ325mm。
—能轧制薄壁管，轧制钢管D/S值可达36，金属延伸系数可达2.3。
—产品壁厚精度高，内外表面质量优良。
—金属变形机组少，节约工程投资。
本设计采用连铸圆管坯，质量好，成本低；采用带锯机锯断管坯，锯断端面整洁；采用环形炉加热管坯，加热温度均匀，能耗低；采用锥形辊穿孔机，穿孔延伸系数大，与轧管机分派变形量容易和合理，穿孔效率高，穿孔壁厚均匀；采用限动芯棒新型狄塞尔轧管机，轧管延伸系数大，壁厚均匀，内外表面质量好，实现双倍尺轧制，工具消耗量小；采用14机架三辊微张力定径机定径，外径精度高，壁厚增厚量得到有效控制，定径钢管头尾直度高；采用先进精整设备，保证管体质量好，生产效率高。
采用可编程序控制器（PLC）实现基本自动化控制，在保证完毕工艺规定功能状况下，简化自动控制系统。
基本自动化控制实现加热炉区自动控制；生产线上各个区域设备动作顺序控制、位置控制；各轧机之间工艺操作和设备动作联锁控制。
3.2.2重要设备选取
本设计选取重要设备如下：
热轧生产线选取：
管坯带锯机、环形加热炉、锥形辊穿孔机、限动芯棒新型狄塞尔轧管机、（步进式再加热炉）、14机架三辊微张力定径机、步进式冷床。
钢管精整线选取：
6辊全传动矫直机、硬质合金镶齿圆盘排管冷锯机、铣头倒棱机、（切管机）、吸灰装置、管体无损探伤机、检查台、测长称重喷印装置。
离线布置有钢管修磨台、改尺切管机、水压实验机和钢管表面涂漆机等设备。
重要设备构成详见表3－6。
表3—6车间重要设备表
序号
设备名称
数量
备注
一、轧钢工艺设备
锯机组
8套
环形加热炉
1座
锥形辊斜轧穿孔机
1台
穿孔机至轧管机运送机
1套
新型狄塞尔轧管机
1台
芯棒循环、冷却、润滑、预穿装置
1套
再加热炉前链式常化冷床
1座
可选取
步进式再加热炉
1座
可选取
高压水除鳞装置
1套
14机架微张力定径机
1台
热锯机
1台
步进式冷床
2座
钢管矫直机
1台
排管锯
2台
铣头倒棱机
2组
切管机
1组
吸灰装置
1套
漏磁+涡流探伤机组
1台
检查台
1座
钢管测长、称重、标记机组
1套
钢管外表面修磨机
1套
改尺切管机
1套
钢管打捆装置
1套
钢管水压实验机组
1台
预留
钢管涂漆机组
1台
预留
二、车间内运送设备
10+10t桥式双梁行车
3
10t桥式双梁行车
1
10+10t桥式双梁行车
1
16/3.2t吊钩桥式起重机
1
32/5t桥式双梁行车
2
10+10t桥式双梁行车
1
5+5t桥式双梁行车
1
5+5t桥式双梁行车
6
5+5t宽轨过跨车
3
3.2.3金属重要变形轧机设备性能
1）穿孔机
a设备构成
穿孔机组重要设备有：
穿孔机前台、坯料推入机、锥形辊穿孔机主机、穿孔机主传动装置、穿孔机后台一段、穿孔机后台二段、液压站、润滑站等。
b设备技术性能
机型锥形辊
管坯直径φ220，φ280㎜
长度1400～4500㎜
最大重量2038㎏
钢级炭素、合金构造钢及石油管钢
毛管 直径 φ230～294㎜
壁厚 12.5～36.5㎜
长度5500～10000㎜
轧辊喉径处最大直径1150㎜
喉径处最小直径1000㎜
长度750㎜
辗轧角10°—15°
喂入角5°—12°
导盘根部最大直径2600㎜
主传动电机DC功率1400×4KW
转速450/750rpm
导盘电机DC功率120/240KW
转速450/1500rpm
2）新型狄塞尔轧管机
a设备构成
轧管机组重要设备有：
轧管机前穿孔毛管横移运送机、毛管对齐辊道、芯棒预装台、芯棒毛管步进机、轧机入口台、轧机主机、主传动、芯棒限动装置、芯棒冷却前辊道、芯棒冷却装置、芯棒返回定位输送装置、芯棒润滑装置、新芯棒上料台、旧芯棒下料台、轧机出口台、轧制荒管输出辊道等。
b设备技术性能
机型新型狄塞尔轧管机
毛管直径φ230～294㎜
壁厚12.5～36.5㎜
长度5500～10000㎜
最大重量2038㎏
钢级炭素、合金构造钢及石油管钢
荒管直径φ236～289㎜
壁厚5.84～29.83㎜
长度10430～19000㎜
轧辊喉径处最大直径1150㎜
喉径处最小直径1000㎜
长度750㎜
辗轧角10°～15°
喂入角5°～12°
芯棒工作段长度4900㎜
芯棒总长度16200㎜
轧辊主传动电机DC功率1400×4KW
转速450/750rpm
导盘最大直径约2600㎜
导盘电机DC功率120/240KW
转速450/1500rpm
3）定径机
a设备构成
重要设备有：
输入辊道、定径机机架和机座、主传动系统、轧辊机架更换系统、输出辊道、稀油站、液压站等。
b设备重要技术性能
构造型式：
14架三辊单独传动微张力定径机,配备自动迅速换辊装置。
定径钢级炭素、合金构造钢和石油管钢
荒管直径φ236～289㎜
壁厚5.84～29.63㎜
长度9437～18878㎜
成品钢管直径177.3～273.1㎜
壁厚6～30.00㎜
长度最长23600㎜
主电机DC功率210×14KW
转速650/1500rpm
4工业炉
车间设计一座管坯环形加热炉和一座钢管定径再加热炉（可选取）。
工作制度，三班持续工作制，年额定工作时间7200小时。
二座加热炉均采用发生炉冷煤气作燃料。
4.1环形加热炉
a设备构成
重要由上料台架、（称量装置）、装料机、环形加热炉及炉底传动机械、出料机、出炉运送辊道、废管坯收集料筐等
b设备性能
加热钢种（钢级）J55、N80、L80、C75、C90、C95、P110、Q125、10、20、45、16Mn、45Mn2、35CrMo、Q295、Q345、A25级Ⅰ类，A25级Ⅱ类，A，B，X42，X46，X52，X56，X60，X65，X70，X80等。
加热管坯规格φ220，φ280㎜
加热管坯长度1400～4500㎜
管坯单根最大重量2088kg
炉子平均直径约28000㎜
炉底有效宽度约4700㎜
最大小时产量120吨
2）步进式再加热炉（可选取）
a设备构成
过度台、输入辊道、步进式加热炉、出炉辊道、炉底机械、高压水除鳞装置构成。
b设备重要性能
炉子用途：
钢管定径前再加热
加热钢级炭素、合金构造钢及石油管钢
加热荒管直径φ236～289㎜
壁厚5.84～29.83㎜
长度9437～18878㎜
最大重量1600㎏
炉底有效长度11.8米
炉底有效宽度20米
燃料：
发生炉煤气
5电气传动及自动化
5.1电力负荷
本项目总装机容量21898KW，车间内装机容量20325KW。
5.2供配电系统
低压配电采用放射式配电系统。
整个配电系统严格按照钢铁公司电力设计条例及轧钢安全规程规定，对一类负荷、二类负荷供电。
5.3电气传动
5.3.1主传动
车间内主传动电机皆为直流，尚有其他较小直流电动机等，皆由各自全数字直流装置供电，并设立在主电室或相应电磁站内。
5.3.2辅传动
辅传动装置将依照工艺规定分为如下几类：
交流调速性能规定较高辅传动交流电机，采用矢量控制（VC）型变频器供电。
交流调速性能规定普通辅传动交流电机采用频率控制（FC）型变频器供电。
不调速交流电机采用电动机控制中心（MCC）供电，MCC柜选用有较高技术性能指标和造价相对较低低压固定式开关柜。
5.4自动化系统
整个生产线均只设立基本自动化一级，其功能是对生产工艺设备控制、联锁、报警等。
生产调节设备只设立手动，但可在操作台上设立数显装置，监控调节过程。
基本自动化级依照工艺流程、设备分布状况及生产特点，采用多区别散控制原则设立，各系统进行独立控制，保证生产持续。
原则上每个机组各设立一套PLC，完毕各自所管辖范畴内基本自动化功能。
6公辅设施
6.1高压供配电设施
车间总装机容量21898KW，车间、水系统、空压站分别供电。
6.2给排水设施
本设计重要有如下给排水系统：
工业新水给水系统；
间接冷却水（净环水）系统；
直接冷却水（浊环水）系统；
安全供水系统；
生产废水、雨水排水系统；
生活污水排水系统。
6.3
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