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通钢集团磐石无缝钢管有限责任公司250mm新型狄塞尔热轧无缝钢管机组技术方案1、技术方案概况250mm热轧无缝钢管机组，设计年产25万t热轧无缝钢管，直径177-273mm，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、结构管等。重要原材料为碳素结构钢和合金结构钢管坯，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89.872 、产品方案及金属平衡2.1 产品方案新建250mm热轧无缝钢管机组工程，主轧机机型为新型狄塞尔轧管机，设计计划年产177-273mm、壁厚6.0-30mm的热轧无缝钢管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、结构管等。车间产品方案见表21。2.1.1产品品种、标准和钢级（钢号）2.1.1.1石油套管管体及接箍料标准：API SPEC 5CT-2023钢级：J55、K55、N80、L80、C75、C90、C95、P110、Q1252.1.1.2管线管标准：API SPEC 5L-2023 A25级类，A25级类，A，B，X42，X46，X52，X56，X60，X65，X70，X80；2.1.1.3液压支架管标准：GB/T173961998钢号：30#、45#、40Cr、27SiMn2.1.1.4汽车半轴套管标准：YB/T50351996钢号：20、45、45Mn22.1.1.5高压锅炉管标准：GB53101995钢号：20G、12Cr1MoVG、T912.1.1.6低中压锅炉管标准：GB3087-1999钢级：10、202.1.1.7高压气瓶管管体标准：GB18248-2023钢号：34Mn2V、30CrMo、35CrMo 2.1.1.8输送流体管标准：GB/T8163-1999钢级：10、20、Q295、Q3452.1.1.9结构管标准：GB/T8162-1999钢级：10、20、45、16Mn、30CrMnSiA、45Mn2、35CrMo；表2-1 250mm新型狄塞尔轧管机组产品方案序号品种标准代表钢号代表规格(直径壁厚长度)年产量（t）1石油套管管体及接箍料API 5CTJ55、N80、P110177273.16.222.234880-146301500002管线管API 5LA、B、X42-X70177273.16.222.236000、12023、1500050003液压支架管GB/T17396199830#、45#、40Cr、27SiMn177-2737306000-1202350004汽车半轴套管YB/T5035199620、45、45Mn2177-2196307000-12023*20235高压锅炉管GB5310199520G、12Cr1MoVG、T9117727363030001202350006中低压锅炉管GB3087-199910、2017727363030001202360007高压气瓶管管体GB18248-202334Mn2V、30CrMo、35CrMo17727363030001202320238结构管GB/T8162-199920、45、16Mn、45Mn2、35CrMo177273630300012023500009输送流体管GB/T8163-199910、2017727363030001202325000小计2500002.2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级类，A25级类，A，B，X42，X46，X52，X56，X60，X65，X70，X80等。管坯规格：直 径： 220、280mm，长 度： 400010000 mm管坯年需要量： 27.82万吨金属消耗系数： 1.1133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计划，用行车将库房中的管坯吊到锯机前的上料台上，按工艺条件锯切到规定的坯料长度，然后输入锯机锯切。锯切后的坯料再用行车吊到环形加热炉前入炉台架上。暂时不入炉加热的管坯，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的坯料放在斜台上，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的轧辊孔型中穿孔轧制。圆管坯被轧辊咬入时，推钢机回退的到原始位置。圆管坯在轧辊和顶头的作用下, 穿孔成规定几何尺寸的空心毛管；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的芯棒。机械手将插入芯棒的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、导盘和芯棒组成的孔型的作用下，减径减壁轧制成荒管；轧制完毕后的荒管从轧管机的后台输出；需要常化解决的荒管在再加热炉前的冷床上冷却到后入再加热炉内加热；加热后的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；不需要再加热的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；定径后的钢管即为符合产品标准直径和壁厚的热态无缝钢管；钢管定径后再输入冷床上冷却至温度150；冷床上冷却后的钢管输送到矫直机矫直；矫直后的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的钢管进行修磨后再检查、标记和包装入库。表面需要涂防锈漆的钢管，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连续工作制度，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 间工作制度其它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%换辊及其它%合计dh%h365101271620653007200三班制97.6716.6712006000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：37-1=20班小修为每周一班，全年折合天数（488）24=16天交接班每班为0.5小时全年折合天数为（0.52048）24=20天其它停工时间：各种事故 电气事故 3% 机械事故 3% 操作事故 3%换辊和其它 换辊 2.5% 换规格 2.5% 其它小停 2.67%3.1.4生产能力负荷计算汇总见表32表32负荷计算汇总项目单位数量备 注年规定工作小时h7200年有效工作时间h6000机组作业率%75机组纯工作时间h4954机组小时产量t/h54.865平均本工程设计的年生产能力见表33表33 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）1204954278180220280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: 120 t/h最大坯料长度: 4500 mm 穿孔机后最大空心毛管长度: 10000 mm 轧管机后最大钢管长度： 19000 mm定径机后最大钢管长度： 23600 mm3.1.5 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,按照通常的2记录方法6S7.5 mm8.5 %7.5S10.0 mm7.5 %10.0S13.0 mm6.5 %S13 mm5.5 %3内外表面光洁光滑4定尺或范围定尺率（%）80按照工艺计划投料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t2500002年需管坯量t2787583设备重量t5604.93其中：工艺操作设备重量t4954.06起重运送设备t650.874电气设备总装机容量kw21898其中：直流容量kw126005主厂房车间建筑面积M2461166年工作时间h60007职工人数人400其中：生产工人人3748货品运送量万t56.3733其中：运入万t28.1933运出万t28.189每吨钢管消耗指标管坯T1.113燃料GJ3.1电kwh135水M328高压水M31压缩空气NM326氧气NM30.07氮气NM31.6轧辊、工具kg4.5液压润滑油kg1.5耐火材料kg23.1.8轧钢工艺平面布置轧钢工艺平面布置见附图1。250mm新型狄塞尔轧管机组重要生产工艺设备布置在四个相邻的跨间内，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跨布置的设备有：管坯库、带锯机、环形加热炉的一部分、热定心机；CD跨布置的设备有：环形加热炉的一部分、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跨布置的设备有：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。离线布置的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、钢管表面涂漆机的布置位置。主厂房内设计有机组操作室、电磁站、仪表室等。在主厂房C柱列的侧面设计有高压室、主电室、空气压缩机站和再加热炉烟囱；在主厂房E柱列的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柱列的侧面，靠近重要用电机组，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F177273.1mm的石油套管管体、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、结构管等。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，在我国还采用AccuRoll轧管机组和改善型狄塞尔轧管机组生产。投产的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、不锈钢管等高端产品的质量优、几何尺寸精度高、机械性能好等特点。AccuRoll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、生产的钢种范围广、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，目前已经被建设业主首选。本设计根据产品方案、工程投资和25万t年产量及API和其他专用管质量标准选择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+高精度的矫直机矫直+排管锯锯断+铣头倒棱机铣头倒棱+无损探伤检查的生产工序。本工艺热金属的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。传统的狄塞尔轧管机有两个桶形轧辊和两个积极导盘。这样的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的三台轧机；二是我国鞍山钢铁公司自己设计制造投产于1970年的狄塞尔轧管机。普雷茅斯和法耳克的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的钢管，但延伸值在1.31.5左右，轧制速度0.40.5m/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的发展。上个世纪80年代末90年代初出现的AccuRoll轧管机，采用了具有五十数年历史的狄赛尔斜轧延伸工艺,集中了狄赛尔轧管机、阿塞尔轧管机和现代的MPM连续轧管机的一些先进技术,装备两个积极大导盘支承导向、大辗轧角克制附加变形及纠偏均壁、线外预装芯棒及限动轧制，结合先进的电子技术和孔型设计，成为目前先进的斜轧延伸机。AccuRoll轧管机组的优点：适应多品种、多规格、生产灵活。可以有效的轧制API钢级的石油管等各种普通材和专用管材。产品规格从76mm可以到325mm。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，节省工程投资。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，锯断端面整齐；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的控制，定径钢管头尾直度高；采用先进的精整设备，保证管体质量好，生产效率高。采用可编程序控制器(PLC)实现基础自动化控制，在保证完毕工艺规定的功能情况下，简化自动控制系统。基础自动化控制实现加热炉区自动控制；生产线上各个区域的设备动作顺序控制、位置控制；各轧机之间的工艺操作和设备动作的联锁控制。3.2.2 重要设备选择本设计选择的重要设备如下：热轧生产线选择：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。钢管精整线选择：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。 重要设备组成详见表36。表36 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座可选择步进式再加热炉1座可选择高压水除鳞装置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310t桥式双梁行车110+10t桥式双梁行车116/3.2t吊钩桥式起重机132/5t桥式双梁行车210+10t桥式双梁行车15+5t桥式双梁行车15+5t桥式双梁行车65+5t宽轨过跨车33.2.3金属重要变形轧机的设备性能1）穿孔机a设备组成穿孔机组的重要设备有：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 220，280长度 14004500最大重量 2038钢级 炭素、合金结构钢及石油管钢毛管 直径 230294壁厚 12.536.5 长度 550010000 轧辊 喉径处最大直径 1150 喉径处最小直径 1000 长度 750 辗轧角 1015喂入角 512导盘 根部最大直径 2600主传动电机 DC 功率 14004 KW 转速 450/750 rpm导盘电机 DC 功率 120/240 KW 转速 450/1500rpm2）新型狄塞尔轧管机a设备组成轧管机组的重要设备有：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 230294 壁厚 12.536.5 长度 550010000 最大重量 2038钢级 炭素、合金结构钢及石油管钢荒管 直径 236289 壁厚 5.8429.83 长度 1043019000 轧辊 喉径处最大直径 1150 喉径处最小直径 1000 长度 750 辗轧角 1015喂入角 512芯棒工作段长度 4900 芯棒总长度 16200 轧辊主传动电机 DC 功率 14004KW 转速 450/750rpm导盘最大直径 约2600 导盘电机 DC 功率 120/240 KW 转速 450/1500rpm3）定径机a设备组成重要设备有：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设备重要技术性能结构型式：14架三辊单独传动微张力定径机,配备自动快速换辊装置。定径钢级 炭素、合金结构钢和石油管钢荒管 直径 236289 壁厚 5.8429.63 长度 943718878成品钢管直径 177.3273.1 壁厚 630.00 长度 最长23600 主电机 DC 功率 21014KW 转速 650/1500rpm4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（可选择）。工作制度，三班连续工作制，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设备组成重要由上料台架、（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级类，A25级类，A，B，X42，X46，X52，X56，X60，X65，X70，X80等。加热管坯规格 220, 280加热管坯长度 14004500管坯单根最大重量 2088 kg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（可选择）a设备组成过度台、输入辊道、步进式加热炉、出炉辊道、炉底机械、高压水除鳞装置组成。 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、合金结构钢及石油管钢加热荒管直径 236289 壁厚 5.8429.83 长度 943718878 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 本项目的总装机容量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的规定，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，尚有其它较小的直流电动机等，皆由各自的全数字直流装置供电，并设立在主电室或相应的电磁站内。5.3.2辅传动辅传动装置将根据工艺规定分为以下几类：交流调速性能规定较高的辅传动交流电机，采用矢量控制（VC）型变频器供电。交流调速性能规定一般的辅传动交流电机采用频率控制（FC）型变频器供电。不调速的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的低压固定式开关柜。5.4自动化系统整个生产线均只设立基础自动化一级，其功能是对生产工艺设备的控制、联锁、报警等。生产调整设备只设立手动，但可在操作台上设立数显装置，监控调整过程。基础自动化级根据工艺流程、设备的分布状况及生产特点，采用多区分散控制的原则设立，各系统进行独立的控制，保证生产连续。原则上每个机组各设立一套PLC，完毕各自所管辖范围内的基础自动化功能。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以下给排水系统：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燃气设施加热炉使用的燃料为发生炉煤气。发生炉煤气由新建的煤气站提供。6.4 氧气设施氧气设氧气瓶储存间。6.5热力设施本工程热力设施涉及: 空压站，高压水除鳞泵站，车间内、外部热力管道。6.6通风设施车间内各操作室，电磁站均设有空气调节设施，根据各室内设备、人体发热量以及环境温度，选用分体式空调机，用于消除室内余热，保证设备的正常稳定工作和改善工人的工作环境。人体通风：为防止高温辐射热的影响，在车间内各重要高温操作区均设有移动式风机,以改善工人的工作环境。6.7电讯根据工艺规定及生产需要，通信部分设立自动电话、调度电话、工业电视、火灾报警等设施。7土建热轧管车间辅助设施涉及:高压配电室、主电室、电磁站、高压水泵站、操作室、铁皮坑、办公室、浴室、厕所、食堂、更衣室、水解决、空压站等。8总图运送总图运送重要技术经济指标见表8-1表8-1 总图运送重要技术经济指标序号指标名称单位数量备注一、工程占地m2900001.其中：主厂房占地m2461162.公辅设施占地m2300003.道路占地m213884二、车间运送量万t563733其中：运入万t281933运出万t2818三、绿地率%209环境保护车间重要污染源、污染物及其控制方案9.1废气各个加热炉采用发生炉煤气作燃料,燃烧废气经高烟囱排放,废气中含很少量的SO2，可以满足排放标准的规定。9.2废水车间产生冲氧化铁皮废水，重要含悬浮物和油。废水进入浊环水解决系统，经解决后循环使用。少量排水进入车间含油废水集中解决站进行解决达标后排放。9.3噪声钢管轧制、钢管收集及上下料时产生噪声，工程其它产生噪声的设备重要有：空压机、加热炉风机、循环水泵等。车间工艺平面布置及工艺设备设计均较好地考虑了减少噪声，工艺平面布置连续，消除上下料时产生噪声。收集料槽为缓冲料槽，以减少钢管冲击噪声。加热炉风机设有消声器，厂房建筑可减轻噪声对环境的影响。9.4固体废物及处置本工程产生的固体废物重要有：氧化铁皮、切头及废品、废耐火材料等。切头、废品及铁屑销售给炼钢厂作原料炼钢，废耐火材料等凡能综合运用的考虑综合运用，暂不能运用的运往渣场弃置。水解决系统收集的废油统一回收解决后运用。9.5绿化绿化率约为20%。9.6环境监测与环境保护管理由环境保护管理机构及环境监测站负责车间的环保管理和环境监测工作。9.7环保投资估算本设计环保治理设施的投资，已经涉及在相应通风、给排水、水解决等项目中。9.8环境影响简要分析本工程设计环保措施行之有效，各种污染源和污染物能得到有效的治理，能运用的废物均得到充足运用，外排废气、废水均可达标排放。10、消防本设计的消防措施：建筑物的平面布置及防火间距满足防火规范的规定，车间周边设有环状道路并与外部道路相通，车间道路旁设有消防栓及消防水管。轧钢车间火灾危险性类别为丁类，耐火等级均不低于二级。主电室、液压站火灾危险性类别为乙类，建筑物的耐火等级均不低于一级。地下液压站设有火灾自动报警系统和七氟丙烷灭火控制系统。灭火控制系统重要对地下液压站进行火警监测，并能按消防规范规定进行灭火控制，该灭火系统现场控制盘设立在液压站出口附近。火灾自动报警系统由感温、感烟探测器、手动报警按钮、声光报警器和联动控制模块等组成。火灾自动报警系统能对各个防火分区的风机和空调机进行相应的联动控制，火灾自动报警控制器设立在附近操作室。地下液压站设有七氟丙烷 全淹没自动灭火设施。各操作室，电磁站均配置手提式干粉灭火器。11投资估算11.1.机械设备12500万11.2.起重设备1700万11.3.电气设备2023万11.4.主厂房6000万11.5.其它2800万合计25000万12、 附图250mm新型狄塞尔热轧无缝钢管机组轧钢工艺平面布置图。二七年二月二十七日