宝钢Φ40mm机组装备条件下Φ603×645mm油井管的开发设计说明84786923.doc
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1、装订线宝钢f140mm机组装备条件下f60.36.45mm油井管的开发摘要石油在航空航天、军事、工业、农业和人们的生产生活中扮演着重要的角色,是促进国民经济和工业现代化的重要物质基础。油井套管的开发设计是为了更好的利用石油资源,具有战略意义。2004年我国油井管总产量超过180万吨,占无缝钢管总产量的17.62%。国内市场占有率超过80%,全年油井管出口344万吨,进口322万吨,出口超过进口,已连续2年成为净出口产品。为满足使用要求,除了对油井管用钢的化学成分、力学性能、冶金质量有严格的要求外,对制成品的外径、内径、壁厚、圆度、直径及螺纹参数、密封性能和结构完整性等也有严格的要求。根据设计说
2、明书的要求,本论文基于宝钢钢管厂f140全浮动芯棒连轧机组装备条件,对一个典型规格f60.36.45mm油井套管产品进行设计。本设计包括机组设备的主要参数,产品的金属平衡,产品生产工艺的介绍,产品的轧制表及调整参数的计算,工具设计及孔型的确定,轧机的生产能力计算,设备的强度及电机的能力校核及产品的经济技术指标。其重点是产品的轧制表的编写及调整参数的计算、孔型及工具设计、设备强度以及电机能力的校核。关键词:全浮动芯棒连轧机组;油井管;轧制工艺 ;轧制表;工具设计 Design of f60.36.45mm petroleum casting tube under the equipment co
3、nditions of the f140mm mandrel mill in Bao steelAbstractOil in the air space 、 military 、 industrial 、 agricultural 、production and peoples daily life play an important role ,and its the important matter to promote the industrial modernization. the casing of development is designed to better use of
4、oil resources and strategically. In our countrys total output of oil wells is more than 180W tons, the total of steel tube to 17.62%. Domestic market share than 80% of total exports 344W tons of oil wells, the import and export exceed import 322W tons, for two years to become a net exports. To the n
5、eeds of, except with the help of steel chemical constituents and mechanical properties, metallurgy have strict requirements, manufactured to the outside diameter and bore diameter, a thick and threads argument, sealing and structural integrity and a strict demand.According to the design requirements
6、, this paper is a design of petroleum tube based on the equipment conditions of the f140mm mandrel mill in BaoSteel Co. Ltd. The product designed is of 60.3mm in O.D. and 6.45mm in wall thickness. The design of the production process includes main parameter of machinery equipment;products balance of
7、 metal;product presentations; product rolling schedule; parameters adjusting; tools design;identification passing; mill cpacity; the equipment strength and motor ability checking and econo-technical norms of the product.The emphasis of these products is making rolling schedule;adjusting the calculat
8、ion parameters;tools design;equipment strength and motor ability checking.Key Words:mandrel mill ; oil well tube ; rolling technology ; rolling schedule ; tools design 共 2 页 第 2 页目录引 言11概 述22 f140全浮动机组连轧机主要技术参数42.1八机架连轧机42.2其它设备的主要技术参数42.2.1火焰切割机42.2.2穿孔机(带狄舍尔导盘)52.2.3六机架空心坯减径机62.2.4张力减径机62.2.5管坯加热炉
9、62.2.6冷床82.2.7分段锯83生产工艺流程及工艺制度103.1生产工艺流程图1031.1生产工艺总流程图103.1.2热轧工艺流程图103.1.3油管生产工艺流程图113.1.4连轧工艺流程图133.2生产工艺流程简述133.2.1 热区生产工艺过程133.2.2精整车间生产工艺153.3工艺制度163.3.1温度制度163.3.2 孔型系列及变形制度173.4 技术规程183.4.1 管坯准备183.4.2 管坯加热203.4.3管坯穿孔213.4.4空心坯减径233.4.5钢管连轧233.4.6再加热253.4.7张力减径263.4.8 冷床283.4.9 锯切284轧制表计算29
10、4.1轧制表计算的条件(基本参数和极限值)294.1.1 轧件长度294.1.2张减机减径系列294.2孔型系统的确定294.2.1主孔型连轧管外径的确定294.2.2不同系列组合分工304.2.3圆孔与椭孔的选择314.2.4孔型配置314.3轧制表计算314.3.1计算步骤314.4管坯直径354.5管坯质量计算354.5.1标准管坯重量能最大程度发挥机组生产能力354.5.2最小坯料重量364.6金属平衡表计算374.6.1计算热区有效收得率EWA374.6.2计算实际长度374.6.3金属平衡表384.7穿孔顶头直径及顶杆直径384.7.1顶头直径384.7.2的选择394.7.3穿孔
11、调整参数394.7.4辊距Bck11394.7.5顶头前伸量394.7.6顶杆位置:394.7.7导盘辊距405孔型与工具设计415.1穿孔工具设计414.1.1穿孔轧辊设计415.2材质及技术要求(辊套)424.2.1导盘设计425.3顶头设计445.3.1顶头形状类型445.3.2各段尺寸455.3.3顶头材质及技术要求455.4孔型设计的基本参数及变形量表示法465.4.1简述465.4.2变形分配465.4.3确定孔型结构参数525.5轧辊转速计算545.5.1轧辊转速的限制条件555.5.2计算步骤555.6张减机孔型的重要参数576轧机生产能力计算596.1典型产品的轧机小时产量5
12、96.1.1轧制节奏R的确定596.1.2轧机小时产量计算617设备强度与电机能力校核627.1 轧管机力能参数计算627.1.1已知的基本参数627.1.2轧件对轧辊的作用力P627.1.3金属与轧辊接触面水平投影的计算627.1.4平均单位压力计算637.2轧制力矩计算667.3 轧辊强度校核667.3.1辊身部分仅考虑弯曲强度677.3.2辊径部分按弯扭合成687.3.3轴头部分的强度校核697.4 主电机容量校核697.4.1轧辊传动所需要力矩697.4.2电机空转力矩707.4.3传动系统动力矩707.5.绘制电机负荷图707.5.2电机轴上负荷图707.6电机能力校核717.6.1
13、发热校核717.6.2过载校核718产品主要技术经济指标738.1能源介质消耗指标738.2工具消耗指标74结论75致谢76参考文献77附 录77附A(轧制表源程序)78附 B(外文翻译)92附表C外文原文92共 5 页 第 4 页引 言在钻采石油、天然气时,除需要钻探机械设备外,还需要专用管材,即钻柱、套管、油管等,统称为“油井管”。在钻柱中,还包括钻铤和方钻杆1。 我国内陆原油产量仅占世界总产量的5%左右,而且单口井产量低,井数多,耗管量高。随着我国石油钻采由东部向西部及沿海大陆架的战略转移,油层的深度也由浅入深,井内油气压力和温度亦不断提高。有些油井压力达到或超过100MPa,井底温度超
14、过200;有些油田是硫化氢、二氧化碳、负离子等共存的重腐蚀油气。这样的钻采条件对油井管的要求很苛刻,一旦油井管选择不当,造成脱扣、压溃和漏气,将会使油井报废(南疆、川西等地区的油气井,一口井投资约3000万4000万元,个别的高达1亿元)。因此,对油井管质量要求越来越高,特殊油井管的用量也越来越大。目前国内特殊油井管生产基本上是空白。因此,在我国大力开发高钢级、特殊油井管势在必行2。为满足使用要求,除了对油井管用钢的化学成分、力学性能、冶金质量有严格的要求外,对制成品的外径、内径、壁厚、圆度、直径及螺纹参数、密封性能和结构完整性等也有严格的要求。本设计是在宝钢140连轧机组的装备条件下设计一个
15、石油油管产品,产品的规格是f60.36.45mm。本设计主要内容包括产品生产的基本概况,产品的设计规程,轧制表编制及设备的强度和电机能力校核。1 概述钢管作为工业血管已被广泛的应用于石油、化工、地质、锅炉、机械加工、军工、汽车及建筑等行业。无缝钢管作为技术密集型和资金密集型行业及重要的基础原料工业得到世界各国的广泛重视。钢管的增长速度往往超过了粗钢的增长速度。各国的钢管产量一般均占钢材产量的10%左右。国外钢管生产发展的主要特点是采用新工艺和新设备来提高产量,扩大品种,采用自动控制和无损探伤以改善和保证产品质量。因此,近年来在新建和改建的无缝钢管车间,出现了很多卓有成效的新工艺和高效率的新设备
16、。在无缝钢管生产者中,围绕着使用廉价原料连铸坯,各国进行了大量的研究和创新。目前,用连铸方法生产的管坯在规格和钢种方面都已经空前扩大,连铸坯的用量在迅速增加。 为了适应用连铸管坯生产无缝钢管的要求,各国采用了多种新型的穿孔机,其中包括推轧穿孔机(PPM)、三辊穿孔机、大导盘穿孔机以及双支撑菌式穿孔机等。这样不仅为使用连铸管坯创造了条件,而且在提高穿孔机效率和改善荒管质量方面也有很大的好处。目前世界上不仅连轧管机、挤压机、顶管机和自动轧管机使用连铸管坯,就是一贯以钢锭为原料的周期轧管机也开始使用连铸坯来生产钢管。 为了得到高的单机产量,近十几年来已有十几个国家新建了连轧管机组。除了浮动芯棒连轧管
17、机外,又出现了限动芯棒连轧管机,把连轧管工艺用于中等直径钢管的生产中。限动芯棒连轧管机有比较显著的优点,今后将会得到迅速发展。我国无缝钢管的生产从无到有、从小到大,已经走过了50 多年的历程。2003 年全国无缝钢管产量为700 万t ,出口56 万t ,进口5311 万t ,继续保持世界上无缝钢管第一生产、消费大国和成为无缝钢管净出口国。目前,我国无缝钢管品种结构方面的矛盾已得到基本缓解,产品质量已基本上能满足国内需求,产品无特色的“以冷代热”小口径无缝钢管生产方式及落后的生产机组正在逐步淘汰。已经拥有了世界上无缝钢管生产的各种典型机组。主要机组(产能超过一半) 的装备水平、主要生产技术指标
18、和主要品种(如油井管、轴承管和不锈钢管) 的产量居世界前列,我国的无缝钢管正在从生产大国走向强国。我国无缝钢管的生产企业呈现两大特点。其一是以天津钢管有限责任公司(简称“天津无缝”) 、宝钢钢管分公司(简称“宝钢无缝”) 、包钢无缝钢管厂和连轧钢管厂(简称“包钢无缝”) 、攀钢集团成都钢铁有限责任公司(简称“攀成钢”) 、华凌(集团) 衡阳钢管公司(简称“衡阳钢管”) 以及鞍钢新钢铁公司(简称“鞍钢无缝”) 等六大钢管生产企业为首的国有企业,主要以生产专用无缝钢管和中大口径无缝钢管为主,总产量超过了全国总产量的一半以上(2003 年达到了362万t) ,生产水平和集中度都比较高,它们是我国无缝
19、钢管生产的主力军。其二是近几年来民营无缝钢管生产企业异军突起,发展速度十分惊人,这些企业主要集中在江苏、浙江一带,大都以生产小口径无缝钢管和轴承钢、不锈钢无缝钢管为主,各生产厂的规模均不大,一般都在10 万t 以下,装备水平正在不断提高,机制十分灵活,生产成本较低,是我国无缝钢管生产的新生力量。这两支队伍相辅相成、并肩作战,推动了我国无缝钢管生产的快速发展。2004年我国油井管总产量超过180万吨,占无缝钢管总产量的17.62%。国内市场占有率超过80%,全年油井管出口344万吨,进口322万吨,出口超过进口,已连续2年成为净出口产品。品种上国内不少企业勇于创新,不仅生产出了按API标准要求的
20、K、N、C、P钢级套管,还根据用户需求开发出了具有自主知识产权的系列套管,如天津钢管公司开发出了TP系列的抗挤毁套管、抗腐蚀套管、抗高温热采井用套管、超深井用套管以及特殊扣气密性套管,其中TPl30TT高抗挤毁套管其抗挤毁强度达到167MPa以上;TPll0TSS高抗挤毁抗腐蚀套管在氯化钠5%、醋酸05%的氧化性腐蚀溶液中,720小时不断裂;TP140V套管下井深度达到6936米(近期这一纪录还将被打破);NC一3Cr抗二氧化碳腐蚀套管已经批量发往塔里木油田下井使用。另外宝钢、成都无缝也都开发出了自己的系列产品。虽然中国无缝钢管行业在油井管方面取得了举世瞩目的成绩,但在一些高端产品开发方面尚没
21、有过关,如13Cr、超级13Cr钢的夹杂物及S、P含量的控制(S10ppm,P15ppm),热处理的性能控制以及丝扣加工中的质量控制等还存在一系列问题,柔性油管、膨胀套管的开发尚属空白6。进入21世纪,我国已建设了多条高水平、国际一流装备的石油专用钢管生产线。但从国际和国内两个市场来看,无缝钢管(包括石油专用管)的现有生产能力均已大于需求。所以,今后的重点应放在充分发挥现有机组的能力,开发出高强度等级、高抗击毁、高抗腐蚀的石油管、高压锅炉管和气瓶管等产品。2 f140全浮动机组连轧机主要技术参数2.1八机架连轧机连轧管机是高效生产无缝钢管的轧机,是将穿孔后的毛管套在长芯棒上,通过59个互成90
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