挤压钢管工程设计规范

1 总 则

2 术 语

3 基本规定

4 原 料

5 生产工艺

6 设 备

7 生产能力计算

8 平面布置和车间设计

9 电气自动化

10 公辅系统

11 主要技术经济指标

12 安全与环保

本规范用词说明

引用标准名录

1 总 则

1.0.1 为了规范挤压钢管工程项目设计,促进我国挤压钢管工艺技术和装备水平的提高,保证工程质量,制定本规范。

1.0.2 本规范适用于新建、改建和扩建的挤压钢管工程设计。

1.0.3 新建、改建和扩建的挤压钢管工程,应全面贯彻国家产业发展政策,贯彻优质、高效、节能和环保的方针。

1.0.4 挤压钢管工程设计,除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。

2 术 语

2.0.1 扩孔 expanding

    利用工具将钢管坯已有的较小内孔扩大到挤压生产所需要的内孔的过程。

2.0.2 穿孔 piercing

    将实心坯料放入穿孔筒中用镦粗杆镦粗使坯料充满穿孔筒,然后再利用工具在实心坯料中心穿出一个挤压所需内径通孔的加工过程。

2.0.3 挤压 extruding

    将钢管坯置于由挤压筒、挤压模、芯棒和挤压垫组成的容器中,由挤压杆施加挤压力迫使金属沿挤压模和芯棒组成的间隙流出,从而挤出钢管的一种生产方法。

2.0.4 机组 mill set

    为完成产品大纲规定的产品所需要的,从原料准备到成品全过程的全部工艺设备。

2.0.5 机组的年实际工作时间 annual necessary production time of mill set

    完成产品大纲规定的年产量所需要的实际生产时间。

2.0.6 负荷率 duty ratio of mill set 

    机组的年实际工作时间占机组的年有效工作时间的百分比。

2.0.7 在线 on line

    相对于连续运行挤压生产线的某一工序,无需借助起重运输设备和人力运输,工件就能从该挤压生产线到达该工序或从该工序到达该挤压生产线的运行方式。

2.0.8 人工检查 visual examination 

    用肉眼或借助低倍放大镜,内窥镜等简易工具观察钢管内外表面以发现钢管内外表面缺陷的方法。

2.0.9 无损探伤 nondestructive inspection 

    不损坏被检查材料或成品的性能和完整性而检测其缺陷方法的总称。

2.0.10 超声波探伤 ultrasonic inspection 

    利用超声波探测材料内部和表面缺陷的无损检验方法。

2.0.11 涡流探伤 eddy current inspection 

    使导电的试件内产生涡电流,通过检测涡流的变化量来检查缺陷的探伤方法。

2.0.12 在线固溶处理 on line solution treatment 

    利用挤压钢管余热快速冷却以获得过饱和固熔体的一种热处理方法。

3 基本规定

3.0.1 挤压机组的名称应表示为“×××MN挤压机组”。其中“×××”应表示挤压机的公称挤压力。

3.0.2 挤压机宜选择表3.0.2中的规格。

 
 
1.png
 
3.0.3 挤压机组的工作制度应按连续工作制设计。
 
3.0.4 挤压机组年有效工作时间不应低于5000h,年实际工作时间不应低于4000h。
 
3.0.5 挤压机组的负荷率不应低于80%。
 
3.0.6 挤压钢管工程宜配套建设玻璃垫加工设施,其设施应满足挤压机组各种规格玻璃垫的加工需要。
 
3.0.7 挤压钢管工程应配套理化检验设施,其设施应能满足产品标准的检验要求。
 
3.0.8 设计时应明确生产工模具的来源、修复和装配。
 
3.0.9 专用生产工模具的加工或修复设备应在设计中进行能力核算,专用生产工模具加工设备的加工能力应能满足机组的需要。
 
 
4.1 卧式挤压
 
4.1.1 卧式挤压用原料可采用铸坯、轧坯、锻坯,坯料断面应为圆形。
 
4.1.2 原料的化学成分、高低倍组织等应符合国家现行有关钢管产品标准的规定。
 
4.1.3 原料表面和内部不应有折叠、耳子、裂纹、缩孔等缺陷。
 
4.1.4 外形尺寸应符合挤压工艺要求。
4.2 立式挤压
 
4.2.1 立式挤压用原料可选用实心圆钢锭、多角钢锭或空心坯。
 
4.2.2 原料化学成分等技术要求应符合国家现行有关钢管产品标准的规定。
 
4.2.3 下列情况宜选用空心坯:
   
1 挤压难变形金属。
   
2 挤压薄壁管材。
   
3 挤压极易粘接穿孔针的稀有金属管材。
   
4 使用无独立穿孔装置的挤压机。
 
4.2.4 原料表面和内部不应有重皮、结疤、裂纹、缩孔等缺陷。
 
4.2.5 原料的外径规格应与制坯筒内径相匹配。
 
 
5.1 卧式挤压
 
5.1.1 卧式挤压生产工艺应包括原料准备、挤压成形、钢管精整、钢管热处理和产品检验。
 
5.1.2 原料准备应包括矫直、剥皮、分段、钻孔、端面加工和人工检查修磨工序,可根据产品品种要求增设其他工序。
 
5.1.3 挤压成形应包括坯料清洗、坯料加热、除鳞、扩孔润滑、穿孔或扩孔、除鳞、二次加热、挤压润滑、挤压、冷却和收集工序,可根据产品品种增设其他工序。
 
5.1.4 钢管精整应包括矫直、定尺锯切、管端处理、钢管内外表面处理、称重、喷标、打印和包装工序,可根据产品品种增设其他工序。
 
5.1.5 热处理可采用在线固溶处理、离线固溶处理、正火加回火处理、退火处理等热处理方式。
 
5.1.6 产品检验应包括无损探伤、内外表面检验、外形尺寸检验,可根据产品品种增设其他工序。
 
5.2 立式挤压
 
5.2.1 立式挤压生产工艺应包括原料准备、挤压成形、钢管精整、钢管热处理和产品检验。
 
5.2.2 原料宜采用热送热装工艺。 
 
5.2.3 原料准备应包括清理表面、切冒口工序。
 
5.2.4 挤压成形应包括加热、除鳞、穿孔前润滑、镦粗穿孔、除鳞、挤压前润滑、挤压、冷却工序,可根据产品品种增设其他工序。
 
5.2.5 钢管精整应包括外表面抛丸、内表面抛丸(喷丸)、矫直、端面加工、内外表面加工、称重、喷标、打印和包装工序,可根据产品品种增设其他工序。
 
5.2.6 热处理可采用退火、正火、正火加回火、固溶处理等热处理方式。
 
5.2.7 产品检验应包括无损探伤、内外表面检验、外形尺寸检验,可根据产品品种增设其他工序。
 

6.1 卧式挤压机组
 
6.1.1 钢管卧式挤压机组应具备全线基础自动化控制。
 
6.1.2 长坯矫直工序可选择液压式矫直设备或机械式矫直设备,矫直设备应配备坯料回转装置。
 
6.1.3 剥皮工序可选择长尺剥皮机,也可选择短尺剥皮车床。剥皮机的选择应符合下列规定:
 
1 加工尺寸应覆盖所有原料直径和长度。
   
2 加工后直径公差、表面粗糙度应满足挤压要求。
   
3 加工后表面应无影响挤压产品的缺陷。
 
6.1.4 原料锯切工序宜选择带锯机,也可选择圆盘锯。
 
6.1.5 钻孔工序应设置可钻削、镗削通孔的专用机床。
 
6.1.6 端面加工工序宜选择数控车床。
 
6.1.7 钢坯表面清洗宜选择连续式清洗机,清洗后应配置管坯干燥设备。
 
6.1.8 坯料加热工序宜选择环形加热炉加感应加热炉设备,也可选择单独的感应加热炉设备,设备应符合下列规定:
   
1 环形加热炉应满足生产工艺中挤压坯料预热的温度要求。
   
2 感应加热炉可选择工频感应加热炉,也可选择变频感应加热炉。
   
3 感应加热炉应保证坯料的加热温度满足扩孔和挤压的要求。
   
4 感应加热炉尺寸规格应符合扩孔和挤压尺寸规格的要求。
 
6.1.9 扩孔工序应选择立式扩孔机,设备的选择应符合下列规定:
   
1 扩孔机应具有扩孔功能,也可具有穿孔功能。
   
2 最大扩孔力(穿孔力)应能满足产品生产的需要。
   
3 扩孔筒内径应与坯料直径相对应。
   
4 扩孔后管坯表面不得有裂纹、压坑。
   
5 扩孔工序应设置电热炉预热工模具。
 
6.1.10 坯料表面除鳞应选择水压除鳞机,除鳞压力不应低于12MPa。
 
6.1.11 扩孔前和挤压前应设置坯料内外表面涂玻璃粉润滑装置。坯料内外表面润滑装置应符合下列规定:
   
1 坯料外表面涂玻璃粉润滑宜选择平台滚涂设备。
   
2 扩孔前坯料内孔表面润滑宜设置自动机械手加玻璃润滑剂方式,也可选择人工方式。
   
3 挤压前坯料内表面润滑宜选择机械手加玻璃粉设备。
 
6.1.12 挤压机设备的选择应符合下列规定:
   
1 挤压机传动介质宜使用油,也可使用水。
   
2 最大挤压力应满足产品挤压的要求。
   
3 挤压筒内径应与坯料直径相对应。
   
4 挤压工具应具备快速更换功能。
   
5 挤压筒内壁宜配备自动清理装置。
   
6 芯棒应配备冷却装置。
   
7 挤压筒应配置预热装置和冷却装置。
   
8 工模具应设置预热装置。
 
6.1.13 钢管挤压机组可配备具有挤异型材和异型管功能的设备。
 
6.1.14 出料辊道必须配置安全防护罩,安全保护罩的强度必须保证钢管挤压机在发生事故时芯棒和钢管不冲出安全保护罩。
 
6.1.15 钢管冷却工序应设置淬水槽和收集装置,也可设置冷床或在线喷淋装置。
 
6.1.16 挤压车间热处理炉宜选择辊底式热处理炉,也可增设车底式炉和室式炉。
 
6.1.17 矫直工序应设置辊式矫直机,也可增设压力矫直机,生产异型材时应配置拉伸矫直机。
 
6.1.18 锯切工序设备的选择应符合下列规定:
   
1 锯切设备应具有定尺锯切功能。
   
2 锯切设备宜配置去毛刺设备。
 
6.1.19 钢管外表面修磨宜选择砂带修磨机,外修磨宜采用湿式修磨。
 
6.1.20 钢管内表面修磨设备应符合下列规定:
   
1 应具备对钢管的内表面全长进行修磨的功能,修磨后钢管内表面应无划伤、凹坑等缺陷。
   
2 砂轮修磨机应配置除尘设备。修磨时产生的尘埃严禁直接排放。
 
6.1.21 清除钢管内外表面的氧化铁皮应配置酸洗设备,也可同时配置喷丸和酸洗设备。设备应符合下列规定:
   
1 配置喷丸设备时,应配置除尘设备。
 
2 酸洗设备必须配备酸雾收集和处理装置。
 
3 酸洗设备必须配置含酸废水收集和处理设施。
 
4 酸洗设备必须配置废酸收集系统。
 
6.1.22 无损探伤工序应配置超声波探伤和涡流探伤装置,也可增设其他无损检验设备。
 
6.1.23 超声波探伤设备应具有测厚功能,探伤设备应具有缺陷标记和记录功能。
 
6.2 立式挤压机组
6.2.1 铸锭切冒口设备可选择火焰切割机,也可选择锯机。
 
6.2.2 原料修磨宜配备钢锭修磨机,修磨机应符合下列规定:
 
1 可对冷钢锭和热钢锭进行修磨。
 
2 可修磨钢锭的火焰切割表面。
 
3 可对空心坯的上表面和侧表面进行修磨。
 
4 砂轮修磨机应配置除尘设备,修磨时产生的尘埃严禁直接排放。
 
6.2.3 加热设备可选择车底式炉,也可选择室式炉或环形炉。
 
6.2.4 高压水除鳞装置应选择水压除鳞机,除鳞水压力不应低于18MPa。
 
6.2.5 穿孔前润滑和挤压前润滑设备,可选择具备同时对内外表面喷玻璃粉功能的装置。
 
6.2.6 扩孔(穿孔)工序应选择立式穿孔机,并应符合下列规定:
   
1 穿孔机应具有镦粗和穿孔功能。
   
2 最大镦粗力应能满足产品生产的需要。
   
3 穿孔筒内径应与钢锭规格相匹配。
   
4 穿孔后内外表面不得有严重裂纹、压坑。
   
5 设备应配置相匹配的操作机。
   
6 设备应配备工模具冷却清理装置。
   
7 扩孔(穿孔)工序宜配置工模具预热设备和模具更换装置。
 
6.2.7 立式挤压机设备的选择应符合下列规定:
   
1 挤压机传动介质宜使用油,也可使用水。
   
2 最大挤压力应满足产品挤压的要求。
   
3 挤压筒内径应与坯料直径相对应。
   
4 挤压机应配置相匹配的操作机、管坯翻倒装置。
   
5 工模具应配备冷却清理装置和预热设备。
   
6 工模具宜配置专用更换装置和专用吊运设备。
 
6.2.8 热处理炉可选择车底式炉。
 
6.2.9 内外表面抛丸(喷丸)机应配置除尘设备,喷丸时产生的尘埃不得直接排放。
 
6.2.10 矫直工序可选择压力矫直机。
 
6.2.11 钢管内表面加工可选择镗床,钢管外表面加工可选择外圆车床、干式砂轮外圆磨床或湿式砂轮外圆磨床。选择干式砂轮外圆磨床时应符合下列规定:
   
1 应具备对钢管外表面全长进行修磨的功能,修磨后钢管表面应无划伤、凹坑等缺陷。
   
2 当外圆磨床选择砂轮磨削时,应配置除尘设备,磨削时产生的尘埃严禁直接排放。
 
6.2.12 车间应配置超声波探伤和表面探伤装置,可增设其他无损检验设备。
 
6.2.13 探伤设备应具有缺陷标记和记录功能。
 
6.2.14 检验工序宜配置测量钢管壁厚、内径外径、弯曲度、重量等功能的综合测量装置。
 
 
 
7.0.1 主要工艺设备的生产能力应进行计算。机组生产能力的计算应包括机组的小时生产能力计算和机组的年实际工作时间计算。
 
7.0.2 机组和机组内各主要工艺设备的生产能力计算应符合下列规定:
   
1 应根据机组的产品大纲,选择有代表性的品种规格编制成代表品种规格表进行计算。
   
2 机组的小时生产能力应为机组内在线的各主要工艺设备小时生产能力的最小值,并应按下式计算:
2.png
 
 
8.1 厂址选择
 
8.1.1 车间位置宜布置在总厂内受污染影响最小的区域。
 
8.1.2 车间位置应与原料进厂方向和成品外运的方向相适应,应避免与总厂内的车流相交叉。
 
8.1.3 立式挤压车间位置宜靠近炼钢车间的脱模间。
 
8.1.4 车间位置宜与主导风向垂直布置。
 
8.1.5 车间位置应考察工程地质条件,挤压机主机宜布置在土质均匀且土壤耐压力高的地段上。
 
8.1.6 车间位置应考察水文条件,车间不宜布置在受山洪威胁的地带;不可避免时,应采取排洪防洪措施。
 
8.2 车间内布置
 
8.2.1 车间设备布置应紧凑、合理、顺畅,应为工艺设备、其他设施及管路系统的安全操作和维护留有合适空间,并应符合本规范第12.1.1条的规定。
 
8.2.2 车间内应设置运输备品备件、工模具、生产消耗材料的运输通道和供生产、操作人员通行的人行通道。车间内的运输、人行通道应安全畅通。在生产和检修需要跨越设备的地方,应设置人行安全桥。人行通道和人行安全桥的设计应符合本规范第12.1.1条的规定。
 
8.2.3 车间设计应留有合适的工具堆放场地、设备检修场地、废次品处理或堆放场地。 
 
8.2.4 车间内原料仓库和成品仓库的大小,宜按机组生产15d~30d所需原料量和成品的堆放,可在车间外设置原料和成品堆场,堆场内应配置起重运输设备。
 
8.2.5 车间内应设置操作室。操作室的设计应符合现行国家标准《生产设备安全卫生设计总则》GB 5083的有关规定。
 
8.2.6 车间厂房内每一跨均应配置电动桥式起重机。起重机的吊运能力应满足生产、检修和故障处理时对原料、成品、废次品、切头、切尾和设备检修件的吊运。
 
8.2.7 除特殊情况外,生产线设备均应布置在车间起重机能吊运的范围内。其他辅助设备及系统可布置在车间起重机吊钩极限外,但应配置吊装设施。
 
8.2.8 酸洗设备应布置在单独的酸洗间内。酸洗间宜布置在厂区内常年主导风向的下风侧,宜独立于主厂房布置。
 
8.3 运输方式
 
8.3.1 原料运入宜采用汽车或电动平车运输,也可采用火车运输。
 
8.3.2 成品运出宜采用汽车运输,也可采用火车运输。
 
8.3.3 备品备件和回收品的运输宜采用汽车运输方式
 
 
9.1 电气系统
 
 
9.1.1 挤压钢管车间应设主电室,主电室宜设计两路高压电源供电,当一路电源出现故障时,另一路电源可带动全部负荷。
 
9.1.2 基础自动化、过程控制自动化的可编程控制器(PLC)、分布式控制系统(DCS)、人机接口操作站(HMI)、服务器、通信网络设备,应由不间断电源(UPS)供电。不间断电源(UPS)宜采用共用方式。
 
9.1.3 设备供电应按不同的电压等级配置,电压等级应符合下列规定:
   
1 穿/扩孔机和挤压机液压站或水泵站的主电机、感应加热炉等单台功率大于200kW的设备,宜选择10kV的电压等级供电。
   
2 车间内单台功率小于200kW的传动设备,可按380V的电压等级供电。
   
3 电动机控制中心(MCC)和变频传动装置的控制电源,宜选用交流220V(AC220V),并应通过隔离变压器,从电动机控制中心(MCC)的低压母线引出。
   
4 电磁阀、可编程控制器(PLC)输入输出接口及检测元件的控制电源,宜选择直流24V(DC24V)供电。
 
9.1.4 热挤压生产线的电气传动宜选择全交流电动机传动方式。辊道宜选择交流变频调速方式。
 
9.2 自动化仪表
 
9.2.1 生产线温度检测装置的设置应符合下列规定:
   
1 加热炉应设置温度测量装置,温度测量数据可传到加热炉操作室(仪表室)内显示,还可传到穿/扩孔机操作室或挤压机操作室显示。
   
2 穿/扩孔机前和挤压机前应设置坯料温度测量装置,温度测量数据可传到挤压操作室内显示。
   
3 挤压后输出辊道处宜设置钢管温度测量装置,温度测量数据可传到挤压操作室内显示。
   
4 热处理炉应设置温度测量装置,温度测量数据可传到炉子操作室(仪表室)内显示。
 
9.2.2 车间能源介质消耗应设计计量仪表,计量仪表宜与公司总计量联网。
 
9.2.3 水处理检测仪表的设置应符合下列规定:
   
1 净环及浊环供水供水泵组出口处应设置压力、温度、流量检测仪表。
   
2 吸水井应设置液位检测仪表。
   
3 净环及浊环水池宜设置电导率检测仪表。
 
9.2.4 车间应设置人员安全防护检测仪表,人员安全防护检测仪表的设置点应符合下列规定:
   
1 燃气加热炉周围应设置燃气浓度检测仪表,检测仪表应配置报警装置。
   
2 挤压机液压站等地下室内应设置含氧量检测仪表,检测仪表应配置报警装置。
 
9.3 电信系统
 
9.3.1 挤压车间电信系统设计应符合下列规定:
   
1 生产管理、检修等部门应设置行政管理电话,并应接入公司电话系统。
   
2 生产计划等业务需通过调度员组织实施时,应设置调度电话系统,其系统应选用程控数字调度电话总机。
   
3 在穿/扩孔机、挤压机出口、液压站内宜设置工业电视监视系统,也可在其他部位增设工业电视监视系统。
   
4 移动操作岗位之间或移动操作岗位与固定操作岗位之间的生产联系,宜设置无线电话系统。
   
5 电气室、过程计算机室、电缆隧道以及油压泵房及须防火的地下室等场所,应设置火灾自动报警系统。系统设计应符合现行国家标准《钢铁冶金企业设计防火规范》GB 50414的有关规定。
 
9.3.2 电信系统供电应符合下列规定:
   
1 火灾自动报警系统供电,应符合现行国家标准《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116和《钢铁冶金企业设计防火规范》GB 50414的有关规定。
   
2 其他电信系统供电宜桉二级负荷供电。限于条件按三级负荷供电或不允许中断通信的系统,应配置备用直流电源。
   
3 交流电源电压波动超过系统设备正常工作范围时,应设置具有净化功能的稳压电源。
 

10.1 给 排 水
 
10.1.1 车间用水水质应满足挤压工艺设备对水质的要求。并宜符合表10.1.1的规定。
 
10.1.2 给排水应设置给水系统、浊循环水系统、净循环水系统和废水处理系统,也可增设软水处理系统。
3.png
 
10.1.3 浊循环水系统和净循环水系统供水压力可设置为0.3MPa~0.6MPa,供水温度不应高于35℃。净循环水系统的设计,可利用剩余压力回水。
 
10.1.4 排水应符合下列规定:
   
1 净循环水系统排水可用于浊循环系统补水。
   
2 浊循环水和净循环水必须排放时,排水水质应符合国家和地方的排放标准。
 
10.2 热 力
 
10.2.1 车间用压缩空气品质要求可按表10.2.1的规定设计。
 
 
4.png
 
10.2.2 压缩空气的供给可由总厂的压缩空气管道供给,也可自建空气压缩站。
 
10.2.3 车间用蒸汽宜由总厂管道供给,不宜自建蒸汽锅炉,宜使用饱和蒸汽。
 
10.3 燃 气
 
10.3.1 车间燃气宜使用天然气,也可使用煤气。
 
10.3.2 燃气应使用管道输送,燃气管道应架空敷设,在进入车间的主管道处应设置调压装置,调压后的压力应满足用户点的要求。
 
10.3.3 燃气管道应设氮气吹扫装置,氮气管道可沿燃气主管道敷设。
 
 
11.0.1 设计中应包括下列主要技术经济指标:
 
1 机组成品年产量,按吨(t)计。
   
2 机组完成年产量所需的原料量和相应的金属消耗系数。
   
3 工艺设备总重量,按吨(t)计。
   
4 车间主厂房面积,按平方米(m2)计。
   
5 工艺设备总装机容量,按千瓦(kw)计。
   
6 年人均劳动生产率,按吨管/人·年计。
   
7 生产每吨成品所需要的电耗量,按千瓦时(kW·h)计。
   
8 生产每吨成品所需要的新水耗量,按立方米(m3)计。
   
9 生产每吨成品所需要的循环水耗量,按立方米(m3)计。
   
10 生产每吨成品所需要的生产工具消耗量,按千克(kg)计。
   
11 生产每吨成品所需要的其他公辅介质、材料、辅料指标。
 
11.0.2 钢管挤压机组的技术经济指标宜符合表11.0.2的规定。
5.png
 
 
 
 
 
12.1 安 全
 
 
12.1.1 挤压钢管工程的劳动安全和工业卫生设计应符合现行行业标准《轧钢安全规程》AQ 2003和国家有关工业企业设计卫生标准的规定。
 
12.1.2 挤压钢管工程的消防应符合现行国家标准《钢铁冶金企业设计防火规范》GB 50414的有关规定。
 
12.2 环 保
 
12.2.1 挤压钢管工程的环境保护设计应符合现行国家标准《钢铁工业环境保护设计规范》GB 50406的有关规定。
 
12.2.2 挤压钢管工程感应加热装置所产生的电磁辐射设计,应符合现行国家标准《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》GB 18871的有关规定。
 
12.2.3 设备产生的噪声应符合现行国家标准《工业企业厂界环境噪声排放标准》GB 12348的有关规定。
 
12.2.4 挤压车间配置的钢管内表面和外表面喷丸设备,应配置除尘设备,喷丸时产生的尘埃严禁直接排放。
 
12.2.5 挤压车间设计有酸洗工序时,酸洗时产生的酸雾、含酸废水,废酸严禁直接排放。
 
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