熱軋無縫鋼管生產工藝流程及其生產技術

熱軋鋼管生產工藝流程

2.1一般工藝流程

熱軋無縫鋼管的生產工藝流程包括坯料軋前準備、管坯加熱、穿孔、軋制、定減徑和鋼管冷卻、精整等幾個基本工序。

當今熱軋無縫鋼管生產的一般主要變形工序有三個:穿孔、軋管和定減徑;其各自的工藝目的和要求為:

2.1.1穿孔:將實心的管坯變為空心的毛管;我們可以理解為定型,既將軋件斷面定為圓環狀;其設備被稱為穿孔機。對穿孔工藝的要求是:首先要保證穿出的毛管壁厚均勻,橢圓度小,幾何尺寸精度高;其次是毛管的內外表面要較光滑,不得有結疤、折疊、裂紋等缺陷;第三是要有相應的穿孔速度和軋制周期,以適應整個機組的生產節奏,使毛管的終軋溫度能滿足軋管機的要求。

2.1.2軋管:將厚壁的毛管變為薄壁(接近成品壁厚)的荒管;我們可以視其為定壁,即根據后續的工序減徑量和經驗公式確定本工序荒管的壁厚值;該設備被稱為軋管機。對軋管工藝的要求是:第一是將厚壁毛管變成薄壁荒管(減壁延伸)時首先要保證荒管具有較高的壁厚均勻度;其次荒管具有良好的內外表面質量。

2.1.3定減徑(包括張減):大圓變小圓,簡稱定徑;相應的設備為定(減)徑機,其主要作用是消除前道工序軋制過程中造成的荒管外徑不一(同一支或同一批),以提高熱軋成品管的外徑精度和真圓度。對定減徑工藝的要求是:首先在一定的總減徑率和較小的單機架減徑率條件下來達到定徑目的,第二可實現使用一種規格管坯生產多種規格成品管的任務,第三還可進一步改善鋼管的外表面質量。

20世紀80年代末,曾出現過試圖取消軋管工序,僅使用穿孔加定減的方法生產無縫鋼管,簡稱CPS,即斜軋穿孔和張減的英文縮寫),并在南非的Tosa廠進行了工業試驗,用來生產外徑:33.4～179.8mm,壁厚3.4～25mm的鋼管,其中定徑最小外徑為101.6mm;張減最大外徑我101.6mm。經過實踐檢驗,該工藝在產生壁厚大于10mm的鋼管時質量尚可,但在生產壁厚小于8mm的鋼管時通過定徑、張減不能完全消除穿孔毛管的螺旋線,影響了鋼管的外觀質量。在隨后的改造中不得不在穿孔機于定減徑機之間增設了一臺MINI-MPM(4機架)來確保產品質量。

2.2各熱軋機組生產工藝過程特點

我們通常將毛管的壁厚加工稱之為軋管。軋管是鋼管成型過程中最重要的一個工序環節。這個環節的主要任務是按照成品鋼管的要求將厚壁的毛管減薄至與成品鋼管相適應的程度,即它必須考慮到后繼定、減徑工序時壁厚的變化,這個環節還要提高毛管的內外表面質量和壁厚的均勻度。通過軋管減壁延伸工序后的管子一般稱為荒管。軋管減壁方法的基本特點是在毛管內按上剛性芯棒,由外部工具(軋輥或?？?對毛管壁厚進行壓縮減壁。依據變形原理和設備特點的不同,它有許多種生產方法,如表1所示。一般習慣根據軋管機的形式來命名熱軋機組。軋管機分單機架和多機架,單機架有自動軋管機、阿塞爾軋機、ACCU-ROLL等,斜軋管機都是單機架的;連軋管機都是多機架的,通常4~8個機架,如MPM、PQF等。目前主要使用連軋(屬于縱軋)與斜軋兩種軋管工藝。

2..2.1連續軋管機的幾種形式:連軋管機是在毛管內穿入長芯棒后,經過多機架順序布臵且相臨機架輥縫互錯(二輥式輥縫互錯90°,如圖1所示;三輥式輥縫互錯60°)的連軋機軋成鋼管,它是當今被最廣泛應用的縱軋鋼管方法。連軋管機軋制過程中,軋件變形實際上是受多組(4~8組)軋輥與芯棒的反復作用從圓到橢圓…橢圓再到圓的過程。

連軋管機的發展歷史悠久,早在19世紀末就曾嘗試在長芯棒上進行軋管,但種種原因,至1950年世界上僅有6臺連軋管機。1960年后,隨著科學技術的進步和生產的發展,特別是電子計算機技術的飛速發展和應用,使連軋管機在生產工藝和設備上日趨完善,得到了迅速的發展和推廣。在浮動芯棒連軋管機的基礎上,限動芯棒連軋管機于20世紀60年代中期進行了工藝試驗,獲得了可喜的成果。1978年世界上第一套限動芯棒連軋管機(MPM)在意大利達爾明鋼管廠建成投產,連軋管工藝發展到了一個新的水準。20世紀90年代末又推出了三輥連軋管機(PQF)技術,使連軋管工藝裝備躍上了更高的臺階。

連軋管機在PQF出現以前,都是兩輥式的,即由兩個軋輥為一組組成孔型,二輥式的機架既有與地面呈45°交錯布臵的,也有與地面垂直、水平交錯布臵的;PQF為三輥式的,即由三個軋輥為一組組成孔型;;MPM與PQF孔型構成見(圖

2);連軋管時,孔型頂部的金屬由于受到軋輥外壓力和芯棒內壓力作用而產生軸向延伸,并向圓周橫向寬展,而孔型側壁部分的金屬與芯棒不接觸,但它被頂部軸向延伸的金屬對它附加的拉應力作用而產生軸向延伸,并同時產生軸向拉縮。不論兩輥式的還是三輥式的連軋管機,按芯棒的運行方式可分為以下三種形式。

2.2.1.1浮動芯棒連軋管機(或全浮動芯棒連軋管機):簡稱MM(Mandrel Mill),一般設有8個機架。軋制過程中對芯棒速度不加以控制,芯棒由被輾軋金屬的摩擦力帶動自由跟隨管子通過軋機,芯棒的運行速度是不受控的;軋制過程中芯棒的運行速度隨著各機架的咬入、拋鋼有波動,從而引起管子壁厚的波動;軋制結束后,芯棒隨荒管軋出至連軋機后的輸出輥道,在軋制中、薄壁管時芯棒的幾乎全長都在荒管內,見圖3;帶有芯棒的荒管橫移至脫棒線,由脫棒機將芯棒從荒管中抽出以便冷卻、潤滑后循環使用。其特點是軋制節奏快,每分鐘可軋4支甚至更多的鋼管; 但荒管的壁厚精度稍低、設有脫棒機其工藝流程較長、芯棒的長度接近于管子的長度;適合生產較小規格(外徑小于177.8mm)的無縫鋼管。比較有代表性的浮動芯棒連軋管機有德國米爾海姆廠的RK2機組和我國寶鋼的φ140 mm機組。

浮動芯棒連軋管機的工作特點是:由于在軋制時不控制芯棒速度,因此在整個軋制過程中,芯棒速度多次變化。例如,在一臺8機架的連軋管機上,當金屬進入第一機架時,芯棒在摩擦力的作用下,以接近第一機架的軋制速度運行;當金屬進入第二機架時,芯棒速度就要改變,以第一和第二機架軋制速度之間的某個速度運行;當進入第三機架時,則芯棒速度已變為第一、第二和第三機架軋制速度之間的某個速度;依此類推,直至進入第八機架,芯棒速度便經過了8次變化,已1～8機架間的某個速度運行,進入一個相對穩定的軋制階段。在此階段,前面機架的軋制速度比芯棒速度慢(稱為慢速機架),后面機架的軋制速度比芯棒速度快(稱為快速機架),如果中間某個機架的軋制速度恰好與芯棒運行速度相同則稱為同步機架。隨后當金屬逐漸從有關機架中軋出時,在芯棒速度變化為2～8機架間的某個速度;當金屬由第二機架軋出,則芯棒速度又變為第三至第八機架間的某個速度,以此類推,直至金屬從第八機架軋出為止。

由上可以看出,在鋼管的軋制過程中,芯棒的速度至少要變化15次,芯棒速度的變化將導致金屬流動條件的改變。浮動芯棒連軋管機由于軋制過程中芯棒速度改變而使得金屬流動發生變化,因金屬流動的不規律而引起鋼管縱向的壁厚和直徑變化,盡管對此采取了不少措施并取得了一定的效果,當軋制條件的變化依然存在,且產品管的尺寸精度始終不如限動芯棒軋機。此外,芯棒長,使制造費用加大,制造困難,且長芯棒的重量也很大,鋼管帶著過重的芯棒在輥道上運行將會導致鋼管表面損傷。故目前浮動芯棒連軋管機均用于小型機組。

連軋管時,荒管可以看作是在不同直徑的軋輥間連續軋制形成的。穿在鋼管中的芯棒可以看作是曲率半徑無窮大的內軋輥。浮動芯棒軋制時,芯棒除受到軋輥經軋件傳遞來的作用力外,再無其他外力作用。當軋件頭部經第一機架咬入后,隨著軋件逐一走向后面的延伸機架,作用在芯棒上的機架數相繼增多,

故芯

棒速度不斷提高,這個階段稱為“咬入”階段。當軋件頭部進入最末機架后,整個軋件處在連軋管機所有機架的軋制中,芯棒速度維持不變,稱為“穩定扎著急”階段。當軋件尾部離開第一機架后,芯棒速度友逐級提高,直到軋出延伸,稱為“軋出”階段。軋輥工作圓周速度是安“穩定軋制”狀態下設定的。軋制過程中軋件又是遵循著體積不變定律的。然而由芯棒引起的軋件速度的升高,使流入后面機架的金屬必然增多,也就是說,后面的機架由芯棒送入了比其設定的軋輥圓周速度所允許的還要多的金屬,這就出現了使斷面積增大的金屬積累。這種逐步流入的附加金屬造成的較大斷面,盡管在最后的機架上得到了加工,但仍然導致在荒管的一些部位上直徑變大和壁厚變厚,這種現象稱為“竹節”。原則上講可能在整根鋼管上均出現“竹節”。顯然“竹節”現象屬縱向壁厚不均,對隨后的張減機軋制是不利的,應盡可能防止。

為了防止或減少“竹節”形成,孔型設計分配壓下量時,在保證總延伸不變的前提下,適當增加前幾架壓下量。這樣,就可在后面幾個機架中使芯棒速度的躍增得到減弱,從而減輕芯棒速度變化的影響。良好的芯棒潤滑有利于延伸和降低能耗,也可以減少竹節的形成。還可以采用電控技術防止竹節的產生。由電子計算機進行預設定,軋輥轉速按要求變化,當軋件通過時對軋輥進行校準,使各機架的出口速度與芯棒速度的變化相適應。

70年代盛行浮動芯棒連軋管機機組。由于受到芯棒重量的限制,至今這種機組僅能生產直徑小于177.8mm一下的鋼管。

2.2.1.2半浮動(或半限動)芯棒連軋管機:德國人稱MRK-S(Mannesmann bohr-Kontimill Stripper);法國人稱Neuval-R。半浮動芯棒連軋管機一般7～8個機架。

德國設計的工藝為:在軋制過程中,前半程,芯棒不是自由地隨軋件前進,而是受限動機構的控制,以一恒定速度前進,芯棒與軋件的速差分布是不一致的,第1架的軋件出口速度小于芯棒速度;自第2架開始,軋件的速度快于芯棒的速度,形成穩定的差速軋制狀態;當完成主要變形、管子脫離倒數第3架時,限動機構加速釋放芯棒,像浮動芯棒一樣由鋼管將芯棒帶出軋機。德國式的半浮動芯棒連軋管機于20世紀80年代初在日本八幡廠建成投產。

法國研制的工藝為:在鋼管由最后一個機架軋出時才松開芯棒,即在軋制過程中具有限動芯棒軋機的工藝特點,而在終軋后松開芯棒;芯棒隨荒管至連軋機后的輸出輥道。法國式的半浮動芯棒連軋管機于20世紀70年代后期在法國的圣索夫鋼管廠投入生產。

不論德國工藝還是法國工藝,半浮動芯棒軋管機軋制結束后,約有1/3長的荒管(尾部)包住芯棒前端,見圖4;帶有芯棒的荒管橫移至脫棒線,由脫棒機將芯棒從荒管中抽出以便冷卻、潤滑后循環使用。其特點是荒管壁厚的精度較高、節奏較快,每分鐘可軋3支甚至更多的鋼管,芯棒長度雖然比浮動式的短得多,而比限動芯棒軋機略長一些;設有脫棒機工藝其流程較長;適合生產較小規格(外徑小于219mm)的無縫鋼管。德國模式的代表機組有日本的八幡廠的φ194 mm機組和我國衡陽的φ89 mm機組;法國模式的機組至今僅有一套,就是法國V&M公司圣索夫廠的φ127 mm機組。

半浮動芯棒連軋管機在扎著過程中對芯棒速度也進行控制,但在軋制結束之前即將芯棒放開,像浮動芯棒連軋管機一樣由鋼管將芯棒帶出軋機,然后由脫棒機將芯棒從荒管中抽出。在對芯棒速度進行限動時,就在一定程度上解決了金屬流動規律性的問題,將芯棒放開以后,又如同浮動芯棒連軋管機一樣要考慮脫

棒條件的限制,因此半浮動芯棒連軋管機所軋制的鋼管直徑不宜太大。

半浮動芯棒連軋管機兼顧了限動芯棒與浮動芯棒軋管機的優點,既保持了較高的軋制節奏,又確保了鋼管的壁厚精度及內外表面質量,只是由于需要設臵脫棒機,使其軋制規格的上限受到限制。

2.2.1.3限動芯棒連軋管機: 簡稱MPM(Multi-Stand Pipe Mill),是意大利因西公司推廣應用的,一般7～8個機架。軋管時芯棒的運行是限動的、速度是可控的;芯棒的速度應高于第一架的咬入速度而低于第一架的軋出速度。軋制的整個過程中芯棒速度是恒定不變的,從而確保管子壁厚的精度,軋制不同的管子時芯棒的速度可在一定范圍內調節。軋制結束后,芯棒停止,由脫管機將荒管從芯棒中脫出,而后芯棒回送離開軋機,撥出軋線冷卻、潤滑后循環使用。其特點是荒管的壁厚的精度高,用脫管機取代了脫棒機,縮短了工藝流程,芯棒較短;但軋制節奏慢,每分鐘可軋2支或稍多一點的鋼管;適合生產中等規格(外徑小于460mm)的無縫鋼管。代表性機組有意大利達爾明的φ356 mm機組和我國天津鋼管公司的φ250 mm機組。

為了解決浮動芯棒連軋管機軋制過程中金屬流動不規律的問題,縮短芯棒長度,解決芯棒制造上的困難,20世紀60年代國外就開始試驗限動芯棒軋制,70年代獲得成功,在意大利的達爾明廠投入工業生產。

限動芯棒連軋管機的基本特點就是控制芯棒的運行速度,使芯棒在整個扎著過程中均以低于第一機架金屬軋出速度的恒定速度前進,這是相當重要的工藝改進,使限動芯棒軋機具有浮動芯棒軋機不可比擬的優越性。近年來的實踐表明,芯棒的速度應高于第一機架的咬入速度而低于第一機架的軋出速度。這樣,在整個扎著過程中芯棒的移動速度均以低于所有機架的軋制速度,避免了不規律的金屬流動和軋制條件的變化。由于芯棒速度受到控制,每一機架的軋制壓力都較小,金屬流動有規律,延伸系數可達一些,這就可以獲得非常好的壁厚偏差。

由于芯棒速度限動,可大大縮短芯棒的長度,軋制32m的鋼管,芯棒的工作長度只有15m。鋼管從芯棒上軋出后用脫管機將其從芯棒前端抽出,芯棒快速返回,不像在浮動芯棒軋機上受脫棒條件的限制,因此可以生產中型和大型規格的無縫鋼管。

限動芯棒連軋管機是在浮動芯棒連軋管機的基礎上發展起來的。與浮動芯棒連軋管機相比,限動芯棒連軋管機有如下優點:

1)降低了工具消耗。由于限動芯棒連軋管機的芯棒較之浮動芯棒連軋管機的芯棒要短,鋼管與芯棒的接觸時間短,從而提高了芯棒的使用壽命,一般使芯棒消耗降至每噸鋼管1公斤左右。

2)改善了鋼管的質量。由于限動芯棒連軋管機具有搓軋(芯棒與鋼管內表面相對運動)性質,有利于金屬的延伸,加之帶有微張力軋制狀態,從而減小了橫向變形,根本不存在浮動芯棒連軋所產生的“竹節”現象,使鋼管內外表面和尺寸精度有了很大提高。

3)取消了脫棒機,縮短了工藝流程,提高了鋼管的終軋溫度。部分品種可省去定徑前的再加熱工序,從而節省了能源。

4)擴大了產品規格。由于采用了限動芯棒軋制,可以減小芯棒的長度,減輕了芯棒的重量,允許加大芯棒的直徑,使鋼管的最大外徑由177.8mm擴大到426mm甚至更大.另外,限動芯棒連軋管機還可軋制徑壁比更大(D/S>40)的鋼管。

限動芯棒連軋管機代表著現代無縫鋼管生產的先進技術,它集中體現了無縫鋼管生產的連續性、高效率、機械化及工業自動化的發展趨勢。80年代以后

已經在無縫鋼管生產領域占了主導的地位。

少機架限動芯棒連軋管機(MINI-MPM)是在上世紀90年代意大利因西公司推出的工藝,它的實質與MPM一樣;當時主要是針對南非托沙廠的技術改造,設計為四個機架,基本保留了MPM機組的優點,與MPM相比它的最大特點是實現了用更短的芯棒軋制長鋼管,芯棒的工作段長度比MPM少2～3米;芯棒總長度可縮短5米左右。芯棒可以制造成整體,兩端都加工有限動頭可以調頭使用,降低芯棒的消耗。隨著錐形輥穿孔機的普及應用,使熱軋無縫鋼管的變形量前移成為可能,連軋工序的延伸可適當減小,連軋管機不用再設臵7～8架就可實現所要求的熱軋變形了,所以在而后興建的限動芯棒連軋管機組大多采用5個機架的MINI-MPM。代表機組有包頭鋼鐵公司的180機組;鞍山鋼鐵公司的159機組;衡

和軋槽頂部之間的圓周速度差較小,從而能在穩定的條件下使軋制時的金屬變形更加均勻。凸緣面積(不與軋輥或芯棒接觸的管子面積。也就是輥縫處壁厚/外經的凸起面積 ) 有所減小,即流向凸緣的金屬量減少了。這一優點在軋制不受外端及其它機架約束的鋼管尾端時尤為重要。事實上鋼管尾端在三輥式軋管機上軋制時受控是由于凸緣面積較小(比二輥式的小30%左右)以及軋槽底部與軋槽頂部間的圓周速度差較小的緣故。因此,能避免或大大減少管端折疊和飛翅的形成。因圓周壓應力較高,從而能在軋制時使輥縫處產生的縱向拉應力的危險性大大降低?？仔椭行景舻姆€定性較高。PQF機組可以生產高強度(P110以上)特殊鋼級油井用管、高壓鍋爐管及13Cr、304L等不銹鋼管。PQF最大的優勢是:由于三輥孔型的半徑差小于兩輥,軋件變形更加均勻、平穩,使產品的壁厚精度和表面質量高于MPM。φ168mmPQF機組由于采用了獨特的芯棒運行方式,使其軋制節奏達到24秒/支。代表性機組為我國天津鋼管公司的φ168 mm機組。

限動芯棒連軋管機芯棒運行有兩種方式:一是軋制結束時,芯棒停止運動,待荒管從芯棒中脫出后,芯棒快速返回,撥出軋制線,冷卻、潤滑后循環使用,傳統的MPM均采用此中運行方式;另一種運行方式為:軋制結束時,芯棒停止運動,待荒管由脫管機從芯棒中脫出后,芯棒不是回送,而是向前快速運行跟隨荒管之后依次通過脫管機,芯棒穿過脫管機后,撥出軋線再回送、冷卻、潤滑循環使用,該方法減少了芯棒的在線待軋(非軋鋼)時間。從而有效地縮短了軋制周期,加快了軋制節奏。PQF采用此中運行方式;兩種運行方式的主要區別是脫管完成后,芯棒是與荒管反向運行回退離開軋機后撥出軋制線冷卻、潤滑、循環使用;還是同向運行芯棒前行離開軋機后、穿過脫管機后撥出軋制線冷卻、潤滑、循環使用。第二種方法因芯棒要通過脫管機,在軋制薄壁管(脫管機的減徑量大于等于2倍的荒管壁厚)時要求脫管機軋輥必須具備快開快合功能,以免芯棒撞損脫管機軋輥。

121-芯棒;2-荒管

圖3 浮動芯棒軋制后芯棒/荒管示意圖

1 1-芯棒;2-荒管 2

圖4 半浮動芯棒軋制后芯棒/荒管示意圖

2.2.1.5 關于脫管機和脫棒機

為了完成將連軋管機軋出的荒管與芯棒脫開分離的工藝目的,便于荒管在后道工序進一步加工成品鋼管,一般采用兩種方法:

2.2.1.5.1一是軋制結束后荒管/芯棒被一起移出軋制線,荒管受軸向約束不動,用裝臵將芯棒從荒管中抽出;我們將這種荒管不動,芯棒動的設備稱為脫棒機。當帶芯棒的荒管進入脫棒位臵后,脫棒鏈上的脫棒卡緊裝臵就勾住芯棒的尾柄,而液壓開閉的卡板擋住荒管,脫棒鏈從荒管中抽出芯棒。脫棒鏈轉過半圈完成一次脫棒動作,鏈所走過的距離約為芯棒長度的1.1倍.脫棒機的最大速度大于4.5m/s。到達終位的誤差為±50mm。脫出的芯棒經輸送輥道送到芯棒定位升降擋板前,然后由芯棒移送裝臵把芯棒送入芯棒冷卻槽,循環使用。脫棒機安裝位臵與連軋管機平行。脫棒機有兩列脫棒鏈。這兩列脫棒鏈用橫梁連接起來。兩列脫棒鏈間共有兩個脫棒橫梁及多個承載橫梁。脫棒橫梁用來從荒管中抽出芯棒,而承載橫梁用來在脫棒過程中支承芯棒。在脫棒橫梁上用螺栓緊固與軋件尺寸相關的脫棒卡緊裝臵。當更換軋制芯棒時,需要更換脫棒卡緊裝臵。

2..2.1.5.2另一種是軋制結束后,芯棒停止運動,荒管在線被裝臵將其從芯棒中脫出;我們將這種芯棒不動,荒管動的設備稱為脫管機。脫管機既有兩輥式的,也有三輥式的。脫管機的設臵有兩個重要的工藝目的:一是將荒管從芯棒上抽出,完成脫管目的。在軋制線上脫管,省去了脫棒機,縮短了工藝流程,提高了終軋溫度;二是起校正(定徑)作用,也就是說在每一支鋼管生產中,該機也有延伸和定徑作用。為生產薄壁管和中厚壁管,每架脫管機的孔型名義直徑必須小于軋管機芯棒直徑。在生產薄壁管時,脫管機的減徑量要相應加大,否則薄壁管不易被脫出。每架脫管機上都裝有安全臼,以防止芯棒進入脫管機時損傷軋輥及相關的機械部分。在事故情況下,假如當帶芯棒的荒管進入脫管機孔型時,若脫管機軋輥承受的徑向載荷大于預設值,則軋輥孔型會相應張開,防止芯棒頂壞軋輥及設備。

2.2.1.6 連軋管機按芯棒運行方式進行分類的方法/原則?

2.6.1連軋管機限動芯棒與半浮動芯棒工藝主要區別在于以下兩點:一是軋制過程中芯棒速度是否恒定不變;二是使用脫管機還是脫棒機。限動芯棒工藝應該同時滿足軋制過程中芯棒速度恒定不變和使用脫管機這兩個條件。因此,將目前建成投產的這套PQF機組稱為三輥限動芯棒連軋管機較為恰當,而稱之為半浮動芯棒顯然是欠準確的。

2.2.1.6.2曾有學者提出用半限動替代半浮動這一名稱,意在強調對芯棒的限動功能;但從已發表的許多文章來看,絕大多使用都半浮動這一名稱。還有人認為法國式的機組因其軋制過程中芯棒速度是受控的,應該屬于限動芯棒類型。由于機組配備的是脫棒機,軋管機孔型設計是要考慮脫棒間隙,孔型的側壁開口角度要比MPM的大,故將法國人設計的連軋管機組歸為半浮動類型。

2.2.1.6.3采用脫出荒管之后,芯棒向前行進通過脫管機、繞軋機出口側進行循環這一獨特的運行方式,與傳統的限動芯棒機組相比:明顯地減少了芯棒的運行時間、加快了限動芯棒連軋管機組的軋制節奏、提高生產效率, 實現了人們的對限動芯棒連軋管機既要鋼管壁厚精度高、又要軋制節奏快這一美好愿望,但對脫管機的要求較高,需具備輥縫快開快合功能;這并不能說明為提高軋制節奏,在其它中、大型限動芯棒連軋管機組也適用這種芯棒運行方式,因為隨著芯棒規格、重量的增加,芯棒在向前輸送通過脫管機的過程中可能要遇到一些困難。

2.2.1.7空減機(空心坯減徑機的簡稱)的配臵

一套連軋管機為使其產品外徑范圍盡可能地寬,設計時一般選用2～5個孔型,軋管機后配備張減機的選擇孔型數較少;軋管機后配備定徑機的選擇孔型數較多。由于孔型尺寸的變化相應地軋管機入口的毛管外徑也要隨著發生變化;為適應軋管機入口毛管外徑變化,通常有兩種方法:一是選用幾種外徑的管坯,針對不同的孔型選用不同規格的管坯,每次更換孔型時需對穿孔機的受料槽、導衛裝臵(導板或導盤)進行更換,這樣做有兩點不足,一方面占用較多工作時間;另一方面管坯料場、穿孔機工具需要場地較大。第二種方法是在穿孔機與軋管機之間布臵一臺空減機,通過空減機可使用一種外徑尺寸的管坯滿足軋管機不同孔型成為可能。

2.2.1.7.1浮動芯棒連軋管機組采用穿孔機與軋管機之間布臵空減機的方法比較經濟,這樣既可僅用一個規格的管坯組織生產,減少了管坯庫的面積和穿孔機相關的軋制工具數量,又可以減少換孔型的時間,提高了機組的作業率。經空減機后的毛管在運往連軋管機入口臺架前,先通過一個吹灰裝臵用壓縮空氣吹去毛管內的細小氧化鐵皮,以減少對芯棒的磨損和管子內表面缺陷。同時空減機亦消除了導盤式穿孔機所造成的毛管頭尾外徑差,使軋制過程穩定。這種單獨布臵的空減機一般使用三輥式、3～6個機架。

2.2.1.7.2半浮動芯棒連軋管機組將空減機布臵在連軋管機的入口側,即與連軋管機串列布臵,一般為兩輥式、2～4架;在保持了原有空減機優點的同時,可縮短工藝流程,減少占地面積。這種變化一方面是因為錐形輥穿孔機的應用使變形前移,軋管機的機架數相應減少(減少2～3架),串列布臵因芯棒的長度增加而引起的軋制節奏變化不是很多(因軋制終了芯棒向前運動);另一方面串列布臵可減少毛管在縱向移動過程中內表面的氧化和溫降,能更有效地確保鋼管質量。

2.2.1.7.3限動芯棒連軋管機組在最初時沒有空減機,采用的是一種規格的管坯對應一個孔型,這主要是因為軋制時芯棒與軋件內表面的相對運動比浮動時的大,芯棒的工作條件更為惡劣,芯棒更容易磨損和劃傷。限動芯棒工藝上不允許毛管在進入軋管機前做縱向運動。必須有效的防止毛管內表面的二次氧化,才能確保鋼管的質量,因此不可能像浮動芯棒那樣在穿孔機與軋管機之間布臵空減機。如采用半浮動芯棒的串列布臵,因芯棒長度的增加使軋制節奏更加變慢,(因軋制終了芯棒向后運動),將影響機組的產能的發揮,也是不經濟的。近十年來,限動芯棒機組也在不斷吸收其他機組的長處,在軋管機入口側串列布臵1架空減機(二輥、三輥、四輥形式均有),目的在于消除毛管內表面與芯棒之間的間隙和毛管外徑的頭尾直徑偏差,使軋制更加平穩,從而提高軋輥的使用壽命,確保鋼管的幾何尺寸精度和內外表面質量。

2.2.1.8吹硼砂的工藝目的

限動芯棒連軋管機組比浮動、半浮動機組多了一個工序是在軋管機入口前向毛管內用氮氣噴抗氧化劑,其工藝目的是去除內表面的氧化鐵皮并防止二次氧化?？寡趸瘎┰诟邷貢r下呈熔融狀態可起到很好的潤滑作用。對抗氧化劑的成分、顆粒尺寸、化學穩定性、物理穩定性及吹撒的數量、噴吹的壓力、時間都有嚴格的要求,主要是解決軋管機的延伸大,軋制時芯棒與軋件間相對運動較大,芯棒的工作條件更為惡劣,芯棒更容易磨損和劃傷,潤滑條件不好時容易發生軋卡事故或軋制終了時脫管機不能將荒管從芯棒中順利的抽出。

2.2.1.9芯棒的選材的原則

連軋管機的芯棒選材時根據其工作環境而定的,浮動芯棒在軋制時芯棒只受徑向的壓、拉應力,軸向除經軋件的張力傳遞外,基本不受力,只是在脫棒時有很小的軸向力;限動芯棒、半浮動芯棒在軋制時芯棒既受徑向的壓拉應力,也要承受很大的軸向拉應力,工作條件更為惡劣。一般浮動芯棒選用H11材料,限動芯棒選用H13材料,半浮動芯棒兩者均可。

浮動的芯棒一般是一段式的;限動的芯棒一般采用三段式,由工作段、延長桿和尾柄組成。少機架(4～5架)連軋管機也有將芯棒設計成兩端帶夾持尾柄,可以調頭使用,以減少芯棒消耗。

2.2.2三輥(斜)軋管機軋管:在PQF以前,三輥軋管機專指阿塞爾(ASSEL)軋機或其改進型特郎斯瓦爾(Transval)軋機。阿塞爾軋機由美國蒂姆肯公司工程師W〃J〃Assel于1932年發明的,當時主要用來生產管壁較厚的軸承管。阿塞爾軋管機不適宜軋制薄壁管;經改進增加軋輥快開功能后,一般產品D/S<20;這種軋管機由三個帶輥肩的布臵在以軋制線為形心的等邊三角形的頂點,(三個軋輥互成120°配臵)軋輥軸線與軋制線成兩個傾斜角度。軋輥軸線在垂直方向與軋制線傾斜一個喂入角,用來實現螺旋軋制;在水平方向與軋制線交錯一個輾軋角。在三個軋輥和一根芯棒所包圍的空間(即孔型,圖3所示)內,由穿孔送來的毛管套在 長芯棒上,用喂管器送入軋管機中軋制;毛管在變形區(圖4)中經咬入、減壁(同時減徑)、平整和歸圓而成為荒管。斜軋螺旋軋制時金屬在變形區內受到軋輥與芯棒的周期連續作用而產生形狀和尺寸的變化。

軋件變形實際上是從圓到圓三角再到圓的過程。特郎斯瓦爾軋機由法國人在ASSEL的基礎上發展起來的,本質上還是阿塞爾軋機,所不同的是可在軋制過程中實現變喂入角、變軋制速度,即根據需要能在每根管子軋制過程中迅速按要求改變喂入角和軋輥轉速,主要是解決軋制薄壁管問題,可軋制D/S>35的荒管。阿塞爾軋管機優點是:產品精密性高,因為帶芯棒的斜軋,在一道次中多次的輾壓作用,使壁厚精度大大提高,也不易產生劃道、耳子和青線等缺陷;生產中靈活性大,借助軋輥的離合就可改變孔型尺寸,特別適應較小量多批定貨,對組織生產有很大的優越性;可生產D/S=2.5的特厚壁管;工具儲備數量少。不足是規格范圍窄,品種受限制,不能生產不銹鋼等難變形材質;產能低,年產低于25萬噸;延伸較小(一般μ<2.5);荒管D/S一般<35、長度小于15米。

圖4阿塞爾軋機的變形區

三輥軋管機,按芯棒的運行方式也可分為以下三種形式。

2.2.2.1浮動式:與上述連軋管機的浮動芯棒形式相同。

2.2.2.2限動式:與上述連軋管機的限動芯棒形式相近,芯棒前進的速度比荒管的小,由專門機構控制,只是使用一支空心芯棒,芯棒在線內水冷,軋制結束后,將芯棒從荒管中回退抽出并返回原始位臵,繼續進行下一根管子的軋制操作。三套就是采用這種芯棒運行方式的。

2.2.2.3回退式:將芯棒裝在小車上,芯棒的運行受到小車的限制,芯棒穿過毛管并達到最前部極限位臵時開始軋管,軋制時開動芯棒小車使芯棒按給定速度后退,芯棒逐漸地從鋼管已軋完的部分中抽出,軋制結束時抽出工作已全部完畢。這種方式可生產D/S=2.5的特厚壁管。

2.2.3各機組的異同

2.2.3.1PQF和Assel都是三輥軋管機。PQF是多機架連軋管機,軋制時,鋼管及芯棒一起作直線運動,;而Assel是單機架斜軋管機,軋制時,鋼管及芯棒一起作螺旋運動;當產品規格相同或相近時,PQF的產量約是Assel的2~4倍。

2.2.3.2PQF機組生產效率高,延伸系數大(μ>6)能軋制長達30米以上的荒管,產品質量好(體現在內外表面上),壁厚精度高;品種、規格范圍寬,即能生產碳綱、合金鋼,又能生產不銹鋼;可生產D/S>45的薄壁管,生產成本低,金屬消耗低;適合大批量連續化生產。不足是一次投資大,軋制工具占用資金較多;生產的靈活性稍差;更換孔型時間較長,不適宜小批量的生產;限動芯棒連軋管機在軋制厚壁管時受連軋機與脫管機距離的制約,致使許多規格的厚壁管產品不能生產。

2.2.3.3Assel軋機,適宜軋制中厚壁鋼管,適應高精度、小批量、多品種的高附加值產品的生產,借助軋輥的離合就可改變孔型尺寸,特別適應較小量多批定貨。天津鋼管公司在現有兩套適于生產大批量專用管材的連軋管機組的基礎上,第三套采用了Assel三輥斜軋機組,在生產市場急需的壁厚>40mm的厚壁管的時,因沒有脫管機軋制厚壁管時限制較少,三輥軋管機(Assel)可作為連軋管機組生產品種的補充,可進一步優化公司的產品結構、合理地調配資源、增加生

產的靈活性、特別在是應對小批量、多品種、多規格的市場的需求時使公司的市場競爭能力得到加強。

*軋鋼的幾種形式

根據軋件變形原理,一般將軋鋼分為以下三種形式:

*.1縱軋:軋件的運行方向(軸線)與軋輥軸線垂直,軋件作直線運動;型鋼、板材生產及無縫鋼管的連軋(一根軋件同時在兩個或兩個以上的孔型或機架中軋制稱為連軋)等都屬于縱軋。

*.2橫軋:軋件的運行方向(軸線)與軋輥軸線平行,軋件作回轉運動;機車輪轂、自行車軸等的生產屬于橫軋。

*.3斜軋:軋件的運行方向(軸線)與軋輥軸線既不垂直也不平行,軋件除了前進運動外,還有饒本身軸線之旋轉,作螺旋前進運動;最常見的無縫鋼管穿孔(推軋穿孔、擠壓穿孔除外)生產屬于斜軋;三套的ASSEL軋管也是斜軋。

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