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各熱軋機(jī)組生產(chǎn)工藝過(guò)程特點(diǎn)

　　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(guò)程中最重要的一個(gè)工序環(huán)節(jié)。這個(gè)環(huán)節(jié)的主要任務(wù)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(yīng)的程度，即它必須考慮到后繼定、減徑工序時(shí)壁厚的變化，這個(gè)環(huán)節(jié)還要提高毛管的內(nèi)外表面質(zhì)量和壁厚的均勻度。通過(guò)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(diǎn)是在毛管內(nèi)按上剛性芯棒，由外部工具(軋輥或模孔)對(duì)毛管壁厚進(jìn)行壓縮減壁。依據(jù)變形原理和設(shè)備特點(diǎn)的不同，它有許多種生產(chǎn)方法，如表1所示。一般習(xí)慣根據(jù)軋管機(jī)的形式來(lái)命名熱軋機(jī)組。軋管機(jī)分單機(jī)架和多機(jī)架，單機(jī)架有自動(dòng)軋管機(jī)、阿塞爾軋機(jī)、ACCU-ROLL等,斜軋管機(jī)都是單機(jī)架的;連軋管機(jī)都是多機(jī)架的，通常4~8個(gè)機(jī)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。

　　表2-1 軋管減壁的工藝方法

　　

 

　　2..2.1 連續(xù)軋管機(jī)的幾種形式

　　連軋管機(jī)是在毛管內(nèi)穿入長(zhǎng)芯棒后，經(jīng)過(guò)多機(jī)架順序布置且相臨機(jī)架輥縫互錯(cuò)(二輥式輥縫互錯(cuò)90°，如圖1所示;三輥式輥縫互錯(cuò)60°)的連軋機(jī)軋成鋼管，它是當(dāng)今被最廣泛應(yīng)用的縱軋鋼管方法。連軋管機(jī)軋制過(guò)程中，軋件變形實(shí)際上是受多組(4~8組)軋輥與芯棒的反復(fù)作用從圓到橢圓…橢圓再到圓的過(guò)程。連軋管機(jī)的發(fā)展歷史悠久，早在19世紀(jì)末就曾嘗試在長(zhǎng)芯棒上進(jìn)行軋管，但種種原因，至1950年世界上僅有6臺(tái)連軋管機(jī)。1960年后，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展，特別是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，使連軋管機(jī)在生產(chǎn)工藝和設(shè)備上日趨完善，得到了迅速的發(fā)展和推廣。在浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)的基礎(chǔ)上，限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)于20世紀(jì)60年代中期進(jìn)行了工藝試驗(yàn)，獲得了可喜的成果。1978年世界上第一套限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)(MPM)在意大利達(dá)爾明鋼管廠建成投產(chǎn)，連軋管工藝發(fā)展到了一個(gè)新的水準(zhǔn)。20世紀(jì)90年代末又推出了三輥連軋管機(jī)(PQF)技術(shù)，使連軋管工藝裝備躍上了更高的臺(tái)階。連軋管機(jī)在PQF出現(xiàn)以前，都是兩輥式的，即由兩個(gè)軋輥為一組組成孔型,二輥式的機(jī)架既有與地面呈45°交錯(cuò)布置的，也有與地面垂直、水平交錯(cuò)布置的;PQF為三輥式的，即由三個(gè)軋輥為一組組成孔型;;MPM與PQF孔型構(gòu)成見(jiàn)(圖2);連軋管時(shí)，孔型頂部的金屬由于受到軋輥外壓力和芯棒內(nèi)壓力作用而產(chǎn)生軸向延伸，并向圓周橫向?qū)捳?，而孔型?cè)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(duì)它附加的拉應(yīng)力作用而產(chǎn)生軸向延伸，并同時(shí)產(chǎn)生軸向拉縮。不論兩輥式的還是三輥式的連軋管機(jī)，按芯棒的運(yùn)行方式可分為以下三種形式。

 

　　2.2.1.1 浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)(或全浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī))

　　簡(jiǎn)稱MM(Mandrel Mill)。軋制過(guò)程中對(duì)芯棒速度不加以控制，芯棒由被輾軋金屬的摩擦力帶動(dòng)自由跟隨管子通過(guò)軋機(jī)，芯棒的運(yùn)行速度是不受控的;軋制過(guò)程中芯棒的運(yùn)行速度隨著各機(jī)架的咬入、拋鋼有波動(dòng)，從而引起管子壁厚的波動(dòng);軋制結(jié)束后，芯棒隨荒管軋出至連軋機(jī)后的輸出輥道，在軋制中、薄壁管時(shí)芯棒的幾乎全長(zhǎng)都在荒管內(nèi)，見(jiàn)圖3;帶有芯棒的荒管橫移至脫棒線，由脫棒機(jī)將芯棒從荒管中抽出以便冷卻、潤(rùn)滑后循環(huán)使用。其特點(diǎn)是軋制節(jié)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(shè)有脫棒機(jī)其工藝流程較長(zhǎng)、芯棒的長(zhǎng)度接近于管子的長(zhǎng)度;適合生產(chǎn)較小規(guī)格(外徑小于177.8mm)的無(wú)縫鋼管。比較有代表性的浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)有德國(guó)米爾海姆廠的RK2機(jī)組和我國(guó)寶鋼的φ140 mm機(jī)組。浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)的工作特點(diǎn)是：由于在軋制時(shí)不控制芯棒速度，因此在整個(gè)軋制過(guò)程中，芯棒速度多次變化。例如，在一臺(tái)8機(jī)架的連軋管機(jī)上，當(dāng)金屬進(jìn)入第一機(jī)架時(shí)，芯棒在摩擦力的作用下，以接近第一機(jī)架的軋制速度運(yùn)行;當(dāng)金屬進(jìn)入第二機(jī)架時(shí)，芯棒速度就要改變，以第一和第二機(jī)架軋制速度之間的某個(gè)速度運(yùn)行;當(dāng)進(jìn)入第三機(jī)架時(shí)，則芯棒速度已變?yōu)榈谝?、第二和第三機(jī)架軋制速度之間的某個(gè)速度;依此類推，直至進(jìn)入第八機(jī)架，芯棒速度便經(jīng)過(guò)了8次變化，已1～8機(jī)架間的某個(gè)速度運(yùn)行，進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的軋制階段。在此階段，前面機(jī)架的軋制速度比芯棒速度慢(稱為慢速機(jī)架)，后面機(jī)架的軋制速度比芯棒速度快(稱為快速機(jī)架)，如果中間某個(gè)機(jī)架的軋制速度恰好與芯棒運(yùn)行速度相同則稱為同步機(jī)架。隨后當(dāng)金屬逐漸從有關(guān)機(jī)架中軋出時(shí)，在芯棒速度變化為2～8機(jī)架間的某個(gè)速度;當(dāng)金屬由第二機(jī)架軋出，則芯棒速度又變?yōu)榈谌恋诎藱C(jī)架間的某個(gè)速度，以此類推，直至金屬?gòu)牡诎藱C(jī)架軋出為止。由上可以看出，在鋼管的軋制過(guò)程中，芯棒的速度至少要變化15次，芯棒速度的變化將導(dǎo)致金屬流動(dòng)條件的改變。浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)由于軋制過(guò)程中芯棒速度改變而使得金屬流動(dòng)發(fā)生變化，因金屬流動(dòng)的不規(guī)律而引起鋼管縱向的壁厚和直徑變化，盡管對(duì)此采取了不少措施并取得了一定的效果，當(dāng)軋制條件的變化依然存在，且產(chǎn)品管的尺寸精度始終不如限動(dòng)芯棒軋機(jī)。此外，芯棒長(zhǎng)，使制造費(fèi)用加大，制造困難，且長(zhǎng)芯棒的重量也很大，鋼管帶著過(guò)重的芯棒在輥道上運(yùn)行將會(huì)導(dǎo)致鋼管表面損傷。故目前浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)均用于小型機(jī)組。連軋管時(shí)，荒管可以看作是在不同直徑的軋輥間連續(xù)軋制形成的。穿在鋼管中的芯棒可以看作是曲率半徑無(wú)窮大的內(nèi)軋輥。浮動(dòng)芯棒軋制時(shí)，芯棒除受到軋輥經(jīng)軋件傳遞來(lái)的作用力外，再無(wú)其他外力作用。當(dāng)軋件頭部經(jīng)第一機(jī)架咬入后，隨著軋件逐一走向后面的延伸機(jī)架，作用在芯棒上的機(jī)架數(shù)相繼增多，故芯棒速度不斷提高，這個(gè)階段稱為“咬入”階段。當(dāng)軋件頭部進(jìn)入最末機(jī)架后，整個(gè)軋件處在連軋管機(jī)所有機(jī)架的軋制中，芯棒速度維持不變，稱為“穩(wěn)定扎著急”階段。當(dāng)軋件尾部離開(kāi)第一機(jī)架后，芯棒速度友逐級(jí)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(wěn)定軋制”狀態(tài)下設(shè)定的。軋制過(guò)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(jī)架的金屬必然增多，也就是說(shuō)，后面的機(jī)架由芯棒送入了比其設(shè)定的軋輥圓周速度所允許的還要多的金屬，這就出現(xiàn)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(jī)架上得到了加工，但仍然導(dǎo)致在荒管的一些部位上直徑變大和壁厚變厚，這種現(xiàn)象稱為“竹節(jié)”。原則上講可能在整根鋼管上均出現(xiàn)“竹節(jié)”。顯然“竹節(jié)”現(xiàn)象屬縱向壁厚不均，對(duì)隨后的張減機(jī)軋制是不利的，應(yīng)盡可能防止。為了防止或減少“竹節(jié)”形成，孔型設(shè)計(jì)分配壓下量時(shí)，在保證總延伸不變的前提下，適當(dāng)增加前幾架壓下量。這樣，就可在后面幾個(gè)機(jī)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(rùn)滑有利于延伸和降低能耗，也可以減少竹節(jié)的形成。還可以采用電控技術(shù)防止竹節(jié)的產(chǎn)生。由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行預(yù)設(shè)定，軋輥轉(zhuǎn)速按要求變化，當(dāng)軋件通過(guò)時(shí)對(duì)軋輥進(jìn)行校準(zhǔn)，使各機(jī)架的出口速度與芯棒速度的變化相適應(yīng)。70年代盛行浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)機(jī)組。由于受到芯棒重量的限制，至今這種機(jī)組僅能生產(chǎn)直徑小于177.8mm一下的鋼管。

　　2.2.1.2 半浮動(dòng)(或半限動(dòng))芯棒連軋管機(jī)

　　德國(guó)人稱MRK-S(Mannesmann bohr-Kontimill Stripper);法國(guó)人稱Neuval-R。德國(guó)設(shè)計(jì)的工藝為：在軋制過(guò)程中，前半程，芯棒不是自由地隨軋件前進(jìn)，而是受限動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制，以一恒定速度前進(jìn)，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(kāi)始，軋件的速度快于芯棒的速度，形成穩(wěn)定的差速軋制狀態(tài);當(dāng)完成主要變形、管子脫離倒數(shù)第3架時(shí)，限動(dòng)機(jī)構(gòu)加速釋放芯棒，像浮動(dòng)芯棒一樣由鋼管將芯棒帶出軋機(jī)。德國(guó)式的半浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)于20世紀(jì)80年代初在日本八幡廠建成投產(chǎn)。法國(guó)研制的工藝為：在鋼管由最后一個(gè)機(jī)架軋出時(shí)才松開(kāi)芯棒，即在軋制過(guò)程中具有限動(dòng)芯棒軋機(jī)的工藝特點(diǎn)，而在終軋后松開(kāi)芯棒;芯棒隨荒管至連軋機(jī)后的輸出輥道。法國(guó)式的半浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)于20世紀(jì)70年代后期在法國(guó)的圣索夫鋼管廠投入生產(chǎn)。不論德國(guó)工藝還是法國(guó)工藝，半浮動(dòng)芯棒軋管機(jī)軋制結(jié)束后，約有1/3長(zhǎng)的荒管(尾部)包住芯棒前端，見(jiàn)圖4;帶有芯棒的荒管橫移至脫棒線，由脫棒機(jī)將芯棒從荒管中抽出以便冷卻、潤(rùn)滑后循環(huán)使用。其特點(diǎn)是荒管壁厚的精度較高、節(jié)奏較快，每分鐘可軋3支甚至更多的鋼管，芯棒長(zhǎng)度雖然比浮動(dòng)式的短得多，而比限動(dòng)芯棒軋機(jī)略長(zhǎng)一些;設(shè)有脫棒機(jī)工藝其流程較長(zhǎng);適合生產(chǎn)較小規(guī)格(外徑小于219mm)的無(wú)縫鋼管。德國(guó)模式的代表機(jī)組有日本的八幡廠的φ194 mm機(jī)組和我國(guó)衡陽(yáng)的φ89 mm機(jī)組;法國(guó)模式的機(jī)組至今僅有一套，就是法國(guó)V&M公司圣索夫廠的φ127 mm機(jī)組。半浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)在扎著過(guò)程中對(duì)芯棒速度也進(jìn)行控制，但在軋制結(jié)束之前即將芯棒放開(kāi)，像浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)一樣由鋼管將芯棒帶出軋機(jī)，然后由脫棒機(jī)將芯棒從荒管中抽出。在對(duì)芯棒速度進(jìn)行限動(dòng)時(shí)，就在一定程度上解決了金屬流動(dòng)規(guī)律性的問(wèn)題，將芯棒放開(kāi)以后，又如同浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)一樣要考慮脫棒條件的限制，因此半浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)所軋制的鋼管直徑不宜太大。半浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)兼顧了限動(dòng)芯棒與浮動(dòng)芯棒軋管機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，既保持了較高的軋制節(jié)奏，又確保了鋼管的壁厚精度及內(nèi)外表面質(zhì)量，只是由于需要設(shè)置脫棒機(jī)，使其軋制規(guī)格的上限受到限制。

　　2.2.1.3 限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)

　　簡(jiǎn)稱MPM(Multi-Stand Pipe Mill)。軋管時(shí)芯棒的運(yùn)行是限動(dòng)的、速度是可控的;芯棒的速度應(yīng)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(gè)過(guò)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(shí)芯棒的速度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。軋制結(jié)束后，芯棒停止，由脫管機(jī)將荒管從芯棒中脫出，而后芯棒回送離開(kāi)軋機(jī)，撥出軋線冷卻、潤(rùn)滑后循環(huán)使用。其特點(diǎn)是荒管的壁厚的精度高，用脫管機(jī)取代了脫棒機(jī)，縮短了工藝流程，芯棒較短;但軋制節(jié)奏慢，每分鐘可軋2支或稍多一點(diǎn)的鋼管;適合生產(chǎn)中等規(guī)格(外徑小于460mm)的無(wú)縫鋼管。代表性機(jī)組有意大利達(dá)爾明的φ356 mm機(jī)組和我國(guó)天津鋼管公司的φ250 mm機(jī)組。為了解決浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)軋制過(guò)程中金屬流動(dòng)不規(guī)律的問(wèn)題，縮短芯棒長(zhǎng)度，解決芯棒制造上的困難，20世紀(jì)60年代國(guó)外就開(kāi)始試驗(yàn)限動(dòng)芯棒軋制，70年代獲得成功，在意大利的達(dá)爾明廠投入工業(yè)生產(chǎn)。限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)的基本特點(diǎn)就是控制芯棒的運(yùn)行速度，使芯棒在整個(gè)扎著過(guò)程中均以低于第一機(jī)架金屬軋出速度的恒定速度前進(jìn)，這是相當(dāng)重要的工藝改進(jìn)，使限動(dòng)芯棒軋機(jī)具有浮動(dòng)芯棒軋機(jī)不可比擬的優(yōu)越性。近年來(lái)的實(shí)踐表明，芯棒的速度應(yīng)高于第一機(jī)架的咬入速度而低于第一機(jī)架的軋出速度。這樣，在整個(gè)扎著過(guò)程中芯棒的移動(dòng)速度均以低于所有機(jī)架的軋制速度，避免了不規(guī)律的金屬流動(dòng)和軋制條件的變化。由于芯棒速度受到控制，每一機(jī)架的軋制壓力都較小，金屬流動(dòng)有規(guī)律，延伸系數(shù)可達(dá)一些，這就可以獲得非常好的壁厚偏差。由于芯棒速度限動(dòng)，可大大縮短芯棒的長(zhǎng)度，軋制32m的鋼管，芯棒的工作長(zhǎng)度只有15m。鋼管從芯棒上軋出后用脫管機(jī)將其從芯棒前端抽出，芯棒快速返回，不像在浮動(dòng)芯棒軋機(jī)上受脫棒條件的限制，因此可以生產(chǎn)中型和大型規(guī)格的無(wú)縫鋼管。限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)是在浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。與浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)相比，限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：1)降低了工具消耗。由于限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)的芯棒較之浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)的芯棒要短，鋼管與芯棒的接觸時(shí)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(zhì)量。由于限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)具有搓軋(芯棒與鋼管內(nèi)表面相對(duì)運(yùn)動(dòng))性質(zhì)，有利于金屬的延伸，加之帶有微張力軋制狀態(tài)，從而減小了橫向變形，根本不存在浮動(dòng)芯棒連軋所產(chǎn)生的“竹節(jié)”現(xiàn)象，使鋼管內(nèi)外表面和尺寸精度有了很大提高。3)取消了脫棒機(jī)，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(jié)省了能源。4)擴(kuò)大了產(chǎn)品規(guī)格。由于采用了限動(dòng)芯棒軋制，可以減小芯棒的長(zhǎng)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(kuò)大到426mm甚至更大.另外,限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)還可軋制徑壁比更大(D/S>40)的鋼管。限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)代表著現(xiàn)代無(wú)縫鋼管生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)，它集中體現(xiàn)了無(wú)縫鋼管生產(chǎn)的連續(xù)性、高效率、機(jī)械化及工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。80年代以后已經(jīng)在無(wú)縫鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域占了主導(dǎo)的地位。

 

　　2.2.1.4 PQF((Premium Quality Finishing)

　　也是限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)，只不過(guò)每個(gè)機(jī)架由三個(gè)軋輥組成孔型;采用三輥設(shè)計(jì)的孔型比傳統(tǒng)的兩輥設(shè)計(jì)的孔型圓度好，且孔型的半徑差小，有利于軋件的均勻變形和軋輥的均勻磨損。軋槽底部和軋槽頂部之間的圓周速度差較小，從而能在穩(wěn)定的條件下使軋制時(shí)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(jīng)的凸起面積 ) 有所減小，即流向凸緣的金屬量減少了。這一優(yōu)點(diǎn)在軋制不受外端及其它機(jī)架約束的鋼管尾端時(shí)尤為重要。事實(shí)上鋼管尾端在三輥式軋管機(jī)上軋制時(shí)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(yīng)力較高，從而能在軋制時(shí)使輥縫處產(chǎn)生的縱向拉應(yīng)力的危險(xiǎn)性大大降低。孔型中芯棒的穩(wěn)定性較高。PQF機(jī)組可以生產(chǎn)高強(qiáng)度(P110以上)特殊鋼級(jí)油井用管、高壓鍋爐管及13Cr、304L等不銹鋼管。PQF最大的優(yōu)勢(shì)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(wěn)，使產(chǎn)品的壁厚精度和表面質(zhì)量高于MPM。φ168mmPQF機(jī)組由于采用了獨(dú)特的芯棒運(yùn)行方式，使其軋制節(jié)奏達(dá)到24秒/支。代表性機(jī)組為我國(guó)天津鋼管公司的φ168 mm機(jī)組。限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)芯棒運(yùn)行有兩種方式：一是軋制結(jié)束時(shí)，芯棒停止運(yùn)動(dòng)，待荒管從芯棒中脫出后，芯棒快速返回，撥出軋制線，冷卻、潤(rùn)滑后循環(huán)使用，傳統(tǒng)的MPM均采用此中運(yùn)行方式;另一種運(yùn)行方式為：軋制結(jié)束時(shí)，芯棒停止運(yùn)動(dòng)，待荒管由脫管機(jī)從芯棒中脫出后，芯棒不是回送，而是向前快速運(yùn)行跟隨荒管之后依次通過(guò)脫管機(jī)，芯棒穿過(guò)脫管機(jī)后，撥出軋線再回送、冷卻、潤(rùn)滑循環(huán)使用，該方法減少了芯棒的在線待軋(非軋鋼)時(shí)間。從而有效地縮短了軋制周期，加快了軋制節(jié)奏。PQF采用此中運(yùn)行方式;兩種運(yùn)行方式的主要區(qū)別是脫管完成后，芯棒是與荒管反向運(yùn)行回退離開(kāi)軋機(jī)后撥出軋制線冷卻、潤(rùn)滑、循環(huán)使用;還是同向運(yùn)行芯棒前行離開(kāi)軋機(jī)后、穿過(guò)脫管機(jī)后撥出軋制線冷卻、潤(rùn)滑、循環(huán)使用。第二種方法因芯棒要通過(guò)脫管機(jī)，在軋制薄壁管(脫管機(jī)的減徑量大于等于2倍的荒管壁厚)時(shí)要求脫管機(jī)軋輥必須具備快開(kāi)快合功能，以免芯棒撞損脫管機(jī)軋輥。

 

　　2.2.1.5 關(guān)于脫管機(jī)和脫棒機(jī)

　　為了完成將連軋管機(jī)軋出的荒管與芯棒脫開(kāi)分離的工藝目的,便于荒管在后道工序進(jìn)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(jié)束后荒管/芯棒被一起移出軋制線,荒管受軸向約束不動(dòng),用裝置將芯棒從荒管中抽出;我們將這種荒管不動(dòng),芯棒動(dòng)的設(shè)備稱為脫棒機(jī)。當(dāng)帶芯棒的荒管進(jìn)入脫棒位置后，脫棒鏈上的脫棒卡緊裝置就勾住芯棒的尾柄，而液壓開(kāi)閉的卡板擋住荒管，脫棒鏈從荒管中抽出芯棒。脫棒鏈轉(zhuǎn)過(guò)半圈完成一次脫棒動(dòng)作，鏈所走過(guò)的距離約為芯棒長(zhǎng)度的1.1倍.脫棒機(jī)的最大速度大于4.5m/s。到達(dá)終位的誤差為±50mm。脫出的芯棒經(jīng)輸送輥道送到芯棒定位升降擋板前，然后由芯棒移送裝置把芯棒送入芯棒冷卻槽，循環(huán)使用。脫棒機(jī)安裝位置與連軋管機(jī)平行。脫棒機(jī)有兩列脫棒鏈。這兩列脫棒鏈用橫梁連接起來(lái)。兩列脫棒鏈間共有兩個(gè)脫棒橫梁及多個(gè)承載橫梁。脫棒橫梁用來(lái)從荒管中抽出芯棒，而承載橫梁用來(lái)在脫棒過(guò)程中支承芯棒。在脫棒橫梁上用螺栓緊固與軋件尺寸相關(guān)的脫棒卡緊裝置。當(dāng)更換軋制芯棒時(shí)，需要更換脫棒卡緊裝置。2.2.1.5.2另一種是軋制結(jié)束后，芯棒停止運(yùn)動(dòng)，荒管在線被裝置將其從芯棒中脫出;我們將這種芯棒不動(dòng),荒管動(dòng)的設(shè)備稱為脫管機(jī)。脫管機(jī)既有兩輥式的，也有三輥式的。脫管機(jī)的設(shè)置有兩個(gè)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(jī)，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(shuō)在每一支鋼管生產(chǎn)中，該機(jī)也有延伸和定徑作用。為生產(chǎn)薄壁管和中厚壁管，每架脫管機(jī)的孔型名義直徑必須小于軋管機(jī)芯棒直徑。在生產(chǎn)薄壁管時(shí)，脫管機(jī)的減徑量要相應(yīng)加大，否則薄壁管不易被脫出。每架脫管機(jī)上都裝有安全臼，以防止芯棒進(jìn)入脫管機(jī)時(shí)損傷軋輥及相關(guān)的機(jī)械部分。在事故情況下，假如當(dāng)帶芯棒的荒管進(jìn)入脫管機(jī)孔型時(shí)，若脫管機(jī)軋輥承受的徑向載荷大于預(yù)設(shè)值，則軋輥孔型會(huì)相應(yīng)張開(kāi)，防止芯棒頂壞軋輥及設(shè)備。

　　2.2.1.6 連軋管機(jī)按芯棒運(yùn)行方式進(jìn)行分類的方法/原則?

　　1 連軋管機(jī)限動(dòng)芯棒與半浮動(dòng)芯棒工藝主要區(qū)別在于以下兩點(diǎn)：一是軋制過(guò)程中芯棒速度是否恒定不變;二是使用脫管機(jī)還是脫棒機(jī)。限動(dòng)芯棒工藝應(yīng)該同時(shí)滿足軋制過(guò)程中芯棒速度恒定不變和使用脫管機(jī)這兩個(gè)條件。因此，將目前建成投產(chǎn)的這套PQF機(jī)組稱為三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)較為恰當(dāng)，而稱之為半浮動(dòng)芯棒顯然是欠準(zhǔn)確的。2 曾有學(xué)者提出用半限動(dòng)替代半浮動(dòng)這一名稱,意在強(qiáng)調(diào)對(duì)芯棒的限動(dòng)功能;但從已發(fā)表的許多文章來(lái)看，絕大多使用都半浮動(dòng)這一名稱。還有人認(rèn)為法國(guó)式的機(jī)組因其軋制過(guò)程中芯棒速度是受控的，應(yīng)該屬于限動(dòng)芯棒類型。由于機(jī)組配備的是脫棒機(jī)，軋管機(jī)孔型設(shè)計(jì)是要考慮脫棒間隙，孔型的側(cè)壁開(kāi)口角度要比MPM的大，故將法國(guó)人設(shè)計(jì)的連軋管機(jī)組歸為半浮動(dòng)類型。3 采用脫出荒管之后，芯棒向前行進(jìn)通過(guò)脫管機(jī)、繞軋機(jī)出口側(cè)進(jìn)行循環(huán)這一獨(dú)特的運(yùn)行方式，與傳統(tǒng)的限動(dòng)芯棒機(jī)組相比：明顯地減少了芯棒的運(yùn)行時(shí)間、加快了限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組的軋制節(jié)奏、提高生產(chǎn)效率, 實(shí)現(xiàn)了人們的對(duì)限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)既要鋼管壁厚精度高、又要軋制節(jié)奏快這一美好愿望，但對(duì)脫管機(jī)的要求較高，需具備輥縫快開(kāi)快合功能;這并不能說(shuō)明為提高軋制節(jié)奏，在其它中、大型限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組也適用這種芯棒運(yùn)行方式，因?yàn)殡S著芯棒規(guī)格、重量的增加，芯棒在向前輸送通過(guò)脫管機(jī)的過(guò)程中可能要遇到一些困難。

　　2.2.1.7 空減機(jī)(空心坯減徑機(jī)的簡(jiǎn)稱)的配置

　　一套連軋管機(jī)為使其產(chǎn)品外徑范圍盡可能地寬，設(shè)計(jì)時(shí)一般選用2～5個(gè)孔型，軋管機(jī)后配備張減機(jī)的選擇孔型數(shù)較少;軋管機(jī)后配備定徑機(jī)的選擇孔型數(shù)較多。由于孔型尺寸的變化相應(yīng)地軋管機(jī)入口的毛管外徑也要隨著發(fā)生變化;為適應(yīng)軋管機(jī)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(duì)不同的孔型選用不同規(guī)格的管坯，每次更換孔型時(shí)需對(duì)穿孔機(jī)的受料槽、導(dǎo)衛(wèi)裝置(導(dǎo)板或?qū)ПP)進(jìn)行更換，這樣做有兩點(diǎn)不足，一方面占用較多工作時(shí)間;另一方面管坯料場(chǎng)、穿孔機(jī)工具需要場(chǎng)地較大。第二種方法是在穿孔機(jī)與軋管機(jī)之間布置一臺(tái)空減機(jī)，通過(guò)空減機(jī)可使用一種外徑尺寸的管坯滿足軋管機(jī)不同孔型成為可能。1 浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組采用穿孔機(jī)與軋管機(jī)之間布置空減機(jī)的方法比較經(jīng)濟(jì)，這樣既可僅用一個(gè)規(guī)格的管坯組織生產(chǎn)，減少了管坯庫(kù)的面積和穿孔機(jī)相關(guān)的軋制工具數(shù)量，又可以減少換孔型的時(shí)間，提高了機(jī)組的作業(yè)率。經(jīng)空減機(jī)后的毛管在運(yùn)往連軋管機(jī)入口臺(tái)架前，先通過(guò)一個(gè)吹灰裝置用壓縮空氣吹去毛管內(nèi)的細(xì)小氧化鐵皮，以減少對(duì)芯棒的磨損和管子內(nèi)表面缺陷。同時(shí)空減機(jī)亦消除了導(dǎo)盤式穿孔機(jī)所造成的毛管頭尾外徑差，使軋制過(guò)程穩(wěn)定。這種單獨(dú)布置的空減機(jī)一般使用三輥式、3～6個(gè)機(jī)架。2 半浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組將空減機(jī)布置在連軋管機(jī)的入口側(cè)，即與連軋管機(jī)串列布置，一般為兩輥式、2～4架;在保持了原有空減機(jī)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，可縮短工藝流程，減少占地面積。這種變化一方面是因?yàn)殄F形輥穿孔機(jī)的應(yīng)用使變形前移，軋管機(jī)的機(jī)架數(shù)相應(yīng)減少(減少2～3架),串列布置因芯棒的長(zhǎng)度增加而引起的軋制節(jié)奏變化不是很多(因軋制終了芯棒向前運(yùn)動(dòng));另一方面串列布置可減少毛管在縱向移動(dòng)過(guò)程中內(nèi)表面的氧化和溫降，能更有效地確保鋼管質(zhì)量。3 限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組在最初時(shí)沒(méi)有空減機(jī)，采用的是一種規(guī)格的管坯對(duì)應(yīng)一個(gè)孔型，這主要是因?yàn)檐堉茣r(shí)芯棒與軋件內(nèi)表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)比浮動(dòng)是的大，芯棒的工作條件更為惡劣，芯棒更容易磨損和劃傷。限動(dòng)芯棒工藝上不允許毛管在進(jìn)入軋管機(jī)前做縱向運(yùn)動(dòng)。必須有效的防止毛管內(nèi)表面的二次氧化，才能確保鋼管的質(zhì)量，因此不可能像浮動(dòng)芯棒那樣在穿孔機(jī)與軋管機(jī)之間布置空減機(jī)。如采用半浮動(dòng)芯棒的串列布置，因芯棒長(zhǎng)度的增加使軋制節(jié)奏更加變慢，(因軋制終了芯棒向后運(yùn)動(dòng))，將影響機(jī)組的產(chǎn)能的發(fā)揮，也是不經(jīng)濟(jì)的。近十年來(lái)，限動(dòng)芯棒機(jī)組也在不斷吸收其他機(jī)組的長(zhǎng)處，在軋管機(jī)入口側(cè)串列布置1架空減機(jī)(二輥、三輥、四輥形式均有)，目的在于消除毛管內(nèi)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(wěn)，從而提高軋輥的使用壽命，確保鋼管的幾何尺寸精度和內(nèi)外表面質(zhì)量。

　　2.2.1.8 吹硼砂的工藝目的

　　限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組比浮動(dòng)、半浮動(dòng)機(jī)組多了一個(gè)工序是在軋管機(jī)入口前向毛管內(nèi)用氮?dú)鈬娍寡趸瘎?，其工藝目的是去除?nèi)表面的氧化鐵皮并防止二次氧化?？寡趸瘎┰诟邷貢r(shí)下呈熔融狀態(tài)可起到很好的潤(rùn)滑作用。對(duì)抗氧化劑的成分、顆粒尺寸、化學(xué)穩(wěn)定性、物理穩(wěn)定性及吹撒的數(shù)量、噴吹的壓力、時(shí)間都有嚴(yán)格的要求，主要是解決軋管機(jī)的延伸大，軋制時(shí)芯棒與軋件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)較大，芯棒的工作條件更為惡劣，芯棒更容易磨損和劃傷，潤(rùn)滑條件不好時(shí)容易發(fā)生軋卡事故或軋制終了時(shí)脫管機(jī)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(jī)的芯棒選材時(shí)根據(jù)其工作環(huán)境而定的，浮動(dòng)芯棒在軋制時(shí)芯棒只受徑向的壓、拉應(yīng)力，軸向除經(jīng)軋件的張力傳遞外，基本不受力，只是在脫棒時(shí)有很小的軸向力;限動(dòng)芯棒、半浮動(dòng)芯棒在軋制時(shí)芯棒既受徑向的壓拉應(yīng)力，也要承受很大的軸向拉應(yīng)力，工作條件更為惡劣。一般浮動(dòng)芯棒選用H11材料，限動(dòng)芯棒選用H13材料，半浮動(dòng)芯棒兩者均可。浮動(dòng)的芯棒一般是一段式的;限動(dòng)的芯棒一般采用三段式，由工作段、延長(zhǎng)桿和尾柄組成。少機(jī)架(4～5架)連軋管機(jī)也有將芯棒設(shè)計(jì)成兩端帶夾持尾柄，可以調(diào)頭使用，以減少芯棒消耗。

　　2.2.2 三輥(斜)軋管機(jī)軋管

　　在PQF以前，三輥軋管機(jī)專指阿塞爾(ASSEL)軋機(jī)或其改進(jìn)型特郎斯瓦爾(Transval)軋機(jī)。阿塞爾軋機(jī)由美國(guó)蒂姆肯公司工程師W·J·Assel于1932年發(fā)明的，當(dāng)時(shí)主要用來(lái)生產(chǎn)管壁較厚的軸承管。阿塞爾軋管機(jī)不適宜軋制薄壁管;經(jīng)改進(jìn)增加軋輥快開(kāi)功能后，一般產(chǎn)品D/S<20;這種軋管機(jī)由三個(gè)帶輥肩的布置在以軋制線為形心的等邊三角形的頂點(diǎn)，(三個(gè)軋輥互成120°配置)軋輥軸線與軋制線成兩個(gè)傾斜角度。軋輥軸線在垂直方向與軋制線傾斜一個(gè)喂入角，用來(lái)實(shí)現(xiàn)螺旋軋制;在水平方向與軋制線交錯(cuò)一個(gè)輾軋角。在三個(gè)軋輥和一根芯棒所包圍的空間(即孔型，圖3所示)內(nèi)，由穿孔送來(lái)的毛管套在 長(zhǎng)芯棒上，用喂管器送入軋管機(jī)中軋制;毛管在變形區(qū)(圖4)中經(jīng)咬入、減壁(同時(shí)減徑)、平整和歸圓而成為荒管。斜軋螺旋軋制時(shí)金屬在變形區(qū)內(nèi)受到軋輥與芯棒的周期連續(xù)作用而產(chǎn)生形狀和尺寸的變化。軋件變形實(shí)際上是從圓到圓三角再到圓的過(guò)程。特郎斯瓦爾軋機(jī)由法國(guó)人在ASSEL的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，本質(zhì)上還是阿塞爾軋機(jī)，所不同的是可在軋制過(guò)程中實(shí)現(xiàn)變喂入角、變軋制速度，即根據(jù)需要能在每根管子軋制過(guò)程中迅速按要求改變喂入角和軋輥轉(zhuǎn)速，主要是解決軋制薄壁管問(wèn)題，可軋制D/S>35的荒管。阿塞爾軋管機(jī)優(yōu)點(diǎn)是：產(chǎn)品精密性高，因?yàn)閹景舻男避垼谝坏来沃卸啻蔚妮殙鹤饔?，使壁厚精度大大提高，也不易產(chǎn)生劃道、耳子和青線等缺陷;生產(chǎn)中靈活性大，借助軋輥的離合就可改變孔型尺寸，特別適應(yīng)較小量多批定貨，對(duì)組織生產(chǎn)有很大的優(yōu)越性;可生產(chǎn)D/S=2.5的特厚壁管;工具儲(chǔ)備數(shù)量少。不足是規(guī)格范圍窄，品種受限制，不能生產(chǎn)不銹鋼等難變形材質(zhì);產(chǎn)能低，年產(chǎn)低于25萬(wàn)噸;延伸較小(一般μ<2.5);荒管D/S一般<35、長(zhǎng)度小于15米。

　　2.2.2.1 浮動(dòng)式

　　與上述連軋管機(jī)的浮動(dòng)芯棒形式相同。

　　2.2.2.2 限動(dòng)式

　　與上述連軋管機(jī)的限動(dòng)芯棒形式相近，芯棒前進(jìn)的速度比荒管的小，由專門機(jī)構(gòu)控制，只是使用一支空心芯棒，芯棒在線內(nèi)水冷，軋制結(jié)束后，將芯棒從荒管中回退抽出并返回原始位置，繼續(xù)進(jìn)行下一根管子的軋制操作。三套就是采用這種芯棒運(yùn)行方式的。

　　2.2.2.3 回退式

　　將芯棒裝在小車上，芯棒的運(yùn)行受到小車的限制，芯棒穿過(guò)毛管并達(dá)到最前部極限位置時(shí)開(kāi)始軋管，軋制時(shí)開(kāi)動(dòng)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(jié)束時(shí)抽出工作已全部完畢。這種方式可生產(chǎn)D/S=2.5的特厚壁管。

　　2.2.3 各機(jī)組的異同

　　2.2.3.1 PQF和Assel

　　都是三輥軋管機(jī)。PQF是多機(jī)架連軋管機(jī)，軋制時(shí)，鋼管及芯棒一起作直線運(yùn)動(dòng)，;而Assel是單機(jī)架斜軋管機(jī)，軋制時(shí)，鋼管及芯棒一起作螺旋運(yùn)動(dòng);當(dāng)產(chǎn)品規(guī)格相同或相近時(shí)，PQF的產(chǎn)量約是Assel的2~4倍。

　　2.2.3.2 PQF機(jī)組

　　生產(chǎn)效率高，延伸系數(shù)大(μ>6)能軋制長(zhǎng)達(dá)30米以上的荒管，產(chǎn)品質(zhì)量好(體現(xiàn)在內(nèi)外表面上)，壁厚精度高;品種、規(guī)格范圍寬，即能生產(chǎn)碳綱、合金鋼，又能生產(chǎn)不銹鋼;可生產(chǎn)D/S>45的薄壁管，生產(chǎn)成本低，金屬消耗低;適合大批量連續(xù)化生產(chǎn)。不足是一次投資大，軋制工具占用資金較多;生產(chǎn)的靈活性稍差;更換孔型時(shí)間較長(zhǎng)，不適宜小批量的生產(chǎn);限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)在軋制厚壁管時(shí)受連軋機(jī)與脫管機(jī)距離的制約，致使許多規(guī)格的厚壁管產(chǎn)品不能生產(chǎn)。

　　2.2.3.3 Assel軋機(jī)

　　適宜軋制中厚壁鋼管，適應(yīng)高精度、小批量、多品種的高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)，借助軋輥的離合就可改變孔型尺寸，特別適應(yīng)較小量多批定貨。鋼管公司在現(xiàn)有兩套適于生產(chǎn)大批量專用管材的連軋管機(jī)組的基礎(chǔ)上，第三套采用了Assel三輥斜軋機(jī)組，在生產(chǎn)市場(chǎng)急需的壁厚>40mm的厚壁管的時(shí)，因沒(méi)有脫管機(jī)軋制厚壁管時(shí)限制較少，三輥軋管機(jī)(Assel)可作為連軋管機(jī)組生產(chǎn)品種的補(bǔ)充，可進(jìn)一步優(yōu)化公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、合理地調(diào)配資源、增加生產(chǎn)的靈活性、特別在是應(yīng)對(duì)小批量、多品種、多規(guī)格的市場(chǎng)的需求時(shí)使公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力得到加強(qiáng)。