5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)

董敬松¹³³³⁷⁸⁸³⁰⁸⁶钢管管材2021-08-21 14:454365

第五章  毛管轧制

5.1  限动芯棒连轧管机(MPM

5.1.1  工艺描述

5.1.1.1  限动芯棒连轧管机的特点

限动芯棒连轧管机是在全浮动芯棒连轧管机的基础上发展起来的。在轧制过程中,芯棒的运动受到限动力的作用,始终以一个恒定的速度前进,其速度低于或等于第一机架轧机的轧制速度,各机架均处于一个稳定的限动轧制状态。在靠近轧机的最后一架处,管子从芯棒上由脱管机脱出,芯棒快速返回从而结束轧制过程.

限动芯棒连轧管机(MPM)与浮动芯棒连轧管机(MM)相比有如下特点:

1  降低了工具消耗。由于限动芯棒连轧管机的芯棒较之浮动芯棒连轧管机的芯棒要短,钢管与芯棒的接触时间短,从而提高了芯棒的使用寿命,一般可使芯棒消耗降至每吨钢管lkg左右。

2  改善了管子的质量.由于限动芯棒连轧管具有搓轧性质,有利于金属的延伸,加之带有微张力轧制状态,从而减小了横向变形,根本不存在浮动芯棒连轧所产生的“竹节”现象,使管子内外表面质量和尺寸精度有了很大的提高。

3  取消了脱棒机,缩短了工艺流程,提高了连轧管的终轧温度。如果不考虑在线热处理新工艺应用的条件,完全可以省去定、减径前的再加热炉,从而节省了能源。试验资料表明,轧制压力和电能消耗比浮动芯棒连轧管机低1/3

4  扩大了产品规格。由于采用了限动芯棒轧制,可以减小芯棒的长度,允许加大芯棒的直径,为多规格产品的生产创造了条件,使生产钢管的最大直径由177.8mm扩大到了365mm,甚至更大。另外,限动芯棒连轧机还能轧制更厚或更薄的管子。

5  所轧管子的延伸系数可达610.可以采用较厚的毛管,为使用连铸坯为原料创造了条件。

6  产量高、单位投资比较低。虽然限动芯棒连轧机的生产率比较低(每分钟只能生产22.5根,浮动芯棒连轧机为44.5根/分),但它所轧的管子直径大、管壁厚,因此限动芯棒连轧管机的年设计产量一般比较高,为50万吨左右,发挥潜力为6080万吨/年。虽然一次性投资比较高,但平均产量的投资还要比浮动连轧管机降低2030%

总之,限动芯棒连轧管机代表着现代无缝钢管生产的先进技术,它集中体现了无缝钢管生产的连续性、高效率、机械化及工业自动化的发展趋势。也反映了一个国家钢铁、钢管生产的技术水平,是一个国家钢铁企业,科技水平集中体现的一个重要方面。

5.1.1.2  工艺任务和目的:

穿孔后的毛管为厚壁管,一般壁厚与直径之比在0.1-0.25之间,在几何尺寸上有如下特点:

1  壁厚大:这样的钢管还不能在实际中应用。

2  表面质量不能满足成品要求。

连轧在整个金属热变形过程中起主要延伸作用。它的任务是将穿孔后的毛管经减径减壁变形轧制成外径、壁厚符合要求的荒管的过程,在保证产品几何尺寸精度方面连轧管机应达到如下工艺目的:

1  毛管延伸,将厚壁毛管变成薄壁荒管.

2  要求连轧后的荒管具有较高的壁厚均匀度。

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3  要求连轧后的荒管具有良好的内外表面质量。

上述1的要求是任何类型的轧管机组所必须达到的,2, 3则是限动芯林连轧管机所特有的,即比早期的其它类型机组在2, 3所述的质量要好得多。限动芯棒工艺的采用就是为了消除浮动芯棒连轧管机产生“竹节”现象而引起的产品壁厚不均,尽管采用限动芯棒工艺在工艺设计、设备结构上要比浮动升棒复杂得多,芯棒循环系统的设备和占地比主机系统还要大,这些完全是为了保证产品质量,即壁厚均匀度而设计的。芯棒循环系统和润滑保护系统占用了大量的位置和设备,目的在于轧制时使产品有一良好的内表面质量。所以说一切高设备装备水平的设置和先进设备的采用均是为满足工艺目的服务的。

5.1.2  MPM连轧管机的设备结构、平面布置及相关技术参数

5.1.2.1  设备结构与平面布置情况

φ250 MPM连轧管机分为七架轧机,机架轧辊轴线与水平面成450,相邻机架互成905.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

(如图5-1),每个连轧机架由铸钢牌坊包括轧辊轴、支撑轴承座和轧辊,用于轴承座调整的压下和压上机构(由一个交流1-5架或直流6-7架电机传动),半联轴器、轴承座锁紧机构,安装在牌坊上的管线、测压头(每个机架2个,装在压下机构两个压下丝杠上)及位置传感器(每个机架1个)组成。

四个三辊式芯棒自动对中装置——芯棒支撑架,带有随芯棒规格进行调整的调整装置。

毛管定位叉,在轧机入口处,带垂直升降装置,液压操作。

焊接的轧机底座分为三件,用以支撑连轧机架,与水平呈450定位。28个装在底座上的机架锁定装置。一套斜楔系统用于机架之间的联结。14个带齿轮联轴器的接轴,有大小两个型号,分别用于1-3架和4-7架,并将轧辊轴加工成扁平的,以便换辊或轧机出现故障时快速将轧辊轴与轧辊分开。另外7个液压缸安装在底座上,当更换工具时用来推出和拉回轴承座及轧辊部件。

14个换辊小车用于接受轧辊,用液压缸与垂直平面铰接,全套包括使换辊车平行轧机中心线移动的液压缸。

7个双输出轴减速箱,装在主电机的底座上,在主电机和齿轮箱之间有齿轮联轴器。

MPM连轧管机组平面布置情况,如图5-2  

 5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

5-1  MPM轧机结构简图

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 

5-2  MPM连轧管机组平面布置图

1.12-穿孔机到限动芯棒轧机的毛管输送设备。

1.13—限动芯棒连轧管机。

1.14—芯棒循环系统。

1.14-1—芯棒预穿系统。

1.14-2—芯棒缓冲台架。

1.14-3—芯棒润滑站。

1.14-4—芯棒冷却站及上、出料台架。

1.14-5—芯棒限动设备。

1.15—芯棒预热炉。

1.16—脱管机。

1.17—钢管速度和长度测量系统。

1.18—热测壁厚系统(已拆除)。

1.19—限动芯棒连轧管机到再加热炉的钢管输送设备。

5.1.2.2  设备性能参数介绍

1  连轧机:φ250七机架二辊式限动芯棒连轧管机

机架类型:二辊式

机架数:7

机架配置:相邻机架轧辊中心线互成905.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科角,轧辊中心线与水平面成455.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 

最大出口速度:6m/s

最小出口速度:1.5m/s

最大入口速度:2m/s

最小入口速度:0.7m/s

2  轧制力:                     1-3              4-7

最大正常轧制力(吨)       480                  240

最大异常轧制力(吨)       550                  300

最大正常轧制力矩(吨·米)  70                  19

最大异常轧制力矩(吨·米)  81                  22

3  机架中心间距:

夹送辊--1        1850

1-2              1395

2-3              1815

3-4              1310

4-5              1645

5-6              1225

6-7               1645

7-1架总长           9035

连轧脱管间距        10500

4  芯棒支承架位置:

第一架支承架:连轧第三机架入口处   夹送辊—1  4152.5    距芯棒头部  4152.5  

第二架支承架:连轧第五机架入口处   1—2       3040     距芯棒头部  9172.5

第三架支承架:连轧第七机架入口处    2---3       2870      距芯棒头部  10062.5

第四架支承架:连轧第七机架出口处   3—4       1032.5    距芯棒头部   11095

5  机架传动: 1-4机架马达数:每个机架2

5-7机架马达数:每个机架1

每台马达功率    DC1400Kw

速度:        350/400——1000rpm

最大过载:      8200%  +  401270%

总装机功率    15400Kw

机架变速比:    1机架      13.03

                          2机架      8.958

                          3机架      6.188

                          4-5机架    4.0

                          6-7机架    3.4

6  芯棒限动系统

芯棒最大直径   338.9

最小直径   127.8

工作段长度   15000

芯棒全长   22500

在线一组芯棒最多支数   8

芯棒最大重量  10.887  

限动速度   最大1.5m/s

回程速度  最大4.5m/s

齿条最大行程(插入和限动)  20500

脱管机第一架中心线距芯棒前端的最小距离   735

在最大插入行程时,最长毛管尾端与齿条前端的距离   11500

限动力  最大300

传动马达数   8

每个马达功率  DC384KW

马达速度 0/460~1530rpm

总装机功率   3072KW

7  脱管机

轧辊名义辊径两种    550               800

机架间距            700

工作机架数          3-5

机架传动马达数       1

马达功率     DC1400KW

速度         350/400~1000rpm    

机架传输速比    1机架       3.095

                2机架       3.047

3机架       3.047

4机架       3.0  

5机架       3.0  

5.1.3  MPM连轧管机组的工作原理和工艺控制

5.1.3.1  MPM生产工艺流程描述

为了获得良好内外表面质量的荒管,同时减少对轧制工具的磨损和防止抱棒,连轧前应除去毛管内外表面的氧化铁皮,并对芯棒表面和毛管内表面做适当润滑。

经穿孔延伸的毛管,抽出顶杆后被送至硼砂站,由一特制的喷嘴向毛管内部喷入硼砂,其作用是:一、吹刷毛管内部的氧化铁皮;二、硼砂在高温状态下生成雾状气体,充满毛管内部,防止其在随后的运动中发生内表面二次氧化,附着在毛管内表面的燃烧产物也可起到相当好的润滑作用。吹硼砂后毛管由回转臂送至连轧管机芯棒预穿线。

在预穿线,毛管定位后,测量过表面温度并涂过石墨润滑剂的芯棒,由预穿链将其插入毛管内。由1号回转臂将预穿到位的芯棒和毛管一起翻到主轧线,与此同时,从轧线返回的前一根轧后芯棒由2号回转臂送至返回辊道。

在主轧线上,芯棒的尾柄卡在限动齿条夹持头上,通过齿轮与齿条传动系统,将芯棒前端推至连轧机架间的一个预设定位置上。再由夹送辊将毛管夹住送到轧机进行轧制,此时芯棒的最大限动速度为1.5m/s。在毛管进入连轧机前还需要通过压力为130-180巴的高压水除鳞装置,以去除毛管外表面的氧化铁皮,同时测量入口毛管的温度。轧制完毕芯棒快速退回,此时,芯棒返回速度最大为4.5m/s。退回的芯棒被另一个预穿着毛管的芯棒所替换,以进行下一根管子的轧制。被换下的芯棒通过返回辊道和设在辊道中间的冷却巷道喷水冷却,用过的芯棒外表面温度高达7005.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科C左右,先将其冷却至1405.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科C左右,再由返回辊道到冷却站步进梁,冷却站共有3个站,每个站都有8组旋转盘,在1#2#站用10个大气压的高压水进行冷却。为了防止芯棒弯曲,冷却过程中用旋转盘带动芯棒旋转,有必要时可以对芯棒进行分段冷却,冷却至70-1305.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科C(或重新预热到此温度)的芯棒,经辊道和运输链到润滑站喷涂石墨进行循环使用。经喷涂石墨后的芯棒,由运输链送至预穿前设定位置。如更换新芯棒时,需在芯棒预热炉内将其预热到100±305.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科C后再出炉,经润滑后再投入使用。用过的旧芯棒分别在冷却站两侧台架上剔除和收集。

MPM出来的荒管随即进入3-5架三辊式脱管机。连轧完毕时毛管尾部由脱管机拉出连轧机最后一架,芯棒快速退回零位。在脱管机出口处有激光装置,用来测量出口钢管速度和长度。同时,通过一套两通道热测壁厚装置(已拆除),直接测量热态荒管的壁厚,以便及时发现和控制荒管壁厚精度。轧后荒管用光学高温计逐根测量表面温度。

毛管在相互交叉的7机架连轧机上进行轧制,根据规格的大小采用了φ181㎜、φ235㎜、φ291㎜三种孔型系列,经过改造后又增加了φ247㎜、φ310㎜、φ356㎜三个孔型系。最大轧制速度为181孔型5.6m/s,最短轧制周期27s。(1812352475.0 m/s291孔型4.5 m/s310356孔型4.0 m/s

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5-3  MPM连轧管机组工艺流程图

5.1.3.2  连轧管轧制原理

连轧管金属流动的基本方程式

连轧管时,管子内表面在孔型顶部处与芯棒接触,而在侧壁处则不与芯棒接触。孔型顶部的金属由于受轧辊的外压力和芯棒的压力作用延伸,并在轴向延伸的同时产生圆周方向的宽展,而孔型侧壁的金属在孔型顶部金属延伸时也被拉伸,并相应在纵向产生拉缩。此时,如若孔型顶部的金属宽展和孔型侧壁的拉缩数量比例不当,则导致过分充满或欠充现象。

孔型过充满时,则会出现耳子,如过充满特别显著时,则会产生飞翅,造成轧卡故障,并且某一机架出现铁耳子以后随后机架的压下量过大,再产生新的耳子,这种恶性循环一直延续到成品机架。耳子会导致折迭缺陷或尺寸超差。

孔型欠满时,会使随后的机架,及至到成品机架孔型欠满,使成品管圆度和尺寸精度达不到要求。

为了使孔型顶部金属展宽与侧壁金属拉缩较为协调,使孔型正常充满,从金属塑性变形角度,建立连轧管金属流动的基本方程。

1  基本方程式

孔型中轧管的变形方式可分为两个区域:孔型顶部区和侧壁开口区。孔型顶部区金属受径向内外压力,且向压力和轴向压力,处于三向应力状态,金属减壁延伸,并向侧壁开口方向流动,(展宽)。侧壁开口区金属径向受外力,切向压力和轴向压力(附加)被拉缩。要使孔型正常充满,则应

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

        5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科孔型顶部金属的横断面积,5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 

      5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科孔型侧壁金属的轴面拉应力,5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

        5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科孔型正常充满时侧壁金属的横断面积,5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

2  连轧基本方程

金属在轧制过程中,钢管在各机架间应遵守金属秒体积流量相等的连轧基本方程——流量方程

Δ1 =Δ2 = ······ =Δ7

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

上两式中:Δ——各机架的金属秒流量体积

           F——各机架的钢管横断面积

           V——各机架的钢管出口速度

5.1.3.3  连轧管变形过程分析

予穿芯棒后的毛管在连续轧管机中轧制,对每个机架孔型来说,变形区分为减径区和减壁区两个区域,如图5-4

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 

5-4

被送入轧辊孔型中的环形毛管,首先是四个点先与轧辊孔型接触,如图5-5

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 

5-5

然后,在轧辊的曳入力作用下,依次进入减径区和减壁区二时限塑性变形。整个变形过程分三个阶段:第一阶段为压扁变形,第二阶段为减径变形,第三阶段为减壁变形。

在减径区中,由于毛管是空心体,开始时仅几点接触,轧管孔型接触面很小,所以钢管首先发生压扁变形,即管壁发生塑性弯曲变形。此时钢管周长或横断面积不变,只是被轧辊孔型压缩处高度减小,而不与孔型接触的钢管其径向尺寸加大。随着管子逐渐进入变形区,压扁程度加大,同时,管子与孔型的接触面积增加,将接触面积增至一定程度后,孔型槽壁对管壁的支撑作用加大,管子除继续发生压扁变形外,将同时发生减径变形,直到毛管整个外圆完全与孔型壁接触时,压扁变形阶段结束,变形全部转入第二阶段——减径。

在减径变形阶段,管子平均直径和平均周长减小,金属纵向延伸,管壁有所增厚。管壁增厚相当于横向变形。由于变形区中管子横断面上各处的金属的应力状态不同,因而增厚变形不同。孔型顶部(槽底)管壁外侧受孔型径向压力,且金属外流受槽壁限制,管壁增厚只能向管子内表面发展,故增厚较小,孔型开口处(辊缝处附近)金属处于自由镦粗状态,金属可向管内外壁流动,故增厚较多,其他部位介乎于上述两者之间,逐渐过渡。

在孔型中,由压扁变形过渡到减径变形的位置,与许多工艺因素,如孔型形状,管子金属的变形抗力,轧辊直径和管子(直)径壁(厚)比等有关。宽高比大的孔型压扁变形大些,厚壁管(径壁比小的)压扁变形小些。

从管子内表面接触芯棒起,到荒管理开变形区为止,是减壁变形阶段,此时壁厚迅速减壁,同时也有少量的减径变形,因而获得较大的眼神。在此区中,管壁压下变形主要发生在孔型顶部(槽底),孔型开口处管壁金属得不到加工,或只由于孔型顶部金属眼神延伸对开口处金属施加以横向附加拉应力而使其壁厚稍许减薄,结果导致荒管横向壁厚不均匀性增加,并使开口处管壁金属受轴向附加拉应力作用,如果拉应力过大会导致荒管两侧周期性横裂。经轧制后的荒管,其横断面已成椭圆形,在进行随后道次的轧制时,管子首先与孔型顶部(槽底)接触,但其变形仍按压扁、减径和减壁三个阶段进行。

5.1.3.4  连轧机速度制度

1  芯棒速度制度

芯棒速度一般约为0.7~1.5m/s,芯棒速度过小,使芯棒负荷大,磨损增加,寿命低。速度过高,则芯棒过长,局部升温高也不利于提高寿命。

2  轧辊转速计算

1)轧辊工作直径

轧辊工作直径为轧辊圆周速度与钢管速度相等的直径:

DkI= DI+ ΔSI- φdI

式中:DkI——I机架轧辊工作直径

DI——I机架轧辊肩部直径

ΔSI——I机架轧辊辊缝设定值

dI——I机架轧辊孔型直径

φ——经验系数

2)轧辊转速计算

n(i) = 60C/[π·A(I)·Dk(I)]

式中:C ——秒流量

A(I)——I机架钢管横断面积

马达转速

               5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

式中:i(I)——I机架减速比

4  钢管速度计算

1)计算延伸率  5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科I机架延伸率

A(I)——I机架钢管横断面积

2)钢管速度计算:

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

式中:5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科MPM入口速度

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科MPM入口管的横断面积

C :秒流量

 限动芯棒连轧管的运动学特点

1  限动芯棒连轧管的轧件出口速度

带长芯棒的连轧管过程可看成是不同辊径的差速轧制过程。芯棒看成是半径无穷大的轧辊,当芯棒参与连轧系统工作时,芯棒相当于速度按某一特定的主动轧辊参与变形,形成在变形区内产生差速轧制。

限动芯棒连轧管时,芯棒速度Vm是恒定的,而且芯棒速度小于第一机架的轧辊圆周速度。为此,对芯棒而言所有机架均是导前机架,芯棒对金属的摩擦力的方向是与轧制方向相反的。此时,各机架的轧件出口速度是恒定的。

Vix = Vif+Vmfm/f+fm

          式中: Vix ——i机架的轧件出口速度

Vi——i机架的轧辊平均圆周速度

Vm——限动芯棒速度

f  ——轧辊与钢管之间的摩擦系数

fm——芯棒与钢管之将的摩擦系数

这样,如果按秒流量相等的原则,调整好各架架的轧辊速度,就可以保证轧制过程稳定性。由于限动芯棒连轧管中,芯棒速度小于第一机架的轧件速度,因而它是一种稳定的蟾酥轧制状态。使轧制压力降低,促进金属在孔型中的纵向延伸,并且可采用圆孔型轧制,提高成品管尺寸精度。

但是,芯棒与轧件的差速分布式是不均的,第一机架最小,以后的机架逐渐加大,至第七架达到最大,这种情况使各机架对管子的差速轧制效果不同,管子头尾所得到的茶素轧制效果与管子中部不同。

2  限动芯棒连轧管的芯棒速度

限动芯棒连轧管轧制过程中,芯棒的速度是恒定的,且由专门装置控制的。

芯棒速度对轧制过程的影响主要有三个方面:

1影响轧制过程的差速轧制

芯棒速度越低于轧件的差速越大,则差速效果越明显,可降低轧制力,减少宽展,不仅有利于延伸,并且有利于提高轧后钢管尺寸精度。为使全部轧机均为差速轧制,芯棒速度应低于第一机架变形区中轧件的平均速度。

2影响芯棒的长度

芯棒全长为两部分:工作段和连接杆

可以看出,芯棒速度越快,则轧制统一长度的管子所需要的工作长度越长。

3影响芯棒的寿命

芯棒速度过低,相对速度大,摩擦热大,会导致芯棒磨损快,会使芯棒某些界面受轧制压力作用次数的几率增加,也会降低寿命。

总之,确定芯棒速度的基本原则,首先是芯棒速度必须低于任一机架速度,使各机架均处

于同一方向的差速状态,据此芯棒速度应小于第一机架的轧件速度,然后再合理处理好芯棒长度与芯棒寿命的关系,使芯棒不致太长,寿命也有保证。

5.1.3.6  连轧管机力能参数的计算

计算力能参数采用将轧制钢管简化成一种等效的平板轧制情况,见图5-6,原因是三维模型太复杂难以求解,即使能求解也不能保证结果准确。

1  变形区几何参数的确定

1轧辊工作直径

由于已经将轧管转化成一种等效的平板轧制过程,如图5-6,轧管机轧辊的工作直径,就相当于平板轧制时的轧辊直径。

2等效厚度

轧管机上钢管的入口和出口壁厚也等效于平板轧制时的轧机的入口和出口厚度。

入口厚度:5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

式中:5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科——钢管平均等效外半径      

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科——芯棒半径

               5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科——ω/2角所对应的入口处钢管断面积

ω——ω=5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科为芯棒脱离角

出口厚度: 5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 

式中:Av——ω/2角所对应的出口处钢管面积

3接触长度

参照图5-7

接触长度为:

 5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科             

4接触角的划分

用有限元法计算轧制压力,并将接触弧分为N5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科=100等份,每个单元的坐标和宽度为:

Δx = lc / Ns

Ax(k) = Ax(k-1) -Δx

 

2   相对速度的计算

钢管 / 轧辊的相对速度  5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科  

钢管 / 芯棒的相对速度  5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

符号表示见图:

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

3  摩擦系数的计算

在轧辊和钢管之间,以及芯棒和钢挂内之间的摩擦系数是作为钢管/工具间的相对速度和金属温度的函数来计算的。

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

式中:5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科——温度   5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

      5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科——相对速度

      0 5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科0.25        5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

      0.255.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科1.6        5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

       1.65.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 5           5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

4  轧制力矩计算

一旦已知每个单元的压力P1,则可计算出每个单元的剪切力。

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

其累计值有下式计算

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

轧制力矩为:

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

式中:5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科——5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科           

                5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科——芯棒直径

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 ——见图

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科——修正系数

5  电机功率D1

每台电机所需的功率为:

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

6  轧制力计算

P=ω·D1  2×1000 ·Pφ·NS·Δx·V m 1

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 

             5-6     轧管与轧板之间的关系

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 

         5-7    管子 / 轧辊与管子 / 芯棒相对速度图

5.1.4  主要设备及参数

5.1.4.1  轧机孔型系:

5-1  轧机孔型系表

孔型系

φ181

φ235

φ247

φ291

φ310

φ356

直径㎜

210

270

270

310

310

350

单重㎏/m

270.16

466.59

466.59

588.72

588.72

750.45

外径㎜

220

283

294

340

356

402

壁厚㎜

20.5~60.0

长度m

3.5~11.0

外径㎜

181

235

247

291

310

356

壁厚㎜

4.5~39.65

长度m

11.5~34.5

外径㎜

173.4

225.8

239

281

285-302.3

323.9-344.1

壁厚㎜

4.58-39.96

长度m

11.78-35.0

1

最大㎜

700

730

730

780

780

780

最小㎜

637

660

660

720

735

735

2

最大㎜

700

730

730

780

780

780

最小㎜

640

660

660

720

735

735

3

最大㎜

700

730

730

780

780

780

最小㎜

588

660

660

720

730

730

4

最大㎜

600

650

650

670

670

670

最小㎜

500

590

590

610

640

640

5

最大㎜

600

650

650

670

670

670

最小㎜

530

590

590

610

630

630

6

最大㎜

600

650

650

670

670

670

最小㎜

504

590

590

610

630

630

7

最大㎜

600

650

650

670

670

670

最小㎜

510

590

590

610

620

620

辊身

长度

1-3

450

450

450

450

505

505

4-7

400

400

400

400

480

480

辊颈

直径

1-3

355

355

355

355

355

355

4-7

254

254

254

254

254

254

芯棒直径

127.8-171.3

166.6-224

188.5-

235.4

210.3-

277.1

250.3-

295.7

302.4-

338.9

事故叉开口直径㎜

175.5

228

241

281

301

345

入口叉开口直径㎜

180

233

244

286

305

348

5.1.4.2  连轧调整

1  基本调整原则

 

1)  按目标长度计算连轧后长度,打印轧制表,输入辊径、辊缝、转速、限动速度、预插入

行程,预穿鞍座高度、芯棒直径、在线支数、润滑速度、芯棒位、毛管位、芯棒支撑架、

下夹送辊位置和速度、单辊位置、脱管后辊道位置和速度等参数。

 

2)  限动速度不允许低于86%,特殊情况需要说明。限动速度选取小于第一架出口速度,

棒提前管头到达第七架,避免出现空轧,终轧行程在18.5-19.5之间,避免限动超行程。

 

3)  正常生产时需压1d㎜(1个辊缝),可直接压67架,需压2 d㎜及以上时,应从第

一架开始由前向后各机架压相同值,以保证金属流量平衡,增加壁厚均匀性,减少抱棒。

同样放1 d㎜时,可直接放67架,需放2d㎜以上时,应从7架开始由后往前放同样

辊缝。

 

4)  轧制力曲线反映各机架之间速度关系,堆、拉趋势,由于毛管壁厚、外径、温度影响以

及各架磨损不同,测量误差等,应适当调整转速和辊缝,才能真正建立金属流量平衡。

调整过程中要根据辊缝、电流、轧制进行。压下量优先原则和n-1架调整法,压下量优

先原则也就是调整时要根据情况优先保证压下量的正确和均匀,再进行其他方面的调

整。n-1架调整法:也就是在正常情况下,当n架出现堆拉不当时应当调整第n-1架。

 

①  当各机架的金属秒流量不平衡时,机架间就会出现堆拉现象(见下面的曲线图,仅以其中某一架为例)。

连轧调整时,要避免堆钢、拉钢,因为这两个现象对保证正常的稳定轧制和良好的壁厚质量不利。当生产薄壁管时,甚至会因为拉钢严重而出现钢管拉断现象。而生产某些规格的高钢级钢管时,堆钢轧制很容易引起连轧辊安全臼崩断,影响生产。

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科




 5-8  堆钢轧制轧制力曲线图                        5-9  拉钢轧制轧制力曲线图

t——时间(s      T——轧制力(吨)

②  安全臼断裂:正常轧制时,轧制力某架突然降低20%~50%左右,而且下一架轧制力随之突然增高,可判断该架有一个安全臼发生断裂。如果轧制力突然下降60%或更多,可判断为该架可能有两个安全臼同时发生断裂。为了避免判断失误,可以同时查看轧制电流曲线的情况,其形态与断臼后的轧制力曲线形态基本相似。下图为2架断臼前后的轧制力曲线,断臼后3架的轧制力过高(压力信号失真,曲线出现平台现象)。

轧辊断臼后不能继续轧制,应迅速适当调整各架变形量(重点调整断臼机架的压下)和各架轧制速度,恢复正常轧制状态,否则会造成堆钢事故。同时,立即通知调度室,准备换辊。

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

5-10  正常轧制时的轧制力曲线                5-11  2架断臼后轧制的轧制力曲线

③  空轧现象。当芯棒预插入长度、限动速度、限动行程的设定值不适当时,常出现第7架轧机空轧现象,影响钢管壁厚质量。

为了消除空轧现象,可在条件允许的条件下对芯棒预插入长度、限动速度、限动行程的设定值进行适当修正,保证芯棒提前于轧件到达最后一架连轧机孔型,并且在轧制完毕后才快速返回。

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科




             5-12  正常轧制时的轧制力曲线                   5-13  7架空轧时的轧制力曲线

 

④  轧制力曲线台阶。例如:由于1架辊速过高、辊缝过大,2架辊速过低、辊缝过小而引起的变形制度不匹配,轧制力曲线异常(如下图)。

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科


5-14  正常轧制时12架的轧制力曲线          5-15  变形制度不匹配时的轧制力曲线

⑤  毛管壁厚过薄现象。



5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

 图5-16  正常轧制时的轧制力曲线                   图5-17  毛管壁厚过薄时的轧制力曲线

2  换规格调整

1)  提前做好将来值输入,修正值记录,热测壁厚目标值、附加辊缝调整的计算工作,并进行复查确认。

2)  如果芯棒不换,可在本规格最后一支料后空约3步,即可让环形炉出一支下规格管坯,再空一个料位即可连续出料。如果壁厚由薄变厚(由厚变薄)时,应在辊缝修正值多放(压)差值2 d㎜,连轧第一架升速(降速)1-2%,注意如脱管后长度、定径后长度、常化入炉长度接近极限值时,先不要多压差值,以免管子超长,可根据轧后实际情况进行调整。

3)  如果更换芯棒,壁厚变化不超过2㎜时,连轧除正常调整外,可不做附加调整。壁厚变化2-5㎜时,由厚变薄除正常调整外,每架多压2-3 d㎜,1架降2%;由薄变厚时,除正常调整外每架多放3-4 d㎜,1架升2%2架升1%。连轧壁厚变化大于5㎜时,应实测1-7辊缝,并参考原修正值,考虑轧辊磨损影响、辊缝偏差,进行实际调整。

4)  换规格时根据实测热测壁厚,轧制后长度进行调整。如果有异常应检查热测壁后、外径、温度等参数是否正确输入,热测装置是否到位,影响测量结果。

5)  在更换芯棒的同时,芯棒支撑架、芯棒支撑辊、芯棒位和毛管位同步进行调整。

3  换辊开轧

1)  空轧前,辊缝压到位,测量准确,对发现异常辊缝要进行复核,并调整到位。

2)  空轧时,1架、2架辊缝多压10-50 d㎜,以保证空轧效果。

3)  开轧第一支时,辊缝1架放30-60 d㎜,2架放15-30 d㎜,其余各架放10-20 d㎜,转速1架降2-7%2架降1-4%,脱管机升速1-4%,其余各架不变。1架辊缝放车最多不要超过第七架辊缝值的50%,限动速度降1-2%。遇有高钢级开轧,毛管外径大控制不下来,轧制大孔型等为了顺利开轧,避免不咬入等发生,可加大调整力度。辊缝1架放60-100 d㎜,2架放30-50 d㎜,3-720-40 d㎜,转速1架降5-9%2架降2-6%,脱管升3-8%,限动速度降2-3%

4)  当第一支轧过后,按正常辊缝压回,转速升回,并根据实测钢管长度、壁厚进行调整,达到目标值。

4  芯棒循环使用的参数调整

1)  按要求选取限动速度,步进行程、步距。

2)  经常检查石墨黏度和设备工作情况,保证喷涂和润滑效果。润滑环在φ291及以上孔型时进行高度调整(加垫升高)。石墨喷涂长度根据生产和喷涂有效长度,一般不大于14米。预穿鞍座准确调整,控制好毛管直度,保证顺利预穿和石墨层不被划掉。

3)  正常轧制时,控制好芯棒工作段的温度(80-1200C),这样有利于迅速蒸发润滑剂中的水分,石墨润滑剂可以很好的附着在芯棒上,形成一层坚固的膜,保证轧制时的润滑效果。若芯棒工作段的温度过高,会使润滑剂中的溶剂很快全部蒸发,石墨无法附着在芯棒上,达不到很好的润滑效果。若温度过低,润滑剂也不能牢固附着,容易剥落。

待轧时间在30分钟以上时,芯棒喷石墨上缓冲台架,保证石墨润滑效果。

 

5-2  各孔型芯棒的预热时间经验值:

规格

时间(分钟)

新芯棒时间(分钟)

181

40

60

235

50

90

247

60

100

291

60

120

310356

70

150

芯棒预热温度应在80-120 C范围内。

 

4)  芯棒支撑架调整要精确,以轻触为好,φ291及以上孔型略紧。芯棒支撑架如发生故障,必须及时修复,不允许长时间短。

5)  合理控制生产节奏,发挥主轧机的生产能力。

5  新芯棒开轧

若使用新芯棒直接开轧不做调整,会产生剧烈震动大,而且容易发生抱棒事故,影响生产和芯棒使用寿命。为此,应做如下调整:

1)  提前做好开轧准备。

转速  1架降1-3%2架升1-2%

辊缝  67架放10-15d㎜。

2)  限动速度降1-2%

3)  适当降低出口速度。

4)  如生产厚壁管,轧制力、电流低时,可适当减轻调整或不做调整。

同时,保证芯棒加热时间、温度和良好的石墨喷涂效果。

6  轧制力调整

5.1.5  MPM连轧管机轧制工具

5.1.5.1  轧制工具的作用

轧制工具是指那些与轧件直接接触的,并使轧件在高温下产生塑性变形的,具有一定几何形状的工具。

在无缝钢管生产过程中,由于轧制工具在空间组成的几何形状,决定了产品的形状和尺寸,因此轧制工具几何尺寸的大小直接影响产品的质量。在轧制过程中,由于轧制工具在轧制压力、高温、骤冷的恶劣条件下工作,因此在制造工具、工艺上有严格的要求。它一方面满足轧制工艺对轧制工具的几何形状的要求,使工具的形状符合金属变形的特点,另一方面,还要在材质及表面热处理工艺上满足对轧制工具寿命的要求。

轧制工具的使用寿命是衡量轧制工具质量的主要指标。工具寿命降低,则其消耗大,相应的提高了产品的成本。同时,由于更换工具减小了机组作业率,从而降低了产品产量。

连轧机工具主要有轧辊,芯棒,脱管机轧辊,下面分别讨论。

5.1.5.2  限动芯棒连轧管机的轧辊

1  轧辊的设计特点

1)  轧辊材质采用球墨铸铁,提高了表面硬度和耐磨性,保证了轧制荒管的表面质量。

2)  291310356孔型系由于1-2架轧制力较大,采用铸钢轧辊,保证了生产顺行。

3)  辊径的设计根据轧制力大小的不同和各机架磨损情况的不同,而大小不同,节约了材质。

4)  轧辊结构合理,采用辊身和轴热压合。辊身的浇铸形状合理,节约了材质,降低了工具重量,减少了工具成本。

5)  辊身浇铸采用圆弧过度,减小了应力集中,增加了辊身的强度。

2  辊身技术条件

1)  辊身的材质为合金球墨铸铁,其成分如下:(%

   C3.20-3.60    Cr0.20-0.50

Si1.30-1.80    Ni2.50-3.50

Mn0.40-0.80   Mo0.70-1.00

其屈服强度为605.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科,表面硬度为400-440HB

2)  291310356系列1-2架轧辊为X37CrMoV51-KV-UN1-2955,其成分如下(%):

   C0.32-0.42    Mo1.20-1.70

Si0.90-1.20    Mn0.25-0.55Cr4.50-5.50V0.30-0.50PS0.03

表面硬度为360-380HB

如图:连轧辊示意图

3)  连轧辊更换和使用

①  连轧辊轧制到使用寿命时需进行更换。

5-3

孔型

机架

参考轧制支数

实际控制支数

181

1-3

3500

3000

4-7

6500

6000

235

247

1-3

3000

2500

4-7

5500

5000

291310356

1-3

3000

2000

4-7

5500

4000

②  出现质量问题,如硌辊、龟裂、粘钢等时,在钢管外表面产生缺陷,应更换连轧辊。

③  连轧辊的要求

1  上下扁轴与水平垂直上下辊前箱与框架前立柱间隙不大于10㎜。

2  框架小车前后定位块完好,四轮及舌头用单手可移动。

3  框架小车后燕尾块完好,与框架接触牢固。

4  上架液压缸完全收回,两快速接头内密封圈良好。

5  防尘罩无变形,轴承箱端盖紧固。

6  上架安全臼完好,下架铜柄完好。

7  上架两连接软管完好。

8  上架后箱止落挡块无磨损。

9  轴承和平衡缸已做试压试验,伸出和回收均正常。

10  连轧1-4架磨辊花(用手提砂轮),且辊面不能有明显油污。

11  孔型加工无缺陷,孔型样板与辊面间隙应小于0.3㎜。

12  在换辊前对上下轴承箱两侧滑板及轴头涂油。

13  保证1-7架牌坊冷却水嘴通畅及水嘴方向正确。

14  生产过程中,轧辊使用造成孔型磨损严重或不均时应更换连轧辊。

5.1.5.3  限动芯棒连轧管机的芯棒

限动芯棒连轧管机的芯棒由于其各段的工作性质不同而由三部分构成,其装配示意图如图:

280.8及以上芯棒为空心芯棒(d=110㎜)

302.4及以上芯棒为空心芯棒(d=190㎜)

 

1  芯棒尺寸

。表5-4    芯棒尺寸

孔型系列

181

235

247

291

310

356

芯棒直径

127.8

166.6

188.5

210.3

250.3

302.4


131.8

181.8

194.4

220.3

255.5

310.4


139.8

187.1

199.9

232.7

260.4

317.3


143.8

197.2

205.1

238.9

264.8

323.1


147.8

201.8

209.8

250.3

268.6

328.1


151.7

206.2

214.3

218.4

255.5

271.9

332.3


155.4

210.3

222.2

260.4

274.7

335.9


158.8

215.8

225.8

264.8

268.6

277.1

280.8

338.9


161.7

217.9

229.1

271.9

284.4



166.6

220.2

231.8

232.7

274.7

287.7



168.3

222.2

234

277.1

290.3



169.9

171.7

224

235.4


293.5

295.7


2  芯棒的设计特点和技术条件

1)  芯棒的设计特点

①  由于各部分工作状态不同,芯棒采用工作段,延长杆和尾柄三部分组合而成,方便了工作段的加工,降低了成本,也便于运输。

②  由于芯棒工作段表面镀铬后脱氢,热处理后表面硬度达到60-62HRC,使得芯棒消耗下降,仅为1/t。工作段前端采用锥形,防止芯棒穿入毛管时划伤毛管内表面。

③  各段由于作用不同,分别采用不同材质加工,使工具成本下降,由于各部分的工作性质不同其加工和热处理方式不同。

2)  芯棒的技术条件

①  工作段:材质X35CrMoV05,成分如下(%

C0.30-0.38        Mn0.6

Si0.70-1.20        Cr4.50-5.50

V0.80-1.20        Mo1.00-1.50

S0.008          S+P0.020

表面镀铬层原设计厚度为0.045-0.055㎜,经过试生产,芯棒使用效果不好,改为0.055-0.070㎜后,使用效果较好。所以镀铬层厚度0.055-0.070㎜,然后脱氢处理。全段最大弯曲不大于3㎜,屈服强度955.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科,表面硬度为350-390HB

②  延长杆;材质42CrMo4,热处理后表面硬度为270-300HB

③  尾柄:材质42CrMo4,热处理后表面硬度为280-320HB,与芯棒夹持套(衬瓦)接触要求表面硬度54-58HRC,深0.8-1.0㎜。

芯棒的工作段、延长杆、尾柄三部分采用螺纹连接。

3)  报废芯棒可重车使用,改为较小规格芯棒,或采用堆焊工艺进行重复利用。重车时,有的需要重新加工螺纹,故工作段会短一些,用长的延长杆与之配合,来保证芯棒总长度不变。

4)  连轧机芯棒使用及更换。

①  当芯棒表面有局部缺陷(凹坑、掉肉、裂纹等)时,应及时下线进行修复,芯棒修复处应圆滑过度。

②  当在芯棒头部5m范围内,出现深2㎜、宽3㎜、长6㎜的缺陷或在距芯棒头部5-15m范围内出现深5㎜、宽10㎜、长120㎜的缺陷时,需对芯棒进行重车或报废。

③  润滑前芯棒表面温度应控制在70-130 C温度范围内(冬季略高100-130 C),保证喷涂芯棒表面润滑剂的厚度层。

④  修复

1  对下线后芯棒实行逐支滚动检验芯棒表面,对细小而浅的微伤,用手锤将其砸平滑,不要出现一个个锤坑,尽量不动砂轮机或焊补,以保镀铬层的存在。

2  对于纵向刮伤较为严重的,手锤砸不平的,但又没有必要焊的,可采用砂轮机人工研磨掉,将缺陷的尖角边磨圆,打磨粗糙的地方,研磨时应仔细谨慎进行,禁止干预与缺陷无关的区域,以免造成不必要的镀铬层损坏。

3  需要焊补的严重缺陷和裂纹,首先用砂轮机将缺陷内部修磨干净,去除所有氧化痕迹,露出清洁表面,尽量将表面裂纹磨掉,修磨出焊接座。

4  对焊接部位进行预热,温度为250-300 C(刚下线的热芯棒可不预热),并对电焊条进行烘烤,温度为300-3505.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科C,保温2小时,进口焊条烘干温度为905.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科C,保温2小时以上。

5  焊接时,采取直流电源反极接法,电焊条接正极。短电弧,小电流和直线运条法。应从四周边缘起焊,然后由外至内一圈圈的顺序焊接。

6  对于芯棒损伤面积尺寸在181100×200㎜,235247150×250㎜,291以上150×300㎜范围内的缺陷,必须按上述方法进行补焊。

7  对于大面积损伤的芯棒,181100×200mm235247150×250㎜,291及以上>150×300㎜,要求将缺陷边缘和较深影响管子质量的凹坑按上述方法焊补好。

8  焊补完后,用砂轮机将高于芯棒表面的焊补金属打磨光滑,并且与原芯棒表面平滑过度,修复表面应光滑无缺陷和小台阶,修磨时尽量不要伤及周围原芯棒表面。

5)  芯棒工艺要求

①  芯棒经过表面研磨和抛光,表面光洁度要达到7以上,芯棒外径尺寸公差不超过±0.05(7相当于Ra0.63-1.25)

②  经过矫直的芯棒弯曲度要小于0.25/m

③  芯棒材质要求耐磨性高,热应力小,在较高温度下能够保持一定的热硬性,芯棒表面热处理后硬度应达到Hs=50-60HRC50-60)。

④  每根芯棒可返修2-5次,总轧制量为12000支钢管左右。

⑤  对芯棒表面进行镀铬,以提高芯棒的乃磨性,改善荒管的内表面质量。

⑥ 连接杆和尾柄使用寿命

5-5 

名称

规格范围

规定寿命说明

 

 

280.8及以上

每次更换工作段,进行探伤,如无缺陷连续使用

277.1-255.5

正常使用寿命7000支,或正常使用4支工作段

250.3-232.2

235.4-188.5

每次更换工作段,进行探伤,如无缺陷连续使用

224.0-187.1

每次更换工作段,进行探伤,如无缺陷连续使用

171.3-164.3

正常使用7000支或正常使用4支工作段

161.7-155.4

正常使用8000支或正常使用4支工作段

151.7-127.8

每次更换工作段,进行探伤,如无缺陷连续使用

尾柄

255.5及以上

正常使用7000支后,进行探伤检查,无缺陷继续使用

250.3-187.1

尾柄到第三支工作段后,进行探伤检查,无缺陷继续使用,当连接杆粘扣后,对尾柄进行探伤检查,无缺陷继续使用

171.3-164.3

使用寿命7000支以后或正常使用4支工作段后,报废处理

161.7-155.4

使用寿命8000支以后,报废处理

151.7-127.8

尾柄到第三支工作段后,进行探伤检查,无缺陷继续使用,当连接杆粘扣时,对尾柄探伤检查,无缺陷继续使用。


⑦  连接杆报废后,可修复2次,以后不再进行修复,彻底报废。

⑧  螺纹检查:工作人员在上线前,利用螺纹环规(塞规)和锥度卡板(塞板)进行检查,检验合格后方可上线使用。

⑨  螺纹间隙6±2㎜为佳,芯棒总长22500+7-10

5.1.5.4  脱管机

1  脱管机减径变形分配

为了得到良好的脱管作用,出口钢管具有较圆的外形,脱管机第1架根据MPM连轧机后两架的设定情况进行工作,但应保证减径率至少在0.5%,最后一架(第三架或第五架圆孔型)应有较小的减径率,脱管机的总减径率为2.63%8.71%

2  轧辊的设计特点和技术条件

1)  设计特点:采用三个轧辊构成封闭孔型,加大了金属与轧辊间的作用力,有利于脱管过程的顺利进行和金属的纵向变形。

2)  技术条件

材质:球墨铸铁,其成分如下(%

C3.20-3.70        Ni1.00-2.00

Si1.80-2.40        Mo0.20-0.40

Mn0.30-0.80       Cr0.30-0.80

P0.10           S0.01

表面经热处理后要求硬度为380HB,厚80㎜(从R55-R135㎜)的冷硬层。

脱管机出现青线、硌辊、老化时,要及时更换脱管机。脱管机两辊间隙过大,或两辊装配高度不一样高,以及绲边倒角不合格时,会在钢管表面产生青线,当脱管机表面出伤时,会在脱管后钢管表面产生规律性外表面缺陷。

             5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

           5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

         其中A为系数,A=0.95-0.955

5.1.6  MPM连轧机的孔型设计

连轧管轧辊孔型设计方法是多种多样的,各国厂家都有自己的设计方法和经验,并且作为工艺诀窍。这里介绍一般的方法和步骤。

每一套连轧孔型仅可以轧制出一种外径规格的钢管。但在一套连轧孔型里采用不同直径的芯棒进行轧制,可获得同一直径而壁厚不同的钢管。这样设计可极大减少备用工具的数量和更换工具的频次,有利于大批量连续生产,提高生产效率。最后通过定径工序既实现多个外径规格钢管的生产,又保证了管子的外径精度。

每套轧辊孔型的设计,是按该孔型系列轧制的最薄的钢管的条件进行的。在这种条件下,该连轧管机孔型系的总延伸系数最大。按轧制壁厚最薄的钢管条件设计的轧辊孔型,可有效用于轧制厚壁管。

5.1.6.1  孔型基本参数

1  连轧机的总延伸系数

连轧管机组中塑性变形是由穿孔、连轧管和定减径三个工序共同完成的。

连轧管机的总延伸系数选定,既要考虑连轧管机的能力又要考虑穿孔、连轧管和定减径三个工序的生产能力平衡。各国厂家对机组的变形分配是不同的。西德是穿孔机采用较大的延伸系数(连铸坯最大可达4.5),和连轧管机采用适度的延伸系数(8机架连轧管机5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科<4.575.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科<4)。意大利则采取穿孔机较小的延伸系数,连轧管机采取较大的延伸系数(最大5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科可达7)。从连轧管机的能力来说,78机架的限动芯棒连轧管机,最大延伸系数可达7.510。但是连轧管机采用大的延伸系数,对芯棒寿命不利,因为会因芯棒与管子相对速度加大而使芯棒热负荷增加,从而加速芯棒磨损;此外,新建的机组,限动芯棒连轧管机的延伸系数多在5以下。(墨西哥塔姆萨厂的φ114.3273机组最大延伸系数为5.9;加拿大阿尔戈玛厂φ48.3177.3机组为5.31)。

设计孔型时连轧后的荒管外径和壁厚是已知的,因此选定连轧机总延伸系数后,即可求出穿孔后毛管尺寸:

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

式中: dm—穿孔后毛管内径尺寸,mm

             Dm—穿孔后毛管外径尺寸,mm

             δm—穿孔后毛管壁厚尺寸,mm

             5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科连轧芯棒直径,mm

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科连轧机总延伸系数;     

Fz—连轧后荒管断面面积,5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

              Dz—连轧后荒管外径,mm

dz—连轧后荒管内径,mm

              δz—连轧后荒管壁厚,mm

              连轧后荒管内径与芯棒的间隙量,mm

              m—毛管内表面与芯棒的间隙量,mm.

适当的毛管-芯棒间隙m可便于芯棒顺利插入毛管内,完成芯棒预穿工序,m是经验值(一般为512mm)。

适当的连轧后荒管-芯棒间隙量△有利于连轧后的脱棒工序顺利进行。全浮动芯棒连轧管机的△值一般为13.5mm。限动芯棒连轧管机的△值可为0,以提高钢管轧制精度。

2  变形量分配

总延伸系数确定后(总减壁量和总减径量可确定), 下一步要将变形量分配到各机架上。

各机架变形(延伸系数、减壁率、减径率)的分配规律是:最初几个机架是大延伸机架,用以实现高温条件下的大变形(延伸);中间为小变形机架,用以精轧;后几架为精轧机架,以保证高的壁厚精度和外径圆度(对全浮动芯棒连轧机来说,还为了形成脱棒间隙△)。以8机架限动芯棒连轧管为例,第14架单机减壁率可达35%~50%,有的高达70%;第56架单机架减壁率为1020%,第7架变形量极微小,单机架减壁率在8%以下;第8架变形量接近于零,即延伸系数接近于1

各机架变形分配曲线有两种类型:一种按半抛物线型分配,例如前苏联列宁钢管厂提供的7机架全浮动芯棒连轧管机分配方案如表5-6所示:

5-6

机架号

1

2

3

4

5

6

7

延伸系数

1.351.45

1.45

1.55

1.45

1.50

1.27

1.50

1.16

1.20

1.10

1.05

1架变形量略小于第234架是考虑适应来料尺寸波动。

另一种是按递减型分配变形。即变形量从第1架至第n架递减。按何种规律递减,各厂有所不同。例如,意大利达尔明厂提出限动芯棒轧管机的延伸系数按如下规律分配:

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科        5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

式中:  μi—i机架的延伸系数; 

        Μn—n机架的延伸系数;

        5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科∑机架的总延伸系数;

        n —连轧机的机架数;

        Ki—试验系数。

8机架连轧机架为例,当5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科8时,各机架的延伸系数分配如表5-7所示:

5-7

Ki

1

2

3

4

5

6

7

μi

1.261.70

1.171.58

1.121.50

0.981.32

0.921.23

0.811.09

0.761.02

 

各机架延伸系数的乘积应等于总延伸系数。

所选择的延伸系数系列是初步的,是供计算孔型尺寸用的。各机架的实际延伸系数要在计算出各机架处管子端面面积后才能求出。

各机架的单机架减壁率和单机架减壁量也参照延伸系数分配规律进行分配。

在圆孔型中轧管时,减壁只能在轧辊孔型顶部处进行。连轧管机相邻机架间轧辊轴线互成90°布置,第i架孔型顶部压缩第i-1架孔型开口(辊缝处)的管子壁厚。据此,如不考虑拉缩,假定孔型辊缝处壁厚近似的等于前一架孔型顶部的管子壁厚,则对于7机架连轧管机来说:

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

式中 △δ∑、△δ1…△δi是连轧机总减壁量,第1机架减壁量,第i机架减壁量。δmδz分别为毛管壁厚和连轧后荒管壁厚。

实际上,辊缝处管壁有拉缩。由于这个原因使第i架辊缝处管子壁厚略小于第i-1架孔型顶部的管子壁厚,故上述减壁量计算是近似的。

各机架孔型顶部的管子壁厚为:

δ7=δ6=δz

δ5=δz+δ7

δ4=δz+△δ6

δ3=δ5+△δ5δz+△δ5+△δ7

δ2=δ4+△δ4δz+△δ4+△δ6

δ1=δ3+△δ3δz+△δ3+△δ5+△δ7

 δ1=δm-△δ1

δ2=δm-△δ2

孔型高度

各架孔型高度

             5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

当需留芯棒间隙△时,最后机架(成品机架)的孔型高an为:

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

式中:dDδz分别为芯棒直径和轧后管子壁厚。

4  孔型宽度

各机架孔型宽度

          5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 

式中:ξi孔型宽高比,或称孔型椭圆度。为保证顺利咬入,第1架的孔型宽b=(1.0251.03)Dm

ξi值较大时,变形比较均匀,管子壁厚不均也较轻,但过小会出现过充满。ξi值应与变形分配相对应。

5  孔型开口角

孔型开口角φi应与ξi对应。通常前部几架采用大一些的φiξi值,有利于金属自由流动。最后几架采用较小的φiξi值,以保证变形均匀和提高管子尺寸(外径和壁厚)精度。

6  开口圆弧半径

通常,第13架用直线开口孔型,其他机架用圆弧开口孔型。开口圆弧半径R1aξ和φ互有关系,已知其中三个参数,即可求出另一个参数。

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

意大利达尔明公司推荐的8机架限动芯棒连轧管机的孔型开口角、椭圆度和孔型开口半径如表5-8所示:

         5-8

机架号

12

3

48

φ°

30

25

25

U

3

1.5

ξ

1.155

1.066

1.032

 

7  圆角半径和辊缝

圆角半径r的取值范围一般为305mm,第1机架为2030mm,以后逐渐减小,最后机架为510mm,靠经验选取。辊缝g一般为512mm,常用58mm,可以各机架相同,也可以是顺轧制方向逐渐减小。

5.1.6.2  孔型设计原理

1  设计步骤

1)  确定该孔型系列轧制最薄钢管的规格和芯棒直径。

2)  确定轧机的总延伸系数。

3)  计算毛管规格,分配各架轧机的延伸系数。

4)  根据分配的延伸系数计算出轧件在各架孔型处的轧件横截面积S1

5)  选定孔型基本参数和相应的尺寸参数。

6)  根据选定的孔型参数计算各架孔型轧件横截面积S2。当|S1-S2|≥规定数值时,认为孔型几何尺寸不合理,重新调整尺寸参数,再进行计算。直到当|S1-S2|≤规定偏差时确认孔型尺寸的设计是合理的。因为连轧孔型设计中的几何公式计算较复杂,而且人工计算工作繁重,因此通过在计算机上编制几何学程序来进行计算是最佳的手段。

 

轧制道次计算程序组成,见表5-95-9

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科

 

 

计算流程,见表5-105-10



 

 

 

 


计算流程,见表5-10表5-10

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 

  

给定的各机架孔型横截面积,是根据相应机架的延伸系数和入口处轧件横截面积计算得来得。第一架得入口横截面积就是毛管得横截面积。

计算各机架孔型的轧件横截面积时,首先要确定规格半径R;其余的孔型数据(半径和角度)是给定的,或是作为R的函数计算得到的。

后一架的参数是根据前一架相应的数据而赋予的。每个机架的原始规格半径R的数值是给定的。

对每一机架的孔型,所有的几何参数和横截面积都要进行计算,得到的轧件横截面积计算值与给定值进行比较后重复进行计算(每次R都要改变0.5mm,之后改变0.025mm),直到给定的横截面积与计算值之差小于0.002mm2

R的最终值开始,RR1R2R4近似到0.05mm,而R5近似到0.1mm(如果不赋值)。以下为连轧孔型结构几何图形。

 

5.1 限动芯棒连轧管机(MPM)-钢铁百科 

5-18  MPM连轧辊孔型结构图

其中:1  角度 

α1=脱离角;α2=芯棒脱离角;

α3=轧辊脱离角(第二次脱离角);α4=连接角

      2  半径

            R =规格半径;R1=顶部半径;R2=脱离半径

            R3=辊缝处钢管半径;R5=连接半径

3  其他参数

E=偏心距;B=孔型宽度; SpI-1)=前一机架遗留壁厚;

C1~C5为圆心;β、γ、θ为横截面角。


5-11  轧管厂φ181连轧孔型参数表。


φ181规格连轧辊孔型设计参数

毛管:外径220.00mm  壁厚20.50mm

荒管:外径181.00mm  壁厚 4.75mm

延伸率:4.864

参数名称

单位

入口处

1

2

3

4

5

6

7

钢管一般数据

所需横截面积

mm2

12848

8503

5635

4174

3366

2902

2687

2630

横截面积

mm2

12848

8512

5638

4175

3372

2911

2687

2642

平均延伸率



1.509

1.510

1.350

1.238

1.159

1.083

1.017

辊喉底部壁厚

mm


12.35

9.00

6.80

5.60

5.00

4.75

4.75

辊喉底部延伸率



1.660

2.278

1.186

1.607

1.360

1.179

1.053

芯棒直径

mm


171.50

171.50

171.50

171.50

171.50

171.50

171.50

轧辊辊型尺寸

 

轧辊辊型尺寸

轧辊喉部辊型尺寸

规格直径(D2R

mm


196.20

189.50

185.10

182.70

181.50

181.00

181.00

辊喉半径(R1

mm


100.55

94.75

92.55

91.35

90.75

90.50

90.50

偏心系数(R1/R



1.025

1.000

1.000

1.000

1.000

1.000

1.000

偏心距(R1R

mm


2.45

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

脱离区辊型尺寸

脱离角度(α1


35.00

35.00

35.00

40.00

40.00

35.00

35.00

脱离半径(R2

mm


251.35

236.90

208.25

159.85

136.15

135.75

135.75

脱离比率(R2/R1



2.50

2.50

2.25

1.75

1.50

1.50

1.50

粗加工辊型尺寸(ECC=0)

粗加工半径R1

mm


95.6

92.3

90.0

88.8

88.3

88.0

88.0

粗加工半径R2

mm


248.8

234.4

174.8

126.8

114.0

114.3

114.3

辊缝处辊型尺寸

2级脱离角(α3



14.87

18.74

25.62

27.10

25.15

25.15

2级脱离半径(R4

mm



236.90

75.25

87.55

92.10

97.45

97.45

2级脱离比率(R4/R3





1.15

1.15

1.15

1.20

1.20

连接角度(α4


16.00

14.00

12.00

10.00

9.00

8.00

8.00

连接半径(R5

mm


54.00

43.00

30.00

22.00

19.00

16.00

16.00

辊缝处钢管尺寸

孔型宽度(B/2

mm


110

101

97.1

94.9

93.2

92.1

92.1

扩展系(B/D(I-1)



1.000

1.030

1.025

1.025

1.020

1.015

1.018

辊缝处钢管半(R3

mm


110.00

55.99

65.44

76.12

80.09

81.22

81.22

轧辊脱开角(α3



14.87

18.74

25.62

27.10

25.15

25.15

轧辊脱开高度

mm


15.6

25.2

30.4

40.0

41.7

38.7

38.7

芯棒脱开角(α2


12.00

15.50

18.08

26.57

28.76

27.86

35.00

钢管-芯棒间隙

mm


3.75

2.94

2.37

2.31

1.83

1.36

1.61

轧辊-芯棒间隙(α4处)

mm


17.42

12.90

10.47

9.32

7.93

7.01

7.01

轧辊辊缝数据

最小辊缝

mm


25

25

18

14

11

10

10

固定辊缝

mm


30

30

25

18

15

11

11

内、外周长参数

外周长

mm

691

640

604

588

580

574

571

571

外周长减小率


8.01

5.88

2.75

1.44

0.97

0.56

0.00

内周长

mm

562

546

542

541

542

541

541

541

内周长减小率


2.98

0.79

0.09

-0.11

0.09

0.14

-0.10

分割角

THETA


53.856

55.000

55.000

50.000

50.000

55.000

55.000

GAMMA2


7.671

8.213

7.310

8.273

8.630

6.581

6.581

BETA


24.876

26.787

27.690

31.727

31.370

28.419

28.419

5.1.7  连轧机组在线检测系统

5.1.7.1  测温

1  钢管温度测量

采用一光学高温计对钢管温度进行测量。其目的是检测进人轧机的钢管是否符合规定的要求,即温度制度,以确保所轧钢管的质量。脱管机后也有一测温装置,用以确保进人定径机所需温度。

2  芯棒温度的测量

采用一接触式测温计对芯棒进行测试,其目的是用来检查芯棒的润滑条件。芯棒的温度过低时,润滑剂涂抹不均匀;温度过高,又使润滑剂容易剥落。这些缺点都会使金属变形不均匀,管子的横向壁厚不均,内外表面质量不高,而且芯棒磨损比较快,寿命降低,所以必须对芯棒温度进行测量。

5.1.7.2  测速

1  轧制速度及芯棒速度

对于MPM及脱管机,要对轧制速度进行测试,测试装置采用脉冲发生器。连轧管时,各机架间的速度关系对金属在孔型中的变形特点有重大影响,速度的变化直接影响到管子的内外表面质量,而芯棒的速度在MPM中是恒定的,它的变化与否对轧制过程有很大影响,所以为了更好地设定和校核各机架与芯棒的速度,必须对轧机本体(含脱管机)及芯棒进行速度控制,并以此为依据进行工艺研究。

2  钢管速度的测定

1)  测定最后一台机架的管子出口速度。在MPM出口及脱管机人口各安装一个光电管,这两个光电管能测出管子在轧机出口到脱管机人口之间运行的时间,而管子从轧机出口到脱管机人口的距离是一定的,所以根据时间、距离就能测量出管子出MPM时的速度。

2)  脱管机里钢管的速度。采用激光系统对钢管速度进行测量,其目的是为了对工艺进行进一步的控制,激光测试系统包括计算管子速度所必须的全部设备及一个数字显示器。

5.1.7.3  钢管长度的测量

测试装置为激光系统,带有两个电气一光学探测头,用于识别管子的始端和末端,测量的目的是控制管子的长度以进行工艺控制。

5.1.7.4  钢管壁厚测量

测量装置主要是一个传感器,它是由一个带极靴的磁芯组成,用来接近被测量管子。在磁芯上绕有通电线圈,而缠绕在磁芯上的通有正弦信号发生器的交流线圈,可在热管壁的金属上引起涡流,其强度与钢管的壁厚和传感器至被测的钢管间距离有关,通过测量线圈阻抗的值,可求得被测量壁厚的值。

5.1.7.5  其它

1  轧机功率

测试装置采用电流、电压交换器,目的是用于对轧机进行校核和进行土艺研究。

2  轧制力

采用测压头进行测试,目的是对轧机的轧制力进行测量,并对轧机进行校核,同时也可用作工艺研究。

3  限动力

对于限动芯棒限动力的测量可以采用马达电流,,主要用途是用来对轧制进行校核和进行工艺研究。

4  脱管机的轧制功率

和连轧机轧制功率一样,采用电流、电压交换器,用来对脱管机的轧制进行校核并进行工艺研究用。

5.1.8  常见生产事故

5.1.8.1  抱棒、轧卡、跳停

辊缝、转速调整不当,新芯棒开轧等情况易造成抱棒,主机并不跳停,芯棒会带着荒管抽回。此种情况应将主机F区和回转臂E2区改为手动,主传动停止。防止限动回到零位后,回转臂将芯棒带荒管一同翻起,损坏设备,造成事故。

轧卡多发生于单架过压,某架或限动电机、传动出现故障时。

主机、限动出现异常报警跳停,轧制中的管子留在轧机中。

处理上述事故步骤如下:

1  主机停转后,立即关闭轧辊冷却水及前台冷却水。

2  连轧压下打开到换辊位。

3  芯棒带荒管退回,齿条退至-120㎝处。

4  沿芯棒前端面切割荒管。

5  齿条回零位,前端荒管与芯棒分开一定距离。

6  剔除抱棒芯棒。

7  将轧机内荒管退出剔除。

8  检查更换损坏轧辊。

9  调整轧机进行生产。

如遇堆钢轧卡,轧机未同时停转或调整处现严重错误时,造成金属流量失衡,钢管堆积在一处。在处理过程中,要将堆钢处用气割切割挤入辊缝的耳子,直到能在无负荷或较小负荷下抽回芯棒为止。

5.1.8.2  轧断

轧制时管子发生断裂,轧制力张力过大(拉钢轧制太严重)造成。

连轧机调整不当流量失衡,毛管来料尺寸偏差过大。

实测辊缝进行调整,保证各架压下量均衡,尤其是上游机架,并测量毛管尺寸,调至要求范围内。

轧断时,前部断管从脱管机内脱出,从辊道上翻走。后部断管一般较短,如在芯棒上带回,直接将其剔除。如能从脱管机脱出,要注意用天车吊走,防止管太短,掉到设备下。

如停在连轧脱管之间,要用钢丝绳捆牢钢管,用天车将其吊出。

检查更换损坏轧辊后进行轧制。

5.1.8.3  脱管前堆钢

多发生于1架断臼、开轧,主要是金属流量失衡严重。应保证1架压下量到位,开轧时,1架调整要与其他机架调同步。并适当提升脱管机转速,避免脱管机出现负电流的堆钢轧制。

发生堆钢后,主机停转,将堆钢处钢管用气割切断分开吊出,芯棒带荒管退回剔除,检查更换损伤轧辊及设备调整轧机开轧。

5.1.8.4  芯棒断

发现芯棒断要及时拍下紧急停车按钮,防止芯棒进脱管机,将断棒同荒管倒回切割剔除,检查更换脱管机。如芯棒同荒管一起从脱管机通过,要将该管同芯棒一起剔除,更换新脱管机进行轧制。

芯棒断原因较复杂,一般认为有芯棒位调整偏差过大,来料尾部壁厚偏差过大,抛钢时产生剧烈抖动,芯棒在使用吊运中造成损伤。




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评论列表
  • 钢管厂(2023-12-01 16:25:43)回复取消回复

    问你们买钢管,是不是联系:13337883086?

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