6.2  定径工艺

6.2.1  工艺描述

6.2.1.1  定径机的特点

我公司轧管厂采用的定径机是三辊式集中差速传动的微张力定径机，轧机型号为SRW550J14M,该机组能实现微张力减径，因此定径时管壁增厚较小。集中差速传动是一种电气、机械并用的调速传动，它和直流电机单独传动相比有如下特点：

1  速度刚性好：轧件咬入时电机虽有速降，但只影响定径机的轧制速度，而不改变机架间的速度比例；

2  电气控制系统较简单，投资较少；

3  结构紧凑，为缩小机架距离创造了条件；

4  维护方便，操作简单。

集中差速传动由于具有上述优点，虽然调速范围和调速灵活性差一些，但若主传动电机采用直流电机，调速范围也较大，能够满足生产工艺的要求，因此应用很广泛。

6.2.1.2  工艺任务和目的：

在轧管厂整个生产过程是连续进行的。而定径工序是热轧生产线的金属热变形的最后一道工序。本工序的工艺任务主要是通过一系列的操作后，除保持连轧后的钢管具有光滑的外表面光洁度和高精度的尺寸外，还要使热轧成品钢管具有优良的综合使用性能。其目的是，在一定的总减径率和较小的单机架减径率条件下来达到定径作用。另外，定径工序还可以实现用一种规格管材能够生产多种成品管的任务。

6.2.2  定径机的设备结构、平面布置及相关技术参数        

6.2.2.1  设备结构与平面布置情况 

定径区域的主要设备有：

1  入口辊道：高度可调，速度调整由再加热区域控制。作用是输送钢管。

2  除鳞机：主要由除鳞箱、除鳞环组成，除鳞环上均匀布置10~15个喷嘴。除鳞时高压水压力18MP，作用是除去钢管表面氧化皮。

3  机架：按其作用不同分三种，即工作机架、传输机架和导向机架，机架外形为矩形，工作机架上装有驱动轴。机架上的三个轧辊互成1200，分别安装在三个不可调整的轧辊轴上。机架安装在机座内，单数轴颈在下面，双数轴颈在上面，这样使相邻机架轧辊的辊缝互相交错成900。定径机机座上可安装至多14个机架，按照生产的要求确定工作机架，传输机架及导向机架的配置。传输机架的驱动轴必须在下面，导向机架无传动轴。

4  机架夹紧装置：机架在机座上的固定是靠14个锁紧缸锁定的，只有在机架锁紧缸压力不低于80bar时，才可以启动电机工作。

5  传动设备：主电机和叠加电机通过差速齿轮箱将动力输给齿轮箱的14个输出轴上，输出轴又和14个减针连轴器相连，然后传动力给机座上机架输入传动装置。主电机和齿轮箱之间装有一个齿轮联轴器；叠加电机和齿轮箱之间装有刹车盘和两个双颚制动器。剪针联轴器的作用是保护齿轮箱在轧制力矩超过－某一特定数值时（冷管），因过载而被损坏。

6  机架拉出装置：主要由2个横梁、4个液压缸、4个支撑柱组成 。

7  换辊小车及其驱动装置：换辊小车由4个小车组成，小车驱动装置由一个液压马达组成。

8  液压设备：由H再通过管线定径机的下列单供油：

1）机架锁紧缸；

2）换辊液压缸

3）换辊小车驱动装置的链轮调整装置

4）液压马达

5）叠加电机和齿轮箱之的双颚制动器。

6）机架冷却水的截流阀

9  出口辊道：高度可调

10  九通道在线检测设备：在线检测钢管外径、壁厚、温度等。能够采集、储存并分析测量数据。

11  回转臂：将定径后钢管移送至冷床。

12  冷床：步进梁式，由动梁和静梁组成。动梁由提升电机和平移电机驱动，这种冷床的特点：（1）冷却均匀，（2）钢管表面损伤少，（3）具有矫直功能

13  润滑设备：稀油润滑系统L5对齿轮箱进行润滑。G8甘油站为机座上的耐磨轴承、辊道、回转臂、冷床进行润滑。

 图6-2   定径机组设备组成示意图

1、主电机 

2、叠加电机

3、驱动装置

4、润滑油箱

5、机座

6、除磷水箱

7、换辊小车辊道 

8、换辊小车

9、换辊小车拉出位置

10、出口辊道

11、油脂润滑

12、水截流阀

13、九通道

14、大冷床

15、回转臂

6.2.2.2  设备性能参数介绍

1  除磷设备：          高压水压力18Mpa

2  定径机

   电源：电机：    3*380 V     50Hz

   控制设备：      24VCD（PLC） 或220V，50Hz

   电磁阀：        24V  CD

   型号：          SRW 550I—14M

   形式：          三辊

   机架位数：      14个

   标准轧辊直径：  550mm

   机架间距：      500mm

   轧制力：        25T               轧制扭矩：2500kgm

   主电机：        950kw  DC(额定)   最大1190 kw       285~520~1300 rpm

   叠加电机：      750kw  (额定)      最大1125 kw        52~520~1300 rpm

3  轧辊：

   名义直径：550mm，

   材质：球墨铸铁           硬度：380HB       表面淬火深：R150mm

4  钢管

入口管：外径： φ173.4 mm、φ225.8 mm、φ239mm、φ281.0mm

                φ285.0mm~302.3mm、   φ323.9mm ~φ344.1mm

壁厚：           4.58-39.96mm

长度：           11780-35000mm

出口管：  外径：Ф114～344.1mm，

其中外径≤285mm的钢管进行定径，外径＞285mm的钢管不需定径

壁厚：           ４.58～40mm

长度：            37000mm（max）

5  冷床：

形式：            步进梁式

总长度：          58m

总宽度：          36m

齿数：            164

齿距：            350mm

步进梁间距：      第一段长5m       500mm

                 第一段长21m      1000mm

                 第一段长32m      2000mm

提升电机：        2台，             74.5KW

平移电机：        1台，             52 KW

6  九通道：

适用范围：        钢管直径 ：        φ114～φ344.1mm　

钢管壁厚 ：       4.58～40mm

管长     ：       max 37000mm

温度     ：       max 1400℃

更换钢管外径时，需调整九通道前、后辊道高度

6.2.3  定径机组的工作原理和工艺控制

6.2.3.1  定径生产工艺流程描述 

图6-3   定径机组工艺流程图

6.2.3.2  定径机的基本结构和工作原理

1  基本结构：本厂定径机采用集体差速传动系统。其差速传动箱分为两个区域；叠加电机输入轴齿轮与一区第十二机架（NO.12）传动齿轮相啮合，并且按一定的传动比变速，变速后分别传入二区各自的小太阳轮。主电机输入轴经一级齿轮啮合，两个变速轴伸入二区，分别啮合NO.6，NO.8输入轴的太阳齿轮，使二区相邻两个齿轮轴互相啮啮合，其齿数传动比均相同，这样在叠加转速为零的条件下，输出轴转速均相同，这就是它的基本转速。大小太阳轮同时转动，使机架输出轴得到一个合成差速传动转速。

2  差速传动分析：主电机经一区传到二区的太阳轮（带有内啮合的大齿轮）其传动比为i’=9.162。机架传动是由差动轮系的系杆带动。如图所示

图6-4

A、太阳轮（由叠加电机带动）

B、太阳轮（带内外齿圈）

E、行星轮

H、转臂（基本转速和迭加转速迭加）

太阳轮1由主电机传送，小太阳轮3由叠加电机传动，齿轮2为系杆，与齿轮1内啮合，与齿轮3外啮合。

3  设：各齿轮转速分别为n₁,n₂,n₃,齿数分别为z₁,z₂,z₃

由差速原理：    (n₁-n₂)/( n₃-n₂)=-z₃/z₁

得；             n₂=z₁/(z₃₊z₁)*n₁+z₃/(z₁+z₃)*n₃

设：             i₁=(z₁+z₃)/z₁,i₃=(z₃₊z₁)/z₃   

则：             n₂=n₁/i₁+n₃/i₃

已知：           z1=69,z2=25,z3=18 z₁=69,z₂=25,z₃=18

得：             i₁=1.261,i₃=4.833

已知：           电机转速分别为N₁，N₂（rpm）

两电机传至二区的传动比

i₁’=9.162,     i₃’的值见表

设：            i₃*i₃’=I，       可推得n₂

即              n₂=n₁/i₁+n₃/i₃=N₁/i₁*i₁’+i₃*i₃’=N₁/11.55268+N₂/I

可以得出输出轴转速：

N=N₁/11.55268+N₂/i

叠加电机对各轴的传动比见下表

表6-1

由上表可知，速比顺轧制方向逐渐减小，即，顺轧机方向各机架的叠加转速递增。

6.2.3.3  定径机速度制度的确定

根据钢管对温度的要求（包括毛管出炉温度、初轧温度 、终轧温度），毛管直径、壁厚、成品管直径、壁厚及钢种钢级、确定孔型系列，机架数、各孔型标准直径，再计算出电机转数、各机架速度。由于一种产品有一套确定的孔型及所以，在轧制一种产品时，当根据毛管尺寸、成品管尺寸及钢种钢级确定了孔型及主电机转速、叠加电机转速、压下量就均已确定，既确定了一套轧制该产品的孔型。所以，我们主要的目的在于根据已知条件确定孔型系列、电机转速，当然，一套孔型确定之后，各孔型的尺寸就确定了。

6.2.3.4  定径机的轧辊孔型设计

1  变形制度

减径率和壁厚变化率是定径变形过程中的两个重要参数。成品质量主要取决于两个变形参数的大小和其比例选择的是否合理。

1） 减径率及其分配

单机架的最大剪径率根据钢管的品种决定，其最大植称为临界值。本厂定径机张力系数小，减径时增厚，但增厚不大，同时由于张力存在，壁厚不均程度大为减少，单机架减径率较小，最大时为3.1% 。

减径率的分配就是把总减径率合理的分配到各机架上去。一般来讲，定径机的中间各架减径率最大，第一架和成品前一架的减径率一般为零。

2） 壁厚变化率及其分配

与壁厚变化率有关的因素有减径率、壁厚（毛管）及张力系数。壁厚变化率的分配就把已求出的总壁厚变化率合理地分配到各机架上去。

实践证明，单机架减径率小于4~5%时，不可能发生减壁现象。本厂定径机单机架最大减径率为3.1%，则只可能发生壁增厚现象或壁厚基本保持不变。由毛管及成品尺寸经理论计算，本厂定径轧制钢管时，增壁率为0.5%~14.5% ，管壁增厚的绝对值最大为1.7mm 。

分配壁厚变化率的原则是：单机架的壁厚变化率必须与单机架的减径率相对应，减径越大，壁厚变化率也越大。

2  孔型设计

1） 根据轧制所给定的毛管和成品管的尺寸，求出总变形量（总减径、总延伸系数），选定单机架减径率，求出所需机架数目：

   n = ln (Dn/De)/ln (1- - εD)+q

   式中：n---机架数目

         Dn、De --- 定径后，定径前钢管外径

- εD--- 平均单机架减径率

q----减径率较小时机架的折合数

对于定径机，- εD -εD一般不小于3.5%   q一般取2

2） 减径率的分配

分配各机架减径率，求出各机架孔型的平均值— Dt,通常第一架减径率约为平均减径率的50% 左右，以适应来料尺寸波动，成品前二架为平均减径率的一半，成品前一架即成品机架一般没有减径率，以保证成品钢管的外经尺寸精度及其直圆度，其余机架的减径率平均，由此，便可求出孔型的标准直径Di：

得到：εi= （Di-1 -  Di） /D(i-1)

式中：D1=De( 1-ε1)

            D2=D1( 1-ε2)

            .

            D13=D12( 1-ε13)

这样，根据孔型系列、孔型标准直径，便可确定孔型其他尺寸，相应的加工孔型的工具尺寸。

对于基础机架，一个孔型系列只有一套基础孔型，最多为12 架，本厂有AO\AM\AR \AF四个孔型系列，则只有三种基础机架孔型，最后两个机架为精加工机架，精加工机架孔型的减劲率很小，趋于零，椭圆度也趋于1 。每种产品均有一套精加工机架孔型，这样对于一个孔型系列的某种产品的定径来讲，则只要确定该系列的基础机架数目和生产该产品的精加工孔型，便确定了一套该产品的孔型。

这里，基础机架是机架中的主体部分，用于轧制精加工前的钢管，主要目的是减径，控制壁厚变化，精加工机架也叫成品机架。

6.2.4  操作及调整

6.2.4.1  操作要点

定径工序为特殊工序，开轧前必须检查设备及在线检测仪表，并按轧制表和相关技术文件输入工艺参数，确认无误后方可进行操作。

生产过程中要注意监视掌握设备情况，观察仪器仪表及显示信号，监视钢管运行和轧制情况，发现问题及时处理。

观察上冷床钢管的直度，防止管子弯曲度过大，致使在冷床上无法滚动，影响生产。按照相关文件配置机架。

当班人员负责本班生产所需更换工具的准备工作。

工具更换前依据生产计划和相关文件，检查核对所准备的工具的准确性，换完后应再次确认。

随时监控管子长度，发现问题及时通知连轧机组。

每小时至少巡视一次定径区域设备运行情况及冷却水情况，发现问题及时处理并通知调度室。

每小时至少巡视一次大冷床钢管外表面，发现问题及时通知相关机组及调度室。

记录本班生产过程中的设备运行状况，所发生的生产事故及其处理情况。

1  工具更换程序

1)  更换机架前的准备工作

（1）确定定径机架

（2） 按相关文件将机架摆放在小车上

（3）打开阀台的阀门联锁

（4）将链轮压入小车链条

（5）移动小车将空车停在C型座前并使两滑轨各处对齐

（6）停止要料

（7）回到手动状态并停车

（8）出口辊道切至手动

（9）关机架冷却水

（10）切换到地面操作

（11）释放夹紧装置并检查所有液压缸退回

2） 更换机架程序

（1）通过手动搬手选择，首先移动横梁并推进至机架前，放下小钩

（2）横梁将机架拉至小车中心线

（3）横梁向前伸1-3cm以放松小钩

（4）将小钩抬起

（5）横梁拉至‘零’位

（6）更换机架超过7架时需通过手动般手移动另一个横梁，方法同上

（7）清理C型座内的导向板并涂油

（8）移动带有机架的小车停在C型机座正前方将滑轨相互对正

（9）选择首先移动的横梁

（10）将机架推进到C型机座内

（11）横梁退至原始位置

（12）如果需要通过手动搬手移动另一横梁，方法同上

（13）接通机架夹紧装置并检查所有液压缸伸出

3） 开机后的清理工作

（1）将小车开至停止位

（2）释放链轮

（3）锁定阀台总阀门

（4）工具下线

4） 对更换机架操作注意事项的几点补充

（1）换辊小车移动前应确认小车周围无人，轨道上无杂物、换辊液压缸返回零位、钩子抬起，小车上机架摆在中间位置，且与横梁保持一定距离。

（2）横梁如左右歪斜应及时恢复原位。

（3）液压缸伸出时，横梁上小钩不要提前放下。

（4）小车一定要对正。

2  九通道操作程序

1） 九通道上线时的操作程序

（1）停定径主电机及叠加电机

（2）确认定径出口辊道高度正确

（3） 在服务终端屏幕上输入正确的参数

（4）确认数据库运行状态正常

（5）按F5键将O型架开入测量点                                                   

（6）启动定径主机及叠加电机

（7）按F1键准备测量

2） 九通道下线的操作规程

（1）停定径主机和叠加电机

（2）按F6键将O 型架开到存储位

（3）启动主机恢复生产

6.2.4.2  调整要点

1  荒管除磷

1） 定径高压水压力为13~18mpa。为保正成品钢管外表面质量，正常生产必须投入高压水除磷。开轧前应检查高压水压力及除磷环喷嘴状况，如有堵塞及时清理。

2） 为保证整支钢管都除磷，且避免除磷水喷入钢管内部，除鳞开启和结束延时，根据入口辊道速度和主机速度的调整及时做相应的调整。

3） 为避免除磷水喷入炉内，除鳞刷应根据挡水效果及时更换

4） 荒管温度不低于8000C，即可进入定径机轧制，对有终轧温度要求的钢管品种因选择相应的工艺制度来满足要求。

2  定径前后辊道高度调整

调整原则： 

钢管中心线 =  轧制中心线

当荒管和成品管规格变化时，根据轧制表和辊道高度行程表进行调整，实际调整时应根据荒管和成品管的直度做适当修正，一般修正量不超过5mm.

3  定径机调整

定径机的速度调整要依据定径机的速度制度执行。定径机的速度制度由轧制表或其它相关文件提供，跟班工艺师根据生产的品种、规格，提取与之品种、规格相同或相近的轧制表提供给定径机组，或在其它相关文件中选择与之品种、规格相同或相近的定径机速度制度提供给定径机组。

在满足生产要求前提下，应选择较低转速，轧厚壁管时，转速不能太快，同时入口辊道速度应降低，减小对第一架的冲击。，

4  机架配置方式

1） 定径机的机架配置方式有两种形式：前充满方式和后充满方式。前充满方式指的是变形机架集中在定径机的前部分布置，而不参与变形的机架集中在后部分。后充满方式则相反。我厂采用的机架方式为前充满方式。

2） 机架分类：可分为三类：

（1）工作机架：是指参与钢管变形的机架，有传动轴

（2）传输机架：只是起到传送钢管的作用，不参与变形，有传动轴，第一架需上导嘴

（3）导向机架：不参与钢管金属变形，只起导向作用

导管内径：194.5，  248.5，  305.6    

辊：      391      363.4，  307.6，  248.8

工作机架又分为：

a)  通用机架：该机架用于同一孔型系列轧制不同规格的成品管，并完成主要的变形工作。

b)  精轧机架：该机架仅用于轧制一种尺寸的成品管，布置在通用机架之后

3） 机架编号：可根据机架编号布置机架，只有工作机架才有编号，其编号规则如下：

（1）孔型系列由两位字母表示

（2）通用机架编号的前一位（或两位）数按顺序编排，该数表示孔型直径的大小。其编号的后两位总是零

（3）成品（精轧）机架安装在通用机架之后，其前面一架工作机架的孔型编号的头一位（或两位）数与精轧机架孔型编号相同。精轧机架用编号后两位数字来区分，一般每套精轧机架的第一架，孔型编号最后一位数字为1，第二架为2，其次类推。   

4） 机架配置原则

（1）工作机架：根据生产计划和相关文件（《轧管厂定径孔型参数表》和《轧制工艺联络卡》）配置

（2）传输机架：安排在导向机架之间的单数机架位置上

（3）导向机架：安排在工作机架之后，填充传送机架间的空位

5） 机架配置中易出现的问题

（1）第一架导嘴用错；

（2）导向机架及传输机架错误；

（3）工作机架位置摆错；

（4）新旧辊搭配使用。

避免方法：

（1）上线前仔细测量导嘴、导管及传输辊尺寸是否正确

（2）认真核实孔型号，机架号及传输轴位置是否正确

（3）所用轧辊轧制寿命及现场工具使用情况，各孔型轧辊使用寿命见下表

表6-2

表6-3   定径各孔型常用工具配置表

6.2.5  常见事故处理方法

卡管： 1  通知再加热炉及环形炉停止出料

2  通知再加热炉辊道反转

3  关闭轧辊冷却水

4  选择主传动手动反转

5  荒管全部退出轧机后通知调度室并恢复生产

6.2.6  质量缺陷及控制要点

6.2.6.1  外径超差

钢管外经超过控制标准，超过正公差成为外经大，超过负公差成为外经小；正负公差全部超差，椭圆度过大。

产生原因：1  定径机架加工尺寸有问题

            2  轧辊过分磨损

            3  终轧温度波动大

            4  定径前台辊道高度调整不合适

处理方法：1  更换正确的机架，保证尺寸正确

2  保证加热稳定性，控制终轧温度

6.2.6.2  表面麻点（凹坑）

钢管表面呈现连续性的麻坑

产生原因：1  轧辊，轧槽磨损严重

            2  轧辊冷却不好，表面发生粘钢

            3  运送辊道表面不光洁

            4  再加热炉内荒管高温加热时间过长，造成过热、过烧

            5  定径高压水除鳞不正常，氧化铁皮清楚不干净压入钢管表面

处理方法：更换机架或修磨轧辊表面

6.2.6.3  外结疤

钢管外表面呈规律性分布的疤痕

产生原因：1  定径机架辊面粘钢

            2  轧辊表面有伤

处理方法：1  修磨定径后辊道

2  更换机架或根据实际情况加垫

6.2.6.4  青线

钢管外表面呈现对称或不对称得线型扎痕

产生原因：1  脱管机、定径机架孔型错位

            2  孔型设计不合理，长轴半径过小，金属过充满

            3  定径机架配置不合理，新旧机架搭配使用

            4  轧辊加工不好，边部导角太小

            5  装配不好，间隙量过大

            6  轧低温钢

            7  定径机主电机、叠加电机速度匹配不好

处理方法：1  更换机架，避免新旧机架混用

            2  改进孔型设计，合理分配各机架金属变型量

            3  提高轧辊加工及装配质量

            4  合理设定定径转速

            5  不轧低温钢

6.2.6.5  磕瘪

钢管外表面凹陷，里面凸起，壁厚无损伤

产生原因：1  脱管后弯头，头部磕脱管后辊道

            2  脱管后辊道高度不合适，尾部摔造成

            3  定径前后辊道高度不好，咬入及抛钢时运行不稳定

            4  大口径薄壁管尾部飞翅大

处理方法：1  保证荒管在运输过程中不与辊道表面发生磕碰

            2  调整好辊道高度

            3  适当降低辊道速度

6.2.6.6  壁厚超差

钢管壁厚呈直线型，管体超过公差范围，多为偏薄，发生于机架较多时。

产生原因：出连轧荒管在进入定径机轧制时，在外经减少时发生壁厚增厚变形，由于进入定径时钢管冷却不均匀，造成局部增厚较小。

原因（1）定径除鳞水嘴掉（2）除鳞环开裂

处理方法：更换水嘴或除鳞环

6.2.6.7  弯管

钢管在大冷床发生头部或管体弯曲

产生原因：1  定径机架装配不好，

            2  轧辊未推到位

            3  壁厚偏差较大 

            4  冷却不均匀

            5  大冷床冷热管搭界

            6  大冷床步进梁错位

处理方法：1  提高机架加工装配质量

            2  清洁滑道，保证中心线

            3  提高壁厚均度

            4  禁止冷热管搭界，应空出料位

            5  处理大冷床步进梁

6.2.6.8  外表划伤

钢管外表面成直线型凹槽

产生原因：1  定径前后辊道转动不好，又研死的

            2  定径导管，导嘴等表面粗糙

            3  管头弯

处理方法：1  保证辊道转动灵活

            2  导管，导嘴等酶标光滑，无毛刺、凸起

            3  保证直度