Ф180 mm TCM三輥連軋管機組142 mm孔型的設計開發(fā)

馮世云

（太原重工股份有限公司技術中心，山西 太原 030024）

Ф180 mm TCM三輥連軋管機組142 mm孔型的設計開發(fā)

馮世云

（太原重工股份有限公司技術中心，山西 太原 030024）

為了進一步優(yōu)化Ф180 mm TCM三輥限動芯棒連軋管機組的產(chǎn)品結構，在該機組原有的孔型系列基礎上，設計開發(fā)了142 mm孔型，使產(chǎn)品規(guī)格由原來的Ф60～180 mm×4～25 mm拓展至Ф33.4～180.0 mm×3.0～25.0 mm。介紹了新孔型的設計思路與開發(fā)過程，以及試生產(chǎn)情況。生產(chǎn)結果表明：142 mm孔型設計合理，產(chǎn)品質量優(yōu)良。

三輥限動芯棒連軋管機組；孔型設計；142 mm孔型

太原重工股份有限公司Ф180 mm TCM三輥限動芯棒連軋管機組于2010年4月在山東墨龍石油機械股份有限公司試車成功，其產(chǎn)品規(guī)格為Ф60～180 mm×4～25 mm，可年產(chǎn)熱軋無縫鋼管 40 萬t［1-3］。為滿足用戶的不同需求，要求該機組拓展產(chǎn)品規(guī)格下限，因此決定在原孔型的基礎上開發(fā)142 mm新孔型，將產(chǎn)品規(guī)格拓展至Ф33.4～180.0 mm×3.0～25.0 mm。

本文將重點介紹142 mm孔型的開發(fā)和試生產(chǎn)情況。

1 142 mm孔型設計思路

連軋管機組的孔型設計一般是按該孔型軋制的最小名義壁厚作為計算依據(jù)［4-9］。根據(jù)成品的最小壁厚要求，選取Ф33.4 mm×3.0 mm規(guī)格進行設計；考慮到張力減徑機的減徑減壁量，連軋孔型選取名義直徑142 mm進行設計，軋后的荒管壁厚選3.5 mm，芯棒選Ф134.5 mm；穿孔毛管壁厚選11.5 mm，毛管外徑選165 mm，毛管和芯棒間隙量取經(jīng)驗值7.5 mm；根據(jù)管坯的市場情況，決定選用Ф150 mm連鑄坯。擬定的機組產(chǎn)品規(guī)格變化過程為：Ф150 mm連鑄坯→Ф1 65 mm×11.5 mm毛管→Ф142 mm×3.5 mm連軋管→Ф33.4 mm×3.0 mm成品管。其中毛管擴徑率為10%，連軋總減徑量為23 mm，張力減徑量達74.4%。

2 穿孔機孔型設計

2.1 導板設計

Ф180 mm TCM三輥限動芯棒連軋管機組的穿孔機采用“導板+錐形輥+頂頭”構成封閉的穿制孔型。根據(jù)以往的生產(chǎn)經(jīng)驗分析，錐形輥不需要更改，只需要對導板進行重新設計。考慮到連鑄坯的外徑偏差以及咬入等因素，將導板的入口角度設定為4.5°，出口角度設定為3°，其余尺寸相應變化，即可滿足擴徑需要。

2.2 頂頭設計

根據(jù)選用的連鑄坯直徑與毛管尺寸，選擇三段式頂頭，通過計算穿孔變形區(qū)的長度、頂頭前伸量和頂前壓下率，兼顧考慮隨著毛管規(guī)格系列從薄壁到厚壁，其與頂頭的間隙量漸變，穿孔區(qū)頂頭尺寸及對應毛管尺寸見表1。

表1 穿孔區(qū)頂頭尺寸及對應毛管尺寸mm

3 連軋管機孔型設計

Ф180 mm TCM三輥限動芯棒連軋管機的孔型設計，選用該孔型所軋制鋼管的最薄壁厚進行計算。通常前2架機架采用的變形量較大，后2架機架的變形量較小，奇數(shù)機架的減壁量總和等于偶數(shù)機架的減壁量總和，荒管在后2架機架出口處規(guī)圓，由脫管機完成脫棒?？紤]到芯棒的膨脹系數(shù)以及機組的附加公差，新孔型按軋制荒管尺寸Ф141.65 mm×3.5 mm進行設計。

根據(jù)三輥連軋的變形特點，在進行Ф180 mm TCM三輥限動芯棒連軋管機142 mm孔型設計時，特意減小了孔型槽底與軋槽側壁之間的圓周速度差異，有效地減小了軋件縱向拉裂缺陷的產(chǎn)生。Ф180 mm TCM三輥限動芯棒連軋管機孔型參數(shù)如圖1所示［10-11］，142 mm 孔型基本參數(shù)見表 2，Ф33.4 mm×3.0 mm鋼管的連軋參數(shù)見表3。

通過計算得出連軋孔型的重要參數(shù)，并在數(shù)值模擬運算表中輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過程序校驗，優(yōu)化孔型參數(shù)，算出附加公差最小的一組數(shù)據(jù)作為孔型參數(shù)最終值，并根據(jù)不同壁厚確定所用芯棒規(guī)格。

圖1 Ф180 mm TCM三輥限動芯棒連軋管機孔型參數(shù)示意

表2 Ф180 mm TCM連軋管機142 mm孔型基本參數(shù)

表3 Ф33.4 mm×3.0 mm鋼管的連軋參數(shù)

4 脫管機和張力減徑機孔型設計

限動芯棒連軋管機之后設置脫管機，脫管機在限動芯棒連軋管機組中具有重要的作用，其孔型設計的好壞對于整個連軋工藝具有不可忽視的影響。

針對該連軋管機組142 mm孔型，脫管機采用132 mm孔型，脫管機的孔型基本參數(shù)見表4；其后布置張力減徑機，對脫管后的荒管再次進行減徑分配，張力減徑機的孔型基本參數(shù)見表5。

表4 脫管機的孔型基本參數(shù)

表5 張力減徑機的孔型基本參數(shù)

5 生產(chǎn)情況

2012年12月初，在韓國日進公司Ф180 mm TCM三輥限動芯棒連軋管機上進行了Ф33.4 mm×3.0 mm鋼管的試生產(chǎn)，并一次軋制成功，標志著開發(fā)的142 mm孔型具備了批量生產(chǎn)的能力。截至2012年年底，采用142 mm孔型共生產(chǎn)Ф33.4 mm×3.0 mm、Ф38.1 mm×3.0 mm等小規(guī)格鋼管1 000余噸，產(chǎn)品質量優(yōu)良，一次合格率在96%以上，實際軋制負荷均在理想狀態(tài)下。生產(chǎn)的部分規(guī)格鋼管的切頭、切尾長度和綜合成材率見表6。

6 結 語

軋制生產(chǎn)證明，Ф180 mm TCM三輥限動芯棒連軋管機組142 mm孔型設計合理，生產(chǎn)出的產(chǎn)品尺寸精度高，質量良好，具備批量生產(chǎn)能力。

142 mm孔型的成功開發(fā)和批量生產(chǎn)，不僅進一步擴大了Ф180 mm TCM三輥限動芯棒連軋管機組可生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格范圍，同時證明我國已完全掌握設計三輥連軋管機的核心技術。

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表6 鋼管切頭尾長度及綜合成材率

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Design and Development of 142 mm Pass of Ф180 mm TCM 3-roll Mandrel Pipe Mill

FENG Shiyun
（Technical Center，Taiyuan Heavy Industry Co.，Ltd.，Taiyuan 030024，China）

To further optimize product mix of the Ф180 mm TCM 3-roll retained mandrel pipe mill，the 142 mm pass is designed and developed on the basis of the original pass series，which results in the extension of the mill’s product size range from the original Ф60～180 mm×4～25 mm to Ф33.4～180.0 mm×3.0～25.0 mm.Described here are the design idea and development details of the new pass，and the trial production therewith.The operation result shows that the design of the 142 mm pass is reasonable，and has brought about excellent product quality.

3-roll retained mandrel pipe mill；pass design；142 mm pass

TG333.13

B

1001-2311（2015）02-0032-04

馮世云（1976-），男，工程師，主要從事冶金軋鋼的設備設計和工藝研究工作。

2014-02-26；修定日期：2014-12-02）