斜軋管機后臺改進型長導輥的探討與實踐

韓宇，丁軍

（中冶京誠工程技術有限公司，北京100176）

斜軋管機后臺改進型長導輥的探討與實踐

韓宇，丁軍

（中冶京誠工程技術有限公司，北京100176）

針對國內某Accu Roll軋管機存在的問題，借鑒Assel軋管機后臺設備結構，提出了一種改進型長導輥裝置。分析了荒管在不同斜軋管機后臺設備結構中的受力情況，詳細介紹了改進型長導輥裝置的性能特點。分析認為：改進型長導輥裝置的兩個壓輥與兩個長導輥共同形成了4個“導向輥”合圍的導位，使得荒管不易被甩離軋線，解決了Accu Roll斜軋管機軋制過程中荒管扭轉和甩動對其表面產生的劃傷等問題，提升了軋制速度，提高了生產節奏和產量。

斜軋管機；荒管；后臺；長導輥；改進型

斜軋管機主要有Accu Roll軋管機及Assel軋管機，前者是配帶兩導盤的兩輥斜軋，后者是呈品字布置的三輥斜軋［1］。因斜軋甩動，軋機出口后臺均配備荒管導向裝置。Accu Roll軋管機是由左右布置的兩個錐形輥和上下布置的導盤構成［2-4］，Accu Roll軋管結構如圖1所示。Assel軋管機是3個軋輥呈品字120°布置的斜軋機型，沒有導板或導盤，完全由3個軋輥形成孔型［5-7］，Assel軋管結構如圖2所示。

由于軋管機的斜軋變形特性和與軋管機配套的輔助輸送設備配置的不完全匹配［8-10］，如軋機前臺芯棒支撐裝置結構、入/出口導套以及軋管機后臺輸送裝置等，使軋機出口荒管甩動幅度大，往往對軋管機采用較高的出口軋制速度產生制約，使得鋼管外表面出現劃傷等缺陷；另外，較低的軋制速度，使純軋時間增長，鋼管頭尾溫差加大，甚至產生鋼管扭轉變形、壁厚超差等，從而限制了軋機產能和產品質量的提高［11-14］。

國內某廠Φ219 mm Accu Roll軋管機組自投產以來，只能在很小的軋制速度下生產，機組產量比較低。改造前該機組存在的問題有：①軋機后臺荒管甩動問題比較嚴重；②鋼管表面質量不好，內折和外表面劃傷現象比較突出；③頭尾壁厚超差，成材率較低；④軋管速度低（實際≤0.4m/s），軋機小時產量小，軋管效率低。此斜軋管機組存在的問題，已經比較嚴重地影響到軋機的生產效率和產品質量的提高以及生產成本的控制；因此，有必要對該Φ219 mm Accu Roll軋管機配套設備進行研究，并找出對策，以達到提高軋制速度、減少鋼管甩動、改善產品質量的目的。

圖1 Accu Roll軋管結構示意

圖2 Assel軋管結構示意

圖3 Accu Roll軋管機后臺設備初始結構示意

1 斜軋管機后臺設備結構

Accu Roll軋管機后臺設備初始結構如圖3所示，主要由上/下導板、左/右導梁及升降輸送輥道組成，導板和導梁構成了閉合通道，改造前上導板已經拆除。升降輸送輥道升起，將軋后荒管送出。在軋管過程中，荒管螺旋前進，由于與導板和導梁接觸摩擦，伴隨爬行及爬升，通常表現為荒管振動及甩動現象。甩動幅度較大時，常常出現荒管外表面缺陷問題，影響軋制速度的提升，并制約著生產節奏的加快。

Assel軋管機后臺設備結構如圖4所示，主要由長導輥、托輥、壓輥、升降輥及底座等組成。左右分立的兩個長導輥托撐荒管，長導輥由托輥支撐；壓輥扣壓在荒管上，形成圍合通道。升降輥道升起，將軋后荒管送出。在軋制過程中，長導輥的轉速與荒管轉速匹配，故荒管沒有相對爬升的趨勢，理論上大大降低了振動及甩動幅度，從而很少出現荒管外表面缺陷問題。然而，上方僅有一個壓輥，且呈不連續的間隔布置，在生產過程中尤其是軋制終了，當荒管與長導輥速度不匹配（有轉速差），通常荒管轉速大于長導輥轉速，形成荒管爬升甩出的趨勢。由于荒管質量較大，壓輥機架剛性偏弱，存在荒管被甩出軋線的風險。鑒于安全性，限制了Assel軋管機軋制速度，因此難以達到最大軋制速度的目標。

圖4 Assel軋管機后臺設備結構示意

可認為：上述Accu Roll軋管機后臺結構存在缺憾，并不值得推崇；而Assel軋管機后臺結構有待進一步改進。因此，借鑒Assel軋管機后臺設備結構，提出了一種改進型長導輥結構，對該Φ219 mm Accu Roll軋管機組后臺設備進行改造。

2 改進型長導輥結構

改進型長導輥結構斷面如圖5所示，改進型長導輥封閉結構如圖6所示。改進型長導輥裝置主要由長導輥、托輥、左/右壓輥、升降輥及底座等組成。長導輥分立于荒管兩側，用來支撐和旋轉荒管；長導輥由托輥支撐；壓輥通長連續布置，在荒管上方的左右兩側各一組，與長導輥共同形成4個“導向輥”合圍的導衛，由于較三輥的封閉性好，使得荒管“圍困”在軋制線內而不竄離；軋制終了，長導輥降速直至荒管停止旋轉，壓輥打開，升降輥抬起，將軋后荒管送出。

圖5 改進型長導輥結構斷面示意

圖6 改進型長導輥封閉結構示意

從圖5可以看出，相比Assel軋管機后臺結構設備高度大而造成的底座剛性相對較差問題，改進型長導輥的鎖緊裝置位于縱梁兩側（而非縱梁底下），從而大大降低了設備總高度，提升了底座的剛性和穩定性，減小了軋制時的振動，保證后臺的對中一致性和軋后荒管的質量；同時，后臺設備的土建施工量也大大減少，更為經濟。現場工作中的改進型長導輥結構如圖7所示。

圖7 現場工作中的改進型長導輥結構

3 荒管受力分析

3.1 Accu Roll軋管機軋制（改進前）

改進前Accu Roll軋管機后臺荒管受力情況如圖8所示。由于荒管的旋轉，下導板對其產生摩擦力f，并在f作用下向左導梁靠近，產生向上的摩擦力ε。實際上，因撞擊力存在，左導梁反作用力p大于摩擦力f，現忽略撞擊力的影響，在摩擦力、管頭不規則及導位碰撞等因素的影響下產生彈跳，上導板產生撞擊力N及瞬間摩擦力ζ，并即時脫離。因上導板實際上是虛掩的，有間隙，且上導板僅在靠近軋機出口處有布置，后續則上方敞開不封閉。以上受力致使導位對荒管表面產生剮蹭，且對荒管擾動，產生管頭甩動和扭轉。摩擦力f及ε為：

式中μ——摩擦因數；

G——每米荒管所受的重力，kN。

圖8 改進前Accu Roll軋管機后臺荒管受力情況示意

3.2 Assel軋管機軋制

Assel軋管機后臺荒管受力情況如圖9所示。理論上，軋制過程中荒管轉速與長導輥轉速是匹配的，無相對運動趨勢。但在軋制終了長導輥降速時，由于慣性，長導輥與荒管間有降速差，形成荒管滾離軋線的趨勢，圖9所示中荒管有向左滾離的趨勢，其摩擦力f為：

式中N——壓輥壓力，kN；

L——長導輥輥距，mm；

R——荒管直徑，mm；

r——長導輥直徑，mm。

圖9 Assel軋管機后臺荒管受力情況示意

3.3 采用改進型長導輥結構（改進后）

采用改進型長導輥結構后荒管受力情況如圖10所示。理論上，與Assel軋管機改進前后臺一樣，軋制過程中荒管轉速與長導輥轉度是匹配的，也在軋制終了降速時，由于慣性形成的降速差，致使荒管出現滾離軋線的趨勢，其摩擦力f為：

圖10 采用改進型長導輥結構后荒管受力情況示意

對于Assel軋管機后臺，由于壓輥機架剛性的因素，且其不在軋制線通長方向上連續布置，造成遠離壓輥處荒管頭部容易甩離甚至甩出軋線，荒管直徑越大，趨勢越明顯。而對于改進型長導輥，盡管也存在壓輥機架剛性的問題，但四輥封閉性更好，且其在軋制線通長方向上連續布置，4個“導向輥”合抱荒管，使得荒管不易被甩離軋線。

4 改進型長導輥裝置的特點

（1）因軋線是不變的，對于不同外徑的荒管，可通過調整長導輥的高度以滿足軋制要求。

（2）軋制初始，長導輥高速旋轉，并托接荒管，其輥面線速度與荒管表面的線速度匹配，不產生相對滑動，從而不造成荒管扭轉，對軋制薄壁管尤為有利。

（3）隨著荒管軋制的前行，各組壓輥逐架依次壓下，與長導輥一起抱住荒管。

（4）軋制終了，荒管尾部離開軋輥，長導輥轉速立即降低至低速，因與荒管存在降速差，荒管出現滾離軋線的趨勢，而四輥緊緊地合抱并束縛荒管，有利于使荒管停轉。荒管停轉后，壓輥打開，升降輥抬起并送出荒管。

（5）由于長導輥主動旋轉，壓輥隨著荒管旋轉而轉動，改進型長導輥從原理上消除了荒管的扭轉和爬坡甩動，避免了Accu Roll軋管機后臺固定導位對荒管表面造成的剮蹭劃傷等缺陷。

（6）由底下的兩個長導輥和頂上的左右兩壓輥組成的四輥導向，有效地防止了荒管甩動，并抑制了荒管抖動；由于4個“導向輥”的原因，荒管被圍困在軋線上，難以竄離，這是Assel軋管機后臺的三輥導向不易做到的。因此，采用改進型長導輥，可以很大程度地提高軋制速度和單位工時產量。

（7）長導輥的輥面與荒管表面不產生相互摩擦，可避免對荒管表面的劃傷，從原理上解決因摩擦力產生的荒管甩頭和甩尾現象。

（8）四輥可以有效限制荒管的振幅，在極高轉速時，管頭或管體亦無甩離軋線，是荒管高速軋制的有力保障。提高軋制速度亦有效地減小了溫降差，抑制了頭尾壁厚超差。

（9）四輥極大地抑制了軋輥斜軋本身產生的荒管甩動，以及斜軋管機前臺芯棒擾動傳遞給荒管的抖動。

5 結語

在改造Φ219 mm Accu Roll軋管機后臺設備時，借鑒Assel軋管機后臺設備結構，提出了一種改進型長導輥裝置，使軋制過程中荒管扭轉和甩動對其表面產生的劃傷等長期困擾的問題得以解決，軋管速度大大提升，提高了節奏和產量。生產實踐證明：將改進型長導輥應用于某斜軋管機后臺的效果顯著。盡管改進型長導輥裝置參考了Assel軋管機后臺，但在其結構上進行了相當大的完善和改進，彌補了其缺陷和不足，使得設備高度大為降低，設備剛性大為增強，且荒管軋制更為快速高效。

因此，對于當前國內眾多斜軋管機組普遍存在的類似問題來說，改進型長導輥的成功應用，為斜軋管機后臺改造提供了經驗和有力借鑒，值得進一步探究。同時，改進型長導輥也為新建斜軋管生產線提供了一種擇優備選方案，是一項應用效果較好的技術裝備，可直接而有效地解決現場實際問題。

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●信息

Discussion on Mod ified Long Guide-ro ller of Outlet Tab le o f Rotary Pipe Mill

HAN Yu，DING Jun
（MCCCapital Engineering&Research Incorporation Lim ited，Beijing 100176，China）

Addressing the problem as staying with a certain domestic Accu Roll pipe m ill，a modified long guide-roller device is proposed with reference to the outlet table structure of the Assel pipe m ill.Analyzed are the loading states of the shell on differentoutlet tables of the rotary pipemill.Detailed are the performance characteristics of themodified long guide-roller device.The analysis result reveals that the two press rollers and the two long guideroller of the device together form a guide position as encircled by four“guide-rollers”so as tomake it uneasy to get the shell swung off the rolling line.Such a device leads to fixing of the problem with the Accu Roll pipe m ill that scratch is caused to the shell surface due to its twisting and swing during the rolling process.As a result，the rolling speed of themill is enhanced，and so are the production cycle and output.

rotary pipemill；shell；outlet table；long guide-roller；modified type

TG333.8

B

1001-2311（2016）06-0065-05

2016-05-30；修定日期：2016-10-09）

韓宇（1979-），男，碩士，高級工程師，長期從事鋼管工藝、設備設計及研發工作。