Φ820mm限動芯棒精密軋管機組的研發與應用

趙亞東，王連生

（太原通澤重工有限公司，山西 太原 030032）

Φ820mm限動芯棒精密軋管機組的研發與應用

趙亞東，王連生

（太原通澤重工有限公司，山西 太原 030032）

結合大直徑熱軋無縫鋼管的特點，介紹了Φ820mm限動芯棒精密軋管生產線的設備組成及新型錐形輥穿孔機和限動芯棒精密軋管機的工藝流程、主要參數和特點，以及軋制產品的幾何尺寸精度。檢測結果表明：在沒有定徑軋制的情況下，通過穿孔、限動精軋或穿孔、二次穿孔、限動精軋的荒管外徑尺寸精度超出成品管精度（外徑公差≤±0.5%D）要求；而軋后荒管的壁厚尺寸精度在成品管精度（壁厚公差±5%S～±8%S）要求的范圍之內。

大直徑無縫鋼管；新型錐形輥穿孔機；限動芯棒精密軋管機；定徑機；穿孔；產品精度

隨著工業現代化的發展，市場對大直徑無縫鋼管需求量增加的同時，對無縫鋼管精度要求也在逐漸提高；而生產大直徑無縫鋼管的方法較多，但一套工藝成熟、設備先進、運行成本低、產品尺寸精度高、成材率高的生產線是很多鋼管生產廠和鋼管工藝、設備研發人員努力的方向和目標。

近年來，應用穿孔機、軋管機，甚至一機兩用或多用的軋管機生產大直徑無縫鋼管不乏成功的案例，為大直徑無縫鋼管熱軋工藝的發展提供了方向。新型錐形輥穿孔機、限動芯棒精密軋管機和定徑機作為主要軋制設備的生產線，因其具有生產線靈活和設備多種功能組合的優點，成為目前熱軋大直徑無縫鋼管生產的先進方式。這種生產工藝既擴大了品種范圍，又提高了產品尺寸精度和成材率。圖1所示為Φ820 mm限動芯棒精密軋管生產線的平面布置，該生產線已在國內某企業投入使用，標志著大直徑熱軋無縫鋼管的發展又向前邁進了一步。下面對該生產線進行介紹。

圖1　Φ820mm限動芯棒精密軋管生產線的平面布置示意

1　新型錐形輥穿孔機

1.1工藝流程

新型錐形輥穿孔機如圖2所示，具備一次穿孔和二次穿孔，兩道軋制工序在一套設備上連續完成的功能［1］，實現一機兩用，擴大了機組的產品規格范圍。加熱后圓管坯由輸送設備送入進料臺，由推坯裝置推入主機座，在軋輥、導板和頂頭組成的變形區［2］中，穿制成毛管，出料臺一段的導向裝置對毛管進行導向。穿孔后的毛管由出料臺一段撥料裝置撥出，經中間輸送設備返回到進料臺。出料臺二段頂桿小車退回到后位，更換二次穿孔的頂桿和頂頭后返回到軋制位。毛管被進料臺推坯裝置推入穿孔機主機座，在軋輥、導板和頂頭組成的孔型中，擴徑、減壁實現二次穿孔。出料臺一段導向裝置對毛管進行導向［3］。二次穿孔后的毛管由出料臺一段撥料裝置撥出，送往下一道工序。

圖2　新型錐形輥穿孔機

該新型錐形輥穿孔機可根據工藝要求，單獨對圓管坯穿孔，也可對圓管坯進行一次穿孔和連續二次穿孔。

1.2主要參數

新型錐形輥穿孔機由穿孔機前管坯輸送輥道、管坯橫移鏈、進料臺、主機座、軋輥主傳動、出料臺一段、出料臺二段、毛管輸送輥道、毛管過渡臺架、流體系統和電氣控制系統等組成，其主要技術參數如下。

圓管坯直徑350～800 mm

長度最大5 000mm

材質碳素結構鋼、合金結構鋼、

不銹鋼

管坯溫度1 180～1 280℃

穿孔毛管直徑390～840mm

壁厚22～161mm

長度最大12 500mm

軋輥直徑1 650~1 800 mm

長度2 000mm

輾軋角12°（固定）

送進角10°（固定）

軋制力32 000 kN

軋制力矩4 200 kN·m

主電機功率2 800×2×2 kW（直流）

轉速380/550 r/min

1.3主要特點

要實現新型錐形輥穿孔機對圓管坯一次加熱后，進行一次穿孔和連續二次穿孔，穿孔機組的設備結構和控制技術等都采用新技術。

（1）進料臺。新型錐形輥穿孔機進料臺的受料槽高度由液壓缸驅動實現快速升降，滿足不同直徑的圓管坯和一次穿孔毛管的支承；推坯裝置分別設置推圓管坯和穿孔后毛管的推桿，減少了推坯裝置的運行距離。

（2）主機座。主機座上下導板結構設計時充分考慮大直徑鋼管多品種、小批量的生產特點，大部分工具的更換是由于軋制規格的變動而更換，很少是由于工具磨損嚴重而更換。新型錐形輥穿孔機考慮了成對更換導板，上導板壓座（調整部分）可向右側移開，裝配在上機蓋中的導板架及上導板從上機蓋中吊出，線外更換，下導板及導板座也可從上機蓋中的方孔中吊出，不需要移出上機蓋，大大方便了上下導板的更換。軋輥裝置更換時，快速安裝活動導軌，液壓缸推動上機蓋移出，方便軋輥裝置更換，軋輥更換完成，上機蓋復位，拆除活動導軌，滿足熱管坯靠近主機側的橫移。上機蓋與下機架的鎖緊，采用液壓缸驅動螺旋副實現。

（3）出料臺一段。出料臺一段的5套三輥導向裝置［4-5］導向輥開口度的調整由帶位移傳感器的液壓缸驅動，保證一次穿孔和二次穿孔的頂桿和毛管的支承和導向。升降輥道的升降由帶位移傳感器的液壓缸驅動，滿足不同直徑毛管和頂桿的輸送。

（4）出料臺二段。出料臺二段擋料裝置設計考慮了穿孔和二次穿孔毛管、頂桿的直徑不同，液壓缸驅動擋料模板開合實現順利脫管。閉鎖裝置、頂桿小車和后位鎖緊裝置共同與頂桿移送裝置配合實現頂桿和頂頭的快速更換。頂桿內水冷系統采用軋制時水管連接、軋制結束后水管脫開的結構。

（5）軋輥主傳動。軋輥主傳動考慮了萬向接軸質量較大，且軋輥裝置更換頻率較低，采用平衡裝置對萬向接軸在工作過程中進行支撐。

2　限動芯棒精密軋管機

2.1工藝流程

限動芯棒精密軋管機如圖3所示。一次穿孔或者二次穿孔的毛管由毛管過渡臺架、毛管輸送輥道和軋管機前橫移鏈進入限動芯棒精密軋管機進料臺二段，進料臺一段的芯棒小車前進將芯棒穿入毛管內，進料臺二段將毛管送入軋管機主機座進行軋制［6-7］。毛管在軋輥、導板和芯棒組成的孔型內，實現減壁、延伸變形。出料臺導向裝置對軋后的荒管進行導向，軋后的荒管由出料臺送往后續工序［8-10］。

圖3　限動芯棒精密軋管機

2.2主要參數

限動芯棒精密軋管機由軋管機前橫移鏈、進料臺一段、進料臺二段、主機座、軋輥主傳動、出料臺、軋管機后橫移鏈、流體系統和電氣控制系統等組成，其主要參數如下。

入口毛管直徑390～840mm

壁厚22～161mm

長度最大12 500 mm

軋輥直徑1 400～1 500mm

長度1 700mm

輾軋角11°（固定）

送進角8°（固定）

軋制力18 000 kN

軋制力矩1 250 kN·m

主電機功率2 800×2 kW（直流）

轉速380/550 r/min

限動力1 600 kN

限動行程1 800mm

限動型式液壓

2.3主要特點

限動芯棒精密軋管機各部分設計時需考慮兩個不同要求，即對穿孔后毛管進行減壁軋制和對二次穿孔后的毛管進行均整（微減壁）軋制。

（1）進料臺一段。進料臺一段由芯棒小車、傳動小車、限動裝置、小車主傳動和導軌等組成，用于毛管穿棒和芯棒預旋轉，軋制過程中對芯棒前進速度進行控制［11］。考慮到芯棒質量較大，傳動小車為芯棒小車提供旋轉動力，從而驅動芯棒實現預旋轉［12］。小車主傳動驅動傳動小車和芯棒小車在導軌上往返運動，實現毛管穿棒。

（2）進料臺二段。進料臺二段由主動升降斜輥道［13］、三輥導向裝置、穿棒擋板、受料槽和推坯裝置等組成，用于毛管的輸送和軋制時毛管、芯棒的導向。主動升降斜輥道根據毛管長度，可實現毛管的送入或芯棒的輸送；三輥導向裝置保證毛管中心線與芯棒中心線重合，利于芯棒穿入毛管和軋制過程中對毛管或芯棒的導向；推坯裝置用于較短毛管，或升降斜輥道不能正常送入時，推坯裝置將毛管送入主機座。

（3）主機座。主機座與穿孔機主機座結構相同。

（4）出料臺。出料臺采用主動的長導向輥與上壓輥配合，對軋后荒管進行導向［14-15］。長導向輥的轉速可根據軋制速度進行調整，有利于薄壁管的軋制。

（5）軋輥主傳動。軋輥主傳動與穿孔機軋輥主傳動結構相同。

3　定徑機

新型錐形輥穿孔機和限動芯棒精密軋管機可與少機架三輥定徑機成為生產線的主要變形設備，可生產大直徑無縫鋼管。根據產品規格，也可與其他類型的定徑機組成一條完整的生產線，實現熱軋大直徑無縫鋼管。生產線現有定徑機，在投產這一年多，投入使用的次數較少。

4　產品精度

Φ820 mm限動芯棒精密軋管生產線軋制了Φ530 mm×60 mm、Φ580 mm×40 mm、Φ633 mm× 60 mm、Φ830 mm×45 mm、Φ827 mm×55 mm、Φ752 mm×87 mm等多種規格的無縫鋼管，材質分別為35、4130X、12Cr1MoV、25MnG、P22、P91。現將圓管坯經穿孔或二次穿孔后進行限動精軋，不經過定徑機定徑，其熱管坯變形參數見表1。

按上述工藝路線，對軋后Φ530 mm×60mm荒管（冷態）距頭尾各300 mm處測量，每間隔1 000 mm為一個測量點，對其在水平和垂直兩個互成90°的截面的外徑和壁厚進行測量。精軋后荒管外徑和壁厚實測結果如圖4～5所示。

圖4　精軋后荒管外徑實測結果

圖5　精軋后荒管壁厚實測結果

從圖4~5可以看出：沒有定徑軋制的情況下，通過穿孔、限動精軋或穿孔、二次穿孔、限動精軋的荒管外徑尺寸精度超出成品管精度要求（外徑公差≤±0.5%D），而軋后荒管的壁厚尺寸精度在成品管精度要求（壁厚公差±5%S～±8%S）的范圍之內。

5　結　語

該Φ820 mm限動芯棒精密軋管生產線經過一年多的生產，證明該生產線靈活的生產工藝和設備多種功能組合是成功可靠的，符合大直徑無縫鋼管的生產要求。新型錐形輥穿孔機、限動芯棒精密軋管機在軋制過程中平穩可靠，各部分動作準確、迅速，達到了設計預期的各項功能和要求，產品質量合格。

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R&D and Ap p lication o fΦ820 mm Retained-m and re l Precision Pipe M ill

ZHAO Yadong，WANG Liansheng
（Taiyuan Tongze Heavy Industry Co.，Ltd.，Taiyuan 030032，China）

Based on the characteristics of the large-sized hot-rolled seam less steel tube，described in the paper are the equipment composition of theΦ820 mm retained-mandrel precision pipe-rolling plant，and themain aspects of the new type CTPmill and the retained-mandrel precision pipemill proper，including themanufacturing process flows，major technical parameters and characteristics，etc.Also described are the geometric dimensional tolerances of the products as rolled.Relevant inspection results show thatwithout being subjected to the sizing process，the tube as manufactured via such processes as piercing plus finish-rolling with retained-mandrel mill or piercing plus secondary piercing and finish-rollingwith retained-mandrelmill has the O.D.tolerance better than that of the finished tube（O.D.tolerance≤±0.5%D），while the W.T.tolerance iswithin the specified tolerance scope of the finished tube（W.T.tolerance±5%S～±8%S）.

large-sized seam less steel tube；new type CTPmill；retained-mandrel precision pipemill；sizing mill；piercing；product tolerance

TG333.8##

B#

1001-2311（2016）03-0032-04

趙亞東（1977-），男，工程師，從事冶金設備的設計研發工作。

（2016-01-21）