Φ820mm限动芯棒精密轧管机组的研发与应用

赵亚东;王连生

【摘 要】结合大直径热轧无缝钢管的特点,介绍了Φ820mm限动芯棒精密轧管生产线的设备组成及新型锥形辊穿孔机和限动芯棒精密轧管机的工艺流程、主要参数和特点,以及轧制产品的几何尺寸精度.检测结果表明:在没有定径轧制的情况下,通过穿孔、限动精轧或穿孔、二次穿孔、限动精轧的荒管外径尺寸精度超出成品管精度(外径公差≤±0.5％D)要求;而轧后荒管的壁厚尺寸精度在成品管精度(壁厚公差±5％S～±8％S)要求的范围之内. 【期刊名称】《钢管》 【年(卷),期】2016(045)003 【总页数】4页(P32-35)

【关键词】大直径无缝钢管;新型锥形辊穿孔机;限动芯棒精密轧管机;定径机;穿孔;产品精度

【作 者】赵亚东;王连生

【作者单位】太原通泽重工有限公司,山西 太原 030032;太原通泽重工有限公司,山西 太原 030032 【正文语种】中 文 【中图分类】TG333.8

随着工业现代化的发展，市场对大直径无缝钢管需求量增加的同时，对无缝钢管精度要求也在逐渐提高；而生产大直径无缝钢管的方法较多，但一套工艺成熟、设备

先进、运行成本低、产品尺寸精度高、成材率高的生产线是很多钢管生产厂和钢管工艺、设备研发人员努力的方向和目标。

近年来，应用穿孔机、轧管机，甚至一机两用或多用的轧管机生产大直径无缝钢管不乏成功的案例，为大直径无缝钢管热轧工艺的发展提供了方向。新型锥形辊穿孔机、限动芯棒精密轧管机和定径机作为主要轧制设备的生产线，因其具有生产线灵活和设备多种功能组合的优点，成为目前热轧大直径无缝钢管生产的先进方式。这种生产工艺既扩大了品种范围，又提高了产品尺寸精度和成材率。图1所示为Φ820 mm限动芯棒精密轧管生产线的平面布置，该生产线已在国内某企业投入使用，标志着大直径热轧无缝钢管的发展又向前迈进了一步。下面对该生产线进行介绍。 1.1 工艺流程

新型锥形辊穿孔机如图2所示，具备一次穿孔和二次穿孔，两道轧制工序在一套设备上连续完成的功能［1］，实现一机两用，扩大了机组的产品规格范围。加热后圆管坯由输送设备送入进料台，由推坯装置推入主机座，在轧辊、导板和顶头组成的变形区［2］中，穿制成毛管，出料台一段的导向装置对毛管进行导向。穿孔后的毛管由出料台一段拨料装置拨出，经中间输送设备返回到进料台。出料台二段顶杆小车退回到后位，更换二次穿孔的顶杆和顶头后返回到轧制位。毛管被进料台推坯装置推入穿孔机主机座，在轧辊、导板和顶头组成的孔型中，扩径、减壁实现二次穿孔。出料台一段导向装置对毛管进行导向［3］。二次穿孔后的毛管由出料台一段拨料装置拨出，送往下一道工序。

该新型锥形辊穿孔机可根据工艺要求，单独对圆管坯穿孔，也可对圆管坯进行一次穿孔和连续二次穿孔。 1.2 主要参数

新型锥形辊穿孔机由穿孔机前管坯输送辊道、管坯横移链、进料台、主机座、轧辊

主传动、出料台一段、出料台二段、毛管输送辊道、毛管过渡台架、流体系统和电气控制系统等组成，其主要技术参数如下。 圆管坯直径 350～800 mm 长度 最大5 000mm

材质 碳素结构钢、合金结构钢、 不锈钢

管坯温度 1 180～1 280℃ 穿孔毛管直径 390～840mm 壁厚 22～161mm 长度 最大12 500mm 轧辊直径 1 650~1 800 mm 长度 2 000mm 辗轧角 12°（固定） 送进角 10°（固定） 轧制力 32 000 kN 轧制力矩 4 200 kN·m

主电机功率 2 800×2×2 kW（直流） 转速 380/550 r/min 1.3 主要特点

要实现新型锥形辊穿孔机对圆管坯一次加热后，进行一次穿孔和连续二次穿孔，穿孔机组的设备结构和控制技术等都采用新技术。

（1）进料台。新型锥形辊穿孔机进料台的受料槽高度由液压缸驱动实现快速升降，满足不同直径的圆管坯和一次穿孔毛管的支承；推坯装置分别设置推圆管坯和穿孔后毛管的推杆，减少了推坯装置的运行距离。

（2）主机座。主机座上下导板结构设计时充分考虑大直径钢管多品种、小批量的生产特点，大部分工具的更换是由于轧制规格的变动而更换，很少是由于工具磨损严重而更换。新型锥形辊穿孔机考虑了成对更换导板，上导板压座（调整部分）可向右侧移开，装配在上机盖中的导板架及上导板从上机盖中吊出，线外更换，下导板及导板座也可从上机盖中的方孔中吊出，不需要移出上机盖，大大方便了上下导板的更换。轧辊装置更换时，快速安装活动导轨，液压缸推动上机盖移出，方便轧辊装置更换，轧辊更换完成，上机盖复位，拆除活动导轨，满足热管坯靠近主机侧的横移。上机盖与下机架的锁紧，采用液压缸驱动螺旋副实现。

（3）出料台一段。出料台一段的5套三辊导向装置［4-5］导向辊开口度的调整由带位移传感器的液压缸驱动，保证一次穿孔和二次穿孔的顶杆和毛管的支承和导向。升降辊道的升降由带位移传感器的液压缸驱动，满足不同直径毛管和顶杆的输送。

（4）出料台二段。出料台二段挡料装置设计考虑了穿孔和二次穿孔毛管、顶杆的直径不同，液压缸驱动挡料模板开合实现顺利脱管。闭锁装置、顶杆小车和后位锁紧装置共同与顶杆移送装置配合实现顶杆和顶头的快速更换。顶杆内水冷系统采用轧制时水管连接、轧制结束后水管脱开的结构。

（5）轧辊主传动。轧辊主传动考虑了万向接轴质量较大，且轧辊装置更换频率较低，采用平衡装置对万向接轴在工作过程中进行支撑。 2.1 工艺流程

限动芯棒精密轧管机如图3所示。一次穿孔或者二次穿孔的毛管由毛管过渡台架、毛管输送辊道和轧管机前横移链进入限动芯棒精密轧管机进料台二段，进料台一段的芯棒小车前进将芯棒穿入毛管内，进料台二段将毛管送入轧管机主机座进行轧制［6-7］。毛管在轧辊、导板和芯棒组成的孔型内，实现减壁、延伸变形。出料台导向装置对轧后的荒管进行导向，轧后的荒管由出料台送往后续工序［8-10］。

2.2 主要参数

限动芯棒精密轧管机由轧管机前横移链、进料台一段、进料台二段、主机座、轧辊主传动、出料台、轧管机后横移链、流体系统和电气控制系统等组成，其主要参数如下。

入口毛管直径 390～840mm 壁厚 22～161mm 长度 最大12 500 mm 轧辊直径 1 400～1 500mm 长度 1 700mm 辗轧角 11°（固定） 送进角 8°（固定） 轧制力 18 000 kN 轧制力矩 1 250 kN·m

主电机功率 2 800×2 kW（直流） 转速 380/550 r/min 限动力 1 600 kN 限动行程 1 800mm 限动型式 液压 2.3 主要特点

限动芯棒精密轧管机各部分设计时需考虑两个不同要求，即对穿孔后毛管进行减壁轧制和对二次穿孔后的毛管进行均整（微减壁）轧制。

（1）进料台一段。进料台一段由芯棒小车、传动小车、限动装置、小车主传动和导轨等组成，用于毛管穿棒和芯棒预旋转，轧制过程中对芯棒前进速度进行控制［11］。考虑到芯棒质量较大，传动小车为芯棒小车提供旋转动力，从而驱动芯

棒实现预旋转［12］。小车主传动驱动传动小车和芯棒小车在导轨上往返运动，实现毛管穿棒。

（2）进料台二段。进料台二段由主动升降斜辊道［13］、三辊导向装置、穿棒挡板、受料槽和推坯装置等组成，用于毛管的输送和轧制时毛管、芯棒的导向。主动升降斜辊道根据毛管长度，可实现毛管的送入或芯棒的输送；三辊导向装置保证毛管中心线与芯棒中心线重合，利于芯棒穿入毛管和轧制过程中对毛管或芯棒的导向；推坯装置用于较短毛管，或升降斜辊道不能正常送入时，推坯装置将毛管送入主机座。

（3）主机座。主机座与穿孔机主机座结构相同。

（4）出料台。出料台采用主动的长导向辊与上压辊配合，对轧后荒管进行导向［14-15］。长导向辊的转速可根据轧制速度进行调整，有利于薄壁管的轧制。 （5）轧辊主传动。轧辊主传动与穿孔机轧辊主传动结构相同。

新型锥形辊穿孔机和限动芯棒精密轧管机可与少机架三辊定径机成为生产线的主要变形设备，可生产大直径无缝钢管。根据产品规格，也可与其他类型的定径机组成一条完整的生产线，实现热轧大直径无缝钢管。生产线现有定径机，在投产这一年多，投入使用的次数较少。

Φ820 mm限动芯棒精密轧管生产线轧制了Φ530 mm×60 mm、Φ580 mm×40 mm、Φ633 mm× 60 mm、Φ830 mm×45 mm、Φ827 mm×55 mm、Φ752 mm×87 mm等多种规格的无缝钢管，材质分别为35、4130X、12Cr1MoV、25MnG、P22、P91。现将圆管坯经穿孔或二次穿孔后进行限动精轧，不经过定径机定径，其热管坯变形参数见表1。

按上述工艺路线，对轧后Φ530 mm×60mm荒管（冷态）距头尾各300 mm处测量，每间隔1 000 mm为一个测量点，对其在水平和垂直两个互成90°的截面的外径和壁厚进行测量。精轧后荒管外径和壁厚实测结果如图4～5所示。

从图4~5可以看出：没有定径轧制的情况下，通过穿孔、限动精轧或穿孔、二次穿孔、限动精轧的荒管外径尺寸精度超出成品管精度要求（外径公差≤±0.5%D），而轧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）的范围之内。

该Φ820 mm限动芯棒精密轧管生产线经过一年多的生产，证明该生产线灵活的生产工艺和设备多种功能组合是成功可靠的，符合大直径无缝钢管的生产要求。新型锥形辊穿孔机、限动芯棒精密轧管机在轧制过程中平稳可靠，各部分动作准确、迅速，达到了设计预期的各项功能和要求，产品质量合格。

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