第五章 毛管軋制

5.1 限動芯棒連軋管機（MPM）5.1.1工藝描述5.1.1.1 限動芯棒連軋管機的特點

限動芯棒連軋管機是在全浮動芯棒連軋管機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在軋制過程中，芯棒的運動受到限動力的作用，始終以一個恒定的速度前進，其速度低于或等于第一機架軋機的軋制速度，各機架均處于一個穩(wěn)定的限動軋制狀態(tài)。在靠近軋機的最后一架處，管子從芯棒上由脫管機脫出，芯棒快速返回從而結(jié)束軋制過程．

限動芯棒連軋管機（MPM）與浮動芯棒連軋管機（MM）相比有如下特點：

1降低了工具消耗。由于限動芯棒連軋管機的芯棒較之浮動芯棒連軋管機的芯棒要短，厚壁無縫鋼管與芯棒的接觸時間短，從而提高了芯棒的使用壽命，一般可使芯棒消耗降至每噸厚壁無縫鋼管lkg左右。

2改善了管子的質(zhì)量．由于限動芯棒連軋管具有搓軋性質(zhì)，有利于金屬的延伸，加之帶有微張力軋制狀態(tài)，從而減小了橫向變形，根本不存在浮動芯棒連軋所產(chǎn)生的“竹節(jié)”現(xiàn)象，使管子內(nèi)外表面質(zhì)量和尺寸精度有了很大的提高。

3取消了脫棒機，縮短了工藝流程，提高了連軋管的終軋溫度。如果不考慮在線熱處理新工藝應(yīng)用的條件，完全可以省去定、減徑前的再加熱爐，從而節(jié)省了能源。試驗資料表明，軋制壓力和電能消耗比浮動芯棒連軋管機低1/3。

4擴大了產(chǎn)品規(guī)格。由于采用了限動芯棒軋制，可以減小芯棒的長度，允許加大芯棒的直徑，為多規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，使生產(chǎn)厚壁無縫鋼管的最大直徑由177.8mm擴大到了365mm，甚至更大。另外，限動芯棒連軋機還能軋制更厚或更薄的管子。

5所軋管子的延伸系數(shù)可達6～10．可以采用較厚的毛管，為使用連鑄坯為原料創(chuàng)造了條件。

6產(chǎn)量高、單位投資比較低。雖然限動芯棒連軋機的生產(chǎn)率比較低（每分鐘只能生產(chǎn)2～2.5根，浮動芯棒連軋機為4～4.5根／分），但它所軋的管子直徑大、管壁厚，因此限動芯棒連軋管機的年設(shè)計產(chǎn)量一般比較高，為50萬噸左右，發(fā)揮潛力為60～80萬噸／年。雖然一次性投資比較高，但平均產(chǎn)量的投資還要比浮動連軋管機降低20～30%。

總之，限動芯棒連軋管機代表著現(xiàn)代無縫厚壁無縫鋼管生產(chǎn)的先進技術(shù)，它集中體現(xiàn)了無縫厚壁無縫鋼管生產(chǎn)的連續(xù)性、高效率、機械化及工業(yè)自動化的發(fā)展趨勢。也反映了一個國家鋼鐵、厚壁無縫鋼管生產(chǎn)的技術(shù)水平，是一個國家鋼鐵企業(yè)，科技水平集中體現(xiàn)的一個重要方面。

5.1.1.2 工藝任務(wù)和目的：

穿孔后的毛管為厚壁管，一般壁厚與直徑之比在0.1-0.25之間，在幾何尺寸上有如下特點：

1壁厚大：這樣的厚壁無縫鋼管還不能在實際中應(yīng)用。

2表面質(zhì)量不能滿足成品要求。

連軋在整個金屬熱變形過程中起主要延伸作用。它的任務(wù)是將穿孔后的毛管經(jīng)減徑減壁變形軋制成外徑、壁厚符合要求的荒管的過程，在保證產(chǎn)品幾何尺寸精度方面連軋管機應(yīng)達到如下工藝目的：

1毛管延伸，將厚壁毛管變成薄壁荒管．

2要求連軋后的荒管具有較高的壁厚均勻度。

3要求連軋后的荒管具有良好的內(nèi)外表面質(zhì)量。

上述1的要求是任何類型的軋管機組所必須達到的，2, 3則是限動芯林連軋管機所特有的，即比早期的其它類型機組在2, 3所述的質(zhì)量要好得多。限動芯棒工藝的采用就是為了消除浮動芯棒連軋管機產(chǎn)生“竹節(jié)”現(xiàn)象而引起的產(chǎn)品壁厚不均，盡管采用限動芯棒工藝在工藝設(shè)計、設(shè)備結(jié)構(gòu)上要比浮動升棒復(fù)雜得多，芯棒循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)備和占地比主機系統(tǒng)還要大，這些完全是為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，即壁厚均勻度而設(shè)計的。芯棒循環(huán)系統(tǒng)和潤滑保護系統(tǒng)占用了大量的位置和設(shè)備，目的在于軋制時使產(chǎn)品有一良好的內(nèi)表面質(zhì)量。所以說一切高設(shè)備裝備水平的設(shè)置和先進設(shè)備的采用均是為滿足工藝目的服務(wù)的。

5.1.2 MPM連軋管機的設(shè)備結(jié)構(gòu)、平面布置及相關(guān)技術(shù)參數(shù)5.1.2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)與平面布置情況

φ250 MPM連軋管機分為七架軋機，機架軋輥軸線與水平面成450，相鄰機架互成90

（如圖5-1），每個連軋機架由鑄鋼牌坊包括軋輥軸、支撐軸承座和軋輥，用于軸承座調(diào)整的壓下和壓上機構(gòu)（由一個交流1-5架或直流6-7架電機傳動），半聯(lián)軸器、軸承座鎖緊機構(gòu)，安裝在牌坊上的管線、測壓頭（每個機架2個，裝在壓下機構(gòu)兩個壓下絲杠上）及位置傳感器（每個機架1個）組成。

四個三輥式芯棒自動對中裝置——芯棒支撐架，帶有隨芯棒規(guī)格進行調(diào)整的調(diào)整裝置。

毛管定位叉，在軋機入口處，帶垂直升降裝置，液壓操作。

焊接的軋機底座分為三件，用以支撐連軋機架，與水平呈450定位。28個裝在底座上的機架鎖定裝置。一套斜楔系統(tǒng)用于機架之間的聯(lián)結(jié)。14個帶齒輪聯(lián)軸器的接軸，有大小兩個型號，分別用于1-3架和4-7架，并將軋輥軸加工成扁平的，以便換輥或軋機出現(xiàn)故障時快速將軋輥軸與軋輥分開。另外7個液壓缸安裝在底座上，當(dāng)更換工具時用來推出和拉回軸承座及軋輥部件。

14個換輥小車用于接受軋輥，用液壓缸與垂直平面鉸接，全套包括使換輥車平行軋機中心線移動的液壓缸。

7個雙輸出軸減速箱，裝在主電機的底座上，在主電機和齒輪箱之間有齒輪聯(lián)軸器。

MPM連軋管機組平面布置情況，如圖5-2

角，軋輥中心線與水平面成45角

最大出口速度：6m/s

最小出口速度：1.5m/s

最大入口速度：2m/s

最小入口速度：0.7m/s

2 軋制力：1-3架4-7架

最大正常軋制力（噸）480 240

最大異常軋制力（噸）550 300

最大正常軋制力矩（噸·米）70 19

最大異常軋制力矩（噸·米）81 22

3 機架中心間距：

夾送輥--1架1850㎜

1-2架1395㎜

2-3架1815㎜

3-4架1310㎜

4-5架1645㎜

5-6架1225㎜

6-7架1645㎜

7-1架總長9035 ㎜

連軋脫管間距10500㎜

4 芯棒支承架位置：

第一架支承架：連軋第三機架入口處夾送輥—1架4152.5 距芯棒頭部4152.5

第二架支承架：連軋第五機架入口處1—2架3040 距芯棒頭部9172.5

第三架支承架：連軋第七機架入口處2---3架2870 距芯棒頭部10062.5

第四架支承架：連軋第七機架出口處3—4架1032.5 距芯棒頭部11095

5 機架傳動：1-4機架馬達數(shù)：每個機架2個

5-7機架馬達數(shù)：每個機架1個

每臺馬達功率DC：1400Kw

速度：350/400——1000rpm

最大過載：8秒200% + 每40秒1秒270%

總裝機功率：15400Kw

機架變速比：1機架13.03

2機架8.958

3機架6.188

4-5機架4.0

6-7機架3.4

6 芯棒限動系統(tǒng)

芯棒最大直徑338.9㎜

最小直徑127.8㎜

工作段長度15000㎜

芯棒全長22500㎜

在線一組芯棒最多支數(shù)8支

芯棒最大重量10.887 噸

限動速度最大1.5m/s

回程速度最大4.5m/s

齒條最大行程（插入和限動）20500㎜

脫管機第一架中心線距芯棒前端的最小距離735㎜

在最大插入行程時，最長毛管尾端與齒條前端的距離11500㎜

限動力最大300噸

傳動馬達數(shù)8個

每個馬達功率DC：384KW

馬達速度0/460~1530rpm

總裝機功率3072KW

7 脫管機

軋輥名義輥徑兩種550㎜800㎜

機架間距700㎜

工作機架數(shù)3-5架

機架傳動馬達數(shù)1 臺

馬達功率DC：1400KW

速度350/400~1000rpm

機架傳輸速比1機架3.095

2機架3.047

3機架3.047

4機架3.0

5機架3.0

5.1.3 MPM連軋管機組的工作原理和工藝控制5.1.3.1 MPM生產(chǎn)工藝流程描述

為了獲得良好內(nèi)外表面質(zhì)量的荒管，同時減少對軋制工具的磨損和防止抱棒，連軋前應(yīng)除去毛管內(nèi)外表面的氧化鐵皮，并對芯棒表面和毛管內(nèi)表面做適當(dāng)潤滑。

經(jīng)穿孔延伸的毛管，抽出頂桿后被送至硼砂站，由一特制的噴嘴向毛管內(nèi)部噴入硼砂，其作用是：一、吹刷毛管內(nèi)部的氧化鐵皮；二、硼砂在高溫狀態(tài)下生成霧狀氣體，充滿毛管內(nèi)部，防止其在隨后的運動中發(fā)生內(nèi)表面二次氧化，附著在毛管內(nèi)表面的燃燒產(chǎn)物也可起到相當(dāng)好的潤滑作用。吹硼砂后毛管由回轉(zhuǎn)臂送至連軋管機芯棒預(yù)穿線。

在預(yù)穿線，毛管定位后，測量過表面溫度并涂過石墨潤滑劑的芯棒，由預(yù)穿鏈將其插入毛管內(nèi)。由1號回轉(zhuǎn)臂將預(yù)穿到位的芯棒和毛管一起翻到主軋線，與此同時，從軋線返回的前一根軋后芯棒由2號回轉(zhuǎn)臂送至返回輥道。

在主軋線上，芯棒的尾柄卡在限動齒條夾持頭上，通過齒輪與齒條傳動系統(tǒng)，將芯棒前端推至連軋機架間的一個預(yù)設(shè)定位置上。再由夾送輥將毛管夾住送到軋機進行軋制，此時芯棒的最大限動速度為1.5m/s。在毛管進入連軋機前還需要通過壓力為130-180巴的高壓水除鱗裝置，以去除毛管外表面的氧化鐵皮，同時測量入口毛管的溫度。軋制完畢芯棒快速退回，此時，芯棒返回速度最大為4.5m/s。退回的芯棒被另一個預(yù)穿著毛管的芯棒所替換，以進行下一根管子的軋制。被換下的芯棒通過返回輥道和設(shè)在輥道中間的冷卻巷道噴水冷卻，用過的芯棒外表面溫度高達700C左右，先將其冷卻至140C左右，再由返回輥道到冷卻站步進梁，冷卻站共有3個站，每個站都有8組旋轉(zhuǎn)盤，在1#、2#站用10個大氣壓的高壓水進行冷卻。為了防止芯棒彎曲，冷卻過程中用旋轉(zhuǎn)盤帶動芯棒旋轉(zhuǎn)，有必要時可以對芯棒進行分段冷卻，冷卻至70-130C（或重新預(yù)熱到此溫度）的芯棒，經(jīng)輥道和運輸鏈到潤滑站噴涂石墨進行循環(huán)使用。經(jīng)噴涂石墨后的芯棒，由運輸鏈送至預(yù)穿前設(shè)定位置。如更換新芯棒時，需在芯棒預(yù)熱爐內(nèi)將其預(yù)熱到100±30C后再出爐，經(jīng)潤滑后再投入使用。用過的舊芯棒分別在冷卻站兩側(cè)臺架上剔除和收集。

從MPM出來的荒管隨即進入3-5架三輥式脫管機。連軋完畢時毛管尾部由脫管機拉出連軋機最后一架，芯棒快速退回零位。在脫管機出口處有激光裝置，用來測量出口厚壁無縫鋼管速度和長度。同時，通過一套兩通道熱測壁厚裝置（已拆除），直接測量熱態(tài)荒管的壁厚，以便及時發(fā)現(xiàn)和控制荒管壁厚精度。軋后荒管用光學(xué)高溫計逐根測量表面溫度。

毛管在相互交叉的7機架連軋機上進行軋制，根據(jù)規(guī)格的大小采用了φ181㎜、φ235㎜、φ291㎜三種孔型系列，經(jīng)過改造后又增加了φ247㎜、φ310㎜、φ356㎜三個孔型系。最大軋制速度為181孔型5.6m/s，最短軋制周期27s。（181、235、247）5.0 m/s，291孔型4.5 m/s，310、356孔型4.0 m/s

圖5-3 MPM連軋管機組工藝流程圖

5.1.3.2 連軋管軋制原理

連軋管金屬流動的基本方程式

連軋管時，管子內(nèi)表面在孔型頂部處與芯棒接觸，而在側(cè)壁處則不與芯棒接觸?？仔晚敳康慕饘儆捎谑苘堓伒耐鈮毫托景舻膲毫ψ饔醚由欤⒃谳S向延伸的同時產(chǎn)生圓周方向的寬展，而孔型側(cè)壁的金屬在孔型頂部金屬延伸時也被拉伸，并相應(yīng)在縱向產(chǎn)生拉縮。此時，如若孔型頂部的金屬寬展和孔型側(cè)壁的拉縮數(shù)量比例不當(dāng)，則導(dǎo)致過分充滿或欠充現(xiàn)象。

孔型過充滿時，則會出現(xiàn)耳子，如過充滿特別顯著時，則會產(chǎn)生飛翅，造成軋卡故障，并且某一機架出現(xiàn)鐵耳子以后隨后機架的壓下量過大，再產(chǎn)生新的耳子，這種惡性循環(huán)一直延續(xù)到成品機架。耳子會導(dǎo)致折迭缺陷或尺寸超差。

孔型欠滿時，會使隨后的機架，及至到成品機架孔型欠滿，使成品管圓度和尺寸精度達不到要求。

為了使孔型頂部金屬展寬與側(cè)壁金屬拉縮較為協(xié)調(diào)，使孔型正常充滿，從金屬塑性變形角度，建立連軋管金屬流動的基本方程。

1基本方程式

孔型中軋管的變形方式可分為兩個區(qū)域：孔型頂部區(qū)和側(cè)壁開口區(qū)?？仔晚敳繀^(qū)金屬受徑向內(nèi)外壓力，且向壓力和軸向壓力，處于三向應(yīng)力狀態(tài)，金屬減壁延伸，并向側(cè)壁開口方向流動，（展寬）。側(cè)壁開口區(qū)金屬徑向受外力，切向壓力和軸向壓力（附加）被拉縮。要使孔型正常充滿，則應(yīng)

—孔型頂部金屬的橫斷面積，

—孔型側(cè)壁金屬的軸面拉應(yīng)力，

—孔型正常充滿時側(cè)壁金屬的橫斷面積，

2連軋基本方程

金屬在軋制過程中，厚壁無縫鋼管在各機架間應(yīng)遵守金屬秒體積流量相等的連軋基本方程——流量方程

Δ1 =Δ2 = ······=Δ7

上兩式中：Δ——各機架的金屬秒流量體積

F——各機架的厚壁無縫鋼管橫斷面積

V——各機架的厚壁無縫鋼管出口速度?

5.1.3.3 連軋管變形過程分析

予穿芯棒后的毛管在連續(xù)軋管機中軋制，對每個機架孔型來說，變形區(qū)分為減徑區(qū)和減壁區(qū)兩個區(qū)域，如圖5-4：

圖5-4

被送入軋輥孔型中的環(huán)形毛管，首先是四個點先與軋輥孔型接觸，如圖5-5：

圖5-5

然后，在軋輥的曳入力作用下，依次進入減徑區(qū)和減壁區(qū)二時限塑性變形。整個變形過程分三個階段：第一階段為壓扁變形，第二階段為減徑變形，第三階段為減壁變形。

在減徑區(qū)中，由于毛管是空心體，開始時僅幾點接觸，軋管孔型接觸面很小，所以厚壁無縫鋼管首先發(fā)生壓扁變形，即管壁發(fā)生塑性彎曲變形。此時厚壁無縫鋼管周長或橫斷面積不變，只是被軋輥孔型壓縮處高度減小，而不與孔型接觸的厚壁無縫鋼管其徑向尺寸加大。隨著管子逐漸進入變形區(qū)，壓扁程度加大，同時，管子與孔型的接觸面積增加，將接觸面積增至一定程度后，孔型槽壁對管壁的支撐作用加大，管子除繼續(xù)發(fā)生壓扁變形外，將同時發(fā)生減徑變形，直到毛管整個外圓完全與孔型壁接觸時，壓扁變形階段結(jié)束，變形全部轉(zhuǎn)入第二階段——減徑。

在減徑變形階段，管子平均直徑和平均周長減小，金屬縱向延伸，管壁有所增厚。管壁增厚相當(dāng)于橫向變形。由于變形區(qū)中管子橫斷面上各處的金屬的應(yīng)力狀態(tài)不同，因而增厚變形不同。孔型頂部（槽底）管壁外側(cè)受孔型徑向壓力，且金屬外流受槽壁限制，管壁增厚只能向管子內(nèi)表面發(fā)展，故增厚較小，孔型開口處（輥縫處附近）金屬處于自由鐓粗狀態(tài)，金屬可向管內(nèi)外壁流動，故增厚較多，其他部位介乎于上述兩者之間，逐漸過渡。

在孔型中，由壓扁變形過渡到減徑變形的位置，與許多工藝因素，如孔型形狀，管子金屬的變形抗力，軋輥直徑和管子（直）徑壁（厚）比等有關(guān)。寬高比大的孔型壓扁變形大些，厚壁管（徑壁比小的）壓扁變形小些。

從管子內(nèi)表面接觸芯棒起，到荒管理開變形區(qū)為止，是減壁變形階段，此時壁厚迅速減壁，同時也有少量的減徑變形，因而獲得較大的眼神。在此區(qū)中，管壁壓下變形主要發(fā)生在孔型頂部（槽底），孔型開口處管壁金屬得不到加工，或只由于孔型頂部金屬眼神延伸對開口處金屬施加以橫向附加拉應(yīng)力而使其壁厚稍許減薄，結(jié)果導(dǎo)致荒管橫向壁厚不均勻性增加，并使開口處管壁金屬受軸向附加拉應(yīng)力作用，如果拉應(yīng)力過大會導(dǎo)致荒管兩側(cè)周期性橫裂。經(jīng)軋制后的荒管，其橫斷面已成橢圓形，在進行隨后道次的軋制時，管子首先與孔型頂部（槽底）接觸，但其變形仍按壓扁、減徑和減壁三個階段進行。

5.1.3.4 連軋機速度制度

1 芯棒速度制度

芯棒速度一般約為0.7~1.5m/s，芯棒速度過小，使芯棒負荷大，磨損增加，壽命低。速度過高，則芯棒過長，局部升溫高也不利于提高壽命。

2 軋輥轉(zhuǎn)速計算

1）軋輥工作直徑

軋輥工作直徑為軋輥圓周速度與厚壁無縫鋼管速度相等的直徑：

Dk（I）= D（I）+ ΔS（I）- φd（I）

式中：Dk（I）——I機架軋輥工作直徑

D（I）——I機架軋輥肩部直徑

ΔS（I）——I機架軋輥輥縫設(shè)定值

d（I）——I機架軋輥孔型直徑

φ——經(jīng)驗系數(shù)

2）軋輥轉(zhuǎn)速計算

n(i) = 60C/[π·A(I)·Dk(I)]

式中：C ——秒流量

A(I)——I機架厚壁無縫鋼管橫斷面積

3馬達轉(zhuǎn)速

式中：i(I)——I機架減速比

4 厚壁無縫鋼管速度計算

1）計算延伸率

：I機架延伸率

A(I)——I機架厚壁無縫鋼管橫斷面積

2）厚壁無縫鋼管速度計算：

式中：：MPM入口管的橫斷面積

C：秒流量

限動芯棒連軋管的運動學(xué)特點

1 限動芯棒連軋管的軋件出口速度

帶長芯棒的連軋管過程可看成是不同輥徑的差速軋制過程。芯棒看成是半徑無窮大的軋輥，當(dāng)芯棒參與連軋系統(tǒng)工作時，芯棒相當(dāng)于速度按某一特定的主動軋輥參與變形，形成在變形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生差速軋制。

限動芯棒連軋管時，芯棒速度Vm是恒定的，而且芯棒速度小于第一機架的軋輥圓周速度。為此，對芯棒而言所有機架均是導(dǎo)前機架，芯棒對金屬的摩擦力的方向是與軋制方向相反的。此時，各機架的軋件出口速度是恒定的。

Vix =（Vif+Vmfm）/（f+fm）

式中：Vix ——第i機架的軋件出口速度

Vi——第i機架的軋輥平均圓周速度

Vm——限動芯棒速度

f ——軋輥與厚壁無縫鋼管之間的摩擦系數(shù)

fm——芯棒與厚壁無縫鋼管之將的摩擦系數(shù)

這樣，如果按秒流量相等的原則，調(diào)整好各架架的軋輥速度，就可以保證軋制過程穩(wěn)定性。由于限動芯棒連軋管中，芯棒速度小于第一機架的軋件速度，因而它是一種穩(wěn)定的蟾酥軋制狀態(tài)。使軋制壓力降低，促進金屬在孔型中的縱向延伸，并且可采用圓孔型軋制，提高成品管尺寸精度。

但是，芯棒與軋件的差速分布式是不均的，第一機架最小，以后的機架逐漸加大，至第七架達到最大，這種情況使各機架對管子的差速軋制效果不同，管子頭尾所得到的茶素軋制效果與管子中部不同。

2 限動芯棒連軋管的芯棒速度

限動芯棒連軋管軋制過程中，芯棒的速度是恒定的，且由專門裝置控制的。

芯棒速度對軋制過程的影響主要有三個方面：

1）影響軋制過程的差速軋制

芯棒速度越低于軋件的差速越大，則差速效果越明顯，可降低軋制力，減少寬展，不僅有利于延伸，并且有利于提高軋后厚壁無縫鋼管尺寸精度。為使全部軋機均為差速軋制，芯棒速度應(yīng)低于第一機架變形區(qū)中軋件的平均速度。

2）影響芯棒的長度

芯棒全長為兩部分：工作段和連接桿

可以看出，芯棒速度越快，則軋制統(tǒng)一長度的管子所需要的工作長度越長。

3）影響芯棒的壽命

芯棒速度過低，相對速度大，摩擦熱大，會導(dǎo)致芯棒磨損快，會使芯棒某些界面受軋制壓力作用次數(shù)的幾率增加，也會降低壽命。

總之，確定芯棒速度的基本原則，首先是芯棒速度必須低于任一機架速度，使各機架均處

于同一方向的差速狀態(tài)，據(jù)此芯棒速度應(yīng)小于第一機架的軋件速度，然后再合理處理好芯棒長度與芯棒壽命的關(guān)系，使芯棒不致太長，壽命也有保證。

5.1.3.6 連軋管機力能參數(shù)的計算

計算力能參數(shù)采用將軋制厚壁無縫鋼管簡化成一種等效的平板軋制情況，見圖5-6，原因是三維模型太復(fù)雜難以求解，即使能求解也不能保證結(jié)果準(zhǔn)確。

1 變形區(qū)幾何參數(shù)的確定

1）軋輥工作直徑

由于已經(jīng)將軋管轉(zhuǎn)化成一種等效的平板軋制過程，如圖5-6，軋管機軋輥的工作直徑，就相當(dāng)于平板軋制時的軋輥直徑。

2）等效厚度

軋管機上厚壁無縫鋼管的入口和出口壁厚也等效于平板軋制時的軋機的入口和出口厚度。

入口厚度：

式中：——厚壁無縫鋼管平均等效外半徑

——芯棒半徑

——ω/2角所對應(yīng)的入口處厚壁無縫鋼管斷面積

ω——ω=為芯棒脫離角

出口厚度：

式中：Av——ω/2角所對應(yīng)的出口處厚壁無縫鋼管面積

3）接觸長度

參照圖5-7：

接觸長度為：

4）接觸角的劃分

用有限元法計算軋制壓力，并將接觸弧分為N=100等份，每個單元的坐標(biāo)和寬度為：

Δx = lc / Ns

Ax(k) = Ax(k-1) -Δx

2 相對速度的計算

厚壁無縫鋼管/ 軋輥的相對速度

厚壁無縫鋼管/ 芯棒的相對速度

符號表示見圖：

3 摩擦系數(shù)的計算

在軋輥和厚壁無縫鋼管之間，以及芯棒和鋼掛內(nèi)之間的摩擦系數(shù)是作為厚壁無縫鋼管/工具間的相對速度和金屬溫度的函數(shù)來計算的。

式中：——溫度

——相對速度

0 ＜≤0.25 則

0.25＜≤1.6 則

1.6＜≤5 則

4 軋制力矩計算

一旦已知每個單元的壓力P1，則可計算出每個單元的剪切力。

其累計值有下式計算

軋制力矩為：

式中：——

——芯棒直徑

——見圖

——修正系數(shù)

5 電機功率D1

每臺電機所需的功率為：

6軋制力計算

P=ω·D1 2×1000 ·Pφ·NS·Δx·V m 1

圖5-6軋管與軋板之間的關(guān)系

圖5-7管子/ 軋輥與管子/ 芯棒相對速度圖

5.1.4 主要設(shè)備及參數(shù)5.1.4.1 軋機孔型系：

表5-1 軋機孔型系表

孔型系			φ181			φ235			φ247	φ291				φ310			φ356
管 坯	直徑㎜		210			270			270	310				310			350
	單重㎏/m		270.16			466.59			466.59	588.72				588.72			750.45
毛 管	外徑㎜		220			283			294	340				356			402
	壁厚㎜		20.5~60.0
	長度m		3.5~11.0
連 軋 后	外徑㎜		181		235				247		291				310			356
	壁厚㎜		4.5~39.65
	長度m		11.5~34.5
脫 管 后	外徑㎜		173.4			225.8		239				281	285-302.3						323.9-344.1
	壁厚㎜		4.58-39.96
	長度m		11.78-35.0
軋 輥 直 徑 ㎜	1架	最大㎜	700	730			730				780					780			780
		最小㎜	637	660			660				720					735			735
	2架	最大㎜	700	730			730				780					780			780
		最小㎜	640	660			660				720					735			735
	3架	最大㎜	700	730			730				780					780			780
		最小㎜	588	660			660				720					730			730
	4架	最大㎜	600	650			650				670					670			670
		最小㎜	500	590			590				610					640			640
	5架	最大㎜	600	650			650				670					670			670
		最小㎜	530	590			590				610					630			630
	6架	最大㎜	600	650			650				670					670			670
		最小㎜	504	590			590				610					630			630
	7架	最大㎜	600	650			650				670					670			670
		最小㎜	510	590			590				610					620			620
輥身 長度		1-3㎜	450	450			450				450					505			505
		4-7㎜	400	400			400				400					480			480
輥頸 直徑		1-3㎜	355	355			355				355					355			355
		4-7㎜	254	254			254				254					254			254
芯棒直徑 ㎜			127.8-171.3	166.6-224			188.5- 235.4				210.3- 277.1					250.3- 295.7			302.4- 338.9
事故叉開口直徑㎜			175.5	228			241				281					301			345
入口叉開口直徑㎜			180	233			244				286					305			348

5.1.4.2 連軋調(diào)整

1 基本調(diào)整原則

1) 按目標(biāo)長度計算連軋后長度，打印軋制表，輸入輥徑、輥縫、轉(zhuǎn)速、限動速度、預(yù)插入

行程，預(yù)穿鞍座高度、芯棒直徑、在線支數(shù)、潤滑速度、芯棒位、毛管位、芯棒支撐架、

下夾送輥位置和速度、單輥位置、脫管后輥道位置和速度等參數(shù)。

2)限動速度不允許低于86%，特殊情況需要說明。限動速度選取小于第一架出口速度，芯

棒提前管頭到達第七架，避免出現(xiàn)空軋，終軋行程在18.5-19.5之間，避免限動超行程。

3) 正常生產(chǎn)時需壓1d㎜（1個輥縫），可直接壓6、7架，需壓2 d㎜及以上時，應(yīng)從第

一架開始由前向后各機架壓相同值，以保證金屬流量平衡，增加壁厚均勻性，減少抱棒。

同樣放1 d㎜時，可直接放6、7架，需放2d㎜以上時，應(yīng)從7架開始由后往前放同樣

輥縫。

4) 軋制力曲線反映各機架之間速度關(guān)系，堆、拉趨勢，由于毛管壁厚、外徑、溫度影響以

及各架磨損不同，測量誤差等，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)速和輥縫，才能真正建立金屬流量平衡。

調(diào)整過程中要根據(jù)輥縫、電流、軋制進行。壓下量優(yōu)先原則和n-1架調(diào)整法，壓下量優(yōu)

先原則也就是調(diào)整時要根據(jù)情況優(yōu)先保證壓下量的正確和均勻，再進行其他方面的調(diào)

整。n-1架調(diào)整法：也就是在正常情況下，當(dāng)n架出現(xiàn)堆拉不當(dāng)時應(yīng)當(dāng)調(diào)整第n-1架。

① 當(dāng)各機架的金屬秒流量不平衡時，機架間就會出現(xiàn)堆拉現(xiàn)象（見下面的曲線圖，僅以其中某一架為例）。

連軋調(diào)整時，要避免堆鋼、拉鋼，因為這兩個現(xiàn)象對保證正常的穩(wěn)定軋制和良好的壁厚質(zhì)量不利。當(dāng)生產(chǎn)薄壁管時，甚至?xí)驗槔搰?yán)重而出現(xiàn)厚壁無縫鋼管拉斷現(xiàn)象。而生產(chǎn)某些規(guī)格的高鋼級厚壁無縫鋼管時，堆鋼軋制很容易引起連軋輥安全臼崩斷，影響生產(chǎn)。

圖5-8 堆鋼軋制軋制力曲線圖圖5-9 拉鋼軋制軋制力曲線圖

t——時間（s）T——軋制力（噸）

② 安全臼斷裂：正常軋制時，軋制力某架突然降低20%~50%左右，而且下一架軋制力隨之突然增高，可判斷該架有一個安全臼發(fā)生斷裂。如果軋制力突然下降60%或更多，可判斷為該架可能有兩個安全臼同時發(fā)生斷裂。為了避免判斷失誤，可以同時查看軋制電流曲線的情況，其形態(tài)與斷臼后的軋制力曲線形態(tài)基本相似。下圖為2架斷臼前后的軋制力曲線，斷臼后3架的軋制力過高（壓力信號失真，曲線出現(xiàn)平臺現(xiàn)象）。

軋輥斷臼后不能繼續(xù)軋制，應(yīng)迅速適當(dāng)調(diào)整各架變形量（重點調(diào)整斷臼機架的壓下）和各架軋制速度，恢復(fù)正常軋制狀態(tài)，否則會造成堆鋼事故。同時，立即通知調(diào)度室，準(zhǔn)備換輥。

圖5-10 正常軋制時的軋制力曲線圖5-11 2架斷臼后軋制的軋制力曲線

③ 空軋現(xiàn)象。當(dāng)芯棒預(yù)插入長度、限動速度、限動行程的設(shè)定值不適當(dāng)時，常出現(xiàn)第7架軋機空軋現(xiàn)象，影響厚壁無縫鋼管壁厚質(zhì)量。

為了消除空軋現(xiàn)象，可在條件允許的條件下對芯棒預(yù)插入長度、限動速度、限動行程的設(shè)定值進行適當(dāng)修正，保證芯棒提前于軋件到達最后一架連軋機孔型，并且在軋制完畢后才快速返回。

圖5-12 正常軋制時的軋制力曲線 圖5-13 7架空軋時的軋制力曲線

④ 軋制力曲線臺階。例如：由于1架輥速過高、輥縫過大，2架輥速過低、輥縫過小而引起的變形制度不匹配，軋制力曲線異常（如下圖）。

圖5-14 正常軋制時1、2架的軋制力曲線圖5-15 變形制度不匹配時的軋制力曲線

⑤ 毛管壁厚過薄現(xiàn)象。

圖5-16 正常軋制時的軋制力曲線圖5-17 毛管壁厚過薄時的軋制力曲線

2 換規(guī)格調(diào)整

1) 提前做好將來值輸入，修正值記錄，熱測壁厚目標(biāo)值、附加輥縫調(diào)整的計算工作，并進行復(fù)查確認。

2) 如果芯棒不換，可在本規(guī)格最后一支料后空約3步，即可讓環(huán)形爐出一支下規(guī)格管坯，再空一個料位即可連續(xù)出料。如果壁厚由薄變厚（由厚變薄）時，應(yīng)在輥縫修正值多放（壓）差值2 d㎜，連軋第一架升速（降速）1-2%，注意如脫管后長度、定徑后長度、常化入爐長度接近極限值時，先不要多壓差值，以免管子超長，可根據(jù)軋后實際情況進行調(diào)整。

3) 如果更換芯棒，壁厚變化不超過2㎜時，連軋除正常調(diào)整外，可不做附加調(diào)整。壁厚變化2-5㎜時，由厚變薄除正常調(diào)整外，每架多壓2-3 d㎜，1架降2%；由薄變厚時，除正常調(diào)整外每架多放3-4 d㎜，1架升2%，2架升1%。連軋壁厚變化大于5㎜時，應(yīng)實測1-7輥縫，并參考原修正值，考慮軋輥磨損影響、輥縫偏差，進行實際調(diào)整。

4) 換規(guī)格時根據(jù)實測熱測壁厚，軋制后長度進行調(diào)整。如果有異常應(yīng)檢查熱測壁后、外徑、溫度等參數(shù)是否正確輸入，熱測裝置是否到位，影響測量結(jié)果。

5) 在更換芯棒的同時，芯棒支撐架、芯棒支撐輥、芯棒位和毛管位同步進行調(diào)整。

3 換輥開軋

1) 空軋前，輥縫壓到位，測量準(zhǔn)確，對發(fā)現(xiàn)異常輥縫要進行復(fù)核，并調(diào)整到位。

2) 空軋時，1架、2架輥縫多壓10-50 d㎜，以保證空軋效果。

3) 開軋第一支時，輥縫1架放30-60 d㎜，2架放15-30 d㎜，其余各架放10-20 d㎜，轉(zhuǎn)速1架降2-7%，2架降1-4%，脫管機升速1-4%，其余各架不變。1架輥縫放車最多不要超過第七架輥縫值的50%，限動速度降1-2%。遇有高鋼級開軋，毛管外徑大控制不下來，軋制大孔型等為了順利開軋，避免不咬入等發(fā)生，可加大調(diào)整力度。輥縫1架放60-100 d㎜，2架放30-50 d㎜，3-7架20-40 d㎜，轉(zhuǎn)速1架降5-9%，2架降2-6%，脫管升3-8%，限動速度降2-3%。

4) 當(dāng)?shù)谝恢к堖^后，按正常輥縫壓回，轉(zhuǎn)速升回，并根據(jù)實測厚壁無縫鋼管長度、壁厚進行調(diào)整，達到目標(biāo)值。

4 芯棒循環(huán)使用的參數(shù)調(diào)整

1) 按要求選取限動速度，步進行程、步距。

2) 經(jīng)常檢查石墨黏度和設(shè)備工作情況，保證噴涂和潤滑效果。潤滑環(huán)在φ291及以上孔型時進行高度調(diào)整（加墊升高）。石墨噴涂長度根據(jù)生產(chǎn)和噴涂有效長度，一般不大于14米。預(yù)穿鞍座準(zhǔn)確調(diào)整，控制好毛管直度，保證順利預(yù)穿和石墨層不被劃掉。

3) 正常軋制時，控制好芯棒工作段的溫度（80-1200C），這樣有利于迅速蒸發(fā)潤滑劑中的水分，石墨潤滑劑可以很好的附著在芯棒上，形成一層堅固的膜，保證軋制時的潤滑效果。若芯棒工作段的溫度過高，會使?jié)櫥瑒┲械娜軇┖芸烊空舭l(fā)，石墨無法附著在芯棒上，達不到很好的潤滑效果。若溫度過低，潤滑劑也不能牢固附著，容易剝落。

待軋時間在30分鐘以上時，芯棒噴石墨上緩沖臺架，保證石墨潤滑效果。

表5-2 各孔型芯棒的預(yù)熱時間經(jīng)驗值：

規(guī)格	時間（分鐘）	新芯棒時間（分鐘）
181	＞40	＞60
235	＞50	＞90
247	＞60	＞100
291	＞60	＞120
310、356	＞70	＞150
芯棒預(yù)熱溫度應(yīng)在80-120C范圍內(nèi)。

4) 芯棒支撐架調(diào)整要精確，以輕觸為好，φ291及以上孔型略緊。芯棒支撐架如發(fā)生故障，必須及時修復(fù)，不允許長時間短。

5) 合理控制生產(chǎn)節(jié)奏，發(fā)揮主軋機的生產(chǎn)能力。

5 新芯棒開軋

若使用新芯棒直接開軋不做調(diào)整，會產(chǎn)生劇烈震動大，而且容易發(fā)生抱棒事故，影響生產(chǎn)和芯棒使用壽命。為此，應(yīng)做如下調(diào)整：

1) 提前做好開軋準(zhǔn)備。

轉(zhuǎn)速1架降1-3%，2架升1-2%，

輥縫6、7架放10-15d㎜。

2) 限動速度降1-2%。

3) 適當(dāng)降低出口速度。

4) 如生產(chǎn)厚壁管，軋制力、電流低時，可適當(dāng)減輕調(diào)整或不做調(diào)整。

同時，保證芯棒加熱時間、溫度和良好的石墨噴涂效果。

6 軋制力調(diào)整

5.1.5 MPM連軋管機軋制工具5.1.5.1 軋制工具的作用

軋制工具是指那些與軋件直接接觸的，并使軋件在高溫下產(chǎn)生塑性變形的，具有一定幾何形狀的工具。

在無縫厚壁無縫鋼管生產(chǎn)過程中，由于軋制工具在空間組成的幾何形狀，決定了產(chǎn)品的形狀和尺寸，因此軋制工具幾何尺寸的大小直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。在軋制過程中，由于軋制工具在軋制壓力、高溫、驟冷的惡劣條件下工作，因此在制造工具、工藝上有嚴(yán)格的要求。它一方面滿足軋制工藝對軋制工具的幾何形狀的要求，使工具的形狀符合金屬變形的特點，另一方面，還要在材質(zhì)及表面熱處理工藝上滿足對軋制工具壽命的要求。

軋制工具的使用壽命是衡量軋制工具質(zhì)量的主要指標(biāo)。工具壽命降低，則其消耗大，相應(yīng)的提高了產(chǎn)品的成本。同時，由于更換工具減小了機組作業(yè)率，從而降低了產(chǎn)品產(chǎn)量。

連軋機工具主要有軋輥，芯棒，脫管機軋輥，下面分別討論。

5.1.5.2 限動芯棒連軋管機的軋輥

1 軋輥的設(shè)計特點

1) 軋輥材質(zhì)采用球墨鑄鐵，提高了表面硬度和耐磨性，保證了軋制荒管的表面質(zhì)量。

2) 291、310、356孔型系由于1-2架軋制力較大，采用鑄鋼軋輥，保證了生產(chǎn)順行。

3) 輥徑的設(shè)計根據(jù)軋制力大小的不同和各機架磨損情況的不同，而大小不同，節(jié)約了材質(zhì)。

4) 軋輥結(jié)構(gòu)合理，采用輥身和軸熱壓合。輥身的澆鑄形狀合理，節(jié)約了材質(zhì)，降低了工具重量，減少了工具成本。

5) 輥身澆鑄采用圓弧過度，減小了應(yīng)力集中，增加了輥身的強度。

2 輥身技術(shù)條件

1) 輥身的材質(zhì)為合金

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