自動軋管機由瑞士人斯蒂芬爾(R.C.Stiefel)于1903年發明,1906年建立第一套機組。實質上這種命名欠科學,“自動”一詞是相對于當時周期式的人工喂料而言的,因我國第一條熱軋無縫不銹鋼(gang)管生產線-鞍鋼無縫工程使用了前蘇聯的這一技術術語,致使這一名稱沿用至今,而英美技術文獻稱其為“Plug mill”。


  自動軋管機(ji)(ji)由主機(ji)(ji)、前臺和后(hou)臺等(deng)部(bu)分組成。主機(ji)(ji)是二輥(gun)不可(ke)(ke)逆縱(zong)軋機(ji)(ji),在工作(zuo)輥(gun)后(hou)裝有一(yi)對(dui)高速反(fan)向旋轉的(de)(de)(de)回送(song)輥(gun),為實(shi)現對(dui)荒管進(jin)行2~3個道次(ci)軋制的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de),上工作(zuo)輥(gun)和下回送(song)輥(gun)可(ke)(ke)以(yi)快速升降,以(yi)保證荒管能迅速返回前臺進(jin)行2~3道次(ci)的(de)(de)(de)軋制。如圖(tu)4-22所示(shi)為自動軋管機(ji)(ji)工作(zuo)示(shi)意圖(tu)。


圖 22.jpg


  自動軋管機的軋制過程是將前臺的毛管先推入主軋機,通過由軋輥孔型和頂頭組成的變形區進行減徑、減壁的延伸軋制,不銹鋼管軋后停留在后臺,然后由二輥式回送輥將不銹鋼管返送回前臺,即完成一道軋制。返回的不銹鋼管在前臺翻轉90°,再如上述過程進行下一道軋制,一般要進行2~3道軋制。軋件在帶開口的圓或橢圓孔型中,往復縱向軋制。基本工藝流程如圖4-23 所示。


圖 23.jpg


一、自(zi)動軋(ya)管(guan)機特點


  自動軋管機組曾是生產無縫不(bu)銹鋼管的重要機組,直到20世紀70年代末,仍為全世界熱軋無縫管生產的主導機組,目前仍占無縫不銹(xiu)鋼管總生產能力的一定比例。其主要特點是,可生產的產品的品種、規格范圍大,對市場的適應性強,技術成熟易掌握,加工費低等。傳統的自動軋管機組也存在以下致命的缺陷:


1. 尺寸(cun)精度低 


  由于自動軋管(guan)機(ji)組傳統(tong)上(shang)是采用二輥定(減)徑機(ji),成品管(guan)的(de)外徑偏(pian)差只(zhi)能達到一般標準要求的(de)±1.25%,壁厚偏(pian)差只(zhi)達到±(10%~12.5%)。


2. 表面質(zhi)量差 


  自動軋管(guan)機的(de)頂(ding)頭內劃(hua)傷、均(jun)整機的(de)內、外(wai)螺旋道,特別(bie)是(shi)一輥定(減)徑機的(de)“青線”、“錯位(wei)”等都影響成品管(guan)的(de)內外(wai)表面質量;


3. 成品管供(gong)貨長度短且齊(定)尺率很低 


  由于受軋管(guan)、均整軋制長度的(de)限制,加上(shang)(shang)定徑的(de)延伸系數很小(xiao),成(cheng)品(pin)管(guan)長度在ф100mm機(ji)組上(shang)(shang)很難達到(dao)8m以上(shang)(shang),在ф140mm 機(ji)組上(shang)(shang)可達13m以上(shang)(shang);


4. 力學性能、工藝性能差 


  對于S≤4.5mm的(de)薄(bo)壁管(guan)(guan),鋼(gang)管(guan)(guan)均整后如未進行再加熱,定徑機后的(de)鋼(gang)管(guan)(guan)終軋溫(wen)度(du)大多在(zai)700℃以下,即(ji)使較厚的(de)管(guan)(guan)子,在(zai)前面軋制過程中也經常(chang)出(chu)現低溫(wen)鋼(gang),因此成品管(guan)(guan)的(de)力學性能(neng)(neng)很(hen)不穩定,塑性指標常(chang)常(chang)低于標準,特別(bie)是擴口、壓扁等工藝性能(neng)(neng)的(de)不合格(ge)率(lv)是非常(chang)高的(de);


5. 生(sheng)產率(lv)和成材率(lv)低 


  由于荒管的長度較短,故單重較低,大(da)部分成(cheng)(cheng)品只能(neng)是單倍尺管,相(xiang)對(dui)連(lian)續(xu)軋(ya)管機組而言,造(zao)成(cheng)(cheng)鋼管的頭尾(wei)所占比(bi)重較大(da),導致生(sheng)產(chan)率(lv)和成(cheng)(cheng)材(cai)率(lv)都較低。


  目前新建熱軋(ya)無縫鋼(gang)(gang)管機(ji)組時,由(you)于自(zi)(zi)動(dong)軋(ya)管機(ji)組的單(dan)位(1t鋼(gang)(gang)管)投(tou)資(zi)明顯高(gao)于三輥(gun)和二(er)輥(gun)斜軋(ya)機(ji)組,因此(ci)再選用自(zi)(zi)動(dong)軋(ya)管機(ji)組是很不(bu)明智的。國外在20世紀(ji)70~80年代曾有較(jiao)多(duo)投(tou)入來改造自(zi)(zi)動(dong)軋(ya)管機(ji)組,如采用錐形輥(gun)穿孔(kong)機(ji)、單(dan)孔(kong)型(xing)軋(ya)管機(ji)架(jia)和串列式雙(shuang)機(ji)架(jia)軋(ya)管機(ji)、三輥(gun)式均(jun)整機(ji)及張力減徑機(ji)等(deng),現看來大(da)多(duo)效(xiao)果不(bu)盡如人意。近幾年,國內一(yi)些(xie)企業將原(yuan)有Φ100自(zi)(zi)動(dong)軋(ya)管機(ji)組拆(chai)除(chu),改造成三輥(gun)或二(er)輥(gun)延(yan)伸斜軋(ya)管機(ji)組。


  對于現有的(de)自動軋管機組(zu)來講,強(qiang)化均整工(gong)藝(yi)采用微(wei)張力減徑機以及其他提高壁(bi)厚精(jing)度措(cuo)施,即可克服上述的(de)大部分不(bu)足;同(tong)時又(you)保留了自動軋管機組(zu)的(de)加工(gong)費用低的(de)突(tu)出特(te)點。這樣,仍會具有較強(qiang)的(de)市場競(jing)爭力。



二(er)、自(zi)動軋(ya)管機工具(ju)


  自動(dong)軋(ya)管機傳統上(shang)采(cai)用(yong)錐(zhui)形頂(ding)(ding)頭(tou)或半(ban)球形頂(ding)(ding)頭(tou),其實質(zhi)均(jun)屬錐(zhui)形頂(ding)(ding)頭(tou),都(dou)是由(you)(you)圓柱段(duan)(duan)(軋(ya)制(zhi)帶)和(he)“錐(zhui)形”段(duan)(duan)組成,只(zhi)不(bu)過半(ban)球形頂(ding)(ding)頭(tou)的“錐(zhui)形”段(duan)(duan)由(you)(you)一(yi)(yi)個大圓孤(gu)替(ti)代(dai)。球形頂(ding)(ding)頭(tou)就(jiu)是一(yi)(yi)個完整圓球,于20世紀60年代(dai)末青島(dao)鋼廠ф76mm無縫軋(ya)管機組上(shang)首先采(cai)用(yong),隨后在ф76mm和(he)ф100mm 自動(dong)軋(ya)管機組得到全面推廣。


  采(cai)用球(qiu)形(xing)(xing)頂(ding)頭有許多(duo)好處,首先(xian)較(jiao)簡(jian)便地解決了自動(dong)軋(ya)管機(ji)組的“自動(dong)”更換頂(ding)頭的難(nan)題;其次(ci)由于球(qiu)形(xing)(xing)頂(ding)頭沒有固(gu)定的“軋(ya)制(zhi)帶”(任意一個“圓”都(dou)是(shi)軋(ya)制(zhi)帶),因此(ci)頂(ding)頭的壽命較(jiao)錐形(xing)(xing)頂(ding)頭提高五倍(bei)以上,相應(ying)地不銹鋼(gang)管的內(nei)表面(mian)質量(liang)顯著改善(內(nei)劃道(dao)減輕);同時軋(ya)制(zhi)的電機(ji)負荷(he)也有明顯降(jiang)低。


  由于球形頂(ding)(ding)頭在不(bu)銹鋼管咬入時接觸點對應(ying)的(de)咬入角(jiao)不(bu)是(shi)固定(ding)(ding)的(de)-隨著減壁(bi)(bi)量增大、“接觸點”前移,相應(ying)的(de)咬入角(jiao)即非(fei)線性增大,因此極大地限制了軋(ya)管的(de)減壁(bi)(bi)變形量。采用球形頂(ding)(ding)頭的(de)減壁(bi)(bi)量比(bi)錐形頂(ding)(ding)頭約小50%,在ф76mm、ф100mm機組的(de)最大道次減壁(bi)(bi)量不(bu)大于2.0mm。另外,由于球形頂(ding)(ding)頭的(de)軋(ya)制帶(dai)理論上就是(shi)一條線(沒(mei)有寬度),因此要求(qiu)“頂(ding)(ding)頭位(wei)置(zhi)”的(de)調(diao)(diao)整(zheng)精度高,加上上述(shu)的(de)咬入問(wen)題,給軋(ya)機調(diao)(diao)整(zheng)增加一定(ding)(ding)困難。



三、均整機


  生產熱軋(ya)(ya)成品管的(de)(de)自動軋(ya)(ya)管機(ji)(ji)需要配備均整(zheng)機(ji)(ji),現大多(duo)用(yong)的(de)(de)桶形(xing)輥(gun)(gun)均整(zheng)的(de)(de)變(bian)形(xing)區如圖4-24所(suo)示(shi),由減徑(jing)(jing)段、減壁(bi)段、均壁(bi)段和轉圓段四部分組成。鋼(gang)(gang)管咬入(ru)后(hou),首先進(jin)入(ru)減徑(jing)(jing)段,在錐形(xing)軋(ya)(ya)輥(gun)(gun)的(de)(de)作用(yong)下,邊(bian)前進(jin)邊(bian)減少直徑(jing)(jing);當不銹鋼(gang)(gang)管前進(jin)到(dao)(dao)內壁(bi)與頂頭(tou)(tou)接觸(chu)時開始(shi)進(jin)入(ru)減壁(bi)段,在軋(ya)(ya)輥(gun)(gun)與頂頭(tou)(tou)的(de)(de)作用(yong)下產生減壁(bi)變(bian)形(xing);再前進(jin)至軋(ya)(ya)機(ji)(ji)中(zhong)心(xin)(xin)線時,開始(shi)進(jin)入(ru)均壁(bi)段(雖然軋(ya)(ya)輥(gun)(gun)和頂頭(tou)(tou)的(de)(de)母線是平行的(de)(de),由于軋(ya)(ya)輥(gun)(gun)有喂入(ru)角(jiao),鋼(gang)(gang)管在軋(ya)(ya)機(ji)(ji)中(zhong)心(xin)(xin)線前是減壁(bi),在軋(ya)(ya)機(ji)(ji)中(zhong)心(xin)(xin)線后(hou)是“均壁(bi)”);到(dao)(dao)鋼(gang)(gang)管內壁(bi)脫(tuo)離(li)(li)頂頭(tou)(tou)時,進(jin)入(ru)轉圓段,直到(dao)(dao)脫(tuo)離(li)(li)軋(ya)(ya)輥(gun)(gun)。


圖 24.jpg


  均(jun)(jun)(jun)整(zheng)時(包括所(suo)有(you)斜軋變(bian)形(xing)過程中)減(jian)徑(jing)變(bian)形(xing)也(ye)(ye)有(you)顯(xian)著(zhu)的“糾偏(pian)”能(neng)力,減(jian)徑(jing)量(liang)愈大、“糾偏(pian)”作(zuo)用也(ye)(ye)愈大。這一(yi)概念對改進均(jun)(jun)(jun)整(zheng)工藝有(you)很(hen)大的實用價值。應(ying)用了此思想在原有(you)的Φ100mm自動軋管機組的均(jun)(jun)(jun)整(zheng)機上,通過新的輥(gun)形(xing)設計,加(jia)大均(jun)(jun)(jun)整(zheng)的減(jian)徑(jing)量(liang)(甚至可(ke)進行等徑(jing)均(jun)(jun)(jun)整(zheng)),取(qu)得(de)顯(xian)著(zhu)的效果:咬入條件(jian)大大改善(shan),使均(jun)(jun)(jun)整(zheng)軋制過程更加(jia)可(ke)靠;均(jun)(jun)(jun)壁效果明顯(xian)(因(yin)主電(dian)機功率(lv)小,減(jian)壁量(liang)未能(neng)增加(jia));均(jun)(jun)(jun)整(zheng)軋制出口速度(du)提(ti)高了15%左右,均(jun)(jun)(jun)整(zheng)的延伸系數也(ye)(ye)接近(jin)1.00,進、出口變(bian)形(xing)區的軋制力分布(bu)均(jun)(jun)(jun)勻。


  國內小(xiao)型自動軋管機(ji)組普(pu)遍有忽視均整工序的傾向,這是不合理的,要(yao)改善壁(bi)厚精(jing)度,不僅不能忽視均整,而且(qie)應強化均整機(ji)和工藝。


  均(jun)整機(ji)組的變形(xing)特(te)點與(yu)二(er)輥斜軋(ya)(ya)(ya)延伸機(ji)是相似的,在(zai)(zai)顯著提高成品管(guan)的壁(bi)厚(hou)精度(du)上具有(you)非常大的作用,只是受現有(you)設備(bei)(特(te)別是主電機(ji)小)限制,變形(xing)量要小一些。均(jun)整和(he)二(er)輥斜軋(ya)(ya)(ya)延伸不僅可(ke)以消除(chu)在(zai)(zai)帶開口(kou)的圓(yuan)孔型(xing)或(huo)橢圓(yuan)孔型(xing)中軋(ya)(ya)(ya)制出現的“對稱(cheng)型(xing)”壁(bi)厚(hou)不均(jun),而且有(you)很(hen)強的消除(chu)由斜軋(ya)(ya)(ya)穿孔毛管(guan)帶來(lai)的偏心型(xing)壁(bi)厚(hou)不均(jun)的能(neng)力(糾偏)。在(zai)(zai)減(jian)壁(bi)段能(neng)有(you)很(hen)強的“糾偏”作用,是其他(ta)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機(ji)所沒(mei)有(you)的。


  在均(jun)整、兩輥(gun)延伸、三(san)輥(gun)軋管及七機(ji)架連(lian)軋上都(dou)(dou)做過(guo)專門試驗,其結果是唯有(you)(you)二輥(gun)斜軋的(de)減壁(bi)變形有(you)(you)顯著(zhu)的(de)“糾(jiu)(jiu)偏(pian)”能力,三(san)輥(gun)(斜)軋管機(ji)和七機(ji)架連(lian)軋機(ji)(縱軋)的(de)減壁(bi)變形都(dou)(dou)沒有(you)(you)觀察(cha)到有(you)(you)“糾(jiu)(jiu)偏(pian)”能力。


  幾乎國內外所有資料基本(ben)都介(jie)紹錐形輥(gun)(gun)均(jun)整(zheng)工藝是先(xian)進(jin)的工藝,某廠于1976年在ф100mm自動軋管機組上也進(jin)行(xing)應用(yong)(時(shi)間長達8年以上)。生產實(shi)踐表明(ming)(ming)采用(yong)錐形輥(gun)(gun)均(jun)整(zheng)工藝有較(jiao)大的減徑量(liang)和減壁量(liang),咬(yao)入條件明(ming)(ming)顯改善、擴徑量(liang)加大、均(jun)壁效果較(jiao)好(hao)。


  但是(shi)其中(zhong)最大(da)(da)的(de)問題是(shi)頂(ding)頭的(de)軸向力(li)大(da)(da)大(da)(da)增(zeng)加,造成后臺(tai)設備振動(dong)大(da)(da)、頂(ding)桿小車軸承損壞較(jiao)嚴重。同時(shi),當(dang)均整減壁量稍大(da)(da)時(shi),易產生由于(yu)頂(ding)頭軸向阻力(li)造成金屬(shu)“堆(dui)集”形成所謂的(de)“內螺紋”。