Φ325 mm Assel軋管機(jī)組工藝技術(shù)的集成創(chuàng)新與應(yīng)用*

胡明志，劉勁松，陳丙立

（山東聊城中鋼聯(lián)金屬制造有限公司，山東聊城252000）

Φ325 mm Assel軋管機(jī)組工藝技術(shù)的集成創(chuàng)新與應(yīng)用*

胡明志，劉勁松，陳丙立

（山東聊城中鋼聯(lián)金屬制造有限公司，山東聊城252000）

分析了傳統(tǒng)Assel軋管機(jī)組在生產(chǎn)時(shí)存在的問(wèn)題，介紹了Φ325 mm Assel軋管機(jī)組工藝技術(shù)的創(chuàng)新情況，主要體現(xiàn)在軋管工藝路線(xiàn)、芯棒預(yù)穿和小循環(huán)、軋制方式等方面，并與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比。應(yīng)用結(jié)果表明：該創(chuàng)新工藝解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中的弊端，可節(jié)約生產(chǎn)成本約30%，且產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良。

Assel軋管機(jī)組；工藝技術(shù)創(chuàng)新；工藝路線(xiàn)；芯棒預(yù)穿；芯棒限動(dòng)小循環(huán)；回退軋制；限動(dòng)軋制

由于Assel軋管機(jī)組（簡(jiǎn)稱(chēng)Assel機(jī)組）具有裝備簡(jiǎn)單、工藝靈活、生產(chǎn)投資較少、技術(shù)先進(jìn)、軋制精度高、產(chǎn)量適中等特點(diǎn)，近年來(lái)已成為我國(guó)新建無(wú)縫鋼管機(jī)組的主力機(jī)型之一。但傳統(tǒng)的Assel機(jī)組在生產(chǎn)時(shí)存在以下問(wèn)題：①毛管必須經(jīng)過(guò)軋管機(jī)，當(dāng)軋管機(jī)檢修、換輥時(shí)會(huì)導(dǎo)致停產(chǎn)，嚴(yán)重降低了生產(chǎn)效率；②生產(chǎn)節(jié)奏慢、毛管待軋時(shí)間長(zhǎng)、軋制方式單一等因素影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；③只有一種軋制方式，造成薄壁、厚壁鋼管生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量差異，生產(chǎn)規(guī)格范圍受到限制，生產(chǎn)超厚壁鋼管時(shí)造成芯棒無(wú)法從鋼管內(nèi)脫出［1-7］。山東聊城中鋼聯(lián)金屬制造有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)聊城中鋼聯(lián)）在總結(jié)傳統(tǒng)Assel機(jī)組使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)多次優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)改變?chǔ)?25 mm Assel機(jī)組的工藝路線(xiàn)、穿棒方式和軋制方式，成功地解決了上述問(wèn)題。

本文將對(duì)聊城中鋼聯(lián)Φ325 mm Assel機(jī)組工藝技術(shù)的集成創(chuàng)新與應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

1 工藝路線(xiàn)的創(chuàng)新

1.1 傳統(tǒng)工藝路線(xiàn)

在Assel機(jī)組的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中，毛管必須經(jīng)過(guò)軋管機(jī)軋制。其主要生產(chǎn)流程是：加熱后的管坯由穿孔機(jī)穿出毛管，毛管經(jīng)橫移鏈床移送至軋管機(jī)前臺(tái)，隨后進(jìn)行穿棒軋制；軋制完成后，由輸送輥道輸送至定（減）徑機(jī)。采用上述工藝路線(xiàn)時(shí)，若軋管機(jī)出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致毛管產(chǎn)生缺陷；此外，當(dāng)軋管機(jī)進(jìn)行換輥或檢修時(shí)，機(jī)組會(huì)被迫停產(chǎn)，嚴(yán)重降低了生產(chǎn)效率。

1.2 創(chuàng)新后的工藝路線(xiàn)

鑒于Assel機(jī)組傳統(tǒng)工藝路線(xiàn)的不足［1］，將傳統(tǒng)的穿孔—軋管工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)成一套機(jī)組可實(shí)現(xiàn)兩條工藝路線(xiàn)：①穿孔—定（減）徑，即管坯切斷→加熱→穿孔→定（減）徑→冷卻→矯直；②穿孔—軋管，管坯切斷→加熱→穿孔→軋管→定（減）徑→冷卻→矯直。通過(guò)增加穿孔機(jī)后臺(tái)輸送輥道、定（減）徑機(jī)前臺(tái)橫移鏈床和軋管機(jī)前臺(tái)毛管橫移裝置，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)不同工藝要求選擇不同工藝路線(xiàn)。

分析毛管質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生原因，進(jìn)行一系列計(jì)算，對(duì)熱軋工具（包括穿孔機(jī)軋輥、頂頭、導(dǎo)板）進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)［8］。主要包括：①在設(shè)計(jì)工模具時(shí)采用擴(kuò)徑穿孔的工藝設(shè)計(jì)，尤其在設(shè)計(jì)穿孔機(jī)軋輥時(shí)，采用較大的出口錐角，可增大毛管擴(kuò)徑量；②延長(zhǎng)頂頭均整段的長(zhǎng)度，將其從原來(lái)的1.2～1.5個(gè)螺距增加到2.5個(gè)螺距，利用頂頭均整內(nèi)表面，控制內(nèi)表面缺陷的產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，使穿孔機(jī)擴(kuò)徑量控制在10%～22%，有效地增大了定（減）徑機(jī)的總減徑量，杜絕了外表面缺陷的出現(xiàn)。實(shí)踐證明：采用擴(kuò)徑穿孔、增加頂頭均整段長(zhǎng)度，可有效地控制內(nèi)外表面螺紋缺陷的產(chǎn)生。

Φ325 mm Assel機(jī)組工藝改進(jìn)后的產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，其壁厚及徑壁比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1；Φ325 mm Assel機(jī)組采用不同工藝路線(xiàn)時(shí)的產(chǎn)品表面質(zhì)量見(jiàn)表2。

表1 Φ325 mm Assel機(jī)組工藝改進(jìn)后產(chǎn)品的壁厚及徑壁比數(shù)據(jù)

表2 Φ325 mm Assel機(jī)組采用不同工藝路線(xiàn)時(shí)的產(chǎn)品表面質(zhì)量

檢測(cè)結(jié)果表明：穿孔—定（減）徑后的產(chǎn)品，其質(zhì)量均滿(mǎn)足客戶(hù)要求，并高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。聊城中鋼聯(lián)通過(guò)對(duì)熱軋工具的優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用延長(zhǎng)軋輥長(zhǎng)度以及頂頭均整區(qū)長(zhǎng)度等措施，控制了穿孔—定（減）徑鋼管的內(nèi)外表面質(zhì)量。

毛管的質(zhì)量有了解決方案后，可通過(guò)增加穿孔機(jī)后臺(tái)輸送輥道、定（減）徑機(jī)前臺(tái)橫移鏈床實(shí)現(xiàn)穿孔—定（減）徑工藝路線(xiàn)。當(dāng)D/S∧10時(shí)，可采用穿孔—定（減）徑工藝路線(xiàn)；當(dāng)D/S≥10時(shí)，可采用穿孔—軋管工藝路線(xiàn)。

2 穿棒方式的創(chuàng)新

傳統(tǒng)的Assel機(jī)組沒(méi)有采用芯棒預(yù)穿、限動(dòng)小循環(huán)技術(shù)，穿孔機(jī)穿制的毛管通過(guò)橫移鏈床移送至軋管機(jī)前臺(tái)，待前一支毛管軋制完成后才能進(jìn)行穿棒，毛管待軋時(shí)間長(zhǎng)，一支芯棒軋制，芯棒壽命短，產(chǎn)品質(zhì)量易出現(xiàn)問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)連軋管機(jī)組的芯棒預(yù)穿、循環(huán)技術(shù)進(jìn)行研究和借鑒，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了Assel機(jī)組芯棒預(yù)穿和限動(dòng)小循環(huán)技術(shù)［11］。

新開(kāi)發(fā)的技術(shù)充分利用軋管機(jī)前臺(tái)空間，芯棒在軋管機(jī)前臺(tái)循環(huán)，并設(shè)計(jì)預(yù)穿線(xiàn)；在毛管移送至軋管機(jī)前臺(tái)后，利用前一支毛管的軋制時(shí)間，對(duì)其進(jìn)行預(yù)先穿棒；待前一支毛管軋制完成后，直接由毛管平移裝置平移到軋制位進(jìn)行軋制。Assel機(jī)組芯棒預(yù)穿位布置如圖1所示。

芯棒預(yù)穿、限動(dòng)小循環(huán)技術(shù)在Assel機(jī)組中的應(yīng)用，使得毛管在待軋時(shí)間內(nèi)完成穿棒，有效地減少了毛管等待穿棒的時(shí)間，延長(zhǎng)了芯棒使用壽命，且操作方便，提高了生產(chǎn)效率，應(yīng)用效果很好。

圖1 Assel機(jī)組芯棒預(yù)穿位布置示意

3 軋制方式的創(chuàng)新

在生產(chǎn)不同徑壁比的無(wú)縫鋼管時(shí)，限動(dòng)軋制與回退軋制會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。傳統(tǒng)的Assel機(jī)組只有一種軋制方式（回退軋制），造成薄壁、厚壁鋼管生產(chǎn)時(shí)的質(zhì)量差異，生產(chǎn)規(guī)格范圍受到限制。為了解決該問(wèn)題，聊城中聯(lián)鋼通過(guò)對(duì)電氣控制系統(tǒng)、限動(dòng)油缸進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了以下兩種軋制方式：

（1）回退軋制。軋制厚壁鋼管時(shí)，芯棒小車(chē)將芯棒插入毛管，待超過(guò)管端一定尺寸后，芯棒與毛管同步進(jìn)入軋管機(jī)，芯棒立即按預(yù)定差速反向運(yùn)動(dòng)，并且正好在完成軋制的瞬間從延伸的管子中脫出。該方法適用于生產(chǎn)D/S≤10的厚壁鋼管。

（2）限動(dòng)軋制。軋制中薄壁鋼管時(shí)，芯棒小車(chē)將芯棒插入毛管，芯棒端頭超出毛管一定量后，二者一同送入軋管機(jī)軋制，芯棒在毛管前進(jìn)方向上旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，前進(jìn)速度受芯棒小車(chē)控制，低于毛管的前進(jìn)速度，軋制完成后，芯棒直接從荒管中抽出。該方法適用于生產(chǎn)D/S≥10的鋼管。

芯棒回退和限動(dòng)軋制方式如圖2所示。

圖2 芯棒回退和限動(dòng)軋制方式示意

生產(chǎn)不同壁厚鋼管時(shí)，可在上述兩種軋制方式中選取最合理的軋制工藝，這樣可更有效地改善二輥穿孔的壁厚不均，進(jìn)而提高鋼管壁厚精度。Φ377 mm×25 mm鋼管采用不同軋制方式時(shí)的產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 Φ377 mm×25 mm鋼管采用不同軋制方式時(shí)的產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比

4 應(yīng)用效果

（1）聊城中鋼聯(lián)采用穿孔—軋管、穿孔—定（減）徑工藝，簡(jiǎn)化了操作流程，并可根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏，安排穿孔—定（減）徑生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，有效地降低了缺陷毛管的數(shù)量，提高了成材率，使軋管機(jī)換輥的時(shí)間從原來(lái)的每月72 h減少到20 h。目前，穿孔—定（減）徑無(wú)縫鋼管的產(chǎn)量約占其總產(chǎn)量的40%，且質(zhì)量?jī)?yōu)良；節(jié)約生產(chǎn)成本約30%，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

（2）將每根鋼管的穿孔—軋管時(shí)間從1.5 min縮短到1.0 min。限動(dòng)小循環(huán)技術(shù)提高了芯棒的使用壽命，由原來(lái)的單支芯棒生產(chǎn)鋼管量10 000 t提高到了30 000 t，極大地降低了生產(chǎn)成本；芯棒良好的使用狀態(tài)避免了內(nèi)表面劃道、壓痕等缺陷的產(chǎn)生，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）軋制方式的改進(jìn)提高了產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大了軋制規(guī)格范圍。

5 結(jié)語(yǔ)

聊城中鋼聯(lián)在Φ325 mm Assel機(jī)組上的創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，從設(shè)計(jì)到成熟已有3年，目前工藝穩(wěn)定，其中外徑公差-0.5%D～+0.5%D，壁厚公差-5% S～+5%S，成功解決了Φ325 mm Assel機(jī)組傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中的弊端，是熱軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)先進(jìn)、高效、節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)。該工藝創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法已獲得山東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，其產(chǎn)品先后通過(guò)了美國(guó)API、韓國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證，并取得了國(guó)內(nèi)高中低壓鍋爐管產(chǎn)品制造許可證。

［1］鐘錫弟.現(xiàn)代Assel軋管工藝的特點(diǎn)及其產(chǎn)品定位［J］.天津冶金，2006（1）：14-17.

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［8］劉濤.最新無(wú)縫鋼管生產(chǎn)新工藝新技術(shù)與質(zhì)量控制檢驗(yàn)實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：北方工業(yè)出版社，2006.

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［10］美國(guó)石油學(xué)會(huì).API Spec 5L管線(xiàn)鋼管規(guī)范［S］.44版.北京：石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，2008.

［11］李連詩(shī)，韓觀昌.小型無(wú)縫鋼管生產(chǎn)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1989.

Integrated Innovation and Application of Process Techniques of Φ325 mm Assel Pipe Rolling Mill

HU Mingzhi，LIU Jinsong，CHEN Bingli
（Shandong Liaocheng Zhongganglian Metal Manufacturing Co.，Ltd.，Liaocheng 252000，China）

Analyzed are the problems exist in the production of the conventional Φ325 Assel pipe rolling mill. Then introduced are the innovations of the process techniques of the Φ325 mm Assel mill，mainly focusing on the rolling process route，mandrel pre-insertion and mini circulation，as well as the rolling type.The quality of the product made by the innovated process is compared with that of the conventional process.The application result demonstrates that the innovated process has fixed the disadvantages of the conventional production process and can produce products with excellent quality while saving approximately 30%of the operation cost.

Assel pipe rolling mill；technology innovation；process routes；mandrel pre-insertion；mandrel retained circulation；backward rolling；retained rolling

TG335.71

B

1001-2311（2014）03-0075-04

2013-11-05；修定日期：2014-04-21）

*該工藝創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法獲得山東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)

胡明志（1966-），男，工程師，常務(wù)副總經(jīng)理，主要從事無(wú)縫鋼管軋制工藝的設(shè)計(jì)、軋鋼技術(shù)的研究工作。