芯棒輾軋機(jī)在CPE 機(jī)組中的應(yīng)用及布置

石虎珍 張海軍 季明明

(中冶京誠工程技術(shù)有限公司 北京100176)

1 前言

芯棒輾軋機(jī)是隨著頂管機(jī)組的出現(xiàn)發(fā)展起來的［1］，為頂管機(jī)組中的重要生產(chǎn)設(shè)備，目前國內(nèi)的CPE 頂管機(jī)組均配置有芯棒碾軋機(jī)。其作用在于采用二輥斜軋的方法對芯棒表面進(jìn)行重復(fù)輾軋加工，既可減少芯棒切削加工帶來的損耗，又可使芯棒表面得到強(qiáng)化。芯棒輾軋時，芯棒做螺旋運動，一邊旋轉(zhuǎn)一邊前進(jìn)通過軋輥完成輾軋過程。

芯棒為CPE 機(jī)組中最重要的生產(chǎn)工具之一，一般為整體實心結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為H11 或H13。在頂管生產(chǎn)過程中，頂桿推著預(yù)穿好毛管的芯棒逐一通過輥模，完成軋制。芯棒再經(jīng)松棒、脫棒、冷卻、潤滑等工序后再次穿入毛管，循環(huán)使用。在使用過程中，芯棒不僅承受較高的壓力和摩擦力，同時還承受頻繁的冷熱沖擊［2］。如果芯棒出現(xiàn)表面剝落、開裂等情況，會影響荒管的內(nèi)表面質(zhì)量，因此芯棒使用一段時間后需要進(jìn)行輾軋?zhí)幚砗捅砻鏌崽幚?，以改善表面質(zhì)量，減少芯棒直徑差，減少由于芯棒磨損而產(chǎn)生的荒管壁厚誤差。

實際生產(chǎn)中20 ～25 根芯棒為一組，一組芯棒生產(chǎn)1萬根鋼管左右之后需進(jìn)行收集修復(fù)，輾軋為修復(fù)過程的一個重要環(huán)節(jié)。輾軋頻率根據(jù)生產(chǎn)過程中軋制的鋼種和生產(chǎn)情況調(diào)整。

2 輾軋機(jī)的結(jié)構(gòu)形式

1)現(xiàn)有CPE 機(jī)組中輾軋機(jī)的主體結(jié)構(gòu)基本相同，軋機(jī)本體由機(jī)架裝配、軋輥裝配、導(dǎo)輥裝配、側(cè)壓下裝配及導(dǎo)筒等組成。芯棒的壓下量由兩側(cè)軋輥的側(cè)壓下機(jī)構(gòu)調(diào)整。軋輥為鼓形輥(圖1a)，輾軋帶寬度一般都在100mm 以上。輾軋機(jī)一般為臥式布置，軋輥沿軋制線方向左右布置，并帶有一定的傾角，軋輥由兩臺電機(jī)分別傳動，傳動裝置分別布置在輾軋機(jī)的出入口，根據(jù)空間分布在軋制線的兩側(cè)。在機(jī)架的上下兩側(cè)布置有導(dǎo)輥，用來支撐輾軋中的芯棒，如圖1b、c。另外輾軋機(jī)的出入口一般還設(shè)置有導(dǎo)衛(wèi)裝置。

2)芯棒輾軋機(jī)是以芯棒中心定位的，如果生產(chǎn)中更換芯棒規(guī)格或更改軋制壓下量時，需提前調(diào)整好軋輥、前后輥道及導(dǎo)衛(wèi)裝置的位置。

圖1 輾軋布置示意圖

3)輾軋機(jī)的前后輔助設(shè)備主要有V 型升降輸送輥、輾軋時支撐芯棒的托輥或?qū)Р邸⒈驳?，主要有兩種布置型式:

(1)V 型輸送輥與升降旋轉(zhuǎn)托輥，托輥偏轉(zhuǎn)一定的角度;

(2)升降輸送V 輥與導(dǎo)槽，V 輥偏轉(zhuǎn)一定的角度。

4)輾軋前需檢查軋輥及導(dǎo)衛(wèi)的磨損情況，調(diào)整工作面的高度，使輾軋中心線不變;輾軋壓下量范圍一般為0 ～0.4mm，直徑最小的芯棒取壓下量為0。輾軋后需檢查芯棒表面質(zhì)量，表面不應(yīng)有劃傷、結(jié)疤等缺陷，發(fā)現(xiàn)周期性結(jié)疤，應(yīng)立即停車檢查輾軋輥、導(dǎo)筒、導(dǎo)槽是否粘鋼、掉肉和破損，并迅速處理。

3 輾軋機(jī)的兩種工藝布置方式

1)在CPE 機(jī)組中輾軋機(jī)一般都布置在生產(chǎn)線的芯棒循環(huán)區(qū)域中，屬于連線設(shè)備，根據(jù)其是否在屬于芯棒循環(huán)線上區(qū)域，分為兩種布置方式:

(1)方式A:芯棒循環(huán)區(qū)域外布置，與芯棒預(yù)熱爐配合使用，可與芯棒輔助加工設(shè)備集中布置在一起，見附圖2(簡稱為離線布置)。芯棒成組使用一段時間后集中起來在預(yù)熱爐中加熱后，通過輾軋機(jī)輾軋芯棒表面;

(2)方式B:芯棒循環(huán)區(qū)域內(nèi)布置，結(jié)合頂管生產(chǎn)節(jié)奏使用，見附圖3(簡稱為在線布置)。在生產(chǎn)中接到工藝師通知后對芯棒進(jìn)行輾軋，否則，芯棒在輾軋機(jī)中空過。因生產(chǎn)故障而使芯棒溫降過大，不進(jìn)行輾軋。結(jié)合生產(chǎn)過程輾軋一段時間后，如果芯棒需要整合時，則需結(jié)合生產(chǎn)檢修計劃，配合芯棒預(yù)熱爐集中輾軋?zhí)幚怼?/p>

圖2 輾軋機(jī)在芯棒循環(huán)區(qū)域外的布置圖

圖3 輾軋機(jī)在芯棒循環(huán)區(qū)域內(nèi)的布置圖

2)目前CPE 機(jī)組中輾軋機(jī)的布置因建廠條件不同，上述兩種方式均有，各有一定的優(yōu)劣。從以下幾個方面進(jìn)行分析:

(1)設(shè)備配置:方式A，輾軋節(jié)奏不需要與熱軋節(jié)奏匹配，只需在預(yù)熱爐中加熱至一定的溫度就可生產(chǎn)，軋制速度較低，0.1 ～0.3m/s。方式B 中輾軋機(jī)與軋制速度匹配，速度為1.0 ～1.5m/s，而提高速度的方法主要有增大軋輥直徑、提高軋輥轉(zhuǎn)速、增大送進(jìn)角等，從而使軸向滑移系數(shù)增大。同時由于速度的提高，前后臺設(shè)備需增加安全抱筒，防止芯棒甩動幅度過大。相應(yīng)地，整體重量隨之增加，同時電機(jī)功率成倍增加。

(2)區(qū)域布置:方式A 中輾軋機(jī)布置在芯棒循環(huán)區(qū)域外，相對獨立，不與其它設(shè)備干涉;方式B 中輾軋機(jī)區(qū)域設(shè)備相對集中，設(shè)備基礎(chǔ)、操作裝置、流體系統(tǒng)、管線敷設(shè)、檢修與人行通道等的布置錯綜復(fù)雜，不便于日后的維護(hù)與檢修。

(3)電氣控制方面:方式B 須與其它設(shè)備配合生產(chǎn)，需多配置一部分在線檢測元件、控制元件、操作箱等，在控制和與上下游工序的銜接方面稍復(fù)雜一些。

(4)生產(chǎn)管理方面:方式A 不影響正常生產(chǎn)，芯棒運行一段時間后集中下線統(tǒng)一管理。方式B 在生產(chǎn)時需設(shè)置操作崗位，判斷芯棒是否需要輾軋，壓下量是多少，以及如何調(diào)整。相對來說方式B 對生產(chǎn)管理要求較高，需有豐富的生產(chǎn)管理經(jīng)驗。熟悉生產(chǎn)過程中各工序的動作過程，了解各設(shè)備的運行狀況，才能統(tǒng)籌好生產(chǎn)時間與檢修時間，在不影響正常生產(chǎn)的情況下處理好需要輾軋的芯棒。

(5)對操作工的要求:如果壓下量和軋輥傾角不合適的話，方式A 允許操作工有一定的時間去調(diào)整。而方式B要求操作工應(yīng)能快速準(zhǔn)確的調(diào)整，實時性較強(qiáng)，不太熟練的操作工需有一段時間的生產(chǎn)經(jīng)驗累積才能做到。

(6)物流方面:由于芯棒的長徑比值較大，吊運時兩端會下垂，并會隨著吊車的運行在水平面和垂直面內(nèi)擺動，而吊車工視野有限，坐在司機(jī)室很難顧全到芯棒會觸碰干涉到的毛管橫移車、操作室、預(yù)熱爐、管道等所有設(shè)備，須有專人配合吊運。對比平面圖可知，對于同一組芯棒，方式B比A 減少了部分下線收集和再上料的吊運過程。根據(jù)芯棒的單根重量與吊車的起吊重量，每組芯棒需要吊運約3 ～4次，來回需要6 ～8 次。方式B 在很大程度上減少了一部分現(xiàn)場安全隱患，也在一定程度上保證了物流的順暢。

(7)運行成本:方式A 中輾軋速度較低，按平均0.2m/s 計算，以軋制20m 的芯棒為例需要軋100s，較長時間的溫降使得芯棒加熱的溫度需要提高，需重新加熱至700 ～850℃，每次加熱需要約1.5h，根據(jù)芯棒的根數(shù)可估算出輾軋時間，根據(jù)生產(chǎn)過程可得到燃?xì)獾哪旰牧?。而方式B 利用了芯棒的余熱直接在線輾軋，不完全需要通過預(yù)熱爐重新加熱，從而可節(jié)省了一筆運行成本。但B 中輾軋機(jī)本身功率增大，電能消耗也增加了。

綜上所述，兩種布置方式各有優(yōu)劣:

方式A(離線):一次性投資低，操作簡單，及時性差，運行成本較高。

方式B(在線):一次性投資高，操作復(fù)雜，實時性強(qiáng)，運行成本較低。

用戶可根據(jù)自身情況設(shè)置各項條件的權(quán)重系數(shù)，綜合得出適宜的布置方式。

4 結(jié)論

CPE 機(jī)組在生產(chǎn)小無縫鋼管方面有諸多優(yōu)勢，并且投資不大，產(chǎn)能規(guī)模適中，是新建小型無縫管機(jī)組/改造穿孔+冷拔無縫鋼管機(jī)組的理想機(jī)型［3］，受到了人們越來越密切的關(guān)注，其中芯棒循環(huán)區(qū)域的布置不可小視，尤其需要注意輾軋機(jī)與前后臺輔助設(shè)備的匹配，包括輥道的偏轉(zhuǎn)角度、偏轉(zhuǎn)方向、軋輥的傾角等。在實際建設(shè)活動中，新建機(jī)組不可避免地會受到占地面積、資金成本、人員配置等多方面因素的影響，還需綜合考慮芯棒輾軋機(jī)的布置方式。

［1］金如崧. 無縫鋼管百年史話［M］. 北京:冶金工業(yè)出版社.

［2］符涓，康志勇.φ114mmCPE 機(jī)組軋制節(jié)奏與產(chǎn)能整合的研究［J］. 鋼管學(xué)會五屆五次年會論文集，229－242.

［3］張海軍等.CPE 機(jī)組生產(chǎn)小規(guī)格無縫鋼管的技術(shù)優(yōu)勢［J］.冶金設(shè)備，2012 特刊(1):30－33.