三輥連軋管機的結(jié)構(gòu)發(fā)展及對比

庫宏剛，肖國章，常永樂，2，張 培

（1.寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西 寶雞 721008；2.西安石油大學材料科學與工程學院，陜西 西安 710065）

目前，熱軋無縫鋼管生產(chǎn)工藝主要有連軋管、自動軋管、阿塞爾軋管和CPE頂管等工藝。其中，三輥連軋管工藝因生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品精度高、易于實現(xiàn)自動化成為目前較先進的軋管工藝，三輥連軋管機組也成為了新建連軋管生產(chǎn)線的首選機型［1-14］。

1 三輥連軋管設(shè)備發(fā)展及其工藝流程

1.1 三輥連軋管設(shè)備發(fā)展情況

世界上最先成功開發(fā)出三輥連軋管機組及連軋輥軋制模型的兩家企業(yè)分別是德國SMSMeer公司和意大利Danieli公司，分別開發(fā)出PQF（Premium Quality Finishing）和 FQM（Fine Quality Mill）連軋管機組，并且這兩家企業(yè)的首臺設(shè)備均應用在我國［15］。截至目前，在全球投產(chǎn)的PQF連軋管機組數(shù)量約為20套，其中11套分布在我國；FQM連軋管機組數(shù)量約為14套，其中3套分布在我國。PQF和FQM連軋管機組在我國的應用情況見表1。

隨著三輥連軋管機組在國內(nèi)應用數(shù)量的增多，國內(nèi)的設(shè)備制造企業(yè)通過學習和創(chuàng)新研究，也相繼開發(fā)出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的三輥連軋管機，且已在國內(nèi)外得到了應用。

1.2 三輥連軋管工藝流程

三輥連軋管工藝流程如下：管坯準備→環(huán)形加熱爐加熱→穿孔機穿孔→三輥連軋管機軋管→再加熱爐加熱→張力減徑機減徑→鋼管冷卻、管端鋸切→矯直→復合探傷→人工檢驗→噴標、入庫發(fā)運。

表1 PQF和FQM連軋管機組在我國的應用情況

2 三輥連軋管機的結(jié)構(gòu)發(fā)展

根據(jù)三輥連軋管機換輥方式的不同，德國SMSMeer公司已研發(fā)出3種PQF連軋管機機型，換輥方式分別為軸向換輥（ACO，Axial changeover）、側(cè)向換輥（LCO，Lateral change-over）和雙側(cè)換輥（BCO，Bilateral change-over），3種換輥方式如圖1所示，其中側(cè)向換輥的連軋管機已被天津鋼管集團股份有限公司的美國項目采用。而意大利Danieli公司研發(fā)的FQM連軋管機目前只有軸向換輥和雙側(cè)換輥兩種換輥方式。

圖1 三輥連軋管機的3種換輥方式示意

上述3種結(jié)構(gòu)連軋管機的共同點如下：①主要由工作機架、芯棒支撐架、牌坊、傳動系統(tǒng)、壓下系統(tǒng)及換輥裝置組成；②每個完整的連軋管機均包含6個機架和3個芯棒支撐架；③工作機架和芯棒支撐架均安裝在牌坊內(nèi)；④每個工作機架由3個在圓周方向上互呈120°的軋輥組成一個單獨的軋制單元，相鄰機架的軋輥交錯60°布置；⑤每個軋輥配置壓下液壓伺服缸，液壓伺服缸安裝在牌坊上，對孔型進行調(diào)整，工作機架不承受軋制力，而由牌坊承受；⑥每個軋輥由單獨的傳動系統(tǒng)驅(qū)動。

3種結(jié)構(gòu)連軋管機的差異性如下：①軸向換輥方式的牌坊為圓形隧道，機架剛性好，易于維護。隧道式封閉性的牌坊決定了其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛性，能夠承受較大的軋制負荷沖擊，因此適合大直徑鋼管的軋制；換輥裝置布置在連軋管機和脫管機之間，換輥時整個機架從圓形隧道內(nèi)抽出，然后換輥小車橫移實現(xiàn)換輥。但在處理軋卡事故時，需要將軋制機架從隧道抽出，占用生產(chǎn)時間。②側(cè)向換輥方式的牌坊為C型鋼結(jié)構(gòu)，機架剛性不及軸向換輥方式的。換輥裝置布置在連軋管機側(cè)面，換輥時設(shè)置在牌坊上的側(cè)壓下液壓缸擺開，讓出空間，實現(xiàn)機架側(cè)向抽出，通過換輥小車橫移實現(xiàn)換輥。在處理軋卡事故時，通過機架擺動杠桿擺出軋輥，可以較快處理軋卡事故。③雙側(cè)換輥方式的牌坊兼容了軸向換輥式牌坊剛性好，側(cè)向換輥式牌坊軋卡事故易處理、換輥便捷的優(yōu)點，換輥時兩側(cè)的換輥小車對連軋管機兩側(cè)的3個機架進行換輥。

3種不同換輥方式連軋管機的對比見表2。

表2 3種不同換輥方式連軋管機的對比

3 PQF和FQM連軋管機軋制機架的對比

SMSMeer公司和Danieli公司開發(fā)的三輥連軋管機雖然在機型上十分相近，但在核心部分——軋制機架上，二者卻擁有不同的設(shè)計思路。PQF和FQM連軋管機的機架結(jié)構(gòu)分別如圖2～3所示。

圖2 PQF連軋管機軋制機架結(jié)構(gòu)

圖3 FQM連軋管機軋制機架結(jié)構(gòu)

PQF連軋管機的軸承座通過杠桿與機架鉸接，壓下液壓缸工作時軸承座帶動軋輥繞鉸接點擺動，從而實現(xiàn)孔型調(diào)整。

FQM連軋管機的軸承座直接卡在機架凹槽內(nèi)，壓下液壓缸與軸承座相連，通過軸承座帶動軋輥直線升降，實現(xiàn)孔型調(diào)節(jié)。

兩種結(jié)構(gòu)的軋制機架決定了各自獨有的特點。PQF機架采用了杠桿式結(jié)構(gòu)，在換輥時可以將單個軋輥擺出機架，將帶軸承座的軋輥與杠桿分離，實現(xiàn)單個軋輥組件的快速更換，同時在處理軋卡事故時，軋輥擺出機架后，可以為人工處理軋卡事故讓出操作空間，便于快速處理。FQM機架采用的壓下液壓缸直線調(diào)整方式，可以使孔型調(diào)整更簡單、更直接，避免了PQF機架軋輥擺動調(diào)整計算壓下量時因多次測量和計算產(chǎn)生的累積誤差。因此，與PQF連軋管機相比，在同等調(diào)節(jié)情況下，F(xiàn)QM連軋管機對鋼管壁厚精度的影響更??；但是，F(xiàn)QM連軋管機的機架結(jié)構(gòu)因軋輥不能打開，在處理軋卡和堆鋼等故障時不占優(yōu)勢。

4 結(jié) 語

（1）從國內(nèi)三輥連軋管機的應用情況來看，小規(guī)格鋼管的生產(chǎn)機組既可以采用軸向換輥方式，也可以采用側(cè)向換輥方式；大規(guī)格鋼管的生產(chǎn)機組（Ф460mm和Ф508mm連軋管機組）都選用軸向換輥方式。

（2）從目前了解到的軋制油套管尺寸精度指標來看，軸向換輥和側(cè)向換輥在軋制碳鋼、中低合金鋼時的壁厚精度都能控制在壁厚值的±6%以內(nèi)，軋制高合金鋼時的壁厚精度控制在壁厚值的±10%以內(nèi)，滿足API標準對壁厚公差的要求。

（3）雙側(cè)換輥方式的連軋管機作為SMSMeer和Danieli兩家公司同時推出的新機型，雖然都沒有得到生產(chǎn)實踐的驗證，但筆者認為雙側(cè)換輥方式在軋卡事故的處理上是一個短板，一旦發(fā)生軋卡、堆鋼事故，其機架軋輥既不能側(cè)向打開為操作人員提供處理軋卡的空間，整個軋制機架又不能像軸向換輥式連軋管機那樣軸向整體抽出后再進行處理。雙側(cè)換輥方式的三輥連軋管機組在今后的生產(chǎn)運行中能否達到設(shè)計期望，成為一個成功的機型，還有待實踐進一步驗證。

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