斜軋管機后臺改進型長導(dǎo)輥的探討與實踐

韓宇，丁軍

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176）

斜軋管機后臺改進型長導(dǎo)輥的探討與實踐

韓宇，丁軍

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176）

針對國內(nèi)某Accu Roll軋管機存在的問題，借鑒Assel軋管機后臺設(shè)備結(jié)構(gòu)，提出了一種改進型長導(dǎo)輥裝置。分析了荒管在不同斜軋管機后臺設(shè)備結(jié)構(gòu)中的受力情況，詳細介紹了改進型長導(dǎo)輥裝置的性能特點。分析認為：改進型長導(dǎo)輥裝置的兩個壓輥與兩個長導(dǎo)輥共同形成了4個“導(dǎo)向輥”合圍的導(dǎo)位，使得荒管不易被甩離軋線，解決了Accu Roll斜軋管機軋制過程中荒管扭轉(zhuǎn)和甩動對其表面產(chǎn)生的劃傷等問題，提升了軋制速度，提高了生產(chǎn)節(jié)奏和產(chǎn)量。

斜軋管機；荒管；后臺；長導(dǎo)輥；改進型

斜軋管機主要有Accu Roll軋管機及Assel軋管機，前者是配帶兩導(dǎo)盤的兩輥斜軋，后者是呈品字布置的三輥斜軋［1］。因斜軋甩動，軋機出口后臺均配備荒管導(dǎo)向裝置。Accu Roll軋管機是由左右布置的兩個錐形輥和上下布置的導(dǎo)盤構(gòu)成［2-4］，Accu Roll軋管結(jié)構(gòu)如圖1所示。Assel軋管機是3個軋輥呈品字120°布置的斜軋機型，沒有導(dǎo)板或?qū)ПP，完全由3個軋輥形成孔型［5-7］，Assel軋管結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由于軋管機的斜軋變形特性和與軋管機配套的輔助輸送設(shè)備配置的不完全匹配［8-10］，如軋機前臺芯棒支撐裝置結(jié)構(gòu)、入/出口導(dǎo)套以及軋管機后臺輸送裝置等，使軋機出口荒管甩動幅度大，往往對軋管機采用較高的出口軋制速度產(chǎn)生制約，使得鋼管外表面出現(xiàn)劃傷等缺陷；另外，較低的軋制速度，使純軋時間增長，鋼管頭尾溫差加大，甚至產(chǎn)生鋼管扭轉(zhuǎn)變形、壁厚超差等，從而限制了軋機產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量的提高［11-14］。

國內(nèi)某廠Φ219 mm Accu Roll軋管機組自投產(chǎn)以來，只能在很小的軋制速度下生產(chǎn)，機組產(chǎn)量比較低。改造前該機組存在的問題有：①軋機后臺荒管甩動問題比較嚴(yán)重；②鋼管表面質(zhì)量不好，內(nèi)折和外表面劃傷現(xiàn)象比較突出；③頭尾壁厚超差，成材率較低；④軋管速度低（實際≤0.4m/s），軋機小時產(chǎn)量小，軋管效率低。此斜軋管機組存在的問題，已經(jīng)比較嚴(yán)重地影響到軋機的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提高以及生產(chǎn)成本的控制；因此，有必要對該Φ219 mm Accu Roll軋管機配套設(shè)備進行研究，并找出對策，以達到提高軋制速度、減少鋼管甩動、改善產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

圖1 Accu Roll軋管結(jié)構(gòu)示意

圖2 Assel軋管結(jié)構(gòu)示意

圖3 Accu Roll軋管機后臺設(shè)備初始結(jié)構(gòu)示意

1 斜軋管機后臺設(shè)備結(jié)構(gòu)

Accu Roll軋管機后臺設(shè)備初始結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由上/下導(dǎo)板、左/右導(dǎo)梁及升降輸送輥道組成，導(dǎo)板和導(dǎo)梁構(gòu)成了閉合通道，改造前上導(dǎo)板已經(jīng)拆除。升降輸送輥道升起，將軋后荒管送出。在軋管過程中，荒管螺旋前進，由于與導(dǎo)板和導(dǎo)梁接觸摩擦，伴隨爬行及爬升，通常表現(xiàn)為荒管振動及甩動現(xiàn)象。甩動幅度較大時，常常出現(xiàn)荒管外表面缺陷問題，影響軋制速度的提升，并制約著生產(chǎn)節(jié)奏的加快。

Assel軋管機后臺設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由長導(dǎo)輥、托輥、壓輥、升降輥及底座等組成。左右分立的兩個長導(dǎo)輥托撐荒管，長導(dǎo)輥由托輥支撐；壓輥扣壓在荒管上，形成圍合通道。升降輥道升起，將軋后荒管送出。在軋制過程中，長導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)速與荒管轉(zhuǎn)速匹配，故荒管沒有相對爬升的趨勢，理論上大大降低了振動及甩動幅度，從而很少出現(xiàn)荒管外表面缺陷問題。然而，上方僅有一個壓輥，且呈不連續(xù)的間隔布置，在生產(chǎn)過程中尤其是軋制終了，當(dāng)荒管與長導(dǎo)輥速度不匹配（有轉(zhuǎn)速差），通?；墓苻D(zhuǎn)速大于長導(dǎo)輥轉(zhuǎn)速，形成荒管爬升甩出的趨勢。由于荒管質(zhì)量較大，壓輥機架剛性偏弱，存在荒管被甩出軋線的風(fēng)險。鑒于安全性，限制了Assel軋管機軋制速度，因此難以達到最大軋制速度的目標(biāo)。

圖4 Assel軋管機后臺設(shè)備結(jié)構(gòu)示意

可認為：上述Accu Roll軋管機后臺結(jié)構(gòu)存在缺憾，并不值得推崇；而Assel軋管機后臺結(jié)構(gòu)有待進一步改進。因此，借鑒Assel軋管機后臺設(shè)備結(jié)構(gòu)，提出了一種改進型長導(dǎo)輥結(jié)構(gòu)，對該Φ219 mm Accu Roll軋管機組后臺設(shè)備進行改造。

2 改進型長導(dǎo)輥結(jié)構(gòu)

改進型長導(dǎo)輥結(jié)構(gòu)斷面如圖5所示，改進型長導(dǎo)輥封閉結(jié)構(gòu)如圖6所示。改進型長導(dǎo)輥裝置主要由長導(dǎo)輥、托輥、左/右壓輥、升降輥及底座等組成。長導(dǎo)輥分立于荒管兩側(cè)，用來支撐和旋轉(zhuǎn)荒管；長導(dǎo)輥由托輥支撐；壓輥通長連續(xù)布置，在荒管上方的左右兩側(cè)各一組，與長導(dǎo)輥共同形成4個“導(dǎo)向輥”合圍的導(dǎo)衛(wèi)，由于較三輥的封閉性好，使得荒管“圍困”在軋制線內(nèi)而不竄離；軋制終了，長導(dǎo)輥降速直至荒管停止旋轉(zhuǎn)，壓輥打開，升降輥抬起，將軋后荒管送出。

圖5 改進型長導(dǎo)輥結(jié)構(gòu)斷面示意

圖6 改進型長導(dǎo)輥封閉結(jié)構(gòu)示意

從圖5可以看出，相比Assel軋管機后臺結(jié)構(gòu)設(shè)備高度大而造成的底座剛性相對較差問題，改進型長導(dǎo)輥的鎖緊裝置位于縱梁兩側(cè)（而非縱梁底下），從而大大降低了設(shè)備總高度，提升了底座的剛性和穩(wěn)定性，減小了軋制時的振動，保證后臺的對中一致性和軋后荒管的質(zhì)量；同時，后臺設(shè)備的土建施工量也大大減少，更為經(jīng)濟?，F(xiàn)場工作中的改進型長導(dǎo)輥結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 現(xiàn)場工作中的改進型長導(dǎo)輥結(jié)構(gòu)

3 荒管受力分析

3.1 Accu Roll軋管機軋制（改進前）

改進前Accu Roll軋管機后臺荒管受力情況如圖8所示。由于荒管的旋轉(zhuǎn)，下導(dǎo)板對其產(chǎn)生摩擦力f，并在f作用下向左導(dǎo)梁靠近，產(chǎn)生向上的摩擦力ε。實際上，因撞擊力存在，左導(dǎo)梁反作用力p大于摩擦力f，現(xiàn)忽略撞擊力的影響，在摩擦力、管頭不規(guī)則及導(dǎo)位碰撞等因素的影響下產(chǎn)生彈跳，上導(dǎo)板產(chǎn)生撞擊力N及瞬間摩擦力ζ，并即時脫離。因上導(dǎo)板實際上是虛掩的，有間隙，且上導(dǎo)板僅在靠近軋機出口處有布置，后續(xù)則上方敞開不封閉。以上受力致使導(dǎo)位對荒管表面產(chǎn)生剮蹭，且對荒管擾動，產(chǎn)生管頭甩動和扭轉(zhuǎn)。摩擦力f及ε為：

式中μ——摩擦因數(shù)；

G——每米荒管所受的重力，kN。

圖8 改進前Accu Roll軋管機后臺荒管受力情況示意

3.2 Assel軋管機軋制

Assel軋管機后臺荒管受力情況如圖9所示。理論上，軋制過程中荒管轉(zhuǎn)速與長導(dǎo)輥轉(zhuǎn)速是匹配的，無相對運動趨勢。但在軋制終了長導(dǎo)輥降速時，由于慣性，長導(dǎo)輥與荒管間有降速差，形成荒管滾離軋線的趨勢，圖9所示中荒管有向左滾離的趨勢，其摩擦力f為：

式中N——壓輥壓力，kN；

L——長導(dǎo)輥輥距，mm；

R——荒管直徑，mm；

r——長導(dǎo)輥直徑，mm。

圖9 Assel軋管機后臺荒管受力情況示意

3.3 采用改進型長導(dǎo)輥結(jié)構(gòu)（改進后）

采用改進型長導(dǎo)輥結(jié)構(gòu)后荒管受力情況如圖10所示。理論上，與Assel軋管機改進前后臺一樣，軋制過程中荒管轉(zhuǎn)速與長導(dǎo)輥轉(zhuǎn)度是匹配的，也在軋制終了降速時，由于慣性形成的降速差，致使荒管出現(xiàn)滾離軋線的趨勢，其摩擦力f為：

圖10 采用改進型長導(dǎo)輥結(jié)構(gòu)后荒管受力情況示意

對于Assel軋管機后臺，由于壓輥機架剛性的因素，且其不在軋制線通長方向上連續(xù)布置，造成遠離壓輥處荒管頭部容易甩離甚至甩出軋線，荒管直徑越大，趨勢越明顯。而對于改進型長導(dǎo)輥，盡管也存在壓輥機架剛性的問題，但四輥封閉性更好，且其在軋制線通長方向上連續(xù)布置，4個“導(dǎo)向輥”合抱荒管，使得荒管不易被甩離軋線。

4 改進型長導(dǎo)輥裝置的特點

（1）因軋線是不變的，對于不同外徑的荒管，可通過調(diào)整長導(dǎo)輥的高度以滿足軋制要求。

（2）軋制初始，長導(dǎo)輥高速旋轉(zhuǎn)，并托接荒管，其輥面線速度與荒管表面的線速度匹配，不產(chǎn)生相對滑動，從而不造成荒管扭轉(zhuǎn)，對軋制薄壁管尤為有利。

（3）隨著荒管軋制的前行，各組壓輥逐架依次壓下，與長導(dǎo)輥一起抱住荒管。

（4）軋制終了，荒管尾部離開軋輥，長導(dǎo)輥轉(zhuǎn)速立即降低至低速，因與荒管存在降速差，荒管出現(xiàn)滾離軋線的趨勢，而四輥緊緊地合抱并束縛荒管，有利于使荒管停轉(zhuǎn)?；墓芡＾D(zhuǎn)后，壓輥打開，升降輥抬起并送出荒管。

（5）由于長導(dǎo)輥主動旋轉(zhuǎn)，壓輥隨著荒管旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動，改進型長導(dǎo)輥從原理上消除了荒管的扭轉(zhuǎn)和爬坡甩動，避免了Accu Roll軋管機后臺固定導(dǎo)位對荒管表面造成的剮蹭劃傷等缺陷。

（6）由底下的兩個長導(dǎo)輥和頂上的左右兩壓輥組成的四輥導(dǎo)向，有效地防止了荒管甩動，并抑制了荒管抖動；由于4個“導(dǎo)向輥”的原因，荒管被圍困在軋線上，難以竄離，這是Assel軋管機后臺的三輥導(dǎo)向不易做到的。因此，采用改進型長導(dǎo)輥，可以很大程度地提高軋制速度和單位工時產(chǎn)量。

（7）長導(dǎo)輥的輥面與荒管表面不產(chǎn)生相互摩擦，可避免對荒管表面的劃傷，從原理上解決因摩擦力產(chǎn)生的荒管甩頭和甩尾現(xiàn)象。

（8）四輥可以有效限制荒管的振幅，在極高轉(zhuǎn)速時，管頭或管體亦無甩離軋線，是荒管高速軋制的有力保障。提高軋制速度亦有效地減小了溫降差，抑制了頭尾壁厚超差。

（9）四輥極大地抑制了軋輥斜軋本身產(chǎn)生的荒管甩動，以及斜軋管機前臺芯棒擾動傳遞給荒管的抖動。

5 結(jié)語

在改造Φ219 mm Accu Roll軋管機后臺設(shè)備時，借鑒Assel軋管機后臺設(shè)備結(jié)構(gòu)，提出了一種改進型長導(dǎo)輥裝置，使軋制過程中荒管扭轉(zhuǎn)和甩動對其表面產(chǎn)生的劃傷等長期困擾的問題得以解決，軋管速度大大提升，提高了節(jié)奏和產(chǎn)量。生產(chǎn)實踐證明：將改進型長導(dǎo)輥應(yīng)用于某斜軋管機后臺的效果顯著。盡管改進型長導(dǎo)輥裝置參考了Assel軋管機后臺，但在其結(jié)構(gòu)上進行了相當(dāng)大的完善和改進，彌補了其缺陷和不足，使得設(shè)備高度大為降低，設(shè)備剛性大為增強，且荒管軋制更為快速高效。

因此，對于當(dāng)前國內(nèi)眾多斜軋管機組普遍存在的類似問題來說，改進型長導(dǎo)輥的成功應(yīng)用，為斜軋管機后臺改造提供了經(jīng)驗和有力借鑒，值得進一步探究。同時，改進型長導(dǎo)輥也為新建斜軋管生產(chǎn)線提供了一種擇優(yōu)備選方案，是一項應(yīng)用效果較好的技術(shù)裝備，可直接而有效地解決現(xiàn)場實際問題。

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●信息

Discussion on Mod ified Long Guide-ro ller of Outlet Tab le o f Rotary Pipe Mill

HAN Yu，DING Jun
（MCCCapital Engineering&Research Incorporation Lim ited，Beijing 100176，China）

Addressing the problem as staying with a certain domestic Accu Roll pipe m ill，a modified long guide-roller device is proposed with reference to the outlet table structure of the Assel pipe m ill.Analyzed are the loading states of the shell on differentoutlet tables of the rotary pipemill.Detailed are the performance characteristics of themodified long guide-roller device.The analysis result reveals that the two press rollers and the two long guideroller of the device together form a guide position as encircled by four“guide-rollers”so as tomake it uneasy to get the shell swung off the rolling line.Such a device leads to fixing of the problem with the Accu Roll pipe m ill that scratch is caused to the shell surface due to its twisting and swing during the rolling process.As a result，the rolling speed of themill is enhanced，and so are the production cycle and output.

rotary pipemill；shell；outlet table；long guide-roller；modified type

TG333.8

B

1001-2311（2016）06-0065-05

2016-05-30；修定日期：2016-10-09）

韓宇（1979-），男，碩士，高級工程師，長期從事鋼管工藝、設(shè)備設(shè)計及研發(fā)工作。