177 mmPQF無縫鋼管穿孔機(jī)頂頭冷卻環(huán)系統(tǒng)改進(jìn)

賈　豹，畢　辛，董華楓，趙春生

（鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠，遼寧鞍山114021）

?

177 mmPQF無縫鋼管穿孔機(jī)頂頭冷卻環(huán)系統(tǒng)改進(jìn)

賈豹，畢辛，董華楓，趙春生

（鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠，遼寧鞍山114021）

摘要：對鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠無縫鋼管穿孔機(jī)頂頭冷卻環(huán)系統(tǒng)存在的設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行了分析，針對水嘴布置不合理、冷卻水噴到毛管外部造成毛管外部氧化、噴到毛管內(nèi)部破壞抗氧化劑作用等缺陷提出了改進(jìn)方案，在冷卻環(huán)前端安裝了冷卻水反沖洗裝置，并對冷卻環(huán)進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)施后取得了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：無縫管；穿孔機(jī)；冷卻環(huán)；頂頭

賈豹，碩士，工程師，2008年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)機(jī)械工程設(shè)計(jì)與理論專業(yè)。E-mail：jiabao088@163.com

Key words seamless steel tube;piercing mill;cooling ring;piercing point

無縫鋼管在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有重要作用，被廣泛應(yīng)用于石油開采、鉆探、航天、軍工等領(lǐng)域［1］。177 mmPQF無縫鋼管穿孔機(jī)是鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，其性能好壞直接影響著無縫鋼管的產(chǎn)品質(zhì)量。在整個(gè)軋制過程中，穿孔機(jī)頂頭始終與熾熱的管坯接觸，由于原頂頭冷卻環(huán)裝置的冷卻效果不好，頂頭溫度急劇增加時(shí)，致使頂頭的彈性模量降低，出現(xiàn)變形和磨損加速，無法滿足生產(chǎn)工藝要求，需要及時(shí)更換頂頭，所以頂頭的利用率較低。加上原冷卻環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷，冷卻環(huán)在冷卻頂頭時(shí)，冷卻水濺入到管坯內(nèi)、外部，使管坯整體性能不均，在影響管坯性能的同時(shí)，增加了軋機(jī)的負(fù)荷，既浪費(fèi)能源也降低了設(shè)備使用壽命。為此對穿孔機(jī)頂頭冷卻環(huán)系統(tǒng)存在的缺陷進(jìn)行了研究改進(jìn)。

1　穿孔機(jī)工作原理

穿孔機(jī)的主要作用集中在穿孔的變形區(qū)，整個(gè)穿孔變形區(qū)由上、下兩個(gè)軋輥，水平方向兩個(gè)導(dǎo)板及中間的頂頭共同組成一個(gè)封閉的孔型，將圓柱形實(shí)心管坯軋制成內(nèi)部中空無縫毛管，當(dāng)管坯進(jìn)入到變形區(qū)時(shí)管坯首先與軋輥接觸，之后管坯隨著軋輥旋轉(zhuǎn)而反向旋轉(zhuǎn)。軋輥的斜面結(jié)構(gòu)使管坯有一個(gè)向前的軸向力，管坯向前移動時(shí)與頂頭接觸，頂頭將管坯頂出孔型，管坯向外擴(kuò)張時(shí)遇到導(dǎo)板，由于導(dǎo)板對管坯的限位作用，管坯只能沿著軸向移動，最終毛管形成［2］。

2　冷卻環(huán)系統(tǒng)組成

冷卻環(huán)系統(tǒng)的主要作用是對剛參與軋鋼完畢的頂頭進(jìn)行冷卻，原設(shè)計(jì)的冷卻環(huán)系統(tǒng)如圖1所示，整個(gè)冷卻環(huán)系統(tǒng)由六組并聯(lián)的冷卻環(huán)組成，每組冷卻環(huán)上均布有10個(gè)水嘴，當(dāng)控制開關(guān)打開后60個(gè)水嘴同時(shí)向冷卻環(huán)中心噴冷卻水。頂頭在穿孔變形區(qū)軋鋼完成后由頂桿帶到冷卻環(huán)內(nèi)部位置，在此區(qū)域頂頭被強(qiáng)制冷卻5 s后，由頂桿帶動再次進(jìn)入到穿孔主機(jī)變形區(qū)進(jìn)行下一次穿孔，如此反復(fù)運(yùn)動。在冷卻環(huán)區(qū)域冷卻過程中頂頭冷卻效果將直接影響到頂頭的使用壽命［3］。

圖1　原冷卻環(huán)系統(tǒng)

3　原冷卻環(huán)系統(tǒng)存在的缺陷

3.1水嘴布置不合理

(1)水嘴布置不合理，造成頂頭冷卻效率低。如圖1所示，冷卻環(huán)系統(tǒng)由六組并聯(lián)的冷卻環(huán)組成，每組冷卻環(huán)內(nèi)水嘴的布置是平行的。由于整個(gè)六組冷卻環(huán)系統(tǒng)的寬度比頂頭寬，因此部分水嘴噴出的水并沒有參與頂頭冷卻。

(2)水嘴經(jīng)常堵塞影響頂頭冷卻效率。冷卻環(huán)內(nèi)水嘴孔直徑為4 mm，實(shí)際生產(chǎn)中水中雜質(zhì)經(jīng)常將水嘴孔堵住，影響頂頭冷卻效率。

3.2冷卻水對毛管外部的影響

如圖1所示，軋鋼完成后，毛管頂?shù)矫摴苣５淖髠?cè)，在此位置移鋼機(jī)將毛管移走，進(jìn)行下一道軋制工序。脫管模是毛管橫向走行的基準(zhǔn)，必須以脫管模為定位線，否則下一道工序無法進(jìn)行，而脫管模右側(cè)就是冷卻頂頭的冷卻環(huán)系統(tǒng)，由于水嘴噴水角度不合理，即出口冷卻環(huán)(靠近脫管模側(cè))水嘴與冷卻環(huán)夾角為90°，造成高壓水噴到頂頭后極易濺到毛管外部，致使毛管管端溫度急劇下降，毛管整體性能不均，并加速外部氧化。

3.3冷卻水對毛管內(nèi)部的影響

按軋制規(guī)程要求，毛管在出穿孔機(jī)時(shí)的溫度大約在1 200℃左右，并由移鋼機(jī)及機(jī)械手運(yùn)到連軋機(jī)前準(zhǔn)備下一步精軋。在此過程中約運(yùn)行20 s，為防止毛管內(nèi)部氧化，軋制時(shí)要在毛管內(nèi)部噴硼砂抗氧化劑，防止毛管內(nèi)部氧化。由于水嘴噴水角度不合理，即出口冷卻環(huán)(靠近脫管模側(cè))水嘴與冷卻環(huán)夾角為90°，造成高壓水噴到頂頭后極易濺到毛管內(nèi)部，毛管內(nèi)部的硼砂與水發(fā)生反應(yīng)，形成塊狀結(jié)塊，失去抗氧化劑的作用。

4　改進(jìn)方案

4.1冷卻環(huán)系統(tǒng)改進(jìn)

增強(qiáng)頂頭的冷卻效果可以從增加冷卻水的流量、增加頂頭的冷卻時(shí)間或者對冷卻環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)等方案考慮，綜合上述方案，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，進(jìn)行冷卻環(huán)系統(tǒng)改進(jìn)最經(jīng)濟(jì)合理。如圖2所示，由于冷卻環(huán)處空間位置有限，只能在原來的位置進(jìn)行改進(jìn)，將原來平行分布的水嘴改為扇形分布，將入口及出口位置的兩根冷卻環(huán)水嘴與冷卻環(huán)的夾角由原來的90°改為75°，將水嘴噴水寬度由500 mm改為350 mm。改進(jìn)后，在來水流量不變的情況下，頂頭上水的流量增至原來的1.5倍，冷卻效果更好，且冷卻水不會濺到毛管內(nèi)部和外部。

圖2　改進(jìn)后的冷卻環(huán)系統(tǒng)

4.2安裝冷卻水反沖洗過濾裝置

針對冷卻水嘴堵塞后不容易疏通的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在冷卻環(huán)來水管路上游設(shè)計(jì)安裝一個(gè)過濾網(wǎng)裝置，并為過濾網(wǎng)設(shè)計(jì)一個(gè)反沖洗裝置。如圖3所示，此過濾網(wǎng)可以定期更換，也可以利用停機(jī)時(shí)間用反沖洗裝置對過濾網(wǎng)上的雜質(zhì)進(jìn)行疏通。閥門的開啟順序?yàn)?，正常生產(chǎn)時(shí)1、2、4閥門打開，3、5閥門關(guān)閉；清洗時(shí)將2、4閥門關(guān)閉，1、3、5閥門打開，對過濾網(wǎng)進(jìn)行沖洗。

圖3　冷卻水過濾系統(tǒng)

5　改進(jìn)效果

(1)此項(xiàng)改進(jìn)自2013年12月30日投入生產(chǎn)至今，設(shè)備運(yùn)行非常平穩(wěn)，頂頭備件消耗由原來每個(gè)月450個(gè)降低到現(xiàn)在每個(gè)月270個(gè)，利用率明顯提升，設(shè)備維護(hù)工作量降低顯著。

(2)改進(jìn)后，冷卻水極少噴到毛管內(nèi)部和外部，一方面減少了毛管溫度降低程度，另一方面硼砂抗氧化劑起到了應(yīng)有的抗氧化作用，降低了生產(chǎn)成本，為降本增效做出了積極貢獻(xiàn)，改進(jìn)效果良好，并且對同行業(yè)設(shè)備改進(jìn)具有一定的參考價(jià)值。

6　結(jié)語

(1)通過對冷卻環(huán)系統(tǒng)的改進(jìn)，采用通過調(diào)整冷卻水嘴與冷卻環(huán)夾角的結(jié)構(gòu)形式，徹底解決了原冷卻環(huán)系統(tǒng)向毛管內(nèi)、外噴水的設(shè)計(jì)缺陷，改進(jìn)后的冷卻環(huán)系統(tǒng)減少了毛管溫降，降低了軋機(jī)負(fù)荷，增強(qiáng)了硼砂的抗氧化劑作用，在提高頂頭利用率的同時(shí)使毛管性能更加均衡。

(2)通過增加過濾網(wǎng)及反沖洗裝置，解決了冷卻水嘴堵塞后不易疏通的難題，改進(jìn)后的裝置更容易維護(hù)，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用大幅降低，設(shè)備運(yùn)行更加平穩(wěn)。

參考文獻(xiàn)

［1］張才安.無縫鋼管生產(chǎn)技術(shù)［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，1997.

［2］李連詩，韓觀昌.小型無縫鋼管生產(chǎn)(上)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

［3］李長穆.現(xiàn)代鋼管生產(chǎn)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1988.

(編輯袁曉青)

修回日期：2015-02-15

Im provem ent of Cooling Ring System for Piercing Point of 177 m m Piercing M ill for M aking PQF Seam less Steel Tube

Jia Bao,Bi Xin,Dong Huafeng,Zhao Chunsheng
(Seam less Steel Tube Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning,China)

Abstract:The design defects existed in the cooling ring system for the piercing point of the piercing mill for making seamless steel tubes in Seam less Steel Tube Plant of Angang Steel Co., Ltd.were analyzed.Based on the analytical results the upgrading scheme was proposed with regard to such defects as the unsuitable installation of the water nozzles, oxidizing occurred on the external surface of a hollow billet caused by the spraying of cooling water and weakening the effect of the antioxidant in the interior surface of the billet.According to the scheme the back flushing device for cooling water was installed in the front end of the cooling ring and meanwhile the cooling ring was alsomodified.So by thesemeasures the desired effectwas achieved.

中圖分類號：TG333

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）01-0060-03