5.2 PQF連軋機(jī)組（Premium Quality Finishing）5.2.1 概述

內(nèi)容：PQF簡(jiǎn)介

要點(diǎn)：了解PQF的先進(jìn)性

該套連軋機(jī)組為限動(dòng)/半浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組，又稱PQF（Premium Quality Finishing高效、優(yōu)質(zhì)、精軋管機(jī)組）機(jī)組。本機(jī)組為SMS-Meer公司INNSE設(shè)計(jì)制造。它是目前世界最先進(jìn)的連軋管設(shè)備，有多處采用新工藝、新技術(shù)。三輥連軋厚壁無縫鋼管孔型設(shè)計(jì)、獨(dú)特的軋輥壓下、平衡方式，先進(jìn)的自動(dòng)化控制管理系統(tǒng)等方面均在軋管領(lǐng)域最前沿。

從工藝角度講，PQF與MPM比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1） 三輥孔型設(shè)計(jì)使孔型槽底與軋槽側(cè)壁之間的圓周速度差異減小, 從而使金屬變形也變得均勻, 軋管過程也更平滑、穩(wěn)定, 芯棒在孔型中的穩(wěn)定性也更高。

由于環(huán)孔型上各點(diǎn)金屬流動(dòng)速差減小, 故減小了槽底金屬對(duì)側(cè)壁金屬的阻礙作用, 從而可以消除在側(cè)壁的波紋之類的缺陷。而且這種均勻變形可以提高延伸, 增加軋制薄壁管和高鋼級(jí)品種的軋制能力。這樣就減少了機(jī)架數(shù), 減輕了對(duì)軋制工具的磨損, 延長(zhǎng)工具使用壽命。

2） 三輥孔型設(shè)計(jì)使凸緣區(qū)(厚壁無縫鋼管既不與軋輥也不與芯棒接觸的區(qū)域)更小, 約比二輥減少30%。這也使軋制工具磨損均勻, 減小材料損失。

3） 三輥幾何形可以在相同芯棒下有更大的調(diào)節(jié)范圍, 且無大的公差影響。這樣可以增大同規(guī)格芯棒的可軋壁厚范圍, 大大減少了芯棒數(shù)量(減少50%), 減少了工具更換頻率。表5-12即為外方提供的PQF 185孔型和MPM 185孔型規(guī)格比較。

表5-12 PQF 185孔型和MPM 185孔型芯棒規(guī)格比較

PQF—185孔型

MPM---185孔型

4） 三輥的剛性軋輥設(shè)計(jì), 減少了軋制時(shí)的軋輥彎矩, 也就使得可以軋制薄壁管和高鋼級(jí)品種。

5） 均勻變形及合理的幾何孔型設(shè)計(jì), 使得可以每個(gè)軋輥一個(gè)液壓缸控制壓下量, 實(shí)現(xiàn)輥縫調(diào)整模型化。從而提高了壁厚精度, 減少荒管頭尾與中部的壁厚差異。

總之，本套PQF 連軋機(jī)組是現(xiàn)代無縫厚壁無縫鋼管生產(chǎn)先進(jìn)技術(shù)的集中體現(xiàn)，它做到了無縫厚壁無縫鋼管生產(chǎn)連續(xù)、高效，而且具有極高的機(jī)械化、自動(dòng)化程度。它反映著我國厚壁無縫鋼管生產(chǎn)的最新技術(shù)水平，同時(shí)也是世界厚壁無縫鋼管生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)水平，為我公司早日成為世界石油套管生產(chǎn)基地奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5.2.2 連軋工藝

內(nèi)容：PQF連軋的工藝目的、流程和工藝參數(shù)

要點(diǎn)：了解和掌握連軋工藝目的、流程，了解和熟悉連軋產(chǎn)品尺寸特性、設(shè)備能力、技術(shù)要求及連軋工藝數(shù)據(jù)

5.2.2.1 工藝目的

連軋管工序是厚壁無縫鋼管生產(chǎn)的重要工序，在熱軋厚壁無縫鋼管生產(chǎn)中，軋管工序的主要工藝目的在于：將穿孔工序移送來的毛管進(jìn)行減徑、延伸并相應(yīng)減壁，同時(shí)改善荒管內(nèi)、外表面光潔度，提高壁厚均勻度。

5.2.2.2 工藝流程

除去內(nèi)表面氧化物的毛管通過橫移車放入軋線后，經(jīng)潤滑后的芯棒經(jīng)另外一輛橫移車也放至軋線，在預(yù)穿推桿推動(dòng)下快速預(yù)穿入至設(shè)定位置，推桿夾持頭打開，推桿返回。同時(shí)限動(dòng)齒條夾持頭鎖緊芯棒。芯棒在限動(dòng)齒條的推動(dòng)下預(yù)插入軋機(jī)內(nèi)，然后在PQF前夾送輥將毛管喂入軋機(jī)的同時(shí)高壓水除鱗，此時(shí)齒條以與軋制規(guī)格匹配的限動(dòng)速度（最大1.35m/s）前進(jìn)，隨著毛管的軋制，芯棒支撐機(jī)架依次打開，完成軋制過程。當(dāng)荒管與芯棒脫開后通過脫管機(jī)后第一段輥道，停止于ＰＱＦ前的齒條夾持頭釋放芯棒，脫管機(jī)打開，芯棒穿過脫管機(jī)后翻到冷卻站。芯棒經(jīng)過冷卻站后，通過3個(gè)巷道再經(jīng)潤滑環(huán)噴涂石墨，以備下一支軋制。齒條釋放芯棒后以最大5.5m/s高速返回。

此設(shè)計(jì)中，芯棒側(cè)掛在齒條軋線側(cè)。齒條返回零位后，夾持頭鎖緊芯棒尾柄，開始新的軋制周期。限動(dòng)結(jié)束后夾持頭打開。由于為側(cè)掛式所以在齒條到零位之前預(yù)穿好的芯棒就可以在主軋線上等待下一支軋制，提高軋制節(jié)奏。工藝流程詳見圖5-19。

圖5-19 連軋工藝流程圖

5.2.2.3 工藝數(shù)據(jù)

VRS前毛管規(guī)格 Φ210mm料坯 Φ150mm料坯

外徑 222mm 172mm

壁厚（最小—最大） 13.0～30.0mm 10～30mm

毛管長(zhǎng)度 4，400～9，500mm

PQF前毛管規(guī)格

外徑 215mm 165mm

壁厚（最小—最大） 13.2～30.2mm 10.1～30.3mm

PQF出口荒管

外徑 185mm 142mm

壁厚（最小—最大） 4.1～21.7mm 3.2～18.0mm

最大長(zhǎng)度 26.8m 27m

總延伸量 3.67～1.60 3.64～1.73

入口速度（max）1.5m/s

出口速度(max)4.0m/s

軋制節(jié)奏(max)150pcs/h

脫管機(jī)

入口荒管直徑 185mm 142mm

入口荒管壁厚(min～max) 4.5～21.7mm 3.2～18.2mm

出口直徑 175mm 132mm

出口壁厚 4.2～22.1mm 3.3～18.2mm

5.2.3 PQF主機(jī)說明

內(nèi)容：PQF連軋機(jī)、芯棒支撐機(jī)架結(jié)構(gòu)、工藝目的和工藝數(shù)據(jù)

要點(diǎn)：了解和掌握主機(jī)動(dòng)作原理；

了解和熟悉主機(jī)工藝目的及產(chǎn)品特性、設(shè)備能力等工藝參數(shù)

5.2.3.1 機(jī)架形式

連軋機(jī)組為1架VRS（Void Reduce Stand 空減機(jī)架）和5架PQF（Premium Quality Finishing）連續(xù)布置。各機(jī)架之間由鉤子連接。牌坊為隧道式，如示意圖所示。連同VRS，各機(jī)架均為三輥軋制，每個(gè)軋輥由一臺(tái)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。三個(gè)軋輥互成120°，前后機(jī)架軋輥互成60°布置。

5.2.3.2 壓下裝置

1 特點(diǎn)

在本套連軋機(jī)組中，壓下裝置采用獨(dú)特設(shè)計(jì)。過去的軋機(jī)壓下設(shè)計(jì)都是壓下裝置直接作用在軋輥的軸承座上，每個(gè)軋輥有兩個(gè)壓下絲杠或者液壓缸，而這套壓下裝置采用液壓伺服壓下。液壓缸頭直接作用在“C”形臂上，每個(gè)軋輥只用一個(gè)壓下頭。這種伺服液壓壓下控制，變電氣控制為液壓、電氣聯(lián)合控制，可以實(shí)現(xiàn)輥縫調(diào)整模型化。這樣提高了壁厚精度, 減少荒管頭尾與中部的壁厚差異。

2 結(jié)構(gòu)與原理

各液壓缸與軋輥對(duì)應(yīng)布置在牌坊上。壓下裝置如圖5-20所示。

工作原理：需要調(diào)整輥縫時(shí)，若需要壓輥縫，通過油口向缸體內(nèi)加油增壓，推動(dòng)缸頭下壓。若需要抬輥縫，油口向外排油減壓，在平衡力作用下軋輥抬起。液壓缸頭的最大行程為105mm。

圖5-20 液壓缸示意圖

之所以稱伺服液壓壓下，是因?yàn)樵诟左w內(nèi)裝有位置傳感器。由它隨時(shí)檢測(cè)缸頭的位置，同時(shí)檢測(cè)缸體內(nèi)壓力變化。通過它返回的信號(hào)值，系統(tǒng)進(jìn)行軋制參數(shù)計(jì)算和校核。當(dāng)檢測(cè)到壓力過載時(shí)，信號(hào)立即反饋給系統(tǒng)，油口排油減壓，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的作用。

5.2.3.3 平衡裝置

由于PQF三輥軋機(jī)軋輥的特殊裝配方式，平衡裝置也配套采用新型設(shè)計(jì)，其裝置為液壓缸帶動(dòng)一撥叉，撥叉壓在“C”形臂的“肩”上，壓下裝置的力是向軋制中心線的力，平衡力是反力。由于PQF的布置方式，三個(gè)平衡叉中，上兩個(gè)為單向撥叉，下面的一個(gè)為雙向撥叉。它們的行程為：上兩個(gè)：100mm；下?lián)懿妫?1mm。平衡叉結(jié)構(gòu)見圖5-22。

圖5-22 平衡叉結(jié)構(gòu)圖

圖5-23 鎖緊裝置示意圖

1 橫向鎖緊

當(dāng)支撐缸將機(jī)架升起后，機(jī)架一側(cè)的底座上有“^”形突起，它可以嵌入牌坊上的另一個(gè)“^”形槽，以此實(shí)現(xiàn)橫向鎖緊。

2 軸向鎖緊

當(dāng)1VRS+5PQF機(jī)架及芯棒支撐機(jī)架推入牌坊之后，沿軋制線軸向上須鎖緊。在入口側(cè)，由第一架芯棒支撐架固定，出口側(cè)裝有三個(gè)斜楔。當(dāng)機(jī)架到位后，斜楔扣住。扣板上側(cè)為斜楔形，牌坊頭裝有液壓缸推動(dòng)的另一半斜楔，它向下壓下以鎖緊機(jī)架，使各機(jī)架緊緊擠在一起。

5.2.3.5 芯棒支撐架

在連軋機(jī)架之間有4個(gè)三輥式芯棒自對(duì)中裝置，這些機(jī)架都帶有依芯棒規(guī)格進(jìn)行調(diào)整的裝置。芯棒支撐輥由液壓缸控制，在沒有毛管通過時(shí)抱住芯棒，使芯棒處在軋制中心線上。當(dāng)毛管逐架軋到之前，支撐輥打開使毛管處于軋輥軋制下，芯棒位置由軋制孔型確定在軋制線上。從結(jié)構(gòu)上保證芯棒處于軋制中心線，使軋出的管子減少壁厚不均等缺陷。這四架三輥支撐架分別位于VRS前、1～2之間、3～4之間和第5架之后。芯棒支撐架結(jié)構(gòu)如下圖。

圖5-24 芯棒支撐架結(jié)構(gòu)圖

5.2.4 脫管機(jī)說明

內(nèi)容：脫管機(jī)工藝目的和工藝數(shù)據(jù)

要點(diǎn)：了解和掌握脫管機(jī)動(dòng)作原理；

了解和熟悉脫管機(jī)工藝目的及產(chǎn)品特性、設(shè)備能力等工藝參數(shù)

5.2.4.1 脫管工藝目的及特點(diǎn)

1 工藝目的

脫管機(jī)設(shè)置主要有兩個(gè)目的：

1) 將荒管從芯棒上脫出，完成脫管。在線脫管，縮短了工藝流程，提高終軋溫度。

2) 起校正（定徑）作用，即在厚壁無縫鋼管生產(chǎn)中，脫管機(jī)軋制也有延伸和定徑作用。

2 工藝特點(diǎn)

在本套機(jī)組中，根據(jù)工藝要求，芯棒須穿過脫管機(jī)。因此，脫管機(jī)設(shè)計(jì)有打開裝置。當(dāng)荒管通過脫管機(jī)后第一段輥道，脫管機(jī)軋輥打開（最大打開度10mm）。而且脫管機(jī)設(shè)計(jì)中采用了單輥單電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本套機(jī)組的另外的優(yōu)點(diǎn)為軋輥設(shè)有平衡(打開—彈簧)裝置和壓下(液壓)裝置, 這樣通過壓下裝置可以取代原墊片調(diào)整方式。

圖5-25 脫管機(jī)示意圖

圖5-26 平衡裝置（打開裝置）

5.2.4.2 工藝數(shù)據(jù)

入口荒管直徑 185mm 142mm

入口荒管壁厚(最小～最大) 4.5～21.7mm3.2～18.2mm

最大入口長(zhǎng)度27m

出口直徑 175mm132mm

出口壁厚 4.2～22.1mm 3.3～18.2mm

最大入口速度4 m/s

表5-13 各機(jī)架減徑率表

0	185	142	185	142
1	180.52	137.72	2.42	3.01
2	175.52	132.66	2.77	3.67
3	175.00	132.00	0.3	0.5

5.2.5 芯棒循環(huán)系統(tǒng)

內(nèi)容：芯棒循環(huán)過程、芯棒預(yù)熱、芯棒潤滑及芯棒循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)

要點(diǎn)：了解和掌握芯棒循環(huán)過程，熟悉系統(tǒng)參數(shù)；了解和掌握芯棒預(yù)熱、潤滑工藝目的

芯棒循環(huán)系統(tǒng)是連軋管機(jī)組的一個(gè)重要組成部分，其工藝目的是延長(zhǎng)芯棒的使用壽命，從而確保連軋后的厚壁無縫鋼管有一個(gè)良好的內(nèi)表面質(zhì)量，同時(shí)通過芯棒潤滑保證軋制過程穩(wěn)定。

芯棒循環(huán)系統(tǒng)工藝流程如下圖所示：

圖5-27 芯棒循環(huán)系統(tǒng)工藝流程圖

5.2.5.1 芯棒循環(huán)工藝過程描述

芯棒在預(yù)熱爐預(yù)熱后上線使用，芯棒從預(yù)熱爐出爐后，上鏈?zhǔn)揭扑蜋C(jī)經(jīng)潤滑站（出爐側(cè)）潤滑后于橫移小車東側(cè)擋板前定位，經(jīng)推料機(jī)構(gòu)及緩沖接料機(jī)構(gòu)動(dòng)作，經(jīng)推料機(jī)構(gòu)推動(dòng)及撥叉撥動(dòng)至芯棒傳送位，橫移小車接料鉤升起，將芯棒送至芯棒予穿線前，經(jīng)撥叉翻至主軋線。

芯棒予穿在主軋線上完成，芯棒由予穿齒條鎖緊及推動(dòng)定位，芯棒頭部予穿至第二機(jī)架入口處定位，予穿齒條解鎖返回，同時(shí)限動(dòng)齒條鎖緊開始預(yù)插入及軋制。

軋制過程結(jié)束后，芯棒解鎖，通過連軋機(jī)、脫管機(jī)，經(jīng)脫管后第一段輥道減速，于芯棒冷卻站前擋板定位。芯棒由冷卻站撥料鉤翻至一號(hào)冷卻站冷卻，由回轉(zhuǎn)臂將芯棒從一號(hào)站翻至二號(hào)冷卻站冷卻。芯棒冷卻結(jié)束后，由回轉(zhuǎn)臂翻至回轉(zhuǎn)運(yùn)輸鏈并撥至芯棒返回輥道，在此位置有一個(gè)芯棒剔除臺(tái)架，可以將芯棒在此剔除。

芯棒經(jīng)返回輥道返回，途中經(jīng)過三個(gè)冷卻巷道進(jìn)一步冷卻，并經(jīng)潤滑站（芯棒橫移小車前）潤滑，芯棒返回至芯棒預(yù)熱爐出口前擋板定位。完成芯棒循環(huán)全過程。

5.2.5.2 芯棒預(yù)熱

新的芯棒投入循環(huán)使用之前，必須在芯棒預(yù)熱爐內(nèi)預(yù)熱，其目的是為了在下一道工序芯棒潤滑時(shí)，使?jié)櫥瑒├喂痰恼掣皆谛景舯砻嫔稀?/p>

芯棒預(yù)熱爐的技術(shù)參數(shù)：詳見工藝說明工業(yè)爐部分。

芯棒的出爐溫度為100±20℃，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，才能在下道芯棒潤滑工序中，使?jié)櫥瑒じ皆谛景舯砻妫⒏稍镄纬梢粚訄?jiān)固的膜。芯棒溫度超過設(shè)定溫度范圍，將影響形成潤滑劑層的干燥、致密程度。

5.2.5.3 芯棒潤滑

石墨潤滑站主要設(shè)備簡(jiǎn)述：

◆石墨潤滑劑存儲(chǔ)罐

◆加壓泵

◆潤滑箱

◆潤滑環(huán)

石墨潤滑站在5米平臺(tái)上設(shè)置了兩個(gè)潤滑箱（內(nèi)置潤滑環(huán)），分別位于芯棒預(yù)熱爐出口及芯棒返回線上。兩個(gè)潤滑箱單獨(dú)使用，一個(gè)用于從預(yù)熱爐出來的新上線芯棒的潤滑，一個(gè)用于在線使用芯棒的潤滑。當(dāng)一個(gè)潤滑箱使用時(shí)，另一個(gè)潤滑箱處于準(zhǔn)備狀態(tài)，潤滑劑由同一組壓力泵傳送至潤滑箱。用于新芯棒上線潤滑的潤滑箱除上線潤滑時(shí)使用外，不參與軋制潤滑，在使用完畢后應(yīng)用水及時(shí)沖洗內(nèi)外管路及潤滑環(huán)，以防止?jié)櫥h(huán)堵塞。

芯棒潤滑的目的在于提高芯棒的使用壽命，同時(shí)在軋制過程中降低管子內(nèi)表面與芯棒表面的摩擦系數(shù)，從而降低軋制力及限動(dòng)力，減輕軋制過程的震動(dòng)。

在連軋機(jī)軋制過程中，金屬在軋輥和芯棒間進(jìn)行延伸變形，芯棒速度是恒定的，由于軋件延伸變形使得芯棒和金屬之間產(chǎn)生滑動(dòng)。芯棒潤滑，就是使芯棒和金屬之間有一層潤滑膜，從而降低芯棒與軋件間的摩擦系數(shù)。從而降低軋制壓力及限動(dòng)力，同時(shí)延長(zhǎng)芯棒的使用壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述工藝目的，則必須使?jié)櫥瑒┚鶆蛑旅艿貒娡吭谛景舯砻妗櫥瑒┦且环N水基懸浮液，芯棒經(jīng)預(yù)熱或經(jīng)冷卻后溫度控制在100±20℃，是為確保潤滑劑中的水分蒸發(fā)，從而保證潤滑劑層的堅(jiān)固、致密，更好地發(fā)揮潤滑的效果。同時(shí)，對(duì)芯棒潤滑層的厚度也有一定的要求。潤滑膜過厚，其附著力會(huì)降低，容易造成潤滑膜的脫落。潤滑膜過薄，則潤滑的效果不好?？刂茲櫥さ暮癖〉姆椒ㄈ缦拢?/p>

1 控制芯棒表面溫度

芯棒過熱時(shí)，潤滑劑中水分沸騰蒸發(fā)形成大量氣泡，影響潤滑層的形成，使?jié)櫥瑒o法良好附著。芯棒過冷時(shí)，潤滑劑無法干燥，從芯棒表面流失，影響潤滑膜的形成。

2 控制潤滑劑濃度

潤滑劑過稀，潤滑時(shí)附著力差，芯棒表層單位面積石墨重量少，影響潤滑層厚度。潤滑劑過濃，潤滑時(shí)芯棒表面潤滑層噴涂不均勻，而且潤滑涂層容易成片脫落。

3 單位面積石墨潤滑劑用量為98g/m2。

熱芯棒經(jīng)輥道送至鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)，經(jīng)鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)通過潤滑站潤滑。鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)可保證潤滑速度的穩(wěn)定，同時(shí)保證潤滑層不被磨掉。

5.2.5.4 芯棒循環(huán)區(qū)主要設(shè)備及參數(shù)

鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)長(zhǎng)度：16米

潤滑站：一套潤滑系統(tǒng)，兩個(gè)潤滑箱。

冷卻巷道：3組。

橫移小車：1組。

予插入齒條：1組。

芯棒冷卻站：兩個(gè)冷卻工位。

5.2.6 工具準(zhǔn)備與更換

內(nèi)容：PQF連軋區(qū)域主要軋制工具技術(shù)參數(shù)及更換方式；PQF連軋孔型設(shè)計(jì)及參數(shù)

要點(diǎn)：了解和掌握軋制工具技術(shù)性能和更換方式；

了解PQF孔型設(shè)計(jì)過程及參數(shù)意義

5.2.6.1 概述

軋制工具是指那些與軋件直接接觸的、或者使軋件在高溫下產(chǎn)生塑性變形的、具有一定幾何形狀的工具。

在連軋區(qū)涉及的軋制工具有：

主機(jī)區(qū)工具：軋輥、芯棒、對(duì)齊叉、限動(dòng)齒條襯瓦、預(yù)穿推桿襯瓦；

脫管機(jī)工具：軋輥、入口導(dǎo)嘴、出口導(dǎo)嘴。

下面進(jìn)行逐項(xiàng)介紹。

5.2.6.2 軋輥

1 技術(shù)條件

連軋機(jī)軋輥材質(zhì)：球墨鑄鐵

表面硬度：400～440HB

屈服強(qiáng)度: UTS>60KG/MM2

成分：C: 3.20～3.60

Si: 1.30～1.80

Mn: 0.40～0.80

Cr: 0.20～0.50

Ni: 2.50～3.50

Mo: 0.70～1.00

脫管機(jī)軋輥材質(zhì)：GHG-CrNiMo 480

表面經(jīng)熱處理后要求有硬度為460～530HV，厚度 R63.5～R85。

2 軋輥性能

1#～3#機(jī)架

名義直徑（mm） 760～700

輥環(huán)直徑（mm） 650～590

輥環(huán)寬度（mm） 220

4#～5#機(jī)架

名義直徑（mm） 640～580

輥環(huán)直徑（mm） 550～490

輥環(huán)寬度（mm） 200

功率

VRS主傳動(dòng)

功率 3×160kw

轉(zhuǎn)速 300/600—1000rpm

PQF主傳動(dòng)

1--4--5功率 3×400kw

轉(zhuǎn)速 300/600—1000rpm

2--3功率 3×600kw

轉(zhuǎn)速 300/600—1000rpm

脫管機(jī) 3×160kw

軋制力

VRS

負(fù)載最大力：（t） 26

過載最大力：（t） 31

1#～3#機(jī)

負(fù)載最大力：（t） 250

過載最大力：（t） 285

4#～5#機(jī)架

負(fù)載最大力：（t） 110

過載最大力：（t） 130

3 軋輥孔型設(shè)計(jì)

將鋼錠或鋼坯在軋輥孔型中經(jīng)過若干次的軋制變形，以獲得所需要的斷面形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品，為此而進(jìn)行的設(shè)計(jì)和計(jì)算工作稱之為孔型設(shè)計(jì)。

當(dāng)某機(jī)組孔型數(shù)據(jù)確定后，整個(gè)廠家的可軋產(chǎn)品規(guī)格范圍就確定了，要擴(kuò)充產(chǎn)品范圍，就必須進(jìn)行孔型設(shè)計(jì)。因此有必要了解孔型結(jié)構(gòu)。此套機(jī)組的孔型結(jié)構(gòu)如圖5-28。

此孔型設(shè)計(jì)中，屬于首次在連軋厚壁無縫鋼管孔型中使用三輥孔型設(shè)計(jì)。由于穿孔后毛管壁厚較小，所以在PQF中相對(duì)變形量較小，相應(yīng)寬展量也小，故此套孔型與二輥MPM孔型相比，輥縫值小，而且孔型圓弧為3段，而MPM孔型圓弧為4段。所以其產(chǎn)品附加公差小，軋制精度高。具體孔型數(shù)據(jù)如表5-14，5-15。

圖5-28 孔型參數(shù)圖

圖5-29 軋輥圖

表5-14 PQF孔型參數(shù)表

因西	O．D．（mm） 壁厚（mm） 延伸率 毛管 215.00 13.20 荒管 185.00 4.20 3.491					孔型：185
機(jī)架號(hào)		1	2	3	4		5
平均延伸系數(shù)		1.548	1.485	1.314	1.138		1.015
芯棒直徑		176.6	176.6	176.6	176.6		176.6
孔型直徑2R		191.30	187.60	185.30	185.00		185.00
槽底半徑R1		98.65	95.80	92.65	92.50		92.50
偏心（R1-R）		3.00	2.00	0.00	0.00		0.00
脫離角（ALFA1） 度		30.00	30.00	32.00	30.00		30.00
脫離半徑R2		295.95	287.40	324.30	231.25		231.25
連接角（ALFA4） 度		16.00	13.00	13.00	8.00		8.00
連接半徑R5		34.30	24.00	28.30	14.00		14.00
孔型寬度B/2		108.0	98.3	95.2	93.8		93.9
寬展系數(shù)		1.005	1.028	1.015	1.012		1.015
輥縫半徑R3		107.50	63.04	77.16	83.70		82.75
軋輥脫離角（ALFA3） 度		7.22	16.89	24.27	25.12		24.64
芯棒脫離角（ALFA2） 度		11.50	17.27	19.71	25.88		30.00
THETA 度		29.129	29.402	28.000	30.000		30.000
GAMMA2 度		4.610	5.672	5.552	9.011		9.011
PHI 度		26.261	24.926	26.448	20.989		20.989
GAMMA3 度		30.763

表5-15 脫管機(jī)孔型數(shù)據(jù)表

孔型	H1+H2 mm	H1 mm	H2 mm	D mm	E mm	2H1 mm	Df mm
EA01	180.52	88.12	92.40	189.64	36.33	176.24	203.76
EA02	175.52	87.50	88.02	176.61	12.80	175.00	205.00
EA03	175.00	87.50	87.50	175.00	0.00	175.00	205.00

5.2.6.3 芯棒

1 芯棒技術(shù)條件

本套機(jī)組采用兩段式芯棒，即芯棒由工作段和延長(zhǎng)桿構(gòu)成。錐形芯棒也是一大特點(diǎn)。表4-3中列出的前3種為錐形芯棒。錐形芯棒不僅利于預(yù)穿對(duì)正，而且利于脫棒。以下為芯棒技術(shù)條件。

材質(zhì)： X35CrMoV05KU-UNI2955

淬火、回火硬度: HB315/360

伸長(zhǎng)率: 8%min

斷面收縮率： 25％min

沖擊韌性： 15Jmin.KV

成分： C: 3.20～3.60

Si: 0.70～1.20

Mn: 最大0.60

Cr: 4.50～5.50

V : 0.80～1.20

Mo: 1.00～1.50

S : 最大0.008

S+P: 最大0.020

2 芯棒規(guī)格

如前所述，該機(jī)組的芯棒規(guī)格比較少，對(duì)185孔型只有9種規(guī)格，對(duì)142孔型有10種規(guī)格,具體如下表。

表5-16 185孔型芯棒規(guī)格表

142孔型的芯棒規(guī)格為:Φ135.3、Φ133.7、Φ131.6、Φ129.0、Φ125.9、

Φ122.4、Φ118.9、Φ115.4、Φ111.9、Φ108.4。（mm）

3 芯棒潤滑

本套芯棒循環(huán)系統(tǒng)中具有兩個(gè)芯棒潤滑箱。一個(gè)位于預(yù)熱爐出口處,另外一個(gè)位于芯棒冷卻返回輥道。兩個(gè)潤滑箱不同時(shí)工作。預(yù)熱爐出口潤滑箱潤滑新上線芯棒，返回輥道潤滑箱潤滑循環(huán)中的芯棒。

潤滑箱高度可調(diào)，以對(duì)正芯棒中心線，保證芯棒的良好潤滑。

本套芯棒潤滑特點(diǎn)：

一套潤滑系統(tǒng)為兩個(gè)潤滑箱工作，切換簡(jiǎn)單。

對(duì)備用噴射環(huán)離線水清洗；對(duì)預(yù)熱爐前噴射環(huán)進(jìn)行水清洗，保證間斷4小時(shí)后仍正常工作。

軋機(jī)停機(jī)1～4小時(shí)時(shí)，可讓潤滑系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，在線噴射環(huán)每隔10～60分鐘噴射一次，每次噴5～15秒鐘，避免堵塞，便于觀察。

滑閥動(dòng)作迅速，接到信號(hào)后1秒鐘內(nèi)開／關(guān)，保證潤滑長(zhǎng)度準(zhǔn)確（±200 mm）。

潤滑劑成分為30％干粉末和70％水配置成懸浮液，其中干粉末中含：石墨約3／4，添加劑約1／4，水份最大1％。

5.2.6.4 PQF機(jī)架更換

本套PQF機(jī)組，由于機(jī)架及其牌坊的特殊設(shè)計(jì)，機(jī)架置于隧道式牌坊中，因此相應(yīng)配有一套機(jī)架更換系統(tǒng)。該系統(tǒng)多數(shù)為液壓缸動(dòng)作。該系統(tǒng)為位于PQF和脫管機(jī)之間的一組橫移換輥小車，它具有三個(gè)位置：

位置1：正對(duì)PQF出口和脫管機(jī)之間的輥道。

位置2：PQF出口一側(cè)平臺(tái)，安放換下來的機(jī)架。

位置3：PQF出口另一側(cè)平臺(tái)，安放新備軋輥。

機(jī)架更換時(shí)，當(dāng)PQF主機(jī)停機(jī)、冷卻水關(guān)閉后，條件具備后做如下操作：

1、小車解鎖；

2、小車到更換位對(duì)中；

3、小車鎖緊；

4、機(jī)架到更換位，即將機(jī)架由軋鋼位降到滑軌上；

5、芯軸支撐缸打到更換位；

6、芯軸與軋輥脫開；

7、機(jī)架側(cè)鎖緊缸打開；

8、機(jī)架平衡缸打開；

9、小車鎖緊臺(tái)打開（位于PQF出口側(cè)）；

10、機(jī)架下鎖緊缸打開；

11、抽出缸到位；

12、抽出機(jī)架；

13、小車解鎖；

14、新機(jī)架推上中間小車；

15、小車鎖緊；

16、機(jī)架推入；

17、機(jī)架側(cè)鎖緊缸鎖緊；

18、機(jī)架下鎖緊缸鎖緊；

19、小車鎖緊臺(tái)鎖緊（位于PQF出口側(cè)）；

20、平衡缸鎖緊；

21、芯軸嚙合；

22、芯軸支撐讓開干擾位；

23、推入缸打開并返回；

24、小車解鎖；

25、輥道返回軋鋼位；

26、小車鎖緊；

27、芯棒支撐到位；

28、機(jī)架升起到軋鋼位。

操作結(jié)束。

5.2.6.5 脫管機(jī)更換

該部分外方資料比較少,現(xiàn)僅作簡(jiǎn)要說明.

該套脫管機(jī)更換方式與現(xiàn)有MPM機(jī)組(一套)定徑更換方式相同.概述如下:

脫管機(jī)主機(jī)停機(jī)，冷卻水關(guān)閉后，機(jī)架與“C”形架脫開后，將載有新備機(jī)架的換輥車推到機(jī)架前，抽出舊機(jī)架，橫移換輥車，推入新機(jī)架，實(shí)現(xiàn)快速換輥。

5.2.7 常見質(zhì)量缺陷

內(nèi)容：連軋荒管常見質(zhì)量缺陷

要點(diǎn)：了解和掌握質(zhì)量缺陷產(chǎn)生原因及其預(yù)防措施

1 內(nèi)棱

厚壁無縫鋼管內(nèi)表面存在棱狀突起，或存在線狀、槽狀劃傷，稱為內(nèi)棱。

產(chǎn)生原因：主要由于芯棒表面存在缺損、熱環(huán)效應(yīng)、粘鋼等缺陷，軋制時(shí)造成厚壁無縫鋼管內(nèi)表面缺陷。

預(yù)防措施：1.加強(qiáng)芯棒日常維護(hù)，加強(qiáng)巡視；

2.提高芯棒潤滑質(zhì)量；

3.工藝參數(shù)設(shè)定，減小芯棒磨損。

2 軋折、折迭

厚壁無縫鋼管外表面存在縱向的帶狀凹陷和折迭稱為軋折和折迭。

產(chǎn)生原因：主要是由于孔型過充滿時(shí)，金屬在輥縫處擠出，在進(jìn)入下道軋制時(shí)，金屬不能壓合，從而出現(xiàn)軋折缺陷。它們表現(xiàn)為軋折或折迭形式，折迭多在頭尾出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)通體出現(xiàn)。另外，軋輥孔型側(cè)壁粘鋼或者輥沿倒角磨損也會(huì)導(dǎo)致軋件產(chǎn)生條狀折迭。還有一種折迭是因軋輥過熱，在軋輥表面產(chǎn)生龜裂，軋制時(shí)造成軋件表面產(chǎn)生折迭。

預(yù)防措施：1.注意控制毛管尺寸，防止產(chǎn)生過充滿；

2.注意調(diào)整工藝參數(shù)，防止過充滿；

3.注意軋輥使用壽命，防止過度磨損。

4.注意冷卻水噴淋角度、給水量及冷卻時(shí)間。

3 外結(jié)疤

產(chǎn)生原因：軋輥出現(xiàn)碰傷或其它缺陷，導(dǎo)致在管體外表面出現(xiàn)規(guī)律性結(jié)疤。

預(yù)防措施：通過調(diào)整好連軋機(jī)前臺(tái)高度和芯棒支撐機(jī)架的同心度防止芯棒對(duì)軋輥的碰撞，并加強(qiáng)對(duì)軋件外表面質(zhì)量的巡視。

4 拉凹

產(chǎn)生原因：由于孔型欠充滿，使得管子內(nèi)表面產(chǎn)生平滑橢圓形凹坑，嚴(yán)重時(shí)造成產(chǎn)品壁厚超差。如果是管坯溫度不均，往往為局部的單個(gè)凹坑；若為工藝調(diào)整不好，壓下量或者速度不匹配則會(huì)在軋件縱向上斷續(xù)出現(xiàn)。

預(yù)防措施：1） 提高加熱質(zhì)量，保證管坯溫度均勻；

2） 進(jìn)行合理的工藝參數(shù)調(diào)整。防止軋制時(shí)機(jī)架間金屬流量不平衡。

5.2.8 連軋基本理論

內(nèi)容：連軋金屬變形機(jī)理以及基本方程；連軋軋制速度計(jì)算以及芯棒速度制度

要點(diǎn)：了解變形機(jī)理并掌握簡(jiǎn)單方程；了解連軋軋制速度計(jì)算方法；了解芯棒速度對(duì)軋制的影響

5.2.8.1 基本方程

連軋管時(shí)，管子內(nèi)表面在孔型頂部處與芯棒接觸，而在側(cè)壁處則不與芯棒接觸?？仔晚敳康慕饘?，由于受軋輥的外壓力和芯棒的壓力作用而延伸，并在軸向延伸的同時(shí)產(chǎn)生圓周方向的寬展，而孔型側(cè)壁的金屬在孔型頂部金屬延伸時(shí)也被拉伸，并相應(yīng)在縱向產(chǎn)生拉縮。此時(shí)，如若孔型頂部金屬的寬展和孔型側(cè)壁金屬拉縮數(shù)量比例不當(dāng)，則導(dǎo)致過充滿或欠充滿。

孔型過充滿時(shí)，輥縫及孔型開口處則會(huì)出現(xiàn)凸起，如過充滿特別顯著時(shí)，造成軋制缺陷，并且某一機(jī)架出現(xiàn)嚴(yán)重凸起后將使隨后機(jī)架的壓下量過大。在產(chǎn)生過充滿或折疊，這種惡性循環(huán)一直延續(xù)到成品機(jī)架，造成產(chǎn)品缺陷。

孔型欠充滿時(shí)，會(huì)使隨后機(jī)架，及直到成品機(jī)架孔型欠充滿，使成品管圓度和尺寸精度達(dá)不到要求或產(chǎn)生產(chǎn)品缺陷。

為了使孔型頂部金屬寬展與側(cè)壁金屬拉縮較為協(xié)調(diào)，使孔型正常充滿，從金屬塑性變形角度，建立連軋管金屬流動(dòng)方程。

按照塑性理論分析變形區(qū)分為孔型頂部區(qū)和側(cè)壁開口區(qū)。

孔型頂部區(qū)：受徑向內(nèi)、外壓應(yīng)力，切向壓力，軸向壓力，為三向壓應(yīng)力狀態(tài)，金屬減壁延伸，并向側(cè)壁開口方向?qū)捳埂?/p>

側(cè)壁開口區(qū)：受徑向外壓應(yīng)力，切向壓力，軸向（附加）拉力，為兩壓一拉的異名應(yīng)力狀態(tài)，金屬受孔型頂部區(qū)牽拉而延伸，切向被拉縮。

要使孔型正常充滿應(yīng)滿足：

∑Pl=σlА+σl′А′=0

式中：σl---槽底軸向壓應(yīng)力

A---槽底金屬截面積

σl′---側(cè)壁軸向拉應(yīng)力

A′---側(cè)壁金屬截面積

5.2.8.2 秒流量相等

金屬在軋制過程中，厚壁無縫鋼管在各機(jī)架間應(yīng)遵循金屬秒流量相等的連軋基本方程――流量方程：

Δ1=Δ2=···Δ I=···Δn=C即

F1V1= F2V2=··· FiVi= ···FnVn=C

式中：Δi――各機(jī)架秒流量體積；

　　　Fi――各機(jī)架的厚壁無縫鋼管橫截面積；

　　　Vi――各機(jī)架的厚壁無縫鋼管出口速度。

以上為自然連軋時(shí)的方程，實(shí)際軋制時(shí)應(yīng)該考慮張力系數(shù)Ci：

1～2 C=1.01

3～4 C=1.005～1.008

5 C=1.0

FnVn=Fn－1Vn－1Cn =Fn－2Vn－2CnCn－1=···· =F1V1CnCn－1···Ci···C1

5.2.8.3 變形分析

1 變形過程

圖5-30 帶芯棒連軋管變形區(qū)示意圖

圓孔型帶芯棒軋管時(shí)，變形區(qū)分為減徑區(qū)和減壁區(qū)兩個(gè)部分，整個(gè)變形過程分三個(gè)階段：壓扁變形階段、減徑變形階段和減壁變形階段。如圖5-30所示。

在減徑區(qū)中，由于毛管是空心體，開始時(shí)僅六點(diǎn)接觸軋輥孔型或接觸面很小，故管子首先發(fā)生壓扁變形，即管壁產(chǎn)生塑性彎曲變形。此時(shí)管子周長(zhǎng)或橫斷面積不變，只是被軋輥孔型壓縮處高度減小，而不與孔型接觸處徑向尺寸加大。隨著管子逐漸進(jìn)入變形區(qū)，壓扁程度加大，同時(shí)管子與孔型的接觸面積增加，待接觸面增至一定程度后，孔型側(cè)壁對(duì)管壁的支撐作用加大，管子除繼續(xù)發(fā)生壓扁變形外，將同時(shí)發(fā)生減徑變形。至毛管整個(gè)外周完全與孔型槽壁接觸時(shí)，壓扁變形階段結(jié)束，變形全部轉(zhuǎn)入第二階段----減徑變形階段。管子平均直徑和平均周長(zhǎng)減小，金屬軸向延伸，管壁有所增厚。管壁增厚相當(dāng)于寬展變形。由于變形區(qū)中管子橫斷面上各處金屬的應(yīng)力狀態(tài)不同，因而增厚變形也不同。減徑變形的同時(shí)，由于芯棒軋輥的共同作用，管子發(fā)生減壁變形，金屬軸向延伸。

2 變形參數(shù)

圓孔型帶芯棒軋管的主要變形參數(shù)有：咬入角、高向壓下量、槽底減壁量、延伸系數(shù)、減壁系數(shù)等。

1） 咬入角

cos=1-ΔD/Rmin

式中：=arccos(1-ΔD/Rmin)

ΔD---高向壓下量；

Rmin---孔型槽底半徑；

2） 高向壓下量

式中：bi-1---i機(jī)架軋前管子高度

ai--- i機(jī)架孔型高度

3） 孔型頂部減壁量

Δδ=δi-1-δi

式中：δi-1---i機(jī)架孔型頂部管子軋前壁厚

δi---i機(jī)架孔型頂部管子軋后壁厚

4） 延伸系數(shù)

μi=li/li-1μi=Ai-1/Ai

式中：li---i機(jī)架軋后長(zhǎng)度 Ai—i機(jī)架軋后截面積

li-1---i機(jī)架軋前長(zhǎng)度 Ai-1—i機(jī)架軋前截面積

5） 減壁系數(shù)

ηi=δi-1/δi

5.2.8.4 脫管機(jī)變形

脫管機(jī)作用在于將荒管與芯棒脫開，也兼有定徑作用。其變形理論與定徑機(jī)類同。

5.2.8.5 速度計(jì)算

連軋速度計(jì)算

1 計(jì)算延伸率

μi=Ai-1/Ai

式中：Ai—i機(jī)架軋后截面積

Ai-1—i機(jī)架軋前截面積

2 厚壁無縫鋼管速度計(jì)算

Vi=Vi－1·μi

式中：Vi—i機(jī)架厚壁無縫鋼管速度

Vi－1—i-1機(jī)架厚壁無縫鋼管速度

μi—i架延伸系數(shù)

3 工作直徑計(jì)算

Dwn=DN－β·d

式中：Dwn---軋輥工作直徑

DN---軋輥名義直徑

β---經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般0.8～1.0。

d---荒管名義出口直徑

4 軋輥轉(zhuǎn)速計(jì)算:

按照

式中：ni為軋輥轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/分。

5 電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算

式中：i---傳動(dòng)比

ni--軋輥轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/分

本套連軋機(jī)各機(jī)架傳動(dòng)比為：

機(jī)架號(hào) VRS 1#機(jī)架 2#機(jī)架 3#機(jī)架 4#機(jī)架 5#機(jī)架

傳動(dòng)比 10.00 13.00 8.50 6.50 4.40 4.40

5.2.8.6 芯棒速度制度

1 限動(dòng)芯棒連軋管的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)

帶長(zhǎng)芯棒的連軋管過程可看成是不同輥徑的差速軋制過程。芯棒看成是半徑無窮大的軋輥，當(dāng)芯棒參與連軋系統(tǒng)工作時(shí)，芯棒相當(dāng)于速度按某一特定的主動(dòng)軋輥參與變形，形成在變形區(qū)內(nèi)的差速軋制。

限動(dòng)芯棒連軋管時(shí)，芯棒速度Vm是恒定的，而且芯棒速度小于等于第一機(jī)架的軋輥圓周線速度。為此，對(duì)芯棒而言所有的機(jī)架均是導(dǎo)前機(jī)架，芯棒對(duì)金屬的摩擦力的方向是與軋制方向相反的。此時(shí)，各機(jī)架的軋件出口速度是恒定的。

Vix=(Vif＋Vmfm)/(f＋fm)

式中：Vix---第i機(jī)架的軋件出口速度

f-----軋輥與管子的摩擦系數(shù)

Vm---芯棒限動(dòng)速度

fm----芯棒與管子的摩擦系數(shù)

Vi----第i機(jī)架的軋輥平均圓周速度

這樣，按照秒流量相等的原則，調(diào)節(jié)好各機(jī)架的軋輥速度，就可以保持軋制過程的穩(wěn)定性。由于限動(dòng)芯棒連軋管中，芯棒速度小于第一機(jī)架的軋件速度，因而它是一種穩(wěn)定的差速軋制狀態(tài)。使軋制力降低，促進(jìn)金屬在孔型中的縱向延伸，并且可采用圓孔型軋制，提高成品管的尺寸精度。

2 限動(dòng)連軋管的芯棒速度

限動(dòng)芯棒連軋管軋制過程中，芯棒的速度是恒定的，其速度是由限動(dòng)裝置來控制的。

芯棒速度對(duì)軋制過程的影響主要有三個(gè)方面：

1） 影響軋制過程的差速軋制過程。

芯棒速度越低，與軋件速差越大，則差速的效果越明顯，可減低軋制力，減少寬展，促進(jìn)延伸，并有利于提高軋后厚壁無縫鋼管尺寸精度。為使全部機(jī)架均為差速軋制，芯棒速度應(yīng)低于第一機(jī)架變形區(qū)中軋件的平均速度。

2） 影響芯棒的長(zhǎng)度

芯棒全長(zhǎng)分為兩部分：工作段和延長(zhǎng)桿。

可以看出，芯棒速度越快，則軋制同一長(zhǎng)度的管子所需的工作段長(zhǎng)度越長(zhǎng)。

3） 影響芯棒壽命

芯棒速度過低，相對(duì)速度過大，摩擦熱大，會(huì)導(dǎo)致芯棒磨損快。

但芯棒速度過快，會(huì)使芯棒某些截面受軋制力作用次數(shù)增加，也會(huì)降低壽命。此套連軋管機(jī)組芯棒的最大限動(dòng)速度為1.35m/s，下圖為芯棒速度示意圖。

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