庫(kù)宏剛，肖國(guó)章，常永樂(lè)，2，張 培

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

目前，熱軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)工藝主要有連軋管、自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化成為目前較先進(jìn)的軋管工藝，三輥連軋管機(jī)組也成為了新建連軋管生產(chǎn)線的首選機(jī)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(kāi)發(fā)出三輥連軋管機(jī)組及連軋輥軋制模型的兩家企業(yè)分別是德國(guó)SMSMeer公司和意大利Danieli公司，分別開(kāi)發(fā)出PQF（Premium Quality Finishing）和 FQM（Fine Quality Mill）連軋管機(jī)組，并且這兩家企業(yè)的首臺(tái)設(shè)備均應(yīng)用在我國(guó)［15］。截至目前，在全球投產(chǎn)的PQF連軋管機(jī)組數(shù)量約為20套，其中11套分布在我國(guó)；FQM連軋管機(jī)組數(shù)量約為14套，其中3套分布在我國(guó)。PQF和FQM連軋管機(jī)組在我國(guó)的應(yīng)用情況見(jiàn)表1。

隨著三輥連軋管機(jī)組在國(guó)內(nèi)應(yīng)用數(shù)量的增多，國(guó)內(nèi)的設(shè)備制造企業(yè)通過(guò)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新研究，也相繼開(kāi)發(fā)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三輥連軋管機(jī)，且已在國(guó)內(nèi)外得到了應(yīng)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(zhǔn)備→環(huán)形加熱爐加熱→穿孔機(jī)穿孔→三輥連軋管機(jī)軋管→再加熱爐加熱→張力減徑機(jī)減徑→鋼管冷卻、管端鋸切→矯直→復(fù)合探傷→人工檢驗(yàn)→噴標(biāo)、入庫(kù)發(fā)運(yùn)。

表1 PQF和FQM連軋管機(jī)組在我國(guó)的應(yīng)用情況

2 三輥連軋管機(jī)的結(jié)構(gòu)發(fā)展

根據(jù)三輥連軋管機(jī)換輥方式的不同，德國(guó)SMSMeer公司已研發(fā)出3種PQF連軋管機(jī)機(jī)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(jī)已被天津鋼管集團(tuán)股份有限公司的美國(guó)項(xiàng)目采用。而意大利Danieli公司研發(fā)的FQM連軋管機(jī)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(jī)的3種換輥方式示意

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

3種結(jié)構(gòu)連軋管機(jī)的差異性如下：①軸向換輥方式的牌坊為圓形隧道，機(jī)架剛性好，易于維護(hù)。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(fù)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(jī)和脫管機(jī)之間，換輥時(shí)整個(gè)機(jī)架從圓形隧道內(nèi)抽出，然后換輥小車(chē)橫移實(shí)現(xiàn)換輥。但在處理軋卡事故時(shí)，需要將軋制機(jī)架從隧道抽出，占用生產(chǎn)時(shí)間。②側(cè)向換輥方式的牌坊為C型鋼結(jié)構(gòu)，機(jī)架剛性不及軸向換輥方式的。換輥裝置布置在連軋管機(jī)側(cè)面，換輥時(shí)設(shè)置在牌坊上的側(cè)壓下液壓缸擺開(kāi)，讓出空間，實(shí)現(xiàn)機(jī)架側(cè)向抽出，通過(guò)換輥小車(chē)橫移實(shí)現(xiàn)換輥。在處理軋卡事故時(shí)，通過(guò)機(jī)架擺動(dòng)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(diǎn)，換輥時(shí)兩側(cè)的換輥小車(chē)對(duì)連軋管機(jī)兩側(cè)的3個(gè)機(jī)架進(jìn)行換輥。

3種不同換輥方式連軋管機(jī)的對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 3種不同換輥方式連軋管機(jī)的對(duì)比

3 PQF和FQM連軋管機(jī)軋制機(jī)架的對(duì)比

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

圖2 PQF連軋管機(jī)軋制機(jī)架結(jié)構(gòu)

圖3 FQM連軋管機(jī)軋制機(jī)架結(jié)構(gòu)

PQF連軋管機(jī)的軸承座通過(guò)杠桿與機(jī)架鉸接，壓下液壓缸工作時(shí)軸承座帶動(dòng)軋輥繞鉸接點(diǎn)擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)孔型調(diào)整。

FQM連軋管機(jī)的軸承座直接卡在機(jī)架凹槽內(nèi)，壓下液壓缸與軸承座相連，通過(guò)軸承座帶動(dòng)軋輥直線升降，實(shí)現(xiàn)孔型調(diào)節(jié)。

兩種結(jié)構(gòu)的軋制機(jī)架決定了各自獨(dú)有的特點(diǎn)。PQF機(jī)架采用了杠桿式結(jié)構(gòu)，在換輥時(shí)可以將單個(gè)軋輥擺出機(jī)架，將帶軸承座的軋輥與杠桿分離，實(shí)現(xiàn)單個(gè)軋輥組件的快速更換，同時(shí)在處理軋卡事故時(shí)，軋輥擺出機(jī)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(jī)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(jiǎn)單、更直接，避免了PQF機(jī)架軋輥擺動(dòng)調(diào)整計(jì)算壓下量時(shí)因多次測(cè)量和計(jì)算產(chǎn)生的累積誤差。因此，與PQF連軋管機(jī)相比，在同等調(diào)節(jié)情況下，F(xiàn)QM連軋管機(jī)對(duì)鋼管壁厚精度的影響更小；但是，F(xiàn)QM連軋管機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)因軋輥不能打開(kāi)，在處理軋卡和堆鋼等故障時(shí)不占優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）從國(guó)內(nèi)三輥連軋管機(jī)的應(yīng)用情況來(lái)看，小規(guī)格鋼管的生產(chǎn)機(jī)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(jī)組（Ф460mm和Ф508mm連軋管機(jī)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(biāo)來(lái)看，軸向換輥和側(cè)向換輥在軋制碳鋼、中低合金鋼時(shí)的壁厚精度都能控制在壁厚值的±6%以?xún)?nèi)，軋制高合金鋼時(shí)的壁厚精度控制在壁厚值的±10%以?xún)?nèi)，滿足API標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壁厚公差的要求。

（3）雙側(cè)換輥方式的連軋管機(jī)作為SMSMeer和Danieli兩家公司同時(shí)推出的新機(jī)型，雖然都沒(méi)有得到生產(chǎn)實(shí)踐的驗(yàn)證，但筆者認(rèn)為雙側(cè)換輥方式在軋卡事故的處理上是一個(gè)短板，一旦發(fā)生軋卡、堆鋼事故，其機(jī)架軋輥既不能側(cè)向打開(kāi)為操作人員提供處理軋卡的空間，整個(gè)軋制機(jī)架又不能像軸向換輥式連軋管機(jī)那樣軸向整體抽出后再進(jìn)行處理。雙側(cè)換輥方式的三輥連軋管機(jī)組在今后的生產(chǎn)運(yùn)行中能否達(dá)到設(shè)計(jì)期望，成為一個(gè)成功的機(jī)型，還有待實(shí)踐進(jìn)一步驗(yàn)證。

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