李 群

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津 300301）

CPE（Cross-roll Piercing and Elongation，斜軋穿孔和頂管延伸）機(jī)組建設(shè)投資比較少（特別是電器部分的投資低，連軋管機(jī)電器部分的價(jià)格比CPE高50%［1］），設(shè)備和工具簡(jiǎn)單，能源消耗較低（在取得變形量、質(zhì)量和精度相等的情況下，頂管機(jī)組的產(chǎn)量是連軋管機(jī)組的1/5~1/3，而設(shè)備是1/15，占地面積只有1/10，能耗是1/10~1/8［2］），軋制節(jié)奏快，荒管長(zhǎng)度超過14 m（最長(zhǎng)可達(dá)20 m［1］，這是除連軋管機(jī)之外其他機(jī)組生產(chǎn)很難達(dá)到的荒管長(zhǎng)度），可直接生產(chǎn)倍尺成品，生產(chǎn)運(yùn)行成本低，產(chǎn)品質(zhì)量高——特別是可生產(chǎn)小規(guī)格（Φ100 mm 以下）、薄壁（S≤6 mm）的雙倍尺熱軋無縫鋼管并且其實(shí)物壁厚精度較高［3-6］。近幾年，CPE 機(jī)組越來越引起我國(guó)無縫鋼管界的關(guān)注，全國(guó)范圍內(nèi)已陸續(xù)新建并投產(chǎn)了至少3 套CPE 機(jī)組，同時(shí)擬建的還有幾套。然而，這些已建和擬建機(jī)組的工藝基本雷同，只是簡(jiǎn)單的復(fù)制，工藝上沒有什么創(chuàng)新。目前，CPE 機(jī)組有加熱、穿孔、縮口、頂管、松棒、脫棒、切頭、再加熱、定（減）徑等9 道工序［1］，比使用其他工藝生產(chǎn)熱軋無縫鋼管的機(jī)組多了松棒和切頭兩個(gè)工序；其芯棒循環(huán)包括預(yù)熱、潤(rùn)滑、冷卻、輾壓等工序，比其他熱軋無縫鋼管機(jī)組多了輾壓工序。

為此，筆者曾與從事無縫鋼管工廠設(shè)計(jì)的技術(shù)人員、無縫鋼管生產(chǎn)（非使用CPE 工藝）的同行們進(jìn)行了研討，其結(jié)果有討論價(jià)值，現(xiàn)列出5 項(xiàng)，作為對(duì)CPE 工藝改良的設(shè)想。

1 卡環(huán)（檔叉）在線脫棒

傳統(tǒng)的CPE 脫棒工藝為將頂管延伸后的芯棒/荒管橫移出軋制線，經(jīng)松棒工序后再使用鏈?zhǔn)交蜉伿矫摪魴C(jī)脫棒，將這種在軋制線以外進(jìn)行的荒管與芯棒分離方法稱之為離線脫棒；而在軋制線上實(shí)現(xiàn)荒管與芯棒分離的工藝稱為在線脫棒。

可借鑒法國(guó)Vallourec 公司提出的Neuval R［7］方法并將限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)的芯棒夾持頭技術(shù)移植到頂管齒條上來，改變齒條與推桿及推桿與芯棒的連接方式，在頂管機(jī)最末機(jī)架出口側(cè)安裝一個(gè)脫棒卡環(huán)（檔叉），軋件離開頂管機(jī)最后一個(gè)機(jī)架后，芯棒/荒管繼續(xù)向前運(yùn)行一段距離，當(dāng)荒管尾部離開卡環(huán)位置后再停止，卡環(huán)合攏套在芯棒上并將荒管尾部擋住，芯棒就可由齒條裝置的后退從軋件中抽出。采用這種方法可有效防止因輾壓松棒而引起鋼管斷面的纖維組織發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象［8］。因荒管溫度較高，部分中、厚壁規(guī)格的荒管應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)這種在線脫棒；但由于需要脫棒的距離較長(zhǎng)，對(duì)于薄壁管可能要困難些。能否通過改變最后兩個(gè)機(jī)架孔型設(shè)計(jì)、增加脫棒間隙并增加向毛管內(nèi)表面吹硼砂或其他潤(rùn)滑劑的方法來降低荒管與芯棒的附著力，從而實(shí)現(xiàn)在線脫棒的工藝目的還有待進(jìn)一步試驗(yàn)后再下結(jié)論。

實(shí)現(xiàn)CPE 在線脫棒，一方面可縮短工藝流程、較大幅度地提高荒管溫度，為其后續(xù)加工減少能源消耗成為可能；另一方面，因荒管與芯棒接觸時(shí)間的減少，為提高芯棒的使用壽命創(chuàng)造了條件。但使用上述在線脫棒方法可能會(huì)降低CPE 機(jī)組的軋制節(jié)奏。

2 行星松棒機(jī)在線松棒

目前，CPE 機(jī)組的松棒工序是在軋制線外，如果在脫棒卡環(huán)（檔叉）后增加一臺(tái)行星軋機(jī)（三輥式、四輥式均可）用來輾軋荒管，可實(shí)現(xiàn)在線松棒。由于行星軋機(jī)的軋輥既自轉(zhuǎn)也公轉(zhuǎn)，具有軋制時(shí)軋件的入口側(cè)旋轉(zhuǎn)、出口側(cè)不旋轉(zhuǎn)的工藝特點(diǎn)［9］，要實(shí)現(xiàn)在線松棒的工藝目的即實(shí)現(xiàn)頂管延伸機(jī)（縱軋）與行星松棒機(jī)（斜軋）間的連軋，就要將行星松棒機(jī)設(shè)計(jì)成軋輥公轉(zhuǎn)被（隨）動(dòng)旋轉(zhuǎn)、軋輥?zhàn)赞D(zhuǎn)主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行試驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)行星松棒機(jī)入口側(cè)荒管/芯棒不旋轉(zhuǎn)而出口側(cè)荒管旋轉(zhuǎn)的目的。這種主機(jī)頭不作旋轉(zhuǎn)，而是被軋件旋轉(zhuǎn)的行星軋機(jī)可使因主機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的離心力以及再由此引起的一切問題就都不存在了［10］。行星松棒機(jī)的軋制減壁量可設(shè)計(jì)小一些（行星軋制延伸系數(shù)≤1.1），主要目的是松棒。三輥式行星軋機(jī)的剖面如圖1 所示［11］。

軋件經(jīng)行星松棒后既可按第1 節(jié)中使用脫棒卡環(huán)（擋叉）、齒條后退的方式進(jìn)行在線脫棒，也可以將芯棒/荒管移出軋制線按原工藝用鏈?zhǔn)交蜉伿矫摪魴C(jī)線外脫棒。這種方法可在不影響軋制節(jié)奏的前提下減少1~2 個(gè)工序環(huán)節(jié)、縮短工藝流程、適當(dāng)提高荒管溫度。

圖1 三輥式行星軋機(jī)的剖面示意

3 行星脫管機(jī)離線脫管

用行星軋機(jī)替代原工藝中的松棒機(jī)和脫棒機(jī)。頂管后的芯棒/荒管移出軋制線后，送入行星軋機(jī)，采用固定芯棒軸向位置的方式進(jìn)行行星軋制，以實(shí)現(xiàn)芯棒與荒管分離的目的；將行星軋制的延伸系數(shù)控制在1.2 以內(nèi)，可有效防止因變形量過大使軋制功率增加而引起行星軋機(jī)軋輥軸承溫升過高的事故。采用行星脫管機(jī)離線脫管可縮短生產(chǎn)線長(zhǎng)度，重新分配頂管工序各機(jī)架的變形量、適當(dāng)減少頂管機(jī)的總負(fù)荷、增大荒管的徑壁比，可改善荒管表面質(zhì)量，提高荒管的溫度，并且省掉了芯棒循環(huán)過程中的輾壓工序。

目前，關(guān)于脫棒/脫管速度問題，脫棒速度比較快的脫棒機(jī)有：寶山鋼鐵股份有限公司Φ140 mm連軋管機(jī)組鏈?zhǔn)矫摪魴C(jī)，其最大脫棒速度為4.52 m/s［12］；武鋼集團(tuán)漢口軋鋼廠Φ114 mm CPE 機(jī)組輥式脫棒機(jī)，其脫棒速度為1.5 m/s［13］。當(dāng)行星軋管機(jī)的延伸系數(shù)較大時(shí)（以前軋制鋼管的試驗(yàn)機(jī)組延伸系數(shù)設(shè)計(jì)超過10），考慮到軋制負(fù)荷較大，為防止軋輥軸承溫度升高過快而引起事故，將軋制速度設(shè)計(jì)的較慢（一般約為1 m/s［10］）；如果將行星脫管機(jī)的延伸系數(shù)控制在1.2 以內(nèi)，其軋制速度達(dá)到2 m/s 應(yīng)該不成問題。

國(guó)內(nèi)某銅管廠使用三輥行星軋管機(jī)（PSW）將未加熱的Φ90 mm×25 mm×23 000 mm 空心連鑄銅管坯在室溫下軋制成Φ48~50 mm×2.8~3.0 mm 荒管，其延伸系數(shù)達(dá)11.5~12.8，軋制速度為16 m/s。因此，使用行星脫管機(jī)應(yīng)該不會(huì)影響CPE 機(jī)組的軋制節(jié)奏。

4 四輥輥模替代三輥輥模

因CPE 頂管機(jī)孔型是三輥橢圓形，芯棒是圓形，管壁是在軋輥孔型與芯棒之間形成的，所以橫斷面上壁厚不均呈外六棱內(nèi)圓形［8］，這樣橫截面的荒管經(jīng)定（減）徑后即變?yōu)橥鈭A內(nèi)六方。北京天海氣瓶廠在使用傳統(tǒng)沖壓方法制造氣瓶時(shí)，其延伸工序采用四輥輥模。若使用四輥輥模替代三輥輥模，在頂管延伸時(shí)使壁厚變形更加均勻，可以將外六棱內(nèi)圓形變?yōu)橥獍死鈨?nèi)圓形，即定（減）徑后的鋼管由“內(nèi)六方”變?yōu)椤皟?nèi)八方”，從而改善鋼管壁厚精度。

5 旋壓加工縮口部位

目前，在實(shí)際生產(chǎn)中，軋件的縮口部分是需要切除掉的，如果在張力減徑前增加簡(jiǎn)易旋壓機(jī)，用來加工再加熱后荒管縮口部位（暫且稱之為“CPE頭”）的壁厚，這樣在生產(chǎn)油管時(shí)，使縮口部位的壁厚達(dá)到加厚油管管端壁厚值的要求，可減少部分產(chǎn)品的切頭損失，將“CPE 頭”變廢為寶，提高部分產(chǎn)品的綜合成材率。該簡(jiǎn)易旋壓機(jī)類似于某些冷拔鋼管廠的回轉(zhuǎn)式熱打頭機(jī)（圖2），只是比其多一個(gè)用于輾軋壁厚的內(nèi)模工具——芯棒。

6 結(jié) 語

上述5 項(xiàng)是筆者對(duì)CPE 工藝改良設(shè)想的一部分，沒有得到CPE 行業(yè)專家的質(zhì)疑指點(diǎn)，其主張多有不當(dāng)之處。但是這5 項(xiàng)皆是制管工藝問題，草成此論，意在引起同行們對(duì)CPE 工藝改良的關(guān)注，真誠(chéng)地歡迎業(yè)內(nèi)專家匡糾是正。

圖2 回轉(zhuǎn)式熱打頭機(jī)

［1］ 劉成平，陳本輪，李廣軍. CPE 機(jī)組的發(fā)展與應(yīng)用［J］.鋼管，1997，26（4）：15-19.

［2］ 周云南. 小型無縫鋼管廠擴(kuò)大熱軋管產(chǎn)量的途徑［J］. 鋼管，1983，12（2）：64-73.

［3］ 彭龍洲，段煒，余邦鍵. CPE 工藝的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)芻議［J］. 鋼管，2012，41（4）：12-17.

［4］ 熊明祥，李鵬. 擬建Φ168 mm CPE 熱軋無縫鋼管生產(chǎn)線的工藝方案［J］. 鋼管，2012，41（5）：57-61.

［5］ 楊力，張?jiān)鋈?，高瑞? 對(duì)CPE 機(jī)組生產(chǎn)無縫鋼管技術(shù)的再認(rèn)識(shí)［J］. 鋼管，2013，42（3）：55-58.

［6］ 朱友松. 中信泰富特鋼集團(tuán)湖北新冶鋼有限公司Ф219 mm CPE 頂管機(jī)組建成投產(chǎn)［J］. 鋼管，2014，43（1）：77.

［7］ Grandemange F.Vallourec 公司發(fā)展的連軋管方法—NEUVAL［J］. 鋼管技術(shù)，1984，13（3/4）：11-22.

［8］ 王景文. CPE 頂管機(jī)組熱軋鋼管壁厚不均探討［J］. 鋼管，1993，22（4）：14-17.

［9］ 曾幼宗. 三輥行星軋機(jī)的應(yīng)用［J］. 鋼管，1993，22（5）：43-46.

［10］ 殷國(guó)茂，周云南. 無縫鋼管生產(chǎn)技術(shù)的新進(jìn)展［J］. 鋼管，1985，14（3）：1-34.

［11］ 金如崧. 無縫鋼管百年史話［M］. 北京：冶金工業(yè)出版社，2008：150.

［12］ 龔饒，周國(guó)盈. 連軋鋼管［M］. 北京：冶金工業(yè)出版社，1992：179.

［13］ 康志勇. Ф114 mm CPE 熱軋管機(jī)組試生產(chǎn)情況［J］. 鋼管，2004，33（2）：32-38.