羅 濤

（成都誠(chéng)悟鋼管技術(shù)有限公司，四川 成都 610041）

自1885年德國(guó)曼內(nèi)斯曼兄弟發(fā)明二輥斜軋穿孔機(jī)后，熱軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)進(jìn)入了工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)代。近30年來(lái)，隨著高質(zhì)量圓管連鑄坯的應(yīng)用，以及機(jī)械、電控技術(shù)全面發(fā)展，形成以連軋管機(jī)為代表的、高效連續(xù)生產(chǎn)的熱軋機(jī)組規(guī)?；a(chǎn)工藝，在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫鋼管供需平衡，近年來(lái)已經(jīng)全面產(chǎn)能過(guò)剩。

現(xiàn)有熱變形生產(chǎn)無(wú)縫鋼管的工藝方法，除少數(shù)熱擠壓工藝外，絕大部分采用軋制工藝。從變形方式來(lái)看有縱軋與斜軋工藝，采用縱軋工藝的有連軋管機(jī)（MPM、PQF）、頂管機(jī)（CPE）；采用斜軋工藝的有三輥斜軋管機(jī)（Assel）、精密軋管機(jī)（Accu Roll）、旋轉(zhuǎn)擴(kuò)管機(jī)；另外，少量周期軋管機(jī)組則屬于鍛軋工藝［1-6］。

文獻(xiàn)［7］已經(jīng)詳細(xì)比較和分析了熱軋無(wú)縫鋼管縱軋與斜軋工藝的變形原理和工藝特點(diǎn)，著重分析了斜軋工藝的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在此不再贅述?？v軋與斜軋由于變形原理與變形孔型結(jié)構(gòu)不同，各有優(yōu)勢(shì)與不足。在不同產(chǎn)品市場(chǎng)環(huán)境條件下，兩者優(yōu)勢(shì)有不同側(cè)重點(diǎn)，不應(yīng)簡(jiǎn)單得出一方具絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的結(jié)論。針對(duì)目前斜軋生產(chǎn)工藝在變形量不足，難以軋制薄壁管及斜軋后鋼管內(nèi)表面存在螺旋道兩大主要問(wèn)題，從原理及生產(chǎn)實(shí)踐上進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)斜軋工藝及設(shè)備全面提升，推薦一種SCM新型斜軋管機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)斜軋工藝提升。SCM新型斜軋管機(jī)是在改進(jìn)現(xiàn)有斜軋管工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行的設(shè)計(jì)研發(fā)，本文進(jìn)一步具體介紹斜軋管機(jī)的類(lèi)型和特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)論述SCM新型斜軋管機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，比較SCM新型斜軋管機(jī)與PQF連軋管機(jī)的投資收益情況，總結(jié)SCM新型斜軋管機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。

1 主要斜軋管機(jī)組

1.1 三輥斜軋管機(jī)組

三輥斜軋管機(jī)（Assel軋管機(jī)）由3個(gè)斜軋軋輥構(gòu)成主變形孔型，輥間沒(méi)有導(dǎo)向裝置。現(xiàn)有三輥軋管機(jī)由于沒(méi)有或輾軋角很小，故軋輥輥形基本是同于最早斜軋穿孔機(jī)類(lèi)的曼式輥形（桶形輥）［7］。三輥軋管機(jī)孔型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 三輥軋管機(jī)孔型結(jié)構(gòu)

在三輥斜軋管機(jī)中，3個(gè)軋輥構(gòu)成的內(nèi)接圓直徑大小與軋輥直徑是相互約束的，軋輥直徑大小確定了最小來(lái)料軋件尺寸，即軋制入口毛管外徑尺寸上的變形受軋輥直徑大小限制，大軋輥不能軋制小規(guī)格鋼管，變形區(qū)變形條件受限制；因此，從軋制變形原理上就限制了軋制變形優(yōu)化選擇。為了軋制寬范圍外徑規(guī)格，軋機(jī)不得不多配置不同外徑的軋輥來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，小規(guī)格鋼管采用小尺寸軋輥本來(lái)就是惡化軋制變形條件；因此三輥軋管機(jī)生產(chǎn)小規(guī)格鋼管劣勢(shì)明顯。反之，二輥斜軋變形就沒(méi)有這類(lèi)結(jié)構(gòu)性問(wèn)題。

3個(gè)軋輥之間沒(méi)有導(dǎo)向工具（導(dǎo)盤(pán)或?qū)О澹?，變形區(qū)孔型沒(méi)有構(gòu)成封閉狀態(tài)，橫向變形沒(méi)有得到任何方式的限制而處于自由變形狀態(tài)。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)連桿布置方式的限制，三輥斜軋管機(jī)難以配置軋輥的輾軋角，斷面扭轉(zhuǎn)變形大，變形金屬縱向流動(dòng)性差，尤其大變形軋制薄壁管時(shí)，較大的橫向變形導(dǎo)致金屬向兩個(gè)軋輥間的空隙位置徑向擴(kuò)張，軋制金屬斷面呈三角形趨向，變形量越大，三角狀態(tài)越明顯。在三輥軋管機(jī)變形過(guò)程中，軋件尾部由于缺乏軋制理論中所謂的剛端效應(yīng)，在尾部橫向變形更趨明顯，一旦三角形達(dá)到一定臨界值，軋件旋轉(zhuǎn)受阻，從而導(dǎo)致軋制中斷（軋卡）。三輥斜軋管機(jī)孔型中三角變形狀態(tài)如圖2所示。

圖2 三輥斜軋管機(jī)孔型中三角變形狀態(tài)

顯然，從變形原理上，在三輥斜軋管機(jī)上軋制時(shí)，鋼管尾三角是不可避免的。盡管有所謂的快速旋轉(zhuǎn)機(jī)架角度軋機(jī)結(jié)構(gòu)方式，能實(shí)現(xiàn)荒管尾部自然軋厚，減輕尾三角效應(yīng)，但是這種方式也是消極的生產(chǎn)方式。采用這種設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的快速旋轉(zhuǎn)機(jī)架，會(huì)導(dǎo)致軋機(jī)剛性下降，直接影響變形及產(chǎn)品質(zhì)量。

基于斜軋變形原理和設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，三輥斜軋?jiān)谏a(chǎn)規(guī)格及靈活性上與二輥相比是沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)的，三輥斜軋管機(jī)只能用于軋制中等或厚壁鋼管。實(shí)際上，現(xiàn)在建設(shè)的三輥斜軋管機(jī)組都是以軸承用管、機(jī)械及結(jié)構(gòu)用管等品種中、厚壁為主要產(chǎn)品。由此可見(jiàn)，在斜軋管生產(chǎn)工藝中，三輥斜軋管機(jī)從變形特點(diǎn)和設(shè)備結(jié)構(gòu)形式上來(lái)看，是不能從根本上提高軋薄能力和消除內(nèi)表面螺旋道缺陷。新上無(wú)縫鋼管熱軋斜軋項(xiàng)目三輥斜軋沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)可言。對(duì)已建設(shè)的三輥斜軋管機(jī)組，在不影響總體布局條件下，僅將主軋機(jī)替換為二輥新型SCM新型斜軋管機(jī)，可以全面提升軋制薄壁管能力，最大程度地減少或消除鋼管內(nèi)表面螺旋道質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)機(jī)組升級(jí)更新。

1.2 二輥精密軋管機(jī)組

二輥斜軋管機(jī)最初是在斜軋曼氏穿孔機(jī)的基礎(chǔ)上，采用主動(dòng)大導(dǎo)盤(pán)代替固定導(dǎo)板，以實(shí)現(xiàn)穿孔后空心坯管進(jìn)一步延伸軋制。20世紀(jì)80年代后，由于錐形穿孔的推廣及軋輥電控傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)A·Standard公司推出軋輥有輾軋角的布置結(jié)構(gòu)（錐形軋輥）并帶主動(dòng)導(dǎo)盤(pán)的斜軋管機(jī)，稱(chēng)為精密軋管機(jī)［7］。二輥帶主動(dòng)導(dǎo)盤(pán)的精密斜軋管機(jī)變形孔型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 二輥帶主動(dòng)導(dǎo)盤(pán)的精密斜軋管機(jī)變形孔型結(jié)構(gòu)示意

我國(guó)最早從美國(guó)A·Standard公司引進(jìn)的第一套Φ180 mm Accu Roll精密軋管機(jī)組的主要設(shè)計(jì)工藝參數(shù)為：①軋制節(jié)奏23 s，平均小時(shí)產(chǎn)量51.05 t；②軋制延伸系數(shù)1.5～3.0；③軋制后外徑D與壁厚S之比的最大值為44.5；④鋼管壁厚精度±5%；⑤熱軋成材率95.1%。該機(jī)組的生產(chǎn)情況表明，將斜軋變形工藝通過(guò)嚴(yán)密的軋制數(shù)學(xué)模型、采用先進(jìn)的機(jī)械液壓技術(shù)及電控技術(shù)以實(shí)現(xiàn)軋管機(jī)高剛性、精確的控制及工藝參數(shù)調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)熱軋無(wú)縫鋼管精密軋制的初衷理念是無(wú)可指摘的；但是，該精密軋管機(jī)的工藝和設(shè)備技術(shù)是完全建立在理想化基礎(chǔ)上，沒(méi)有具體的軋制工藝和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)。根據(jù)美國(guó)A·Standard公司提供的設(shè)計(jì)資料，從軋制變形計(jì)算中分析，所有工藝計(jì)算都是一種理想條件下的一般斜軋工藝及數(shù)學(xué)方法計(jì)算，采用其設(shè)計(jì)的軋輥輥形基本上不能形成穩(wěn)定生產(chǎn)，尤其是生產(chǎn)薄壁管，軋卡、軋爛或后臺(tái)甩扁經(jīng)常發(fā)生，軋機(jī)延伸系數(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中基本上是小于1.2的，如軋制Φ219 mm規(guī)格鋼管，最薄壁厚也只能達(dá)到12 mm。再加上設(shè)備及自動(dòng)化等因素，該Φ180 mm精密軋管機(jī)組的作業(yè)率低下［7］。

通過(guò)Φ180 mm精密軋管機(jī)組調(diào)試及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累，基于理論研究分析及試軋實(shí)踐，重新制定了新的斜軋工藝，并設(shè)計(jì)了軋輥等變形工具，同時(shí)也改良了設(shè)備及自動(dòng)化技術(shù)，使得機(jī)組生產(chǎn)逐步正常，延伸系數(shù)達(dá)到2，鋼管外徑219 mm，實(shí)現(xiàn)了壁厚6.5 mm為代表的薄壁管規(guī)格的正常生產(chǎn)，鋼管年產(chǎn)量達(dá)到了26萬(wàn)t（設(shè)計(jì)25萬(wàn)t）。自此以后，國(guó)內(nèi)陸續(xù)新建了相同或不同組距的精密軋管機(jī)組，但是所有這類(lèi)精密斜軋管機(jī)仍然沒(méi)有從根本上解決好斜軋軋薄和內(nèi)表面有明顯螺旋道的質(zhì)量問(wèn)題。

應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，近年來(lái)國(guó)內(nèi)斜軋軋管設(shè)計(jì)制造商幾乎沒(méi)有從斜軋管工藝要求和發(fā)展上考慮斜軋?jiān)O(shè)備結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的控制技術(shù)手段，未考慮在提高軋制變形穩(wěn)定性方面采用更合理的設(shè)備結(jié)構(gòu)，而更多從銷(xiāo)售低價(jià)位與競(jìng)爭(zhēng)項(xiàng)目出發(fā)，采用設(shè)備輕量化和簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)方式，大大降低了斜軋管機(jī)變形穩(wěn)定性以及產(chǎn)品質(zhì)量水平，盡管這在市場(chǎng)短缺條件下充分發(fā)揮了低投資、低成本以及生產(chǎn)靈活、企業(yè)收益見(jiàn)效快的優(yōu)勢(shì)。

1.3 斜軋行星軋管機(jī)

行星軋管機(jī)變形原理與輥式斜軋管機(jī)相同，軋輥?zhàn)赞D(zhuǎn)的同時(shí)也圍繞軋制軸作行星旋轉(zhuǎn)，理論上軋后的荒管僅作直線運(yùn)動(dòng)，相對(duì)二輥或三輥斜軋管機(jī)，軋件變形相對(duì)平穩(wěn)。目前，僅德國(guó)Eschweiler ESW工廠的三輥行星斜軋管機(jī)在生產(chǎn)使用，其主要產(chǎn)品是中、厚壁結(jié)構(gòu)用管和機(jī)械用管。三輥行星斜軋管機(jī)輥形及變形區(qū)孔型結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 三輥行星斜軋管機(jī)輥形及變形區(qū)孔型結(jié)構(gòu)示意

行星斜軋管機(jī)采用較大輾軋角（40°～50°），穿孔空心坯從軋輥直徑大端咬入。由于輾軋角較大，變形金屬獲得極大縱向變形，因此行星斜軋管機(jī)能達(dá)到很大延伸系數(shù)（μmax=12），軋輥繞軋制中心作行星旋轉(zhuǎn)，軋后荒管可以保持直線運(yùn)動(dòng)。行星斜軋管機(jī)受設(shè)備結(jié)構(gòu)限制，軋輥安裝方式與三輥軋管機(jī)相同，軋輥直徑相互受軋件直徑制約，而軋輥不得不采用懸臂結(jié)構(gòu)，加上軋輥在主機(jī)架內(nèi)作行星運(yùn)動(dòng)，軋機(jī)剛性差，鋼管內(nèi)表面螺旋道質(zhì)量缺陷明顯，軋薄能力也受橫向三角變形影響。因此，同三輥斜軋管機(jī)（Assel）一樣，行星斜軋管機(jī)也只適用于中、厚壁鋼管的生產(chǎn)。2014年德國(guó)KOCKS公司推出的四輥行星軋管機(jī)，是在三輥行星軋管機(jī)上進(jìn)行了改進(jìn)，企圖減少三輥行星軋管機(jī)的尾三角形成，但仍囿于行星軋管機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)及輥形構(gòu)成特性，在提高質(zhì)量、增加變形軋薄能力方面也沒(méi)有新的突破。因此，這類(lèi)斜軋管機(jī)只適用于軋制易變形的銅管一類(lèi)有色金屬管，不適合大規(guī)模、多規(guī)格、多品種熱軋無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)。

1.4 斜軋旋轉(zhuǎn)擴(kuò)管機(jī)

斜軋旋轉(zhuǎn)擴(kuò)管機(jī)的變形原理與作為二次延伸的輥式斜軋管機(jī)相同。斜軋旋轉(zhuǎn)擴(kuò)管機(jī)軋輥的輾軋角為60°，以構(gòu)成擴(kuò)管變形必需的擴(kuò)管輾軋段。與行星斜軋管機(jī)不同，軋件（加工用鋼管）從小頭咬入，進(jìn)入由軋輥與頂頭所形成的變形區(qū)，并實(shí)現(xiàn)擴(kuò)管變形軋制。斜軋旋轉(zhuǎn)擴(kuò)管機(jī)孔型結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 斜軋旋轉(zhuǎn)擴(kuò)管機(jī)孔型結(jié)構(gòu)示意

現(xiàn)有的斜軋旋轉(zhuǎn)擴(kuò)管機(jī)的軋輥仍然是采用軸單端懸臂固定，同時(shí)作為內(nèi)部變形擴(kuò)管工具的頂頭也是靠頂桿支撐一端進(jìn)行定位。因此，擴(kuò)管變形也是一種不穩(wěn)定的斜軋變形過(guò)程。擴(kuò)管最終產(chǎn)品是大直徑薄壁管，其內(nèi)表面產(chǎn)生螺旋道也是不可避免的，且變形量越大，成品管越薄，螺旋道越嚴(yán)重。

2 斜軋管工藝的改進(jìn)

2009年浙江格洛斯無(wú)縫鋼管有限公司新建的Φ820 mm大直徑斜軋管機(jī)項(xiàng)目，對(duì)斜軋工藝及設(shè)備作了全面改進(jìn)，重點(diǎn)是對(duì)作為二次延伸變形的精密斜軋機(jī)的軋機(jī)變形工藝（包括輥形）制度、軋機(jī)前臺(tái)、限動(dòng)方式尤其是芯棒的工作方式等進(jìn)行改進(jìn)［8-10］，最終Φ820 mm大直徑斜軋管機(jī)的軋薄能力與產(chǎn)品質(zhì)量得到了一定的提升。

基于對(duì)斜軋理論的深入研究和在不同斜軋管機(jī)組上的生產(chǎn)實(shí)踐，可獲得對(duì)斜軋軋管變形的實(shí)質(zhì)性新認(rèn)識(shí)：斜軋管機(jī)是能實(shí)現(xiàn)較大延伸變形量（即軋制延伸系數(shù)為1.5～3.0）和軋制薄壁管（D/S為35～45）的。但是，變形后能否維持已成形的形態(tài)是斜軋管機(jī)能否生產(chǎn)高質(zhì)量無(wú)縫鋼管的關(guān)鍵。

現(xiàn)有的斜軋管工藝是完全能得到全面提高與發(fā)展的，具體方法及途徑主要集中于變形工藝與設(shè)備技術(shù)的全面革新與提升上。

（1）減少斜軋不均勻變形，將實(shí)現(xiàn)均勻變形金屬流動(dòng)的物理?xiàng)l件與斜軋應(yīng)力和應(yīng)變計(jì)算結(jié)合起來(lái)，建立新的斜軋理論計(jì)算方法和工藝設(shè)計(jì)［11-14］。在軋輥的輥形設(shè)計(jì)上，從斜軋管功能要求出發(fā)，擬定變形方案，運(yùn)用精確的數(shù)學(xué)模型和新的設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)軋輥及變形導(dǎo)向工具。對(duì)與變形相關(guān)的所有輔助軋制工具、導(dǎo)向裝置等，以實(shí)現(xiàn)斜軋變形均勻和穩(wěn)定軋制為宗旨進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）從滿足斜軋管工藝要求，提高斜軋變形穩(wěn)定性為目的，突破現(xiàn)有斜軋管工藝固有方式，采用全新的軋管芯棒工作方式，重構(gòu)新的設(shè)備結(jié)構(gòu)方式、芯棒運(yùn)動(dòng)方式及約束方式，消除對(duì)斜軋變形有主要影響的軋輥、芯棒在軋制中的不穩(wěn)定性因素。用設(shè)備的可靠與穩(wěn)定性來(lái)實(shí)現(xiàn)和滿足斜軋的變形工藝條件。

（3）從斜軋管變形工藝穩(wěn)定性出發(fā)，在現(xiàn)有可靠設(shè)備結(jié)構(gòu)及控制方式的基礎(chǔ)上，對(duì)斜軋管機(jī)主機(jī)、前臺(tái)、后臺(tái)等設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)或改進(jìn)，盡可能消除或減少斜軋變形中影響變形穩(wěn)定及對(duì)變形后成型金屬質(zhì)量有不利影響的因素，用整體設(shè)備的穩(wěn)定與可靠性來(lái)保證斜軋變形工藝穩(wěn)定，以期獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。

經(jīng)過(guò)多年對(duì)斜軋軋管工藝的研究，結(jié)合多年生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)有二輥精密斜軋管機(jī)為代表的二次斜軋延伸機(jī)組基礎(chǔ)上推出新一代斜軋管機(jī)組——SCM新型斜軋管機(jī)組。

3 SCM新型斜軋管機(jī)組工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 機(jī)組簡(jiǎn)介

SCM斜軋管機(jī)組是高剛性無(wú)縫鋼管斜軋管機(jī)組的簡(jiǎn)稱(chēng)（S—stiffness and stabilize，C—cross rolling，M—mill），目前已取得注冊(cè)商標(biāo)。SCM斜軋管機(jī)組的主要特點(diǎn)有：

（1）精確理論模型與二輥斜軋生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)結(jié)合而成軋制工藝模塊；

（2）全新的斜軋限動(dòng)芯棒工作方式，即斜軋管機(jī)芯棒前、后臺(tái)全支撐軋制工藝；

（3）獨(dú)有專(zhuān)利設(shè)備技術(shù)（獲得3項(xiàng)中國(guó)專(zhuān)利，同時(shí)德國(guó)、意大利專(zhuān)利已受理）的新型設(shè)備結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于SCM新型斜軋管機(jī)組新的軋管芯棒工作方式、軋機(jī)本體主機(jī)設(shè)備、軋機(jī)前臺(tái)及后臺(tái)設(shè)備。同時(shí)，這些專(zhuān)利技術(shù)也可廣泛用于輥式斜軋穿孔機(jī)、三輥軋管機(jī)（Assel）和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)管機(jī)類(lèi)斜軋管工藝設(shè)備的改進(jìn)。

3.2 軋制工藝模塊內(nèi)容及軋輥設(shè)計(jì)方法

（1）消除影響變形穩(wěn)定的各因素。分析影響變形穩(wěn)定的因素，如軋輥輾軋角變動(dòng)因素，并對(duì)此提出新的設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大可能地消除軋輥輾軋角在實(shí)際變形過(guò)程中的變動(dòng)因素。

（2）建立精密斜軋變形及輥形設(shè)計(jì)的現(xiàn)代數(shù)學(xué)模型。包括：輥形與變形區(qū)數(shù)學(xué)關(guān)系模型，以滿足于金屬變形等效均勻應(yīng)變規(guī)律及輥形設(shè)計(jì)方法。

3.3 設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

SCM新型斜軋管機(jī)的結(jié)構(gòu)是在現(xiàn)有生產(chǎn)運(yùn)行的精密二輥斜軋管機(jī)、大直徑斜軋管機(jī)基礎(chǔ)上的全面創(chuàng)新設(shè)備結(jié)構(gòu)，主要包括一個(gè)發(fā)明專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)201710387429.4，專(zhuān)利名稱(chēng)“熱軋無(wú)縫鋼管斜軋機(jī)前、后臺(tái)芯棒全支撐軋制工藝、設(shè)備技術(shù)”）和兩個(gè)實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)（專(zhuān)利號(hào)201720603844.4，專(zhuān)利名稱(chēng)“熱軋無(wú)縫鋼管斜軋機(jī)前、后臺(tái)芯棒全支撐軋制的設(shè)備構(gòu)造”；專(zhuān)利號(hào)201720603633.0，專(zhuān)利名稱(chēng)“用于熱軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)的水平換輥全封閉框式機(jī)架”）。

（1）全面創(chuàng)新的軋管芯棒工作方式。

全面創(chuàng)新的芯棒工作方式就是在軋制過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)熱軋無(wú)縫鋼管斜軋管機(jī)前、后臺(tái)芯棒全支撐軋制工藝的芯棒工作方式。其要點(diǎn)是：在斜軋過(guò)程中，將現(xiàn)有芯棒從軋機(jī)入口與出口端同時(shí)限位、夾持，形成在軋機(jī)前、后臺(tái)芯棒頭尾兩端同時(shí)固定、限位支撐，最大程度地減少芯棒徑向位移和荒管的甩動(dòng)。這種新的芯棒工作方式，實(shí)際上也是接近于連軋管機(jī)芯棒工作方式，芯棒在變形中是由各機(jī)架夾持以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位和穩(wěn)定。SCM新型斜軋管機(jī)芯棒及芯棒定位棒工作情況如圖6所示。

圖6 SCM新型斜軋管機(jī)芯棒及芯棒定位棒工作情況示意

（2）實(shí)現(xiàn)斜軋管機(jī)前、后臺(tái)芯棒全支撐軋制新工藝的設(shè)備構(gòu)造。

熱軋無(wú)縫鋼管斜軋管機(jī)前、后臺(tái)芯棒全支撐軋制工藝的設(shè)備構(gòu)造，要旨是實(shí)現(xiàn)軋管變形過(guò)程中工作芯棒的全面限位與穩(wěn)定。在斜軋限動(dòng)軋制方式中，工作芯棒仍然由前臺(tái)完成在線或離線穿棒過(guò)程，空心毛管與工作芯棒進(jìn)入軋制線，由限動(dòng)裝置將芯棒與空心毛管推入斜軋管機(jī)孔型中，在斜軋管機(jī)的后臺(tái)新增設(shè)計(jì)了1個(gè)芯棒定位棒，并由后臺(tái)的止推小車(chē)將該芯棒定位棒送入斜軋管機(jī)孔型中，芯棒定位棒與芯棒間進(jìn)行在線連接成為一個(gè)整體。前臺(tái)限動(dòng)裝置、送料裝置聯(lián)動(dòng)將芯棒與空心毛管一并送入斜軋主機(jī)的孔型中進(jìn)行限動(dòng)軋制。與傳統(tǒng)限動(dòng)芯棒工藝不同，工作芯棒在軋制中具有了在芯棒工作段前、后兩端進(jìn)行支撐約束的功能，即芯棒工作段在斜軋管機(jī)前臺(tái)部分為現(xiàn)用常規(guī)支撐，芯棒工作段在斜軋管機(jī)后臺(tái)部分由芯棒定位棒提供支撐作用，并通過(guò)后臺(tái)相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)芯棒定位棒的定位與限位作用，從而保證結(jié)合后“長(zhǎng)芯棒”的軋制穩(wěn)定性。

實(shí)現(xiàn)斜軋后臺(tái)芯棒定位棒與前臺(tái)工作芯棒全面穩(wěn)定的關(guān)鍵設(shè)備是雙功能抱輥抱瓦機(jī)構(gòu)和機(jī)內(nèi)穩(wěn)定裝置等。SCM新型斜軋管機(jī)主機(jī)及后臺(tái)設(shè)備如圖7所示。

圖7 SCM新型斜軋管機(jī)主機(jī)及后臺(tái)設(shè)備示意

（3）斜軋機(jī)水平換輥、全封閉框式機(jī)架結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在所有斜軋管機(jī)和穿孔機(jī)，都是有U型斷面的主機(jī)架開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)形式，盡管也采用液壓缸鎖緊，但是在軋制力作用下，U型斷面的開(kāi)式機(jī)架產(chǎn)生的彈性變形仍然較大、剛性較差。由于斜軋時(shí)軋制工件螺旋前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，在各種因素影響下，兩個(gè)軋輥和芯棒的工作位置變化不會(huì)是同步的。再加上開(kāi)式機(jī)架的較大彈性變形量，從而使軋輥軸相對(duì)軋制中心線的實(shí)際位置是偏離理想設(shè)定位置的，實(shí)際變形過(guò)程中，軋輥與芯棒間的距離波動(dòng)變化也較大——軋制穩(wěn)定性差。由此體現(xiàn)在軋機(jī)荒管的壁厚精度下降，荒管內(nèi)表面產(chǎn)生的明顯的內(nèi)螺旋道是由軋機(jī)剛性和軋制過(guò)程中變形區(qū)整體綜合穩(wěn)定性差所導(dǎo)致的，文獻(xiàn)［7］也詳述了斜軋變形區(qū)孔型變化與軋輥工作位置（由設(shè)備結(jié)構(gòu)決定）變化之間的關(guān)系。

SCM新型斜軋管機(jī)主機(jī)采用具有閉式機(jī)架結(jié)構(gòu)的工作機(jī)架專(zhuān)利創(chuàng)新技術(shù)，全面替代現(xiàn)有的U型斷面主機(jī)座與機(jī)蓋組合構(gòu)成工作機(jī)架的方式。通過(guò)對(duì)閉式機(jī)架的設(shè)計(jì)，使之具有水平方式移出和移入進(jìn)行軋輥更換的特點(diǎn)，形成一種全新的水平換輥全封閉框架式鋼管斜軋管機(jī)機(jī)架。顯然，這種全封閉框架式機(jī)架結(jié)構(gòu)是具有最高剛性的軋管機(jī)主機(jī)架，極大地提高了斜軋管機(jī)的穩(wěn)定性。SCM新型斜軋管機(jī)主機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖8所示，軋輥更換如圖9所示。

圖8 SCM新型斜軋管機(jī)主機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意

圖9 SCM新型斜軋管機(jī)軋輥更換示意

由此設(shè)計(jì)的斜軋機(jī)前、后臺(tái)芯棒全支撐軋制新工藝的設(shè)備結(jié)構(gòu)和全封閉框式機(jī)架結(jié)構(gòu)，大幅度減少了現(xiàn)有斜軋管機(jī)軋制不穩(wěn)定因素，是提升斜軋工藝的全新創(chuàng)新性方案。

這里必須強(qiáng)調(diào)，縱觀近30年來(lái)連軋技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論二輥還是三輥或者最近國(guó)內(nèi)推出的四輥結(jié)構(gòu)，連軋變形原理沒(méi)有任何方式變化，變化的是設(shè)備結(jié)構(gòu)形式，如三輥?zhàn)钤绮捎盟淼朗綑C(jī)架，也是一種全封閉機(jī)架結(jié)構(gòu)（PQF），后來(lái)演變單側(cè)、雙側(cè)向換機(jī)架，根本要義仍然是最大可能地減少機(jī)架變形，提高設(shè)備剛性與生產(chǎn)便利性，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。上述對(duì)斜軋管機(jī)的改進(jìn)實(shí)質(zhì)上也是異曲同工。

4 SCM新型斜軋管機(jī)組的主要經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)

文獻(xiàn)［7］分析了企業(yè)建設(shè)熱軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)線，選擇軋管機(jī)類(lèi)型時(shí)主要考慮的因素；比較了國(guó)內(nèi)某企業(yè)Φ180 mm連軋管機(jī)組與Φ180 mm Accu Roll斜軋管機(jī)組的主要經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。對(duì)比分析認(rèn)為，斜軋管機(jī)組在投資與生產(chǎn)運(yùn)行上與連軋管機(jī)組相比更經(jīng)濟(jì)，在新市場(chǎng)環(huán)境下有相對(duì)更大的靈活性和適應(yīng)性。SCM新型斜軋管機(jī)的工藝及設(shè)備新專(zhuān)利技術(shù)是在目前國(guó)內(nèi)大量正常生產(chǎn)的二輥斜軋管機(jī)組的基礎(chǔ)上進(jìn)行了全面提升與更新，盡管SCM新型斜軋管機(jī)的工藝條件（芯棒工作方式）、設(shè)備結(jié)構(gòu)（主機(jī)與前、后相關(guān)設(shè)備）與現(xiàn)有二輥斜軋管機(jī)（如Accu Roll機(jī)組）完全不同，但整體變形工藝原理與工藝流程是相同的，并沒(méi)有增加會(huì)使生產(chǎn)運(yùn)行成本提高的工藝與設(shè)備；因此，現(xiàn)有精密軋管機(jī)的生產(chǎn)運(yùn)行指標(biāo)可以作為SCM新型斜軋機(jī)的參照。

PQF連軋機(jī)管與SCM新型斜軋管機(jī)組的投資收益對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 PQF連軋機(jī)管與SCM新型斜軋管機(jī)組的投資收益對(duì)比

參照表1，并結(jié)合文獻(xiàn)［7］中連軋管機(jī)組與斜軋管機(jī)組的主要經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，可以看出SCM新型斜軋管機(jī)組在投資與生產(chǎn)運(yùn)行上比連軋管機(jī)更經(jīng)濟(jì)，同時(shí)在新的市場(chǎng)環(huán)境下相對(duì)具有更大的靈活性和適應(yīng)性。

5 SCM新型斜軋管機(jī)組的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)

綜上所述，SCM新型斜軋管機(jī)組具有以下優(yōu)勢(shì)：①軋制質(zhì)量同連軋質(zhì)量水準(zhǔn)，鋼管壁厚公差ΔS≤5%；②機(jī)組產(chǎn)品規(guī)格范圍寬，生產(chǎn)組織靈活；③投資低，同規(guī)格機(jī)組的投資總額不到連軋管機(jī)組的1/2；④生產(chǎn)成本少，比連軋少1/4；⑤項(xiàng)目建設(shè)投資回收期短，僅為連軋項(xiàng)目的1/5；⑥可以生產(chǎn)高合金管及特種鋼管（不銹鋼管、鈦管等），規(guī)格多，生產(chǎn)靈活，可以快速適應(yīng)市場(chǎng)；⑦生產(chǎn)操作容易，運(yùn)行及設(shè)備維修費(fèi)用低；⑧基于生產(chǎn)實(shí)踐的工藝及設(shè)備創(chuàng)新專(zhuān)利技術(shù)，新建或技改升級(jí)均無(wú)風(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

SCM新型斜軋管工藝及設(shè)備技術(shù)是基于生產(chǎn)實(shí)踐，針對(duì)現(xiàn)有斜軋管工藝設(shè)備在生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量方面存在的問(wèn)題，有效改進(jìn)和全面優(yōu)化與提升斜軋管技術(shù)得到的。在新的產(chǎn)業(yè)局面和無(wú)縫鋼管市場(chǎng)環(huán)境條件下，斜軋管工藝方法是更具適應(yīng)性的生產(chǎn)工藝，采用全面升級(jí)換代的SCM新型熱軋無(wú)縫鋼管斜軋管機(jī)，可以提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，是值得采用和發(fā)展的新型軋管機(jī)。