改善荒管頭部直線狀壁厚不均勻的方法與流程

2023-05-29 12:40:01 2

本發明涉及鋼管制備技術領域，特別涉及一種改善荒管頭部直線狀壁厚不均勻的方法。

背景技術：

目前比較先進的連軋管機組熱軋生產切頭切尾損耗約為4％；其中切頭約佔60％(切頭損耗約為2.4％)；切尾佔約40％(切尾損耗約為1.6％)。切頭切尾是切去鋼管幾何尺寸達不到成品鋼管尺寸精度要求的頭和尾部分。

經現場檢測切頭長度長是因為鋼管頭部直線狀壁厚不均勻，壁厚超正負公差而不得不切掉，為什麼會出現這種情況呢？具體見下面敘述(註：本文以荒管先從連軋管機軋制出來的那一端定義為鋼管的頭部)。

熱軋無縫鋼管連軋管機組生產工藝流程如圖8。

在熱軋無縫鋼管生產過程中主要變形工序為穿孔、連軋、減徑三道工序。

穿孔：將實心的管坯變為空心的毛管，可以理解為定型，既將軋件斷面定為圓環狀，其設備被稱為穿孔機。穿孔作為金屬變形的第一道工序，穿出的管子壁厚較厚、長度較短、內外表面質量較差，因此叫做毛管。對壁厚精度而言穿孔工序產生毛管壁厚精度尺寸超差主要是螺旋狀壁厚不均，如果在毛管上存在缺陷，經過後面的工序很難消除或減輕。所以在鋼管生產中穿孔工序起著重要作用。

目前國內連軋管機組裝備的基本上是錐形輥斜軋穿孔機。穿孔機兩個軋輥是同一方向旋轉，且軋輥軸相對軋制軸線傾斜，相交一個角度稱作前進角(或餵入角)。當管坯送入軋輥中，靠軋輥和金屬之間的摩擦力作用，軋輥帶動管坯 反向旋轉，管坯邊旋轉邊前進，即管坯螺旋前進，經過一對軋輥、一對導板(或導盤)和一個頂頭所組成的穿孔機孔型變形區後，實心管坯就被穿成了空心毛管。由於前進角(或餵入角)的存在，管坯-毛管在旋轉的同時向軸向移動，在變形區中管坯-毛管上每一點都是螺旋運動，即一邊旋轉，一邊前進。因穿孔機此工藝特點--穿後毛管10的頭部都會存在一定程度的斜口11(見圖1)，延伸率越大所產生的斜口越斜。

軋管：將厚壁的毛管變為薄壁(接近成品壁厚)的荒管，可以視其為定壁，即根據後續工序的減徑量和經驗公式確定本工序荒管的壁厚值，該設備被稱為軋管機(連軋機)。對壁厚精度尺寸而言，連軋工序產生荒管壁厚精度尺寸超差一般是直線狀壁厚不均，如果在荒管上存在缺陷，經過後面的工序也很難消除或減輕，因此在鋼管生產中連軋工序也起著重要作用。

鋼管連軋是一個由毛管和芯棒一起在多個機架中運動的過程，鋼管的變形和運動同時受軋輥和芯棒的共同作用。芯棒可以是自由浮動式的，也就是全靠金屬帶動向前運動；也可以是限動式的，也就是給予芯棒一個運動速度，限制其自由運動。將芯棒插入毛管一起送入連軋機進行連續軋制，毛管在連軋機中縱向碾壓拉伸變形延伸，在軋制過程中芯棒徑向是浮動的。目前國內連軋管機組主要裝備的一個是：兩輥限動芯棒連軋管機組(Multi-stand Pipe Mill，簡稱MPM)9套。MPM連續軋管機組通常是由5-8個機架順列布置的兩輥式單孔型軋管機。孔型採用比普通連軋管機開口角稍小的封閉式圓孔型(帶狐形開口)。通常每個機架軋輥中心線與水平面呈45度，相鄰機架互為90度交叉布置。另一個是：三輥限動芯棒連軋管機組(Premium Quality Finishing，簡稱PQF)19套。PQF連軋管機組通常是由5～8個機架順列布置的三輥式單孔型軋管機。孔型採用三輥封閉式孔型設計。三個軋輥互成120度角，前後機架軋輥互成60度布置。

減徑：大圓變小圓，可以視其為定徑，相應的設備為減徑機，其主要作用是消除前道工序軋制過程中造成的荒管外徑不一(同一支或同一批)，以提高熱軋成品管的外徑精度和真圓度。減徑工序是用無芯棒連軋方法對荒管外圓進行加工，減小鋼管直徑並進行延伸。減徑機是使大管徑的荒管縮到外徑、壁厚 熱尺寸達到精度要求的鋼管，一般由12～24架組成。

目前國內連軋管機組裝備配套的基本上是三輥式張力減徑機，最大減徑率可達80％，最大減壁率可達44％。張力減徑機有兩端增厚的缺點，荒管經過減徑機後，鋼管頭、尾會產生增厚端，主要原因是軋件兩端總有相當於機架間距的一段長度，一直都是在無張力狀態下減徑。圖2a至圖2c是以五機架減徑時為例繪製的頭尾增厚端圖，從圖上可以看出荒管20經過1號機架31、2號機架32、3號機架33、4號機架34、5號機架35減徑後頭、尾增厚端21、22的長度L1、L2是一樣長的；均為一個機架間距長度X的荒管20經過1號機架31、2號機架32、3號機架33、4號機架34、5號機架35減徑後的長度(即一個機架間距長度X加上一個機架間距長度X的荒管經1號到5號機架減徑後的延伸長度Y)。如來料荒管壁厚均勻經過減徑工序後是不會造成鋼管頭部出現直線狀壁厚不均，有張力的情況下等比例減壁，無張力的情況下等比例增壁。

由於毛管40頭部的斜口41造成軋機軋制咬鋼時(見圖3a和圖3b)各軋輥51、52工況不一樣，先接觸毛管40的斜口41的軋輥51與毛管40的接觸面積大，後接觸毛管40的斜口42的軋輥52與毛管40的接觸面積小，由於芯棒60是浮動的在軋制時接觸面積大的地方變形小，接觸面積小的地方變形大，從而使荒管40a前端部壁厚產生直線狀壁厚不均。咬鋼後雖各軋輥的軋制工況一致了，產生單邊後是不能突變的，需要有一段軋制過程才能遂漸歸中消除單邊(見圖4)。

綜上所敘分析，原因是穿後毛管頭部有不同程度的斜口，進入連軋機進行軋制時，軋輥咬鋼時各軋輥的工況不一樣造成荒管頭部有一段直線狀壁厚不勻，這樣的直線狀壁厚不勻經過減徑後是不能消除的，要解決這個問題需要採取措施。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於針對現有技術所存在的不足而提供一種改善荒管頭部直線狀壁厚不均勻的方法，以避免荒管頭部產生直線狀壁厚不均，減少切頭損耗，使鋼管生產的金屬消耗下降提高成材率，降低成本提高效 益。

本發明所要解決的技術問題可以通過以下技術方案來實現：

改善荒管頭部直線狀壁厚不均勻的方法，其特徵是在毛管進入連軋機前採取縮口工序對毛管頭部進行縮口，使軋機咬鋼軋制時各軋輥的工況一致以避免荒管頭部產生直線狀壁厚不均，減少切頭損耗。

由於採用了如下的技術方案，本發明與現有技術相比，具有如下優點：

採取措施後可以使切頭消耗基本上和切尾消耗一樣，這樣以來可降低金屬消耗約為0.7％左右％；

全流程(從廢鋼-冶煉-管坯-鋼管)鋼管生產的鋼管和廢鋼的差價按2000元/t計；

全流程鋼管生產能耗按600kg標煤/t計；

一個年產量50萬噸的連軋管機組一年：

經濟效益為：50*0.7％*2000＝700萬元

少燃耗標煤為：50*0.7％*0.6＝0.21萬噸(環保效益：少向大氣排放二氧化碳、硫、粉塵等)

我國自1985年建成首套φ140mm全浮動芯棒連軋管機組以來，截至2013年，我國已有連軋管機組30套，其中引進機組21套，佔比為70％；國產9套，佔比為30％。現有連軋管機組的設計生產能力達1478萬噸。如此技術在全國推廣開將會產生很大的經濟效益和社會效益(環保)。

附圖說明

圖1為現有進入連軋機前的穿後毛管頭部結構示意圖。

圖2a為以五機架為例的現有鋼管減徑示意圖。

圖2b為以五機架為例現有鋼管減徑後的鋼管頭部增厚端結構示意圖。

圖2c為以五機架為例現有鋼管減徑後的鋼管尾部增厚端結構示意圖。

圖3a為現有毛管在軋機剛咬鋼軋制時的示意圖。

圖3b為圖3a的A-A剖視圖。

圖4為現有毛管軋制過程示意圖及軋制後荒管頭部效果示意圖。

圖5為本發明縮口後的毛管結構示意圖。

圖6為本發明縮口後的毛管在軋機咬鋼前的示意圖(毛管與軋輥剛接觸時)。

圖7為本發明縮口後的毛管軋制過程示意圖及軋制後荒管頭部效果示意圖。

圖8是熱軋無縫鋼管連軋管機組生產工藝流程圖。

具體實施方式

參見圖5和圖6，本發明的改善荒管頭部直線狀壁厚不均勻的方法，是在毛管100進入連軋機前採取縮口工序對毛管頭部110進行縮口，使軋機咬鋼軋制時各軋輥210、220的工況一致以避免荒管頭部產生直線狀壁厚不均，減少切頭損耗。

圖5和圖6中的300為芯棒。

參見圖7，本發明縮口後的毛管100經軋制後的荒管400的頭部410壁厚均勻度有很大改善(與圖4比較)，減少了鋼管頭部裁切量。

本發明不改變其它的現有鋼管軋制工藝。