馮世云

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

Ф180 mm TCM三輥連軋管機(jī)組142 mm孔型的設(shè)計(jì)開發(fā)

馮世云

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

為了進(jìn)一步優(yōu)化Ф180 mm TCM三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在該機(jī)組原有的孔型系列基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)了142 mm孔型，使產(chǎn)品規(guī)格由原來的Ф60～180 mm×4～25 mm拓展至Ф33.4～180.0 mm×3.0～25.0 mm。介紹了新孔型的設(shè)計(jì)思路與開發(fā)過程，以及試生產(chǎn)情況。生產(chǎn)結(jié)果表明：142 mm孔型設(shè)計(jì)合理，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良。

三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組；孔型設(shè)計(jì)；142 mm孔型

太原重工股份有限公司Ф180 mm TCM三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組于2010年4月在山東墨龍石油機(jī)械股份有限公司試車成功，其產(chǎn)品規(guī)格為Ф60～180 mm×4～25 mm，可年產(chǎn)熱軋無縫鋼管 40 萬t［1-3］。為滿足用戶的不同需求，要求該機(jī)組拓展產(chǎn)品規(guī)格下限，因此決定在原孔型的基礎(chǔ)上開發(fā)142 mm新孔型，將產(chǎn)品規(guī)格拓展至Ф33.4～180.0 mm×3.0～25.0 mm。

本文將重點(diǎn)介紹142 mm孔型的開發(fā)和試生產(chǎn)情況。

1 142 mm孔型設(shè)計(jì)思路

連軋管機(jī)組的孔型設(shè)計(jì)一般是按該孔型軋制的最小名義壁厚作為計(jì)算依據(jù)［4-9］。根據(jù)成品的最小壁厚要求，選取Ф33.4 mm×3.0 mm規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)；考慮到張力減徑機(jī)的減徑減壁量，連軋孔型選取名義直徑142 mm進(jìn)行設(shè)計(jì)，軋后的荒管壁厚選3.5 mm，芯棒選Ф134.5 mm；穿孔毛管壁厚選11.5 mm，毛管外徑選165 mm，毛管和芯棒間隙量取經(jīng)驗(yàn)值7.5 mm；根據(jù)管坯的市場(chǎng)情況，決定選用Ф150 mm連鑄坯。擬定的機(jī)組產(chǎn)品規(guī)格變化過程為：Ф150 mm連鑄坯→Ф1 65 mm×11.5 mm毛管→Ф142 mm×3.5 mm連軋管→Ф33.4 mm×3.0 mm成品管。其中毛管擴(kuò)徑率為10%，連軋總減徑量為23 mm，張力減徑量達(dá)74.4%。

2 穿孔機(jī)孔型設(shè)計(jì)

2.1 導(dǎo)板設(shè)計(jì)

Ф180 mm TCM三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組的穿孔機(jī)采用“導(dǎo)板+錐形輥+頂頭”構(gòu)成封閉的穿制孔型。根據(jù)以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)分析，錐形輥不需要更改，只需要對(duì)導(dǎo)板進(jìn)行重新設(shè)計(jì)?？紤]到連鑄坯的外徑偏差以及咬入等因素，將導(dǎo)板的入口角度設(shè)定為4.5°，出口角度設(shè)定為3°，其余尺寸相應(yīng)變化，即可滿足擴(kuò)徑需要。

2.2 頂頭設(shè)計(jì)

根據(jù)選用的連鑄坯直徑與毛管尺寸，選擇三段式頂頭，通過計(jì)算穿孔變形區(qū)的長(zhǎng)度、頂頭前伸量和頂前壓下率，兼顧考慮隨著毛管規(guī)格系列從薄壁到厚壁，其與頂頭的間隙量漸變，穿孔區(qū)頂頭尺寸及對(duì)應(yīng)毛管尺寸見表1。

表1 穿孔區(qū)頂頭尺寸及對(duì)應(yīng)毛管尺寸mm

3 連軋管機(jī)孔型設(shè)計(jì)

Ф180 mm TCM三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)的孔型設(shè)計(jì)，選用該孔型所軋制鋼管的最薄壁厚進(jìn)行計(jì)算。通常前2架機(jī)架采用的變形量較大，后2架機(jī)架的變形量較小，奇數(shù)機(jī)架的減壁量總和等于偶數(shù)機(jī)架的減壁量總和，荒管在后2架機(jī)架出口處規(guī)圓，由脫管機(jī)完成脫棒?？紤]到芯棒的膨脹系數(shù)以及機(jī)組的附加公差，新孔型按軋制荒管尺寸Ф141.65 mm×3.5 mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)三輥連軋的變形特點(diǎn)，在進(jìn)行Ф180 mm TCM三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)142 mm孔型設(shè)計(jì)時(shí)，特意減小了孔型槽底與軋槽側(cè)壁之間的圓周速度差異，有效地減小了軋件縱向拉裂缺陷的產(chǎn)生。Ф180 mm TCM三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)孔型參數(shù)如圖1所示［10-11］，142 mm 孔型基本參數(shù)見表 2，Ф33.4 mm×3.0 mm鋼管的連軋參數(shù)見表3。

通過計(jì)算得出連軋孔型的重要參數(shù)，并在數(shù)值模擬運(yùn)算表中輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過程序校驗(yàn)，優(yōu)化孔型參數(shù)，算出附加公差最小的一組數(shù)據(jù)作為孔型參數(shù)最終值，并根據(jù)不同壁厚確定所用芯棒規(guī)格。

圖1 Ф180 mm TCM三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)孔型參數(shù)示意

表2 Ф180 mm TCM連軋管機(jī)142 mm孔型基本參數(shù)

表3 Ф33.4 mm×3.0 mm鋼管的連軋參數(shù)

4 脫管機(jī)和張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)

限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)之后設(shè)置脫管機(jī)，脫管機(jī)在限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組中具有重要的作用，其孔型設(shè)計(jì)的好壞對(duì)于整個(gè)連軋工藝具有不可忽視的影響。

針對(duì)該連軋管機(jī)組142 mm孔型，脫管機(jī)采用132 mm孔型，脫管機(jī)的孔型基本參數(shù)見表4；其后布置張力減徑機(jī)，對(duì)脫管后的荒管再次進(jìn)行減徑分配，張力減徑機(jī)的孔型基本參數(shù)見表5。

表4 脫管機(jī)的孔型基本參數(shù)

表5 張力減徑機(jī)的孔型基本參數(shù)

5 生產(chǎn)情況

2012年12月初，在韓國(guó)日進(jìn)公司Ф180 mm TCM三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)上進(jìn)行了Ф33.4 mm×3.0 mm鋼管的試生產(chǎn)，并一次軋制成功，標(biāo)志著開發(fā)的142 mm孔型具備了批量生產(chǎn)的能力。截至2012年年底，采用142 mm孔型共生產(chǎn)Ф33.4 mm×3.0 mm、Ф38.1 mm×3.0 mm等小規(guī)格鋼管1 000余噸，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，一次合格率在96%以上，實(shí)際軋制負(fù)荷均在理想狀態(tài)下。生產(chǎn)的部分規(guī)格鋼管的切頭、切尾長(zhǎng)度和綜合成材率見表6。

6 結(jié) 語(yǔ)

軋制生產(chǎn)證明，Ф180 mm TCM三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組142 mm孔型設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)出的產(chǎn)品尺寸精度高，質(zhì)量良好，具備批量生產(chǎn)能力。

142 mm孔型的成功開發(fā)和批量生產(chǎn)，不僅進(jìn)一步擴(kuò)大了Ф180 mm TCM三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組可生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格范圍，同時(shí)證明我國(guó)已完全掌握設(shè)計(jì)三輥連軋管機(jī)的核心技術(shù)。

［1］王愛國(guó)，馮世云.Ф180 mm TCM三輥限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組的工藝裝備特點(diǎn)［J］.鋼管，2014，43（6）：34-37.

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表6 鋼管切頭尾長(zhǎng)度及綜合成材率

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Design and Development of 142 mm Pass of Ф180 mm TCM 3-roll Mandrel Pipe Mill

FENG Shiyun
（Technical Center，Taiyuan Heavy Industry Co.，Ltd.，Taiyuan 030024，China）

To further optimize product mix of the Ф180 mm TCM 3-roll retained mandrel pipe mill，the 142 mm pass is designed and developed on the basis of the original pass series，which results in the extension of the mill’s product size range from the original Ф60～180 mm×4～25 mm to Ф33.4～180.0 mm×3.0～25.0 mm.Described here are the design idea and development details of the new pass，and the trial production therewith.The operation result shows that the design of the 142 mm pass is reasonable，and has brought about excellent product quality.

3-roll retained mandrel pipe mill；pass design；142 mm pass

TG333.13

B

1001-2311（2015）02-0032-04

馮世云（1976-），男，工程師，主要從事冶金軋鋼的設(shè)備設(shè)計(jì)和工藝研究工作。

2014-02-26；修定日期：2014-12-02）