连轧管机是高效生产无缝钢管的轧管机,是将穿孔后的毛管套在长芯棒上,通过一组连续布置的4~11二辊或三辊式机架(一般为 5~9架),对其进行连续轧制并减径减壁的工艺变形设备。现代无缝钢管连轧设备采用长芯棒连续纵轧为技术特征,具有生产能力强、产量高、产品质量好、金属收得率高、吨钢投资小的优点。按照芯棒受控特点,目前有三种不同的连轧管工艺设备:全浮动芯棒连轧管工艺设备、半浮动芯棒连轧管工艺设备和限动芯棒连轧管工艺设备。
备注:对手全浮动生产工艺最为突出的问题是存在“竹节”现象,在连轧管头尾两端存在着外径和壁厚增大类似于“竹节”的形状,这是全浮动芯棒生产工艺与生俱来的问题,由于在连轧管轧制过程中,芯棒悬浮动的,它的运动状态唯一的取决于轧辊转速和荒管金属变形,是通过与其接触的荒管之间的摩擦而受到影响,在连轧咬入和抛出的非稳态轧制时,浮动的芯棒随荒管进入或离开某架轧机,轧辊的共同作用有了突变,使芯棒产生速度阶跃,对金属变形的影响反映在荒管头尾段局部外径和壁厚比稳态轧制时要大,恶化了荒管纵向壁厚的均匀性,降低了金属收得率。
1977 年世界上第一套 Ø127二辊半浮动芯棒连轧管机组在法国建成投产,其连轧管机机架数为7架,并配有24机架的张力减径机。1997年湖南衡阳华菱钢管建成投产1套德国Meer制造的 Ø89mm半浮动芯棒连轧管机组。其特点:①轧管过程芯棒处于限动的工艺特征,只是荒管尾端在接近连轧管机最后两个机架时,限动装置释放芯棒,此时显现出芯棒全浮动工艺特征,芯棒从连轧管机后台冷却循环;②采用芯棒预穿技术,每分钟可轧制 3.5支荒管,生产效率较高。
3)二辊限动芯棒连轧管机
1978 年世界上第一套 Ø355.6mm二辊限动芯棒连轧管机组MPM(Multi-stand Pipe Mill—多机架连轧管机)在意大利建成投产,连轧管机机架数为8架,并配有7机架的微张力减径机。接着出现了连轧机架4~5台的少的机架数Mini-MPM连轧管机组,2000年原包钢无缝厂建成投产了一套 Ø180mm Mini-MPM连轧管机组,是我国第一套少机架限动芯棒连轧管机组,采用5台连轧机架。其特点:①芯棒前行速度受控,解决了荒管在连轧过程中易产生“竹节”缺陷的问题;②缩短了芯棒长度,采用限动工艺所需的芯棒长度比全浮动工艺缩短了30%~40%;③芯棒长度的缩短,降低了芯棒由于过长而带来的制造难度和芯棒消耗;④采用限动工艺,可降低轧制时的尖峰负荷。
4)三辊限动芯棒连轧管机
2004年世界上第一套 Ø168mm的三辊限动芯棒连轧管机PQF(Premium Quality Finishing)在我国天津钢管建成投产,连轧管机机架数为6架,配有24机架张力减径机。其特点:①轧制荒管径壁比D/S可达45以上;②由于三辊孔型的半径差小于二辊,因此轧件变形更加均匀、平稳,使产品壁厚精度和表面质量高于MPM机组,且轧制荒管直径越大,优势越明显;③具有更高的效率和适应能力,可轧制高钢级油井管、高压锅炉管和不锈钢等难轧品种。 经过近30多年发展,限动芯棒连轧管技术更是成为一种先进的高质量无缝钢管轧制技术。截止2016年国内已有热轧无缝钢管机组近30余套,其中三辊限动芯棒连轧管机组PQF近20套,其中Ø460mm PQF机组3套,Ø508mm PQF机组1套,Ø820mm PQF机组1套,多数为引进设备,也有部分机组为国内集成建设或为国产机组。目前国产连轧机组生产商主要有太原通泽、太原重工、天津君晟等公司。 下面结合2012年包钢公司建设的Ø460 mm PQF机组为例,对该企业三辊连轧管机组的产品规格、工艺流程及其设备配置方面的特点进行介绍。 包钢Ø460 mm三辊连轧管机组的主要产品为石油套管,其产量占机组全部热轧量的50.3%,其他产品包括高压锅炉管、机械结构管、管线管、气瓶管和石化用管等。在石油套管产品中,高合金高抗腐蚀系列套管、高抗硫系列套管、3Cr抗腐蚀系列套管、高钢级套管等高合金含量、高附加值的套管又占了主要部分。该机组产品定位的显著特点是:着眼于生产优质高附加值系列套管,满足油田对深井用和高抗腐蚀系列套管日益增长的需求。 包钢Ø460 mm三辊连轧管机组的主要设备配置包括管坯锯、环形加热炉、锥形辊穿孔机、三辊式PQF高精度5机架连轧管机、脱管机、12机架定(减)径机、步进式冷床、排管锯、矫直机、吹灰装置、漏磁探伤装置及测长称重喷标装置等。配套的辅助设施主要有电气主控室、旋流池、除尘装置等。 该机组使用Ø350、390、430 mm倍尺管坯,长度为6000~10000 mm。根据生产需要,倍尺的管坯由磁盘吊车吊运到管坯准备区的上料台架上,经辊道运送并称重、测长后,运送到圆盘冷锯处切割成定尺长度,然后由辊道运送并由链式装置移送并提升至标高+6.0 m平台的辊道上,再由装料机送入环形加热炉中加热。加热温度为1250~1280℃。加热后的管坯经出料炉门、辊道、横移台架运至穿孔机前台。
管坯经尾部热定心后被拨入穿孔机入口前台,由穿孔机将管坯穿轧成空心毛管。毛管在送往连轧管机之前,在抗氧化站内进行内部喷吹氮气和硼砂处理(备注:此为限动芯棒工艺必须的工序,防止氧化),然后由横移小车运送到连轧管机的前台。毛管由拨料器拨入连轧管机入口辊道,经高压水除鳞后进入连轧管机进行轧制,毛管在此过程中减壁变形,成为基本达到成品管壁厚的荒管。荒管在横移台架上横移输送。在定(减)径机入口侧设置有高压水除鳞装置,荒管先经高压水除鳞后再进行定(减)径。荒管经12机架定(减)径机轧制成Ø244.48~457.00 mm的成品钢管,最大长度可达37.5 m。
钢管经冷床冷却后收集成排,送至锯前输送辊道上。通过镶齿圆盘冷锯机将倍尺钢管切割成要求的定尺长度。切断后的定尺钢管由锯后平辊道及钢管横移装置分别送入两组钢管矫直、探伤加工生产线中。
探伤后的钢管由辊道输送至检查台,人工复查钢管的内外表面质量及尺寸精度。将矫直、探伤、人工检查合格的钢管送至喷标机标记后收集,在成品库内存放、装车发运。
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