CN101797586A - 四辊五机架轧机热定径装置及其热定径的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种四辊五机架轧机热定径装置，该装置的四辊式五机架热定径主机的五机架沿一字方向纵向排列而成，每一机架包括有刚性支架及四个轧辊，在刚性支架内设置有四个轧辊，该四个轧辊构成一个椭圆孔型，每个机架孔型分别由两个扇面角为120°的主动辊两个扇面角为60°的惰辊构成，每个孔型的四个轧辊均为主动辊与惰辊交叉布置，从第一架开始主传动辊平立交替传动，五个机架的传动布置方式顺次为：平、立、平、立、平。同时提供一种采用上述四辊五机架轧机热定径装置的生产方法。本发明的有益效果是采用该方法对钢管进行热定径，可以大大减少机架的重量，有效节省了成本。该机架体积相对较小，检修吊装方便，孔型调整方便，减少了换辊次数，使轧辊的重复利用，提高成品钢管的圆、直度。

Description

四辊五机架轧机热定径装置及其热定径的生产方法

技术领域

本发明涉及一种四辊五机架轧机热定径装置及其热定径的生产方法。

背景技术

热定径装置作为控制热轧态的钢管外径的最后一道热工序，其作用很重要。目前国内外的生产无缝钢管的热定径工艺普遍采用三辊式或二辊式的无缝钢管热定径工艺，这种设备对于小口径及中口径的热轧无缝钢管较为适宜。传统的二辊式定径机辊底和辊沿的线速度差最大，三辊式的较为小些。然而对于直径大于500mm的大口径无缝钢管来说，就表现出这种设备结构的明显缺陷，造成为对钢管的金属有害变形较多，容易产生辊缝处所造成的压痕、青线等缺陷。

因此，急于开发适合大口径的无缝钢管的生产工艺中热定径的装置以及相应的生产方法。

发明内容

为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种四辊五机架轧机热定径装置及其热定径的生产方法，可以有效防止金属的有害变形，避免青线的产生，从而大大改善钢管的表面质量，并且拆装及调整方便并最大程度的降低成本。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种四辊五机架轧机热定径装置，该装置包括有四辊式五机架热定径主机，与其相连的入口辊道及出口辊道，还有由主电机、减速机构成的传动机构，其中：四辊式五机架热定径主机的五机架沿一字方向纵向排列而成，每一机架包括有刚性支架及四个轧辊，在刚性支架内设置有四个轧辊，该四个轧辊构成一个椭圆孔型，每个机架孔型分别由两个扇面角为120°的主动辊及两个扇面角为60°的惰辊构成，每个孔型的四个轧辊均为主动辊与惰辊交叉布置，从第一架开始采用主传动辊平立交替传动的方式，五个机架的传动布置方式顺次为：平、立、平、立、平，“平”代表主动辊的传动轴在水平方向，“立”代表主动辊的传动轴在垂直方向；

每个机架孔型的主动辊及惰辊均为一对位置相对尺寸相同的轧辊的组成，而不同机架的轧辊尺寸却各不相同，具体尺寸根据所述五个机架孔型大小依次减小，且从第一架开始每个椭圆孔型的椭圆度依次减小，直至最末机架孔型为圆孔型，每个孔型中主动辊之间的最大距离为该椭圆孔型的短轴，而每个椭圆孔型中惰辊之间的最大距离为该椭圆孔型的长轴；

每个机架的两个主传动辊分别与两个主电机及两个减速机构相连，以对主传动辊的单独传动。

同时提供一种采用上述四辊五机架轧机热定径装置的生产方法。

本发明的有益效果是采用该方法对钢管进行热定径，可以大大减少机架的重量，有效节省了成本。由于四辊五机架轧机热定径装置的机架体积相对较小，检修吊装方便，孔型调整方便，减少了换辊次数，调整范围最多可达40mm，同时有利于轧辊的重复利用、有利于提高成品钢管的圆、直度。目前该机组成功生产出了对外径要求极严的管线管，外径偏差最小可达-0.79mm～3.18mm。

该热定径装置辊底和辊沿的线速度差小，可以减少金属的有害变形，改善钢管表面质量。而该四辊式定径机辊底和辊沿的线速度差相比之下最小，有力的改善了钢管外表面质量。

采用热定径装置主传动辊平立交错的方式，有效防止青线的产生。单机架减径率不超过1％，前架产生的辊缝影响在后架可得到改善甚至消除。轧辊修磨简单，用普通的数控机床即可加工，无需专用车床，也可降低成本。轧辊可以重复使用，延长了轧辊使用寿命。

为避免轧辊辊缝对钢管表面产生压痕，对沿钢管圆周轧辊的设计采用主动辊的轧制扇面角大于惰辊2的扇面角，即主动辊的轧制扇面角120°、惰辊的扇面角60°，相邻两机架平、立交替布置，既可以避免辊缝的重合，又可以使主动辊与钢管的接触面积增大，有利于钢管的前行。

目前该热定径装置已成功生产508、530、559、610、630等多规格多品种的大口径无缝钢管，可看出外表面质量优良，有效的减少了青线、辊沿划伤等质量缺陷的产生。

附图说明

图1为本发明的定径区域示意图；

图2为本发明的定径孔型示意图；

图3本发明的定径入口摆动辊道图；

图4本发明的定径入口单独升降辊道图；

图5本发明的定径出口摆动辊道图；

图6四辊式五机架热定径孔型排列示意图。

图中：1、主动辊    2、惰辊

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的四辊五机架轧机热定径装置及其热定径的生产方法加以说明。

本发明的四辊五机架轧机热定径装置，该装置包括有四辊式五机架热定径主机，与其相连的入口辊道及出口辊道，还有由主电机、减速机构成的传动机构，四辊式五机架热定径主机的五机架沿一字方向纵向排列而成，每一机架包括有刚性支架及四个轧辊，在刚性支架内设置有四个轧辊，该四个轧辊构成一个椭圆孔型，每个机架孔型分别由两个扇面角为120°的主动辊1及两个扇面角为60°的惰辊2构成，每个孔型的四个轧辊均为主动辊1与惰辊2交叉布置具体布置，如图2所示，从第一架开始采用主传动辊平立交替传动的方式，五个机架的传动布置方式顺次为：平、立、平、立、平，具体布置，如图6所示，“平”代表主动辊1的传动轴在水平方向，“立”代表主动辊1的传动轴在垂直方向。这意味这在实际生产时钢管是在该四辊式五机架热定径主机中被横向挤压及纵向挤压而交替进行的。

该四辊式五机架热定径机每个机架孔型装配虽为平立交错但却具有一致性，即每个机架孔型均由一对位置相对尺寸相同的主动辊1及一对位置相对尺寸完全相同的惰辊2组成，而不同机架的轧辊尺寸却各不相同，具体尺寸根据“五个机架孔型大小从前往后依次减小”的原则而定，且从第一架开始每个孔型的椭圆度依次减小，直至最末机架孔型为圆孔型，如图6所示。该四辊式五机架热定径前三个机架孔型为椭圆孔型，所谓椭圆孔型，即孔型形状为椭圆形状的，每个椭圆孔型中主动辊1之间的最大距离为该椭圆孔型的短轴，而每个椭圆孔型中惰辊2之间的最大距离为该椭圆孔型的长轴。因为要求单个机架的减径量越大则该椭圆孔型的椭圆度越大，所以前三个机架椭圆孔型的椭圆度是顺次减小的。另外，后两个机架因为几乎没有减径量而只是在轧制中对钢管起到规圆的作用，因此该四辊式五机架热定径机的第四架及第五架孔型为圆孔型。

每个机架均有两个主动辊1，那么每个机架均需要两个主电机及两个减速箱，以便实现对主动辊1的单独传动。

采用上述四辊五机架轧机热定径装置的生产方法包括以下步骤：

步骤①

在再加热炉加热到高于700℃，具体温度根据钢管材质而定的荒管，通过入口辊道进入定径机组；

步骤②

为除去荒管在加热过程中氧化形成的铁皮，需进行外表面除磷后才能进入定径主机；

步骤③

荒管经过除磷后，依次通过四辊式五机架热定径机轧制；

步骤④

定径后的成品热轧管通过出口辊道运送至冷床进行冷却。

本发明的四辊五机架轧机热定径装置以及生产方法是这样实现的：

(1)前台：

定径前台按照钢管走向由三段辊道及高压水除磷装置组成。

第一段辊道为固定辊道，负责接运从再加热炉出炉的热态钢管，此段辊道长8米，高度不可调整，速度可在0.3～1.8m/s之间调整，于工业电脑上输入所需数值然后确认即可；

第二段辊道亦称前台摆动辊道，长11米，其一端与之前所述固定辊道铰接而另一端通过电动机构升降以满足不同直径的钢管中心线与定径机中心对齐，具体结构由输送辊道、升降装置、摆动架组成，如图3所示。在进行高度调整时，螺旋升降丝杠要上下移动1mm时，对应的螺旋升降机输入轴，即编码器，要旋转2圈。摆动辊道处于水平位时为0位，即输送直径为676.15的钢管。假设要输送的钢管直径为D，升降装置的螺旋升降移动行程为L，具体公式为：

$L=\sqrt{{(8000-8000\×\cos a)}^2+{(8000\×\sin a+703)}^2}-703$

当L值为正时，螺旋升降机伸出相应的数值，当L值为负时，螺旋升降机缩回相应的数值，于工业电脑上输入所需数值然后确认即可；

第三段辊道亦称定径入口单独辊道，如图4所示。即此段辊道只有一个运输辊，其高度及速度均可调整。在进行高度调整时，螺旋升降丝杠要上下移动1mm，对应的螺旋升降机输入轴，即编码器，要旋转2圈，摆动辊道处于水平位时为0位，即输送直径为676.15的钢管。假设要输送的钢管直径为D，升降装置的螺旋升降移动行程为L，单位为mm，具体公式为：

速度调整亦在0.3～1.8m/s范围之间，于工业电脑上输入所需数值然后确认即可。

高压水除磷装置：

在定径入口单独辊道与定径主机之间设一高压水除磷装置来对轧制之前的钢管进行表面净化处理，利用高压水冲去钢管外表面的氧化铁皮等杂物。该装置由除磷箱及除磷环组成，除磷箱两端开口其余封闭主要是为了挡住喷水过程中溅起的水花及杂物，除磷环直径900mm，搁置于除磷箱内部，除磷环环内侧均匀排列26个喷嘴垂直对准环中心并向逆来料方向倾斜15°，轧钢时钢管由除磷环中间通过，泵房中加压到设定压力的高压水通过管道再于除磷环均匀喷出，压力可于工业电脑上设定，范围为0～20兆帕。

(2)主机：

经步骤(1)出来的钢管进入四辊五机架轧机热定径装置进行钢管热定径，四辊式热定径机组共有五机架，每架由四个轧辊构成一个封闭孔型，其中：两个主动辊1两个惰辊2，交错布置，每个轧辊配有水冷却。五个机架采用平立交错的排列方式，从第一架开始依次为平椭-立椭-平椭-立椭-规圆。根据速度匹配原理，即各架钢管金属秒流量相等，计算出各架主电机转速。

(3)后台：

定径后台主要为定径出口辊道，出口为一段长约9米的摆动辊道组，定径出口辊道在靠近主机出口处可升降调整而另一端绞接，如图5所示。计算公式为：

$L=\sqrt{{(6450-6450\×\cos a)}^2+{(6450\×\sin a+703)}^2}-703$

其余参数均与前台摆动辊道相同。

还提供一种采用上述四辊五机架轧机热定径装置的生产方法，该方法包括以下步骤：

(1)轧前准备：

热轧荒管在再加热炉中加热至适当的温度，将无需进行特殊热处理的钢管加热至750℃即可，有需要热处理的钢管加热至900～980℃，出炉后经20Mpa的高压水除磷系统除去所述荒管外表面的氧化铁皮等杂物，然后出炉通过定径前台辊道进入定径机轧制。

(2)钢管在定径主机中进行热定径轧制。

(3)钢管成品收集：经步骤(2)的钢管由定径出口辊道运送至冷床辊道，经翻料臂翻到冷床上进行冷却，冷却后的钢管进入精整跨进行下一步工序。

利用本发明的四辊式五机架热定径装置进行热定径的生产方法如下：

根据来料钢管的外径和成品钢管外径公差调整定径机架、设定各主动电机转速。

如图1所示的流程图，来料钢管从再加热炉出来后，通过前台辊道，经高压水除磷后进入定径主机。

钢管依次通过五机架，经挤压变形后，钢管外径逐渐减小至所需成品钢管外径。

生产的主要流程如下：

1、坯管上料：斜轧扩径机组的母管有两种，一种是来自连轧管机组经定径后的定径管，一种是来自穿孔机后的毛管。原料为冷态的母管包括有377，406，457，506等规格。

2、步进炉加热：采用步进式加热炉将坯管加热到所需轧制温度，一般控制温度在1050～1250℃范围内。

3、高压水除磷：坯管出炉后，用高压水冲刷管体外表面，以除去在加热时形成的氧化铁皮。

4、斜轧扩径：原料经加热后从加热炉出来，经高压水除磷机去除外表面氧化铁皮后进入斜轧扩径机，旋轧扩管扩机对来料进行内表面除磷、扩径、减壁，其延伸率接近于1。出斜轧扩径机的毛管理论外径范围为Φ506～740mm。

5、锥形辊均整：毛管从斜轧扩径机出来后进入均整机进行均整，作用是改善内外表面质量及提高尺寸精度。出均整的荒管理论外径范围为Φ521～740mm。

6、步进炉再加热：根据工艺的需要，可以在步进式再加热炉里进行荒管再加热，将荒管加热至最高1000℃，通过对再加热炉温度的控制，保证定径出口的热轧成品管外径能够符合工艺要求。

7、定径：在热状态下进行定径，控制管子外径使其能够符合要求，同时改善钢管外表面质量。

8、冷却：定径后，热态成品管由辊道运送到冷床上进行冷却，过3#冷床后到精整区进行冷作业。根据工艺要求，可开启轴流风机对冷床上的钢管进行快速冷却。

9、精整工序：

9.1压力矫直：根据工艺需要，对钢管进行矫直整形。

9.2铣切锯：在保证钢管长度符合工艺要求的前提下，对钢管进行切头尾，使其管端与直径方向垂直。

9.3无损探伤：检测钢管的横、纵向内外表面缺陷以及钢管壁厚。

9.4水压试验：对钢管进行水压试验，检查钢管在规定压力下有无渗漏缺陷，能有助于消除内应力，保证钢管的使用性能

9.5倒棱：根据工艺要求，对钢管两端进行平头倒棱。

9.6测量点：包括测长、称重、喷标三个功能。

10、入库：合格成品管入成品库。

Claims (2)

1.一种四辊五机架轧机热定径装置，该装置包括有四辊式五机架热定径主机，与其相连的入口辊道及出口辊道，还有由主电机、减速机构成的传动机构，其特征是：

四辊式五机架热定径主机的五机架沿一字方向纵向排列而成，每一机架包括有刚性支架及四个轧辊，在刚性支架内设置有四个轧辊，该四个轧辊构成一个椭圆孔型，每个机架孔型分别由两个扇面角为120°的主动辊(1)及两个扇面角为60°的惰辊(2)构成，每个孔型的四个轧辊均为主动辊(1)与惰辊(2)交叉布置，从第一架开始采用主传动辊平立交替传动的方式，五个机架的传动布置方式顺次为：平、立、平、立、平，“平”代表主动辊(1)的传动轴在水平方向，“立”代表主动辊(1)的传动轴在垂直方向；

每个机架孔型的主动辊(1)及惰辊(2)均为一对位置相对尺寸相同的轧辊的组成，而不同机架的轧辊尺寸却各不相同，具体尺寸根据所述五个机架孔型大小依次减小，且从第一架开始每个椭圆孔型的椭圆度依次减小，直至最末机架孔型为圆孔型，每个孔型中主动辊(1)之间的最大距离为该椭圆孔型的短轴，而每个椭圆孔型中惰辊(2)之间的最大距离为该椭圆孔型的长轴；

每个机架的两个主动辊(1)分别与两个主电机及两个减速机构相连，以对主动辊(1)的单独传动。

2.一种采用上述四辊五机架轧机热定径装置的生产方法，该方法包括以下步骤：

步骤①

在再加热炉加热到大于700℃，具体温度根据钢管材质而定的荒管，通过入口辊道进入定径机组；

步骤②

为除去荒管在加热过程中氧化形成的铁皮，需进行外表面除磷后才能进入定径主机；

步骤③

荒管经过除磷后，依次通过四辊式五机架热定径机轧制；

步骤④

定径后的成品热轧管通过出口辊道运送至冷床进行冷却。

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