CN105363783A - 三辊张力减径机张力降落机组轧辊孔型确定方法 - Google Patents

Abstract

三辊张力减径机张力降落机组轧辊孔型确定方法，属于无缝钢管精轧技术领域，张力降落机组轧辊孔型尺寸通过以下步骤予以确定：1)、第n机架孔型的确定：a_n＝d_n/2，b_n＝d_n/2；2)、第n-1机架孔型的确定：a_n-1＝d_n-1/2，b_n-1＝d_n-1/2；3)、第n-2机架孔型的确定：b_n-2＝d_n-1/2.006，a_n-2＝d_n-2-b_n-2；4)、第n-3机架孔型的确定：b_n-3＝2×(a_n-2-a_n-1)+a_n-2，a_n-3＝d_n-3-a_n-3。本发明可以精确确定张力减径机降落机组轧辊孔型尺寸，有效提高成品管的尺寸精度和表面质量，便于工厂实际应用，提高了无缝钢管的成品质量及生产效率。

Description

三辊张力减径机张力降落机组轧辊孔型确定方法

技术领域

本发明属于无缝钢管精轧技术领域，特别涉及三辊张力减径机张力降落机组轧辊孔型确定方法。

背景技术

无缝钢管的生产通常包括穿孔(轧)毛管、轧制荒管及热轧成品管三个工序。目前，穿孔工序通常采用二辊斜轧工艺将实心的坯料轧制成空心的毛管，轧制荒管主要是将厚壁毛管在保证质量的前提下，轧制成成品管要求的壁厚尺寸及精度。

定减径工序是钢管生产三大变形中的最后工序之一，是生产多品种中、小直径薄壁管、中厚壁管的有效方法，张力减径机的工作速度范围很宽，故可以用同一种直径和壁厚的荒管，通过改变机架间的速比获得一系列不同直径和壁厚的成品管，这样可以大大简化生产工艺，扩大产品规格范围，有效提高机组的生产率，降低钢管厂家的生产成本。由于张力减径技术与变形量、机架间距、轧制速度、平均张力、单机架减径率、壁厚系数、轧辊名义直径、摩擦系数、轧制温度等诸多因素有关，所以，钢管在定径和(微)张力减径过程中不可避免地会产生一系列产品缺陷，如钢管的外圆面上容易产生擦痕和青线等问题。

三辊张力减径机工作机架孔型设计的椭圆度值对于保证产品质量起着十分重要的作用，而作为张力减径机降落机组机架的孔型，由于承担着钢管最终几个道次的变形，其设计不仅影响孔型的使用寿命，也决定着成品钢管的最终尺寸精度和外表质量。传统的无缝钢管张力减径机轧辊孔型曲线采用偏心距不同的一段圆弧表示，当偏心距较大时，称作椭圆孔型，用于生产薄壁管；反之，称作圆孔型，用于生产厚壁管。

现有技术通过一系列的方法，已经可以精确地确定张力减径机张力升起机组、工作机组中各机架轧辊的孔型平均直径。但是，对于张力减径过程最终的张力降落机组孔型尺寸的确定，往往是根据张力减径机张力升起机组、工作机组中各机架轧辊的孔型平均直径计算推定的，并没有精确的确定方法，这影响了钢管外圆面的尺寸精度和表面质量。国内学者王宁通过对宝钢近230架精轧孔型的分析、研究，在吸收德国设计长处的基础上，提出了一种精轧孔型的经验设计方法——“椭圆度、辊缝充满度值分配法”。但是该方法需要考虑的因素较多，计算方法繁琐，不利于工厂使用。

发明内容

为了精确确定张力减径机张力降落机组孔型尺寸，有效提高产品的尺寸精度和表面质量，便于工厂实际应用，本发明提供一种三辊张力减径机张力降落机组轧辊孔型确定方法。

本发明通过以下技术方案予以实现。

三辊张力减径机张力降落机组轧辊孔型确定方法，张力减径机各机架孔型的确定包括以下步骤：(1)、根据荒管直径d₀和成品管的直径d_w，求出张力减径机的机架总数n，(2)、确定张力升起机组中各机架的孔型平均直径，(3)、确定张力减径机工作机组减径率分配通式，(4)、确定张力减径机张力降落机组和工作机组中各机架轧辊孔型的尺寸，(5)、从后往前第n、n-1、n-2、n-3机架为张力降落机组，确定张力降落机组中轧辊的孔型平均直径，其特征是：张力降落机组轧辊孔型尺寸通过以下步骤予以确定：

1)、第n机架孔型的确定：

a_n＝d_n/2，

b_n＝d_n/2，

式中，a_n为第n架的孔型长半轴，b_n为第n架的孔型短半轴，d_n为第n架的孔型平均直径；

2)、第n-1架孔型的确定：

a_n-1＝d_n-1/2，

b_n-1＝d_n-1/2，

式中，a_n-1为第n-1架的孔型长半轴，b_n-1为第n-1架的孔型短半轴，d_n-1为第n-1架的孔型平均直径；

3)、第n-2架孔型的确定：

b_n-2＝d_n-1/2.006，

a_n-2＝d_n-2-b_n-2，

式中，a_n-2为第n-2架的孔型长半轴，b_n-2为第n-2架的孔型短半轴，d_n-2为第n-2架的孔型平均直径；

4)、第n-3架孔型的确定：

b_n-3＝2×(a_n-2-a_n-1)+a_n-2，

a_n-3＝d_n-3-a_n-3，

式中，a_n-3为第n-3架的孔型长半轴，b_n-3为第n-3架的孔型短半轴，d_n-3为第n-3架的孔型平均直径。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明可精确确定张力减径机张力降落机组轧辊孔型尺寸，有效提高成品管的尺寸精度和表面质量，而且便于工厂实际应用，提高了无缝钢管的成品质量及生产效率。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明张力减径机张力降落机组轧辊孔型结构示意图。

图中：1为张力减径机轧辊机架，L1为张力减径机孔型中心线，L2为张力减径机圆弧中心线，a_i为孔型的长半轴，b_i为孔型的短半轴，d_i为孔型的平均直径，R_i为孔型的圆弧半径，r_i为轧辊圆角半径，t_i为轧辊辊缝，L为凹槽宽度，H为凹槽深度。

具体实施方式

实施例一

以φ180mmMPM机组为例，该机组采用混合传动三辊式(名义直径D_m为360mm)张力减径机，将外径为φ164mm的荒管减径为φ134.32mm的成品管。

张力减径机各机架孔型的确定包括以下步骤：

(1)、根据荒管直径d₀和成品管的直径d_w，确定轧辊的机架数n

n＝Int(log(164/134.32)/0.025)+2＝9，

即轧辊的机架总数为9个。

(2)、确定张力升起机组中各机架的孔型平均直径

因为平均减径率时，γ₁＝1.02，γ₂＝1.03，所以张力升起机组中各机架的孔型平均直径为：

d₁＝d₀/γ₁＝d₀/1.02＝160.783，

d₂＝d₁/γ₂＝d₁/1.03＝156.103，

式中：—整个机组的平均减径率，γ₁—第1机架的减径率，γ₂—第2机架的减径率；

张力升起机组的目的是使张力值上升，使得张力升起机组中最后一机架的张立值接近于整个张力减径机组的平均张力值(这里所指的张力值都是对数张立值)，一般情况下，张力升起机组的机架数为2～3，规律如下：张力减径机组中机架数越多，张力升起机组机架数取大值；反之，取小值。

(3)、根据上海宝钢总厂孙澄澜所发明的用幂函数建立张力减径机工作机组减径率分配通式：

${\mathrm{\γ}}_i=\frac{1-x\·(i-3)}{\underset{i=3}{\overset{n-4}{\Σ}}\[1-x\·(i-3)\]}\×ln\left(\frac{d_2}{d_{n-4}}\right),$

确定工作机组各机架的孔型平均直径为：

d_i＝d_i-1/Exp(γ_i)，

式中：d_i—第i架的孔型平均直径(i＝3,4,……,n-4)；

即在本实施例一中，工作机组各机架的孔型平均直径为：

d₃＝150.003，

d₄＝145.014。

(4)、通过宝山钢铁(集团)公司的名称为“三辊张力减径机孔型系统”的专利，可以计算张力减径机工作机组中各机架轧辊孔型的长半轴a_i和短半轴b_i，

k＝0.6，

A₁＝1-k²，

B₁＝k²×(2×d_i-Rid-a_i-1)-2×Rid-b_i-1，

C1＝2×b_i-1×Rid-k²×(d_i-a_i-1)×(d_i-Rid)，

$a_i=\frac{-B_1-\sqrt{B{1}^2-4\×A1\×C1}}{2A1},$

b_i＝d_i-a_i，

式中:k—投影控制系数，d_i—第i架轧辊孔型平均直径，Rid—张力减径机中任一机架的轧辊理论半径，a_i—第i架孔型长半轴，b_i—第i架孔型短半轴；

在本实施例一中

a₁＝81.629，b₁＝79.154；

a₂＝78.612，b₂＝77.491；

a₃＝76.760，b₃＝76.243；

a₄＝72.620，b₄＝72.394。

第5机架是工作机组中的最后一机架，后面紧接着是张力降落机组的第一机架，在本实施例中，张力降落机组的第一机架序号为6。张力降落机组总对数减径率由此公式，知r_降、d_{成品管直径}，可以逆求d_{工作机组最后一机架}。

所以，工作机组最后一机架，即从前至后数倒数第5机架的长半轴直径和短半轴直径如下：

a₅＝71.880；b₅＝69.156。

(5)、计算出张力降落机组中轧辊的孔型平均直径

d_n＝d_k，

d_n-1＝d_n，

d_n-2＝d_n-1×Exp(log(ρ_降)×0.1)，

d_n-3＝d_n-2×Exp(log(ρ_降)×0.3)，

d_n-4＝d_n-3×Exp(log(ρ_降)×0.6)，

式中:ρ_降—张力降落机组的总对数减径,1.05≤ρ_降≤1.10；ρ_降随着的增大而增加；的减小而减小。d_i—第i架的孔型平均直径(i＝n-1,n-2,n-3,n)；

在本实施例一中

ρ_降＝1.05，

d₉＝134.32，d₈＝134.32，d₇＝134.977，d₆＝136.967，d₅＝141.036。

(6)、张力减径机降落机组各机架孔型长半轴a_i和短半轴b_i为：

1)、第n机架孔型的确定：

a_n＝d_n/2，

b_n＝d_n/2，

式中，a_n为第n架的孔型长半轴，b_n为第n架的孔型短半轴，d_n为第n架的孔型平均直径；

2)、第n-1机架孔型的确定：

a_n-1＝d_n-1/2，

b_n-1＝d_n-1/2，

式中，a_n-1为第n-1架的孔型长半轴，b_n-1为第n-1架的孔型短半轴，d_n-1为第n-1架的孔型平均直径；

3)、第n-2机架孔型的确定：

b_n-2＝d_n-1/2.006，

a_n-2＝d_n-2-b_n-2，

式中，a_n-2为第n-2架的孔型长半轴，b_n-2为第n-2架的孔型短半轴，d_n-2为第n-2架的孔型平均直径；

4)、第n-3机架孔型的确定：

b_n-3＝2×(a_n-2-a_n-1)+a_n-2，

a_n-3＝d_n-3-a_n-3，

式中，a_n-3为第n-3架的孔型长半轴，b_n-3为第n-3架的孔型短半轴，d_n-3为第n-3架的孔型平均直径。

综上所述，在本实施例一中

a₆＝69.427，b₆＝67.54；a₇＝67.69，b₇＝67.287；a₈＝67.16，b₈＝67.16；

a₉＝67.16，b₅＝67.16。

通过本实施例一确定的张力降落机组的轧辊孔型椭圆度波动值较小，有利于保证最终产品的表面质量。

实施例二

下面以国内包钢φ250MPM机组为例，该机组采用混合传动三辊式(名义辊径D₀为360mm)张减机，将外径为φ164mm，壁厚为4.1mm的荒管减径为φ134.32mm，壁厚为4.24mm的成品管。

张力减径机张力降落机组的孔型图如图1所示，根据荒管尺寸和成品管尺寸可以计算出张力减径机组机架总数n＝9，本领域中降落机组的机架数通常为4架，钢管从倒数第3机架出来去往倒数第2机架的过程中，由于金属的流动性和钢管在各个截面所受到的轴向应力是不相等的，钢管外表面的圆周面通常不是一个规整的圆，故张力降落机组最后1机架起到规圆的作用，使钢管外表面质量得到改善。

与实施例一确定步骤相同，首先求出降落机组各机架的孔型平均直径d₆～d₉，

d₆＝136.967

d₇＝134.977

d₈＝134.32

d₉＝134.32

式中：d_i—第i架孔型平均直径(i＝n,n-1,n-2,n-3)

其次，根据前步中的d₆-d₉求出a₆-a₉和b₆-b₉

a₉＝67.16，

b₉＝67.16，

a₈＝67.16，

b₈＝67.16，

b₇＝67.287，

a₇＝67.69，

b₆＝67.54，

a₆＝69.427，

式中：a_i—第i架的孔型长半轴(i＝6,7,8,9)

b_i—第i架的孔型短半轴(i＝6,7,8,9)

实施例二所计算的张力减径机精轧机组孔型参数如下所示：

表1实施例二所计算的张力减径机精轧机组孔型参数

表2包钢φ250MPM张力减径机精轧机组的孔型参数

现将根据本发明计算出的三辊张力减径机精轧机组孔型参数(见表1)与包钢三辊张力减径机精机组轧孔型参数(见表2)进行比较，结果发现，本发明计算所得d₆、a₆、b₆、d₇、a₇、b₇与包钢生产所用的d₆、a₆、b₆、d₇、a₇、b₇的相对误差不超过1％，而且本发明最后2机架的孔型参数相同，这是因为充分考虑到了最后1机架起着整圆的缘故。通过本实施例二确定的张力降落机组的轧辊孔型椭圆度波动值较小，有利于保证最终产品的表面质量。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.三辊张力减径机张力降落机组轧辊孔型确定方法，张力减径机各机架孔型的确定包括以下步骤：(1)、根据荒管直径d₀和成品管的直径d_w，求出张力减径机的机架总数n，(2)、确定张力升起机组中各机架的孔型平均直径，(3)、确定张力减径机工作机组减径率分配通式，(4)、确定张力减径机张力降落机组和工作机组中各机架轧辊孔型的尺寸，(5)、从后往前第n、n-1、n-2、n-3机架为张力降落机组，确定张力降落机组中轧辊的孔型平均直径，其特征是：张力降落机组轧辊孔型尺寸通过以下步骤予以确定：

1)、第n机架孔型的确定：

a_n＝d_n/2，

b_n＝d_n/2，

式中，a_n为第n架的孔型长半轴，b_n为第n架的孔型短半轴，d_n为第n架孔型的平均直径；

2)、第n-1机架孔型的确定：

a_n-1＝d_n-1/2，

b_n-1＝d_n-1/2，

式中，a_n-1为第n-1架的孔型长半轴，b_n-1为第n-1架的孔型短半轴，d_n-1为第n-1个架的孔型平均直径；

3)、第n-2机架孔型的确定：

b_n-2＝d_n-1/2.006，

a_n-2＝d_n-2-b_n-2，

式中，a_n-2为第n-2架的孔型长半轴，b_n-2为第n-2架的孔型短半轴，d_n-2为第n-2个架的孔型平均直径；

4)、第n-3机架孔型的确定：

b_n-3＝2×(a_n-2-a_n-1)+a_n-2，

a_n-3＝d_n-3-a_n-3，

式中，a_n-3为第n-3架的孔型长半轴，b_n-3为第n-3架的孔型短半轴，d_n-3为第n-3个架的孔型平均直径。