CN105689409B

CN105689409B - 一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法

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Publication number: CN105689409B
Application number: CN201610077307.0A
Authority: CN
Inventors: 庞玉华; 于亮; 庄博; 米娇娇; 廖毅
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2017-12-22
Anticipated expiration: 2036-02-03
Also published as: CN105689409A

Abstract

本发明公开一种控制斜轧穿孔时管坯摆尾量的方法，包括：1)、测量斜轧穿孔机以及坯料参数；2)判断坯料在轧制过程中偏向；3)、计算轧制过程中某一处坯料尾部的偏移量△d；4)、坯料摆尾量的修正，得到修正后的摆尾量d_x；5)、坯料摆尾量的控制：在斜轧穿孔机入口处坯料的左右两侧距离坯料中心线d_x处安装控制装置以防止坯料的摆动。本发明针对目前斜轧穿孔过程中由于复杂的非对称形状变形区导致的管坯尾部摆动问题，通过理论分析获得了管坯尾部摆动量，按照摆动量大小，在斜轧穿孔机入口处安装若干控制装置，达到控制管坯尾部摆动的目的，从而提高穿孔后毛管的质量，并且避免了实际生产中不必要的安全事故的发生。

Description

一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法

技术领域

本发明属于冶金工业无缝钢管生产领域，涉及了一种控制斜轧穿孔过程中管坯摆尾量的方法。

背景技术

目前，斜轧穿孔过程中，由于穿孔变形区具有复杂的空间几何形状，由轧辊、导板和顶头等变形工具围成。横截面从管坯与轧辊接触的入口端到脱离轧辊的出口端，由实心圆逐渐过渡为空心环形，纵截面由小底相接的两个锥体中间插入一个弧形顶头构成。管坯在沿轧制线螺旋前进过程中，会有偏离轧制线(管坯螺旋前进所围绕的中心线)及靠近具有入口锥角的轧辊(见图2)或入口斜面的导板(见图3)的可能，这将导致管坯尾部摆动。这种摆动会进一步加剧管坯偏离轧制线，致使毛管出现椭圆度过大以及壁厚不均等质量缺陷，摆动幅度过大时还有可能发生安全事故。

如果能够控制坯料的摆尾量，就能预防毛管偏心引起的毛管壁厚不均，从而提高毛管质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法，包括以下步骤：

1)、测量斜轧穿孔机以及坯料参数；

2)、判断坯料在轧制过程中偏向；

3)、计算轧制过程中某一处坯料尾部的偏移量△d；

4)、坯料摆尾量的修正：

对步骤3)得出坯料的摆尾量进行修正，得到修正后的摆尾量d_x；

5)、坯料摆尾量的控制：

在斜轧穿孔机入口处坯料的左右两侧距离坯料中心线d_x处安装控制装置以防止坯料的摆动。

进一步的，步骤1)中所述参数具体包括：

坯料直径D_p，坯料长度l，轧辊直径D，轧辊入口辊面锥角轧辊出口辊面锥角入口轧制长度L₁，出口轧制长度L₂，送进角β，辗轧角γ，轧辊间距D_ck，导板间距L_ck，椭圆度系数ξ，导板倾角ω₁，螺距Z_x，顶头锥角ψ_t。

进一步的，步骤2)具体包括：

计算变形区内坯料的最大外径D_max：

其中，b_ck为变形区接触宽度，D_ck为轧辊间距，Δr为单位压下量；

变形区接触宽度b_ck通过下式计算：

穿孔准备区：

顶头参与变形后：

其中，D_x为x截面轧辊直径，ξ_x为x截面椭圆度系数，d_x为x截面轧件直径，δ_x为x截面顶头直径，δ_x-z为x截面前一螺距处的顶头直径，轧件直径

导板间距L_ck＝D_ck·ξ；比较变形区内坯料的最大外径D_max与导板间距L_ck，判断坯料在轧制过程中偏向于哪一侧:

当1.07<ξ≤1.12，D_max>L_ck，坯料偏向于导板一侧；

当1.12<ξ<1.25，D_max<L_ck，坯料偏向于轧辊一侧。

进一步的，步骤3)中：

Δd＝l_x·tanω₁，ξ∈(1.07，1.12]

其中，l_x为轧辊孔喉处到坯料尾部的距离，mm。

进一步的，步骤4)中：

d_x＝k△d；

其中，修正系数k＝0.9～0.95。

进一步的，步骤3)中计算若干l_x处坯料尾部的偏移量△d；然后对计算的l_x处坯料尾部的偏移量△d进行修正获得若干处修正后的摆尾量d_x；在斜轧穿孔机入口处对应的l_x处坯料的左右两侧距离坯料中心线d_x处安装控制装置以防止坯料的摆动；

其中，l_x为轧辊孔喉处到坯料尾部的距离。

进一步的，如果l_x处坯料尾部的偏移量△d中有些修正前大于坯料半径，而修正后小于坯料半径，不对其进行修正。

进一步的，如果l_x处坯料尾部的偏移量△d中有些小于坯料半径，此处对应的安装控制装置的位置距离坯料中心线的距离为坯料半径+间隙距离。

进一步的，所述间隙距离大于0mm，小于2mm。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：现有技术中，斜轧穿孔的摆尾量较大且没有进行有效的控制，最终致使毛管出现椭圆度过大以及壁厚不均等质量缺陷，摆动幅度过大时还有可能发生安全事故。本发明针对目前斜轧穿孔过程中由于复杂的非对称形状变形区导致的管坯尾部摆动问题，通过理论分析获得了管坯尾部摆动量，按照摆动量大小，在斜轧穿孔机入口处安装若干控制装置，达到控制管坯尾部摆动的目的，从而提高穿孔后毛管的质量，并且避免了实际生产中不必要的安全事故的发生。

附图说明

图1(a)为任一截面穿孔变形区的示意图，图1(b)为沿图1(a)中B-B线的剖视图。

图2为坯料偏向轧辊一侧示意图。

图3为坯料偏向导板一侧示意图。

图4为总直径压下率ε与变形区内坯料的最大外径D_max和导板间距L_ck的关系图。

图5为椭圆度系数ξ与变形区内坯料的最大外径D_max和导板间距L_ck的关系图。

图6为穿孔过程坯料摆尾量理论值与实验值的对比图；其中图6(a)为锥形辊穿孔；图6(b)为桶形辊穿孔。

具体实施方式

请参阅图1(a)至图5所示，本发明一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法，包括以下步骤：

1)、测量斜轧穿孔机以及坯料参数，具体包括：

坯料直径D_p，坯料长度l，轧辊直径D，轧辊入口辊面锥角轧辊出口辊面锥角入口轧制长度L₁，出口轧制长度L₂，送进角β，辗轧角γ，轧辊间距D_ck，导板间距L_ck，椭圆度系数ξ，导板倾角ω₁，螺距Z_x，顶头锥角ψ_t(见图1(a)和图1(b))。

2)判断坯料在轧制过程中偏向：

通过计算变形区内坯料的最大外径D_max，比较变形区内坯料的最大外径D_max与导板间距L_ck，判断坯料在轧制过程中偏向于哪一侧:

当1.07<ξ≤1.12，D_max>L_ck，坯料偏向于导板一侧；

当1.12<ξ<1.25，D_max<L_ck，坯料偏向于轧辊一侧。

3)、计算轧制过程中某一处坯料尾部的偏移量△d：

Δd＝l_x·tanω₁，ξ∈(1.07，1.12]

其中，l_x为轧辊孔喉处到坯料尾部的距离，mm。

4)、坯料摆尾量的修正：

对步骤3)得出坯料的摆尾量进行修正，修正后的摆尾量d_x＝k△d(其中k＝0.9～0.95)。

5)、坯料摆尾量的控制：

在入口处坯料的左右两侧距离坯料中心线d_x处安装控制装置以防止坯料的摆动。

一.坯料偏转方向的确定：

通过比较变形区内坯料的最大外径D_max与导板间距L_ck，判断坯料在轧制过程中偏向于哪一侧。

1、计算坯料的最大外径D_max：

在变形区内(见图1(a)和图1(b))，由勾股定理可知，在斜轧穿孔过程中，变形区内的坯料最大外径：

由公式可以看出：对于坯料最大外径的影响因素主要有变形区接触宽度b_ck，轧辊间距D_ck以及单位压下量Δr。

2、计算变形区接触宽度b_ck：

穿孔准备区：

顶头参与变形后：

由上式可知影响变形区接触宽度b_ck的主要因素有x截面轧辊直径D_x，x截面椭圆度系数ξ_x以及x截面轧件直径d_x(其中轧件直径)，δ_x为x截面顶头直径，δ_x-z为x截面前一螺距处的顶头直径。

导板间距L_ck＝D_ck·ξ。式中可以看出影响导板间距L_ck的因素有轧辊间距D_ck和椭圆度系数ξ。

综合1，2可以得出，同时影响变形区内坯料的最大外径D_max与导板间距L_ck大小的主要因素是轧辊间距D_ck(即总直径压下率ε)和椭圆度系数ξ。总直径压下率ε与变形区内坯料的最大外径D_max和导板间距L_ck的关系如图4所示，图中可以看出，随着总直径压下率ε的变化，变形区内坯料的最大外径D_max和导板间距L_ck的变化量差值是很小的，所以不作为影响变形区内坯料的最大外径D_max和导板间距L_ck的主要因素。

椭圆度系数ξ与变形区内坯料的最大外径D_max和导板间距L_ck的关系如图5所示，图中可以看出：随着椭圆度系数ξ的变化，变形区内坯料的最大外径D_max和导板间距L_ck的变化量差值是很大的，所以，椭圆度系数ξ是影响变形区内坯料的最大外径D_max和导板间距L_ck的主要因素。当椭圆度系数ξ≤1.12时，变形区内坯料的最大外径D_max>导板间距L_ck，坯料偏离轧制中心线的角度θ就越大，坯料偏向于导板；当椭圆度系数ξ>1.12时，变形区内坯料的最大外径D_max<导板间距L_ck，坯料与导板的接触面积较大，主要是上下摆动，坯料是偏向于轧辊一侧的；因此可以得出以下结论：

当1.07<ξ≤1.12，D_max>L_ck，坯料偏向于导板一侧；

当1.12<ξ<1.25，D_max<L_ck，坯料偏向于轧辊一侧。

二.坯料摆尾量的确定：

坯料偏向于导板一侧，偏角按照导板的倾角计算，坯料在轧制过程中某一处的尾部摆动量为：Δd＝l_x·tanω₁(其中l_x为轧辊孔喉处到坯料尾部的距离，mm)。

坯料偏向于轧辊一侧，偏角按照轧辊的入口辊面锥角计算，坯料在轧制过程中某一处的尾部摆动量为：

三.坯料摆尾量的修正：

对坯料尾部摆动量进行修正，修正系数k＝(0.9～0.95)。修正后的摆尾量：

d_x＝k·Δd＝k·l_x·tanω₁，坯料偏向于导板一侧；

坯料偏向于轧辊一侧。

四.坯料摆尾量的控制：

在入口坯料左右两侧距离坯料中心线d_x处安装控制装置来防止坯料的摆动即可，控制装置为设置在坯料两侧的一对导辊、滚轮或者其它装置，用于限制坯料的摆动量。

下面结合附图对本发明一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法进行具体说明。

实施例1：

以φ240mm的二辊斜轧机为例，坯料为φ50mm的圆钢，轧制成φ50mm的毛管，已知：D₀＝240mm，L₁＝74.44mm，L₂＝62.00mm，β＝15°，γ＝15°，D_ck0＝43.5mm，L_ck0＝51.6mm，L_ck1,2＝58.6mm，Z_x＝18mm，ω₁＝2°，ω₂＝1.6°，l＝2000mm。

选取五个位置，以轧制中心线为原点，分别为L₁＝50.8mm，28.6mm，0，L₂＝30mm，50mm。

测量得到轧辊间距D_ck分别为47.94mm，46.00mm，43.5mm，46.12mm，47.87mm。

测量得到导板间距L_ck分别为55.19mm，53.62mm，51.6mm，53.24mm，54.33mm。

计算得到椭圆度系数ξ分别为1.15，1.17，1.19，1.15，1.13。

坯料在轧辊入口处的椭圆度系数ξ≥1.12，所以坯料是偏向于轧辊一侧，坯料在轧制过程中某一处的偏移量修正后的摆尾量在距离轧辊孔喉处l_x分别为600mm，1200mm以及1800mm的位置安装三组控制装置；

将l_x＝600mm，1200mm,1800mm代入Δd，得

△d＝26.2mm，52.39mm，78.59mm。

修正后的坯料的摆尾量为：d_x＝24.89mm，48mm，74mm。

(注：由于坯料半径为25mm大于24.89mm，所以，距离轧辊孔喉600mm处的控制装置的位置不加以修正。)(见图6(a)，本发明修改后的坯料的摆尾量与实验值一致)

由上述计算结果可知，距离轧辊孔喉600mm，1200mm以及1800mm处的控制装置分别安装在坯料左右两侧距离坯料中心线26.2mm，48mm以及74mm处，以此来防止坯料的摆动，减少穿孔偏心量，使得管坯壁厚更加均匀，改善毛管的质量，提高成材率。

实施例2：

以某厂的φ100mm的桶形辊为例，轧制成φ80*7mm的毛管；已知：D₀＝550mm，D_p＝100mm，D_m＝80mmL₁＝L₂＝81.7mm，β＝8°，γ＝0°，D_ck0＝90mm，L_ck0＝99mm，L_ck1,2＝121mm，Z_x＝19mm，l₁＝l₂＝180mm，ω₁＝ω₂＝3.5°，l＝2000mm。

选取五个位置，以轧制中心线为原点，分别为L₁＝70mm,44.3mm,0，L₂＝30mm，70mm。

测量得到轧辊间距D_ck分别为98.56mm，95.42mm，90mm，93.67mm，98.56mm。

测量得到导板间距L_ck分别为107.56mm，104.42mm，99mm，102.67mm，107.56mm。

计算得到椭圆度系数ξ分别1.09，1.09，1.1，1.1，1.09。

坯料在轧辊入口处的椭圆度系数ξ<1.12，所以坯料是偏向于导板一侧，坯料在轧制过程中某一处的偏移量Δd＝l_x·tanω₁，修正后的摆尾量d_x＝k·Δd＝k·l_x·tanω₁，在距离轧辊孔喉处l_x分别为600mm,1200mm以及1800mm的位置安装三组控制装置；

将l_x＝600mm，1200mm，1800mm代入Δd，得

△d＝36.7mm，73.4mm，110.09mm。

修正后的坯料的摆尾量为：d_x＝34.87mm，66mm，100mm。

(注：由于坯料半径为50mm大于34.87mm，所以，距离轧辊孔喉600mm处的控制装置的位置不加以修正。)(见图6(b)，本发明修改后的坯料的摆尾量与实验值一致)

由上述计算结果可知，距离轧辊孔喉600mm，1200mm以及1800mm处的控制装置分别安装在坯料左右两侧距离坯料中心线52mm(两边各留2mm间隙，防止直接接触摩擦，阻碍坯料前进)，66mm以及100mm处，以此来防止坯料的摆动，减少穿孔偏心量，使得管坯壁厚更加均匀，改善毛管的质量，提高成材率。

Claims

1.一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、测量斜轧穿孔机以及坯料参数；

2)、判断坯料在轧制过程中偏向；

3)、计算轧制过程中某一处坯料尾部的偏移量△d；

4)、坯料摆尾量的修正：

5)、坯料摆尾量的控制：

在斜轧穿孔机入口处坯料的左右两侧距离坯料中心线d_x处安装控制装置以防止坯料的摆动；

步骤2)具体包括：

计算变形区内坯料的最大外径D_max：

<mrow> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>2</mn> <mn>3</mn> </mfrac> <msub> <mi>b</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mi>&Delta;</mi> <mi>r</mi> </mrow> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

变形区接触宽度b_ck通过下式计算：

穿孔准备区：

顶头参与变形后：

导板间距L_ck＝D_ck·ξ；ξ为椭圆度系数；比较变形区内坯料的最大外径D_max与导板间距L_ck，判断坯料在轧制过程中偏向于哪一侧:

当1.07<ξ≤1.12，D_max>L_ck，坯料偏向于导板一侧；

当1.12<ξ<1.25，D_max<L_ck，坯料偏向于轧辊一侧。

2.根据权利要求1所述的一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法，其特征在于，步骤1)中所述参数具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法，其特征在于，步骤3)中：

Δd＝l_x·tanω₁，ξ∈(1.07，1.12]

其中，ω₁为导板倾角，为轧辊入口辊面锥角；l_x为轧辊孔喉处到坯料尾部的距离，mm。

4.根据权利要求3所述的一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法，其特征在于，步骤4)中：

d_x＝k△d；

其中，修正系数k＝0.9～0.95。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法，其特征在于，步骤3)中计算若干l_x处坯料尾部的偏移量△d；然后对计算的l_x处坯料尾部的偏移量△d进行修正获得若干处修正后的摆尾量d_x；在斜轧穿孔机入口处对应的l_x处坯料的左右两侧距离坯料中心线d_x处安装控制装置以防止坯料的摆动；

其中，l_x为轧辊孔喉处到坯料尾部的距离。

6.根据权利要求5所述的一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法，其特征在于，如果l_x处坯料尾部的偏移量△d中有些修正前大于坯料半径，而修正后小于坯料半径，不对其进行修正。

7.根据权利要求5所述的一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法，其特征在于，如果l_x处坯料尾部的偏移量△d中有些小于坯料半径，此处对应的安装控制装置的位置距离坯料中心线的距离为坯料半径+间隙距离。

8.根据权利要求7所述的一种控制斜轧穿孔机摆尾量的方法，其特征在于，所述间隙距离大于0mm，小于2mm。