CN1129154A - 芯棒式轧管机及使用该轧机的轧管方法 - Google Patents

Abstract

在一种用于延伸和轧制带有一个插入芯棒的芯棒式无缝轧管机中，使空心坯管经过，一个只用于减小空心坯管外径的减小直径四辊机架被排在第一位置，一个用于减小空心坯管壁厚的壁厚减小二辊机架段被排列在减小直径四辊机架之后，一个用于消除空心坯管在圆周方向上任何壁厚不均匀的消除壁厚不均匀的四辊机架被排列为末级机架，第一四辊机架输出侧处的空心坯管内径Di与芯棒外径Dm之间的比率(Di/Dm)是1.05或更小。

Description

芯棒式轧管机及使用 该轧机的轧管方法

本发明涉及一种轧制无缝管，特别是无缝钢管的芯棒式轧管机，以及一种使用该芯棒式轧管机的轧管方法。

一种使用芯棒式轧管机的方法，也是一种轧制无缝钢管的方法。如图1所示，在此方法中，坯料11在加热炉12中加热，由称为穿孔机的粗轧机13穿孔形成空心毛管。接着，空心毛管经过随后的芯棒式轧管机14轧制而延伸，完成预定的壁厚。重新加热后，空心毛管在减轻机15中加工而达到预定的外径，从而获得无缝钢管成品。有时也可省去延伸和轧制后的再加热操作。

芯棒式轧管机14具有4-8个沿轧制线排成一列的二辊机架，每一个机架都有一对孔型辊。在两个彼此相邻的机架间，其中的一架的孔型辊辊缝调节方向，在垂直于轧制线的平面内，与另一机架的孔型辊辊缝调节方向交叉并相差90°，然后，带有插入芯棒的空心毛管经过每一个机架的孔型辊，并在此过程中被轧制。

在使用这样一台芯棒式轧管机时，管的壁厚是通过孔型辊与芯棒之间的缝隙而达到预定尺寸的。因此，假如在精轧机架处的壁厚不同，孔型辊与芯棒间的缝隙也要相应地改变。改变缝隙的方法有三种：更换芯棒，更换孔型辊和通过调整轧辊位置而改变缝隙。

然而，更换轧辊比更换芯棒更费力。在通过调整轧辊位置改变缝隙时，沿所要轧制的坯管的圆周方向将会产生壁厚不均现象。这一点将在下文说明。因为壁厚由缝隙确定，缝隙又由孔型辊的孔径与芯棒外径确定，所以，当辊缝值并非仅有一个预定值时，将改变一对孔型辊形成的孔型，从而在圆周方向上改变缝隙。

图2A和图2B是以一个真圆形孔型作为实例来表示这种现象的视图。图2A表示了一种状态，在这种状态下，一对孔型辊3′、3′和一个芯棒5之间的缝隙在圆周方向是均匀的，也就是说，壁厚在圆周方向是均匀的。孔型辊3′、3′和芯棒5之间的缝隙从这种状态被转变成图2B所示的状态。这时，缝隙在圆周方向变得不均匀了，因而使得轧制工件在圆周方向产生壁厚不均匀。

因此，在精轧机上通常采用更换芯棒来改变壁厚。然而，由于轧制图表已经确定，所以将所要轧制的工件壁厚改变0.5毫米，就需要芯棒外径具有1.0毫米的变量。此外，轧制具有一个壁厚的空心毛管，通常需要大约15根芯棒。一个芯棒从空心毛管中抽出后要被冷却，为了下面的轧制，该芯棒还要经过润滑处理。为此，必须保留大量的芯棒。

为了解决这个问题，设想出了一个四辊机架。由四个孔型轧辊构成的四辊机架被列为机列的最后一架。该四辊机架的辊缝调节方向与前二辊机架辊缝调节方向变换45°。日本专利平6-87008中详述了具有上述结构的芯棒式轧管机。

在这种芯棒式轧管机中，在用于减小壁厚的二辊机列处辊缝发生变化所产生的任何的壁厚不均匀，将由作为最后机架的四辊机架消除。具有了这一特征，在二辊机列，辊缝的变化范围将会更宽。从而，减少了芯棒种类的数量。与上述轧机相似的芯棒式轧管机，在日本专利昭62-28011中也被描述。

然而，如果在一个孔型辊机架增加孔型辊的数量，每个轧辊的宽度必然要被制作得更窄，并且，一种称为“挤压外表面”的现象相应发生，其中“挤压外表面”是材料在轧辊之间被挤压。

因此，在一台芯棒式轧管机具有一个作为机列末级机架的四辊机架时，“挤压外表面”的问题将产生在四辊机架。“挤压外表面”的问题不能由一台减径轧机通过外径的调整来防止，并使无缝钢管，也就是芯棒式无缝轧管机的产品的质量降低

因此，由于另一个问题，也就是质量降低的问题，对于在机列的末级机架为四辊机架的传统的芯棒式无缝轧管机，虽减少了芯棒型号的数量，也不能说是令人满意的。

本发明的一个目的是提供一种芯棒式无缝轧管机，以及一种可以有效地发挥该芯棒式无缝轧管机作用的轧管方法。当一个用于消除壁厚不均匀的四辊机架被排列为末级机架时，该芯棒式无缝轧管机可以防止这样排列时产生的“挤压外表面”问题，通过使用少量的芯棒，该芯棒式无缝轧管机就可以经济地轧制出高质量的无缝管。

当一个用于消除壁厚不均匀的四辊机架被排列为芯棒式无缝轧管机的末级机架时，将会象上文所述的一样，产生“挤压外表面”问题，根据本发明的发明人的调查了解到：进入四辊机架的毛管外径对“挤压外表面”问题影响较大。也就是说，当进入四辊机架的毛管外径较大时，“挤压外表面”的问题便相应地发生。当毛管外径较小时，“挤压外表面”的问题就不会发生。为此，使具有较小外径的毛管进入四辊机架，对于在该机架防止“挤压外表面”问题是有必要的。

为了使具有较小外径的毛管进入作为末级机架的四辊机架，有几种方法可以考虑，这些方法能在位于末级机架前面的二辊机架段处减小外径。更具体地说，有两种方法：一种调节在每一机架处的轧辊的旋转速度的方法和一种减小位于孔型轧辊处的毛管外径的方法。

然而，调节轧辊旋转速度的方法仅在毛管的纵向中央部分是有效的，其中，张力被施加在机架之间。在两端处的外径不能被减小。在孔型轧辊处减小外径的方法中，当进入机列的毛管外径较大时，机列处将产生“挤压外表面”问题。因而，外径不能被充分地减小。

因此，在二辊机架段处减小外径，实际上是不可能的。所以，必须减小进入二辊机架段的毛管的外径，也就是说，必须给芯棒式无缝轧管机提供一个具有较小直径的空心坯管。然而，由于另一个原因，提供一个较小直径的空心坯管是很困难的。

换句话说，由于在将空心坯管提供给芯棒式无缝轧管机之前，必须在空心坯管中插入一芯棒，空心坯管的内径要制作得稍大于芯棒的外径。此外，由于设置在芯棒式无缝轧管机入口端的轧管机是一台粗轧机，提供给芯棒式无缝轧管机的空心坯管外径的精度低，其外径沿纵向变化较大，而且一根空心坯管与另一根的差别也较大。所以，必须使空心坯管的外径达到一个尺寸，这个尺寸允许芯棒插入具有充足余量的空心坯管中，该余量是在考虑了重要变化后确定的。因而，减小外径必然是很困难的。

目前情况下，在二辊机架段处减小空心坯管的外径毕竟是很困难的，而且，减小提供给芯棒式无缝轧管机的空心坯管的外径也是很困难的。

在这种情况下，本发明的发明人从不同的着眼点进行了调查和验证，通过将一个具有较小外径的坯管提供给二辊机架段并通过减小进入作为末级机架的四辊机架的坯管外径，找到了在末级机架的四辊机架处防止“挤压外表面”的问题的方法。从而发现：在二辊机段输入侧设置一个四辊机架，对空心坯管进行强制减径是有效的，可以提高本发明芯棒式无缝轧管机的性能。

本发明芯棒式无缝轧管机是此种类型，其中，具有一个插入芯棒的空心坯管，通过使该空心坯管经过多个孔型轧辊机架被延伸和轧制。在芯棒式轧管机中，一个只用于减小坯管外径的四辊机架被列为机列的第一机架，用于减小坯管壁厚的二辊机架段被排列在四辊机架之后，并且一个用于消除圆周方向上壁厚不均匀的四辊机架被列为未级机架。

在采用芯棒式无缝轧管机轧制无缝管时，由于穿孔机是一种粗轧机，所以它轧制出的空心坯管的尺寸精度低，并且，空心坯管外径也沿着纵向方向变化。尤其是，穿孔后具有较小壁厚的坯管外径在精轧阶段变大。在空心坯管外径发生这种变化时，在后面的轧机，也就是芯棒式无缝轧管机处，轧过的坯管纵向尺寸的精度降低了。尤其是，当芯棒式无缝轧管机的机架数不足时，精度降低较为明显。为了防止在芯棒式无缝轧管机处，轧过的坯管尺寸精度降低，在一个实施例中，将一个只用于外径调节的四辊机架设置在二辊机架段的输入侧。

本发明芯棒式无缝轧管机中，一个设置在二辊机架段输入侧，用于纵向地调节空心坯管外径的四辊机架，作为一个减小外径的轧机机架，被用于防止二辊机架段输出侧四辊机架处的“挤压外表面”问题。

只用于减小外径的轧制是如此定义的，其中，空心坯管的内径和外径被同等地减小，所以插入了芯棒的空心坯管内表面与芯棒外表面的接触不太紧。由于下列原因，轧制需要一个由四个孔型轧辊组成的四辊机架。

可以设想出，在一个用于减小空心坯管外径的机架中的轧辊数量为二个，三个，四个或五个，或者更多。但是，还没有任何具有五个或者更多轧辊的机架，原因是包括这样一个机架的轧机会变得复杂。在一个机架具有三个轧辊的情况下。当设有用于驱动轧辊和调节空心坯管外径的辊缝调节机构时，带有这样一个机构的轧机会变得复杂，那末就不能采纳这种轧机。在一个机架具有二个轧辊的情况下，由于不能使平均外径减小比率较大，所以不能防止穿孔处所产生的外径变化。另外，一个机架具有二个轧辊时，由于轧制在空心坯管的两个方向完成，空心坯管沿着与辊缝调节方向相关90°的方向凸起和流动。因此，即使施加较大轧制力时，空心坯管的平均外径也不能减小。从而，将一个具有四个轧辊的机架作为第一机架，用来减小空心坯管的外径。

被排列在第一和最后的四辊机架中，每个孔型辊都具有辊缝调节机构。一般情况下，一对轧辊被驱动，而另一对轧辊不被驱动。这应归因于下述问题。在四个轧辊都被驱动的情况下，轧机的结构会变得非常复杂，轧机也不能承受轧辊的巨大轧制负荷。作为第一机架的四辊机架，只能单独地完成外径减小的操作。这是由于当壁厚减小是附加地完成时，需要较大的电机容量，轧机也需要更多的消耗。

只用作为机列第一机架的四辊机架来减小外径，即使当提供给芯棒式轧管机的空心坯管外径较大时，进入二辊机架段的毛管外径也可以缩减得较小。结果，在二辊机架段不减小坯管外径的情况下，进入用于消除壁厚不均匀的四辊机架的坯管外径，仍然加工得较小，从而防止了在四辊机架处的“挤压外表面”问题。

在“管材经济与技术”国际会议上的“小型中长半浮限动轧制技术对无缝管设备的改造”中，记载了传统的一个四辊机架设置为芯棒式轧管机的第一机架的范例。这个传统范例中，来自粗轧机的一个空心坯管外径的纵向变化，仅靠四个二辊机架是不能被充分地补偿的。为了使空心坯管的外径均匀，并使空心坯管和芯棒之间的辊缝减小，将一个四辊机架设置在芯棒式无缝轧管机的第一位置，可导致，四个二辊机架段中的第一个二辊机架有效地操作。在这个传统范例中，就未将用于消除壁厚不均匀的四辊机架设置为末级机架的事实而论，它仅将一个四辊机架设置在机列的第一机架位置，这一结构与本发明芯棒式无缝轧管机的所述的结构是有根本区别的。将一个四辊机架设置为第一机架的意图也不同于本发明。

在调查本发明芯棒式无缝轧管机效果的过程中，本发明人发现，在作为第一机架的四辊机架输出侧处的空心坯管内径Di和芯棒外径Dm之间的比率(Di/Dm)对防止“挤压外表面”问题有显著影响。

以这些调查结果为基础，提出了按照本发明的轧管方法。当采用本发明芯棒式无缝轧管机进行轧管时，在排列为第一机架的四辊机架输出侧处的空心坯管内径Di和芯棒外径Dm之间的比率(Di/Dm)为1.05或更小。在采用本发明芯棒式无缝轧管机的轧管方法中，比率Di/Dm很重要，并对应于排列为第一机架的四辊机架处的外径减小程度。比率超过1.05时，在被排列为末级机架的四辊机架处防止“挤压外表面”问题，将是很困难的。所以，按照本发明的轧管方法，比率设定为1.05或更小。

本发明上述的和其他的目的和特征，通过下面结合附图的详细说明，将会更加清楚。

图1是表示用芯棒式无缝轧管机轧管的一个透视图；

图2A和2B是表示辊缝在一个二辊机架被改变时的平面视图；以及

图3是表示本发明芯棒式无缝轧管机的一个实施例的机列结构的视图。

下面将参照表示本发明一个实施例的附图详细描述本发明。

图3表示本发明芯棒式无缝轧管机的一个实施例。一个用于减小直径的四辊机架2被设置在机列的第一位置，它由两对孔型轧辊组成，其中一对的辊缝调节方向垂直于另一对的辊缝调节方向。四个用于减小壁厚的二辊机架3a至3d接着四辊机架2顺序排列。每一个二辊机架都具有一对孔型辊。二辊机架段之后，设置了一个用于消除壁厚不均匀的四辊机架4，也就是机列的末级机架，四辊机架4由两对孔型轧辊组成，其中一对的辊缝调节方向垂直于另一对的辊缝调节方向。

排列在第一位置的四辊机架2的辊缝调节方向与后面的机架，也就是两辊机架3a的相同。这是因为它有利于防止“挤压外表面”问题，这种“挤压外表面”问题是在作为第一机架的四辊机架2的孔型底部所轧制的坯管部分，与后面的二辊机架3a的翼部接触时产生的。此外，在四个二辊机架3a至3d中，这四个二辊机架的辊缝调节方向按机架的分布次序彼此相差90°。作为末级机架的四辊机架4的辊缝调节方向与前面的机架，即二辊机架3d相差45°，以便增强消除壁厚不均匀的效果。

对于二个四辊机架2和4，每个轧辊都具有一个辊缝调节机构，并且一对轧辊被驱动，而另一对不被驱动。

由穿孔机制成的一个空心坯管与插入其中的芯棒5一起经过具有上述结构的机列，并被轧制成具有一个预定壁厚的无缝钢管。

这时，仅由作为第一机架的四辊机架2来减小空心坯管1的外径。进入二辊机架3a至3d的坯管外径，在不需要专门的加工操作来减小供给轧机的空心坯管外径的情况下，就可被减小。由二辊机架3a至3d来减小坯管的壁厚，并得到预定的尺寸。由作为末级机架的四辊机架4，可以消除在二辊机架3a至3d产生的圆周方向上的壁厚不均匀。因此，在二辊机架3a至3d处，可以较大范围地调节辊缝，从而使得在不使用多种芯棒时，也可以轧制出不同壁厚值的无缝钢管。另外，进入二辊机架3a至3d的坯管外径被减小，并且，进入作为末级机架的四辊机架4的坯管外径也相应地被减小，从而防止了在四辊机架4处的“挤压外表面”问题。

虽然图3所示的芯棒式无缝轧管机只具有四个二辊机架，但通常的芯棒式无缝轧管机可选用二至七个机架。

为了证实本发明的效果，使用图3所示的芯棒式无缝轧管机(共具有六个辊机架)进行轧制试验。试验结果如下面的表1所示。在试验例1中(试验结果在表1的序号1至序号6中)，用一个外径Dm＝142毫米的芯棒进行轧制，生产轧制尺寸为外径150毫米、内径143毫米、壁厚3.5毫米的钢管。在这些条件下，芯棒往往不可能被插入空心坯管，除非空心坯管内径和芯棒外径的直径差为10毫米或更大。所以，空心坯管的尺寸定为外径184毫米，内径154毫米，壁厚15毫米，从而得到了一个11毫米的直径差。另外，在试验例2中(试验结果在表1的序号7至12中)，用一个外径Dm＝133毫米的芯棒进行轧制，生产轧制尺寸为外径150毫米、内径133毫米、壁厚8.5毫米的钢管。与试验例1相同，在试验例2中，为了使空心坯管内径和芯棒外径之差为10毫米或更大，空心坯管的尺寸被定为外径184毫米，内径144毫米，壁厚20毫米，从而得到一个11毫米的直径差。表1

序号	在第一机架处的轧制	在末级机架处的轧制	第一机架输出侧处的坯管外径	第一机架输出侧处的坯管内径Di	芯棒外Dm	Di/Dm1.077	末级机架的状况
								1	未完成	未完成	184mm	154mm	143mm	1.077	壁厚不均匀
2	未完成	完成	184mm	154mm	143mm	1.077	挤压外表面
								3	完成	完成	182mm	152mm	143mm	1.063	轻微挤压外表面
4	完成	完成	180mm	150mm	143mm	1.049	没有问题
								5	完成	完成	178mm	148mm	143mm	1.035	没有问题
6	完成	完成	178mm	146mm	133mm	1.021	没有问题
								7	未完成	未完成	184mm	144mm	133mm	1.083	壁厚不均匀
8	未完成	完成	184mm	144mm	133mm	1.083	挤压外表面
								9	完成	完成	182mm	142mm	133mm	1.068	轻微挤压外表面
10	完成	完成	180mm	140mm	133mm	1.053	轻微挤压外表面
								11	完成	完成	180mm	140mm	133m	1.038	没有问题
12	完成	完成	176mm	136mm	133m	1.023	没有问题

在序号1和7中，轧制不是在以四辊机架作为第一机架和以四辊机架作为末级机架的条件下完成的。在这些条件下，尽管“挤压外表面”问题不发生，壁厚不均匀问题也会发生。在序号2和8中，轧制不是在四辊机架作为第一机架的条件下完成的。在这些条件下，尽管壁厚不均匀可以被作为末级机架的四辊机架的轧制操作消除，“挤压外表面”问题也会发生在作为末级机架的四辊机架处。

与这些条件不同，在序号3和9中，作为第一机架的四辊机架处，空心坯管外径被减小2毫米。所以，“挤压外表面”问题轻微发生。在序号4，5，6，10，11和12中，作为第一机架的四辊机架处，空心坯管外径被更显著地减小。在上述序号之中的序号4，5，6，11和12中，由于空心坯管内径Di和芯棒外径Dm之间的比率(Di/Dm)为1.05或更小，其中Di是指处于作为第一机架的四辊机架的输出侧的坯管内径，从而在作为末级机架的四辊机架处，完全防止了“挤压外表面”问题，尽管选择空心坯管的外径是为使芯棒也能较顺利地插入。

如上所述，在二辊机架段处，本发明芯棒式无缝轧管机可以扩大辊缝的调节范围。并且，芯棒型号数量也可由排列为机列未级机架、用于消除壁厚不均匀的一个四辊机架来减少。将一个只用于减小外径的四辊机架排列在机列的第一位置，可以防止排列为末级机架的四辊机架处的“挤压外表面”问题。另外，提供给芯棒式无缝轧管机的空心坯管的尺寸，不需要被减小，也不会引起不利的因素，例如芯棒插入困难。从而，不需使用多种芯棒，就可以经济地加工出高质量的无缝管，所以大大降低了无缝管的生产成本。

此外，本发明的轧管方法，在充分利用芯棒式无缝轧管机自身方面非常有效，同时在降低芯棒成本和降低用于加工芯棒的设备及其他相关设备的投资成本方面效果显著。

因为本发明以几种方式体现，而不会背离本发明基本特征的主旨，所以目前的实施例只是为了说明，而不是为了限定。由于本发明的范围由权利要求限定，而不是由前面的说明所限定，因此，在本发明权利要求边界之间的所有变化，或等同于其边界的，都将被本发明权利要求所包括。

Claims (9)

1.一种芯棒式无缝轧管机具有一个包括多个孔型轧辊机架的机列，通过使空心坯管经过轧机列，延伸和轧制带有一个插入芯棒的空心坯管，包括：

一个用于减小直径的第一四辊机架，该四辊机架被排列为机列的第一机架并只用于减小空心坯管外径；

一个用于消除壁厚不均匀的第二四辊机架，该四辊机架被排列成机列的末级机架并用于消除空心坯管在圆周方向的壁厚不均匀；

一个二辊机架段被排列在所述第一四辊机架和所述第二四辊机架之间并用于减小空心坯管的壁厚。

2.根据权利要求1所述的一种芯棒式无缝轧管机，其中所述第一四辊机架具有两对孔型轧辊，一对的辊缝调节方向垂直于另一对的辊缝调节方向。

3.根据权利要求1所述的一种芯棒式无缝轧管机，其中所述第二四辊机架具有两对孔型轧辊，一对辊的辊缝调节方向垂直于另一对的辊缝调节方向。

4.根据权利要求1所述的一种芯棒式无缝轧管机，其中所述二辊机架段具有多个二辊机架，每个机架带有一对孔型轧辊。

5.根据权利要求1所述的一种芯棒式无缝轧管机，其中所述二辊机架段具有三至八个二辊机架，每机架带有一对孔型轧辊，所述三至八个二辊机架的辊缝调节方向，按所述机架的排列顺序，彼此相差90°。

6.根据权利要求1所述的一种芯棒式无缝轧管机，其中所述第二四辊机架的辊缝调节方向与一个二辊机架的辊缝调节方向相差45°，该二辊机架为排列为所述二辊机架段的最后一架。

7.一种采用权利要求1所述的芯棒式无缝轧管机的轧管方法，其中所述第一四辊机架的输出侧处的空心坯管内径Di与芯棒外径Dm之间的比率(Di/Dm)是1.05或更小。

8.一种轧管方法，通过使空心坯管经过一具有多个孔型轧辊机架的芯棒式无缝轧管机，延伸和轧制一个带有一个插入芯棒的空心坯管，包括下列步骤：

一个使空心坯管经过一个第一四辊机架以便只单独地减小空心坯管外径的步骤；

一个使空心坯管经过一个二辊机架段以便减小空心坯管壁厚的步骤；

一个使空心坯管经过一个第二四辊机架以便消除空心坯管在圆周方向的壁厚不均匀。

9.根据权利要求8所述的一种轧管方法，其中所述第一四辊机架的输出侧处的空心坯管内径Di与芯棒外径Dm之间的比率(Di/Dm)是1.05或更小。

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