CN203408983U - 方管定方机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种方管定方机。方管定方机包括沿管材的输送方向布置的一个或多个方管轧辊装置和将管材推进方管轧辊装置的动力输送装置，方管轧辊装置包括：机架；四个轧辊部，每个轧辊部均具有一个被动运动的轧辊，各轧辊均设置在机架上，四个轧辊部中的四个轧辊包括第一轧辊、第二轧辊、第三轧辊和第四轧辊，各轧辊的轴线位于同一平面内，且各轧辊的轧辊面在与平面垂直的方向上组合形成方形孔。根据本实用新型的方管定方机，可以实现生产机械性能较好的方管的目的。

Description

方管定方机

技术领域

本实用新型涉及冶金领域，具体而言，涉及一种方管定方机。

背景技术

方管，是方形管材的一种称呼。作为一种经济高效的钢材，主要应用于工程建筑领域，包括钢结构住宅、主厂房、锅炉钢架、市政建设以及机械制造等领域。目前，北京、天津、上海等地兴建了一批钢结构住宅试点示范工程，是由方(矩)管柱和H型钢截面组合的纯钢系统，其中方(矩)管用量占建筑业用型材总量的50％以上。

目前，方管生产工艺主要有焊接、冷推、冷拔或冷轧。焊接方管是采用定弯曲半径、弯曲中心内移的冷弯直接成型法，并利用高频电流的集肤、临近、吸引、强互感的原理，将钢板焊接成具有一条焊缝且夹角为90°的尖角方管。采用焊接工艺生产的方管焊缝处的几何尺寸、力学性能、化学成分及金相组织等难以与母体完全一致，其机械性能较母体材料差，不适用于建造钢结构住宅。

冷推、冷拔或冷轧方管是以热轧或焊接毛管为原料，经酸洗除去氧化皮后进行拉拔或轧制冷变形生产的方管。对于金属的塑性变形而言，有一个特定的温度叫再结晶温度，高于这个温度下进行变形加工就称为热加工变形，低于此温度加工就是冷加工变形。只要有塑性变形，就会产生加工硬化现象。冷推、冷拔或冷轧方管就是一种冷加工变形的方式，在冷加工变形过程中，不存在再结晶过程，不能缓解严重的加工硬化现象，而加工硬化现象使金属在塑性变形过程中变形抗力逐渐增大，甚至丧失继续变形的能力引起开裂；冷加工后变形功小部分保留在金属内部，形成残余应力。残余应力的存在使其截面的自由扭转刚度较低，在受弯时容易出现扭转，受压时容易出现弯曲扭屈，抗扭性能较差；而且冷变形方式仅能生产小壁厚的方管，在板件连接的转角处又没有加厚，承受局部性的集中荷载的能力弱；同时，连续冷变形引起的冷作硬化使方管的强度和硬度上升、韧塑指标下降，导致方管的冲击性能恶化。由此可见，现有采用焊接、冷变形等方式生产的方管，由于未同时解决机械性能均匀性、抗扭性能差、承受局部性的集中荷载的能力弱和冲击性能差等问题，在建筑领域未能得到广泛应用，尤其不能适用于高层建筑领域。

热轧方管是对钢管的一种热加工变形过程，由于热加工是在高于再结晶温度以上的塑性变形，所以因塑性变形引起的硬化过程和回复再结晶引起的软化过程几乎同时存在且相互抵消，而且热加工可以使毛管中某些缺陷如气孔和疏松焊合，消除部分偏析，使晶粒细化，改善夹杂物或脆性相的形态与分布等，其结果可以提高热轧方管的致密性、塑性与韧性。同时由于热轧方管不存在酸洗等过程，将轧管后的圆管直接进行热轧定径，其生产效率明显高于冷变形方管的生产效率。

本实用新型对目前的方管定方机进行改进，实现了利用四辊定径机的无缝热轧技术制作热轧方管的目的。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种方管定方机，实现生产机械性能较好的方管的目的。

为了实现上述目的，根据本实用新型提供了一种方管定方机，方管定方机包括沿管材的输送方向布置的一个或多个方管轧辊装置和将管材推进方管轧辊装置的动力输送装置，方管轧辊装置包括：机架；四个轧辊部，每个轧辊部均具有一个被动运动的轧辊，各轧辊均设置在机架上，四个轧辊部中的四个轧辊包括第一轧辊、第二轧辊、第三轧辊和第四轧辊，各轧辊的轴线位于同一平面内，且各轧辊的轧辊面在与平面垂直的方向上组合形成方形孔。

进一步地，第一轧辊的轴线和第三轧辊的轴线沿水平方向平行布置；第二轧辊的轴线和第四轧辊的轴线沿竖直方向平行布置。

进一步地，第一轧辊、第二轧辊、第三轧辊和第四轧辊的轧辊面均为环绕各自轧辊的轴线延伸的凹弧面。

进一步地，动力输送装置包括：液压控制单元；液压缸，液压缸在液压控制单元的控制下将管材推进方管轧辊装置。

进一步地，各轧辊部包括轧辊轴，轧辊轴设置在机架上，第一轧辊、第二轧辊、第三轧辊和第四轧辊分别套设在对应的轧辊轴上。

进一步地，各轧辊部还包括：第一轴承；第二轴承，第一轴承和第二轴承套设在各轧辊轴上；隔套，隔套套设在各轧辊轴上并位于第一轴承和第二轴承之间。

进一步地，方管定方机包括多个方管轧辊装置，且该多个方管轧辊装置沿管材输送方向从上游到下游的凹弧面的曲率半径依次变大。

进一步地，方管轧辊装置为四个，且四个方管轧辊装置配置为使得四个方管轧辊装置的总压下率小于18％，各方管轧辊装置的压下率小于5％。

进一步地，方管定方机还包括一个或多个圆管轧辊装置，沿管材的输送方向设置在方管轧辊装置之前。

本实用新型的方管定方机，由于具有将管材推进方管轧辊装置的动力输送装置，可以为方管轧辊装置提供更大的变形能力，以满足大口径厚壁钢管及特厚壁钢管的轧制变形所需的扭矩；在热轧过程中，各轧辊的轧辊面组合后形成的方形孔的四个侧面与定径后的热圆管接触，进一步将轧制力传输到圆管的各个部位，得到尺寸精良和机械性能较好的方管。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的定方机的结构示意图；

图2示出了本实用新型的方管轧辊装置的侧视图；

图3示出了图1所示的方管轧辊装置的A-A向的剖视图；

图4示出了本实用新型的方管轧辊装置的轧辊的示意图；以及

图5示出了本实用新型的方管生产工艺流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1和图2所示，在本实用新型一种典型的实施方式中，提供了一种方管定方机。该方管定方机包括一个或沿管材输送方向布置的多个方管轧辊装置200和将管材推进方管轧辊装置的动力输送装置300。具有上述结构的方管定方机的作用是将圆管通过本实用新型的方管轧辊装置将圆管轧制成方管。

如图2所示，方管轧辊装置包括机架1和四个轧辊部。其中，每个轧辊部均具有一个被动运动的轧辊，各轧辊均设置在机架1上，四个轧辊部中的四个轧辊包括第一轧辊21、第二轧辊22、第三轧辊23和第四轧辊24，各轧辊的轴线位于同一平面内，且各轧辊的轧辊面在该平面内组合形成方形孔。

在本实用新型的一种优选实施例中，动力输送装置300具体地包括液压控制单元和液压缸。具有上述结构的方管定方机中，液压缸在液压控制单元的控制下将管材推进方管轧辊装置200，可以为方管轧辊装置提供更大的变形能力，以满足大口径厚壁钢管及特厚壁钢管的轧制变形所需的扭矩；在热轧过程中，各轧辊的轧辊面在各轧辊的轴线所在的平面内组合形成方形孔的四个轧辊面与定径后的热圆管接触，进一步将轧制力传输到圆管的各个部位，得到尺寸精良和机械性能较好的方管。而且，与目前的冷轧工艺相比，采用具有上述结构的方管轧辊装置生产方管，在很大程度上提高了方管的产量和生产效率，同时降低了生产成本。

如图2至图4所示，第一轧辊21和第三轧辊23的轴线沿水平方向平行布置，且第一轧辊21的轧辊面具有一个沿水平方向设置的第一水平侧面，第一水平侧面形成方形孔的一个水平的侧面，第三轧辊23的轧辊面具有一个第二水平侧面，第二水平侧面组成方形孔的另一个水平的侧面；第二轧辊22和第四轧辊24沿竖直方向平行布置，且第二轧辊22的轧辊面具有一个沿竖直方向设置的第一竖直侧面，第一竖直侧面形成方形孔的一个竖直的侧面，第四轧辊24的轧辊面具有一个第二竖直侧面，第二竖直侧面形成方形孔的另一个竖直的侧面。

为了取得更好的轧制效果，优选地，第一轧辊21、第二轧辊22、第三轧辊23和第四轧辊24的轧辊面均为环绕各自轧辊的轴线延伸的凹弧面。将各轧辊面设置为凹弧面，能够使得轧辊面与圆管有较大的接触面积，能够将轧制力更均匀地传输到所轧制的圆管上，避免了在轧制过程中圆管受力不均引起不理想的变形的弊端。

如图3所示，各轧辊部包括轧辊轴，轧辊轴设置在机架上，第一轧辊21、第二轧辊22、第三轧辊23和第四轧辊24分别套设在对应的轧辊轴上，所述轧辊轴均为从动轴。具体地，轧辊轴包括第一轧辊轴6、第二轧辊轴7、第三轧辊轴8和第四轧辊轴9。其中，第一轧辊21套设在第一轧辊轴6上，第二轧辊22套设在对应的第二轧辊轴7上，第三轧辊23套设在对应的第三轧辊轴8上，第四轧辊24套设在对应的第四轧辊轴9上。

如图3所示，各轧辊部还包括第一轴承3、第二轴承4和隔套5；其中，第一轴承3和第二轴承4套设在各轧辊轴上。具体地，第一轴承3的内壁和第二轴承4的内壁分别与与其对应的轧辊轴的外壁过盈配合。

隔套5套设在各轧辊轴上并位于第一轴承3和第二轴承4之间。通过设置隔套5，可减少第一轴承3和第二轴承4之间的磨损，提高轴承的使用寿命。

如图3所示，各轧辊部还包括用于固定第一轴承3的第一端盖和用于固定第二轴承4的第二端盖，第一端盖和第二端盖分别套设在对应的轧辊轴上并位于轧辊轴的两端。其中，第一端盖与对应的轧辊通过第一螺栓固定连接，第二端盖与轧辊通过第二螺栓固定连接。当然，在未给出的实施例中，还可以根据实际需要采用其他的固定连接方式。

如图1所示，在本实用新型的一种优选实施例中，方管定方机包括沿管材输送方向布置的多个方管轧辊装置200，至少一个或多个方管轧辊装置200中的方形孔的四个侧面为凹弧面。采用具有凹弧面的方管轧辊装置200进行轧管时，圆管的变形性能够得到较好的控制，当圆管趋近于方管时可以采用具有接近于平面的凹弧面的方管轧辊装置200进行进一步的轧制变形。

利用本实用新型的方管定方机定方的过程中，圆管逐渐由圆变方，为了适应该变化过程，优选地，方管定方机中有多个方管轧辊装置200中的方形孔的四个侧面为凹弧面，并且该多个方管轧辊装置200沿管材输送方向从上游到下游的凹弧面的曲率半径依次变大。而且，本领域技术人员可以通过有限元对变形过程进行模拟，具体操作可以为：首先，设定圆管规格、变形温度、方管机架的单机架压下率、变形速率、摩擦系数、成品方管规格等边界条件，再通过有限元软件对变形过程进行模拟，最后，得到合理的凹弧面曲率半径。

在本实用新型的一种具体的实施例中，方管定方机的方管轧辊装置200为四个，四个方管轧辊装置200配置为使得四个方管轧辊装置200的总压下率小于18％，各方管轧辊装置200的压下率小于5％。

将每个方管轧辊装置200的压下率控制在5％以内，将四个方管轧辊装置200的总压下率控制在18％以内，可以避免定径过程中变形过大造成成品的尺寸精度以及抗扭性变差的问题的出现。

如图1所示，上述方管定方机还包括一个或多个圆管轧辊装置，该一个或多个圆管轧辊装置沿管材的输送方向设置在方管轧辊装置200之前。圆管轧辊装置与方管轧辊装置200组合设置便于实现方管的连续轧制、生产。上述定方机中的圆管轧辊装置直接采用现有的圆管定径机中的圆管轧辊装置即可。

如图5所示，在本实用新型又一种典型的实施方式中，还提供了一种方管的生产方法，上述生产方法包括管坯加热步骤、穿孔步骤、轧管步骤、定径步骤和定方步骤，定径步骤包括采用一个或多个圆管轧辊装置进行定径，形成圆管；定方步骤包括通过上述的方管定方机的动力输送装置300将上述圆管推进方管轧辊装置200进行定方，形成方管。

采用上述方管的生产方法，将经过热轧的热轧荒管采用圆管轧辊装置进行定径后得到圆管，然后采用本实用新型的方管定方机进行定方得到了热轧方管，避免了冷轧方管的强度、硬度较高、韧塑性较低的问题，具有较好的冲击性能；而且，采用上述生产工艺可实现连续性生产，生产效率较高。

在采用方管定方机的方管轧辊装置200将圆管定方的过程中，圆管在由圆变方的过程中，方管的周长变小，壁厚大约增厚5％左右，为了得到几何尺寸较为精确的方管，优选圆管的外径为D，方管的周长为L，定方步骤中周边压缩系数η为1.03～1.12且满足η＝π*D/L。

上述方管的生产方法中穿孔步骤采用曼式穿孔机穿孔，轧管采用周期轧管机组轧制。曼式穿孔机和周期轧管机组配合作业，能够保证大口径厚壁钢管的成形，满足生产要求。

为了改善钢管在由圆管变为方管的过程中，钢管各部位尺寸的均一性、机械性能的均匀性、保持钢管的抗扭性，优选在定方过程中，沿管材输送方向从上游到下游的四个方管轧辊装置200的单机压下率依次为2.5％、4.8％、4.3％和3.4％。

在采用上述生产工艺生产方管时，优选通过曼式穿孔机的毛管规格分别为Φ580×150mm、Φ600×160mm、Φ620×170mm；且外径为Φ580mm、Φ600mm、Φ620mm的毛管通过周期轧管机组均轧制为规格为Φ490mm×118mm的荒管。

在本实用新型一种优选的实施例中，生产规格为400×400×125mm的方管时，定方步骤采用的方管轧辊装置200为四个，且沿管材的输送方向从上游到下游的四个方管轧辊装置200的凹弧面的曲率半径依次为526mm、912mm、2552mm和7000mm，单机压下率依次为2.5％、4.8％、4.3％和3.4％。采用上述的方管轧辊装置200进行定方时，本领域技术人员可以依据η＝π*D/L的原则以及5％左右的增厚度选择合适的定径后的圆管进行定方。

以下将结合实施例，进一步说明本实用新型的有益效果。

实施例1

实施例1以规格为400mm×400mm×125mm的方管的生产为例对本实用新型的进行说明，由于规格为400mm×400mm×125mm的方管属于外径较大且壁厚较厚的方管，具有较大的生产难度和代表性。

将外径为Φ600mm的坯料预热，然后在环形炉中采用五段加热：加热一段的目标温度为1010℃±10℃，加热二段的目标温度为1120℃±10℃，加热三段的目标温度为1210℃±10℃，加热四段的目标温度为1290℃±10℃；然后在均热段1280℃±10℃下均热。加热四段与均热段时间之和控制在3小时，总加热时间控制在10小时。

将均热后的坯料采用曼式穿孔机穿孔得到规格为Φ600×160mm的毛管；然后将该毛管采用周期轧管机组的Φ490孔型轧制成规格为Φ490×118mm的荒管。

将上述荒管采用圆管轧辊装置进行定径得到规格为Φ480×119mm的圆管；然后采用最大输送动力为2500吨的液压缸向圆管输送动力，从而将圆管依次推入四个方管轧辊装置进行定方，沿圆管的输送方向从上游到下游的四个方管轧辊装置的凹弧面的曲率半径依次为526mm、912mm、2552mm和7000mm，单机压下率依次为2.5％、4.8％、4.3％和3.4％，定方完成后得到规格为400mm×400mm×125mm的无缝热轧方管。

选取任意一根实施例1的方管，并测试它们的几何尺寸以及室温下的力学性能，几何尺寸的具体测试结果见表1，力学性能的具体测试结果见表2。

表1

表2

从表1可以看出，采用本申请的方管定方机定方后得到的方管的边长与标准边长的偏差小于0.65％，壁厚与标准壁厚的偏差小于3％，尺寸精度较高，均能够满足设计要求且截面形状比较合理；且从表1和表2中的数据可以看出通过本发明的生产方法得到的方管的各种几何尺寸和力学性能均能满足欧洲EN10210标准的要求，无缝方管具有较高的强韧性和优良的综合性能。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种方管定方机，其特征在于，所述方管定方机包括沿管材的输送方向布置的一个或多个方管轧辊装置(200)和将所述管材推进所述方管轧辊装置(200)的动力输送装置(300)，所述方管轧辊装置(200)包括：

机架(1)；

四个轧辊部，每个轧辊部均具有一个被动运动的轧辊，各所述轧辊均设置在所述机架(1)上，所述四个轧辊部中的四个轧辊包括第一轧辊(21)、第二轧辊(22)、第三轧辊(23)和第四轧辊(24)，各所述轧辊的轴线位于同一平面内，且各所述轧辊的轧辊面在与所述平面垂直的方向上组合形成方形孔。

2.根据权利要求1所述的方管定方机，其特征在于，

所述第一轧辊(21)的轴线和所述第三轧辊(23)的轴线沿水平方向平行布置；

所述第二轧辊(22)的轴线和所述第四轧辊(24)的轴线沿竖直方向平行布置。

3.根据权利要求2所述的方管定方机，其特征在于，所述第一轧辊(21)、第二轧辊(22)、第三轧辊(23)和第四轧辊(24)的轧辊面均为环绕各自轧辊的轴线延伸的凹弧面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方管定方机，其特征在于，所述动力输送装置(300)包括：

液压控制单元；

液压缸，所述液压缸在所述液压控制单元的控制下将所述管材推进所述方管轧辊装置(200)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方管定方机，其特征在于，各所述轧辊部包括轧辊轴，所述轧辊轴设置在所述机架上，所述第一轧辊(21)、所述第二轧辊(22)、所述第三轧辊(23)和所述第四轧辊(24)分别套设在对应的所述轧辊轴上。

6.根据权利要求5所述的方管定方机，其特征在于，各所述轧辊部还包括：

第一轴承(3)；

第二轴承(4)，所述第一轴承(3)和所述第二轴承(4)套设在各所述轧辊轴上；

隔套(5)，所述隔套(5)套设在各所述轧辊轴上并位于所述第一轴承(3)和第二轴承(4)之间。

7.根据权利要求3所述的方管定方机，其特征在于，所述方管定方机包括多个所述方管轧辊装置(200)，且该多个方管轧辊装置(200)沿管材输送方向从上游到下游的凹弧面的曲率半径依次变大。

8.根据权利要求7所述的方管定方机，其特征在于，所述方管轧辊装置(200)为四个，且四个所述方管轧辊装置(200)配置为使得四个所述方管轧辊装置(200)的总压下率小于18％，各所述方管轧辊装置(200)的压下率小于5％。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方管定方机，其特征在于，所述方管定方机还包括一个或多个圆管轧辊装置，沿所述管材的输送方向设置在所述方管轧辊装置(200)之前。

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