熱軋鋼管生產工藝流程 教材

2021-04-28 09:44:32 字數 4707 閱讀 4121

2.1一般工藝流程

熱軋無縫鋼管的生產工藝流程包括坯料軋前準備、管坯加熱、穿孔、軋制、定減徑和鋼管冷卻、精整等幾個基本工序。

當今熱軋無縫鋼管生產的一般主要變形工序有三個:穿孔、軋管和定減徑;其各自的工藝目的和要求為:

2.1.1穿孔:

將實心的管坯變為空心的毛管;我們可以理解為定型,既將軋件斷面定為圓環狀;其裝置被稱為穿孔機。對穿孔工藝的要求是:首先要保證穿出的毛管壁厚均勻,橢圓度小,幾何尺寸精度高;其次是毛管的內外表面要較光滑,不得有結疤、摺疊、裂紋等缺陷;第三是要有相應的穿孔速度和軋制週期,以適應整個機組的生產節奏,使毛管的終軋溫度能滿足軋管機的要求。

2.1.2軋管:

將厚壁的毛管變為薄壁(接近成品壁厚)的荒管;我們可以視其為定壁,即根據後續的工序減徑量和經驗公式確定本工序荒管的壁厚值;該裝置被稱為軋管機。對軋管工藝的要求是:第一是將厚壁毛管變成薄壁荒管(減壁延伸)時首先要保證荒管具有較高的壁厚均勻度;其次荒管具有良好的內外表面質量。

2.1.3定減徑(包括張減):

大圓變小圓,簡稱定徑;相應的裝置為定(減)徑機,其主要作用是消除前道工序軋制過程中造成的荒管外徑不一(同一支或同一批),以提高熱軋成品管的外徑精度和真圓度。對定減徑工藝的要求是:首先在一定的總減徑率和較小的單機架減徑率條件下來達到定徑目的,第二可實現使用一種規格管坯生產多種規格成品管的任務,第三還可進一步改善鋼管的外表面質量。

20世紀80年代末,曾出現過試圖取消軋管工序,僅使用穿孔加定減的方法生產無縫鋼管,簡稱cps,即斜軋穿孔和張減的英文縮寫),並在南非的tosa廠進行了工業試驗,用來生產外徑mm,壁厚3.4~25mm的鋼管,其中定徑最小外徑為101.6mm;張減最大外徑我101.

6mm。經過實踐檢驗,該工藝在產生壁厚大於10mm的鋼管時質量尚可,但在生產壁厚小於8mm的鋼管時通過定徑、張減不能完全消除穿孔毛管的螺旋線,影響了鋼管的外觀質量。在隨後的改造中不得不在穿孔機於定減徑機之間增設了一台mini-mpm(4機架)來確保產品質量。

2.2各熱軋機組生產工藝過程特點

我們通常將毛管的壁厚加工稱之為軋管。軋管是鋼管成型過程中最重要的乙個工序環節。這個環節的主要任務是按照成品鋼管的要求將厚壁的毛管減薄至與成品鋼管相適應的程度,即它必須考慮到後繼定、減徑工序時壁厚的變化,這個環節還要提高毛管的內外表面質量和壁厚的均勻度。

通過軋管減壁延伸工序後的管子一般稱為荒管。軋管減壁方法的基本特點是在毛管內按上剛性芯棒,由外部工具(軋輥或模孔)對毛管壁厚進行壓縮減壁。依據變形原理和裝置特點的不同,它有許多種生產方法,如表1所示。

一般習慣根據軋管機的形式來命名熱軋機組。軋管機分單機架和多機架,單機架有自動軋管機、阿塞爾軋機、accu-roll等,斜軋管機都是單機架的;連軋管機都是多機架的,通常4~8個機架,如mpm、pqf等。目前主要使用連軋(屬於縱軋)與斜軋兩種軋管工藝。

表1軋管減壁的工藝方法

2..2.1連續軋管機的幾種形式:

連軋管機是在毛管內穿入長芯棒後,經過多機架順序布置且相臨機架輥縫互錯(二輥式輥縫互錯90°,如圖1所示;三輥式輥縫互錯60°)的連軋機軋成鋼管,它是當今被最廣泛應用的縱軋鋼管方法。連軋管機軋制過程中,軋件變形實際上是受多組(4~8組)軋輥與芯棒的反覆作用從圓到橢圓…橢圓再到圓的過程。

連軋管機的發展歷史悠久,早在19世紀末就曾嘗試在長芯棒上進行軋管,但種種原因,至2023年世界上僅有6臺連軋管機。2023年後,隨著科學技術的進步和生產的發展,特別是電子計算機技術的飛速發展和應用,使連軋管機在生產工藝和裝置上日趨完善,得到了迅速的發展和推廣。在浮動芯棒連軋管機的基礎上,限動芯棒連軋管機於20世紀60年代中期進行了工藝試驗,獲得了可喜的成果。

2023年世界上第一套限動芯棒連軋管機(mpm)在義大利達爾明鋼管廠建成投產,連軋管工藝發展到了乙個新的水準。20世紀90年代末又推出了三輥連軋管機(pqf)技術,使連軋管工藝裝備躍上了更高的台階。

連軋管機在pqf出現以前,都是兩輥式的,即由兩個軋輥為一組組成孔型,二輥式的機架既有與地面呈45°交錯布置的,也有與地面垂直、水平交錯布置的;pqf為三輥式的,即由三個軋輥為一組組成孔型;;mpm與pqf孔型構成見(圖2);連軋管時,孔型頂部的金屬由於受到軋輥外壓力和芯棒內壓力作用而產生軸向延伸,並向圓周橫向寬展,而孔型側壁部分的金屬與芯棒不接觸,但它被頂部軸向延伸的金屬對它附加的拉應力作用而產生軸向延伸,並同時產生軸向拉縮。不論兩輥式的還是三輥式的連軋管機,按芯棒的執行方式可分為以下三種形式。

2.2.1.

1浮動芯棒連軋管機(或全浮動芯棒連軋管機):簡稱mm(mandrel mill),一般設有8個機架。軋制過程中對芯棒速度不加以控制,芯棒由被輾軋金屬的摩擦力帶動自由跟隨管子通過軋機,芯棒的執行速度是不受控的;軋制過程中芯棒的執行速度隨著各機架的咬入、拋鋼有波動,從而引起管子壁厚的波動;軋制結束後,芯棒隨荒管軋出至連軋機後的輸出輥道,在軋制中、薄壁管時芯棒的幾乎全長都在荒管內,見圖3;帶有芯棒的荒管橫移至脫棒線,由脫棒機將芯棒從荒管中抽出以便冷卻、潤滑後迴圈使用。

其特點是軋制節奏快,每分鐘可軋4支甚至更多的鋼管; 但荒管的壁厚精度稍低、設有脫棒機其工藝流程較長、芯棒的長度接近於管子的長度;適合生產較小規格(外徑小於177.8mm)的無縫鋼管。比較有代表性的浮動芯棒連軋管機有德國公尺爾海姆廠的rk2機組和我國寶鋼的φ140 mm機組。

浮動芯棒連軋管機的工作特點是:由於在軋制時不控制芯棒速度,因此在整個軋制過程中,芯棒速度多次變化。例如,在一台8機架的連軋管機上,當金屬進入第一機架時,芯棒在摩擦力的作用下,以接近第一機架的軋制速度執行;當金屬進入第二機架時,芯棒速度就要改變,以第一和第二機架軋制速度之間的某個速度執行;當進入第三機架時,則芯棒速度已變為第

一、第二和第三機架軋制速度之間的某個速度;依此類推,直至進入第八機架,芯棒速度便經過了8次變化,已1~8機架間的某個速度執行,進入乙個相對穩定的軋制階段。在此階段,前面機架的軋制速度比芯棒速度慢(稱為慢速機架),後面機架的軋制速度比芯棒速度快(稱為快速機架),如果中間某個機架的軋制速度恰好與芯棒執行速度相同則稱為同步機架。隨後當金屬逐漸從有關機架中軋出時,在芯棒速度變化為2~8機架間的某個速度;當金屬由第二機架軋出,則芯棒速度又變為第三至第八機架間的某個速度,以此類推,直至金屬從第八機架軋出為止。

由上可以看出,在鋼管的軋制過程中,芯棒的速度至少要變化15次,芯棒速度的變化將導致金屬流動條件的改變。浮動芯棒連軋管機由於軋制過程中芯棒速度改變而使得金屬流動發生變化,因金屬流動的不規律而引起鋼管縱向的壁厚和直徑變化,儘管對此採取了不少措施並取得了一定的效果,當軋制條件的變化依然存在,且產品管的尺寸精度始終不如限動芯棒軋機。此外,芯棒長,使製造費用加大,製造困難,且長芯棒的重量也很大,鋼管帶著過重的芯棒在輥道上執行將會導致鋼管表面損傷。

故目前浮動芯棒連軋管機均用於小型機組。

連軋管時,荒管可以看作是在不同直徑的軋輥間連續軋制形成的。穿在鋼管中的芯棒可以看作是曲率半徑無窮大的內軋輥。浮動芯棒軋制時,芯棒除受到軋輥經軋件傳遞來的作用力外,再無其他外力作用。

當軋件頭部經第一機架咬入後,隨著軋件逐一走向後面的延伸機架,作用在芯棒上的機架數相繼增多,故芯棒速度不斷提高,這個階段稱為「咬入」階段。當軋件頭部進入最末機架後,整個軋件處在連軋管機所有機架的軋制中,芯棒速度維持不變,稱為「穩定扎著急」階段。當軋件尾部離開第一機架後,芯棒速度友逐級提高,直到軋出延伸,稱為「軋出」階段。

軋輥工作圓周速度是安「穩定軋制」狀態下設定的。軋制過程中軋件又是遵循著體積不變定律的。然而由芯棒引起的軋件速度的公升高,使流入後面機架的金屬必然增多,也就是說,後面的機架由芯棒送入了比其設定的軋輥圓周速度所允許的還要多的金屬,這就出現了使斷面積增大的金屬積累。

這種逐步流入的附加金屬造成的較大斷面,儘管在最後的機架上得到了加工,但仍然導致在荒管的一些部位上直徑變大和壁厚變厚,這種現象稱為「竹節」。原則上講可能在整根鋼管上均出現「竹節」。顯然「竹節」現象屬縱向壁厚不均,對隨後的張減機軋制是不利的,應盡可能防止。

為了防止或減少「竹節」形成,孔型設計分配壓下量時,在保證總延伸不變的前提下,適當增加前幾架壓下量。這樣,就可在後面幾個機架中使芯棒速度的躍增得到減弱,從而減輕芯棒速度變化的影響。良好的芯棒潤滑有利於延伸和降低能耗,也可以減少竹節的形成。

還可以採用電控技術防止竹節的產生。由電子計算機進行預設定,軋輥轉速按要求變化,當軋件通過時對軋輥進行校準,使各機架的出口速度與芯棒速度的變化相適應。

70年代盛行浮動芯棒連軋管機機組。由於受到芯棒重量的限制,至今這種機組僅能生產直徑小於177.8mm一下的鋼管。

2.2.1.

2半浮動(或半限動)芯棒連軋管機:德國人稱mrk-s(mannesmann bohr-kontimill stripper);法國人稱neuval-r。半浮動芯棒連軋管機一般7~8個機架。

德國設計的工藝為:在軋制過程中,前半程,芯棒不是自由地隨軋件前進,而是受限動機構的控制,以一恆定速度前進,芯棒與軋件的速差分布是不一致的,第1架的軋件出口速度小於芯棒速度;自第2架開始,軋件的速度快於芯棒的速度,形成穩定的差速軋制狀態;當完成主要變形、管子脫離倒數第3架時,限動機構加速釋放芯棒,像浮動芯棒一樣由鋼管將芯棒帶出軋機。德國式的半浮動芯棒連軋管機於20世紀80年代初在日本八幡廠建成投產。

法國研製的工藝為:在鋼管由最後乙個機架軋出時才鬆開芯棒,即在軋制過程中具有限動芯棒軋機的工藝特點,而在終軋後鬆開芯棒;芯棒隨荒管至連軋機後的輸出輥道。法國式的半浮動芯棒連軋管機於20世紀70年代後期在法國的聖索夫鋼管廠投入生產。

不論德國工藝還是法國工藝,半浮動芯棒軋管機軋制結束後,約有1/3長的荒管(尾部)包住芯棒前端,見圖4;帶有芯棒的荒管橫移至脫棒線,由脫棒機將芯棒從荒管中抽出以便冷卻、潤滑後迴圈使用。其特點是荒管壁厚的精度較高、節奏較快,每分鐘可軋3支甚至更多的鋼管,芯棒長度雖然比浮動式的短得多,而比限動芯棒軋機略長一些;設有脫棒機工藝其流程較長;適合生產較小規格(外徑小於219mm)的無縫鋼管。德國模式的代表機組有日本的八幡廠的φ194 mm機組和我國衡陽的φ89 mm機組;法國模式的機組至今僅有一套,就是法國v&m公司聖索夫廠的φ127 mm機組。

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