包钢科技

最大入口速度/(m·s^-1)	最大出口速度/(m·s^-1)	主电机最大转速/(r·min^-1)	调速电机最大转速/(r·min^-1)
1.2	1.75	1 000	1 350

最大入口速度/(m·s^-1)	最大出口速度/(m·s^-1)	主电机最大转速/(r·min^-1)	调速电机最大转速/(r·min^-1)
1.2	1.75	1 000	1 350

最大入口速度 /(m·s^-1)	最大出口速度 /(m·s^-1)	主电机最大转速 /(r·min^-1)
1.2	1.412	930.7

最大入口速度 /(m·s^-1)	最大出口速度 /(m·s^-1)	主电机最大转速 /(r·min^-1)
1.2	1.412	930.7

最大入口速度 /(m·s^-1)	最大出口速度 /(m·s^-1)	主电机最大转速 /(r·min^-1)
1.2	1.450	919.4

最大入口速度 /(m·s^-1)	最大出口速度 /(m·s^-1)	主电机最大转速 /(r·min^-1)
1.2	1.450	919.4

定径机替代张力减径机轧制的探讨

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尹贵乐 , 白建亭 , 肖云峰 , 房旭 , 张文亮 , 史江欢 , 刘学江

包钢科技 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司制造部专辑 2023,49(6): 93-98

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包钢科技 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司制造部专辑 2023, 49(6): 93-98

定径机替代张力减径机轧制的探讨

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尹贵乐, 白建亭, 肖云峰, 房旭, 张文亮, 史江欢, 刘学江

作者信息

内蒙古包钢钢管有限公司,内蒙古包头 014010

尹贵乐(1984-),男,山西省代县人,高级工程师,现从事热工具装配技术指导、装配工艺优化、生产技术指导及准备工作。

Discussion on Replacing Stretch Reducing Mill with Sizing Mill for Rolling

Gui-le Yin, Jian-ting Bai, Yun-feng Xiao, Xu Fang, Wen-liang Zhang, Jiang-huan Shi, Xue-jiang Liu

Affiliations

Inner Mongolia Baotou Steel Pipe Co., Ltd., Baotou 014010, Inner Mongolia Autonomous Region, China

出版时间: 2023-12-25

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摘要

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文章立足现有设备状态,利用软件对定径机和其对应热工具定径机架的尺寸参数进行优化设计,计算出定径机架的极限加工尺寸,采用数模仿真技术对极限尺寸内涵盖的轧制规格进行孔型设计和轧制参数优化理论分析。通过对比相同规格轧制张力减径机的相关参数设计,综合分析设备主机状态及生产效率,得出了定径机替代张力减径机轧制的极限规格,为推进定径机替代张力减径机轧制,提供可靠的理论支持。

关键词

定径机 / 张力减径机 / 孔型设计 / 数模仿真

Abstract

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In the paper, the dimension parameters of sizing mill and its corresponding hot tool, sizing mill stand are optimized and designed with the software, ultimate machining dimension of sizing mill stand is calculated as well as pass design of rolling specifications within ultimate dimension and theoretical analysis on optimization of rolling parameter are carried out with the numerical simulation technology and existing equipment status. The ultimate specifications of replacing stretch reducing mill with sizing mill are obtained by comparing relevant parameter design of stretch reducing mill for rolling with the same specification as well as comprehensively analyzing the status of host of equipment and production efficiency, which could provide reliable theoretical support for promoting replacing stretch reducing mill with sizing mill for rolling.

Key words

sizing mill / stretch reducing mill / pass design / numerical simulation

引用本文

尹贵乐, 白建亭, 肖云峰, 房旭, 张文亮, 史江欢, 刘学江. 定径机替代张力减径机轧制的探讨. 包钢科技, 2023 , 49 (6) : 93 -98 .

Gui-le Yin, Jian-ting Bai, Yun-feng Xiao, Xu Fang, Wen-liang Zhang, Jiang-huan Shi, Xue-jiang Liu. Discussion on Replacing Stretch Reducing Mill with Sizing Mill for Rolling[J]. Science & Technology of Baotou Steel, 2023 , 49 (6) : 93 -98 .

正文

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内蒙古包钢钢管有限公司Φ180 mm机组为20世纪90年代意大利INNSE公司设计制造的五机架MINI-MPM连轧机组,机组配置了12架定径机和24架张力减径机,可生产外径为108~244.5 mm、壁厚为4.5~35 mm范围内的多种无缝钢管。其中外径为168 mm以上规格无缝钢管使用定径机进行轧制,而外径168 mm以下规格无缝钢管使用张力减径机进行轧制。随着市场竞争日益严峻,提高产能、降低成本成了企业生存发展的根本途径,为此,Φ180 mm机组通过优化圆坯规格,将原有的Φ173 mm坯型改为Φ194 mm坯型,以提高该系列产能。由于坯型增大,该系列可轧制规格扩大到Φ178 mm,因此会产生同一坯型来回更换定径机和张力减径机进行轧制的情况,不仅增加了换辊调试时间,而且会造成生产断续、成本增加的问题。针对该问题,提出使用定径机替代张力减径机轧制的方案,以达到减少热工具更换调整时间、降低工人换辊作业强度、提高生产连续性、降低制造成本和设备维护费用的目的^[1]。

1 相关概念及论证要求

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定径机(sizing mill):实际上是一种空心轧制的多机架连轧机,其任务是在较小的总减径率和较小的单机架减径率条件下,将钢管轧成要求尺寸精度的成品管。

张力减径机(stretch reducing mill):也是一种空心轧制的多机架连轧机,被轧制的钢管不仅受径向压缩,同时还受纵向拉伸,即存在张力,在张力作用下,钢管在减径的同时实现减壁厚,张力越大,减壁厚量越大,即张力减径机除了起定径作用之外,还要求有较大的减径率以实现用大口径管材生产小口径钢管的目的,并且在减径的同时使壁厚减薄或者保持不变,而达到要求尺寸精度。

论证的具体要求如下:

(1)通过对定径机架的改造和辊环尺寸的重新设计,达到定径机架满足轧制张力减径机核心规格Ф141.54 mm孔型(即Ф139.7 mm套管)的要求,并探究出可轧制的极限规格(即最小外径)。

(2)改造尽可能保持原有定径机架内部传动部件规格尺寸不变,保持机架的通用性和零部件的互换性,减少新品备件订购数量。

(3)项目改造后,尽可能不影响轧制节奏,保持原有轧制速度。

2 论证过程

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2.1 辊环尺寸计算及设计

利用AutoCAD软件,按照辊环原设计尺寸参数,绘制辊环结构图。利用绘图软件计算出,轧制最小孔型Ф141.54 mm对应毛坯辊环尺寸应为R68(如图1所示),与目前在用的最小规格R82(如图2所示)相比,辊环最大外径由448 mm增加至462 mm,半径增加7 mm,其他尺寸均保持不变。

2.2 机架壳体尺寸

2.2.1 定径机架壳体辊环轮廓

通过查询机架壳体图纸,依据图纸尺寸绘制壳体示意图(等尺寸绘制),并将图1所示R68规格辊环装配于示意图中。装配正视图、剖视图分别如图3、图4所示。

由图4可知,机架壳体尺寸满足R68规格辊环的装配使用。由于R68规格辊环最大外径增加,通过计算,装配后,机架中心到辊环最大外径的最远距离为496 mm,因此,需将机架壳体三个辊环轮廓区域的开度按照半径506 mm进行铸造和加工,以保证辊环装配后,不与机架壳体发生干涉,影响转动。由此可知,定径机架壳体满足张力减径机孔型对应规格辊环的装配使用要求。

2.2.2 定径机架壳体厚度

查阅定径机机架布局图纸及技术手册,可知定径机架间距为470 mm,即定径机架最大厚度不大于470 mm,即可推入定径机架牌坊,不发生相互干涉。

由R68规格定径机架侧视示意图(如图5所示)可知,定径机架壳体厚度为430 mm,定位面厚度为5 mm,辊环居中装配后,R68规格辊环沿机架壳体垂直方向,最大外径点超出壳体端面16 mm,超出壳体定位面11 mm,即单架定径机架壳体有效厚度为462 mm。

另外,装配R68规格辊环后的定径机架间的理论空隙为8 mm,按照孔型参数车削加工后,实际空隙为11 mm,即装配R68毛坯辊环的定径机架装入牌坊后,相邻两机架间的空隙在11 mm以上,转动互不干涉。由此可知,定径机牌坊尺寸满足R68规格辊环外径需求,即定径机满足张力减径机核心孔型的加工条件。

2.2.3 定径机架壳体厚度改造

为避免机架在存放和吊运过程中发生辊沿磕碰,同时考虑适当弥补机架壳体刚度下降的客观情况,建议将机架壳体尺寸做如下调整。

(1)保持机架壳体原有定位台尺寸不变(如图6阴影所示位置),以避免因调整机床定位尺寸而造成的机架加工精度偏差,最大程度保证所有机架定位精度一致。

(2)机架壳体整体厚度保持430 mm不变,将壳体局部位置增厚至465 mm,并将中间圆环状凸起保护台高度同样增厚至465 mm(如图7、图8阴影所示位置),即机架壳体有效厚度变为465 mm,大于R68辊环的最大外沿尺寸462 mm,可以有效避免毛坯机架吊运过程中产生辊环磕碰的问题。

上述调整后不但可以适当提高机架壳体刚度,而且保证了机架在机床上的定位精度,同时也有效避免了机架吊运过程中产生的磕碰问题。

2.2.4 定径机牌坊的尺寸

以Ф141.54 mm孔型(即Ф139.7 mm规格)最后四架为例,FB22孔型车削完成后,辊环最大外沿尺寸为459.23 mm,装配至定径机架壳体后,相邻两架定径机架辊环外沿间距大于11 mm,相邻机架轧辊转动不会出现干涉问题。由此可知,机架调整后完全满足现场使用要求。定径牌坊机架布局如图9所示。

2.2.5 定径机架其他尺寸

前述内容仅对辊环规格做了调整,辊环尺寸依然遵循原有参数。机架壳体针对三个辊环轮廓区域的开度进行了增加,对壳体外部增设局部高台,对壳体外部环状凸起保护台高度做了增加,除此之外,其余参数均保持不变。

2.2.6 定径机架内部传动部件

定径机架内部传动所用全部零部件均保持原有参数,未做调整,保证了装配R68规格辊环定径机架的通用性和零部件的完全互换。

2.3 定径机技术参数核算

查询机组技术参数手册,可知定径机基本技术参数,如表1所示。

通过数模运算Ф141.54 mm孔型定径机轧制参数,核对出机组运行具体数据,如表2所示。

由表1和表2,对比定径机技术参数和数模运算得出的参数,得出如下结果:

(1)轧制Ф141.54 mm孔型,入口速度为1.2 m/s,等于主机最大入口速度。

(2)轧制Ф141.54 mm孔型,出口速度为1.412 m/s,小于主机最大出口速度1.75 m/s。

(3)轧制Ф141.54 mm孔型,主机转速为930.7 r/min,低于1 000 r/min主机转速,低于1 350 r/min调速电机转速。

由此可知,使用定径机替代张力减径机轧制Ф141.54 mm核心孔型满足定径机运行条件。

查询Ф141.54 mm孔型现用张力减径机轧制数模计算结果^[2-3],机组运行技术参数如表3所示。

由表2和表3,对比定径机数模运算技术参数和张减机数模运算技术参数可知,改为定径机轧制后,轧制出口速度为1.412 m/s,比张力减径机轧制出口速度1.450 m/s降低0.038 m/s,降速2.62%,按三倍尺38.3 m计算,改为定径机轧制后,轧制节奏增加0.711 s,对轧制速度影响较小。因此,使用定径机替代张力减径机轧制Ф141.54 mm核心孔型(即Ф139.7 mm规格)满足产线生产节奏需求。

3 极限尺寸核算

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以机组技术参数手册中标定的定径机架间距470 mm为极限尺寸设计辊环,得出辊环规格为R60,如图10所示。

结合装配偏差和加工余量考虑,装配R60规格辊环的定径机架,最小可车削孔型规格为Ф128.48 mm,即原张力减径机轧制的另一核心孔型——Ф127 mm车轴管。

经过对R60辊环尺寸和装配后机架壳体变动数据进行计算,结合数模运算数据对比分析,可知定径机替代张力减径机轧制的极限尺寸为Ф127 mm规格。

结合包钢钢管公司各条产线产品规格布局情况,当前180产线最小轧制规格为Ф127 mm,由此可知,原张力减径机所涵盖的轧制规格,可以全部由定径机替代轧制,实现Φ180 mm MINI-MPM连轧辊机组全规格定径机轧制。

4 结论

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(1)使用定径机可以满足轧制张力减径机孔型的要求,Ф180 mm机组可实现全规格定径机轧制。

(2)使用定径机可以轧制的极限产品为Ф127 mm车轴管,即Ф128.48 mm孔型。

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

排序方式：

[1]

李元德, 朱燕玉, 贾立虹, 等. 连轧管机组发展历程及生产技术[J]. 钢管, 2010, 39(2):1-13.

[2]

李金锁, 吕庆功. 无缝钢管张力减径张力系数的理论计算与分析[J]. 钢管, 2015, 44(3):40-43.

[3]

郭海明, 李琳琳, 张尧, 等. 三辊微张力定(减)径工艺设计探讨[J]. 钢管, 2021, 50(6):50-55.

2023年第49卷第6期

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接收时间：2023-10-08
首发时间：2025-11-21
出版时间：2023-12-25

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收稿日期：2023-10-08

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内蒙古包钢钢管有限公司,内蒙古包头 014010

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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