連續軋管機是在毛管內穿入長芯棒后,經過多機架順序布置且相鄰機架輥縫互錯(二輥式輥縫互錯90°如圖4-1所示,三輥式輥縫互錯60°)的連軋機軋成不銹鋼管,它是當今最為廣泛使用的縱軋不銹鋼管方法。在連續軋管機軋制過程中,軋件變形實際上是受多組(4~8組)軋輥與芯棒的反復作用從圓到橢圓···橢圓再到圓的過程。
連續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,但由于種種原因,至1950年世界上也僅有6臺連續軋管機。1960年后,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,使連續軋管機在生產工藝和設備上日趨完善,得到了迅速的發展和推廣。在浮動芯棒連續軋管機的基礎上,限動芯棒連續軋管機于20世紀60年代中期進行了工藝試驗,獲得了可喜的成果。1978年世界上第一套限動芯棒連續軋管機(MPM)在意大利達爾明鋼管廠建成投產,連續軋管工藝發展到了一個新的水準。20世紀90年代末又推出了三輥連續軋管機(PQF)技術,使連續軋管工藝裝備躍上了更高的臺階。
連續軋管機在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,如圖4-2所示。連續軋管時,孔型頂部的金屬由于受到軋輥外壓力和芯棒內壓力作用而產生軸向延伸,并向圓周橫向寬展,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,并同時產生軸向拉縮。不論兩輥式的還是三輥式的連續軋管機,按芯棒的運行方式可分為浮動芯棒連續軋管機、半浮動芯棒連續軋管機和限動芯棒連續軋管機三種形式。
為了完成將連續軋管機軋出的荒管與芯棒脫開分離的工藝目的,便于荒管在后道工序進一步加工成品不銹鋼管,一般采用以下兩種方法。
1. 脫棒機
軋制結束后荒管/芯棒被一起移出軋制線,荒管受軸向約束不動,用裝置將芯棒從荒管中抽出。我們將這種荒管不動,芯棒動的設備稱為脫棒機。當帶芯棒的荒管進入脫棒位置后,脫棒鏈上的脫棒卡緊裝置就鉤住芯棒的尾柄,而液壓開閉的卡板擋住荒管,脫棒鏈從荒管中抽出芯棒。脫棒鏈轉過半圈完成一次脫棒動作,鏈所走過的距離約為芯棒長度的1.1倍。脫棒機的最大速度大于4.5m/s,到達終位的誤差為±50mm.脫出的芯棒經輸送輥道送到芯棒定位升降擋板前,然后由芯棒移送裝置把芯棒送人芯棒冷卻槽,循環使用。脫棒機安裝位置與連續軋管機平行。脫棒機有兩列脫棒鏈,這兩列脫棒鏈用橫梁連接起來,兩列脫棒鏈間共有兩個脫棒橫梁及多個承載橫梁。脫棒橫梁用來從荒管中抽出芯棒,而承載橫梁用來在脫棒過程中支撐芯棒。在脫棒橫梁上用螺栓緊固與軋件尺寸相關的脫棒卡緊裝置,當更換軋制芯棒時,需要更換脫棒卡緊裝置。
2. 脫管機
軋制結束后,芯棒停止運動,荒管在線被脫管裝置將其從芯棒中脫出,我們將這種芯棒不動,荒管動的設備稱為脫管機。脫管機既有兩輥式的,也有三輥式的。脫管機的設置有兩個重要的工藝目的:(1)將荒管從芯棒上脫出,完成脫管目的,在軋制線上脫管,省去了脫棒機,縮短了工藝流程,提高了終軋溫度;(2)起定徑作用,也就是說在每一支鋼管生產中,該機也有延伸和定徑作用。在早期設計的限動芯棒連續軋管機組中就嘗試過不單獨設置脫管機(如1985年建造的日本NKK京濱廠的ф250mm機組和1990年建造的俄羅斯伏爾加鋼管廠的Φ426mm機組),而是將MPM軋出的荒管直接送人緊隨其后的10機架二輥式脫管/定徑機組定徑(1997年日本住友和歌山ф426mm MPM 機組脫管/定徑機組則是送入其后的12架三輥式(FQS)),使脫管和定徑在一個工序內完成;荒管在連續軋管機軋制的同時,被脫管/定徑機組從芯棒上脫出并完成定徑任務,實現MPM與定徑機組之間的連軋。但由于荒管的規格和材質種類較多,給成品管的外徑控制帶來困難,很難保證鋼管的外徑精度,因此在以后的機組中沒有再使用這種工藝布置。為生產薄壁管和中厚壁管,每架脫管機的孔型名義直徑必須小于軋管機芯棒直徑。在生產薄壁管時,脫管機的減徑量要相應加大,否則薄壁管不易被脫出。每架脫管機上都裝有安全白,以防止芯棒進入脫管機時損傷軋輥及相關的機械部分。在事故情況下,假如當帶芯棒的荒管進入脫管機孔型時,若脫管機軋輥承受的徑向載荷大于預設值,則軋輥孔型會相應張開,防止芯棒頂壞軋輥及設備。
3. 空減機的配置
空減機是空心坯減徑機的簡稱,一套連續軋管機為使其產品外徑規格范圍盡可能地大,設計時一般選用2~5個孔型,軋管機后配備張減機的選擇孔型數較少,軋管機后配備定徑機的選擇孔型數較多。由于孔型尺寸的變化相應地軋管機入口的毛管外徑也要隨著發生變化,為適應軋管機入口毛管外徑變化,通常有兩種方法:
a. 選用幾種外徑的管坯,針對不同的孔型選用不同規格的管坯,但每次更換孔型時需對穿孔機的受料槽、導衛裝置(導板或導盤)進行更換,這樣做一方面占用較多工作時間;另一方面管坯料場、穿孔機工具需要場地較大;
b. 在穿孔機與軋管機之間布置一臺空減機,通過空減機可使用同一種外徑尺寸的管坯來滿足軋管機不同孔型成為可能。
浮動芯棒連續軋管機組采用穿孔機與軋管機之間布置空減機的方法比較經濟,這樣既可僅用一個規格的管坯組織生產,減少了管坯庫的面積和穿孔機相關的軋制工具數量,又可以減少換孔型的時間,提高了機組的作業率。經空減機后的毛管在運往連續軋管機入口臺架前,先通過一個吹灰裝置用壓縮空氣吹去毛管內的細小氧化鐵皮,以減少對芯棒的磨損和管子內表面缺陷,同時空減機亦消除了狄塞爾穿孔機所造成的毛管頭尾外徑差,使軋制過程穩定。這種單獨布置的空減機一般使用三輥式及3~6個機架。
半浮動芯棒連續軋管機組將空減機布置在連續軋管機的人口側,即與連續軋管機串列布置,一般為兩輥式、2~4架;在保持了原有空減機優點的同時,可縮短工藝流程,減少占地面積。這種變化一方面是因為錐形輥穿孔機的應用使變形前移,軋管機的機架數相應減少(減少2~3架),串列布置因芯棒的長度增加而引起的軋制節奏變化不是很多(因軋制終了芯棒向前運動);另一方面串列布置可減少毛管在縱向移動過程中內表面的氧化和溫降,能更有效地確保鋼管質量。
限動芯棒連續軋管機組在最初時沒有空減機,采用的是一種規格的管坯對應一個孔型,這主要是因為軋制時芯棒與軋件內表面的相對運動比浮動的大,芯棒的工作條件更為惡劣,芯棒更容易磨損和劃傷。限動芯棒工藝上不允許毛管在進入軋管機前做縱向運動,必須有效的防止毛管內表面的二次氧化,才能確保鋼管的質量,因此不可能像浮動芯棒那樣在穿孔機與軋管機之間布置空減機。如采用半浮動芯棒的串列布置,因芯棒長度的增加使軋制節奏更加緩慢(因軋制終了芯棒向后運動),將影響機組的產能的發揮,也是不經濟的。近十年來,限動芯棒機組也在不斷吸收其他機組的長處,在軋管機入口側串列布置1架空減機(三輥、四輥形式均有),目的在于消除毛管內表面與芯棒之間的間隙和毛管外徑的頭尾直徑偏差,使軋制更加平穩,從而提高軋輥的使用壽命,確保鋼管的幾何尺寸精度和內外表面質量。
4. 吹硼砂的工藝
限動芯棒連續軋管機組比浮動、半浮動機組多了一個工序就是在軋管機入口前向毛管內用氮氣噴抗氧化劑,工藝目的是去除內表面的氧化鐵皮并防止二次氧化。抗氧化劑在高溫時呈熔融狀態可起到很好的潤滑作用,對抗氧化劑的成分、顆粒尺寸、化學穩定性、物理穩定性及吹撒的數量、噴吹的壓力、時間都有嚴格的要求,主要是解決軋管機的延伸大、軋制時芯棒與軋件間相對運動較大、芯棒的工作條件更為惡劣,芯棒更容易磨損和劃傷、潤滑條件不好時容易發生軋卡事故或軋制終了時脫管機不能將荒管從芯棒中順利的抽出等問題。