第五章 毛管轧制

5.1 限动芯棒连轧管机（MPM）5.1.1工艺描述5.1.1.1 限动芯棒连轧管机的特点

限动芯棒连轧管机是在全浮动芯棒连轧管机的基础上发展起来的。在轧制过程中，芯棒的运动受到限动力的作用，始终以一个恒定的速度前进，其速度低于或等于第一机架轧机的轧制速度，各机架均处于一个稳定的限动轧制状态。在靠近轧机的最后一架处，管子从芯棒上由脱管机脱出，芯棒快速返回从而结束轧制过程．

限动芯棒连轧管机（MPM）与浮动芯棒连轧管机（MM）相比有如下特点：

1降低了工具消耗。由于限动芯棒连轧管机的芯棒较之浮动芯棒连轧管机的芯棒要短，厚壁无缝钢管与芯棒的接触时间短，从而提高了芯棒的使用寿命，一般可使芯棒消耗降至每吨厚壁无缝钢管lkg左右。

2改善了管子的质量．由于限动芯棒连轧管具有搓轧性质，有利于金属的延伸，加之带有微张力轧制状态，从而减小了横向变形，根本不存在浮动芯棒连轧所产生的“竹节”现象，使管子内外表面质量和尺寸精度有了很大的提高。

3取消了脱棒机，缩短了工艺流程，提高了连轧管的终轧温度。如果不考虑在线热处理新工艺应用的条件，完全可以省去定、减径前的再加热炉，从而节省了能源。试验资料表明，轧制压力和电能消耗比浮动芯棒连轧管机低1/3。

4扩大了产品规格。由于采用了限动芯棒轧制，可以减小芯棒的长度，允许加大芯棒的直径，为多规格产品的生产创造了条件，使生产厚壁无缝钢管的最大直径由177.8mm扩大到了365mm，甚至更大。另外，限动芯棒连轧机还能轧制更厚或更薄的管子。

5所轧管子的延伸系数可达6～10．可以采用较厚的毛管，为使用连铸坯为原料创造了条件。

6产量高、单位投资比较低。虽然限动芯棒连轧机的生产率比较低（每分钟只能生产2～2.5根，浮动芯棒连轧机为4～4.5根／分），但它所轧的管子直径大、管壁厚，因此限动芯棒连轧管机的年设计产量一般比较高，为50万吨左右，发挥潜力为60～80万吨／年。虽然一次性投资比较高，但平均产量的投资还要比浮动连轧管机降低20～30%。

总之，限动芯棒连轧管机代表着现代无缝厚壁无缝钢管生产的先进技术，它集中体现了无缝厚壁无缝钢管生产的连续性、高效率、机械化及工业自动化的发展趋势。也反映了一个国家钢铁、厚壁无缝钢管生产的技术水平，是一个国家钢铁企业，科技水平集中体现的一个重要方面。

5.1.1.2 工艺任务和目的：

穿孔后的毛管为厚壁管，一般壁厚与直径之比在0.1-0.25之间，在几何尺寸上有如下特点：

1壁厚大：这样的厚壁无缝钢管还不能在实际中应用。

2表面质量不能满足成品要求。

连轧在整个金属热变形过程中起主要延伸作用。它的任务是将穿孔后的毛管经减径减壁变形轧制成外径、壁厚符合要求的荒管的过程，在保证产品几何尺寸精度方面连轧管机应达到如下工艺目的：

1毛管延伸，将厚壁毛管变成薄壁荒管．

2要求连轧后的荒管具有较高的壁厚均匀度。

3要求连轧后的荒管具有良好的内外表面质量。

上述1的要求是任何类型的轧管机组所必须达到的，2, 3则是限动芯林连轧管机所特有的，即比早期的其它类型机组在2, 3所述的质量要好得多。限动芯棒工艺的采用就是为了消除浮动芯棒连轧管机产生“竹节”现象而引起的产品壁厚不均，尽管采用限动芯棒工艺在工艺设计、设备结构上要比浮动升棒复杂得多，芯棒循环系统的设备和占地比主机系统还要大，这些完全是为了保证产品质量，即壁厚均匀度而设计的。芯棒循环系统和润滑保护系统占用了大量的位置和设备，目的在于轧制时使产品有一良好的内表面质量。所以说一切高设备装备水平的设置和先进设备的采用均是为满足工艺目的服务的。

5.1.2 MPM连轧管机的设备结构、平面布置及相关技术参数5.1.2.1 设备结构与平面布置情况

φ250 MPM连轧管机分为七架轧机，机架轧辊轴线与水平面成450，相邻机架互成90

（如图5-1），每个连轧机架由铸钢牌坊包括轧辊轴、支撑轴承座和轧辊，用于轴承座调整的压下和压上机构（由一个交流1-5架或直流6-7架电机传动），半联轴器、轴承座锁紧机构，安装在牌坊上的管线、测压头（每个机架2个，装在压下机构两个压下丝杠上）及位置传感器（每个机架1个）组成。

四个三辊式芯棒自动对中装置——芯棒支撑架，带有随芯棒规格进行调整的调整装置。

毛管定位叉，在轧机入口处，带垂直升降装置，液压操作。

焊接的轧机底座分为三件，用以支撑连轧机架，与水平呈450定位。28个装在底座上的机架锁定装置。一套斜楔系统用于机架之间的联结。14个带齿轮联轴器的接轴，有大小两个型号，分别用于1-3架和4-7架，并将轧辊轴加工成扁平的，以便换辊或轧机出现故障时快速将轧辊轴与轧辊分开。另外7个液压缸安装在底座上，当更换工具时用来推出和拉回轴承座及轧辊部件。

14个换辊小车用于接受轧辊，用液压缸与垂直平面铰接，全套包括使换辊车平行轧机中心线移动的液压缸。

7个双输出轴减速箱，装在主电机的底座上，在主电机和齿轮箱之间有齿轮联轴器。

MPM连轧管机组平面布置情况，如图5-2

角，轧辊中心线与水平面成45角

最大出口速度：6m/s

最小出口速度：1.5m/s

最大入口速度：2m/s

最小入口速度：0.7m/s

2 轧制力：1-3架4-7架

最大正常轧制力（吨）480 240

最大异常轧制力（吨）550 300

最大正常轧制力矩（吨·米）70 19

最大异常轧制力矩（吨·米）81 22

3 机架中心间距：

夹送辊--1架1850㎜

1-2架1395㎜

2-3架1815㎜

3-4架1310㎜

4-5架1645㎜

5-6架1225㎜

6-7架1645㎜

7-1架总长9035 ㎜

连轧脱管间距10500㎜

4 芯棒支承架位置：

第一架支承架：连轧第三机架入口处夹送辊—1架4152.5 距芯棒头部4152.5

第二架支承架：连轧第五机架入口处1—2架3040 距芯棒头部9172.5

第三架支承架：连轧第七机架入口处2---3架2870 距芯棒头部10062.5

第四架支承架：连轧第七机架出口处3—4架1032.5 距芯棒头部11095

5 机架传动：1-4机架马达数：每个机架2个

5-7机架马达数：每个机架1个

每台马达功率DC：1400Kw

速度：350/400——1000rpm

最大过载：8秒200% + 每40秒1秒270%

总装机功率：15400Kw

机架变速比：1机架13.03

2机架8.958

3机架6.188

4-5机架4.0

6-7机架3.4

6 芯棒限动系统

芯棒最大直径338.9㎜

最小直径127.8㎜

工作段长度15000㎜

芯棒全长22500㎜

在线一组芯棒最多支数8支

芯棒最大重量10.887 吨

限动速度最大1.5m/s

回程速度最大4.5m/s

齿条最大行程（插入和限动）20500㎜

脱管机第一架中心线距芯棒前端的最小距离735㎜

在最大插入行程时，最长毛管尾端与齿条前端的距离11500㎜

限动力最大300吨

传动马达数8个

每个马达功率DC：384KW

马达速度0/460~1530rpm

总装机功率3072KW

7 脱管机

轧辊名义辊径两种550㎜800㎜

机架间距700㎜

工作机架数3-5架

机架传动马达数1 台

马达功率DC：1400KW

速度350/400~1000rpm

机架传输速比1机架3.095

2机架3.047

3机架3.047

4机架3.0

5机架3.0

5.1.3 MPM连轧管机组的工作原理和工艺控制5.1.3.1 MPM生产工艺流程描述

为了获得良好内外表面质量的荒管，同时减少对轧制工具的磨损和防止抱棒，连轧前应除去毛管内外表面的氧化铁皮，并对芯棒表面和毛管内表面做适当润滑。

经穿孔延伸的毛管，抽出顶杆后被送至硼砂站，由一特制的喷嘴向毛管内部喷入硼砂，其作用是：一、吹刷毛管内部的氧化铁皮；二、硼砂在高温状态下生成雾状气体，充满毛管内部，防止其在随后的运动中发生内表面二次氧化，附着在毛管内表面的燃烧产物也可起到相当好的润滑作用。吹硼砂后毛管由回转臂送至连轧管机芯棒预穿线。

在预穿线，毛管定位后，测量过表面温度并涂过石墨润滑剂的芯棒，由预穿链将其插入毛管内。由1号回转臂将预穿到位的芯棒和毛管一起翻到主轧线，与此同时，从轧线返回的前一根轧后芯棒由2号回转臂送至返回辊道。

在主轧线上，芯棒的尾柄卡在限动齿条夹持头上，通过齿轮与齿条传动系统，将芯棒前端推至连轧机架间的一个预设定位置上。再由夹送辊将毛管夹住送到轧机进行轧制，此时芯棒的最大限动速度为1.5m/s。在毛管进入连轧机前还需要通过压力为130-180巴的高压水除鳞装置，以去除毛管外表面的氧化铁皮，同时测量入口毛管的温度。轧制完毕芯棒快速退回，此时，芯棒返回速度最大为4.5m/s。退回的芯棒被另一个预穿着毛管的芯棒所替换，以进行下一根管子的轧制。被换下的芯棒通过返回辊道和设在辊道中间的冷却巷道喷水冷却，用过的芯棒外表面温度高达700C左右，先将其冷却至140C左右，再由返回辊道到冷却站步进梁，冷却站共有3个站，每个站都有8组旋转盘，在1#、2#站用10个大气压的高压水进行冷却。为了防止芯棒弯曲，冷却过程中用旋转盘带动芯棒旋转，有必要时可以对芯棒进行分段冷却，冷却至70-130C（或重新预热到此温度）的芯棒，经辊道和运输链到润滑站喷涂石墨进行循环使用。经喷涂石墨后的芯棒，由运输链送至预穿前设定位置。如更换新芯棒时，需在芯棒预热炉内将其预热到100±30C后再出炉，经润滑后再投入使用。用过的旧芯棒分别在冷却站两侧台架上剔除和收集。

从MPM出来的荒管随即进入3-5架三辊式脱管机。连轧完毕时毛管尾部由脱管机拉出连轧机最后一架，芯棒快速退回零位。在脱管机出口处有激光装置，用来测量出口厚壁无缝钢管速度和长度。同时，通过一套两通道热测壁厚装置（已拆除），直接测量热态荒管的壁厚，以便及时发现和控制荒管壁厚精度。轧后荒管用光学高温计逐根测量表面温度。

毛管在相互交叉的7机架连轧机上进行轧制，根据规格的大小采用了φ181㎜、φ235㎜、φ291㎜三种孔型系列，经过改造后又增加了φ247㎜、φ310㎜、φ356㎜三个孔型系。最大轧制速度为181孔型5.6m/s，最短轧制周期27s。（181、235、247）5.0 m/s，291孔型4.5 m/s，310、356孔型4.0 m/s

图5-3 MPM连轧管机组工艺流程图

5.1.3.2 连轧管轧制原理

连轧管金属流动的基本方程式

连轧管时，管子内表面在孔型顶部处与芯棒接触，而在侧壁处则不与芯棒接触。孔型顶部的金属由于受轧辊的外压力和芯棒的压力作用延伸，并在轴向延伸的同时产生圆周方向的宽展，而孔型侧壁的金属在孔型顶部金属延伸时也被拉伸，并相应在纵向产生拉缩。此时，如若孔型顶部的金属宽展和孔型侧壁的拉缩数量比例不当，则导致过分充满或欠充现象。

孔型过充满时，则会出现耳子，如过充满特别显著时，则会产生飞翅，造成轧卡故障，并且某一机架出现铁耳子以后随后机架的压下量过大，再产生新的耳子，这种恶性循环一直延续到成品机架。耳子会导致折迭缺陷或尺寸超差。

孔型欠满时，会使随后的机架，及至到成品机架孔型欠满，使成品管圆度和尺寸精度达不到要求。

为了使孔型顶部金属展宽与侧壁金属拉缩较为协调，使孔型正常充满，从金属塑性变形角度，建立连轧管金属流动的基本方程。

1基本方程式

孔型中轧管的变形方式可分为两个区域：孔型顶部区和侧壁开口区。孔型顶部区金属受径向内外压力，且向压力和轴向压力，处于三向应力状态，金属减壁延伸，并向侧壁开口方向流动，（展宽）。侧壁开口区金属径向受外力，切向压力和轴向压力（附加）被拉缩。要使孔型正常充满，则应

—孔型顶部金属的横断面积，

—孔型侧壁金属的轴面拉应力，

—孔型正常充满时侧壁金属的横断面积，

2连轧基本方程

金属在轧制过程中，厚壁无缝钢管在各机架间应遵守金属秒体积流量相等的连轧基本方程——流量方程

Δ1 =Δ2 = ······=Δ7

上两式中：Δ——各机架的金属秒流量体积

F——各机架的厚壁无缝钢管横断面积

V——各机架的厚壁无缝钢管出口速度ⁿ

5.1.3.3 连轧管变形过程分析

予穿芯棒后的毛管在连续轧管机中轧制，对每个机架孔型来说，变形区分为减径区和减壁区两个区域，如图5-4：

图5-4

被送入轧辊孔型中的环形毛管，首先是四个点先与轧辊孔型接触，如图5-5：

图5-5

然后，在轧辊的曳入力作用下，依次进入减径区和减壁区二时限塑性变形。整个变形过程分三个阶段：第一阶段为压扁变形，第二阶段为减径变形，第三阶段为减壁变形。

在减径区中，由于毛管是空心体，开始时仅几点接触，轧管孔型接触面很小，所以厚壁无缝钢管首先发生压扁变形，即管壁发生塑性弯曲变形。此时厚壁无缝钢管周长或横断面积不变，只是被轧辊孔型压缩处高度减小，而不与孔型接触的厚壁无缝钢管其径向尺寸加大。随着管子逐渐进入变形区，压扁程度加大，同时，管子与孔型的接触面积增加，将接触面积增至一定程度后，孔型槽壁对管壁的支撑作用加大，管子除继续发生压扁变形外，将同时发生减径变形，直到毛管整个外圆完全与孔型壁接触时，压扁变形阶段结束，变形全部转入第二阶段——减径。

在减径变形阶段，管子平均直径和平均周长减小，金属纵向延伸，管壁有所增厚。管壁增厚相当于横向变形。由于变形区中管子横断面上各处的金属的应力状态不同，因而增厚变形不同。孔型顶部（槽底）管壁外侧受孔型径向压力，且金属外流受槽壁限制，管壁增厚只能向管子内表面发展，故增厚较小，孔型开口处（辊缝处附近）金属处于自由镦粗状态，金属可向管内外壁流动，故增厚较多，其他部位介乎于上述两者之间，逐渐过渡。

在孔型中，由压扁变形过渡到减径变形的位置，与许多工艺因素，如孔型形状，管子金属的变形抗力，轧辊直径和管子（直）径壁（厚）比等有关。宽高比大的孔型压扁变形大些，厚壁管（径壁比小的）压扁变形小些。

从管子内表面接触芯棒起，到荒管理开变形区为止，是减壁变形阶段，此时壁厚迅速减壁，同时也有少量的减径变形，因而获得较大的眼神。在此区中，管壁压下变形主要发生在孔型顶部（槽底），孔型开口处管壁金属得不到加工，或只由于孔型顶部金属眼神延伸对开口处金属施加以横向附加拉应力而使其壁厚稍许减薄，结果导致荒管横向壁厚不均匀性增加，并使开口处管壁金属受轴向附加拉应力作用，如果拉应力过大会导致荒管两侧周期性横裂。经轧制后的荒管，其横断面已成椭圆形，在进行随后道次的轧制时，管子首先与孔型顶部（槽底）接触，但其变形仍按压扁、减径和减壁三个阶段进行。

5.1.3.4 连轧机速度制度

1 芯棒速度制度

芯棒速度一般约为0.7~1.5m/s，芯棒速度过小，使芯棒负荷大，磨损增加，寿命低。速度过高，则芯棒过长，局部升温高也不利于提高寿命。

2 轧辊转速计算

1）轧辊工作直径

轧辊工作直径为轧辊圆周速度与厚壁无缝钢管速度相等的直径：

Dk（I）= D（I）+ ΔS（I）- φd（I）

式中：Dk（I）——I机架轧辊工作直径

D（I）——I机架轧辊肩部直径

ΔS（I）——I机架轧辊辊缝设定值

d（I）——I机架轧辊孔型直径

φ——经验系数

2）轧辊转速计算

n(i) = 60C/[π·A(I)·Dk(I)]

式中：C ——秒流量

A(I)——I机架厚壁无缝钢管横断面积

3马达转速

式中：i(I)——I机架减速比

4 厚壁无缝钢管速度计算

1）计算延伸率

：I机架延伸率

A(I)——I机架厚壁无缝钢管横断面积

2）厚壁无缝钢管速度计算：

式中：：MPM入口管的横断面积

C：秒流量

限动芯棒连轧管的运动学特点

1 限动芯棒连轧管的轧件出口速度

带长芯棒的连轧管过程可看成是不同辊径的差速轧制过程。芯棒看成是半径无穷大的轧辊，当芯棒参与连轧系统工作时，芯棒相当于速度按某一特定的主动轧辊参与变形，形成在变形区内产生差速轧制。

限动芯棒连轧管时，芯棒速度Vm是恒定的，而且芯棒速度小于第一机架的轧辊圆周速度。为此，对芯棒而言所有机架均是导前机架，芯棒对金属的摩擦力的方向是与轧制方向相反的。此时，各机架的轧件出口速度是恒定的。

Vix =（Vif+Vmfm）/（f+fm）

式中：Vix ——第i机架的轧件出口速度

Vi——第i机架的轧辊平均圆周速度

Vm——限动芯棒速度

f ——轧辊与厚壁无缝钢管之间的摩擦系数

fm——芯棒与厚壁无缝钢管之将的摩擦系数

这样，如果按秒流量相等的原则，调整好各架架的轧辊速度，就可以保证轧制过程稳定性。由于限动芯棒连轧管中，芯棒速度小于第一机架的轧件速度，因而它是一种稳定的蟾酥轧制状态。使轧制压力降低，促进金属在孔型中的纵向延伸，并且可采用圆孔型轧制，提高成品管尺寸精度。

但是，芯棒与轧件的差速分布式是不均的，第一机架最小，以后的机架逐渐加大，至第七架达到最大，这种情况使各机架对管子的差速轧制效果不同，管子头尾所得到的茶素轧制效果与管子中部不同。

2 限动芯棒连轧管的芯棒速度

限动芯棒连轧管轧制过程中，芯棒的速度是恒定的，且由专门装置控制的。

芯棒速度对轧制过程的影响主要有三个方面：

1）影响轧制过程的差速轧制

芯棒速度越低于轧件的差速越大，则差速效果越明显，可降低轧制力，减少宽展，不仅有利于延伸，并且有利于提高轧后厚壁无缝钢管尺寸精度。为使全部轧机均为差速轧制，芯棒速度应低于第一机架变形区中轧件的平均速度。

2）影响芯棒的长度

芯棒全长为两部分：工作段和连接杆

可以看出，芯棒速度越快，则轧制统一长度的管子所需要的工作长度越长。

3）影响芯棒的寿命

芯棒速度过低，相对速度大，摩擦热大，会导致芯棒磨损快，会使芯棒某些界面受轧制压力作用次数的几率增加，也会降低寿命。

总之，确定芯棒速度的基本原则，首先是芯棒速度必须低于任一机架速度，使各机架均处

于同一方向的差速状态，据此芯棒速度应小于第一机架的轧件速度，然后再合理处理好芯棒长度与芯棒寿命的关系，使芯棒不致太长，寿命也有保证。

5.1.3.6 连轧管机力能参数的计算

计算力能参数采用将轧制厚壁无缝钢管简化成一种等效的平板轧制情况，见图5-6，原因是三维模型太复杂难以求解，即使能求解也不能保证结果准确。

1 变形区几何参数的确定

1）轧辊工作直径

由于已经将轧管转化成一种等效的平板轧制过程，如图5-6，轧管机轧辊的工作直径，就相当于平板轧制时的轧辊直径。

2）等效厚度

轧管机上厚壁无缝钢管的入口和出口壁厚也等效于平板轧制时的轧机的入口和出口厚度。

入口厚度：

式中：——厚壁无缝钢管平均等效外半径

——芯棒半径

——ω/2角所对应的入口处厚壁无缝钢管断面积

ω——ω=为芯棒脱离角

出口厚度：

式中：Av——ω/2角所对应的出口处厚壁无缝钢管面积

3）接触长度

参照图5-7：

接触长度为：

4）接触角的划分

用有限元法计算轧制压力，并将接触弧分为N=100等份，每个单元的坐标和宽度为：

Δx = lc / Ns

Ax(k) = Ax(k-1) -Δx

2 相对速度的计算

厚壁无缝钢管/ 轧辊的相对速度

厚壁无缝钢管/ 芯棒的相对速度

符号表示见图：

3 摩擦系数的计算

在轧辊和厚壁无缝钢管之间，以及芯棒和钢挂内之间的摩擦系数是作为厚壁无缝钢管/工具间的相对速度和金属温度的函数来计算的。

式中：——温度

——相对速度

0 ＜≤0.25 则

0.25＜≤1.6 则

1.6＜≤5 则

4 轧制力矩计算

一旦已知每个单元的压力P1，则可计算出每个单元的剪切力。

其累计值有下式计算

轧制力矩为：

式中：——

——芯棒直径

——见图

——修正系数

5 电机功率D1

每台电机所需的功率为：

6轧制力计算

P=ω·D1 2×1000 ·Pφ·NS·Δx·V m 1

图5-6轧管与轧板之间的关系

图5-7管子/ 轧辊与管子/ 芯棒相对速度图

5.1.4 主要设备及参数5.1.4.1 轧机孔型系：

表5-1 轧机孔型系表

孔型系			φ181			φ235			φ247	φ291				φ310			φ356
管 坯	直径㎜		210			270			270	310				310			350
	单重㎏/m		270.16			466.59			466.59	588.72				588.72			750.45
毛 管	外径㎜		220			283			294	340				356			402
	壁厚㎜		20.5~60.0
	长度m		3.5~11.0
连 轧 后	外径㎜		181		235				247		291				310			356
	壁厚㎜		4.5~39.65
	长度m		11.5~34.5
脱 管 后	外径㎜		173.4			225.8		239				281	285-302.3						323.9-344.1
	壁厚㎜		4.58-39.96
	长度m		11.78-35.0
轧 辊 直 径 ㎜	1架	最大㎜	700	730			730				780					780			780
		最小㎜	637	660			660				720					735			735
	2架	最大㎜	700	730			730				780					780			780
		最小㎜	640	660			660				720					735			735
	3架	最大㎜	700	730			730				780					780			780
		最小㎜	588	660			660				720					730			730
	4架	最大㎜	600	650			650				670					670			670
		最小㎜	500	590			590				610					640			640
	5架	最大㎜	600	650			650				670					670			670
		最小㎜	530	590			590				610					630			630
	6架	最大㎜	600	650			650				670					670			670
		最小㎜	504	590			590				610					630			630
	7架	最大㎜	600	650			650				670					670			670
		最小㎜	510	590			590				610					620			620
辊身 长度		1-3㎜	450	450			450				450					505			505
		4-7㎜	400	400			400				400					480			480
辊颈 直径		1-3㎜	355	355			355				355					355			355
		4-7㎜	254	254			254				254					254			254
芯棒直径 ㎜			127.8-171.3	166.6-224			188.5- 235.4				210.3- 277.1					250.3- 295.7			302.4- 338.9
事故叉开口直径㎜			175.5	228			241				281					301			345
入口叉开口直径㎜			180	233			244				286					305			348

5.1.4.2 连轧调整

1 基本调整原则

1) 按目标长度计算连轧后长度，打印轧制表，输入辊径、辊缝、转速、限动速度、预插入

行程，预穿鞍座高度、芯棒直径、在线支数、润滑速度、芯棒位、毛管位、芯棒支撑架、

下夹送辊位置和速度、单辊位置、脱管后辊道位置和速度等参数。

2)限动速度不允许低于86%，特殊情况需要说明。限动速度选取小于第一架出口速度，芯

棒提前管头到达第七架，避免出现空轧，终轧行程在18.5-19.5之间，避免限动超行程。

3) 正常生产时需压1d㎜（1个辊缝），可直接压6、7架，需压2 d㎜及以上时，应从第

一架开始由前向后各机架压相同值，以保证金属流量平衡，增加壁厚均匀性，减少抱棒。

同样放1 d㎜时，可直接放6、7架，需放2d㎜以上时，应从7架开始由后往前放同样

辊缝。

4) 轧制力曲线反映各机架之间速度关系，堆、拉趋势，由于毛管壁厚、外径、温度影响以

及各架磨损不同，测量误差等，应适当调整转速和辊缝，才能真正建立金属流量平衡。

调整过程中要根据辊缝、电流、轧制进行。压下量优先原则和n-1架调整法，压下量优

先原则也就是调整时要根据情况优先保证压下量的正确和均匀，再进行其他方面的调

整。n-1架调整法：也就是在正常情况下，当n架出现堆拉不当时应当调整第n-1架。

① 当各机架的金属秒流量不平衡时，机架间就会出现堆拉现象（见下面的曲线图，仅以其中某一架为例）。

连轧调整时，要避免堆钢、拉钢，因为这两个现象对保证正常的稳定轧制和良好的壁厚质量不利。当生产薄壁管时，甚至会因为拉钢严重而出现厚壁无缝钢管拉断现象。而生产某些规格的高钢级厚壁无缝钢管时，堆钢轧制很容易引起连轧辊安全臼崩断，影响生产。

图5-8 堆钢轧制轧制力曲线图图5-9 拉钢轧制轧制力曲线图

t——时间（s）T——轧制力（吨）

② 安全臼断裂：正常轧制时，轧制力某架突然降低20%~50%左右，而且下一架轧制力随之突然增高，可判断该架有一个安全臼发生断裂。如果轧制力突然下降60%或更多，可判断为该架可能有两个安全臼同时发生断裂。为了避免判断失误，可以同时查看轧制电流曲线的情况，其形态与断臼后的轧制力曲线形态基本相似。下图为2架断臼前后的轧制力曲线，断臼后3架的轧制力过高（压力信号失真，曲线出现平台现象）。

轧辊断臼后不能继续轧制，应迅速适当调整各架变形量（重点调整断臼机架的压下）和各架轧制速度，恢复正常轧制状态，否则会造成堆钢事故。同时，立即通知调度室，准备换辊。

图5-10 正常轧制时的轧制力曲线图5-11 2架断臼后轧制的轧制力曲线

③ 空轧现象。当芯棒预插入长度、限动速度、限动行程的设定值不适当时，常出现第7架轧机空轧现象，影响厚壁无缝钢管壁厚质量。

为了消除空轧现象，可在条件允许的条件下对芯棒预插入长度、限动速度、限动行程的设定值进行适当修正，保证芯棒提前于轧件到达最后一架连轧机孔型，并且在轧制完毕后才快速返回。

图5-12 正常轧制时的轧制力曲线 图5-13 7架空轧时的轧制力曲线

④ 轧制力曲线台阶。例如：由于1架辊速过高、辊缝过大，2架辊速过低、辊缝过小而引起的变形制度不匹配，轧制力曲线异常（如下图）。

图5-14 正常轧制时1、2架的轧制力曲线图5-15 变形制度不匹配时的轧制力曲线

⑤ 毛管壁厚过薄现象。

图5-16 正常轧制时的轧制力曲线图5-17 毛管壁厚过薄时的轧制力曲线

2 换规格调整

1) 提前做好将来值输入，修正值记录，热测壁厚目标值、附加辊缝调整的计算工作，并进行复查确认。

2) 如果芯棒不换，可在本规格最后一支料后空约3步，即可让环形炉出一支下规格管坯，再空一个料位即可连续出料。如果壁厚由薄变厚（由厚变薄）时，应在辊缝修正值多放（压）差值2 d㎜，连轧第一架升速（降速）1-2%，注意如脱管后长度、定径后长度、常化入炉长度接近极限值时，先不要多压差值，以免管子超长，可根据轧后实际情况进行调整。

3) 如果更换芯棒，壁厚变化不超过2㎜时，连轧除正常调整外，可不做附加调整。壁厚变化2-5㎜时，由厚变薄除正常调整外，每架多压2-3 d㎜，1架降2%；由薄变厚时，除正常调整外每架多放3-4 d㎜，1架升2%，2架升1%。连轧壁厚变化大于5㎜时，应实测1-7辊缝，并参考原修正值，考虑轧辊磨损影响、辊缝偏差，进行实际调整。

4) 换规格时根据实测热测壁厚，轧制后长度进行调整。如果有异常应检查热测壁后、外径、温度等参数是否正确输入，热测装置是否到位，影响测量结果。

5) 在更换芯棒的同时，芯棒支撑架、芯棒支撑辊、芯棒位和毛管位同步进行调整。

3 换辊开轧

1) 空轧前，辊缝压到位，测量准确，对发现异常辊缝要进行复核，并调整到位。

2) 空轧时，1架、2架辊缝多压10-50 d㎜，以保证空轧效果。

3) 开轧第一支时，辊缝1架放30-60 d㎜，2架放15-30 d㎜，其余各架放10-20 d㎜，转速1架降2-7%，2架降1-4%，脱管机升速1-4%，其余各架不变。1架辊缝放车最多不要超过第七架辊缝值的50%，限动速度降1-2%。遇有高钢级开轧，毛管外径大控制不下来，轧制大孔型等为了顺利开轧，避免不咬入等发生，可加大调整力度。辊缝1架放60-100 d㎜，2架放30-50 d㎜，3-7架20-40 d㎜，转速1架降5-9%，2架降2-6%，脱管升3-8%，限动速度降2-3%。

4) 当第一支轧过后，按正常辊缝压回，转速升回，并根据实测厚壁无缝钢管长度、壁厚进行调整，达到目标值。

4 芯棒循环使用的参数调整

1) 按要求选取限动速度，步进行程、步距。

2) 经常检查石墨黏度和设备工作情况，保证喷涂和润滑效果。润滑环在φ291及以上孔型时进行高度调整（加垫升高）。石墨喷涂长度根据生产和喷涂有效长度，一般不大于14米。预穿鞍座准确调整，控制好毛管直度，保证顺利预穿和石墨层不被划掉。

3) 正常轧制时，控制好芯棒工作段的温度（80-1200C），这样有利于迅速蒸发润滑剂中的水分，石墨润滑剂可以很好的附着在芯棒上，形成一层坚固的膜，保证轧制时的润滑效果。若芯棒工作段的温度过高，会使润滑剂中的溶剂很快全部蒸发，石墨无法附着在芯棒上，达不到很好的润滑效果。若温度过低，润滑剂也不能牢固附着，容易剥落。

待轧时间在30分钟以上时，芯棒喷石墨上缓冲台架，保证石墨润滑效果。

表5-2 各孔型芯棒的预热时间经验值：

规格	时间（分钟）	新芯棒时间（分钟）
181	＞40	＞60
235	＞50	＞90
247	＞60	＞100
291	＞60	＞120
310、356	＞70	＞150
芯棒预热温度应在80-120C范围内。

4) 芯棒支撑架调整要精确，以轻触为好，φ291及以上孔型略紧。芯棒支撑架如发生故障，必须及时修复，不允许长时间短。

5) 合理控制生产节奏，发挥主轧机的生产能力。

5 新芯棒开轧

若使用新芯棒直接开轧不做调整，会产生剧烈震动大，而且容易发生抱棒事故，影响生产和芯棒使用寿命。为此，应做如下调整：

1) 提前做好开轧准备。

转速1架降1-3%，2架升1-2%，

辊缝6、7架放10-15d㎜。

2) 限动速度降1-2%。

3) 适当降低出口速度。

4) 如生产厚壁管，轧制力、电流低时，可适当减轻调整或不做调整。

同时，保证芯棒加热时间、温度和良好的石墨喷涂效果。

6 轧制力调整

5.1.5 MPM连轧管机轧制工具5.1.5.1 轧制工具的作用

轧制工具是指那些与轧件直接接触的，并使轧件在高温下产生塑性变形的，具有一定几何形状的工具。

在无缝厚壁无缝钢管生产过程中，由于轧制工具在空间组成的几何形状，决定了产品的形状和尺寸，因此轧制工具几何尺寸的大小直接影响产品的质量。在轧制过程中，由于轧制工具在轧制压力、高温、骤冷的恶劣条件下工作，因此在制造工具、工艺上有严格的要求。它一方面满足轧制工艺对轧制工具的几何形状的要求，使工具的形状符合金属变形的特点，另一方面，还要在材质及表面热处理工艺上满足对轧制工具寿命的要求。

轧制工具的使用寿命是衡量轧制工具质量的主要指标。工具寿命降低，则其消耗大，相应的提高了产品的成本。同时，由于更换工具减小了机组作业率，从而降低了产品产量。

连轧机工具主要有轧辊，芯棒，脱管机轧辊，下面分别讨论。

5.1.5.2 限动芯棒连轧管机的轧辊

1 轧辊的设计特点

1) 轧辊材质采用球墨铸铁，提高了表面硬度和耐磨性，保证了轧制荒管的表面质量。

2) 291、310、356孔型系由于1-2架轧制力较大，采用铸钢轧辊，保证了生产顺行。

3) 辊径的设计根据轧制力大小的不同和各机架磨损情况的不同，而大小不同，节约了材质。

4) 轧辊结构合理，采用辊身和轴热压合。辊身的浇铸形状合理，节约了材质，降低了工具重量，减少了工具成本。

5) 辊身浇铸采用圆弧过度，减小了应力集中，增加了辊身的强度。

2 辊身技术条件

1) 辊身的材质为合金

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