一种降低无缝钢管冷轧机芯棒弯曲的方法与流程

本发明涉及冶金、机械行业生产无缝钢管的冷轧生产设备，更具体地说，涉及一种降低无缝钢管冷轧机芯棒弯曲的方法，特别适用于大规格厚壁管轧制用小于1000mm细长芯棒。

背景技术：

无缝钢管常见的钢铁冶金制品。无缝钢管冷轧机是广泛使用的无缝钢管生产设备，通过安装在轧辊装置上的变形工具(孔型)与安装在芯棒端部的顶头所组成的封闭圆环(无数个直径不同有大至小的连续封闭圆环)，对管坯实施金属变形加工。因此，环孔型与芯棒(顶头)所组成的变形工具的工况状态，直接影响到无缝钢管冷轧变形的生产质量与成本消耗。由于一台无缝钢管冷轧机需要轧制多种规格的管坯，形成与之相适应的成品管，均需要通过更换相应的环孔型与芯棒(顶头)实现，因此，单台无缝钢管冷轧机一般都配套4种以上的轧制规格。其中环孔型是外圆周表面带环形槽的中孔圆柱体，通过温差法定向装配在轧辊辊轴上成对使用。如图1所示，芯棒装置是一细长型芯部为圆形通孔的圆钢，前后两端加工螺纹孔，长度可有若干段芯棒(圆钢)依靠螺纹孔拼接而成(一般长度为17米，由4～5支芯棒拼接而成)，完成拼接的芯棒最前端螺纹孔安装顶头，尾部螺纹孔安装尾椎。顶头是一圆锥形圆钢，表面经过淬火热处理，尾椎是一表面加工多处等距等径环形槽的圆钢，芯部加工圆形通孔。

如图2所示，无缝钢管轧制时，常用的是分段投料的方式，就是无缝钢管管坯在推料机构的作用下，内孔套装在芯棒1外圆周表面，水平运动到轧制机构中，此时芯棒1尾椎为芯棒卡盘2夹持，管坯3外径被入口卡盘夹持，管坯3尾部被设置在中间床身4内的送进卡盘5顶门导口顶撑，由送进卡盘5的水平运动，顶送管坯3进入轧制机构，在环孔型6与顶头7的作用下实现金属变形加工，当一支管坯轧制接近尾声时，加料送入第二支管坯连续轧制。

无缝钢管冷轧日常生产中，由于轧制规格的不同，需要采用不同规格的变形工具，以lg-220h冷轧机为例，管坯外径254mm，壁厚42mm，轧制后成品管外径219mm，壁厚20mm，由于轧制的管坯外径与壁厚尺寸较大，因此内孔相对较小，与之配套使用的芯棒外径只能选择100mm。因此管坯的外径与芯棒外径的比值达到2.5，采用常规的分段投料，轧制一支后在投料一支的方式，不能适应该工况的实际情况，因此，在轧制生产中易出现一定的问题，主要是：

1)芯棒易弯曲变形：由于芯棒外径较小，轧制时芯棒前半部分套装有管坯的部分稳定性较好，在送进卡盘的顶送下做匀速旋转运动，而位于送进卡盘后侧的后半部分芯棒，则稳定性较差，在轧制力的作用下出现大幅连续的抖动，随着送进卡盘的位移(管坯逐步被轧制)，未套装管坯的芯棒后半部分的长度逐步增加，抖动幅度同步增加，在如此工况作用下，芯棒逐渐出现弯曲、变形现象，且一旦出现此现象后，会加速变形弯曲。

2)引发变形工具损伤：芯棒发生弯曲变形后，不仅导致芯棒消耗上升，而且直接影响到环孔型、顶头等工模具以及轧辊装置、进口卡盘等设备结构性损伤，因此在轧制大规格厚壁管的生产性消耗成为该设备生产中的一个瓶颈点。

3)产生职业有害因素：当芯棒发生弯曲变形后，轧制时发生刺耳的金属撞击噪声，对作业人员带来一定的职业危害，必须及时停机处置，但整修与更换芯棒工序繁琐，需要多工种配合作业，且无机械施工器具，全部依靠作业人员体力实施，劳动强度高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种降低无缝钢管冷轧机芯棒弯曲的方法，针对广泛使用的两辊周期式无缝钢管冷轧机轧制技术的改进，适用于大规格厚壁管轧制用小规格细长芯棒，满足企业有序生产，降低生产成本、减轻劳动强度的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种降低无缝钢管冷轧机芯棒弯曲的方法，包括以下工序：

1)来料检验；

2)工模具制备；

3)轧制准备，具体包括：工作机架停在机座中间前点位置；送进卡盘位于中间床身后侧；打开芯棒卡盘与入口卡盘；授料机构落料将第一支管坯落到授料槽内；推料机构工作，推料杆水平运动将管坯套入芯棒外圆周后顶送进入中间床身，直至管坯尾部超过送进卡盘前端；关闭芯棒卡盘；启动送进卡盘将管坯顶送进入轧制机构；关闭入口卡盘；打开芯棒卡盘；授料机构落料将第二支管坯落到授料槽内；管坯前端放置套管并套入芯棒尾椎外圆周面；推料机构工作，推料杆水平运动将管坯套入芯棒外圆周后顶送进入中间床身，直至管坯前端顶住送进卡盘后端；关闭芯棒卡盘；

4)按照计算模型制备符合规格尺寸要求的套管；

5)轧制生产，具体包括：启动设备；轧制速度与进给量、转角量；当第一支管坯轧制的成品管段圆锥体从出口卡盘端面初露时关闭出口卡盘；停止设备运行；测量成品段公差；根据实际轧制的参数进行适当的调整；重新启动设备轧制；完成一支管坯轧制后测量前后实际参数；取出套管重新从芯棒尾椎外圆周表面套装；将原来在送进卡盘后侧的管坯顶送进入轧制机构；打开芯棒卡盘；授料机构落料将管坯落到授料槽内；推料机构工作，推料杆水平运动将管坯顶送进入中间床身，直至管坯前端顶住送进卡盘后端；关闭芯棒卡盘；按照上述步骤循环往复，直至完成该批次无缝钢管轧制；

6)成品检验。

所述的步骤1)中，来料检验，具体包括：料场吊料上料架；对照生产工艺卡上技术要求验收坯料；逐一检查坯料状态。

所述的步骤2)中，工模具制备，具体包括：对照生产工艺卡的技术要求配置相匹配的工模具；选择安装有相应规格环孔型的轧辊装置并安装上机；选择相应规格的卡盘；选择相应规格的导向套；选择相应规格的推料杆；选择相应规格的顶头；选择相应规格的芯棒；将芯棒吊运到专用台架上拼接；芯棒尾部安装尾椎并紧固；将芯棒吊运输送到轧机中间床身；芯棒端部安装顶头并紧固；计算套管长度与送进卡盘初始定位点。

所述的计算套管长度与送进卡盘初始定位点，具体包括：依靠送进卡盘机构前后端面分别将前后管坯顶撑，送进卡盘在中间床身定位的轴向距离通过计算得知，其计算模型是l1＝l/2-200mm，式中，l为中间床身有效总长度，l1为从中间床身最前端起始到送进卡盘停止在中间床身的轴向位置距离。

所述的步骤4)中，尺寸规格计算配置模型为：外径d＝d1+8mm，内径d＝d1-5mm，且与芯棒外径间隙不小于3mm，长度l2＝l/2-l3，壁厚＝(d-d)/2，式中，d1为管坯外径，d1为管坯内径，l2为套管长度，l3为管坯实际长度，l为中间床身的有效长度。

所述的步骤6)中，成品检验，具体包括：每一支管坯轧制完成后，通过出料机构进入成品料槽；按照技术要求逐一测量，检验实际轧制的公差尺寸；符合要求进入后续加工；不符合技术要求的及时反馈信息，并检查超差原因，重新调整轧制机构。

还包括：维护，具体包括：轧制一支管坯后，打开送进卡盘顶门，将后续管坯顶送如轧制机构后，立刻加料，用后续管坯顶撑住送进卡盘后侧套筒，关闭芯棒卡盘，可进行轧制作业。

所述的选择相应规格的卡盘，包括：芯棒卡盘、入口卡盘和出口卡盘。

本发明所提供的一种降低无缝钢管冷轧机芯棒弯曲的方法，还包括以下几点有益效果：

1.本发明设计合理，工序流畅紧凑、安全可靠、实用高效；

2.本发明双支前后连续加料替代传统的单支加料方式，通过分段定位与送进卡盘前后平齐等措施，减少直径小于100mm芯棒长度方向弯曲度成效显著；

3.本发明连续加料，前后对接，依靠送进卡盘定位，前后端口平齐，匀速轧制，现场操作维护便捷，便于生产组织；

4.本发明套管补偿，解决了因每一批次管坯长度不同导致的送进卡盘在中间床身定位不同的问题，便于双支加料操作，长度与定位点计算简便易行；

5.本发明从源头上消除了大规格厚壁管冷轧过程中，直径100mm以下芯棒易弯曲、现场处置频繁、物料消耗高等问题，有效的降低了生产成本；

6.本发明在确保轧制质量的基础上，减轻了更换芯棒、轧辊等工模具处置负荷与劳动强度，提升了作业效率；

7.本发明不增加设备设施投入，成本低、费用少、易于现场实施，具有一定的消故降本促生产作用；

8.本发明通用性强，对同型号无缝钢管的冷轧生产具有一定的借鉴、应用价值。

附图说明

图1是现有芯棒的示意图；

图2是现有分段投料轧制工况示意图；

图3是本发明连续投料轧制工况示意图；

图4是本发明套管的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图3至图4所示，本发明所提供的一种降低无缝钢管冷轧机芯棒弯曲的方法，包括以下工序：

1)来料检验：料场吊料上料架→对照生产工艺卡上技术要求验收坯料(钢种、炉号、框号、支数、重量)→逐一检查坯料状态(断面平整无毛刺、外圆表面无缺陷、内壁无氧化皮)。

2)工模具制备：对照生产工艺卡的技术要求(轧制规格)配置相匹配的工模具(变形工具)→选择安装有相应规格环孔型的轧辊装置并安装上机(初步调整辊缝间隙到位)→选择相应规格的卡盘(芯棒卡盘、入口卡盘、出口卡盘)→选择相应规格的导向套(导口)→选择相应规格的推料杆→选择相应规格的顶头7→选择相应规格的芯棒1→将芯棒1吊运到专用台架上拼接(采用36寸管钳、链条钳与罗纹厌氧胶)→芯棒1尾部安装尾椎并紧固→将芯棒1吊运输送到轧机中间床身4→芯棒1端部安装顶头7并紧固→计算套管8长度与送进卡盘初始定位点。

3)轧制准备：工作机架停在机座中间前点位置→送进卡盘位于中间床身4后侧→打开芯棒卡盘4与入口卡盘→授料机构落料将第一支管坯3落到授料槽内→推料机构工作，推料杆水平运动将管坯3套入芯棒外圆周后顶送进入中间床身4，直至管坯3尾部超过送进卡盘5前端→关闭芯棒卡盘2→启动送进卡盘5将管坯3顶送进入轧制机构→关闭入口卡盘→打开芯棒卡盘2→授料机构落料将第二支管坯3落到授料槽内→管坯3前端放置套管8并套入芯棒尾椎外圆周面→推料机构工作，推料杆水平运动将管坯3套入芯棒外圆周后顶送进入中间床身4，直至管坯3前端顶住送进卡盘5后端→关闭芯棒卡盘2。

4)套管8制备：按照计算模型制备符合规格尺寸要求的套管；根据不同的轧制坯料管外径与壁厚规格定制，材质为q235a，热处理调质hrc53-56，两端面内外均做45°倒角处置，尺寸规格计算配置模型为：外径d＝d1+8mm，内径d＝d1-5mm，且与芯棒外径间隙不小于3mm，长度l2＝l/2-l3，壁厚＝(d-d)/2，式中，d1为管坯外径，d1为管坯内径，l2为套管长度，l3为管坯实际长度，l为中间床身的有效长度。

5)轧制生产：启动设备→轧制速度与进给量、转角量→当第一支管坯3轧制的成品管段圆锥体(垂体)从出口卡盘端面初露时关闭出口卡盘→停止设备运行→测量成品段公差(外径与壁厚)→根据实际轧制的参数进行适当的调整(增加或减小，先调整外径，后调整壁厚)→重新启动设备轧制(轧制中注意观察设备与无缝钢管的动态)→完成一支管坯3轧制后测量前后实际参数→取出套管8重新从芯棒尾椎外圆周表面套装→将原来在送进卡盘5后侧的管坯3顶送进入轧制机构→打开芯棒卡盘2→授料机构落料将管坯3落到授料槽内→推料机构工作，推料杆水平运动将管坯3顶送进入中间床身4，直至管坯3前端顶住送进卡盘5后端→关闭芯棒卡盘2(夹紧芯棒尾椎环形槽)→按照上述步骤循环往复，直至完成该批次无缝钢管轧制。

6)成品检验：每一支管坯轧制完成后，通过出料机构进入成品料槽→按照技术要求逐一测量，检验实际轧制的公差尺寸→符合要求进入后续加工→不符合技术要求(超差)的及时反馈信息，并检查超差原因，重新调整轧制机构。

较佳的，所述的计算套管长度与送进卡盘初始定位点，具体包括：依靠送进卡盘机构前后端面分别将前后管坯顶撑，送进卡盘在中间床身定位的轴向距离通过计算得知，其计算模型是l1＝l/2-200mm，式中，l为中间床身有效总长度，l1为从中间床身最前端起始到送进卡盘停止在中间床身的轴向位置距离。

较佳的，还包括：维护，具体包括：轧制一支管坯后，打开送进卡盘顶门，将后续管坯顶送如轧制机构后，立刻加料，用后续管坯顶撑住送进卡盘后侧套筒，关闭芯棒卡盘，可进行轧制作业。

按照上述工序工步步骤，可在大规格厚壁管轧制生产中，起道减小直径小于100mm细长芯棒弯曲变形的作用，保障无缝钢管的轧制质量与效率。

实施例一

以lg-220h冷轧机轧制管坯254*42mm、长度3m→成品管219*20mm为例的操作步骤工步明细。

1)来料检验：料场吊料上料架→对照生产工艺卡上技术要求验收坯料(钢种、炉号、框号、支数、重量)→逐一检查坯料状态(断面平整无毛刺、外圆表面无缺陷、内壁无氧化皮)。

2)工模具制备：对照生产工艺卡的技术要求(轧制规格)配置相匹配的工模具(变形工具)→选择安装有相应规格环孔型的轧辊装置病安装上机(初步调整辊缝间隙到位)→选择相应规格的卡盘(芯棒卡盘、入口卡盘、出口卡盘)→选择相应规格的导向套(导口)→选择相应规格的推料杆→选择相应规格的顶头→选择相应规格的芯棒→将芯棒吊运到专用台架上拼接(采用36寸管钳、链条钳与螺纹厌氧胶)→芯棒尾部安装尾椎并紧固→将芯棒吊运输送到轧机中间床身→芯棒端部安装顶头并紧固等。

3)套管制备：根据无缝钢管的坯料管实际规格尺寸254*42mm制备套管，套管外径d＝管坯外径d1+8mm＝254mm+8mm＝262mm；套管内径d＝管坯内径d1+5mm＝254mm-42mm*2-5mm＝165mm(且大于芯棒外径3mm以上)；套管壁厚＝(套管外径d-套管内径d)/2＝(262mm-165mm)/2＝48.5mm；套管长度l2＝中间床身有效长度l/2-管坯实际长度l3＝7000mm/2-3000＝500mm。

4)轧制准备：工作机架停在机座中间前点位置→送进卡盘位于中间床身后侧)，具体定位点按照l1＝l/2-200mm模型计算＝7000mm/2-200＝3300mm，就是从中间床身最前端起始到送进卡盘停止在中间床身的轴向位置距离为3300mm→打开芯棒卡盘与入口卡盘→授料机构落料将第一支管坯落到授料槽内→推料机构工作，推料杆水平运动将管坯套入芯棒外圆周后顶送进入中间床身，直至管坯尾部超过送进卡盘前端→关闭芯棒卡盘(夹紧芯棒尾椎环形槽)→启动送进卡盘将管坯顶送进入轧制机构→关闭入口卡盘(夹紧管坯外圆周)→打开芯棒卡盘→授料机构落料将第二支管坯落到授料槽内→管坯前端放置套管并套入芯棒尾椎外圆周面→推料机构工作，推料杆水平运动将管坯套入芯棒外圆周后顶送进入中间床身，直至管坯前端顶住送进卡盘后端→关闭芯棒卡盘(夹紧芯棒尾椎环形槽)等。

5)轧制生产：启动设备→轧制速度30～40次/分钟(以33～36次/分钟为宜)、进给量2～6mm(以3～4mm为宜)，转角量50～56度(以52～53度为宜)→当第一支管坯轧制的成品管段圆锥体(垂体)从出口卡盘端面初露时(以露出长度5～10mm为宜)关闭出口卡盘→停止设备运行→测量成品段公差(外径与壁厚)→根据实际轧制的参数进行适当的调整(增加或减小，先调整外径，后调整壁厚)→重新启动设备轧制(轧制中注意观察设备与无缝钢管的动态)→完成一支管坯轧制后测量前后实际参数→取出套管重新从芯棒尾椎外圆周表面套装→将原来在送进卡盘后侧的管坯顶送进入轧制机构→打开芯棒卡盘→授料机构落料将管坯落到授料槽内→推料机构工作，推料杆水平运动将管坯顶送进入中间床身，直至管坯前端顶住送进卡盘后端→关闭芯棒卡盘(夹紧芯棒尾椎环形槽)→按照上述步骤循环往复，直至完成该批次无缝钢管轧制等。

6)成品检验：每一支管坯轧制完成后，通过出料机构进入成品料槽→按照技术要求逐一测量，检验实际轧制的公差尺寸→符合要求进入后续加工→不符合技术要求(超差)的及时反馈信息，并检查超差原因，重新调整轧制机构等。

实施例二

以lg-150h冷轧机轧制管坯178*27mm、长度2.8m→成品管146*20mm为例的操作步骤工步明细。

1)来料检验：料场吊料上料架→对照生产工艺卡上技术要求验收坯料(钢种、炉号、框号、支数、重量)→逐一检查坯料状态(断面平整无毛刺、外圆表面无缺陷、内壁无氧化皮)。

2)工模具制备：对照生产工艺卡的技术要求(轧制规格)配置相匹配的工模具(变形工具)→选择安装有相应规格环孔型的轧辊装置病安装上机(初步调整辊缝间隙到位)→选择相应规格的卡盘(芯棒卡盘、入口卡盘、出口卡盘)→选择相应规格的导向套(导口)→选择相应规格的推料杆→选择相应规格的顶头→选择相应规格的芯棒→将芯棒吊运到专用台架上拼接(采用36寸管钳、链条钳与螺纹厌氧胶)→芯棒尾部安装尾椎并紧固→将芯棒吊运输送到轧机中间床身→芯棒端部安装顶头并紧固等。

3)套管制备：根据无缝钢管的坯料管实际规格尺寸178*27mm制备套管，套管外径d＝管坯外径d1+8mm＝178mm+8mm＝186mm，套管内径d＝管坯内径d1+5mm＝178mm-27mm*2-5mm＝119mm(且大于芯棒外径3mm以上)，套管壁厚＝(套管外径d-套管内径d)/2＝(186mm-119mm)/2＝33.5mm，长度l2＝中间床身有效长度l/2-管坯实际长度l3＝6500mm/2-2800＝450mm。

4)轧制准备：工作机架停在机座中间前点位置→送进卡盘位于中间床身后侧)具体定位点按照l1＝l/2-200mm模型计算＝6500mm/2-200＝3050mm，就是从中间床身最前端起始到送进卡盘停止在中间床身的轴向位置距离为3050mm→打开芯棒卡盘与入口卡盘→授料机构落料将第一支管坯落到授料槽内→推料机构工作，推料杆水平运动将管坯套入芯棒外圆周后顶送进入中间床身，直至管坯尾部超过送进卡盘前端→关闭芯棒卡盘(夹紧芯棒尾椎环形槽)→启动送进卡盘将管坯顶送进入轧制机构→关闭入口卡盘(夹紧管坯外圆周)→打开芯棒卡盘→授料机构落料将第二支管坯落到授料槽内→管坯前端放置套管并套入芯棒尾椎外圆周面→推料机构工作，推料杆水平运动将管坯套入芯棒外圆周后顶送进入中间床身，直至管坯前端顶住送进卡盘后端→关闭芯棒卡盘(夹紧芯棒尾椎环形槽)等。

5)轧制生产：启动设备→轧制速度42～54次/分钟(以38～44次/分钟为宜)、进给量2～6mm(以3～4mm为宜)，转角量50～56度(以52～53度为宜)→当第一支管坯轧制的成品管段圆锥体(垂体)从出口卡盘端面初露时(以露出长度5～10mm为宜)关闭出口卡盘→停止设备运行→测量成品段公差(外径与壁厚)→根据实际轧制的参数进行适当的调整(增加或减小，先调整外径，后调整壁厚)→重新启动设备轧制(轧制中注意观察设备与无缝钢管的动态)→完成一支管坯轧制后测量前后实际参数→取出套管重新从芯棒尾椎外圆周表面套装→将原来在送进卡盘后侧的管坯顶送进入轧制机构→打开芯棒卡盘→授料机构落料将管坯落到授料槽内→推料机构工作，推料杆水平运动将管坯顶送进入中间床身，直至管坯前端顶住送进卡盘后端→关闭芯棒卡盘(夹紧芯棒尾椎环形槽)→按照上述步骤循环往复，直至完成该批次无缝钢管轧制等。

6)成品检验：每一支管坯轧制完成后，通过出料机构进入成品料槽→按照技术要求逐一测量，检验实际轧制的公差尺寸→符合要求进入后续加工→不符合技术要求(超差)的及时反馈信息，并检查超差原因，重新调整轧制机构等。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。