1、无缝钢管精整知识综述第一章 预精整加工工艺第一节 预精整区工艺概述一、预精整区工艺过程简介钢管经过张减机后进入冷床冷却，冷却后温度小于100。钢管经冷床下料装置实现管排收集和向两条锯切线平辊辊道供料，平辊辊道将收集成排后的钢管送至4台管排锯分别进行切头、切尾和切定尺，锯切后的钢管经链式横移装置分别进入三台矫直机进行矫直，矫直后的钢管由吹吸灰装置除掉钢管内氧化铁皮，吹灰后钢管在链式横移台架上进行人工检查，人工检查后钢管由V型辊道送至涡流探伤装置进行钢管的表面缺陷检查，探伤合格后的钢管由喷印装置进行喷标，然后钢管拨入收集料筐并由天车吊运至中间仓库存放。同时完成每炉钢管的取样和缺陷管的修磨。二、精整
2、区工艺流程图（如图1.1） 图 1.1 精整区工艺流程图第二节 冷床下料装置 冷床为步进梁式，宽100米，长27米；137个齿距，齿间距200毫米，齿高42毫米，动、静梁错齿距40毫米。钢管的滚动侧斜度为16。冷床最大承载能力270吨。冷床下料装置包括接料臂、翻板、集料台架和两组回转臂，实现管排收集和向两条锯切线供料。每排钢管数根据来料外径确定，168.3mm外径钢管每排5根，48外径钢管每排17根，每排钢管最大宽度864mm.。（冷床下料装置示意图见图1.2所示） 图1.2 冷床下料装置示意图接料臂由液压缸控制, 长1.78米，接料臂头为圆弧形，可更换，内侧圆弧半径150mm。翻板由液压缸控
3、制，可实现向两侧集料台架分料, 翻板倾斜度为25。集料台架宽960mm，倾斜度5，靠翻板侧镶有300mm 可更换的耐磨衬板。集料台架下面装有手动控制的副翻板。（用于推动不能自行滚动的弯管）锯切线辊道为平辊，方便管排运输，冷床下方辊道分为两段控制，以实现冷床双排布料方式时管排的运输。辊道间距1.5米，辊道宽1060毫米，两条锯切线辊道中心距4660mm。辊道超出冷床东侧1.5米，为接料臂放下钢管留出空间。辊道速度0.52.5米/秒。第三节 管排锯管排锯型号为HK1500L132型，是高功率的立式冷圆盘锯。钢管收集成排后，由辊道送至四台圆盘冷锯机进行切头、切尾和切定尺。热轧区生产的钢管较长（可达1
4、00m），需要切成615米定尺长的钢管，并切除钢管的头尾，以满足用户的需要。工艺顺序：1#、2#锯切头和切倍尺，3#、4#锯切定尺、切尾（可视生产情况进行调整）。一、管排锯工艺参数1锯切钢管的范围：外径 32180mm 壁厚 2.525mm单倍尺切断长度 630m（3、4锯615m）年产量 45万吨2对来料的要求： 弯曲度 7mm/m（管体）、管端30 mm/m外径公差 1%多倍尺管 100m3管排锯技术数据：工件尺寸：排宽 最大1.000m外径： 200mm锯片直径： 1400mm锯片齿数： 160和200个两种（根据钢管壁厚选择齿数，壁厚10mm选用160齿，壁厚10mm选用200齿。）
5、锯片宽度： 8.5mm 法兰直径： 550mm（8个螺栓） 主驱动电机： 132KW 芯轴旋转无级变速： 1638（70）RPM 进给交流电机： 14.1KW 无级变速进给： 至1200mm/min 快速返回恒定值： 最大6000mm/min4测长挡料器往返驱动装置技术参数： 主驱动交流伺服电机额定功率：14.1KW 输送速度： 直到60m/min 系统定位精度： 1mm 切断定尺长度公差： 0+10mm5管排锯切削参数：（见表1.1） 表1.1材料组别材料钢级切削速度m/min/切削厚度mm大约寿命第一组C10、C20150/0.108-10第二组12CrMoV、16Mn3、N80、L80、
6、J55、X42、E75130/0.1010-12第三组27SiMn、13Cr3、C45、C90、G105、20CrMo4、37Mn3、30CrMo4、X80、X95、Q125、P110120/0.0910-12第四组34CrMo4、35CrMo4、40 CrMo4、40Cr、45Mn2、34MnV4、S135、V150、20G、30MnCrSi6、12Cr1MoVTiB、L80-13Cr100/0.088-10第五组90MnV890/0.078-10二、设备组成及特点1带有切头移送的入口挡板和出口挡板在锯床入口和出口安装了可移动挡板，能够将切头移送到输出辊道台架区域。它们的最大切头长度为250
7、0mm。2主机设备 管排锯主机由锯床底座、管排夹紧装置、锯传动装置、锯片减振装置、锯屑刷扫装置、锯片喷雾润滑装置、锯片冷却装置和中心润滑系统组成。21锯床底座锯床底座设计成整体无张力退火的焊接结构。为了附加的张力减振，中空的结构填有特殊的混凝土。锯床边上锯传动装置的主导向由淬火和磨光及预应力导轨组成，锯传动装置的进给驱动，安装在锯床底座顶部。锯床底座前边安装管排夹紧装置。在锯床竖直方向设有用于调整锯机高度的部件。22管排夹紧装置为了管排的夹紧，在管排锯入口和出口都有一套水平和垂直夹紧装置。水平夹紧装置制成中央对中机构，有一个集成测量系统，使确定管排宽度和钢管外径成为可能，这些数据为控制服务，且
8、绘出图形，以确定锯切过程的开始和结束。水平夹紧装置使钢管在大约120mm长度上得到压力，这种方式使薄壁管也能理想的夹紧，不会变形。垂直夹紧装置有一个新的专利导向系统，可以由液压缸调节。主导向由一个预应力导轨完成，附加的滑道只在锯切过程中起作用，是附加的导向，传递切削力。导向部件是淬火、磨光且免维护的。水平夹紧装置的夹具头和垂直夹紧装置的夹紧架都是淬火件，水平和垂直的夹紧压力已预调整，控制系统根据钢管尺寸的指示值（外径壁厚）通过压力调整伺服阀自动提供适当的压力。23锯传动装置锯传动装置设计成带有淬火和磨光的齿轮的焊接结构，由三相电机和齿带驱动。其导向是预夹紧的，没有间隙，附加的主导向滑道（减振）
9、只在锯切期间起作用，在快速返回期间不起作用，确保高的使用寿命。导向元件由中心润滑系统提供润滑，所有的导向元件将提供特殊的刮垢器，以确保导轨的较好清洁。锯传动装置的进给驱动，通过无间隙行星齿轮由交流伺服电机驱动。24锯片减振装置锯片减振由三个固定在锯传动装置上的减振轮组成，避免锯片轴向的摆动。减振动作没有接触，减振轮和锯片间可见间隙，前面的减振元件导向有可移动的推杆。此移动对于起动借助于锯片移动的减振是必需的（大约3mm）。更换锯片时，减振器摆到前面，一个双面的闭锁装置固定现存的状态。25锯屑刷扫装置在锯片的底部安装有一个驱动刷装置，此刷扫装置确保锯齿间的切屑为最好的清扫，且不会损坏锯齿的质量。
10、26锯片喷雾润滑装置为了提高锯片寿命，提供了喷雾润滑，润滑剂液体由空气雾化，少量附着在锯齿上，没有残留的液体。27锯片冷却装置锯片的冷却是通过一个特殊的喷嘴喷出冷却空气，冷却空气大约-5度。此冷空气由扇形喷嘴浇注到锯片上。28中心润滑系统用来给导向和特殊轴承杆的螺母提供润滑，根据设备设定参数给润滑点提供润滑。3长度测量挡料器（定尺挡板）每台锯一个长度测量挡料器，用来调整钢管定尺长度。4液压单元每台锯一个液压机组。5管头收集装置根据初步设计，管头坑长20米，宽1.9米，比0米平台低1米，内放管头收集箱。锯床切完管头后，由挡板将管头移送到输出辊道台架区域，输出辊道台架区域有一个由液压缸控制的管头清
11、除翻板，翻板倾斜使管头沿滑道进入管头收集箱。管头收集箱装满后，由叉车将装满管头的收集箱运出车间。车间外设有管头处理站，配有葫芦吊，将管头收集箱内管头倒入管头专用运输车，由运输车将管头运到公司废钢处进行再利用。管头收集箱仍由叉车运回车间循环使用。6锯片更换装置 锯片更换装置包括一台悬臂吊（悬臂吊上装有两个电葫芦）、固定在主机顶部的滑道及可在滑道上移动的一个可悬挂锯片法兰盘的电葫芦组成。更换锯片时，首先将锯片打到工具更换位，断开安全开关并用锁锁上，打开锯床的安全门，将锯屑刷装置移开，锯片减振装置摆到前面，然后用气动扳手将锯片固定螺栓卸掉，用主机上部的电葫芦将锯片法兰盘吊起并移到主机外侧，再用悬臂吊
12、内侧的电葫芦将旧锯片吊起并移到悬臂吊内侧，然后用悬臂吊外侧的电葫芦吊上新锯片装到主机上，装上法兰盘并用螺栓固定，调整好锯屑刷、锯片润滑及锯片冷却装置后，关上锯床安全门，将旧锯片放到地面上，确认锯床附近无人后，打开安全开关然后进行锯床的操作。利用操作间隙将旧锯片放到旧锯片收集箱，然后将一张新锯片放到锯床附近，为锯床备好新锯片，以备下一次更换锯片时使用。7锯切机组生产能力计算在计算管排锯的生产能力时，需考虑切断时间和总间隙时间。总间隙时间包括管排运输时间（辊道运输速度2m/s时间隙时间为30秒）和锯切间隙时间（指水平、垂直夹具的夹紧和打开，锯片的预切和打开时间等，20秒。）。下面根据以上间隙时间，
13、计算锯切以下规格钢管时锯切机组的生产能力。计算结果见下表1.2： 表1.2序号钢管外径mm钢管壁厚mm来料长度m定尺长度m锯切次数每排根数锯切周期PQF机组生产能力 根/小时四台锯生产能力 根/小时纯切时间min间隙时间s1483.28010.838170.285501454542606.58010.978140.7350145268373767.410.857110.42501472634896.552.610.22690.6501442515108643.310.56570.45501452186114.36.8838.29.31570.495014321171277.5234.811.3
14、5460.48501452748133831.210.19460.51501472679139.79.1728.49.25460.695013223610159824.612350.945014516911168724.612350.850145183以上计算是以四台锯的加工能力进行计算的，并根据初步设计和管排锯100%加工能力参数表采取了相关数据。根据上表计算结果可知，锯切机组生产能力能够满足热轧PQF机组生产节奏要求。8 锯床进给速度的计算： Dn锯切速度 V1= m/min 1000 式中： D锯片直径 mmn锯片转速 rpm 1000(S/Z)V1 进给速度 V= =(S/Z)Zn T
15、式中： S/Z 每齿切削量 mmZ齿数T齿节数由上式可知进给速度：进给速度与每齿切削量（S/Z）成正比。在锯切时，根据钢管材质和钢级来选择合适的锯切速度与每齿切削量。第四节 锯后管排运输装置锯床后辊道标高为3525毫米，矫直机标高为1050毫米（指被矫钢管的底部）。锯后管排通过两组回转臂、管排运输链、辊道及拨料器来实现向矫直机逐支送料。回转臂旋转半径1370毫米。管排运输链上设有盛放管排的托架，托架宽度略小于平辊辊面宽度。运输链下有两条管排运输辊道，辊道为平辊，设计为可升降式，方便实现两条锯切线向三台矫直机分配送料。正常生产时4管排锯锯后的钢管送向1和2矫直机,每三排钢管中两排送向1矫直机,一
16、排送向2矫直机;3管排锯锯后的钢管送向3和2矫直机, 每三排钢管中两排送向3矫直机,一排送向2矫直机。如相关设备出现故障时,可根据生产实际情况进行调整。图1.3为本装置平面示意图。图1.3 管排横移运输平面示意图第五节 矫直机矫直机型式：JGL-168，是斜辊立式2-2-2六辊冷矫矫直机，辊子布置形式为上下各3辊成对布置，共三台。矫直机进料方式为侧进料。矫直工序的任务是消除轧制、运送、热处理和冷却过程中钢管产生的弯曲，使钢管的弯曲度达到产品标准的要求，同时矫直工序还有一定的消除钢管椭圆度的作用。一、矫直原理：矫直作用主要是通过一对向上调节的中间辊来得到的，由此产生钢管的纵向反复弯曲，与此同时，
17、每对矫直辊还对钢管施加一定的压力，使钢管横截面发生椭圆变形；这种椭圆变形、弯曲变形叠加，促使钢管在变形过程中有一个拉得比较开的塑性变形范围。矫直过程中，钢管的每个横截面在这一塑性范围内连续多次地横向来回弯曲，同时弯曲变形逐渐减小，达到钢管被矫直的效果。冷矫矫直机采用冷变形工艺，冷变形过程中软化过程小，硬化是很强的变形过程。冷变形的温度范围是其熔点绝对温度的0.25倍以下，基本是在室温下完成的。由于温度低于0.25T熔时发生恢复很小，硬化在整个塑性变形过程中起主导作用，因而冷变形时金属抗力指标随着所承受的变形程度的增加而持续上升。塑性指标则随着变形程度增加而逐渐下降，表现出明显的硬化现象，当积累
18、的冷变形量过大时，在金属达到所要求的形状和尺寸以前，将因塑性变形能力的“耗尽”而产生破断。因此，材料的冷变形工作一般要进行多次，每次只能根据材料本身的性质及具体的工艺条件完成一定数值的总变形量，而且各次冷变形中间，需要将硬化了的、不能继续变形的坯料进行退火以恢复塑性。冷变形的优点是所得到的制品表面光洁、尺寸精确、形状规整。恰当选择冷变形退火循环时，可以得出具有任意硬度的产品。这是热变形很难实现的。矫直过程中，钢管压扁会在钢管中产生交变的切向应力，由于包辛格效应和残余应力的作用，会使钢管强度降低。因此，矫直时要严格控制钢管压扁量。关于包辛格效应：多晶体金属在受到反复交变的载荷作用时，出现塑性变形
19、抗力降低的现象，称包辛格效应。B 图1.4 包辛格效应 如图1.4，显示包辛格效应时，所得到的应力变形曲线的例子。拉伸时材料的原始屈服应力在A点，若对此材料进行压缩时，其屈服应力也与它相近（在点线的B点），以同样的试样使其受载荷超过A点而至C点，卸载后将沿CD线返回至D，若在此时对它施以压缩负荷，则开始塑性变形将在E点，E点的应力明显地比原来受压缩材料在B点的屈服应力低，这个效应是可逆的，若原试样经塑性压缩再拉伸时，同样发生屈服应力降低的现象。实际上，当连续变形是以异号应力来交替进行时，可降低金属的变形抗力，用同一符号的应力而有间隙地连续变形时，则变形抗力连续地增加。(包辛格效应仅在塑性变形不
20、太大时才出现。如黄铜是在给予4%以下的塑性变形时才出现明显的包辛格效应，对于硬铝则小于0.7%。)在钢管矫直的过程中，它的变形有轴向变形和径向变形，但是它的变形是复杂的。1 纵向弯曲分析：纵向弯曲矫直是使钢管产生与弯曲相反方向的塑性变形来达到矫直弯曲的目的，而不弯曲的管子断面只产生弹性变形，塑性变形区占支撑距的40%长度，如图1.5所示。 图1.5 矫直原理图 对于对向布置的六辊矫直机它除利用弯曲矫直（通过提高中间下辊高度）外，在上下两个矫直辊之间还给予一个径向压力。如果设两端矫直辊的距离为L，则在L的范围内，包括弹性变形区和塑性变形区两部分。一般情况下，塑性变形区为L的40%，即钢管沿COD
21、曲线弯曲。如图1.5所示。但是CA和BD部分的钢管处于弹性变形区，所以钢管没有得到任何矫直，只有在AOB范围内，钢管由于发生塑性变形而得到矫直，而在O点的变形量最大，应该在此点（即中间辊）给钢管一个与它的原始曲率相同或稍大一点的弯曲曲率，使钢管得以矫直。2 横向压扁效应：横向压扁是通过叠加椭圆压扁变形来达到矫直的目的。在矫直截面中产生如图1.6 BCDE的塑性区。这对矫直效果是非常重要的，因为弯曲矫直不能使截面全部为塑性区，利用压扁变形来补偿。另外，对局部弯曲、管端弯曲、纵向弯曲矫直效果很差，必须是纵向弯曲和压扁的共同作用才能达到满意的矫直效果。（注：提高钢管壁厚精度可提高钢管的抗压溃性能，矫
22、直时，钢管压扁会在钢管中产生交变的切向应力，由于包辛格效应和残余应力的作用而使钢管强度降低。因此钢管的矫直要严格控制钢管的压扁量。） 图1.6 变形原理图3 螺旋接触带：矫直时钢管螺旋前进，钢管与矫直辊的螺旋接触带必须沿钢管全长覆盖。如图1.7所示，必须使钢管每一断面均受到压扁产生椭圆变形，才能得到矫直效果。 图 1.7 螺旋带分布图 4钢管塑性弯曲次数 经过塑性区钢管横截面的塑性弯曲次数可经过下式进行计算 20.4Ln= dtg钢管转动一周的前进距离: S=d tg L矫直辊支点距离； d钢管外径； 矫直辊与矫直中心线夹角。 显然，钢管的横截面在塑性区的反复弯曲次数越多，矫直的效果越好。如果
23、矫直辊的有效长度为L，则钢管在矫直辊之间至少要旋转一周，才能保证钢管每个横截面都得到一次反复弯曲和椭圆变形的叠加变形，从而得到良好的矫直效果。5根据下式计算矫直机压下量和挠度值 压下量计算公式： D-S C= 100% D C压扁度,一般取C=0.51%； D钢管直径； S矫直时辊缝。 挠度计算公式： sL2 f= EDK f挠度（中间辊偏移量）； s钢管屈服强度； L矫直辊辊距； E钢管弹性模量； D钢管直径； K系数，一般取2050（随压扁度C变动）。二、设备参数和主要技术性能： 钢管规格：直径 32168.3mm 壁厚： 2.525mm 矫前状况：钢管直径公差：1.5% 壁厚公差： 15
24、%10% 钢管弯曲度： 管体20mm 管端30mm 钢管允许有冷锯锯切毛刺 矫直温度： 150 最大屈服强度： 100Mpa 矫后状况：管体弯曲度： 0.5/1000mm 管端1/1000mm（1米内） 全长弯曲度： 3mm 椭圆度： 0.3% 表面质量： 钢管表面无压痕 矫直速度： 1-3m/s（无级调速） 矫直间歇时间： 4秒 矫直辊调整数据精度： 升降0.1mm 、 转角0.1度 主电机功率： 250KW 两台（每台矫直机） 、电压：440V 矫直辊尺寸： 辊长530mm 、辊径420mm、重车量10mm 材质为高铬铸铁材质 辊型曲线为生产厂专利公式计算出的三、设备组成及特点1入口辊道：
25、速度3.3m/s 变频无级调速、电机功率2.2kw长度16米（升降辊道）、辊距2米、辊数9个 最大转角15度 入口辊道内设置防甩尾装置（三套三辊式、斜向布置） 轴承座为点式干油润滑2主机：机架采用液压予应力机架，确保机架刚性矫直机主传动齿轮采用硬齿面齿轮，使用寿命长电机调整升降及转角，方便快捷。升降电机功率41.5kw,转角电机功率61.5kw（注：在看设备图纸时发现，调整中间下辊角度时，挠度会相应改变。经与矫直机设计人员探讨，此问题无法解决，今后使用时需特别注意。）矫直机设有快开系统，上三辊具有快开功能，在矫直钢管端部时快速退让避开管端，以保证正常、稳定、有效的矫直。快退保护油缸采用专利技术
26、，使十字梁的受力条件大大改善，并使保护油缸密封圈的更换简单方便。矫直辊转角及升降位置设有机械显示系统。设有换辊小车，方便换辊，换辊小车由电机带动。进口导槽开度可根据管材直径大小进行调整，并有位置检测装置。导槽开口度调整电机功率1kw。矫直机设有氧化铁皮收集装置，小车由电机带动。矫直机标高为1050mm（指被矫管底部）3出口夹送辊液压升降，夹送辊速度3.6m/s,电机功率7.5kw,380v,单辊驱动，上下辊均为V形辊，钢管表面不能有压痕，上辊可升降。4出口料槽滑动式出料槽，设有铸铁衬板，台面可根据钢管直径横移调整。设有液压侧推装置，侧推油缸一个。5液压系统每台矫直机一个液压站，当矫直辊误操作或
27、其他原因造成过载时，保护油缸可迅速卸荷抬起，避免损坏设备。快开油缸直径450mm，系统压力14Mpa。6监控系统主机概要画面：主机及系统的主要参数。运行画面监控：模拟整台主机的运行，整个画面随机械的运行动态显示，包括拨料、入口辊道的升降动作、入口辊道盖板的开启、入口辊道的启停、导槽的闭合及打开位置、矫直机的运行、矫直辊的快开动作、出口夹送辊的升降、启停、出口槽的拨料、料管位置的动态显示。本机供电系统监控：完成本机低压供电系统的监控，能模拟显示本机电控系统中主要供电开关的开合、供电回路的通断状态。自动设定监控：完成主机调整参数的自动设定，用户只需输入料管管径、料管长度、料管材质、单根重量（0.0
28、246615（D-S）S Kg/m）、炉号，本机即可完成矫直速度的自动设定、矫直辊转角自动调整、矫直辊辊缝自动调整、导槽开度自动调整、入口辊道速度自动设定等功能，调整完毕后才允许整机投入自动运行。液压系统监控：完成液压系统所有电磁阀的运行状态监视。矫直速度设定画面：完成矫直机速度的设定及显示、入口辊道速度设定及显示、单台直流电机速度修正、直流电机的电枢电流显示、直流电机的励磁电流显示、矫直机速度及电流的动态曲线显示。传动系统监控：完成直流装置的运行及故障状态模拟显示、变频器的运行及故障状态模拟显示。矫直辊转角修正：完成六个矫直辊的转角自动修正及显示。矫直辊辊缝修正：完成三对矫直辊的辊缝自动修正
29、及显示。导槽开度修正：完成导槽开度的修正及显示。故障监控画面：入口辊道故障、角度调整故障、辊缝调整故障、转角极限报警、辊缝极限报警、拨料故障报警、导槽开度极限报警、出口夹送辊、出口料槽拨料故障等监控。日生产报表：每日产量的统计，包括料管的根数、管径、长度、材质、炉号、吨位。月生产报表：每月产量的统计，包括料管的根数、管径、长度、材质、炉号、吨位。季度报表：每季度产量的统计，包括料管的根数、管径、长度、材质、炉号、吨位。年度报表：每年度产量的统计，包括料管的根数、管径、长度、材质、炉号、吨位。管理报表具有自编辑功能。7机旁操作点可手持移动，在主操作台允许的情况下，可完成以下功能：矫直辊角度、辊缝的自动调整显示，导槽开度的自动调整及显示，导槽的打开、闭合控制及显示。8矫直辊更换 矫直辊磨损到一定程度后会影响矫直质量，必须进行换辊。矫直辊的更换是通过使用带有液压驱动的换辊小车来完成的。换辊时卸下矫直辊与万向接轴的联接螺栓，调整各矫直辊的角度至90，降低上辊高度至恰当位置，利用垫块和螺栓联接上下辊座，拆除下辊固定螺栓，调整上矫直辊到一定高度，此时下矫直辊及辊座一起提起，操作换辊小车使小车伸到下矫直辊辊座下方，然后将矫直辊放到小车上，固定后拆除上矫直辊固定螺栓，调整压下机构使辊座与机构脱开，然后操作拉出换辊小车，用天车将矫直辊吊走。用同样方法卸下其他两对矫直辊。新矫直辊的安装次序基本与
