八九连轧张力减径工艺课件(共89页).ppt

1、八九连轧8机组张力减径工艺八九连轧张力减径工艺八九连轧 第一局部：张减机的孔型设计 第二局部：张减机的过程控制 第三局部：张减机的质量控制 第四局部：张减机的机架管理八九连轧 第一局部第一局部张力减径的孔型设张力减径的孔型设计计八九连轧 89连轧机组是三辊式张力减径机，减径机的孔型是由三段圆弧构成。表示孔型尺寸的参数有长半轴ai、短半轴bi、孔型椭圆度i、孔型的平均直径Di。其尺寸关系是：i= ai/ bi，Di =ai+bi。 在孔型设计之前要进行减径量分配。减径量的分配就是根据总减径量来分配单个机架的减径量。减径量的分配对改善钢管质量，减少轧辊磨损，均衡各机架功率，充分发挥 八九连轧孔型示

2、意图八九连轧孔型示意图八九连轧 轧机能力有着极大的影响。 单机架减径量是指单个机架减径前后的直径减少量。 Di=Di-1-Di。 单机架减径率是指单机架减径量与减径前钢管直径的比值。 i= D i-1-D i/ D i-1。 总减径量是指减径前荒管直径与出最后一个机架的钢管直径的差值。 D总=D0-DR。 八九连轧 总减径率是总减径量与减径前荒管直径的比值。 总= D0-DR / D0。 其中： i：第i架的单机架减径率； Di：第i架的平均孔型直径； D i-1：第i-1架的平均孔型直径； D0：减径前的荒管外径； DR：最后机架的孔型平均直径，即热态钢管直径； DR约等于1.01D名; 八

3、九连轧 D名:钢管的名义直径。 临界减径率是指在不丧失稳定性的条件下，允许的最大单机架减径率。 现行的减径量分配方法有： 1.以单机架绝对减径量为常数的分配方法； 2.绝对减径量递减，但相对减径量递增的分配方法； 3.单机架减率为常数的分配方法； 4.单机架减径率递减的分配方法。 八九连轧 根本机组 成品机组建张机组 单机架减径率 机 架 位 置 八九连轧 分配根本机架单机架减径率考虑的主要因素有： 1.钢管的咬入条件； 2.张减机的能力； 3.机架轧辊的弹跳； 4.轧辊的磨损； 5. 薄壁管在孔型中的稳定性； 6. 厚壁管的内多边形。 89连轧分厂有两个减径系列：椭圆孔型系列AO、圆孔型系列

4、BR。八九连轧 椭圆孔型系列采用的是前部单机架减率为常数而后部单机架减径率递减的减径量分配方法，前部根本机架单机架减径率为6.5%。 圆孔型系列采用的是前部机架单机架减径率递减面后单机架减径率相等的分配方法，最高减径率为4.5%。采用此方法主要是为了均衡各机架和电机功率。89连轧机组四台电机的功率分别为：1*主电机280KW，1*叠加电机180KW，2*主电机570KW，2*叠加电机570KW。 八九连轧 当我们采用AO孔型生产钢管时，特别是小规格厚壁钢管时，2*主电机电流特别大，而1*主电机和叠加电机电流很小，这说明前部机架和电机的能力没有得到充分发挥。 根据减径系列中各局部机架的不同功能，

5、一个减径系列可分为三个局部：建张机组，根本机组工作机组和成品机组。建张机组承担从机架到机架减径量递增以及为根本机架的高减径量提供轧件的任务。根本机组承担了钢管减径的主要任务，常以其平均单机架减径率来命名减径系列。成品机组传递。八九连轧 逐架减少的减径量，以便最终得到所需要的成品管外径，并承担钢管“圆化的任务。 张力减径机的产品大纲是指张减机可生产的成品管直径以及与之结合的管壁的总和。一个产品大纲一般有两套减径系列，这是因为只采用一个系列生产厚壁时易产生严重的内多边形或生产薄壁管时，易产生外表缺陷。同时随钢管壁厚的增加和轧机负荷的增加导致所用的型号轧机所允许最大轧制力和轧制力距的出现。八九连轧

6、椭圆孔型减径 八九连轧 圆孔型减径示意图 轧辊 孔型底部 辊缝 被减 径钢管 八九连轧 因此生产不同壁厚的钢管时采用不同的孔型系列和采用不同的孔型设计方法。89机组有两套孔型：椭圆孔型系列AO、圆孔型系列BR。一般壁厚系数S/D0.1，时采用圆孔型系列；壁厚系数S/D0.1时采用椭圆孔型系列；在实际的生产中，一般S8mm用圆孔型生产。 圆孔型系列并不说所有孔型是圆的，除成品孔型外其余孔型的椭圆度都是大于1的，只是它的椭圆度比椭圆孔型系列的椭圆度较小而已。孔型系列中孔型的尺寸关系ai-bi-10时叫做椭圆孔型系列，孔型系列中孔型的八九连轧 尺寸关系ai-bi-10时叫做圆孔型系列。 89连轧机组

7、张减机孔型加工是在专用机床上进行集中加工，进行孔型加工的两个特征参数是刀具直径Wdi和刀具距离Wai。刀距离越大，孔型的椭圆度越大。其尺寸关系是： Wdi=bi-bi2/Dw-ai /Dw+0.75ai2/( bi-bi2/Dw-ai /Dw) Wai=1/2 (Dw- bi)2-( Dw -Wdi)2八九连轧刀具直径刀具距离孔型加工示意图八九连轧 第二局部第二局部张力减径的过程控张力减径的过程控制制八九连轧 张力减径是空心钢管在多机架中连续扎制获得所要求尺寸外径*壁厚成品管的连续扎机。张力指的是轧辊施加给轧件的纵向拉应力。 钢管在张力减径过程中，通过切向变形平均直径减少和径向变形壁厚变化来到

8、达轴向延伸的目的。 张力减径工艺的特点是应用相互紧靠及串列的轧机机架将钢管进行连续加工，在加工时，通过适当的轧制系列是使钢管的外径递减，同时，利用该机架系列中轧辊速度比八九连轧 三辊张力减径过程示意图 八九连轧 率的可变调节使钢管按预定值变化。对于所轧产品的壁厚，其调节相当简单，不需要使用内部变形工具，利用在钢管上所产生的纵向张力即可完成。 钢管在张力减径中的变形过程在很大程度上是由各机架的轴向张力所决定的。钢管减径时张力的分布是不均匀的。由于钢管在第一架以前和最后之后没有外力作用，所以轴向张力必须从无张力的第一架起逐步增大到中间机架根本保持恒定，然后逐步减少到零。八九连轧 在一定的总减径量下

9、面，通过选用不同的荒管壁厚可以得到不同的的成品管规格；当用同一连轧孔型生产的荒管来生产不同直径的成品管时，由于总减径量不同，所需要的张力减径机机架数也不一样。 钢管减径时的平张力Zm的计算： V0=S0/D0 VR=SR/DR Vm=1/2(V0+VR)/2+(S0+SR)/(D0+DR) l=lnS0(D0-S0)/SR(DR-SR) t=ln(DR-SR)/(D0-S0)八九连轧 l(2-Vm)+ t(1+Vm) Zm = (l-t)(1-Vm) 荒管的规格和钢管的规格确定后，平均张力系数就确定了，张力减径机必须要与之相对应的轧辊速度。增大或减小速度比率，将获得不同的钢管壁厚。因此张力减径

10、的传动系统成为轧制工艺的主要设备。 八九连轧 张力减径机的传动方式就有：单电机传动系统，集中差动调速传动系统，单独差速调速传动系统，单独电气调速传动系统，串联集中差动调速系统。集中差速传动系统是通过一个或两个传动马达来调节速度。可同时改变各机架之间的轧辊速度比，并且保持所设计的齿轮箱传动系统所特有的机组速度特性曲线，所以，该系统只能改变平均张力或平均伸长率，但不能改变在此机组中个别机架的工艺变量分布情况。89连轧机组张力减径机是两个集中差速传动系统串联起来共同作用。这两个传动组相互机械独立。第八九连轧 一组传动1至8号机架位，第二组传动9至24号机架位。第一组采用特别高的齿轮数比，以到达获得特

11、别显著的延伸，瞬时建立张力 这个系统的根本传动在轧制过程的稳定状态期间以相同的速度运行，即第一传动组和第二传动组的主电机速度相等G1=G2，而差动传动以精确的协调速度的运行，协调关系如下：N12 对于单个机架而言，它的转速是相应的主电机和叠加电机共同作用的结果。八九连轧轧辊速度八九连轧 ni=K1G+K2N K1 主传动减速比 K2叠加传动减速比 对于第一传动组，要增大轧件延伸，可采取的措施有增大主电机转速，减少叠加电机转速或增大主电机转速的同时降低叠加电机的转速。 对于第二传动组，要增大扎件延伸，可采取的措施有增加叠加电机转速，要减小轧件延伸，降低叠加电机转速。八九连轧 张力减径机是连轧机的

12、一种，连续生产过程要求各个机架的延伸系数和轧辊的圆周速度协调一致。决定连轧机工作的根本条件是金属通过每个机架的秒流量相等。在实际生产过程中要想在所有的机架中保持秒流量相等的轧制条件是不可能的，这样相邻机架将彼此发生作用，从而使轧制过程中带有张力和推力，通过轧辊和金属的滑移来到达秒流量相等的原那么。张减本身有自适应、自调整过程，当计算速度和实际速度差异较小时，张减过程还能正常运行，当差异较大时，就会造成堆钢或拉钢，或不能获得所需的尺寸。八九连轧 沿轧辊孔型的圆周期上，轧辊各点的线速度是不一样的V=Dn/60，而钢管在孔型中运行时只有一个速度，因此轧辊与钢管之间的滑移产生了。轧辊和钢管没有相对滑移

13、处对应的轧辊直径称为轧辊的工作直径，轧辊的工作直径是可能变化的。轧辊的线圆周速度大于钢管的速度称为后滑，钢管的速度大于轧辊圆周线速度称为前滑。八九连轧 钢 管 在 孔 型 中 的 滑 移 示 意 图 八九连轧 当轧辊任意一点的圆周速度都大于钢管速度时称为全后滑，全后滑一般发生在出口机架；当轧辊任意一点的圆周速度小于钢管速度时称为全前滑，全前滑一般发生在入口机架。因此当张力调节大太时，钢管也不可能无止境地拉薄；张力太小时，钢管也不可能无限增厚。当张减机的速度调节不当时，钢管在孔型中的滑移发生改变，加快了孔型的磨损，同时不能得到所需要的尺寸，还有可能将钢管拉断，也有可能轧卡堆钢。八九连轧 钢管在减

14、径过程中的张力变化：钢管在建张机组逐渐建立张力，张力从无到有，逐渐增大。进入根本机组后，张力进一步逐渐增大，到达成品机组时，张力逐渐减小。所以钢管减径过程中，最大张力产生在钢管进入成品机组时。当连轧荒管没有孔洞等质量问题时，钢管头部一米至二米左右最易发生断裂。所以钢管在咬入和抛钢时，钢管上的张力是变化的；钢管在稳定轧制时，钢管在机架中的各局部的张力也是不一样的。八九连轧1265 .7 7 3 .3 5. 5 11265 .7 7 3 .3 5. 5 10.010.060.160.270.410.500.560.590.630.690.620.440.170.000.000.100.200.30

15、0.400.500.600.700.801234567891011121314机架位置张力八九连轧1264 .8 7 3 .3 5. 5 11264 .8 7 3 .3 5. 5 10.010.030.070.120.200.240.260.260.280.350.380.340.130.000.000.050.100.150.200.250.300.350.401234567891011121314机架位置张力八九连轧 钢管在张力减径过程中的壁厚变化：钢管在咬入的时候，没有张力，钢管在前一两个机架的变形几乎是纯压扁变形，根据金属变形的最小阻力定律，钢管的壁厚在前面几个机架中是增厚的。钢管尾部

16、离开时最后几个机架，张力逐渐减小，钢管壁厚也有一个增厚的过程，但最后成品机架的减径量有时很小，增厚量有时很小。所以钢管在减径过程中，不管最终结果是增壁还是减壁，钢管咬入的时候都是增壁；当钢管最终实现的是减壁时，它的壁厚变化过程是先增壁到减壁再等壁或增壁。八九连轧1264 .8 7 3 .3 5. 5 11264 .8 7 3 .3 5. 5 14.804.814.834.885.005.105.195.285.365.435.465.485.505.514.404.604.805.005.205.405.601234567891011121314机架位置壁厚八九连轧1265 .7 7 3 .3

17、 5. 5 11265 .7 7 3 .3 5. 5 15.705.715.735.775.845.855.825.765.685.575.505.485.505.515.205.305.405.505.605.705.805.901234567891011121314机架位置壁厚八九连轧 第三局部第三局部张力减径的质量控张力减径的质量控制制八九连轧 张力减径是变形工序的最后一道工序，对钢管的质量至关重要。钢管的质量包括钢管的尺寸精度、钢管的外表质量和机械性能等。 尺寸精度包括外径精度和壁厚精度。 外径精度主要取决于工艺制度和机架孔型。 八九连轧 工艺制度对钢管外径精度的影响主要在于张减机轧制

18、温度和温度的稳定性。轧制温度高，轧后钢管收缩大；相反，轧制温度低，轧后钢管收缩小，一般情况下按DR约等于1.01D名计算 。决定钢管的外径椭圆度及外径大小的主要关键是机架孔型尺寸，张减机的孔型加工精度至关重要。钢管的外径椭圆度指的是钢管同一截面上最大外径与最小外径之差，为了控制钢管外径椭圆度，89连轧机组在张减机孔型设计上作了一些改进。八九连轧 钢管的壁厚精度主要是指壁厚的不均程度和实际壁厚同名义壁厚之差。钢管的壁厚不均包括纵向壁厚不均和横向壁厚不均。一般来说荒管的壁厚偏差会在张减后的成品管上表达，同时当张减机调节不当时张减过程还可能产生更大的壁厚尺寸偏差。钢管的纵向壁厚偏差主要是由于荒管的纵

19、向壁厚偏差和张减过程中纵向张力变化造成的。 张减机产生的壁厚不均主要有纵向壁厚不均增厚端和横向壁厚不均内多边形。八九连轧 增厚端指的是钢管两端壁厚比中间主要局部钢管壁厚要厚的现象。产生的主要原因是钢管两端减径时与钢管中间局部稳定轧制时相比缺少有效的张力。增厚端的钢管壁厚超出公差局部必须要切除，这就是切头损失。八九连轧 增厚端长度随以下因素影响而增加： 1.平均纵向张力增加 2.总减量增加 3.机架间距增加 4.单机架减径率减小 5.钢管直径与轧辊直径之比增加 6.磨擦力减小 7.钢管外径与壁厚之比增加八九连轧 张力减径的产生管端增厚现象是没方法消除的，但是可以通过相应措施来减少增厚端长度。89

20、连轧机组为了减少切头损失，采用了CEC技术。所谓CEC就是在钢管头尾轧制时通过瞬时的动态速度改变来建立有效张力，减少钢管壁厚的增厚量,从而减少增厚端长度控制技术。其目的是为了减少钢管切头损失。使用CEC控制时，在钢管头部进入张减机阶段，增大张力的增大量，而在钢管尾部离开张减机阶段，减少张力的减少量。八九连轧CEC控制时张力变化图八九连轧 总减径量越大、平均张力越大，CEC的效果就越明显。一般头部的效果为20-30%，尾部的效果为50-60%。CEC的适应条件是钢管总减径率大于30%，平均张力系数大于0.3。所以减径量越小，平均张力越小，CEC的效果就越不明显。生产同一规格时，张减机采用减壁减径

21、时比增壁减径时的平均张力要大，在使用CEC后并不是说减壁减径的切头量要小，因为虽然平均张力越大，CEC的效果越明显，但是采用减壁减径时比增壁减径时的增厚端长度要长。为了壁免张力过大，尽量选取小一点的平均张力。八九连轧机架位置轧辊速度八九连轧张减机轧辊速度八九连轧机架位置轧辊速度张减机八九连轧 为了消除因荒管带来的钢管的纵向壁厚不均，89连轧机组还采用了WTCLL线性局部壁厚控制技术，通过动态调节二号叠加电机速度来调节张力，使钢管的纵向壁厚趋向均匀，该功能只有当机架数多于5个时，才能起作用。 CEC功能和WTCLL功能统称为CARTA系统。八九连轧荒管壁厚 钢管壁厚 荒管和钢管长度WTCLL 效

22、果图八九连轧 荒管的横向壁厚不均在张力减径过程中是没方法消除，有时还会加重钢管的横向壁厚不均程度，产生内多边形。内多边形指的是钢管的内孔形状偏离所期望的圆形而形成有规那么的多边形。三辊减径的内多边形通常为六边形，故也叫内六方，常见于厚壁管生产。八九连轧内六方八九连轧八九连轧 钢管内多边形的成因是由于沿钢管周长方向不均匀的减径量引起的，通过采用适宜的孔型椭圆度，可以减轻钢管内多边形程度，目的是钢管在轧辊孔型中变形时应力条件均匀。采用圆孔型生产厚壁管，是因为圆孔型椭圆度较小，孔型形状接近钢管形状，减少轧辊与钢管之间的接触长度之间的差值，从而使圆周方向应力均匀化。八九连轧 影响钢管内多边形的因素主要

23、有： 1辊数目。轧辊数越多，那么孔型的深度小，减少了沿孔型宽度上钢管高度压缩的不均匀性，从而减少了顶部和辊缝处轴向流动的差异，因而减少内多形的程度。 2孔型椭圆度。椭圆度越大，那么孔型中的高度压缩量分布愈不均匀，减径后横向壁厚不均越大；椭圆度过小，沿孔型宽度上钢管高度压缩的不均匀性也增大，同样会造成减径后横向壁厚不均增大。所以只采用适宜的孔型椭圆度，才能使内多边形降到最低。八九连轧 3. 单机架减径量和总减径量。单机架减径量大，顶部和辊缝处的高度压缩量不均匀性和金属流动差异大，加剧内多边形。总减径量越大，这种不均匀增加量增加，内多边形越严重。 4. 钢管的壁厚系数。壁厚系数S/D越大，金属的变

24、形和应力的分布的不均匀性增加，内多边形越严重。 5. 张力。轴向张力过大或过小都会产生内多边形。张力过大那么产生“正内六方，过小那么产生“负内六方。内六方值与张力成正比。八九连轧 钢管的外表质量包括外外表质量和内外表质量。一般来说，张力减径机不会产生内外表缺陷，因为张力减径是空心轧制，有时内外表出现的缺陷，是由于前面的变形工序造成的，只不过在张减机减径后充分暴露而已。 外外表缺陷主要有坯料质量和轧制本身带来两种原因。张力减径属于纵轧类轧机，在减径过程中钢管呈直线运行，轧辊作圆周运动。所以张减机产生钢管外表上缺陷都是有规律性的，缺陷呈直线分布或呈直线等距分布。张减机常见的外表缺陷有轧凹、针孔轧折

25、、青线、麻面麻坑，拉丝、轧痕等。八九连轧1.轧凹：钢管内外表沿纵向呈现局部或全长的外凹里凸的皱折而外外表呈条状凹陷。产生的原因主要有：张减机孔型设计不合理；机架吊错；连轧荒管外径太大；连轧荒管椭圆度太大。2.针孔轧折：钢管外表纵向分布一条或多条呈密布小孔状的轧制缺陷。产生的主要原因有：机架错位；机架窜动；机架未推到位；张减机架新旧孔型搭配不当；连轧荒管椭圆过大。有时坯料或前部工序带来外表缺陷经张力减径后也呈针孔状，但一般不会是通长的。八九连轧青线：钢管外外表呈现一条或多条线形轧痕，沿纵向分布，一般是凸出来的，有手感。产生的主要原因有：张减机孔型设计 不合理；机架未推到位；机架错位；机架 窜动；

26、机架新旧孔型搭配不当；孔型选择 不当；机架超寿命使用；机架孔型加工不当；荒管椭圆度过大；荒管温度过低。麻面麻坑：钢管外表呈上下不平的麻坑。产生的主要原因有：钢管在炉内停留 时间过长，产生的氧化铁皮过厚，除鳞不净；高压除鳞装置喷嘴堵塞或高压水压力 过低；炉内辊道或步进梁粘钢；张减机或 连轧机架轧辊磨损严重。八九连轧5. 拉丝：钢管外表划出一道道的金属丝，其金属丝有的脱落，有的粘在钢管外表。产生的主要原因有：张减机孔型设计不合理；机架未推到位；机架错位；机架窜动；机架新旧孔型搭配不当；孔型选择不当；机架超寿命使用；机架孔型加工不当；荒管椭圆度过大；荒管温度过低。6. 轧痕：钢管外表呈现局部压痕或掉

27、肉。产生的主要原因是轧辊外表掉肉或粘钢。八九连轧 张力减径对钢管机械性能的影响主要表达在控制钢管的终轧温度上。所以生产不同用途的钢管时，宜采用相应的步进炉加热温度。另外，当张减机孔型不适宜时，对钢管的压扁性能有不良影响。八九连轧 第四局部第四局部 张力减径的机架张力减径的机架管理管理八九连轧 89连轧机组是三辊式张力减径机，采用内传动方式。机架中轧辊的传动是通过机架内部两对伞齿轮集中传动的，机架内装有三只轧辊，传动是从一根轴上传入。机架间距为260mm，轧辊的理想直径为275mm。轧辊的材质是特殊球墨铸铁，但这种材质已不能满足生产和质量的需要，轧辊的磨损较快，很多厂家已采用或正在试用新型耐磨材

28、料，89连轧机组试用过多种新型材料，比较成功的是采用硬质合金材料，但此种材料价格较贵，不适合大规模采用，许多厂家正在研究性价比较理想的材料。八九连轧 轧辊工作时用水冷却，冷却水的压力约为6Mpa左右。当机架推入机座后，冷却水快开阀自动翻开。轧制时钢管的温度为880左右，但轧辊的工作温度不会超过80，当轧辊的冷却效果不理想时就会发生粘钢和炸辊现象。为了防此冷却水进和机架轴承内，在轧辊两端轴承处都装有密闭圈，装有油脂润滑轴承。 机架根据其作用不同分为轧制机架、运输机架和导向机架。八九连轧 为了方便使用和便于管理，对轧制机架编制了机架号，对机架孔型编制了孔型号，机架与机架号是一一对应的，机架的机架号

29、是终身不变的。孔型号与孔型尺寸是一一对应。一个机架上同时挂机架号牌和孔型号牌，机架号牌是始终不变，而孔型号牌随机架孔型尺寸而改变。只有当机架的机架号孔型号牌与“完好机架表一致时，机架才能吊用，否那么有可能出事故。八九连轧 孔型中轧辊各点受力是不一样的，孔型中轧辊各点的磨损是不一样的，因此在生产过程中，孔型的尺寸关系是发生变化的。当轧辊磨损到一定程度时，钢管在孔型中的变形就会丧失稳定性，出现青线、拉丝、针孔轧折等缺陷；同时轧辊的外表磨损后会影响钢管的外表质量，所以当机架孔型磨损到一定程度后，必须要下线重车。由于机架在线时孔型尺寸不便检测，89连轧机组以机架孔型的轧制支数为参照量，经验数据为AO5

30、00以前的根本机架生产钢管支数不超过4500支，其余机架生产钢管支数不超过4000支必须更换；为了解决机架之间的搭配问八九连轧 题，规定相邻机架孔型轧制支数不能超过3000支，生产小规格钢管时相邻机架孔型之间轧制支数不能超过2000支。但这种以轧制支数为参照量不是绝对准确，因为生产不同钢管时的钢管材质、轧制温度以及机架轧辊材质等是有区别的，轧辊的磨损是不一样的。所以一般机架在到寿命之前提前更换。 机架窜动指的是机架轧辊在外力的作用下，轧辊沿轴向有较大的移动。轧辊窜动将破坏钢管在孔型中减径时的稳定性，产生产品缺陷青线、拉丝、轧折等，对生产的危害较大。八九连轧 产生轧辊窜动的原因主要有：轴承磨损、轴承未装配好、轧辊松动等。轧辊窜动主要发生在从动轴，当主动轴轴承未装到位时也会发生窜动。 轧辊错位指的是轧辊发生移动，在孔型的辊缝处产生一个台阶。轧辊错位将在钢管外表产生青线、拉丝、轧折，一般用手摸感觉到一边高一边低。 轧辊错位一般发生在主动轴，从动轴