斜軋擴徑(也稱斜軋擴管)屬于軋管的形式之一,是到目前為止通過軋制獲得最大(da)口(kou)徑(jing)不(bu)銹鋼管的方法。鋼管斜軋擴徑工藝是一古老、成熟的工藝,早在1925~1933年間美國和德國就相繼研制出不銹鋼管斜軋擴徑機并投入了生產;1993年意大利的INNSE 公司將現代的計算機、液壓小艙等控制技術應用于斜軋熱擴徑技術中,為意大利的達爾明公司提供了一臺ф610mm斜軋擴徑機,使得斜軋擴徑工藝得到了翻新和復蘇。前世界上有4臺斜軋擴徑機在生產運行中,即美國Lorain廠1930年投產的ф660mm機組,年產15萬噸,捷克Chomutov廠有2臺斜軋擴徑機,即1928年投產的ф545mm機組,年產10萬t和隨后投產的Φ610mm機組;意大利1993年投產的ф610mm機組,年產15萬噸,德國Rath廠1933年建的ф1500mm機組早已停產。


斜軋擴(kuo)徑一般一個道次的擴(kuo)徑率為(wei)35%~65%,最(zui)大可達75%甚至80%,可生(sheng)產的品(pin)種有:套管、鍋(guo)爐電(dian)站(zhan)用(yong)管、氣瓶管、管線管、液壓支(zhi)架管、結構管、機加工管、石(shi)油裂化管和高(gao)壓化肥管等。


一、工(gong)藝描述


  斜(xie)(xie)軋(ya)(ya)擴(kuo)(kuo)徑(jing)機(ji)組母(mu)(mu)管(guan)(guan)(guan)有兩(liang)種:一種是來(lai)自軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)機(ji)組(自動(dong)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)機(ji)、連續軋(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)機(ji)等)的(de)成品(pin)管(guan)(guan)(guan);另一種是來(lai)自穿孔機(ji)后(hou)的(de)毛管(guan)(guan)(guan)。斜(xie)(xie)軋(ya)(ya)擴(kuo)(kuo)徑(jing)機(ji)既(ji)可(ke)與(yu)主軋(ya)(ya)機(ji)成在線布(bu)置,也可(ke)離線布(bu)置。根據(ju)來(lai)料母(mu)(mu)管(guan)(guan)(guan)的(de)壁(bi)厚和溫(wen)度(du),在線布(bu)置的(de)可(ke)直接送擴(kuo)(kuo)徑(jing)機(ji)加(jia)(jia)工;離線布(bu)置或溫(wen)度(du)較低的(de)不(bu)銹鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)送入加(jia)(jia)熱爐中(zhong)加(jia)(jia)熱至(zhi)1100~1250℃,由輥道(dao)送出,經高壓(ya)水(shui)進行外表面除鱗后(hou),以螺旋的(de)運動(dong)方(fang)式(shi)送入斜(xie)(xie)軋(ya)(ya)擴(kuo)(kuo)徑(jing)機(ji)進行擴(kuo)(kuo)徑(jing)軋(ya)(ya)制;溫(wen)度(du)損失較少的(de)厚壁(bi)管(guan)(guan)(guan)經橫移臺架輸(shu)送和高壓(ya)水(shui)除鱗后(hou)可(ke)直接送斜(xie)(xie)軋(ya)(ya)擴(kuo)(kuo)徑(jing)機(ji)組進行擴(kuo)(kuo)徑(jing)軋(ya)(ya)制。


  斜軋(ya)(ya)(ya)擴徑機主要(yao)是由(you)兩個(ge)(ge)(ge)位(wei)于不重合(he)的(de)(de)(de)(de)(de)水平面上(shang)同向轉動的(de)(de)(de)(de)(de)錐形輥(gun)(gun)、一(yi)對上(shang)下布置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)固定(ding)(ding)導板以及一(yi)個(ge)(ge)(ge)錐形頂頭(tou)和一(yi)個(ge)(ge)(ge)沿軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)中心線方(fang)向支(zhi)撐頂頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)頂桿組成,在軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)過程中,管徑擴大(da)、壁厚減薄,延(yan)伸系數接近1。軋(ya)(ya)(ya)輥(gun)(gun)軸(zhou)布置(zhi)在兩個(ge)(ge)(ge)偏離的(de)(de)(de)(de)(de)水平面上(shang),沿軸(zhou)向有一(yi)個(ge)(ge)(ge)大(da)交叉角度。軋(ya)(ya)(ya)輥(gun)(gun)軸(zhou)線的(de)(de)(de)(de)(de)空間交叉和垂直(zhi)偏移量(liang)將產生喂入角并(bing)使軋(ya)(ya)(ya)件作螺旋運動,如圖 4-25 所示(shi)。調整軋(ya)(ya)(ya)輥(gun)(gun)軸(zhou)向位(wei)置(zhi)可以改變軋(ya)(ya)(ya)件的(de)(de)(de)(de)(de)咬入條件及荒管的(de)(de)(de)(de)(de)外徑,頂頭(tou)位(wei)置(zhi)決定(ding)(ding)擴徑后荒管的(de)(de)(de)(de)(de)壁厚。軋(ya)(ya)(ya)輥(gun)(gun)由(you)計算機進行(xing)設計。


圖 25.jpg


  在斜軋(ya)擴(kuo)徑(jing)機軋(ya)制(zhi)過程中(zhong),通過頂(ding)頭內(nei)壁(bi)噴(pen)嘴噴(pen)鹽溶液(ye)來去除管子內(nei)表面氧化鐵皮及起(qi)潤(run)滑(hua)作用,以優化表面質量(liang),并保(bao)證頂(ding)頭有足夠長的使(shi)用壽命。軋(ya)制(zhi)時頂(ding)頭和頂(ding)桿是相連接的,但可以快速地裝拆(chai),擴(kuo)徑(jing)結束后,頂(ding)桿從管中(zhong)抽出(chu),頂(ding)頭在軋(ya)機出(chu)口位(wei)置冷卻(que)、檢查和潤(run)滑(hua)后重復使(shi)用。


  斜軋擴徑(jing)機(ji)的調整依(yi)靠在線(xian)的軟件(jian)包,基(ji)于(yu)少(shao)數(shu)基(ji)礎(chu)數(shu)據(管徑(jing)、鋼種、溫度等),計算機(ji)對(dui)(dui)整個軋制線(xian)計算出所有的調整參(can)數(shu)。此外(wai),這一軟件(jian)包也(ye)對(dui)(dui)軋制時的動力(li)參(can)數(shu)(如力(li)能(neng)、電流、電機(ji)功率等)進行估(gu)算。


  現(xian)代(dai)斜軋擴徑(jing)機(ji)的頂(ding)桿采用液(ye)壓(ya)小(xiao)艙控制定(ding)位,液(ye)壓(ya)小(xiao)艙也(ye)可以在軋制過程(cheng)中(zhong)調整頂(ding)頭位置,以實現(xian)控制系(xi)統對(dui)因頂(ding)桿彈性和膨脹延伸所產(chan)生的長度變化(hua)進行補償,從而保證產(chan)品質量的穩定(ding)性。軋制過程(cheng)管(guan)子受到上下導(dao)板的約束。


  軋(ya)制(zhi)時數(shu)(shu)據存(cun)儲系(xi)統(tong)對整個軋(ya)線(xian)的(de)(de)(de)最(zui)主要(yao)的(de)(de)(de)工藝(yi)、操作(zuo)(zuo)參(can)數(shu)(shu)進行測量(liang)(liang)、顯示和記錄。這有(you)利(li)于提(ti)高產(chan)品質量(liang)(liang)和軋(ya)制(zhi)效率,因為數(shu)(shu)據存(cun)儲系(xi)統(tong)測得(de)(de)的(de)(de)(de)實際值和由調(diao)整數(shu)(shu)學模型進行計算所(suo)得(de)(de)的(de)(de)(de)預期值兩者進行比較,若(ruo)有(you)差異,控制(zhi)系(xi)統(tong)或(huo)操作(zuo)(zuo)者可以立即得(de)(de)知軋(ya)線(xian)的(de)(de)(de)不(bu)正常(chang)(chang)功能和不(bu)正常(chang)(chang)狀(zhuang)態,并加(jia)以調(diao)整。此外(wai),每一根熱擴徑(jing)鋼(gang)管的(de)(de)(de)主要(yao)數(shu)(shu)據均加(jia)以存(cun)儲,可以用于進一步(bu)的(de)(de)(de)工藝(yi)操作(zuo)(zuo)分析(xi),以便改進實際操作(zuo)(zuo)。


  斜(xie)軋擴徑機(ji)的(de)一個主要特點是產品質量(liang)穩定,保持壁(bi)厚精(jing)度不變,這(zhe)是由于液(ye)壓(ya)小艙可以對軋機(ji)和扎制(zhi)時(shi)頂(ding)頭位移而造(zao)成的(de)任何長度尺寸變異進(jin)(jin)行(xing)補(bu)(bu)償。主要是針(zhen)對頂(ding)頭、頂(ding)桿的(de)熱膨(peng)脹,機(ji)因利履算出所要求的(de)液(ye)壓(ya)小艙運動規(gui)律,根據軋機(ji)的(de)實(shi)際操作對頂(ding)頭位移量(liang)進(jin)(jin)行(xing)數字模(mo)擬并(bing)加以放大,而由液(ye)壓(ya)小艙控制(zhi)系(xi)統進(jin)(jin)行(xing)實(shi)時(shi)補(bu)(bu)償。


  出斜(xie)軋擴徑機后(hou)的管(guan)子由(you)橫移(yi)裝置和輥道運送至均整(zheng)機進(jin)(jin)行(xing)均整(zheng),以進(jin)(jin)一步改善(shan)管(guan)子的表(biao)面質量(liang)。均整(zheng)后(hou)的鋼管(guan)由(you)專(zhuan)用(yong)設備送至步進(jin)(jin)梁(liang)式再加(jia)熱(re)(re)爐中(zhong)加(jia)熱(re)(re),加(jia)熱(re)(re)好(hao)的鋼管(guan)經高壓水除鱗后(hou)在定徑機組定徑,得(de)到(dao)成品尺寸的不銹鋼管(guan)。定徑后(hou)的鋼管(guan)送往(wang)冷床冷卻,收集后(hou)在中(zhong)間庫存放。


根據(ju)生(sheng)產品(pin)種的(de)要求,需要矯(jiao)直的(de)鋼(gang)管(guan)(guan)由吊車從中間(jian)庫吊運到壓力矯(jiao)直機(ji)上進(jin)行(xing)矯(jiao)直,之后(hou)再(zai)吊運到精(jing)整線進(jin)行(xing)精(jing)整。首先由輥道送(song)到切割裝(zhuang)置(zhi)處(chu)切頭(tou)尾(wei),然(ran)后(hou)經橫移臺(tai)架送(song)至(zhi)銑(xian)頭(tou)、倒棱(leng)處(chu)加(jia)工。經過銑(xian)頭(tou)、倒棱(leng)的(de)鋼(gang)管(guan)(guan)再(zai)送(song)往超聲波探(tan)傷處(chu)探(tan)傷,有(you)缺陷的(de)鋼(gang)管(guan)(guan)被打上標記并被撥入缺陷管(guan)(guan)收集(ji)料筐,合格鋼(gang)管(guan)(guan)則運送(song)至(zhi)測長(chang)、稱重、打標裝(zhuang)置(zhi)處(chu)進(jin)行(xing)測長(chang)、稱重和(he)打標,然(ran)后(hou)運送(song)到中間(jian)庫或(huo)成品(pin)庫轉運或(huo)發貨(huo)。


  對(dui)于需(xu)要水(shui)壓(ya)試(shi)(shi)驗(yan)的(de)不銹鋼(gang)管,倒棱后直接送入水(shui)壓(ya)試(shi)(shi)驗(yan)機(ji)進(jin)行水(shui)壓(ya)試(shi)(shi)驗(yan),對(dui)節奏來不及(ji)的(de)鋼(gang)管由吊車(che)吊運(yun)至(zhi)(zhi)中間(jian)庫存放,然后根據生產計(ji)劃安排,再自中間(jian)庫吊出(chu)送至(zhi)(zhi)水(shui)壓(ya)試(shi)(shi)驗(yan)機(ji)的(de)上料臺架(jia),進(jin)行水(shui)壓(ya)試(shi)(shi)驗(yan),之后測長、稱重及(ji)打標(biao),運(yun)人成品庫存放。


對于需要熱處理和管加工(gong)的鋼管,則經過(guo)矯直、切(qie)頭尾、銑頭、探傷及稱重打標(biao)后(hou)送往中間(jian)庫存放,再轉運至(zhi)公司(si)相應(ying)車間(jian)進行處理和加工(gong)。


對(dui)于超聲探傷后(hou)(hou)認(ren)為可(ke)以修(xiu)磨的(de)(de)缺陷管(guan)(guan)送入修(xiu)磨臺(tai)架上進行(xing)修(xiu)磨、復(fu)探;不(bu)可(ke)修(xiu)磨的(de)(de)缺陷或(huo)由再切鋸改(gai)尺(chi),切除有(you)缺陷的(de)(de)部分(fen)(剩(sheng)余部分(fen)作為短尺(chi)管(guan)(guan)收集、存放、發運),或(huo)直接判為廢(fei)品。對(dui)于水壓(ya)試驗后(hou)(hou)的(de)(de)不(bu)合格鋼(gang)管(guan)(guan)直接判為廢(fei)品或(huo)在再切鋸上改(gai)尺(chi)。



二(er)、各(ge)種生產工藝的(de)特(te)點(dian)及設備選型


  目前(qian),國內外直徑(jing)大于460mm熱(re)軋無縫不(bu)銹鋼管(guan)的生產(chan)方式主要有:擠壓法(fa)(fa)、頂管(guan)法(fa)(fa)、周(zhou)期(qi)軋管(guan)法(fa)(fa)、二(er)次穿孔法(fa)(fa)和擴徑(jing)法(fa)(fa)。


  擠(ji)壓法主要用于(yu)低(di)塑性難變形高(gao)(gao)合(he)金鋼(gang)管(guan)的生(sheng)產(chan);頂(ding)管(guan)機(ji)、擠(ji)壓機(ji)適于(yu)高(gao)(gao)合(he)金特(te)殊專用管(guan)材生(sheng)產(chan),其年產(chan)量(liang)低(di),軋制批量(liang)小。


  周期式(shi)軋(ya)(ya)管(guan)機(ji)(ji)產(chan)品尺寸精(jing)度(du)低,缺陷多,效率(lv)和成材率(lv)不(bu)高(gao),故使(shi)用批量(liang)較大(da)(da)的(de)(de)(de)大(da)(da)直(zhi)徑無縫鋼(gang)管(guan)通常(chang)采用擴(kuo)(kuo)徑的(de)(de)(de)方式(shi)來(lai)生(sheng)(sheng)產(chan),即由已有的(de)(de)(de)熱軋(ya)(ya)管(guan)機(ji)(ji)組提供荒管(guan)為原料,經加(jia)熱擴(kuo)(kuo)徑、減(jian)壁軋(ya)(ya)制生(sheng)(sheng)產(chan),斜(xie)軋(ya)(ya)擴(kuo)(kuo)徑機(ji)(ji)可(ke)以(yi)是(shi)(shi)離線(xian)布置的(de)(de)(de),也可(ke)以(yi)在線(xian)布置。周期軋(ya)(ya)管(guan)法可(ke)以(yi)生(sheng)(sheng)產(chan)直(zhi)徑426mm 以(yi)上的(de)(de)(de)大(da)(da)直(zhi)徑厚壁鋼(gang)管(guan)(如德國Rath廠的(de)(de)(de)周期軋(ya)(ya)管(guan)機(ji)(ji)組可(ke)生(sheng)(sheng)產(chan)φ711.2mm鋼(gang)管(guan)),但產(chan)品表面(mian)質(zhi)量(liang)不(bu)佳,生(sheng)(sheng)產(chan)效率(lv)不(bu)高(gao)。隨著(zhu)其(qi)他更先(xian)進的(de)(de)(de)軋(ya)(ya)管(guan)技術的(de)(de)(de)出現,周期軋(ya)(ya)管(guan)法因其(qi)產(chan)品的(de)(de)(de)壁厚精(jing)度(du)不(bu)高(gao),已不(bu)再是(shi)(shi)生(sheng)(sheng)產(chan)大(da)(da)口(kou)徑厚壁管(guan)的(de)(de)(de)最佳生(sheng)(sheng)產(chan)方式(shi),目前國內最大(da)(da)的(de)(de)(de)周期軋(ya)(ya)管(guan)機(ji)(ji)是(shi)(shi)攀成鋼(gang)的(de)(de)(de)ф318mm機(ji)(ji)組,產(chan)品規格(ge)范圍為ф168~377mm,設計生(sheng)(sheng)產(chan)能力12萬(wan)噸(dun),改(gai)造(zao)后外徑擴(kuo)(kuo)大(da)(da)到ф508mm,產(chan)量(liang)達到17萬(wan)噸(dun)。


  二(er)次穿(chuan)(chuan)(chuan)孔法是將已(yi)在穿(chuan)(chuan)(chuan)孔機穿(chuan)(chuan)(chuan)出(chu)的(de)毛管(guan)(guan)在另(ling)一(yi)臺(tai)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔機上(shang)進行第二(er)次穿(chuan)(chuan)(chuan)孔,以達到擴徑(jing)(jing)減壁的(de)目的(de)。在世界鋼管(guan)(guan)發展(zhan)史上(shang),美國(guo)Gary廠(chang)采用二(er)次穿(chuan)(chuan)(chuan)孔法曾生(sheng)產出(chu)外徑(jing)(jing)為φ339.7~508mm,最薄壁厚為6.35mm的(de)不銹鋼管(guan)(guan)。近(jin)年來,我國(guo)江都誠德鋼管(guan)(guan)公司(si)在同一(yi)臺(tai)ф1000mm巨龍穿(chuan)(chuan)(chuan)孔機上(shang)進行二(er)次穿(chuan)(chuan)(chuan)孔,生(sheng)產出(chu)直徑(jing)(jing)約Φ600mm特(te)大口徑(jing)(jing)厚壁鋼管(guan)(guan),用于二(er)次穿(chuan)(chuan)(chuan)孔的(de)另(ling)一(yi)臺(tai)ф600mm穿(chuan)(chuan)(chuan)孔機最近(jin)已(yi)試車投(tou)產。


  目前(qian)使(shi)用的擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)(ji)(ji)有拉拔(ba)式(shi)(shi)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)(ji)(ji)、推制(zhi)式(shi)(shi)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)(ji)(ji)和輥式(shi)(shi)斜軋擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)(ji)(ji)三(san)種生產(chan)方式(shi)(shi)。前(qian)兩種擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)(ji)(ji)由(you)于(yu)受應力狀(zhuang)態和變形特點(dian)的限制(zhi),管材表面細(xi)微缺(que)陷擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)大,易產(chan)生裂紋和內直道缺(que)陷,外徑(jing)(jing)(jing)、壁(bi)厚偏差及彎曲度(du)均(jun)要變大,生產(chan)鋼管的尺(chi)寸精度(du)、表面質量不及輥式(shi)(shi)斜軋擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)(ji)(ji)好。拉拔(ba)式(shi)(shi)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)(ji)(ji)因成材率低(di)、生產(chan)效率低(di)及工(gong)具費用高等(deng)缺(que)點(dian)。現在許(xu)多國家一般都不再新。建拉拔(ba)式(shi)(shi)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)(ji)(ji)進行擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)徑(jing)(jing)(jing)生產(chan)。


  國際上(shang)采用斜軋擴(kuo)(kuo)徑法(也稱盤式擴(kuo)(kuo)徑法或旋轉(zhuan)擴(kuo)(kuo)徑法)生(sheng)產(chan)大口徑無縫(feng)不銹鋼管的主要廠家包括:美國的USS/Kobe-Lorain廠,由自動軋管機(ji)供坯,產(chan)品規格:外徑Φ406.4~660.4mm、壁厚8~10mm、最大長度(du)13m,生(sheng)產(chan)能力15萬t/a;


  捷克的VFChomutov廠,在兩(liang)臺周(zhou)期軋管機(ji)后各(ge)配(pei)一臺斜軋擴徑機(ji),最大管徑分別是ф530mm和ф720mm,生產(chan)能力10萬t/a.


  特別值得一提的(de)(de)是1993年投產的(de)(de)意(yi)大利達爾明鋼管(guan)廠的(de)(de)斜(xie)軋擴徑機(ji)組,采用(yong)了(le)液壓小艙工(gong)藝軟件包等(deng)最(zui)新技術(shu)使得產品質(zhi)量、成材(cai)率、工(gong)具消耗(hao)等(deng)指標(biao)全面(mian)得到了(le)優化。該擴徑機(ji)由(you)MPM供坯,產品規格范圍為(wei):外徑φ355.6~622.3mm(可擴大到ф711.2mm)。


  據不完全統計,國際上(shang)共有7臺(tai)拉拔擴徑機,其中意(yi)大(da)利2臺(tai)、法(fa)國2臺(tai)、委內瑞(rui)拉1臺(tai)、中國1臺(tai),阿根(gen)廷1臺(tai),除法(fa)國的(de)1臺(tai)安裝(zhuang)在Φ400mm自動軋管機之后外,其余6臺(tai)均配置在周期軋管機之后,生產能(neng)力一般為3萬t/a.由(you)于拉拔擴徑法(fa)生產效率低,金屬(shu)消耗(hao)大(da),產品質量不佳(jia),沒(mei)有得到進一步(bu)發(fa)展。


  近年來,推(tui)制擴徑(jing)法在(zai)我國得(de)到了廣泛應用(yong)。天津(jin)鋼管(guan)實業開發公司的(de)4臺推(tui)制式擴徑(jing)機(ji)可生產(chan)(chan)φ(273~800)mm×(5.4~30)mm的(de)無(wu)縫鋼管(guan),生產(chan)(chan)能力約(yue)1萬~2萬噸(dun)/a.在(zai)采(cai)用(yong)了嚴(yan)格管(guan)理(li)、改(gai)進工(gong)具設計、優化生產(chan)(chan)工(gong)藝等一系(xi)列措(cuo)施后,產(chan)(chan)品質(zhi)量(liang)得(de)到了明顯改(gai)善,但國內其他機(ji)組的(de)產(chan)(chan)品質(zhi)量(liang)難以保證。


  斜(xie)軋擴(kuo)徑(jing)機于20世(shi)紀20年代隨著石油天(tian)然氣工業(ye)對大直徑(jing)熱軋無(wu)縫不銹鋼管的需求增加(jia)而用(yong)于工業(ye)生產的,主要應(ying)用(yong)在美國、德國和捷(jie)克(ke),目前有4套(tao)機組在生產運行(xing),生產鋼管的最(zui)大外徑(jing)為711.2mm。


  新(xin)型輥式(shi)斜軋(ya)擴徑(jing)機產(chan)(chan)品表面(mian)質(zhi)量好,鋼管(guan)金屬組織均勻,尺寸(cun)精度高。鋼管(guan)壁(bi)厚精度可達到(dao)±4.5%~8%,生產(chan)(chan)效率高,金屬消(xiao)耗小。上述優點已(yi)使新(xin)型斜軋(ya)擴徑(jing)工藝成為當今一(yi)種經濟靈活的大口徑(jing)不銹(xiu)鋼管(guan)生產(chan)(chan)工藝。


  斜(xie)軋擴徑(jing)的產品規格為:外徑(jing)Φ323~720mm、壁厚(hou)9.5~40mm、長度6000~12500mm。