无缝钢管发展(不锈钢无缝管材冷轧机的发展趋势-1)
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篇首语：宁可枝头抱香死，何曾吹落北风中。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了无缝钢管发展(不锈钢无缝管材冷轧机的发展趋势-1)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
无缝钢管发展(不锈钢无缝管材冷轧机的发展趋势-1)
摘要：阐述了国内不锈钢无缝管材冷轧生产技术现状，介绍了现有周期式冷轧管机的使用状况；分析了国内管材冷轧设备的发展趋势，提出冷轧管机将向着极端化、高速化、智能化、高精度和多功能等方面发展的结论；在对传统二辊周期式冷轧管机以及传统三辊周期式冷轧管机的结构和运动学特点进行分析的基础上，根据我国不锈钢无缝管材冷轧加工生产的发展对传统冷轧管机技术进步和产品升级需求，提出解决方案。
一 前言
不锈钢无缝钢管系列产品凭借其具有耐腐蚀、耐高温、耐高压等优点，广泛应用于石油化工、海洋工程、航空航天等领域。鉴于不锈钢无缝管的生产工艺特点和特殊的使用要求，绝大多数不锈钢无缝管需要通过冷轧方式提供最终产品。在其生产环节中，周期式冷轧管机是极其重要的设备，决定了不锈钢无缝管材产品的尺寸精度和组织性能。通过周期式冷轧，不锈钢无缝管材的组织更加致密、均匀，性能更加优越；同时，能够对原始管坯起到很好的纠偏作用，生产出的管材几何尺寸精确，表面粗糙度小。另外，冷轧管机可实现管壁压下量可达75%~85%，减径量达65%，极大地减少中间变形道次与工序，节能降耗。
目前，我国冷轧管机主要形式为LG型（两辊）和LD型（多辊）两大系列。LG型轧机采用截面为锥形截面环形孔型，道次变形量大，产量高，结构相对简单，容易调整和维护，但产品精度低，难以满足镍基合金、铁素体不锈钢等难变形金属管材的高效生产；LD型三辊冷轧机因为轧槽采用圆形截面，道次变形量小，具有轧制精度高的特点，对生产精度和质量要求高的管材具有很好的优势，但是生产效率较低，难以满足大变形获得较细晶粒度的生产需求。
2019年世界不锈钢管产量达到570多万吨，中国占到43%以上的份额。近年来，国际能源产业持续发展，机械等行业保持稳步增长对不锈钢无缝管的消费量起到了一定的支撑作用，预计未来几年内，世界范围内不锈钢无缝管的需求量仍会保持在一个较高水平。
根据统计，冷轧管机市场保有量达6000台套以上，但是基本上都处于生产效率低、轧制速度慢、产品精度低的现状。随着市场导向与应用场景对产品规格（径壁比重增加）、产品精度（圆度、直线度、表面光洁度）与产品性能（镍基合金、双相不锈钢等）的要求提高，对传统装备的能力与功能要求也越来越高，向着极端化、高速化、智能化、高精度化、多功能化等方面发展，由此推动装备快速发展，进而对周期式冷轧管机的结构设计、装备水平和制造精度等方面提出了更高的要求。
二 我国冷轧管机发展趋势
1、设备能力极端化
随着国民经济快速发展，我国装备制造业产业链日趋完善，Φ550mm以上大口径厚壁与Φ5mm以下小口径薄壁不锈钢无缝管材需求量逐渐增加，产品仍然存在供需矛盾，部分产品依赖进口，究其根本原因是国内欠缺上述极端化产品生产用的装备能力。
2012年，太原重机械集团有限公司开始了LG-720冷轧管机的研究，该机使用了大功率伺服控制系统，实现了大惯量控制对象的高精度同步控制，是世界上最大规格的冷轧无缝不锈钢管的设备，首机于2015年在江苏武进不锈钢股份有限公司投入使用，根据国家钢铁产品质量监督检验中心现场抽样表明，大口径无缝钢管的表面质量、尺寸公差、拉伸试验、晶粒度等主要指标符合美国材料协会不锈钢无缝钢管的标准。图1为正在进行生产作业的LG-720冷轧管机。另外，近期国内企业也在研发LG-850冷轧管机，以进一步扩大冷轧无缝管材产品规格。
图1 正在进行生产作业的LG-720冷轧管机
中重院、兴通机械等企业自主研发了小规格冷轧管机，轧制出的成品管规格可最小可达到Φ3mm，为我国毛细血管国产化提供了原料。
2、轧机速度高速化
提高冷轧机的轧制速度是提高其产量的最直接措施，但是提高冷轧机的轧制速度，会导致轧机的运动部分产生更大的惯性力和惯性力矩，从第一台高速冷轧机的出现开始，惯性力和惯性力矩的减小与平衡，也是冷轧机发展过程中的重要研究内容之一。
国内早期冷轧管机多采用垂直滑动重锤平衡机构（图2），例如二十世纪六十年代末，洛阳矿山机械厂设计的LG-30III型高速冷轧机。该机构利用垂直放置的重锤装置来储存机架减速时释放的能量，在机架加速时释放其储存的能量；再由曲轴上的扇形块平衡机架和重锤的惯性力[2]。这种平衡机构的效果显著，但重锤需要放置在较深的地坑内，应用范围受到了很大的限制。
图2 垂直滑动重锤平衡机构
双扇形块平衡机构采用两个扇形平衡块，在曲轴上与曲柄呈180°角位置安装第一个扇形块，用来平衡机架在高速运动时产生的惯性力和惯性力矩，然后再在与曲轴等速运行的平衡轴上增加合适质量的扇形平衡块，用来平衡机架和第一个扇形块的惯性力和惯性力矩[2]。这种平衡机构可以使轧机的轧制速度大幅度提高，并且双扇形块平衡机构安装时不需要地坑，相比与垂直滑动重锤平衡机构，对场地的要求较小，并且制造、安装、维护都更加方便，例如中重院、上海攀枝花、浙江中星、江苏恒立等企业研发的高速冷轧管机就采用了这种平衡结构。图3为双扇形块平衡机构。
图3 双扇形块平衡机构
3、轧机设备智能化
随着专业人才的欠缺与市场对产品价格的催低，企业希望使用更少的工人来完成整套轧制流程，要求传统生产模式开始转变，这就需要设备具备智能化生产功能，这就要求轧机区域设备、电气系统以及液压润滑系统完善与改进，满足智能化生产要求，有利于无人化轧制的实现。
轧机区域设备的智能化改进对象主要是上料装置、送进装置、出料装置、侧向换辊装置以及管端探测装置和芯棒断裂检测装置。管坯从放料台滑至上料轨道，由上料装置推送到送进装置部分，管材送进装置由两个夹取回转装置组成，两个夹取回转装置沿预设好的动作配合运行（图4），
图4 两夹取装置轨迹图
当夹取装置1开始夹送管坯的前一段时间，夹取回转装置2的夹头处于放松状态，当夹取回转装置1运行到特定位置时（图中绿色区域），夹取回转装置2开始运行，并夹紧管坯与夹送回转装置1同步前进，夹紧回转装置1到达预设的行程极限后放松夹头，与管坯脱离接触，由夹紧回转装置2夹送管坯前进，夹送回转装置1返回初始位置准备下一轮送进，夹送回转装置2到达预设位置后也松开夹头返回初始位置，准备下一轮与夹送回转装置1的配合送进。轧制完成后，钢管被出料装置推送至管架上等待后续处理。图5为送进装置模型图。
图5 送进装置模型
安装在设备中的传感器检测装置，可以有效地检测出钢管的管缝、管材与芯棒断裂等状态。轧辊机架采用一种新型闭式机架，当需要更换轧辊时，由在轨道运行的换辊小车将轧辊系整体从机架中抽出，再将需要更换的新轧辊机架推入，不需要再拆卸机架更换轧辊，极大的节约更换轧辊系的时间，也节约了人力资源。图6为更换轧辊的流程示意图。
图6 更换轧辊流程示意图
电气控制系统包括轧管机主机速度控制，回转送进电机控制，机组自动化控制等。回转送进电机采用伺服电机，与轧管机主机速度之间采用主从控制策略，以实现区域设备之间的速度匹配，也能够实现从管坯上料、穿管、各夹送辊的加紧松开、轧制、出料等整个工艺过程的全自动化作业。
不同的运行机构对于压力、速度等参数有着不同的要求，因此液压系统配备多个阀组，保证位于不同机构的各液压缸能够按设计要求稳定地工作。液压系统具有超压保护功能，同时能够显示温度、压力、液位等参数供技术人员检测设备状况。
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