张力减径机对无缝钢管造成的质量影响及处理.docx
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张力减径机对无缝钢管造成的质量影响及处理
包头钢铁职业技术学院学生毕业论文
论文题目:
张力减径机对无缝钢管造成的质量影响及处理
专业:
冶金技术
班级:
冶金
(2)班
学生:
仲禹琨
*******
日期:
2010年3月15日
内容摘要……………………………………………………….01
前言……………………………………………………………..01
1机组的概况及流程……………………………………………01
1.1机组的概况…………………………………………………01
1.2工艺流程……………………………………………………02
1.314架定减径机组定减径的工艺目的…………………………..02
2况及产生的原因…………………………………………….05
2.1定减径区主要缺陷…………………………………………05
2.1.1结疤……………………………………………………05
2.1.2麻面……………………………………………………07
2.1.3青线……………………………………………………07
2.1.4轧折……………………………………………………11
2.1.5长度超差、直径超差、壁厚超差……………………11
2.2确定轧机调整是正确的条件标准…………………….13
3实施结果……………………………………………………….13
4结论…………………………………………………………….14
5参考文献……………………………………………………….14
张力减径机对无缝钢管质量造成的影响及处理
[内容摘要]介绍了包头市无缝钢管厂阿塞尔轧管机组生产Φ120m无缝钢管的工艺技术的改进情况,通过对轧制工具的改进及工艺参数的调整和辅助设备的改造,生产出符合现行产品标准要求的流体用无缝钢管和结构用无缝钢管及低、中压锅炉用无缝钢管。
关键词张力减径机 机架 工艺参数 转速 孔型表
前言
包头市无缝钢管厂热轧管生产线的核心设备是引进德国曼内斯曼·米尔公司的具有九十年代初世界先进水平的阿塞尔轧管机组,它与国内配套的Φ16M中径的环形加热炉、菌式穿孔机、十四机架二辊定径机、再加热炉、60M步进式冷床,以及相应的精整设备和检测设备构成产品范围为Φ25~Φ141mm的热轧管生产线。
随着钢管市场竞争的日益激烈,企业要生存就得结合本企业工艺技术和装备水平的条件,尽一切可能充分挖掘设备的潜能,以提高整体装备综合能力为手段,以追求效益最大化为目标,开发生产适销对路的产品。
为了适应市场竞争的需求,我们在现有设备条件基础上充分挖掘设备潜能对无缝钢管质量问题作出改进本文只对张力减径机部分做详细论证及分析。
和改进通过实验得出的结果。
1.机组概况及流程
1.1机组概况:
该厂使用的张力减径机设备结构紧凑、控制系统目前比较先进,工艺调整方便,轧制的外径精度高,规格品种适应性强,是操作和使用方便精确的机型,
主减速机14个输出轴与C形主机座之间有14根安全联轴器相连。
安全联轴器中设置有(安全销),当轧制力矩超过一定范围后(安全销被剪断,动力无法传递,从而其到保护设备的作用。
减径机轧辊理想直径为(Φ420)mm,轧辊辊身宽度为(180)mm,机架间距为(400)。
减径机主减速机第(1~3)架速比为17.953,第(4~6)架速比为17.664,第(7~8)架速比为17.137,第(9~10)架速比为16.688,第11~14架速比为16.192。
1、减径机前摆动辊道由辊道、(升降台架)及驱动装置等组成。
为了保证不同规格的荒管(即荒管中心线变化)能够顺利进入减径机(即轧制中心线固定)轧制,在进入减径机前,要对荒管在辊道上的高度进行调整,由(摆动辊道)实现。
1.2工艺流程;
(图1)
1.314架定减径机组定减径的工艺目的
钢管的定减径过程是从被Aeesl轧管机轧制后的钢管(经再加热或不经再加热)在14架定减机组上连续轧制的过程。
定减径的目的是,在一定的急减经率和较小的单机架减率条件下来达到定减径的作用。
另外,定减径工序还可以采用一种规格管材能够生产多种规模成品管的任务。
Ф140mmAssel轧管机组定减径采用14架单独转动的微张力定减径机组,除了上述要求外,还要求定减径后的钢管外表面光洁、无划痕等,进一步改善钢管的外表面质量。
最大总减径率微35%,单机架减经率最大3.5%。
定减径机的轧辊孔型设计
孔型设计
根据轧制表给定地毛管和成品管地尺寸,求出总变
形量(总减径率、总延伸系数)选定单机架减径率,求
出所需机架数目:
n=ln(Dn/De)/in(1-εD)+q
n---机架数目
DnDe---定径后、定径前钢管外径
εD---平均单机架减径率
q---减径率较小时机架地折合数
q一般取2
减径率地分配
分配各机架减径率,求出各机架孔型的平均直径
Di,通常第一架减径率约为平均减径率的50%左右,以
适应来料尺寸波动,成品前二架为平均减径率的一半,
成品前一架即成品机架一般没有减径率,以保证成品钢
管的外径尺寸精度及其圆度,其余机架的减径率平均,
由此,便可求出孔型的标准直径Di:
εi=(Di-1-Di)/D(i-1)
得:
D1=(De(1-ε1))
D2=(D1(1-ε2))
…
D13=(D12(1-ε13))
这样,根据孔型系列,便可确定孔型其他尺寸及相
应得加工孔型的工具尺寸。
<文献1>
张减速度制度原理
钢管的张减过程是在一定张力的条件下,将来自脱管机的荒管轧制成符合成品外径和壁厚尺寸要求的钢管。
整个过程是一个空心体连轧的过程,机架间的张力需要在一定压下率下,在电机允许的范围内调速实现。
在张减机轧制的过程中,现场工艺参数调节相对较少,张力的控制也受孔型(减径率)的制约,所以在轧制过程中,只能在秒流量相等的原则下,通过合理调节主叠加电机的转速来保证一定张力,进行壁厚微调(一般不会超过lmm)。
<文献2>
质量检查概括:
张减中容易引起的缺陷有:
◆结疤其原因是出再加热炉时,氧化铁皮粘结在硬杂质残留在管面上,在张减机中压入表层而引起(加强除鳞效果)。
◆麻面主要由轧辊孔型磨损引起,轻者通过修磨孔型来解决,严重要换辊。
◆轧折主要是单机压下率过大,辊缝设置不正确,还与孔型的正负宽展,速度制度不匹配引起。
◆直径超差由孔型设计不当、孔型磨损或轧机调整不正确所引起。
这时一般精轧机架要更换,如果是可调机架,则可以进行微调。
注意在微调中会引起一定的椭圆度的增加,所以要根据成品的公差范围和~定的椭圆偏信值来合理选定调整,如果不行,则应更换机架。
◆壁厚偏差主要由来料尺寸波动和各机架张力系数设置不当引起。
主要措施是严格控制来料尺寸波动,并根据壁厚超差设置相应的速度制度。
下面重点单独介绍两种常见的质量缺陷:
a.内六方缺陷
定义:
当在张减机中轧制总减径量较大的厚壁管时,内部形状可能会出现六角形,通常这种轧制缺陷我们称作内六方缺陷,这种轧制缺陷是由轧制中实际情况
决定的。
机理:
在实际轧制中,沿管圆周截面压下量不同,造成张力不同,而形成的不均匀壁厚造成了内六角。
通常孔型底部压下量大,大部分接触区处在前滑区,形成的张力较大,
管壁容易拉簿。
在前后机架成60度布置的孔型中,有六个点被反复地加工,增厚减簿,最后总体趋势仍然是减簿,而在孔型底部顶点左右30度处,相对孔型底部金属来说形成一段
内六角增厚段,这就形成了内六方缺陷。
方案:
通常这种缺陷是可以通过合适的孔型来消除的,其实质就是沿管周方向建立合适的张力条件,通过改善轧辊接触轧件的长度来改善张力条件,保证管周有均匀张力。
b.青线
定义:
这是在轧制中辊缝处形成的一种纵向的轧制痕迹,俗称青线。
机理:
由于减径率太大,而在辊缝处形成的。
一般在前一机架轧制时辊缝处形成的小凸痕可以在下机架轧制时轧入轧件内,但会加大下一机架的轧件宽展量,如果连续几个机架都出现这种情况,很容易出现过充满。
这时,除了表面青线存在外,还可能出现轧件内部轧折。
一般在孔型中可以通过合适的宽展有效改善。
方案:
选择椭孔型用负宽展轧制,尽可能用小的单机架减径率分配方案(具体根据提供的孔型特点选择)<文献3>
(图2)
2、质量状况及缺陷产生原因(张力减径机部分对无缝钢管造成的问题造成的主要缺陷及原因):
2.1、定减径区主要缺陷有:
结疤、麻面、青线、轧折、断裂、钢管长度超差、直径超差、壁厚超差、壁厚不均等一些常见的问题这些问题是直接影响无缝钢管的质量的重要的原因,通过改造完成以后,虽然产品的质量比以前有了很大的提高,但在实际生产中影响产品质量的因素依然存在,主要以结疤、麻面、青线、轧折、断裂、钢管长度超差、直径超差、壁厚超差,这些因素的存在,有时使一部分用户对我厂的产品质量提出异议,但从所有用户的反馈信息看,我厂的产品质量还是赢得了用户的认可。
针对产品的这些缺陷做如下分析。
2.1.1结疤:
造成结疤的原音有许多主要的原因,通过对积累的数据分析认为产生原因有如下几种:
1)设备方面的原因该厂使用的张力减径机机架是由山西太原制造的,由于国内该技术有限造成的机架在加工过程中就产生了问题我们都知道荒管在通过张力减径机时必须保证所有参与轧制变形的机架必须保持轧制中心线一致这样才可以顺利的而且对管子不造成任何质量上的影响,但是该厂生产的机架误差很大造成机架在放入主机时高低不平导致轧制中心线不一致造成管子质量问题而结疤就是其中一种。
为了拟补该设备造成的问题结合实际的情况针对此类问题做如下方案:
根据该设备造成问题的原因主要就是轧制中心线不一致解决方案利用填补机架之间的差距来解决,具体操作的方法是找出与其他机架不一致的机架利用高度差用等厚的薄铁板或锯带来填补空余的部分,此方法简单实用。
2)由于荒管的原因造成的该原因主要是由于荒管的外经太大主要是头部的外经太大造成荒管与轧辊接触时不能顺利的咬人而是撞在轧辊上造成轧辊掉肉或是荒管掉肉总之掉下的部分会随轧辊转动最终导致粘在管子的表面形成结疤,对于该种原因造成的结疤可以预防:
要控制好钢的温度(840-880之间)控制荒管的外径前后配合完成轧制。
还有最重要的一点是注意机架的合理选取和排放。
结疤产生的原因还很多这里就做主要的问题来分析解决
3)减径机的入口导嘴如果没有打磨光滑,且必须和荒管配套才能正常的进入减径机不会出现卡钢、划伤、结疤等问题。
<文献4>
下图为减径机的导嘴图:
(
2.1.2、麻面:
产生麻面的原因很简单就是两种可能:
1)除磷系统出现故障造成除磷不干净除不净等现象,在出现此种情况下可以启动后被系统。
2)再者就是由于钢管在炉子里高温加热时间过长早成外表面的氧化铁皮过多不能被除磷机很好的除净经过减径机架在轧辊作用下造成了麻面,这种情况有时候是难免的因为有时候由于故障钢管不能及时的出炉造成长时间高温加热导致的氧化铁皮过厚不能被除磷机除去,出现这种情况的时候应该同时开启两个除磷泵同时工作来解决该问题。
3)由于轧辊磨损引起或由于在再加热炉中钢管过氧化或由于定径机前
入口除鳞机除鳞效果不好而引起的。
解决办法:
轻者可通过修磨孔型或处
理除鳞机来解决,严重时要分别情况处理:
通过更换轧辊、减小再加炉热
温度及荒管的在炉时间或处理除鳞机的水压和喷嘴可以解决。
2.1.3青线:
在轧制中辊缝处形成的一种纵向的轧制痕迹,俗称青线。
青线是
无缝管存在的最普遍最常见的问题产生原因:
1)定、减径机减径率过大。
主要是由于机架搭配不当早成的单架的减径
量太大造成无缝钢管在表面产生一条或多条青线,经过分析得出原因就是
所使用的机架过少而需要的单架减径量过大造成的此时必须制定合理的
工艺安排制订好一套配套的孔型表来,这样可以解决和避免由于该种原因
造成的青线。
以下为孔型配合的一套数据:
A)七架定径机组变形量分配,定径孔型如图:
(图3)
单位:
毫米
序号
平均直径
孔高
孔宽
偏心距
孔型半径
倒角
辊缝
椭圆度
Dc
A
B
e
R
r
Δ
ζ
0
236.00
1
234.58
231.08
238.07
3.55
119.09
16
7
1.03
2
231.68
228.24
235.13
3.50
117.62
16
7
1.03
3
228.84
225.44
232.25
3.46
116.18
14
6
1.03
4
226.03
222.66
229.39
3.42
114.75
14
6
1.03
5
223.25
219.92
226.57
3.38
113.34
14
5
1.03
6
221.85
212.85
221.85
0.00
110.93
12
4
1.00
7
221.85
221.85
221.85
0.00
110.93
12
4
1.00
(表1)
2)定、减径机孔型错位或磨损严重,该种情况就是属于设备的原因
了,前面提到的设备加工的误差大技术水平落后造成的单架机架稳定
性非常的差会经常的突发性没有任何预兆的辊撺位造成的青线,该问
题因为属于随即的问题只能要求操作人员精心操作及时的发现问题及
时的更换机架。
附录1:
(
(1)更换机架前的应如何操作?
A.关闭主传动电机;
B.关闭轧辊冷却水系统;
C.把操作室控制台的控制回路切换到现场换辊控制台,此时通过现场换辊控制台操作减径机的换辊;
D.通过电磁阀松开机架更换系统(机架压紧液压缸处于卸压状态);
E.换辊小车空载车架移至C形机架前。
另外一台装新机架的车架和此车架相接;
F.机架推拉装置钢梁上的挂钩分别放下;
G.手动操作2只推拉液压缸同步伸出,驱动钢梁向减径机C形机架方向运行,直到钢梁停于机架前,已下降的挂钩自动连接机架;
(2)如何更换减径机机架:
A.手动操作推拉液压缸同步缩回,把钢梁和已挂钩的轧辊机架从机座内拉出,轧辊机架放在换辊小车上。
B.为使挂钩和机架间的拉力减轻,钢梁须再少许回退,即向机架方向回退。
C.分别松开挂钩。
D.推拉液压缸同步回退至起始位置。
E.移动换辊小车,直到装有新机架的车架位于目标位置为止。
F.清洗机座内的滑槽,并给其加注润滑油。
G.推拉液压缸同步伸出,已下降的挂钩自动连接更换小车上的新机架。
H.推拉液压缸继续同步前进,通过钢梁将新机架推入C型机架中。
I.分别松开挂钩。
J.推拉液压缸复位。
K.将换辊小车移出C型机架台前。
L.轧辊机架压紧液压缸压紧并保压。
3)轧制低温钢,钢的温度过低造成它的硬度比较大钢的任性大不容易
屈服造成的青线由于此种原因造成的青线比较容易解决,只需要控制
好步径炉的温度和加热的时间就可以解决了一般控制在(850-900)之
间最好。
2.1.4轧折:
产生的原因由以下几个:
1)由于个单机架的转速不一致导致的推钢拉钢的现象最终造成钢管的断裂轧折,在制定孔型表的同时有一套配合的转速表他包含了各个机架的转速只有相互配合才会使扎制过程中能很好的配合不会造成拉钢推钢等现象拉钢的严重后果就是造成钢管的断裂,解决和避免出现该现象的有效措施就是每次换完机架特别是换规格后一定要在减径机主机上重新的输入与其配合的转速,不可以大意的操作,可以采取的处理方法:
A.关掉主传动电机。
B.关掉冷却水。
C.用火焰切开轧辊间扭曲镦粗的部分。
D.重新更换机架。
2)单架机架的轴抱死会造成在扎制过程中突然的停止转动在与管子接触是把管子抱死使其不能前进最终产生破裂,解决该问题应对操作人员有一定的要求精心操作及时的发现管子的移动情况做及时的处理。
2.1.5长度超差、直径超差、壁厚超差:
这几个问题出现的原因比较相同也有相同的解决办法以下为我的分析过程结果及处理:
上述几个问题根据以下实列和计算公式来说明这一问题:
1)减径率的应用:
已知来料外径为140mm,第一架减径率为1.5%,求第一架的孔型直径。
解:
D1=D0×(1-ρ)
=140×(1-1.5%)
=137.9(mm)
所以:
第一架孔型直径为137.9mm。
(公式1)
2)用公式表达金属体积秒流量相等原则是;V1F1=V2F2=V3F3=……ViFi=C
式中:
C——为某瞬间对于各机架均相等的一常数,Fi,Vi分别为某瞬3)间任一机架金属出口管子横截面积和出口速度。
延伸系数的计算:
已知:
D1=164.98mm,S1=7.58mm,D2=160.52mm,S2=7.63mm,求:
μ=?
解:
根据延伸系数计算公式:
μ=F1÷F2
=
=1.023
所以:
延伸系数为1.023。
(公式2)
4)椭圆度的计算方法:
已知长轴a=84.15mm,短轴b=80.791mm,求其椭圆度ε=?
解:
ε=a/b=84.185/80.791=1.042
椭圆度ε为1.042。
5)减径率的应用:
已知来料外径为140mm,第一架减径率为1.5%,求第一架的孔型直径。
解:
D1=D0×(1-ρ)
=140×(1-1.5%)
=137.9(mm)
所以:
第一架孔型直径为137.9mm。
(公式3)
6)钢管的断面积怎么计算?
F=(D—S)×S×πD——钢管外径,S——钢管壁厚。
(公式4)
解决此类问题的根本办法就是注意孔型表和转速表的配合使用会预防此类问题的出现。
2.2确定减径机调整是正确的条件标准;
2.2.1在定减径机调整好后,应通过试轧来检查调整是否正常,在试轧中,轧机的运转情况和所轧的产品质量符合下列要求时,则认为轧机的调整是正确的:
A、主电机的负荷不超过规定的限度;
B、轧机运转正常,轧制顺利,无推钢及不允许存在过大的拉钢现象;
C、钢管的直径和壁厚符合产品技术条件要求,其弯曲度不得超过允许偏差;
D、钢管表面应光洁,没有划伤、耳子、轧折、青线、棱等缺陷。
3、 实施结果
通过以上措施的实施和预防的方案,在实际生产中,取得了较好的效果,产品的质量比以前有了很大的改善。
列表如下:
结疤 深度(mm)
壁厚不均
比例(%)
直径超差
比例(%)
划伤
比例(%)
麻面
比例(%)
改进前
0.3-0.4
1
2.5
0.03
1.5
改进后
0.1-0.2
0.2
1
0.01
0.5
青线
深度(mm)
扎折
比例(%)
断裂
比例(%)
长度超差
比例(%)
壁厚
比例(%)
改进前
0.3-0.4
1
2.5
0.03
1.5
改进后
0.1-0.2
0.2
1
0.01
0.5
(表2)
4结论:
通过一年的生产实践产品质量有了较大幅度提高,各主要缺陷都得到了有效控制,从而验证了我们对缺陷原因的分析是正确的.各项改进措施是有效的,产品质量的稳步提高也增强了企业在市场中的竞争力,为企业的发展奠定了基础。
5参考文献
【文献1】出自现代无缝钢管生产技术化工工业出版社97年出版
【文献2】张才安编著,无缝钢管生产技术.重庆大学出版社.1997年出版
【文献3】傅得武主编.轧钢学.北京冶金工业出版社.1988年出版
【文献4】中玉坤主编.轧钢工艺学.北京冶金工业出版社.1989年出版
《公式1——公式4》出自王延博轧钢工艺学.北京:
冶金工业出版社,
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