三辊连轧管机的发展及分析对比

·轧钢·

三辊连轧管机的发展及分析对比

陈碧楠

(中冶赛迪公司轧钢事业部重庆 400013)

【摘 要】叙述了三辊连轧管机的发展情况及主要优势，重点阐述了三辊连轧管机的结构特点，并着重对轴向换辊式和侧向换辊式三辊连轧管机进行了分析比较。

【关键词】三辊连轧管机 PQF FQM轴向换辊式 侧向换辊式

1 前言

三辊连轧管工艺是当今世界上最先进的轧管工艺，三辊连轧管机也是目前世界上新建热轧无缝钢管生产线的首选机型。

连轧管机从其出现到现在，经历了四代的发展，在2003年以前，均为两辊式（简称MPM轧机）。2003年世界上第一套三辊连轧管机组在我国天津钢管公司建成投产，标志着连轧管工艺装备跃上了一个新的高峰。随后，因其在生产工艺、产品质量、生产成本、生产灵活性等诸多方面的明显优势，而得到了迅速发展，成为世界上新建热轧无缝钢管生产线的首选机组，到目前为止，世界上已建成的三辊连轧管机组已达10套以上。

2 三辊连轧管机的主要优势

两辊式连轧管机由于轧辊孔型底部与近辊脊的孔型侧壁处的回转半径差较大，轧制时速度差大，对变形不利。为了解决这一问题，发展了三辊式轧辊可调的连轧管机（见图1）。

图1 钢管在两辊和三辊连轧管机中的变形

三辊连轧管机由于采用封闭式孔型设计，使金属在同一截面上的变形更加均匀；且3个轧辊呈120°角布置，保证了芯棒在孔型中的更好对中。因此三辊连轧管机具有以下优势： 壁厚公差明显改善； 钢管表面更光滑；可轧制更多的钢种；金属收得率、产量更高；可轧制更薄的钢管；工具消耗显著降低；具有更高的效率及适应能力；芯棒成本显著降低；温度均匀；可在更低的温度下轧制等。

3 三辊连轧管机的发展及结构简介

目前，世界上只有2家公司成功开发了三辊连轧管机，即SMS-MEER/INNSE的PQF轧机（Premium Quality Finishing的缩写）和DANIELI的FQM轧机（Fine Quality Mill 的缩写）。从2003年，SMS-MEER/INNSE在天津的第1套PQF轧机投产至今，三辊连轧管机已经发展到了第2代。即第1代的轴向换辊式（也称“隧道式”，图2）和第2代的侧向换辊式（图3）。

图

2 轴向换辊式三辊连轧管机

图3 侧向换辊式三辊连轧管机

轴向换辊式三辊连轧管机主要由工作机架、芯棒支撑架、圆形隧道、传动系统及换辊装置组成。所有的工作机架和芯棒支撑架均安装在圆形隧道内。每个工作机架由3个互成120°的轧辊组成一个相对独立的轧制单元，3个轧辊在压下机构的控制下构成1个完整的孔型，并可对孔型进行调整。相邻机架的轧辊交错60°布置。工作机架不承受轧制力，轧制力由起牌坊作用的圆形隧道承受。每个轧辊由传动系统单独驱动。换辊装置布置在连轧管机和脱管机之间，换辊时，整个机架列从圆形隧道

内轴向抽出，然后换辊小车横移实现换辊［1］

。

侧向换辊式三辊连轧管机的组成和轴向换辊式类似，只是牌坊不再是圆形隧道形式，不再封闭，而是由多块厚钢板和连接横梁焊接成的一个钢结构件。换辊装置布置在操作侧，换辊时，设置在牌坊上的操作侧压下液压缸摆开，让出空间，实现机架的侧向抽出，然后再通过换辊小车横移实现换辊（图3所示即为工作机架已从侧面抽出牌坊）。

4 两种三辊连轧管机的分析对比 4.1 FQM 和PQF 的结构分析

图4 FQM 机架结构示意

图5 PQF 机架结构示意

FQM 和PQF 机架结构示意分别如图4、5所示。从图中可明显看出，两者的结构是不同的，最大的不同在于轧辊轴承座在机架内的安装方式。FQM 的轴承座直接卡在机架凹槽内，压下液压缸与轴承座相联，通过轴承座带动轧辊升降，实现孔型调节（与传统的板带轧机类似）。PQF 的轴承座通过杠杆与机架铰接，压下液压缸与杠杆相联，通过装在杠杆上的轴承座带动轧辊绕铰点摆动，实现孔型调节。 正是因为轴承座安装方式的不同形成了各自的特点：沿径向的线形孔型调节是FQM 最突出的特点，可以使孔型调节更简单、更直接，并且在同等

调节情况对壁厚精度的影响更小［2］

；PQF 由于采用了杠杆式结构，因此换辊时，可以将单个轧辊组件摆出机架，将带轴承座的轧辊与杠杆分离，实现单个轧辊组件的快速更换，如图6所示。

图6 PQF 轧辊组件更换示意

图7 侧向换辊式PQF 轧机压下缸位置图

4.2 两代PQF 结构分析对比

轴向换辊式PQF 和侧向换辊式PQF 轧机是PQF 发展过程中的两代产品（也即2种机型），各有特

点，并不能简单的认为第2代的侧向换辊式能完全

替代第1代的轴向换辊式。侧向换辊式的最大优势在于换辊时间短且灵活，可实现单机架更换；但牌坊不可能再是封闭式的，于是牌坊的刚性将降低。同时三辊连轧机辊子布置方式及传动形式决定其传动系统占据了轧机四周的空间，因此要实现侧向换辊，必须将侧面的换辊空间让出来，以利工作机架的侧向进出。PQF 的侧向换辊是通过换辊侧液压压下缸摆动实现的（图7），这样就造成同一机架中3个轧辊的压下缸形式不同，1个为摆动缸，2个为固定缸，使得在轧制过程中3个轧辊的变形不完全相同。

表1是SMS-MEER/INNSE 给出的两种方式对比表，供同行今后在选择三辊连轧管机时参考。SMS-MEER/INNSE 在研制出侧向换辊式PQF 轧机后，一直着力于推广新机型，大力宣传侧向换辊式的优势。但值得注意的是，SMS-MEER/INNSE 一直没有将侧向换辊式用于大机组（如460 mm 机组），在大机组的选型上仍然采用的是轴向换辊式。这能否从一个侧面说明，侧向换辊式还是存在其固有的一些弊端，比如牌坊刚性、摆动压下缸的精度等等。由于侧向换辊式PQF 轧机刚推向市场，国内目前投产的仅天津258 mm 机组和鞍山180 mm 机组（安徽天大273机组正在试运行），且投产时间不足1年，因此对侧向换辊式PQF 轧机还有一个认识和完善的过 程。

表1 两种三辊连轧管机对比表

轴向换辊式 侧向换辊式 牌坊重量 轻 重，+4％ 工作机架重量

重 轻，-14％ 总重量（仅对1个机架）

略轻 略重，+1％ 连轧机最后机架到脱管机第一机架的距离 min. 11 m 无限制（～10 m） 轧机模数 低

高，+4％

辊子变形 轧制时，同一机架中3个辊子的变形完全相同固定压下缸和摆动压下缸间的变形不同，变形差δ=6% 换辊

z 复杂（检测元件多） z 换辊时间长

z 简单（检测元件少） z 换辊时间短

z

灵活、可更换单个机架 “轧卡”事故的处理

轴向抽出处理

z 侧向抽出处理

z

机架打开并摆开一根杠杆

芯棒支撑架 移动式（换辊时需和机架一起移动） 固定式

外形尺寸

小

大，宽/高=+1.5 m/+1.3 m 连轧机和脱管机间的辊道

复杂、移动式（换辊时要侧向移动）

简单、固定（与MPM 轧机相同）

固定式液压压下缸位于工作位