限動芯棒連續軋管機簡稱MPM(Muli-Stand Pipe Mill),一般7~8個機架,由意大利因西公司推廣應用。軋管時芯棒的運行是限動的、速度是可控的,芯棒的速度應高于第一架的咬入速度而低于第一架的軋出速度。在軋制的整個程中,芯棒速度是恒定不變的,從而確保不銹鋼管壁厚的精度,軋制不同的管子時芯棒的速度可在一定范圍內調節。軋制結束后,芯棒停止運動,由脫管機將荒管從芯棒中脫出,實際上,此時軋件不單是在軋管機上連軋,還要在軋管機與脫管機之間連軋。而后芯棒回送離開軋機,移出軋線冷卻、潤滑后循環使用。其特點是荒管的壁厚的精度高,用脫管機取代了脫棒機,縮短了工藝流程,芯棒較短;但軋制節奏慢,每分鐘可軋2支或稍多一點的鋼管,適合生產中等規格(外徑小于460mm)的無縫不銹鋼管。代表性機組有意大利達爾的ф356mm機組和我國天津鋼管公司的φ250mm機組。


  限動芯棒連續軋管機的基本特點就是控制芯棒的運行速度,使芯棒在整個軋制過程中均以低于第一機架金屬軋出速度的恒定速度前進,這是相當重要的工藝改進,使限動芯棒軋機具有浮動芯棒軋機不可比擬的優越性。近年來的實踐表明,芯棒的速度應高于第一機架的咬入速度而低于第一機架的軋出速度,這樣,在整個軋制過程中芯棒的移動速度均以低于所有機架的軋制速度,避免了不規律的金屬流動和軋制條件的變化。由于芯棒速度受到控制,每一機架的軋制壓力都較小,金屬流動有規律,加之帶有微張力軋制狀態,從而減小了橫向變形,根本不存在浮動芯棒連軋所產生的“竹節”現象,使鋼管內外表面和尺寸精度有了很大提高。延伸系數可大一些,這就可以獲得較小的壁厚偏差。


  由于芯棒速度限動,可大大縮短芯棒的長度,軋制32m長的不銹鋼管,芯棒的工作長度只有15m左右。鋼管從芯棒上軋出后用脫管機將其從芯棒前端抽出,芯棒快速返回,取消了脫棒機,縮短了工藝流程,提高了鋼管的終軋溫度。部分品種可省去定徑前的再加熱工序,從而節省了能源。由于減小了芯棒的長度和芯棒的重量,允許加大芯棒的直徑,使鋼管的最大外徑由177.8mm擴大到426mm甚至更大。因此可以生產中型和大型規格的無縫不銹鋼管。


 限動芯棒連續軋管機代表著現代無縫不銹鋼管生產的先進技術,它集中體現了無縫不銹鋼管生產的連續性、高效率、機械化及工業自動化的發展趨勢。20世紀80年代以后限動芯棒連續軋管機已經在無縫鋼管生產領域占了主導的地位。


 少機架限動芯棒連續軋管機(MINI-MPM)是在20世紀90年代由意大利因西公司推出的工藝,它的實質與MPM一樣,主要是針對南非托沙廠的技術改造,設計為四個機架,基本保留了MPM機組的優點。與MPM相比,它的最大特點是實現了用更短的芯棒軋制長鋼管,芯棒的工作段長度比MPM小2~3m,芯棒總長度可縮短5m左右。芯棒可以制造成整體,兩端都加工有限動頭,可以調頭使用,降低芯棒的消耗。隨著錐形輥穿孔機的普及應用,使熱軋無縫鋼管的變形量前移成為可能,連軋工序的延伸可適當減小,連續軋管機不用再設置7~8架就可實現所要求的熱軋變形了,所以以后興建的限動芯棒連續軋管機組大多采用有5個機架的MINI-MPM.代表機組有包頭鋼鐵公司的Φ180mm機組、鞍山鋼鐵公司的Φ159mm機組、衡陽鋼管廠的ф273mm機組以及成都鋼管廠的Φ340mm機組。


 如何充分發揮限動芯棒連續軋管機組生產效率高、金屬消耗少、產品壁厚精度高、內外表面質量好的優勢,生產出高質量水準的厚壁管是我們亟待解決的問題。我們知道,限動芯棒連續軋管機組生產厚壁管要受到兩個條件的約束:1. 加熱管坯的長度,目前我國限動芯棒連續軋管機組的管坯加熱均使用環形爐,人爐管還的最大長度均小于等于5m; 2. 軋管機特脫管機之間的距離,限動芯棒連續軋管機組在軋管機后要布置脫管機來實現軋制與現律/荒管的分離(通常脫管機有3-5架),考感到所軋制流管的長度及芯棒的限動速度快時芯件僅最后一架軋管機軋輥中心線到第一架脫管機軋輥中心線的距離設計為10m左右,以防止軋制時芯棒進入脫管機,如圖4-1所示。


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 我們用γ(一般取0.01~0.03)表示管坯加熱爐(環形爐)的燒損系數,μcH、μzH分別表示穿孔和軋管的延伸系數,生產厚壁管時,由于延伸相對較小,當Lp×μcH×μzH×(1-γ)<Lt+LAN時,荒管就進入不了脫管機或不能按工藝要求從芯棒上脫出,此時荒管要抱在芯棒的前端上,如圖4-5所示,不能實現軋制終了時芯棒與荒管分離的工藝目的,阻礙了生產的正常進行。LAN為安全脫管距離,一般為1m左右,即實現脫管工藝目的時至少要保證有兩架以上脫管機咬鋼的長度。


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 這樣在不銹鋼厚壁管生產領域就限制了限動芯棒連續軋管機組其產品內外表面質量和壁厚精度方面優勢的發揮,不能為市場提供壁厚精度高、表面質量好的厚壁無縫鋼管。另外,在生產某些規格的厚壁管時,即使軋管后的荒管長度能夠滿足要求實現脫管,因脫管機入口速度較快,對脫管機形成很大沖擊,同時荒管壁厚較厚,使得脫管機變形力較大,時常引起損壞脫管機安全臼的事故,影響生產的順利進行。


 可以用以下兩種可能的工藝方法來改進:1. 為了解決因延伸小、軋后荒管短不能完成脫管的問題,有人曾提出限動芯棒連續軋管機軋制結束后采用手動或單設一個切換程序,使齒條慢速向前運行,將荒管喂入脫管機來實現脫管的方法生產不銹鋼厚壁管;2. 借鑒法國瓦盧雷克公司在20世紀80年代初提出但至今尚未實施的Neuval R方法,用限動芯棒連續軋管機組來生產厚壁管。


 Neuval方法軋管時在本質上與MPM方法沒有什么區別,也是采用限動芯棒工藝,只是它沒有脫管機,當軋制終了時芯棒隨荒管一起前行,而后用脫棒機將芯棒/荒管分離,脫棒長度一般小于8m;Neuval方法的另一個特點是為了節省穿孔、軋管之間的輔助時間,設計時將頂桿與芯棒合二為一,即穿孔后毛管和頂桿(芯棒)一起被送到連續軋管機上,事實上,穿孔時支撐頂頭的頂桿被用作連續軋管機的芯棒,以減少從毛管中先脫頂桿再穿芯棒的時間。Neuval 方法于1978年在瓦盧雷克公司的圣索夫廠建成投產了一套ф127mm機組,軋制節奏最快可達20秒/支。


 Neuval R是在Neuval得到實踐后提出的新方法,工藝方面與Neuval方法相似,只是其脫棒方法設想得比較獨特,既不用脫管機,也不用脫棒機,而是設想為當軋件離開軋管機最后一架時,芯棒由限動裝置向后(與軋制方向相反)移動從鋼管中抽出。在抽芯棒時有一個安裝在軋管機出口側的卡環,連續軋管機最后一架拋鋼后,芯棒/荒管繼續向前運行一段距離,當荒管尾部讓開卡環位置后再停止,使卡環合攏時套在芯棒(而不能卡在荒管)上,在往回抽芯棒時,卡環將鋼管尾部擋住,軸向限制荒管移動,防止荒管隨芯棒一起后退。由于需要脫管/脫棒的長度較短(軋制厚壁管時脫棒長度一般小于4m,脫棒長度取決于荒管長度和芯棒限動速度的快慢,荒管長、限動速度快則脫棒的行程長,荒管短、限動速度慢則脫棒的行程短),同時鋼管壁厚較厚,鋼管溫度也較高,所以芯棒很容易抽出。


 上述兩種工藝方法,第一種方法實現起來有一定難度,可能對生產節奏影響較多,對不同規格(D/S)、不同材質的鋼管選用多大的喂入速度等問題還需逐步摸索,同時對脫管機的安全臼強度也是一個考驗;第二種方法可能操作性更強,因為這種方法對軋制節奏影響不會很大,在不用進行大的改造的前提下,只是需要在軋管機出口側增設一個控制精度高的卡環,用來擋住荒管,避免荒管與芯棒一起后退,達到軋制結束后使芯棒/荒管分離的工藝目的,實現某種意義上的“在線脫棒”。


 由于卡環的出現,消除了前面提到的限動芯棒連續軋管機組在生產厚壁管時的兩個約束,使限動芯棒連續軋管機組擴大其產品壁厚范圍成為可能。因為卡環脫棒法不受荒管長度的限制、所以限動芯棒連續軋管機組在不改變加熱管坯長度及穿孔機、軋管機延伸大小的前提下,使用卡環脫棒就能生產出表面質量好、壁厚精度高的厚壁不銹鋼管。值得一提的是,當MPM或PQF機組生產中使用卡環來進行脫棒時,要將脫管機機架更換為導輥,以便讓荒管從其上面通過。