177 mmPQF无缝钢管穿孔机顶头冷却环系统改进

贾　豹，毕　辛，董华枫，赵春生

（鞍钢股份有限公司无缝钢管厂，辽宁鞍山114021）



177 mmPQF无缝钢管穿孔机顶头冷却环系统改进

贾豹，毕辛，董华枫，赵春生

（鞍钢股份有限公司无缝钢管厂，辽宁鞍山114021）

摘要：对鞍钢股份有限公司无缝钢管厂无缝钢管穿孔机顶头冷却环系统存在的设计缺陷进行了分析，针对水嘴布置不合理、冷却水喷到毛管外部造成毛管外部氧化、喷到毛管内部破坏抗氧化剂作用等缺陷提出了改进方案，在冷却环前端安装了冷却水反冲洗装置，并对冷却环进行了改进，实施后取得了预期效果。

关键词：无缝管；穿孔机；冷却环；顶头

贾豹，硕士，工程师，2008年毕业于辽宁科技大学机械工程设计与理论专业。E-mail：jiabao088@163.com

Key words seamless steel tube;piercing mill;cooling ring;piercing point

无缝钢管在国民经济建设中具有重要作用，被广泛应用于石油开采、钻探、航天、军工等领域［1］。177 mmPQF无缝钢管穿孔机是鞍钢股份有限公司无缝钢管厂生产的关键设备，其性能好坏直接影响着无缝钢管的产品质量。在整个轧制过程中，穿孔机顶头始终与炽热的管坯接触，由于原顶头冷却环装置的冷却效果不好，顶头温度急剧增加时，致使顶头的弹性模量降低，出现变形和磨损加速，无法满足生产工艺要求，需要及时更换顶头，所以顶头的利用率较低。加上原冷却环的结构设计存在缺陷，冷却环在冷却顶头时，冷却水溅入到管坯内、外部，使管坯整体性能不均，在影响管坯性能的同时，增加了轧机的负荷，既浪费能源也降低了设备使用寿命。为此对穿孔机顶头冷却环系统存在的缺陷进行了研究改进。

1　穿孔机工作原理

穿孔机的主要作用集中在穿孔的变形区，整个穿孔变形区由上、下两个轧辊，水平方向两个导板及中间的顶头共同组成一个封闭的孔型，将圆柱形实心管坯轧制成内部中空无缝毛管，当管坯进入到变形区时管坯首先与轧辊接触，之后管坯随着轧辊旋转而反向旋转。轧辊的斜面结构使管坯有一个向前的轴向力，管坯向前移动时与顶头接触，顶头将管坯顶出孔型，管坯向外扩张时遇到导板，由于导板对管坯的限位作用，管坯只能沿着轴向移动，最终毛管形成［2］。

2　冷却环系统组成

冷却环系统的主要作用是对刚参与轧钢完毕的顶头进行冷却，原设计的冷却环系统如图1所示，整个冷却环系统由六组并联的冷却环组成，每组冷却环上均布有10个水嘴，当控制开关打开后60个水嘴同时向冷却环中心喷冷却水。顶头在穿孔变形区轧钢完成后由顶杆带到冷却环内部位置，在此区域顶头被强制冷却5 s后，由顶杆带动再次进入到穿孔主机变形区进行下一次穿孔，如此反复运动。在冷却环区域冷却过程中顶头冷却效果将直接影响到顶头的使用寿命［3］。

图1　原冷却环系统

3　原冷却环系统存在的缺陷

3.1水嘴布置不合理

(1)水嘴布置不合理，造成顶头冷却效率低。如图1所示，冷却环系统由六组并联的冷却环组成，每组冷却环内水嘴的布置是平行的。由于整个六组冷却环系统的宽度比顶头宽，因此部分水嘴喷出的水并没有参与顶头冷却。

(2)水嘴经常堵塞影响顶头冷却效率。冷却环内水嘴孔直径为4 mm，实际生产中水中杂质经常将水嘴孔堵住，影响顶头冷却效率。

3.2冷却水对毛管外部的影响

如图1所示，轧钢完成后，毛管顶到脱管模的左侧，在此位置移钢机将毛管移走，进行下一道轧制工序。脱管模是毛管横向走行的基准，必须以脱管模为定位线，否则下一道工序无法进行，而脱管模右侧就是冷却顶头的冷却环系统，由于水嘴喷水角度不合理，即出口冷却环(靠近脱管模侧)水嘴与冷却环夹角为90°，造成高压水喷到顶头后极易溅到毛管外部，致使毛管管端温度急剧下降，毛管整体性能不均，并加速外部氧化。

3.3冷却水对毛管内部的影响

按轧制规程要求，毛管在出穿孔机时的温度大约在1 200℃左右，并由移钢机及机械手运到连轧机前准备下一步精轧。在此过程中约运行20 s，为防止毛管内部氧化，轧制时要在毛管内部喷硼砂抗氧化剂，防止毛管内部氧化。由于水嘴喷水角度不合理，即出口冷却环(靠近脱管模侧)水嘴与冷却环夹角为90°，造成高压水喷到顶头后极易溅到毛管内部，毛管内部的硼砂与水发生反应，形成块状结块，失去抗氧化剂的作用。

4　改进方案

4.1冷却环系统改进

增强顶头的冷却效果可以从增加冷却水的流量、增加顶头的冷却时间或者对冷却环系统进行改进等方案考虑，综合上述方案，从经济性方面考虑，进行冷却环系统改进最经济合理。如图2所示，由于冷却环处空间位置有限，只能在原来的位置进行改进，将原来平行分布的水嘴改为扇形分布，将入口及出口位置的两根冷却环水嘴与冷却环的夹角由原来的90°改为75°，将水嘴喷水宽度由500 mm改为350 mm。改进后，在来水流量不变的情况下，顶头上水的流量增至原来的1.5倍，冷却效果更好，且冷却水不会溅到毛管内部和外部。

图2　改进后的冷却环系统

4.2安装冷却水反冲洗过滤装置

针对冷却水嘴堵塞后不容易疏通的结构特点，在冷却环来水管路上游设计安装一个过滤网装置，并为过滤网设计一个反冲洗装置。如图3所示，此过滤网可以定期更换，也可以利用停机时间用反冲洗装置对过滤网上的杂质进行疏通。阀门的开启顺序为，正常生产时1、2、4阀门打开，3、5阀门关闭；清洗时将2、4阀门关闭，1、3、5阀门打开，对过滤网进行冲洗。

图3　冷却水过滤系统

5　改进效果

(1)此项改进自2013年12月30日投入生产至今，设备运行非常平稳，顶头备件消耗由原来每个月450个降低到现在每个月270个，利用率明显提升，设备维护工作量降低显著。

(2)改进后，冷却水极少喷到毛管内部和外部，一方面减少了毛管温度降低程度，另一方面硼砂抗氧化剂起到了应有的抗氧化作用，降低了生产成本，为降本增效做出了积极贡献，改进效果良好，并且对同行业设备改进具有一定的参考价值。

6　结语

(1)通过对冷却环系统的改进，采用通过调整冷却水嘴与冷却环夹角的结构形式，彻底解决了原冷却环系统向毛管内、外喷水的设计缺陷，改进后的冷却环系统减少了毛管温降，降低了轧机负荷，增强了硼砂的抗氧化剂作用，在提高顶头利用率的同时使毛管性能更加均衡。

(2)通过增加过滤网及反冲洗装置，解决了冷却水嘴堵塞后不易疏通的难题，改进后的装置更容易维护，设备维护费用大幅降低，设备运行更加平稳。

参考文献

［1］张才安.无缝钢管生产技术［M］.重庆：重庆大学出版社，1997.

［2］李连诗，韩观昌.小型无缝钢管生产(上)［M］.北京：冶金工业出版社，1995.

［3］李长穆.现代钢管生产［M］.北京：冶金工业出版社，1988.

(编辑袁晓青)

修回日期：2015-02-15

Im provem ent of Cooling Ring System for Piercing Point of 177 m m Piercing M ill for M aking PQF Seam less Steel Tube

Jia Bao,Bi Xin,Dong Huafeng,Zhao Chunsheng
(Seam less Steel Tube Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning,China)

Abstract:The design defects existed in the cooling ring system for the piercing point of the piercing mill for making seamless steel tubes in Seam less Steel Tube Plant of Angang Steel Co., Ltd.were analyzed.Based on the analytical results the upgrading scheme was proposed with regard to such defects as the unsuitable installation of the water nozzles, oxidizing occurred on the external surface of a hollow billet caused by the spraying of cooling water and weakening the effect of the antioxidant in the interior surface of the billet.According to the scheme the back flushing device for cooling water was installed in the front end of the cooling ring and meanwhile the cooling ring was alsomodified.So by thesemeasures the desired effectwas achieved.

中图分类号：TG333

文献标识码：A

文章编号：1006-4613（2016）01-0060-03