不锈钢无缝管材冷轧机未来的发展趋势

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。