CARTA工艺系统在微张力减径机上的应用
14机架微张力定(减)径过程壁厚分布的有限元研究
备 ，微张力定 （ 径时没有 内部工具 ，３ 减） 个轧辊构 成的孑 型对金属流动进行约束 ．在减径的同时实现 Ｌ 减 壁 …。钢 管 在 微 张 力 定 （ ） 时 受 到 孑 型 形状 、 减 径 Ｌ 张力分布、机架间距等多种复杂因素的影响 ，容易 产生横向壁厚不均、头尾端增厚等产品质量缺陷［ ２ ］ 。 由于微 张力定 （ ） 减 径过 程金属 变形发 生在三维 空 间 ， 金属流动规律难以掌握 ．使得减径技术带有较强的
维普资讯
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１ ７
１ ４机架微 张力定 （ ） 减 径过 程壁 厚分布 的有 限元研究
于 辉 ，杜 凤 山 ，臧 新 良 ，汪 飞 雪
（ 山大学机械工 程学 院 ，河北 秦皇 岛 ０ ６ ０ 燕 ６ ０ ４）
Ｂ一～ ～＿山 一～一 ¨． 一～一 ～一＿ 一． ｈ ～川 ．一 ｎ甜 戛～ ￡ ｎ堇 Ⅲ
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析，或对相关的经验公式进行修正 ，建立适 当的数 学解 析模 型 ．定性 分 析各 参数 对头 尾 端壁 厚 增厚 的
影响 ．对 热 轧壁厚 生 产线 进行 控制 ，以减 小 管端 切
损。对于横向壁厚不均问题 ，文献［ ］ 由 １ 个机 ６对 １ 架组 成 的微 张力定 （ ） 机组 前 面 ６架进 行 连 轧模 减 径 拟研究 ．分析孑 型对横向壁厚分布的影响。 Ｌ 利 用 ＭＳ ． ｒ 件 对 １ ＣＭａｃ软 ４机 架 三 辊 微 张力 定
张减机工艺
轧制力
140kN（最大）
入口速度
0.5~1.4m/s
出口速度
0.51~7m/s（最大）
2.1 定径前的除鳞设备
高压水压力： 25Mpa
喷水环类型：
a
5
3 传动设备
电机数 6
主电机I （1~8架） 名义输出功率90/900——900KW
最大输入功率162/1620——1620KW
输出速度80/800——2000 n/m
叠加电机（1~8架） 名义输出功率25/250——250KW
最大输入功率45/450——450KW
输出速度80/800——1600 n/m
主电机II （9~14架） 名义输出功率90/900——900KW
最大输入功率162/1620——1620KW
输出速度80/800——2000 n/m
叠加电机II（9~14架） 名义输出功率25/250——250KW
最大输入功率45/450——450KW
输出速度80/800——1600n/m
主电机Ⅲ（15~24架） 名义输出功率90/900——900KW
最大输入功率162/1620——1620KW
输出速度80/800——2000 n/m
叠加电机Ⅲ（15~24架） 名义输出功率63/630——630KW
最大输入功率113.4/1134——1134KW
入口辊道
除鳞箱
入口导嘴
24机架张减
出口导嘴
预留热飞锯
测量装 置
a
4
1 产品特性
入口荒管外径（热态） 175mm(132mm)
入口荒管壁厚（热态） 4.2~22.1mm(3.3~18.2mm)
入口荒管长度
10.2m~27.5m
定(减)径机工艺设计的软件实现
ｃ ｍｐ ｔｒｚ ｌｄ ｓｇ ｆｔ ｅｔｃ ｎ ｌｇ ｃ ｌｐ ｒ ｍｅｅ ， ｔｕ ｒ ｖｄ ｎ ｈ ｔｅ ｉｅ ｅ ｕ ｐ ｎ ｋ ｒ ｔ ｉ ｈ ｏ ｕｅ ｉｅ ｅ ｉｎ ｏ ｈ ｅ ｈ ｏｏ ｉａ ａ ａ ｔｒ ｈ ｓｐ ｏ ｉ ｉ ｇｔ ｅｓｅ ｌｐｐ ｑ ｉ ｍｅ ｔｍａ ｅ ｓｗｉｈ ａｈ ｇ ｅ ｆ ｉ ｎ ｎ ｅｉｂ ｅ ｄ ｓｇ ｙ ｔ ｍ ｆｒ ｐ ｓ ｅ ｉｎ， ｓｒ ｔｈ ｓ ｔｉ ｇ ａ ｔ ｍａ ｉｎ ｃ ｎｒ ｌｐ ｏ ｅ ｕ ｅ ａ ａ ｔｒ ｆ ｃ ｅ ｔａ ｄ ｒ ｌａ ｌ ｅ ｉｎ ｓ ｓｅ ｏ ａ ｓｄ ｓｇ ｉ ｔｅｃ ｅｔｎ ， ｕ ｏ ｔ ｏ ｔｏ ｒ ｃ ｄ ｒ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｏ
度 ，保证产品的质量。但是 ，定 （ ） 减 径机工艺参数
难 以准确把握 ，通常依据经验进行设计 ，给生产带 来诸多不便。 本系统综合并进一步开发已有各种工艺参数 的
设计思路和方法 ．设计成一套方便快捷 的计算机设 计系统 ，提高设计和生产效率 。缩短设计周期 。
Ｔｈ ｆ ｅ Ｓｏ ｔ ｗａｒ ｏ ｅ ｒ ｏ ｒ ｃｅ ｓ ｅ Ｐｒ ｃ ｄｕ ｅ ｆ ｒＰ ｏ ｓ ｏ ｉ ｔｓ ｒ ｔ ｄｕ ｉｇ Ｍｉ ｆＳｌ － ｔｅ ｃｈ Ｒｅ ｃｎ ｌ ｇｈ ｌ
Ｗａ ｇＳ ｉ ｅ。Ｚ ａ ｇ ｅｑｎ ｈ ａ ｇＹ ａ ｈ ａ ｎ ｈｊ ｈ ｎ ｉｉｇ。Ｓ ｕ ｎ ｕ ｎ ｕ ｉ Ｐ （１ Ｄ ｐ ｒ ｎ ｆ ｔｒ ｌ ｃｅ ｃ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ａｙ ａ ｉｅｓｔ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏｙ ． ｅ ａｔ ｔ ｅｉ ｉｎ ｅａ ｄＥ 。 ｍｅ ｏ Ｍａ ａ Ｓ ｎ ｙ Ｓ
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Ｋ ｅ ｒ ｓ Ｓ ａ ｅ ｓｓｅ ｌｔｂ ； Ｓ ｉｈ－ｔｅｃ ｅ ｃ ｎ ｌ；Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇｃ ｌ ａ ａ ｔ ｒ Ｓ ｆｗａ ｅ ＣＡＤ ｙｗｏ ｄ ： ｅ ｍｌ ｓ ｔ ｅ ｕ ｅ ｌｇ ｔ ｒ ｔｈｒｄｕ ｉ ｇｍｉｌ ｅ ｈ ｏｏ ｉａ ｒ ｍｅｅ ； ｏｔ ｒ ； ｓ ｐ
包钢无缝厂
包钢无缝厂Ø159钢管轧制管理系统分析吴明宏;刘建明;王乐乐;赵鑫;侯鹏【摘要】计算机辅助轧制系统(Computer Aided Roling Technology Application, CARTA)是一种针对钢管热轧系统执行机构的生产控制系统，主要应用在穿孔机、连轧机、张减机上，利用现代化的实时运算技术，对钢管热轧线上的各个主机进行优化控制，它将生产过程控制和质量控制结合到生产计划中，能够极大的提高钢管的成材率。
主要介绍了CARTA系统的系统模块构成和数据流程，重点讲述了张减机的控制实施方法以及效果。
【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2014(000)017【总页数】5页(P139-143)【关键词】计算机辅助轧制系统;生产计划;张减机;热轧系统【作者】吴明宏;刘建明;王乐乐;赵鑫;侯鹏【作者单位】包头钢铁公司无缝厂信息化中心，包头 014010;包头钢铁公司无缝厂信息化中心，包头 014010;包头钢铁公司无缝厂信息化中心，包头 014010;包头钢铁公司无缝厂信息化中心，包头 014010; 北京科技大学数理学院，北京100083;包头钢铁公司无缝厂信息化中心，包头 014010【正文语种】中文【中图分类】TG335.710 引言无缝钢管的生产工艺极其复杂，以目前较为先进的PQF生产线为例，把钢坯加热到1200oC左右时（视具体材质），送到菌式穿孔机，配合导板和顶杆先在钢坯上穿出一个孔，生成荒管，传送到连轧机前，芯棒穿入荒管中，送入到连轧机中，轧辊在液压系统的控制下逐一压下，出连轧机后，经过脱管机，将芯棒拔出、回退，轧制出毛管，视工艺可选择加入再热炉，在经过张力减径机，轧制出成品钢管[1,2]。
在以上的工艺中，影响最终成品钢管的因素非常多，由于钢坯在热态时在轧制过程中会表现出一定的流动性，使得轧机和工具的配合非常重要，穿孔机的导板和顶杆的工艺外形尺寸如果设计不当，会出现外螺纹，内折、外折、链带等质量缺陷。
微张力定(减)径机轧辊机架的装配与调整
ａｅｔｅａｓｍｂｉｇｐ ｏ ｅｓ ｈ ｄｕ ｔ ｎ ｅｈ ｄ ｎ ｈ ｔｏ ｒ ｅｉ ｉｇｏ ｅａｓｍ ｌ ｇａ ｃ ｒｃ ｆ ｒ ｈ ｓｅ ｌ ｒｃ ｓ，ｔｅａ ｊｓｍｅ ｔ ｔｏ ，ａ ｄｔｅｍｅｈ ｄｆ ｒ ｙｎ ｆ ｈ ｓｅ ｂｉ ｃｕａ ｙｏ ｎ ｍ ｏｖ ｆ ｔ ｎ
ｍ ｅｎｔ
微 张力定 （ ） 减 径机 是热 轧无 缝钢 管生 产 中的主
中 ．轧 辊机 架为 内传 动 ，由 １ 主动 轧辊通 过 ２对 个
要 变形 设备 之一 ，它使 荒 管在微 张力 状态 下实 现减 径 、定 径 ，从而 得到 多种 规格 的成 品钢管 。现 代微
张力定 （ ） 减 径机 的轧 辊机 架一般 采用 三辊 式 ，其在
ｓ ｉｆ ｈｅ ｄｅ ａ ｏ ｒｏ ｒ ｄｕｃ ｙｐｅ ａｔｓ ｙ ｔ ｍ ｎｄ ｆ ｒｖａ ｉ ｕｓ ｐ ｏ ｔｔ ｓ， ｎｏ ｍ ａｌ ｅ ｒ ｌｙ ａ ｇｒ ａｔｎｕｍｂｅｒｏ ｏ ｌｓａｎ ｒ ｏ ｉ ｄ ｆ ｒｓ ｈ ｍ ｉｌｂｙ ｆｒ ｌ ｔ ｄｓ ａ ｅ ｐｒ ｖ ｄｅ ｏ ｕｃ ｌ ｔ ｉ ｈｅ ｐ ｐｅ ｍａｋｅ ．Ｂａ ｅ ｈｅ ＴＺ３ ｏ ｌｓａ ｒ ｓ ｄ ｏｎ ｔ ５５ ｒ ｌ ｔ ｎｄ， ｔ ｏ ｌｓ ａ ｔ ｕ ｕ ａ ｈａｒ ｃ ｅｒｓｉ ｆｔ ａｉ ｓｚｎｇ ｍｉｌｉ ｈｅ ｒ ｌ ｔ ｎｄ ｓｒ ｃｔ ｒ ｌｃ ａ ｔ ｉ ｔｃｓｏ ｈｅ ｓ ｄ ｉ ｉ ｌ ｓ
１ 轧 辊 机 架 的结 构 分 析
微 张力定 （ ） 减 径机 的轧 辊机 架安装 在 Ｃ型机 座
２ 轧辊机架技术参数及影响装配精度 的因素
２１ 轧辊机 架技 术参 数 ．
（ ）３个 轧辊 相 互 间 的辊 缝 要均 匀 ，误 差不 超 １
张力减径的工艺特点
张力减径的工艺特点为了提高轧管机组的生产率和产量，在轧管机后配备了张力减径机。
这样，轧管机只需轧出1种或2种、最多3种外径的荒管，通过张力减径就可生产出多种不同直径和壁厚的成品钢管，使轧管机轧制的钢管单一化，从而减少了管坯和芯棒规格数量。
如宝钢无缝钢管厂的Φ140mm连轧管机组用两种直径，不同壁厚的70个规格的荒管，张力减径后就生产出成品管460个规格。
张力轧制减径中，钢管中间部分的壁厚受到张力作用而被拉薄，头尾两端的壁厚由于受不到张力或受到的张力不同，出现增厚或由厚到薄的过夜壁厚。
因而必须切去钢管两端增厚和过渡壁厚部分的管端。
因此，张力减径机只能配置在能轧制长荒管的轧管机组中，以减少切头损失率。
但是张力减径机如果采用限制管端增厚的电控技术，管端增厚的长度可以减少约1/3。
三辊张力减径机传动有内、外传动两种方式，采用内传动结构居多。
内传动的张力减径机，每个机架内设置有两对圆锥齿轮，简化了机座的结构，但在一定程度上影响了机架间距的缩小。
外传动式是双位机座，机架间距小，承载轧制力大，管端增厚长度也减少。
最大减径率和最大减壁率是张力减径机的两个主要参数。
在最大减径率及其允许的最大减壁率的条件下，用最薄壁的荒管生产出壁厚最薄的钢管，一般称为该台张力减径机的极限规格。
张力减径机组的总对数减径量可达90%，单架对数减径量最髙达12%〜17%。
为提高减径管质量，单架对数减径量常被限制在7%〜9%范围内。
主要机架的单架对数减径量一般为6%〜12%。
张力减径机的进出口速度由生产能力决定。
目前张力减径机的出口速度可达18m/s，进口速度大多在1〜3m/s。
张力减径机的张力系数z的最大允许值一般在0.5〜0.84之间波动，轧制温度高时取下限。
张力减径机双电机集中传动方式的比较
作者简介：仝建丽(1978-)，女，山西临汾人，工程师，工学学士，管理学硕士，山西财经大学毕业。
收稿日期：2008-10-310引言张力减径机在钢管生产线上属于精轧机组，由它生产出来的热轧成品管，尺寸精度高。
但要注意在张力减径机上，不宜采用固定速比的主传动，只有各架均能单独调速，才能满足张力减径机高产量、多品种、优品质的要求[1]。
张力减径机传动系统主要有：电气单独传动方式；双电机集中传动方式及将集中变速与单独调速系统相结合的混合传动方式。
在张力减径机上采用双电机集中变速传动系统是原西德考克斯（Kocks ）公司的专利。
下面以这种方式为例进行传动方案分析。
减径机由两台电机传动。
主传动电机给轧辊以基本速度；叠加传动电机给轧辊以附加速度。
主传动电机可以是直流电机，也可以是交流电机，但叠加传动电机必须是一台直流电机[2]。
主传动电机通过一组齿轮系列配以基本速比，将转速分到各机架的轧辊上，形成基本速度；叠加传动则由另一组齿轮系列按附加速度要求的速比关系配置，使附加速度可在一定范围内无级调速；然后通过差动机构将以上两种速度叠加到轧辊上[3]。
叠加传动速度的特点是在一定范围内有无数条速度曲线可供工艺选用。
速度曲线是无级变化的，所以理论上是无穷多的[4]。
1差动机构的连接方式在工程实际中我们较多地采用NGW 型行星齿轮传动（内外啮合与公用行星轮组成）。
该机构从内外啮合的两个中心轮输入各自独立的运动，差动轮系将其合成为一个运动，由行星架输出。
采用上述差动机构时，根据主电机、叠加电机与差动机构中各构件的连接方案，主要有图1(a)和(b)两种方式：图1中，主电机拖动太阳轮A ，叠加电机拖动内齿圈B ，行星架H 为输出构件，这样主传动部分的行星传动速比为：i B AH =1+Z B /Z A ；而叠加传动部分的行星传动速比为i B AH =1+Z A /Z B ，行星架H 的输出转速为：n =n主/(i 1A ·i B AH )+n 叠加/i 2B ·i A BH ；图1中，主电机拖动内齿圈B ，叠加电机拖动太阳轮A ，行星架H 为输出构件，这样主传动部分行星传动速比为：i A BH =1+Z A /Z B ；而叠加传动部分的行星传动速比为:i B AH =1+Z B /Z A ；则行星架H 的输出转速为：n =n 主/(i 1B ·i A BH )+n 叠加/i 2A ·i B AH 。
张力减径机双电机传动系统的分析
组合方式 见 ３ 。该 系统是由两个普通定轴齿轮传 动 ｄ 和 ｒ 与差动齿轮传动 Ａ３ｃ ， ２ ￣ （组合 而成的封 Ｌ ｂ３ ３） 闭行 星齿轮传动系统 。然后导 出差动机构齿轮传
动 运动 学 方 程式 ，设差 动机 构 的 ３个 基本 构 件 ，
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ４ 修 回 日期 ：０ １０ — ５ ２ １－ ８ １ ； ２ １－ ９ １
㈤
将 （ ）式代人 （）式 ，可得 ２ ４
／ ｄ：一 ／ ． 。 。
，
３ 张力减径机双 电机传动系统的传动效率的计算
（） ５ 张 力 减 径机 双 电机传 动 系 统 是 由两 个 主 动 构件
／ ：一 ／ ： ． Ｚ 将 （ ）式代人 （ ）式 ，可得 ３ ６
∞ｚ ／ 们＝一 正 ｚｚ －
（） ６
同时输入功率 ，当转化机构的啮合功率 ｔ （广 ｔ ＝ ｎ ｎ）为正值时 ，表明电机 １ 为主动构件 ，摩擦损失
（ ＿ｅ １ ３
，
可 变化
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￣ ，＝ｒ３ ＪＪ ｏ ｉ ｏ， ｂ ３
将 差 动机 构 传动 运 动 代 入 上式 可得 以： ，
同样 ，可 得 内齿
。
矩 关系 式 。
学 的普遍 关 系 式 ３： — ｂ ｌ
３ ｒ ｐ
能独立渊速的单独传动方式 （ 单独电气调速系统和
液 压 差动 捌 速 系统 ） ，到 ２ 纪 ７ 代 ，出现 了 ０世 ０年
双电机集 中变速传动 的张力减径机传动系统… 张
力 减 径 机 传 动 系 统 由传 动 电机 和 叠 加 传 动 电机 组
ｒ寸 “
张力减径机理论资料
计算管端增厚的方法很多，我认为德国 Meer 厂和考克斯公司的的方法是较为
实用的计算方法。
德国 Meer 厂计算方法介绍如下。
1》 已 知
机 架 间 距 (m)： A
毛管 外 径(mm)：D0、毛管壁厚(mm)：S0；
钢管 外 径(mm)：D 、钢管壁厚(mm)：S
2》 计 算
1） 延 伸 系 数
µ＝ S0*(D0－ S0)/［ S*(D－ S)］
3
△ D＝ (D0－ D)/D0 Zm— — 所 有 机 架 中 钢 管 总 的 平 均 张 力 系 数
3、 减 径 的 几 个 工 艺 问 题
3、1 管端增厚
1） 产生管端增厚的机理和特征
在 钢 管 头 部 出 了 第 一 机 架 但 还 没 有 进 入 第 二 机 架 时 ，这 一 段 钢 管 就 没 有 张 力 的
2） 毛 管 壁 厚 系 数
ν 0＝ S0/D0
3） 钢 管 壁 厚 系 数
ν ＝ S/D
4） 平 均 壁 厚 系 数
ν m＝[(ν0＋ν)/2＋(S0＋S)/(D0＋D)]/2
4
5） 减 径 率
ρ ＝ 1－ D/D0
6） 轴 向 对 数 变 形
Φ e＝ LN(µ)
7） 切 向 对 数 变 形
Φ t＝ LN((D－ S)/(D0－ S0))
δ i＝ 1－ (1－ ρ i)ε ε ＝ [2Zi(ν i-1－ 1)＋ (1－ ν i-1)]/[Zi(1－ ν i-1)－ (2－ ν i-1)] δ i— — 第 机 架 中 钢 管 的 相 对 减 壁 量
δ i＝ (Si-1－ Si)/Si-1 ρ i— — 第 机 架 中 钢 管 的 相 对 减 径 量
热轧无缝钢管工艺系统的配合优化探讨
热轧无缝钢管工艺系统的配合优化探讨北京科技大学材料科学与工程学院魏朝辉吴春京摘要：简要介绍了热轧无缝钢管工艺系统的组成和功能，强调了工艺配合优化的重要性。
重点从附加壁厚公差、过程载荷、经济消耗、动态控制配合、再结晶控制轧制这五个方面对工艺配合优化进行了探讨。
并以连轧削尖技术实际应用中的问题为例，印证了工艺配合优化的必要性。
关键词：工艺系统，配合优化，削尖技术Approach to the Optimized Matching Among the Hot-rolled Seamless Tube Rolling Technology SystemsSchool of Materials Science and EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingWei zhaohui Wu chunjingAbstract：The composition and function of the tube hot Rolling technology system is introduced in this paper, and the importance of the optimized matching among the technology systems is stressed. Five aspects of the technology matching optimization, including the additional wall thickness control, the process load, the economic cost, the dynamic control matching, the recrystallization control roll, are discussed. The example of the problem solving in the Tube-end sharpening process has validated the necessary of the optimization in the technology matching.Key words：Technology systems, Optimized matching, tube-end sharpening process1 引言从钢管生产工艺现状看，先进性差别很大的多种工艺同时存在，由此产生的轧机效率、产品质量、生产经济性差异很大。