限動芯棒連軋管工藝被稱作“Retained mandrel mill”或“Multi-stand pipe mill”(簡稱MPM),前者是從芯棒運動受控這一特點出發的,故稱為“限動芯棒連軋管工藝”,后者是從Calmes 取名的“Multi-stand pilger mill”中“Pilger”變以“Pipe”演變而來的。由于這一歷史原因,這種軋機簡稱為 MPM軋機,而不是RMM.
采用這種工藝軋管,連軋不銹鋼管外徑最大可達406mm(16英寸),最佳尺寸為339.3mm(13 3/8英寸)。該工藝的實質是:在整個軋制過程中,控制芯棒運動速度,使其保持恒定;借助于脫管機,在軋制過程結束時,將芯棒從荒管中抽出,使其與芯棒裝置一起返回。
1. MPM工藝設備特征
a. MPM軋機的特征
MPM軋機采用機械限動式芯棒速度控制裝置,芯棒的快速動作(穿心棒、抽芯棒)及限動動作(軋制時控制芯棒速度)靠36m長的大齒條來實現。快速動作由兩臺500kW直流電機分別驅動兩個齒輪,從齒條的上下側帶動齒條運動。限動動作時,由8個齒輪(上下各4個)從齒條的上下側帶動齒條運動,每個齒輪均由1臺110kW直流電機單獨傳動。芯棒運動方式的改變依靠氣動離合器分別接通或脫開相應的齒輪來實現。芯棒的快速行程速度為6m/s,限動速度為0.2~0.5m/s,限動工作行程為5.0~5.2m.
在Dalmine公司進行試驗時,芯棒的運動速度采用液壓控制。但因液壓系統控制芯棒速度不夠穩定,有芯棒斷續運動的情況,隨后改為齒輪齒條傳動的機械系統。
MPM的軋輥孔型采用比普通連軋機開口角稍小的封閉式圓孔(帶弧形開口),可以采用較大的伸長率。
b. 脫管機的特征
MPM的脫管機與二輥式定徑機相同,由于MPM主軋機的第七、八機架的壓下量很小,僅靠第七、八機架軋輥的作用無法推送管子前進和使管子從芯棒前端脫出,故在MPM工藝中設置幾架脫管機,起脫管和定徑的作用。脫管機的軋輥直徑為720~850mm,輥身長420mm,第一、三架由1臺450kW的直流電機驅動,而第二架則單獨由1臺同型號電機驅動。脫管速度必須按連軋原則確定,并與MPM軋機的第八機架保持電氣連鎖。脫管機的減徑率為3.5%~4.6%,孔型與一般二輥式定徑直機相同。
c. MPM工藝的芯棒運動特征
軋制過程中,要控制芯棒的速度,使其處于恒定狀態。雖然芯棒也隨管子前進,但其前進速度應遠小于管子的速度,軋制結束后被抽出返回。軋制28m長的管子時,芯棒長度為12m.芯棒為中空水冷芯棒,軋制結束后,芯棒溫度為400℃,需要采用內外噴水使之均勻冷卻。
2. 限動芯棒連軋管工藝技術發展的4個階段
不銹鋼管限動芯棒連軋管工藝的技術發展史應溯自1890年,Pfeiffer在一篇文章中寫道:“1890年發明家Heckert 申請了連軋技術專利,該技術采用十架兩輥高速軋機固定芯棒軋制空心管坯。可見在Calmes 多機架軋管機問世前80年,就已有了雛形。”1968年A.H.Calmes 取得了MPM連軋管工藝的權利,10年后,第一套MPM連軋管機在Dalmine Bergamo 鋼管廠投產,到2003年12月天津無縫不銹鋼管廠三輥式限動芯棒連軋管機投產,已經歷了整整25年的時間,和全浮動芯棒連軋管技術的發展相比,這種工藝技術的發展顯得快多了。這25年的發展歷程可劃分為四個階段,如表22-3所示。