顶管车间设计(design of seamless tube pushbench mill)

用顶管机生产无缝钢管的车间设计。其工艺特点是往缩口的毛管内插入芯棒，将毛管推过多个辊模而成钢管。设计原则和方法见轧钢厂设计，设计内容见热轧无缝钢管车间设计。

简史   德国人海因里希•艾哈德(Heinrich  Ehrhardt)于1891年首先成功地用顶管法生产出无缝钢管，所以顶管法又称艾哈德法。用这种方法生产无缝钢管时，先在立式水压穿孔机上将方坯制成杯状坯，然后将芯棒插进杯状坯中，芯棒在外力作用下，将杯状坯推过多个管模，延伸成钢管。这种方法避免了斜轧穿孔可能产生的钢管缺陷，产品内表面质量良好，适于生产薄壁管。这种工艺因受杯状坯孔深与孔径之比不能大于5～6的限制，钢管成品很短。这种轧管方法的第一步改进是在压力穿孔之后，将杯状坯在斜轧机上进行一次或两次延伸，减小壁厚并纠正壁厚不均，杯状坯孔深与孔径之比可达9～10。这种工艺一直沿用到20世纪70年代。80年代联邦德国曼内斯曼德马格冶金技术公司(Mannesmam Demag Hilttentechnik)研究成功新的顶管生产工艺，称为CPE(Crossroll Piercing and  Elongating)工艺，其主要特点是：用斜轧穿孔机取代水压穿孔机，用缩口机将毛管端部压缩。中国于60年代在成都无缝钢管厂按传统工艺建成一个顶管车间。80年代在常州钢铁厂设计建成按新工艺生产无缝钢管的车间。

设计规模和产品方案  一般生产直径168mm以下的钢管。年生产能力为10～15万t，品种以薄壁钢管为宜，如结构用管和锅炉管等。顶管车间所用芯棒比钢管长1～2m，不适于生产中、大直径钢管。

工艺流程  与其他轧管车间相比，顶管车间的生产工序较多。新工艺的工艺流程如图1所示。

工艺设备选型  顶管车间的主要工艺设备是穿孔机、缩口机、顶管机、松棒机和脱棒机。

(1)穿孔机与缩口机。穿孔机是一般的二辊斜轧穿孔机。缩口机是将穿孔后的毛管前端压缩，以便支持顶杆，有旋转收口型和径向压缩型两种，后者效果较好。

(2)顶管机。是顶管车间的主延伸机，包括顶管模座床和推杆驱动系统两部分。新式顶管机使用辊式管模取代从前使用的环模，顶管芯棒的推杆支座用螺栓连接在大齿条的后上方。大齿条在推杆、芯棒和模座床的下方往复运动，这样可缩短顶管机的前台约1／3，并把连接螺栓作为安全销，以免过负荷时损坏大齿条及其传动装置，辊模座最多有15～17个。辊模多为三辊式。最大顶管速度约为5．5～6m／s。每个辊模的钢管断面减缩率可达25％。钢管最长可达18～22m。

(3)松棒机。将内有芯棒的钢管辗轧，使之剥离，便于芯棒从钢管中抽出。新式的松棒机类似于钢管矫直机。钢管在松棒机上旋转前进，钢管内径可扩大1～2mm。

(4)脱棒机。用于将芯棒从钢管中抽出，新型脱棒机为摩擦式、类似于二重式轧钢机，有两个上下布置的辊子。辊子车有2～3个孔槽，其半径与芯棒直径相适应。脱棒时，两个辊子由孔槽将芯棒端部抱住并从钢管中抽出。

车间组成和平面布置  按新工艺布置的车间平面图如图2所示。

消耗指标 每吨热轧无缝钢管的主要消耗指标为：管坯1．1～1．16t；燃料约3．2GJ；电耗约90kw•h。