限动芯棒连轧管机

1978～1992年， MPM的推广期

这一时期所建机组的共同点为：

一是连轧管机设有7～8个机架（阿根廷希德尔卡厂为6机架），因为机组中的穿孔机为推轧式（加斜轧延伸机）或二辊桶形辊斜轧式，其延伸系数比较小，（延伸系数一般小于3），轧件的主要延伸靠连轧管机完成，轧管机的最大延伸系数为6～7，所以连轧管机的机架数相对较多，机架数由开始的8架减少到7架甚至6架，意义在于尽量缩短芯棒工作段的长度，因为在所轧制的荒管长度和芯棒限动速度不变的前提下、减少轧机第一架至最末一架轧辊中心线的距离，就可以缩短芯棒工作段的长度，从而达到降低芯棒的制造、加工难度和生产成本的目的；二是各机组均设有2～3个孔型，主要成品管的外径范围大都在114～273mm之间，用以生产中型规格的油井管品种为主的无缝钢管，因为油田打井所需的套管规格绝大部分都在该组距范围内。

另一个特点是：前10套限动芯棒连轧管机组的分布地域比较广、国家较多，欧洲、中北美洲、南美洲和亚洲都有；这些机组既有为满足本国所需而建设，也有为向产油国提供高质量的无缝钢管而建的。

1993～2003年， MINI-MPM的应用期

MINI-MPM为少机架限动芯棒连轧机的意思，原是意大利的因西公司上世纪90年代中期为完成对南非托萨（tosa）厂cps（两步生产无缝钢管法，即只有斜轧锥形辊穿孔和张力减径两个变形工序，而没有轧管工序的生产方法，后因在生产壁厚8mm以下的钢管时因螺旋印难以消除进行增加轧管机的改造）的改造，在锥形辊穿孔机与张减机之间安装的限动芯棒连轧管机而推出的机型。由于锥形辊穿孔机的变形能力较大，就可将原由MPM承担的部分变形前移至穿孔机来完成，连轧工序的延伸可适当减小，轧管机没必要选用过多架数了，轧机的机架数由原来的7～8架减少至4～5架；与MPM相比它的最大特点是实现了用更短的芯棒轧制较长的钢管，芯棒的工作段长度比MPM短了2～3米；芯棒总长度可缩短5米左右。后来随着锥形辊穿孔机的广泛应用，连轧管机的架数大多为5架；或5 1架，1为在连轧管机前增设一架空减机。

限动芯棒连轧管机是在在浮动芯棒连轧管机的基础上发展起来的。限动芯棒连轧管机于20世纪60年代中期进行了工艺试验并获得了可喜的成果。1978年世界上第一套限动芯棒连轧管机在意大利达尔明钢管厂建成投产，将连轧管工艺发展到了一个新的水准；限动芯棒连轧管机在整个轧制过程中对芯棒的运行加以控制，使其以设定的恒定速度前进，轧制过程结束时，由脱管机将荒管与芯棒分离后，荒管被移送到下道工序进一步加工；芯棒则返回，拨出轧制线后，冷却、润滑后循环使用。MPM使得钢管壁厚偏差得到改善，工具、能耗有所降低，将连轧管机轧制钢管的最大外径由194mm扩大到426mm。

MPM一经问世，因其在技术、产量、质量、自动化和劳动生产率等诸方面的突出优势，引起了无缝钢管界的广泛关注并得到认同和推崇，目前已使其在除大洋州以外的五大洲得以迅速的推广应用；特别是1978年到1992年间的前15年，受当时石油产业对油井管需求旺盛的影响，促使了MPM技术的飞速发展，相继建成投产了10套限动芯棒连轧管机组，从第二套到第十套仅用了10年的时间。各机组情况见下表

序号 机组名称 厂名 国家 投产年份 设计年产量（/万吨） 成品管规格D X S(mm) 机架数

1 365mm 达尔明厂 意大利 1978 50 159～365X3.5～25 8

2 245mm 京滨厂 日本 1983 60 114～245X4.5～40 8

3 273mm 坦姆萨厂 墨西哥 1983 60 114～273X4.5～40 7

4 245mm 费尔菲尔 美国 1983 60 89～245X5.4～32 7

5 245mm 北方星钢厂 美国 1987 30 114～245 7

6 245mm 阿尔戈马厂 加拿大 1986 30 48～178X3.6~32 7

7 245mm 希德尔卡厂 阿根廷 1988 35 140～273X4.5~35 6

8 245mm 西多厂 委内瑞拉 1990 － 114～245X4.5～35 －

9 426mm 伏尔加钢管厂 俄罗斯 1990 72 114～245X4.5～35

159～426X6.0～35.0 7

10 250mm 天津钢管集团 中国 1992 50 114～273X4.5～35 7

1）一般采用锥形辊穿孔机，充分发挥锥形辊穿孔大变形、大延伸的作用，才有可能将连轧机的一部分变形量前移至穿孔机，使连轧机机架数减至4～5架，将两变形机组的变形量均衡、合理地分配；

2）由于轧机总延伸系数减少，连轧前段单机架的变形量也可减少，同时在孔型设计上由于降低了辊缝值和开口度，使金属横向流动和辊缝处凸出部分的面积减小，减缓轧制过程中的不均匀变形；

3）在同孔型尺寸的情况下，轧机前段孔型直径变小，减小了辊速差；

4）轧出荒管的鱼翅尾不规则部分减短，切头尾减短，提高了成材率。

与MPM相比，MINI-MPM轧机优势与不足是：

1）占地面积减小，厂房投资减少，由于机架减少2～3架，芯棒长度变短，使热轧线设备占地面积大大缩小；

2）设备投资减少，包括轧机、电机、减速机等；

3）轧制工具的数量减少，包括轧辊、更换机架等；

4）芯棒制造难度降低，由于芯棒工作段长度变短相对制造难度和费用大幅度降低。

5）由于减少了机架数量及轧机出口速度，机组产量相应有所降低。

在这个期间，相继建成的MINI-MPM代表性机组除南非托萨（tosa）厂的φ168mm机组为4个机架外，其余如1997年日本住友和歌山φ426 mm机组、1994年我国包钢的φ180 mm机组（不带空减机）与2001年鞍钢的φ159 mm机组以及衡阳2002年φ273 mm机组和2003年攀成钢的φ340 mm机组（都有1架空减机）等均为5个机架。随后2006年建成的无锡西姆莱丝φ250mm机组也是1架空减机加5个机架

从近几年已建成投产的几套MINI-MPM机组运行效果来看，原则上说，MINI-MPM与MPM相比，不论是变形原理、变形规律、轧制速度制度、限动速度大小还是产品质量等诸方面都没有什么本质上的区别，仅是少了2～3个机架而已；由于绝大多数MINI-MPM机组都增设了一架空减机，与7机架MPM相比，实际只减少了1个机架；因此，现在已经很少有人再用MINI-MPM这一名称了，对两辊的限动芯棒连轧管机不论几个机架均称为MPM。

限动芯棒连轧管机（MPM机组）是二十世纪末期世界上最先进的轧管工艺。

自从2003年，天津钢管集团股份有限公司投产了世界上第一套PQF（三辊限动芯棒连轧管机）机组后，PQF已经取代了MPM的位置，成为了世界上对先进轧管工艺的代名词。

限动芯棒连轧管机（MPM）是在长 芯棒连轧管机的基础上发展起来 的，是连轧管机的第三代。MPM— 般由11架二辊轧机组成。由于长芯 棒连轧管机（MM），芯棒随管子运 动，轧完后要用抽出机从钢管中将 芯棒抽出来，这种方法需大批芯棒。 由于芯棒制作、存放、储备都有困 难，因而限制了MM法的发展，也 就限制了用它生产大口径管 （φ168mm以上）的可能性。

针对这个问题，人们研制出了 MPM法。其工艺过程为：经推轧穿 孔并经延伸的毛管，送至MPM前 台，将涂好润滑剂的芯棒插入毛管 并迅速送入轧机，直至芯棒前端到 达第7机架前后位置，然后将毛管 送入轧机轧制。轧制时，芯棒在限动 速度下随同管子前进，并要求芯棒 前端至少与毛管前端同时到达第8 机架。毛管全部轧完时，芯棒前端伸 出第8机架中心线约4m左右。从 MPM轧出来的管子随即进入脱管 机。轧完后，毛管尾部由脱管机拉出 第8机架，芯棒快速退回原位。重新 更换芯棒后，进行下一根管子的轧 制。轧制过程中芯棒不需进行冷却， 而是以4～5根芯棒为一组实现机 外冷却循环使用。

MPM与MM相比，MPM有 如下特点：（1）降低工具消耗，可使 芯棒消耗量降至每吨钢管1公斤左 右。（2）改善了管子质量。由于限动 芯棒轧管具有搓轧性质，有利于金 属延伸，减小了横变形，并避免 MM连轧管出现的“竹节”缺陷，使 管子内、外表面质量和尺寸精度均 有所改善。（3）轧制压力和电能消耗 比MM的低1/3。（4）取消了脱棒 机，缩短了工艺流程，提高了连轧机 的终轧温度，并可省去定减径前的 再加热炉。（5）扩大了品种。与MM 相比，可轧大管和更厚或更薄的管 子。（6）延伸系数可达6～10，可采 用较厚的毛管，为采用连铸坯为原 料创造了条件。但是，MPM的生产 率比MM的小得多，每分钟只能轧 两根钢管。由此，限制了MPM的发 展。

第一代连轧管机为全浮动芯棒连轧管机简称MM（Mandrel Mill），一般设有7—9个机架，后部设有张力减径机。轧制过程中对芯棒速度不加以控制，芯棒由被辗轧金属的摩擦力带动自由跟随管子通过轧机，芯棒的运行速度是不受控的；轧制过程中芯棒的运行速度随着各机架的咬入、抛钢有波动，从而引起管子壁厚的波动；轧制结束后，芯棒随荒管轧出至连轧机后的输出辊道。在轧制中薄壁管时芯棒的全长几乎都在荒管内，。带有芯棒的荒管横移至脱棒线，由脱棒机将芯棒从荒管中抽出以便冷却、润滑后循环使用。

浮动芯棒连轧管机的特点是：（1）连轧机由7～9架二辊式轧机组成，一般机架与水平面成45°布置，相邻机架互成90°布置。（2）每个机架由调节精度高的直流电机单独驱动。传动装置布置在轧机的两侧，最新的轧机由2台或3台串联的直流电机直接驱动每个轧辊或通过齿轮座驱动两个轧辊。（3）连轧管机和高效率的张力减径机相组合，大大扩大了连轧管机组所生产管子的品种和规格，而管坯规格只有一两种，显著地简化了生产工艺，并提高了作业率。（4）浮动芯棒连轧管机生产的最大管材直径为168mm，这是因为受到长芯棒（约30m）重量的限制。钢管轧后芯棒脱出时的温度很高（170～250℃），由于在线循环使用，芯棒必须冷却到70～80℃。限动芯棒连轧管机可轧制最大直径为426mm的管材。（5）新投产的机组都装有用于工艺过程控制的电子计算机。从管坯装入加热炉到精整切管全部实现了自动化。（6）采用水溶性无烟润滑剂润滑芯棒。 （7）采用在线正火工艺等。

连轧管机的发展历史悠久，1932年张力减径机在美国问世后，随着张力减径技术的不断完善和电子计算机技术的飞速发展和应用，使连轧管机在生产工艺和设备上日趋完善，得到了迅速的发展和推广。连轧管机发展分为四个阶段，即全浮动芯棒连轧管机、半限动/限动芯捧连轧管机、Mini—MPM和PQV轧机。在浮动芯棒连轧管机的基础上，限动芯棒轧管机于20世纪60年代中期进行了工艺试验，获得了可喜的成果。1978年世界上第一套限动芯棒连轧管机（MPM）在意大利达尔明钢管厂建成投产，连轧管工艺发展到一个新的台阶。20世纪90年代末又推出了三辊连轧管机（PQF）技术，使连轧管工艺装备跃上了更高的台阶，它的每个阶段的变化都会使生产工艺、技术装备发生很大的改变，从浮动芯棒变为限动芯棒，改善了因竹节问题对壁厚精度的影响，由于芯棒变短使连轧机组生产大口径管成为可能。

连续轧管机是一种高效率轧机，有多机架 （7～9架）和少机架（3～4架）之分。芯棒运动方式有两种：一种是轧管时芯棒随管子自由运动，这时的连轧管叫浮动芯棒连轧管； 另一种是轧管时芯棒运动速度受到限制并可控制，这时的连轧管叫限动芯棒连轧管。