我國于20世紀70年代開始研制全浮動芯棒連軋管機,國產的Φ76mm全浮動芯棒連軋管機組于80年代末在衡陽鋼管廠試生產。80年代初開始,我國陸續引進連軋管機生產線。至今已有46套連軋管機組。其中限動芯棒連軋管機組44套,全浮動芯棒、半浮動芯棒連軋管機組各1套。在44套限動芯棒連軋管機組中,三輥連軋管機組28條,其余均為兩輥連軋管機組。下面結合幾個典型機組例子介紹我國連軋管機組發展情況。
寶鋼無縫鋼管廠ф140m浮動芯棒連軋管機組(8機架,呈45°角布置)
1985年建成投產,是我國從德國引進的第1套先進的熱軋無縫鋼管連軋機組,設計產量50萬噸/年,產品規格為Φ(21.3~139.7)mmmmx(2.0~252.0~25)mm,主要用于生產油井管和鍋爐管。該機組具有現代化的管理模式和在線全自動化運行方式。它的建成投產大大提高了我國熱軋無縫鋼管技術裝備水平,提高了無縫鋼管產品的質量和生產的各項技術指標,讓業內人士大開眼界,并成為我國現代化無縫鋼管發展史上的一個里程碑。
1. 與當時國內自動軋管機、周期式軋管機相比,該連軋管機組的優勢是:
a. 軋制節奏快3.5~4p/min;
b. 產量高,設計產量50萬噸/年(該機組實際最高年產量超過了85萬噸);
c. 壁厚精度較高,壁厚偏差±7%~9%;
d. 延伸系數較大4~5;
e. 可生產較長的荒管大于33m;
2. 主要工藝技術裝備和智能化方面創新:
a. 采用帶導盤的狄塞爾穿孔機;
b. 穿孔機采用了可變速軋制;
c. 采用了頂桿快速更換;
d. 采用了步進式再加熱爐;
e. 采用了28機架三輥式張力減徑機,并帶有頭尾(CEC)控制技術;
f. 熱軋生產線配有過程管理機和PLC控制系統,實現了全自動化生產。
天津鋼管公司ф250mm限動芯棒連軋管機組(7機架,呈45°角布置)
該連軋管機組由意大利引進,1992年建成投產,是我國引進的第一套限動芯棒連軋管機組,產品直徑為ф114~273.1mm,壁厚4.5~35mm,主要產品定位于當時國內緊缺的石油套管。
1. 與浮動式芯棒連軋管機組相比,限動芯棒連軋管機組的優勢:
a. 鋼管的壁厚精度更高,壁厚偏差±6%~8%;
b. 可軋制D/S大于42的薄壁鋼管;
c. 可生產的產品規格范圍更寬,該機組規格范圍為φ114~273mm(限動芯棒連軋管機組目前可生產的最大的直徑為φ508mm);
d. 可軋制的荒管長度更長(該機組荒管長度為32~33m,理論上可大于45m);
e. 延伸系數大于5;
f. 能耗比浮動式連軋機組低30%左右。
2. 主要工藝技術裝備和智能化方面創新:
a. 穿孔機設置了機內定心輥;
b. 穿孔機采用了頂桿快速更換;
c. 設置了頂桿預旋轉裝置;
d. 采用線外預穿芯棒工藝;
e. 連軋機采用了快速換輥(兩側更換);
f. 配備了在線測厚、測徑、測長、測速、測溫等裝置,能及時監控鋼管的幾何尺寸。
衡陽鋼管廠φ89mm半浮動芯棒連軋管機組(6機架,水平垂直布置)
1997年建成投產,該連軋管機組由德國引進,是我國第一套半浮動芯棒連軋管機(也是唯一的一套)。產品直徑為φ25~89mm,壁厚2.5~12mm,主要產品為高壓鍋爐管。
1. 半浮動芯棒連軋管機組的優勢是:
a. 軋制節奏較快3~3.5p/min,稍低于浮動式軋機,但高于限動芯棒軋機;
b. 避免了“竹節”的產生,壁厚精度與限動軋機相當;
c. 產量高。高于同規格限動軋機的產量。
2. 主要工藝技術裝備創新:
a. 采用錐形輥導板式穿孔機,輾軋角為10°,采用前臺主傳動即主電機、傳動軸布置在前臺,有利于穿孔機實現頂桿循環和設備維護(一般錐形輥穿孔機的傳動軸布置在出口側,輾軋角為15°);
b. 芯棒運行采用半浮式工藝。既有限動軋機壁厚精度高的特點,又有浮動軋管機節奏快的特點,適于生產中、小直徑無縫鋼管。
包鋼連軋管廠φ180mm少機架限動芯棒連軋機組(5機架,水平垂直布置)
2000年φ180mm限動芯棒連軋管機組建成投產(國內第一套5機架連軋管機組)。該機組由意大利引進,產品規格為φ(60~245)mm×(3.2~25)m2~25)mm,主要產品為油井管和鍋爐管。
1. 5機架(Mini-MPM)限動芯棒連軋管機組的特點是:
a. 連軋機組采用了5機架,較大幅度降低了機電設備投資和基建費用,同時也減少了生產工具的費用;
b. 該機組的另一特點是,12架微張力定徑機與24架張力減徑機串列布置。
2. 主要創新點:
a. 連軋機軋輥調整采用了液壓壓下,因而可實現在線輥縫調整;
b. 配備了鋼管頭尾削尖功能,以改善鋼管頭尾的壁厚偏差。
鞍鋼無縫鋼管廠ф159mm限動芯棒連軋管機組(5機架,水平垂直布置)
2002年鞍鋼集團無縫鋼管廠通過對靈山ф140mm軋管機組的技術改造,建成一套φ159mm限動芯棒連軋管機組。該連軋機組由德國引進,產品直徑為φ7~177.8mm,壁厚4.5~16mm,設計產量為20萬噸/年。
主要特點和創新點:
1. 除連軋管主機與限動裝置由國外供貨,其余設備分別由國外提供基本數據、或基本設計、或詳細設計,由國內制造。
2. 穿孔機通過利舊,改造為導板錐形輥臥式穿孔機,輾軋角為3.3°,完全由國內設計制造。
3. 在定徑機前設置了電感應再加熱裝置。
天津鋼管公司ф168mm三輥限動芯棒連軋管機組(5機架+1架空減機)
2003年建成投產,是世界上第一套三輥連軋管機組(PQF),產品直徑為Φ32~168.3mm,壁厚3.5~22mm,主要產品:鉆桿、油套管、高壓鍋爐管等,在設計上還考慮了可軋制高合金、不銹鋼管等難變形金屬。
1. 該機組的優勢:
a. 壁厚精度更高
三輥布置使芯棒在孔型中的對中性更好,軋制過程更加平穩,金屬變形更加均勻,壁厚偏差達到±5%~6%;
b. 鋼管表面質量更好
孔型槽底與輥肩各點線速度差減小、金屬不均勻流動減小、橫向變形減小,減緩了因軋輥側壁結瘤而在金屬表面上留下的壓痕缺陷,使鋼管表面更加光潔;
c. 可軋制高合金、不銹鋼等變形難度更大的金屬
采用三輥軋制工藝和機架采用圓形結構設計,使機架的剛性高,受力均勻,單輥受力減小;
d. 軋制缺陷減少
因不均勻變形減小、金屬的縱向拉應力降低,拉裂、拉凹等缺陷大幅度減少;
e. 金屬收得率高
軋制缺陷減少,尾部不規則部分切除減少近40%;
f. 可軋制更薄的鋼管
徑壁比D/S達50;
g. 工具消耗顯著降低
無論是軋輥的尺寸,還是軋輥的磨損,都呈較大幅度下降。
2. 主要工藝技術裝備和智能化方面的創新:
a. 牌坊的結構設計使其剛性高、穩定性好。牌坊采用全新的整體圓筒形框架結構設計,5個機架加空減機架的牌坊全部用大型螺桿連接為一體,牌坊結構緊湊,長度方向縮短。其剛性更高,穩定性更好,同時便于運輸及安裝,見圖6-42所示;
b. 采用軸向換輥方式。有利于保持軋機中心線的穩定和對中性,可減少廠房跨距,但不利于單機架換輥和事故處理;
c. 軋輥的液壓平衡采用獨特的擺臂式結構設計,見圖6-43所示;
d. 連軋機采用了液壓小艙控制系統(HCCS),可實現動態輥縫調整;
e. 采用了芯棒前行循環工藝。該工藝是指當軋制結束時,芯棒不返回而繼續前行的循環工藝以及相
關的配套技術,省去了芯棒返回時間,使每根管的軋制周期縮短4~5s,可提高機組的產能20%以上;
f. 采用了多項工藝控制(智能)技術如CARTA技術:是將生產計劃、生產過程控制和質量保證三者有機結合起來,以保證優質、高效、低消耗地生產鋼管;液壓小艙控制系統(HCCS):可控制連軋機的液壓壓下動作,實現輥縫調節。包括實現溫度補償、咬入沖擊補償、錐形芯棒伺服和頭尾削薄等功能;QAS系統:通過對物料的跟蹤、檢/監測,對數據進行收集、分析和存儲并將分析的結果及時反饋給生產控制系統,以實施對物料的控制,保證鋼管的質量;MTS系統:向QAS、CARTA(包括PSS)系統傳遞訂單信息,收集這些系統的檢測數據并歸檔保存:從管坯稱重開始到冷床結束,跟蹤物料通過不同工序時的流水號和各種工藝調整數據。
衡陽華菱鋼管ф340mm連軋管機組、攀成鋼Φ340mm連軋管機組
該兩機組均為2005年建成投產,設計規模為年產熱軋無縫鋼管50萬噸。機組采用帶導盤錐形輥穿孔,帶空減機架(VRS)的5機架限動芯棒連軋機,12機架微張力定(減)徑,主要設備從德國SMSMeer公司引進。
創新點:兩套機組均采用了穿孔機工藝輔助設計系統(CARTA-CPM)、連軋工藝監控系統(PSS)、連軋輥縫控制系統(HCCS)、微張力定(減)徑機工藝輔助設計系統(CARTA-SM)、物料跟蹤系統(MTS)和在線檢測質量保證系統(QAS)等工藝控制技術。
攀成鋼ф159mm三輥連軋管機組(5機架+1架空減機)
2007年建成投產,產品直徑為φ48.3~1777.8mm,壁厚3.5~25mm;主要產品:鉆桿、油套管、高壓鍋爐管等。
特點及創新點:
1. 采用了錐形輥導盤式穿孔機,增加了后臺機內定心裝置和前臺管坯熱定心裝置。
2. 采用了意大利達涅利公司開發的三輥限動芯棒連軋管機 FQM(Fine Quality Mill),其機架結構設計簡捷,軋輥的液壓平衡簡單、直接,有利于輥縫調節,軋輥機架的拆裝和校準更方便。結構如圖6-44。
3. 配置了KOCKS公司的24機架三輥式張力減徑機。采用單獨軋輥傳動,交流變頻調速,后三個機架(K1、K2和K3)軋輥可調,便于張力控制,減小機架更換次數和時間。軋輥機架孔型是采用普通數控車床對單個輥環進行單獨加工,不是采用傳統的機架軋輥整體加工方式。減少了備用機架的數量,又省去專用加工機床,也降低長期運行費用。同時,由于各機架軋輥實際直徑的不同,采用了變架間距的緊湊式設計,縮短了機組長度,可進一步減少增厚端切損。
控制方面,配置了完善的自動控制系統??蓪崿F鋼管增厚端控制(HEC)、自動壁厚控制(AWC)、傳動系統沖擊補償、負荷均衡控制等必要的控制功能;同時,根據在線檢測信息,可實時對三個可調軋輥機架進行遠程調節。既減少切損、降低金屬消耗,又保證了產品質量。該張力減徑機和軋輥機架如圖6-45所示。