_273mm限动芯棒连轧管机组工艺设备特征

Φ２７３ｍｍ限动芯棒连轧管机组工艺设备特征肖松良（衡阳华菱钢管（集团）有限公司，湖南衡阳４２１００１）摘要：概述了Φ２７３ｍｍ限动芯棒连轧管机组的生产能力、产品规格及品种、工艺选型、生产工艺流程以及锥形辊穿孔、５机架限动芯棒连轧管、１２机架微张力定（减）径等主要工序的工艺和装备特点及其技术性能参数；着重介绍了该机组最先进的物料跟踪系统、在线检测质量保证系统、穿孔机工艺辅助设计系统、连轧自动辊缝控制系统、连轧工艺监控系统、微张力定（减）径机工艺辅助设计系统等工艺控制技术。

可供国内同类无缝钢管机组的建设借鉴。

关键词：Φ２７３ｍｍ限动芯棒连轧管机组；工艺设备；技术参数；工艺控制技术；特点中图分类号：ＴＧ３３５．７１文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－２３１１（２００６）０５－００３７－０６ＰｒｏｃｅｓｓＥｑｕｉｐｍｅｎｔＦｅａｔｕｒｅｓｏｆФ２７３ｍｍＭＰＭＰｌａｎｔＸｉａｏＳｏｎｇｌｉａｎｇ（ＨｅｎｇｙａｎｇＨｕａｌｉｎｇＳｔｅｅｌＴｕｂｅ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｅｎｇｙａｎｇ４２１００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｒｉｅｆｅｄｉｎｔｈｅａｒｔｉｃｌｅａｒｅａｌｌｔｈｅｍａｉｎａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅФ２７３ｍｍＭＰＭｐｌａｎｔ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙ，ｐｒｏｄｕｃｔｍｉｘ，ｐｒｏｃｅｓｓｔｙｐｅｓ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｆｌｏｗａｎｄｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｅａｔｕｒｅｓ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌｄａｔａｏｆｔｈｅｍａｉｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｕｎｉｔｓ，ｉ．ｅ．，ｔｈｅｃｏｎｅｔｙｐｅｐｉｅｒｃｉｎｇｍｉｌｌ，ｔｈｅ５－ｓｔａｎｄＭＰＭａｎｄｔｈｅ１２－ｓｔａｎｄｓｌｉｇｈｔｓｔｒｅｔｃｈｓｉｚｉｎｇ（ｒｅｄｕｃｉｎｇ）ｍｉｌｌ．Ａｌｓｏｄｅｔａｉｌｅｄａｒｅｔｈｅ－ｓｔａｔｅ－ｏｆ－ａｒｔｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｓｅｍｐｌｏｙｅｄｆｏｒｔｈｅｐｌａｎｔ，ｉ．ｅ．，ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｔｒａｃｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｏｎ－ｌｉｎｅｑｕａｌｉｔｙａｓｓｕｒａｎｃｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄｒｏｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｃｏｎｅｔｙｐｅｐｉｅｒｃｅｒｍｉｌｌ，ｔｈｅＭＰＭｒｏｌｌｇａｐａｕｔｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅＭＰＭｐｒｏｃｅｓｓｓｕｐｅｒ－ｖｉｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄｒｏｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｓｌｉｇｈｔｓｔｒｅｔｃｈｓｉｚｉｎｇ（ｒｅｄｕｃ－ｉｎｇ）ｍｉｌｌ．Ｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｓｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙｔｈｅａｕｔｈｏｒｉｓｗｏｒｔｈｕｓｉｎｇａｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｉｍｉｌａｒｄｏ－ｍｅｓｔｉｃｍｉｌｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ф２７３ｍｍＭＰＭｐｌａｎｔ；Ｐｒｏｃｅｓｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｄａｔａ；Ｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ；Ｆｅａｔｕｒｅｓ０前言衡阳华菱钢管（集团）有限公司Φ２７３ｍｍ连轧管机组是２００３年国家发展和改革委员会批准投建的第三批国家重点技术改造“双高一优”项目，是湖南省“十五”期间十大标志性工程。

２００３年４月动工兴建，２００５年２月２４日该机组全线热负荷试车成功。

Φ２７３ｍｍ连轧管机组设计规模为年产热轧无缝钢管５０万ｔ，生产的钢管规格为Φ１３３～３４０ｍｍ×５～４０ｍｍ，产品主要品种是管线管、输送流体用管、结构用管、石油套管管体、油井管接箍料、高压锅炉用管、低中压锅炉用管、液压支柱管、化肥生产设备用高压无缝钢管等。

Φ２７３ｍｍ连轧管机组采用带导盘锥形辊穿孔＋５机架限动芯棒连轧＋１２机架微张力定（减）径生产工艺，主要设备从德国ＳＭＳＭｅｅｒ公司引进，电机及电气控制由ＡＢＢ公司提供。

Φ２７３ｍｍ连轧管机组配备了世界上最先进的穿孔机工艺辅助设计系统（ＣＡＲＴＡ－ＣＰＭ）、连轧工艺监控系统（ＰＳＳ）、连轧自动辊缝控制系统（ＨＣＣＳ）、微张力定（减）径机工艺辅助设计系统（ＣＡＲＴＡ－ＳＭ）、物料跟踪系统（ＭＴＳ）和在线检测质量保证系统（ＱＡＳ）等工艺控制技术。

肖松良（１９６５－），男，副总工程师，硕士，高级工程师，从事轧钢技术、工程设计和新产品开发。

ＳＴＥＥＬＰＩＰＥＯｃｔ．２００６，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．５钢管２００６年１０月第３５卷第５期１生产工艺流程合格的Φ２２０，２８０，３３０ｍｍ连铸长圆管坯运到原料仓库，由冷锯锯成１．８～４．５ｍ的定尺长度，再逐根称重，合格管坯由环形加热炉加热到１２５０～１２８０℃后，送往穿孔机穿轧成毛管。

穿孔后的毛管被送到内表面氧化铁皮吹刷站，由一喷嘴向毛管内部喷吹氮气和硼砂。

吹刷后的毛管送往连轧管机前台，穿入芯棒，芯棒限动系统将芯棒前端送至连轧管机间的某预设定位置时毛管和芯棒一起进入连轧管机轧制。

毛管在进入连轧管机前用高压水对毛管表面进行除鳞。

从连轧管机轧出的荒管直接进入３机架脱管机上脱管，脱管后芯棒返回前台，经冷却、润滑后循环使用。

脱管后的荒管，送往步进式再加热炉加热到９２０～９８０℃后出炉，经高压水除鳞后送往微张力定（减）径机轧制到成品钢管要求的尺寸，再在冷床上进行冷却。

钢管经冷却后，成排送往冷锯切成需要的定尺长度，再送往六辊式矫直机进行矫直，矫直后的钢管经吸灰后进行管体无损探伤，对于有缺陷的钢管进行人工在线修磨、人工探伤、切管；对于无缺陷的合格钢管经测长、称重、人工最终检查，检查后一般管经喷印标志后进行收集，存入成品仓库。

其他需要进一步加工的石油套管管体、管线管、高压锅炉管等，收集后存放在中间库内，然后根据各自不同的加工工序送往相关生产线继续加工。

工艺平面布置如图１所示。

２主要工艺设备及性能参数２．１锥形辊穿孔机从ＳＭＳＭｅｅｒ公司引进，其工作辊上、下垂直布置，导盘左右水平布置，轧辊直径由入口向出口方向逐渐增大，与穿孔时的金属流动速度逐渐增加相一致，从而减少了作用在管坯上的周向剪切力，可穿制高合金钢和壁厚较薄的毛管，既可为连轧管机提供高质量的毛管，同时又可改变穿孔、轧管两工序间的延伸分配，为配置少机架连轧管机创造条件。

与传统的二辊斜轧穿孔机相比，锥形辊穿孔机具有以下特点：（１）穿孔效率高。

锥形辊穿孔机穿孔速度快，穿孔周期短，产量高，适合与连轧管机配套使用。

（２）变形区加长，变形过程变缓，能很好地穿轧连铸坯及难变形的金属。

由于锥形工作辊及其辗轧角和主动旋转导盘的作用，改变了金属的变形及运动学条件，抑制了金属变形过程中的旋转锻造效应［１］。

１—管坯上料台架２—环形加热炉３—锥形辊穿孔机４—芯棒循环区５—连轧管机６—脱管机７—再加热炉８—微张力定（减）径机９—冷床１０—排管锯１１—矫直机１２—探伤机图１Φ２７３ｍｍ连轧管机组工艺平面布置ＳＴＥＥＬＰＩＰＥＯｃｔ．２００６，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．５（３）可实现大延伸、大扩径量穿孔。

延伸系数可达４以上，扩径量可达３０％，这有利于减少管坯规格，扩大产品规格范围。

（４）采用可靠稳定的长入口导套。

１号抱辊布置紧靠牌坊，出口侧抱辊采用液压装置，可减少毛管的单边，弥补了连轧纠偏能力差的缺点。

（５）采用整体闭口机架，刚度大。

完善的液压平衡和锁紧机构，使穿孔机的弹跳值减至最小，保证调整参数的准确和毛管尺寸的精度。

（６）工具消耗少，导盘磨损均匀，使用寿命长。

每４～６周更换一次，提高了穿孔机的作业率。

但这种带导盘的锥形辊穿孔机设备重量大，一次投资较高。

锥形辊穿孔机技术性能参数如下：毛管外径２４６，３３６，４１０ｍｍ轧制力／扭矩７５００ｋＮ／１２９０ｋＮ・ｍ轧辊直径１２５０￣１３５０ｍｍ送进角／辗轧角８°￣１５°／固定１５°轧制速度０．６￣１．０ｍ／ｓ轧辊电机功率２×５０００ｋＷ转速２５０￣３６５／５００ｒ／ｍｉｎ２．２连轧管机Φ２７３ｍｍ限动芯棒连轧管机从ＳＭＳＭｅｅｒ公司引进，产品质量好，尺寸精度高，工具消耗少，品种范围广［２］，产量高，单位产量投资低，是大直径无缝钢管生产的最佳机型。

该连轧管机主要特点如下：（１）工艺设计时既考虑了芯棒预穿，也考虑了在线穿棒，但芯棒预穿只用于Ф２２０ｍｍ毛管的生产，其他规格毛管无须芯棒预穿，以防芯棒与毛管接触时间长，钢管温降快；还可减少配备芯棒数量，减少投资。

（２）轧机入口侧设置高压水除鳞装置，可改善钢管表面质量。

（３）在连轧管机前增设一架空心坯减径机，其作用是使毛管外径均匀，并将毛管内径与芯棒间的间隙减至最小，以提高连轧管机轧制的稳定性，空减机选用单机架四辊，其中二辊传动二辊从动，孔型封闭性较好。

（４）连轧主机选用限动齿条４５°五机架交叉布置的ＭＰＭ机组。

机架４５°交叉布置而不采用９０°水平垂直布置，主要因为后者占地大，伞齿轮传动力矩小，电机维护不方便。

机组选用ＭＰＭ工艺而不采用ＰＱＦ工艺，主要因为后者设备笨重，投资增加２５％～３０％，大规格ＰＱＦ工艺尚不成熟。

（５）ＭＰＭ连轧管机选用了已趋成熟的液压辊缝控制（ＨＧＣ）技术。

它可以提高产品质量，提高金属收得率，减少投资，降低介质消耗；可以改进工艺和操作，减少故障，降低成本。

ＨＧＣ技术和机械压下、小行程液压控制相比具有如下优点：①带负荷高速执行位置调整，动态性能好。

②位置精度高，重复性好。

③可用于力的测量和控制。

④可保护过载，防止轧卡，减少停机。

⑤可小打开辊缝，实现紧急状态干预。

⑥故障报警后，可保证当根钢管轧完，再停机检修。

⑦与在线检测质量管理系统（ＱＡＳ）相连，可以实现外径、壁厚闭环控制（如温度、轧制力、来料尺寸变化）。

可补偿工模具的磨损，可实现两端轧尖，减少切头尾损失。

⑧可设定冲击补偿，消除钢管咬入时动态速降及峰值压力。

（６）脱管机采用最新结构的三辊３机架９电机单独传动，结构紧凑，机架更换方便。

缩短了工艺流程，提高了终轧温度，并且在脱管的同时也起到一定延伸和定径的作用。

利用脱管机可直接生产部分极限规格钢管。

连轧管机技术性能参数如下：荒管外径２００，２８１，３５０ｍｍ轧辊直径５５０￣８９０ｍｍ最大轧制速度４．２５ｍ／ｓ最大轧制扭矩１２０ｋＮ・ｍ轧辊电机功率１０９００ｋＷ转速６０￣６００／１２００ｒ／ｍｉｎ２．３微张力定（减）径机１２机架ＳＭ６７０Ａ１２型微张力定（减）径机从ＳＭＳＭｅｅｒ公司引进。

该机机架设计为三辊式矩形结构，采用的是一种新型传动方式，即每一个工作机架中３个轧辊分别由３台交流变频电机通过３台齿轮减速箱单独外传动（图２），共计３６台。

这种新型的单辊外传动微张力定（减）径机在国际上尚属首次，与传统的内传动相比具有如下特点：（１）结构简单，设备维修方便。