呂建鋼，李永剛，湯德瑞

（1.天津市精通無縫鋼管有限公司，天津300353；2.天津君晟成套設(shè)備有限公司，天津300300）

國產(chǎn)Ф180 mm連軋管機(jī)組的裝備水平及應(yīng)用

呂建鋼1，李永剛2，湯德瑞2

（1.天津市精通無縫鋼管有限公司，天津300353；2.天津君晟成套設(shè)備有限公司，天津300300）

概述了國產(chǎn)Ф180 mm限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)流程、設(shè)備選型及產(chǎn)品的規(guī)格與品種，介紹了該機(jī)組立式錐形輥穿孔機(jī)、5機(jī)架限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)、3機(jī)架脫管機(jī)、24機(jī)架張力減徑機(jī)等主要設(shè)備的特點(diǎn)及技術(shù)參數(shù)。以Ф73 mm×5.51 mm和Ф159 mm×14 mm兩個(gè)規(guī)格的產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)證了國產(chǎn)連軋管機(jī)組主要設(shè)備的性能，為無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備選型提供了更多的選擇。

熱軋無縫鋼管；國產(chǎn)連軋管機(jī)組；立式錐形輥穿孔機(jī)；限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)；脫管機(jī)；張力減徑機(jī)

天津市精通無縫鋼管有限公司（簡稱天津精通）的國產(chǎn)Ф180 mm連軋管機(jī)組于2011年3月6日動(dòng)工，2013年8月19日全線熱負(fù)荷試車成功并開始正式生產(chǎn)。設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)熱軋無縫鋼管35萬t，產(chǎn)品規(guī)格為Ф48～177.8 mm×3～25 mm，主要品種為管線管、輸送流體用管、結(jié)構(gòu)用管、石油套管管體、油井管接箍坯料、高壓鍋爐用管、低中壓鍋爐用管、液壓支柱管、高壓化肥管等。

國產(chǎn)Ф180 mm連軋管機(jī)組采用立式帶導(dǎo)板錐形輥穿孔機(jī)、5機(jī)架限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)、3機(jī)架脫管機(jī)、24機(jī)架張力減徑機(jī)等，其機(jī)械部分由天津君晟成套設(shè)備有限公司提供，電氣控制系統(tǒng)由天津精通和天津天傳電氣有限公司共同開發(fā)完成。配備了天津精通自主開發(fā)的穿孔機(jī)工藝輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)、連軋工藝監(jiān)控系統(tǒng)、軋制過載保護(hù)系統(tǒng)、張力減徑機(jī)工藝輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)和在線質(zhì)量檢測保證系統(tǒng)等。本文主要對該機(jī)組的裝備水平及應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

1 機(jī)組工藝流程

國產(chǎn)Ф180 mm連軋管機(jī)組的工藝流程如圖1所示。

現(xiàn)以Ф210 mm管坯軋制Ф48.0～177.8 mm鋼管為例對工藝流程進(jìn)行描述。

圖1 國產(chǎn)Ф180 mm連軋管機(jī)組的工藝流程示意

Ф210 mm連鑄長圓管坯運(yùn)至坯料準(zhǔn)備區(qū)，由冷鋸鋸切成1.5～3.5 m的定尺長度，經(jīng)環(huán)形加熱爐加熱到1 250～l 280℃后，送往穿孔機(jī)穿軋成Ф222 mm毛管。毛管在旋轉(zhuǎn)托輥上進(jìn)行吹氮、噴硼砂后由橫移機(jī)械手送到連軋管機(jī)預(yù)穿臺架，再由毛管上料回轉(zhuǎn)臂送入軋管機(jī)前臺，穿入芯棒。當(dāng)芯棒限動(dòng)系統(tǒng)將芯棒前端送至連軋管機(jī)的預(yù)定位置時(shí)，毛管和芯棒一起進(jìn)入連軋管機(jī)，將毛管軋制成Ф185/ 195 mm的荒管（毛管在進(jìn)入連軋管機(jī)前需用高壓水除鱗）?；墓苤苯舆M(jìn)入3機(jī)架脫管機(jī)脫管。脫管后芯棒返回前臺，經(jīng)冷卻、潤滑后循環(huán)使用，脫管后的荒管經(jīng)輥道運(yùn)輸后有2條工藝路線選擇：①經(jīng)?；浯部焖伲ɑ虺；├鋮s后進(jìn)入再加熱爐，加熱到920～980℃后出爐，經(jīng)高壓水除鱗后送至張力減徑機(jī)軋制成Ф48～177.8 mm鋼管；②不進(jìn)入再加熱爐，由旁通輥道運(yùn)送經(jīng)高壓水除鱗后，送往張力減徑機(jī)軋制。鋼管在冷床上冷卻后，被成排送往排管鋸，切割成所需的定尺長度，隨后送往六輥矯直機(jī)矯直。矯直了的鋼管經(jīng)吸灰后進(jìn)行管體無損探傷，對有缺陷的鋼管進(jìn)行人工在線修磨、探傷、切管，對合格的鋼管進(jìn)行測長、稱重、人工檢查等。然后根據(jù)鋼管不同的工藝要求進(jìn)行噴印包裝或送往相關(guān)生產(chǎn)線繼續(xù)加工［1-5］。

2 主要設(shè)備特點(diǎn)及參數(shù)

2.1 立式錐形輥穿孔機(jī)

立式錐形輥穿孔機(jī)如圖2所示，機(jī)架牌坊為鑄鋼結(jié)構(gòu)，機(jī)架整體剛度好，便于制造。下橫梁用螺栓固定在機(jī)架上；上橫梁為可移動(dòng)式，工作狀態(tài)由液壓缸鎖緊，換輥時(shí)可移動(dòng)到牌坊兩側(cè)。兩軋輥與軸承座在機(jī)架內(nèi)上下布置。軋制分力通過穿孔機(jī)牌坊內(nèi)上下軋輥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)吸收。軋輥軸承箱的結(jié)構(gòu)為互換式，裝在上下轉(zhuǎn)轂中，其導(dǎo)向裝置安裝在穿孔機(jī)牌坊內(nèi)。

錐形輥穿孔機(jī)工作時(shí)軋制中心線保持不變。軋輥軸承座通過上下調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，對軋制中心線進(jìn)行上下調(diào)整，其工作輥上、下垂直布置，導(dǎo)板左右水平布置。與傳統(tǒng)的二輥斜軋穿孔機(jī)相比，立式錐形輥穿孔機(jī)具有以下特點(diǎn)［6-7］：

圖2 立式錐形輥穿孔機(jī)

（1）采用鑄造整體機(jī)架，剛度大。完善的液壓平衡和鎖緊機(jī)構(gòu)，使穿孔過程的彈跳值減至最小，保證調(diào)整參數(shù)的準(zhǔn)確和毛管尺寸的精度。

（2）采用可靠穩(wěn)定的長入口導(dǎo)套和布置在牌坊上的機(jī)內(nèi)抱心輥，可減小被穿毛管的壁厚偏差，彌補(bǔ)了連軋糾偏能力差的缺點(diǎn)。

（3）軋輥直徑由入口向出口逐漸增大，與穿孔時(shí)金屬流動(dòng)速度逐漸增加相一致，有效地避免了桶形軋輥的橫鍛效應(yīng)，減少了毛管外表面缺陷。

（4）可實(shí)現(xiàn)大延伸、大擴(kuò)徑量穿孔。延伸因數(shù)可達(dá)4.0以上，擴(kuò)徑量可達(dá)30%，這有利于減少管坯規(guī)格，擴(kuò)大產(chǎn)品規(guī)格范圍。

（5）變形區(qū)加長，變形過程變緩，軋制孔型封閉性好，可穿制高合金鋼和壁厚較薄的毛管，為連軋管機(jī)提供高質(zhì)量的毛管。

（6）穿孔效率高。錐形輥穿孔機(jī)穿孔速度快，穿孔周期短，產(chǎn)量高，適合與連軋管機(jī)配套使用。

錐形輥穿孔機(jī)技術(shù)性能參數(shù)如下：

軋輥直徑850～1 000 mm

軋輥長度750 mm

送進(jìn)角6°～15°

輾軋角15°

軋輥?zhàn)畲箝_度300 mm

軋制速度0.54～1.10 m/s

軋輥轉(zhuǎn)速114 r/min

軋輥電機(jī)功率4×1 500 kW

管坯規(guī)格Ф210 mm×1 500～3 500 mm

毛管規(guī)格Ф222 mm×13.7～28.3 mm

2.2 連軋管機(jī)

國產(chǎn)Ф180 mm限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)如圖3所示，為MPM型二輥5機(jī)架連軋管機(jī)。軋輥機(jī)架采用平-立布置形式：第1、3、5機(jī)架水平布置，第2、4機(jī)架垂直布置，5個(gè)機(jī)架均設(shè)有液壓卸荷裝置（當(dāng)軋制壓力超過設(shè)定值，液壓系統(tǒng)卸荷，保護(hù)機(jī)械及電氣設(shè)備不受損壞）。產(chǎn)品質(zhì)量好，尺寸精度高，工具消耗少，品種范圍廣，產(chǎn)量高，單位產(chǎn)量投資低，是生產(chǎn)小直徑無縫鋼管的最佳機(jī)型［8-9］。

圖3 國產(chǎn)Ф180 mm限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)

該連軋管機(jī)主要特點(diǎn)如下：

（1）工藝設(shè)計(jì)時(shí)既考慮了芯棒預(yù)穿，也考慮了在線穿棒，但芯棒預(yù)穿只用于壁厚大于16 mm毛管的生產(chǎn)，其他規(guī)格毛管采用在線穿棒，以防芯棒與毛管接觸時(shí)間長，鋼管溫降快。

（2）軋管機(jī)入口側(cè)設(shè)置高壓水除鱗裝置，可改善鋼管表面質(zhì)量。

（3）在連軋管機(jī)前增設(shè)1架空心坯減徑機(jī)，其作用是將毛管內(nèi)徑與芯棒間的間隙減至最小，以提高連軋管機(jī)軋制的穩(wěn)定性，從而提高軋制效率?？招呐鳒p徑機(jī)選用單機(jī)架四輥（2輥主動(dòng)，2輥從動(dòng)），孔型封閉性較好。

（4）MPM連軋管機(jī)選用了成熟的機(jī)械壓下輥縫控制技術(shù)，并設(shè)有液壓卸荷裝置。它既可以減少投資，降低介質(zhì)消耗，又可以改進(jìn)工藝和操作，減少故障，降低成本。此技術(shù)同單純的機(jī)械壓下、小行程液壓控制相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：①帶有液壓卸荷，動(dòng)態(tài)性能好；②位置精度高，重復(fù)性好；③可用于軋制力的測量和控制；④可過載保護(hù)，防止軋卡，減少停機(jī)。

連軋管機(jī)技術(shù)性能參數(shù)如下：

軋輥直徑465～525 mm（1～3機(jī)架）

420～470 mm（4～5機(jī)架）

出口最大速度4.0 m/s

最大軋制力3 400 kN（1～3機(jī)架）

1 350 kN（4～5機(jī)架）

軋輥電機(jī)功率1 000～1 600 kW（1～3機(jī)架）

450～1 000 kW（4～5機(jī)架）

電機(jī)轉(zhuǎn)速60～500 r/min（1～3機(jī)架）

60～1000 r/min（4～5機(jī)架）

荒管規(guī)格Ф185/195 mm×4.0～24.2 mm

2.3 脫管機(jī)

脫管機(jī)與MPM連軋管機(jī)呈一條線布置，從而保證鋼管從芯棒上連續(xù)脫管。脫管機(jī)的框形機(jī)架為焊接結(jié)構(gòu)，包括用于軋輥機(jī)架傳動(dòng)的3根軸和相應(yīng)的聯(lián)軸器，以及用于軋輥機(jī)架在工作位置上精確鎖緊的機(jī)構(gòu)。

脫管機(jī)采用最新結(jié)構(gòu)的三輥式3機(jī)架3電機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)架更換方便?？s短了工藝流程，提高了終軋溫度，并且在脫管的同時(shí)也起到一定延伸和定徑的作用，利用脫管機(jī)可直接生產(chǎn)部分極限規(guī)格鋼管。

脫管機(jī)技術(shù)性能參數(shù)如下：

軋輥名義直徑420 mm

軋輥機(jī)架間距400 mm

荒管最大壁厚25.0 mm

荒管溫度950～1 050℃

電機(jī)功率3×225 kW

電機(jī)轉(zhuǎn)速900～1 800 r/min

減速比3.10～3.15

脫棒后荒管規(guī)格Ф175/185 mm×4.0～25.0 mm

2.4 張力減徑機(jī)

24機(jī)架外傳動(dòng)張力減徑機(jī)如圖4所示。該機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)為三輥式矩形結(jié)構(gòu)，最大24機(jī)架位排放，由3套主電機(jī)+迭加電機(jī)傳動(dòng)，即采用3組串列式6電機(jī)集體差速傳動(dòng)的方式：第1～8機(jī)架由1號主電機(jī)和1號迭加電機(jī)傳動(dòng)，第9～14機(jī)架由2號主電機(jī)和2號迭加電機(jī)傳動(dòng)，第15～24機(jī)架由3號主電機(jī)和3號迭加電機(jī)傳動(dòng)。3套主電機(jī)+迭加電機(jī)轉(zhuǎn)速分別通過3套齒輪減速箱變速（1號主電機(jī)和1號迭加電機(jī)到每一機(jī)架的傳動(dòng)比不同，2號和3號主電機(jī)到各機(jī)架傳動(dòng)比相同，2號和3號迭加電機(jī)到各機(jī)架傳動(dòng)比不同），然后由減速箱的24根軸輸出，24根軸呈上下交錯(cuò)排列，每根軸經(jīng)分齒箱的傘齒輪嚙合另兩根軸后分別作用1個(gè)機(jī)架的3個(gè)軋輥。

圖4 24機(jī)架外傳動(dòng)張力減徑機(jī)

每個(gè)機(jī)架的3個(gè)軋輥采用外傳動(dòng)方式，與傳統(tǒng)的內(nèi)傳動(dòng)相比具有以下特點(diǎn)［10-11］：

（1）結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備維修方便。機(jī)架中的軋輥傳動(dòng)從機(jī)架外部單個(gè)傳動(dòng)，機(jī)架內(nèi)只裝3個(gè)軋輥和支承軋輥的軸承，運(yùn)行成本低，設(shè)備簡單，因而機(jī)架的換輥、拆裝和維護(hù)比較方便。

（2）有利于縮小機(jī)架間距和提高機(jī)架強(qiáng)度，可減少成品管切頭、切尾的損失，提高成材率。

（3）能適應(yīng)張力減徑機(jī)頻繁換輥的需要。同時(shí)還能保證軋輥的裝配精度，減少機(jī)架的制造和裝配工作量。

張力減徑機(jī)技術(shù)性能參數(shù)如下：

軋輥名義直徑310 mm

軋輥機(jī)架間距290 mm

單機(jī)架減徑率6.5%

總減徑率72%

軋制力矩22 kN·m

軋制力 140 kN

成品管規(guī)格 Ф48～177.8 mm×3.5～25.0 mm

3 先進(jìn)的電氣控制技術(shù)

3.1 供電系統(tǒng)

直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)共設(shè)計(jì)10臺整流變壓器。穿孔機(jī)上輥和下輥、軋管機(jī)1號和4號機(jī)架、張力減徑機(jī)1號和2號電機(jī)等均采用裂解式雙副邊整流變壓器。這對電網(wǎng)構(gòu)成等效十二相整流電路，可以大大減少諧波對電網(wǎng)的影響。軋管機(jī)5機(jī)架由1臺整流變壓器獨(dú)立供電，脫管機(jī)3臺電機(jī)、空減機(jī)架電機(jī)和穿孔機(jī)頂桿小車共用1臺整流變壓器，每套系統(tǒng)的進(jìn)線側(cè)加進(jìn)線電抗器。

穿孔區(qū)和軋管區(qū)直流電機(jī)勵(lì)磁電源由整流變壓器ZB7供電，張力減徑區(qū)直流電機(jī)勵(lì)磁電源由整流變壓器ZB10供電；其他輔助傳動(dòng)交流電機(jī)，包括輥道電機(jī)、調(diào)整電機(jī)，以及液壓泵等，由動(dòng)力變壓器供電。電氣設(shè)備的控制電源，也是來自廠區(qū)的動(dòng)力變壓器。

3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)配置

電控設(shè)備采用交-直流混合傳動(dòng)方式：直流電動(dòng)機(jī)采用西門子公司的6RA70全數(shù)字控制裝置，有調(diào)速要求的交流電機(jī)采用西門子公司的SINAMICS S120變頻器和日本安川電機(jī)的A1000系列變頻器，其他不調(diào)速交流電機(jī)采用繼電器、接觸器控制。

3.3 自動(dòng)化系統(tǒng)

采用了西門子公司最新的SIMATIC S7系列PLC組成系統(tǒng)，系統(tǒng)采用多級網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，即工業(yè)以太網(wǎng)。它可以快速準(zhǔn)確地完成集中監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率為100 Mb/s；可采用TCP/IP協(xié)議，適應(yīng)性更廣泛、靈活。其原理為隨機(jī)總線訪問方式，即各設(shè)備相對獨(dú)立，如果一個(gè)設(shè)備失效，其他設(shè)備的數(shù)據(jù)通信不受影響，這樣使數(shù)據(jù)通信更為可靠。PROFIBUS是令牌方式的現(xiàn)場總線網(wǎng)，其特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好，傳送速率最高達(dá)12 Mb/s，最遠(yuǎn)距離可達(dá)1 200 m，通過PROFIBUS網(wǎng)可將傳動(dòng)系統(tǒng)及現(xiàn)場遠(yuǎn)程I/O連為一體，減少了電纜的使用量，提高了設(shè)備的安全性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?2-13］。

4 生產(chǎn)效果及實(shí)測數(shù)據(jù)分析

試生產(chǎn)1個(gè)月，機(jī)組工藝設(shè)備、工輔設(shè)施及自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，軋制節(jié)奏最快為35 s，平均為40 s（還可進(jìn)一步提速），共熱軋鋼管7 256 t，最高班產(chǎn)量381.9 t。產(chǎn)品規(guī)格最小Ф73 mm×5.51 mm，最大Ф159 mm×14 mm，共計(jì)12個(gè)規(guī)格，4個(gè)鋼種（20、27SiMn、45、N80）。經(jīng)檢測，產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量、尺寸精度、物理力學(xué)性能等均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)線全套設(shè)備達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

以Ф73 mm×5.51 mm和Ф159 mm×14 mm規(guī)格產(chǎn)品的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過電鋸切斷鋼管頭部和尾部，獲得產(chǎn)品壁厚和外徑數(shù)據(jù)，在鋼管頭、中、尾部沿圓周各均勻選12個(gè)測量點(diǎn)測量外徑和壁厚。減徑后Ф73 mm×5.51 mm規(guī)格鋼管長71.8 m，經(jīng)切頭2.4 m、切尾1.6 m后，實(shí)測幾何尺寸見表1；Ф159 mm×14 mm鋼管長18 m，切頭400 mm，切尾300 mm，實(shí)測幾何尺寸見表2。

表1 Ф73 mm×5.51 mm規(guī)格產(chǎn)品的實(shí)測幾何尺寸mm

表2 Ф159 mm×14 mm規(guī)格產(chǎn)品的實(shí)測幾何尺寸mm

從表1～2可以看出：天津精通國產(chǎn)Ф180 mm連軋管機(jī)組生產(chǎn)的無縫鋼管質(zhì)量好，精度較高，產(chǎn)品完全滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，全套設(shè)備已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

天津精通國產(chǎn)Ф180 mm連軋管機(jī)組生產(chǎn)線具有設(shè)備布置緊湊、工藝流程短、運(yùn)行可靠、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)；開發(fā)的生產(chǎn)線電氣傳動(dòng)及自動(dòng)化系統(tǒng)，技術(shù)先進(jìn)、匹配完整、配置合理、使用安全可靠；生產(chǎn)線投產(chǎn)后使用狀況良好，運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)性能均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該機(jī)組具有良好的推廣前景，其成功投產(chǎn)為我國無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)備的更新改造方面提供了更多的選擇。

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Equipment Level and Application of Home-made Ф180 mm MPM Plant

LV Jiangang1，LI Yonggang2，TANG Derui2
（1.Tianjin Master Seamless Steel Pipe Co.，Ltd.，Tianjin 300353，China；2.Tianjin Junsheng Complete Equipment Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China）

Briefed in the paper are the production capacity，production flow，equipment type selection，product specification and variety of the home-made Ф180 mm plant.Also introduced are the characteristics and technical parameters of the main equipments of the plant，i.e.the vertical cone type piercer，5-stand retained mandrel pipe mill，3-stand extracting mill，24-stand stretch reducing mill etc.The properties of the main equipments of the homemade MPM plant are verified by the quality of two sizes of products，Ф73 mm×5.51 mm and Ф159 mm×14 mm，which provide more options for the equipment type selection to seamless steel tube manufacturers.

hot-rolled seamless steel pipe；home-made MPM plant；vertical cone type piercer；retained mandrel pipe mill；extracting mill；stretch reducing mill

TG335.71

B

1001-2311（2014）03-0059-05

2014-02-27）

呂建鋼（1966-），男，碩士，高級工程師，總經(jīng)理，從事無縫鋼管生產(chǎn)工藝、設(shè)備等技術(shù)研發(fā)和管理工作。