陶侃侃，李伯旺，陳 璐，張 浩

（天津鋼管制造有限公司，天津300301）

0 引言

江蘇天淮鋼管有限公司（以下簡稱 “天淮公司”）是天津鋼管制造有限公司子公司，坐落于江蘇省淮安市，地處華東，市場輻射能力強(qiáng)，地理位置優(yōu)越。天淮公司擁有全球首條Φ508 mm 三輥限動連軋無縫鋼管生產(chǎn)線，產(chǎn)品規(guī)格為Φ273～508 mm×6.35～80.0 mm 無縫鋼管，年生產(chǎn)能力50 萬噸以上，同時(shí)擁有20 萬噸產(chǎn)能的熱處理生產(chǎn)線、18 萬噸產(chǎn)能的光管生產(chǎn)線。

公司主要產(chǎn)品為API 5CT 系列鋼級H40、J55、K55、N80-1、N80Q、R95、L80-1、P110、Q125 等，API 5L 系列所有 鋼級，ASTM A106/A333/A335，ASME SA106/SA333/SA335 等。2021 年天淮公司制定60萬噸的目標(biāo)產(chǎn)能，每月至少繳庫量5 萬噸。從目前壁厚情況看，作為主要規(guī)格的極限薄壁管生產(chǎn)節(jié)奏繼續(xù)提升的難度較大，需要重新設(shè)計(jì)穿孔機(jī)各項(xiàng)軋制工具，以提高薄壁管小時(shí)產(chǎn)能。本文分析了制約公司薄壁管產(chǎn)能提高的主要因素，提出了改進(jìn)設(shè)計(jì)思路，重新設(shè)計(jì)了軋制工具，并對改進(jìn)措施實(shí)施效果進(jìn)行了總結(jié)。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀問題分析

天淮公司使用管坯規(guī)格為Φ380、450、500 mm三種。其中Φ450 mm 管坯軋制454 孔型的Φ501 mm 外徑毛管，Φ500 mm 管坯軋制530 孔型的Φ577 mm 外徑毛管。公司每月產(chǎn)品的60～80%是使用Φ500 mm 坯料生產(chǎn)530 孔型，坯料平均單重3 t 左右，加熱節(jié)奏最快130 s，另外成材率、有效作業(yè)率，高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)，都影響加熱爐小時(shí)產(chǎn)能和天然氣消耗。

公司環(huán)形爐2019 年改造后，坯料加熱節(jié)奏提高幅度很大，小時(shí)產(chǎn)能也提升很多。但由于管坯斷面較大，繼續(xù)大幅度提節(jié)奏（尤其是極限薄壁管）必然會影響到鋼坯均勻性和成品管壁厚偏差。

2 改進(jìn)設(shè)計(jì)思路

2.1 管坯替代

對530 和454 孔型穿孔軋制工具進(jìn)行改造，使用端面Φ450 mm 管坯生產(chǎn)530 孔型的Φ577 mm外徑毛管；使用端面Φ380 mm 管坯生產(chǎn)454 孔型的Φ501 mm 外徑毛管；受設(shè)備動作的限制，原有端面Φ380 mm 坯料生產(chǎn)383 孔型暫時(shí)不動，如果出料節(jié)奏能夠提起來，也可以使用端面Φ310 mm 的坯料。因此，坯料在形成毛管過程中穿孔的擴(kuò)徑率由原有的11～16%提高到28～32%。

2.2 穿孔軋制工具改造

軋制工具需要改造的部分：目前穿孔輥出口長度不足，采用大擴(kuò)徑率時(shí)需要增大穿孔輥出口角度；原有的二段式頂頭擴(kuò)徑率偏小，需要重新設(shè)計(jì)三段式頂頭；導(dǎo)板出口角度偏小，擴(kuò)徑率偏小，出口側(cè)角度需要增大，由于頂頭二段改三段式，頭后變形區(qū)加長，導(dǎo)板長度和厚度也需要增加。

2.3 分壁厚排產(chǎn)

受厚壁管投料長度和環(huán)形爐爐膛寬度限制，小坯子改造后的穿孔軋制工具可以軋制薄壁和中厚壁規(guī)格的管子，530 孔型可以軋制厚壁35 mm 以下的成品管，454 孔型可以軋制厚壁30 mm 以下的管子。這兩個(gè)壁厚以下的規(guī)格是公司的主力規(guī)格，可以使用優(yōu)化后的軋制工具軋制。

其他厚壁管可以使用原來的軋制工具和工藝進(jìn)行生產(chǎn)，在厚壁管合同不足時(shí)，可以排產(chǎn)薄壁和中厚壁管一起生產(chǎn)，以便形成批量，以免合同不足臨時(shí)更換穿孔輥，產(chǎn)生更多故障時(shí)間，同時(shí)可以消化現(xiàn)有軋制工具。

3 軋制工具設(shè)計(jì)

3.1 穿孔輥

受轉(zhuǎn)鼓等設(shè)備影響，輥身長度不變，在現(xiàn)有的穿孔輥參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改動。入口一段和二段角度、長度不變；為了增大擴(kuò)徑率到32%，同時(shí)保證毛管橢圓度，增大出口角度，由現(xiàn)有的4°增大到5.8°。穿孔輥簡圖如圖1 所示。

圖1 穿孔輥參數(shù)圖

3.2 頂頭

天淮公司穿孔機(jī)原始設(shè)計(jì)擴(kuò)徑率11～16%，所以頂頭采用二段式頂頭。改造后穿孔擴(kuò)徑率需要達(dá)到28%～32%，這樣在頂頭設(shè)計(jì)上要使用三段式頂頭代替二段式頂頭。530 孔型用Φ450 mm 坯穿Φ577 mm 外徑毛管，現(xiàn)場530 孔型毛管外徑實(shí)際控制在590 mm 左右，頂頭設(shè)計(jì)按照現(xiàn)場實(shí)際毛管外徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，連軋需求最薄毛管按照Φ590 mm×26 mm 設(shè)計(jì)。為滿足毛管幾何尺寸，重新設(shè)計(jì)了三段式Φ483 mm 頂頭。同樣454 孔型用Φ380 mm 坯穿Φ501 mm毛管，毛管尺寸按照Φ510 mm×26.1 mm 重新設(shè)計(jì)Φ412 mm 頂頭。Φ483 mm 頂頭簡圖如圖2 所示。

圖2 Φ483 mm 頂頭參數(shù)圖

3.3 導(dǎo)板

3 種孔型需要重新設(shè)計(jì)孔型導(dǎo)板。導(dǎo)板采用一段圓弧過渡，以利于毛管歸圓，同時(shí)導(dǎo)板寬度的設(shè)計(jì)和軋輥開度緊密結(jié)合，保證導(dǎo)板迎鋼側(cè)和軋輥輥面間隙控制在2 mm 以內(nèi)；考慮導(dǎo)板調(diào)整絲杠、導(dǎo)板座和軋輥壓下等因素的影響，在原導(dǎo)板的基礎(chǔ)上出口角度由5.5°增大到7.5°，這樣配合軋輥出口角度變化，穿孔機(jī)橢圓度系數(shù)控制在1.18 左右，就能生產(chǎn)出連軋所需的毛管外徑和壁厚；同時(shí)，導(dǎo)板厚度增加10 mm，長度由650 mm 增加到700 mm，這樣保證毛管在拋鋼前受到導(dǎo)板的束縛，有利于歸圓，減小毛管馬蹄口。Φ450 mm 導(dǎo)板簡圖3 所示。

圖3 Φ450 mm 導(dǎo)板簡圖

4 效益分析

4.1 小時(shí)產(chǎn)能提升和年產(chǎn)能增產(chǎn)

由于小坯子替代大坯子增大穿孔擴(kuò)徑率后，只能生產(chǎn)30～35 mm 壁厚以下的管子，針對這個(gè)壁厚的管子，改造前后對應(yīng)的節(jié)奏（考慮管坯外徑和長度）對比如表1 所示。從表1 可以看出，通過增大擴(kuò)徑率改造，530 孔型小時(shí)產(chǎn)能可以提升20～24.9%，454 孔型小時(shí)產(chǎn)能可以提升9～13.2%。以2019 年噸位計(jì)算，經(jīng)過改造，兩個(gè)孔型可以年增產(chǎn)5.29～6.72 萬噸（見表2）。如果合同量增加，年產(chǎn)能增加會更多。

表1 改造前后生產(chǎn)節(jié)奏對比

表2 改造后年產(chǎn)能增加情況

4.2 成本降低

按照2019 年530 和454 孔型薄壁和中厚壁熱軋管生產(chǎn)92 956 支計(jì)算，母坯約30 000 支，每支母坯切割減少一刀計(jì)算，每支節(jié)省鋸口10 mm 寬，可以節(jié)省465 噸的鋸口損失。另外小直徑管坯代替大直徑管坯，每個(gè)鋸口平米數(shù)降低，鋸片的成本也會隨之下降。

隨著管坯直徑減小，節(jié)奏提升，坯料在爐時(shí)間大大降低，點(diǎn)爐復(fù)產(chǎn)時(shí)間縮短，改造前后坯料在爐時(shí)間對比如表3 所示。由表3 可以看出，薄壁和中厚壁管坯總計(jì)在爐時(shí)間（212 個(gè)料位） 可以節(jié)省444～573 小時(shí)（見表3），按照每小時(shí)3 100 標(biāo)方天然氣計(jì)算，可節(jié)省天然氣1 367 400～1 776 300 標(biāo)方。

表3 改造前后坯料在爐時(shí)間對比

4.3 提高實(shí)物質(zhì)量和指標(biāo)

軋制工具優(yōu)化改造前，軋制薄壁極限管存在壁厚發(fā)散的情況，尤其是530 孔型10 mm 壁厚以下規(guī)格，壁厚發(fā)散較重。使用小坯子替代大坯子后，管坯直徑減小，管坯加熱質(zhì)量有所改善，有利于對毛管壁厚的控制；管坯斷面溫差減小，成品管管尾壁厚偏差會有所減小，這樣有可能降低切頭尾率；另外增大擴(kuò)徑率改造，對降低切頭尾率、提高實(shí)物質(zhì)量、提高成材率有積極作用。

5 結(jié)語

使用小坯子替代大坯子，以及軋制工具優(yōu)化改造后，有效以提高了環(huán)形加熱爐出料節(jié)奏，提高了產(chǎn)線薄規(guī)格熱軋管小時(shí)產(chǎn)能。隨著加熱爐出料節(jié)奏的提高，加熱爐天然氣的噸鋼消耗成本也會有所降低；坯料外徑減小，對管坯斷面加熱的均勻性也會產(chǎn)生積極的作用，可提高成品管的成材率；管坯斷面的減小，意味著所需母坯長度增加，同樣長度管子的母坯切成定尺坯，刀數(shù)減少了1～2 刀，對降低鋸片成本和節(jié)省刀口金屬損失，也都有積極的作用。

雖然上述改進(jìn)措施取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，但是也有生產(chǎn)組織復(fù)雜和投資增大的弊端，需要今后加以完善。