連鑄圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)設(shè)計理念與實用性分析

王三云

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176）

連鑄圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)設(shè)計理念與實用性分析

王三云

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176）

介紹了熱軋鋼管連鑄圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的設(shè)計理念、工藝流程、主要設(shè)備選型、效益測算以及實用性等。該方法及系統(tǒng)的設(shè)計理念是：將熱軋鋼管與煉鋼連鑄兩系統(tǒng)集成整合成一體，煉鋼連鑄系統(tǒng)按照熱軋鋼管系統(tǒng)要求，實時組織生產(chǎn)并供坯；兩個系統(tǒng)在小時產(chǎn)量和年產(chǎn)量上匹配；圓管坯熱裝系統(tǒng)工藝流程順暢、合理；倍尺圓管坯采用兩座步進(jìn)式加熱爐（預(yù)熱爐、高溫爐）加熱和高速旋轉(zhuǎn)熱鋸機鋸成定尺。

熱軋鋼管；煉鋼連鑄；圓管坯；熱裝方法及系統(tǒng)；創(chuàng)新設(shè)計；實用性分析

目前，由國內(nèi)幾位鋼管工作者自主開發(fā)的“熱軋鋼管連鑄圓管坯熱裝系統(tǒng)”和“熱軋鋼管連鑄圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)”（簡稱圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)）取得國家知識產(chǎn)權(quán)局實用新型專利和發(fā)明專利，專利號分別為：201020582665.5和201010523881.7?，F(xiàn)對該專利的設(shè)計理念、工藝流程、主要設(shè)備選型、效益測算以及實用性等內(nèi)容進(jìn)行介紹。不足之處，敬請指正。

1 設(shè)計理念

傳統(tǒng)的采用100%冷圓管坯生產(chǎn)熱軋鋼管的各種類型的軋管系統(tǒng)［1-10］，其設(shè)計理念是：熱軋鋼管（簡稱軋管）系統(tǒng)設(shè)計范圍從冷圓管坯準(zhǔn)備開始到熱軋鋼管成品入庫為止，工藝流程、設(shè)備選型已經(jīng)規(guī)范化；軋管系統(tǒng)與煉鋼連鑄（簡稱連鑄）系統(tǒng)各自獨立，后者生產(chǎn)的圓管坯品種、規(guī)格、數(shù)量與前者的要求不同步；在產(chǎn)能上兩者不一定匹配，連鑄系統(tǒng)有潛力，可以向第二套軋管系統(tǒng)供坯，當(dāng)外來圓管坯質(zhì)量好、價格低時，軋管系統(tǒng)也可由其他連鑄系統(tǒng)供坯，但兩者都能正常生產(chǎn)；在設(shè)備平面布置上，兩者可以相鄰或有一定間距；軋管系統(tǒng)前有管坯庫，連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的全部倍尺熱圓管坯冷卻到室溫后存放于管坯庫中，軋管系統(tǒng)需要的冷圓管坯由管坯庫提供，管坯庫是軋管系統(tǒng)與連鑄系統(tǒng)之間聯(lián)系的唯一“橋梁”。有了這個“橋梁”，使兩者在生產(chǎn)組織、技術(shù)管理、計算機控制等方面比較簡單。但熱圓管坯的能源沒有得到充分利用而白白浪費掉，設(shè)備數(shù)量多，占地面積大，建廠投資高。

因此，傳統(tǒng)的軋管系統(tǒng)設(shè)計理念，不符合圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的要求。

為了實現(xiàn)圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)，并使它實用可靠，必須打破傳統(tǒng)的設(shè)計思維，創(chuàng)建新的設(shè)計理念，主要內(nèi)容包括：將軋管系統(tǒng)與連鑄系統(tǒng)兩者集成整合成一體，從煉鋼原料準(zhǔn)備到成品鋼管入庫，實行統(tǒng)一控制和管理，工藝流程應(yīng)順暢、合理；軋管系統(tǒng)的加熱爐和熱鋸機不用傳統(tǒng)設(shè)備；按照產(chǎn)品訂貨對圓管坯數(shù)量、規(guī)格、鋼種的要求，連鑄系統(tǒng)應(yīng)實時組織生產(chǎn)并供坯；兩者在小時產(chǎn)量和年產(chǎn)量上要匹配，盡可能地將圓管坯及時軋制成鋼管，減少外供商品坯數(shù)量，提高熱裝比；而軋管系統(tǒng)和連鑄系統(tǒng)各自獨立的工藝流程也應(yīng)順暢，設(shè)備先進(jìn)，不能突出一方，損害另一方；集成整合成一體后，統(tǒng)一考核技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，不對其中某一個系統(tǒng)進(jìn)行單獨考核；設(shè)備平面布置要緊湊、靈活。

2 工藝流程及主要設(shè)備選型

2.1 適合生產(chǎn)的鋼管品種

最適合采用圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)生產(chǎn)的鋼管品種，應(yīng)該是批量大、沒有特殊要求的油套管、管線管、結(jié)構(gòu)管、低中高壓鍋爐管、液壓支架管等。這些鋼管的特點是：用途廣，其產(chǎn)量占國內(nèi)鋼管總產(chǎn)量的比例很大；鋼種對澆注溫度的敏感性不高，鋼水流動性好，連鑄速度變化幅度達(dá)-10%～+10%；鋼管尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)僅有2個，即油套管的API Spec 5CT—2011《套管及油管規(guī)范》和其他鋼管品種的GB/T 17395—2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》。鋼管品種的這些特點有利于提高熱裝比，降低能耗，減少換輥次數(shù)。高合金鋼管，以及批量少、產(chǎn)量低、有特殊要求的鋼管，不適合采用圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)生產(chǎn)。

2.2 工藝流程

圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程為：原料準(zhǔn)備→煉鋼→爐外精煉→連鑄→熱圓管坯火焰切倍尺→圓管坯加熱→熱鋸切定尺→高壓水除鱗→穿孔→軋管……成品鋼管入庫。但熱圓管坯火焰切倍尺以前的工藝流程和熱圓管坯除鱗、熱定心以后的工藝流程，與傳統(tǒng)的連鑄系統(tǒng)及采用100%冷圓管坯生產(chǎn)鋼管的工藝流程相同。因此，重點研究從熱圓管坯火焰切倍尺開始，倍尺圓管坯加熱、熱鋸切成定尺為止的局部工藝流程。如果這局部的工藝流程順暢、合理，就說明圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程順暢、合理。

一般情況下，根據(jù)軋管系統(tǒng)產(chǎn)品規(guī)格，往往采用1種或3～4種直徑的圓管坯。每一種直徑的圓管坯可生產(chǎn)一定尺寸范圍的鋼管，生產(chǎn)小尺寸和大尺寸鋼管的小時產(chǎn)量變化很大，而連鑄系統(tǒng)澆鑄一種直徑圓管坯的小時產(chǎn)量變化幅度僅為-10%～+10%。在實際生產(chǎn)過程中，將軋管系統(tǒng)生產(chǎn)的不同規(guī)格鋼管折算成圓管坯的小時產(chǎn)量（簡稱軋管系統(tǒng)小時產(chǎn)量），與連鑄系統(tǒng)的小時產(chǎn)量比較，有相等或基本相等、前者小時產(chǎn)量小于后者、前者小時產(chǎn)量大于后者的3種平衡狀態(tài)。

在圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)投產(chǎn)初期，企業(yè)尚未熟練掌握熱裝技術(shù)，軋管系統(tǒng)與連鑄系統(tǒng)宜采用各自獨立生產(chǎn)。連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的冷圓管坯全部存放在管坯庫中；軋管系統(tǒng)所需的冷圓管坯，全部由管坯庫提供。當(dāng)熟練掌握熱裝技術(shù)后即轉(zhuǎn)入圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)生產(chǎn)。因此，軋管系統(tǒng)與連鑄系統(tǒng)之間的小時產(chǎn)量就有4種平衡狀態(tài)，也就是說有4種不同的工藝流程。

2.2.1 第一種工藝流程

當(dāng)軋管系統(tǒng)與連鑄系統(tǒng)之間的小時產(chǎn)量相等或基本相等，由于圓管坯在運輸過程中采取保溫措施，連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的倍尺熱圓管坯的溫度750～850℃，全部可直接熱裝進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐加熱，待溫度達(dá)到1 250～1 280℃后出爐，在熱鋸機上鋸成定尺，供軋管系統(tǒng)軋制成鋼管，成品鋼管入庫。

對步進(jìn)式高溫爐，是100%熱圓管坯加熱；對圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)，是采用100%熱圓管坯生產(chǎn)鋼管。這是第一種工藝流程，即100%熱圓管坯熱裝工藝流程。

2.2.2 第二種工藝流程

當(dāng)適當(dāng)減少連鑄系統(tǒng)的小時產(chǎn)量，軋管系統(tǒng)小時產(chǎn)量仍小于連鑄系統(tǒng)的小時產(chǎn)量。連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)具有750～850℃溫度的大部分倍尺熱圓管坯，可直接熱裝進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐中加熱，當(dāng)溫度達(dá)到1 250～1 280℃溫度后出爐，在熱鋸機上鋸成定尺，供軋管系統(tǒng)軋制成鋼管，成品鋼管入庫。少部分倍尺熱圓管坯，經(jīng)圓管坯保溫罩臺架降溫至300～400℃，再進(jìn)入預(yù)熱爐加熱到750～850℃溫度，并存放在爐內(nèi)；或經(jīng)冷卻運輸臺架冷卻到常溫后，按要求存放在管坯庫中。

當(dāng)預(yù)熱爐內(nèi)和管坯庫中的圓管坯達(dá)到一定數(shù)量，加上已軋制成鋼管的熱圓管坯數(shù)量，可滿足這批鋼管訂貨量所需的圓管坯數(shù)量，將這批已生產(chǎn)存放在管坯庫中的冷圓管坯也裝入步進(jìn)式預(yù)熱爐中加熱到750～850℃溫度，預(yù)熱爐內(nèi)這兩部分圓管坯再進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐加熱到1 250～1 280℃溫度后，供軋管系統(tǒng)軋制成鋼管。如果預(yù)熱爐內(nèi)和管坯庫中的冷圓管坯批量小，軋管系統(tǒng)很快軋制完，連鑄系統(tǒng)可短時停工；如果預(yù)熱爐內(nèi)和管坯庫中的冷圓管坯批量大，軋制時間長，連鑄系統(tǒng)應(yīng)更換工具，生產(chǎn)按第三種工藝流程生產(chǎn)鋼管所需的圓管坯，暫時存放在管坯庫中，留做生產(chǎn)需要這種圓管坯的鋼管用。按這種工藝流程生產(chǎn)鋼管，管坯庫中基本上不會增加冷圓管坯或短時間內(nèi)有少量冷圓管坯。

對步進(jìn)式高溫爐，是100%熱圓管坯加熱；對圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)，大部分采用熱圓管坯生產(chǎn)鋼管。這是第二種工藝流程，即大部分熱圓管坯熱裝工藝流程。

2.2.3 第三種工藝流程

適當(dāng)增加連鑄系統(tǒng)的小時產(chǎn)量后，軋管系統(tǒng)的小時產(chǎn)量仍然大于連鑄系統(tǒng)的小時產(chǎn)量。連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的全部熱圓管坯，供軋管系統(tǒng)生產(chǎn)鋼管，仍不能滿足它的產(chǎn)量要求，需要每小時不斷補充一定數(shù)量的預(yù)先存放在管坯庫中的倍尺冷圓管坯。這些冷圓管坯大部分由于連鑄系統(tǒng)年工作時間比軋管系統(tǒng)長而預(yù)先生產(chǎn)的。

連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的溫度為750～850℃的全部熱圓管坯，直接進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐中加熱；補充冷圓管坯預(yù)先進(jìn)入步進(jìn)式預(yù)熱爐中，從室溫預(yù)熱到750～850℃，再根據(jù)每小時不斷補充要求，也進(jìn)入步進(jìn)式高熱爐加熱。兩路圓管坯在步進(jìn)式高溫爐中加熱達(dá)到1 250～1 280℃溫度后出爐，在熱鋸機上鋸成定尺，供軋管系統(tǒng)軋制成鋼管，成品鋼管入庫。

對步進(jìn)式高溫爐，兩路熱圓管坯同時加熱；對圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)，采用熱、冷圓管坯生產(chǎn)鋼管。這是第三種工藝流程，即熱、冷圓管坯熱、冷裝工藝流程。

2.2.4 第四種工藝流程

軋管系統(tǒng)與連鑄系統(tǒng)各自獨立生產(chǎn)工藝流程的由來在2.2節(jié)中已做了說明，但它又不完全是傳統(tǒng)的舊工藝流程。該工藝流程要求軋管系統(tǒng)與連鑄系統(tǒng)采用各自獨立生產(chǎn)，生產(chǎn)期間連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的全部倍尺熱圓管坯，經(jīng)冷卻運輸臺架冷卻后，按要求存放在管坯庫中。軋管系統(tǒng)所需冷圓管坯由管坯庫提供，為此預(yù)先將管坯庫中的冷圓管坯裝入步進(jìn)式預(yù)熱爐中預(yù)熱到750～850℃，再進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐中加熱到1 250～1 280℃后出爐，供軋管系統(tǒng)軋制成鋼管。

對步進(jìn)式預(yù)熱爐和高溫爐，是采用100%冷圓管坯串聯(lián)加熱，從室溫加熱到1 250～1 280℃；對圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)，是采用100%冷圓管坯生產(chǎn)鋼管。這是第四種工藝流程，即100%冷圓管坯冷裝工藝流程。

2.3 軋管系統(tǒng)和連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)中停工的工藝流程

整合成一體的軋管系統(tǒng)和連鑄系統(tǒng)停工有兩大類：一類是生產(chǎn)線設(shè)備計劃大中小檢修，計劃更換軋輥、工具及設(shè)備非計劃事故造成的停工；另一類是連鑄系統(tǒng)年工作時間比軋管系統(tǒng)的長，連鑄系統(tǒng)可繼續(xù)生產(chǎn)，軋管系統(tǒng)停工。

對傳統(tǒng)的熱軋鋼管機組，軋管系統(tǒng)和連鑄系統(tǒng)是獨立的，由于有管坯庫存在，不管哪一類停工，都不會影響兩系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程。但對圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)，一個系統(tǒng)停工將影響集成整合成一體生產(chǎn)線工藝流程，需要認(rèn)真研究。

大多數(shù)情況下，軋管系統(tǒng)設(shè)備計劃檢修時間都比連鑄系統(tǒng)的長，非計劃事故造成的停工時機和時間長短不好預(yù)測，但有了上述4種生產(chǎn)工藝流程后，廢品和冷圓管坯能順利進(jìn)、出生產(chǎn)線，其工藝流程仍能繼續(xù)順利通暢。

這里重點討論由計劃更換軋輥、工具停工而產(chǎn)生的工藝流程變化。

2.3.1 軋管系統(tǒng)和連鑄系統(tǒng)停工

圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中，由于系統(tǒng)集成整合成一體，不管哪個系統(tǒng)更換軋輥、工具停工，都會導(dǎo)致另一個系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程發(fā)生變化。

（1）軋管系統(tǒng)和連鑄系統(tǒng)小時產(chǎn)量相等或基本相等，軋管系統(tǒng)用一種直徑圓管坯生產(chǎn)A尺寸鋼管，根據(jù)訂貨要求改為生產(chǎn)B尺寸而鋼種不變的鋼管。軋管系統(tǒng)更換軋輥停工時間為20～30 min。此時連鑄系統(tǒng)所生產(chǎn)的全部倍尺熱圓管坯，經(jīng)保溫運輸臺架保溫，預(yù)計溫度下降300～400℃，進(jìn)入預(yù)熱爐適當(dāng)加熱到750～850℃后，保留在爐內(nèi)待用并計算好所需圓管坯數(shù)量。當(dāng)軋管系統(tǒng)重新起動生產(chǎn)，連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的倍尺熱圓管坯，首先直接進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐加熱到1 250～1 280℃后出爐，供軋管系統(tǒng)生產(chǎn)。在軋管系統(tǒng)生產(chǎn)一段時間后，精確計算好這一段生產(chǎn)時間內(nèi)已軋制成鋼管的圓管坯數(shù)量和保留在預(yù)熱爐內(nèi)圓管坯數(shù)量及完成訂貨鋼管還需要的圓管坯數(shù)量。當(dāng)這3項圓管坯總量可滿足訂貨需求，連鑄系統(tǒng)可適當(dāng)降低拉坯速度，減少其小時產(chǎn)量，但這樣不能滿足軋管系統(tǒng)小時產(chǎn)量要求。為使兩者小時產(chǎn)量相等或基本相等，將預(yù)先保留在預(yù)熱爐內(nèi)溫度為750～850℃的圓管坯，按要求每小時不斷補充進(jìn)入高溫爐中。兩路圓管坯在步進(jìn)式高溫爐內(nèi)加熱到1 250～1 280℃后出爐，供軋管系統(tǒng)生產(chǎn)，完成訂貨要求。整合成一體的生產(chǎn)線工藝流程由原來的第一種，停工后維持第一種，再轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌N。

（2）軋管系統(tǒng)和連鑄系統(tǒng)小時產(chǎn)量相等或基本相等，軋管系統(tǒng)用一種直徑圓管坯生產(chǎn)A尺寸鋼管，根據(jù)訂貨要求改為生產(chǎn)A尺寸而鋼種不同的鋼管。連鑄系統(tǒng)由于鋼種變化要更換中間罐，引錠桿重新引錠，停工時間為30～60 min。這時先計算好這一時間段內(nèi)軋管系統(tǒng)的產(chǎn)量。預(yù)先將管坯庫中有廣泛用途鋼管的圓管坯（其量與這一時間段內(nèi)軋管系統(tǒng)的產(chǎn)量相同）裝入步進(jìn)式預(yù)熱爐中預(yù)熱到750～850℃，隨后進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐中加熱到1 250～1 280℃后出爐，供軋管系統(tǒng)生產(chǎn)鋼管。當(dāng)連鑄系統(tǒng)重新起動生產(chǎn)，預(yù)熱爐內(nèi)已沒有圓管坯，可以停爐。連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的具有750～850℃的倍尺熱圓管坯，直接進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐中加熱到1 250～1 280℃后出爐，供軋管系統(tǒng)生產(chǎn)，完成訂貨要求。整合成一體的生產(chǎn)線工藝流程由原來的第一種，轉(zhuǎn)變?yōu)榈谒姆N，再轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝环N。

（3）軋管系統(tǒng)生產(chǎn)A尺寸鋼管時，軋管系統(tǒng)小時產(chǎn)量小于連鑄系統(tǒng)的小時產(chǎn)量；當(dāng)按訂貨要求改為生產(chǎn)B尺寸鋼管，仍采用上述直徑和鋼種相同的圓管坯，此時軋管系統(tǒng)小時產(chǎn)量大于連鑄系統(tǒng)的小時產(chǎn)量。軋管系統(tǒng)由于更換軋輥停工20～30 min，而連鑄系統(tǒng)可繼續(xù)生產(chǎn)。連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的750～850℃全部熱圓管坯，首先進(jìn)入保溫運輸臺架，預(yù)計溫度下降300～400℃，再進(jìn)入步進(jìn)式預(yù)熱爐適當(dāng)加熱，使其溫度加熱到750～850℃后，存放在預(yù)熱爐中待用。當(dāng)軋管系統(tǒng)重新開始軋管，連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的具有750～850℃的全部熱圓管坯，首先直接進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐加熱，但不能滿足軋管系統(tǒng)的小時產(chǎn)量要求，每小時需要從預(yù)熱爐中不斷補充一定數(shù)量的倍尺熱圓管坯，也進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐加熱，兩路圓管坯在步進(jìn)式高溫爐中加熱到1 250～1 280℃后出爐，在熱鋸機上鋸成定尺，供軋管系統(tǒng)生產(chǎn)鋼管。當(dāng)訂貨批量較大，預(yù)熱爐中熱圓管坯補充完后仍然不夠，可適當(dāng)增加間隙時間，以降低軋管系統(tǒng)小時產(chǎn)量，使之與連鑄系統(tǒng)的相等或基本相等，直到滿足訂貨要求。此時，整合成一體的生產(chǎn)線工藝流程由原來的第二種，轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌N，再轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝环N。

以上是軋管系統(tǒng)用一種直徑圓管坯生產(chǎn)一種尺寸鋼管，改為生產(chǎn)另一種鋼管，鋼種相同或不相同，軋管系統(tǒng)和連鑄系統(tǒng)交替停工，通過4種工藝流程中的2~3種工藝流程的組合，使整合成一體生產(chǎn)線工藝流程順暢、合理，由于整合成一體生產(chǎn)線是計算機控制，兩系統(tǒng)適當(dāng)調(diào)整小時產(chǎn)量是可以實現(xiàn)的。

當(dāng)軋管系統(tǒng)用一種直徑圓管坯生產(chǎn)一種尺寸鋼管，改為用另一種直徑圓管坯生產(chǎn)另一種鋼管，軋管系統(tǒng)和連鑄系統(tǒng)按順序同時停工，整合成一體生產(chǎn)線，工藝流程由4種工藝流程中的一種轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N，工藝流程變化簡單，前面已介紹過，不再描述。

2.3.2 連鑄系統(tǒng)比軋管系統(tǒng)年工作時間長

整合成一體的圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)，其連鑄系統(tǒng)比軋管系統(tǒng)的年工作時間長多少，現(xiàn)在還沒有實用可靠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。由于連鑄系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，暫定其年工作時間比軋管系統(tǒng)的長500～800 h。在這時間段內(nèi)，軋管系統(tǒng)停工，連鑄系統(tǒng)可繼續(xù)生產(chǎn)。連鑄系統(tǒng)根據(jù)鋼管企業(yè)按季度或半年時間組織訂貨鋼管品種中，一定會有按第三種工藝流程生產(chǎn)的鋼管。連鑄系統(tǒng)應(yīng)該生產(chǎn)這種鋼管所需的圓管坯，生產(chǎn)時間在500～800 h。這樣生產(chǎn)的熱圓管坯，在直徑、鋼種及數(shù)量上與訂貨鋼管所需圓管坯相同。連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的熱圓管坯冷卻到室溫后，按要求全部存放在管坯庫中待用，存放時間不超過一個季度或半年，不會長期積壓。

當(dāng)整合成一體的生產(chǎn)線按訂貨要求以第三種工藝流程生產(chǎn)鋼管，預(yù)先將存放在管坯庫中的按訂貨鋼管匹配的冷圓管坯，按批裝入步進(jìn)式預(yù)熱爐，預(yù)熱到750～850℃，留在爐內(nèi)待用。連鑄系統(tǒng)也按訂貨鋼管要求生產(chǎn)的具有750～850℃熱圓管坯，直接進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐加熱，但產(chǎn)量不能滿足軋管系統(tǒng)要求，應(yīng)每小時不斷將預(yù)熱爐內(nèi)的圓管坯補充進(jìn)步進(jìn)式高溫爐，兩路圓管坯在高溫爐中加熱到1 250～1 280℃后出爐，供軋管系統(tǒng)軋制成鋼管。這樣生產(chǎn)的鋼管，其規(guī)格、鋼種符合訂貨要求。

總之，按創(chuàng)新理念設(shè)計的圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)，由于有了最基本的4種工藝流程，即使因各種原因造成生產(chǎn)線停工，都能維持整合成一體生產(chǎn)線持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，且工藝流程順暢、合理，軋管系統(tǒng)能將連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的圓管坯幾乎全部軋制成鋼管，減少了外供商品坯數(shù)量，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的局部工藝流程如圖1所示。

圖1 圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的局部工藝流程

2.4 軋管系統(tǒng)及相匹配的連鑄系統(tǒng)設(shè)備選型

對圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)，軋管系統(tǒng)采用何種軋管機組，以及與它匹配的連鑄系統(tǒng)何種設(shè)備，需要根據(jù)鋼管品種研究選擇。

我國熱軋鋼管機組種類很多，按照上述鋼管品種，最適合的軋管機組應(yīng)該是先進(jìn)的連軋管機組，包括Ф159 mm、Ф258 mm、Ф340 mm、Ф460 mm連軋管機組。連軋管機組適合大批量鋼管品種生產(chǎn)，其產(chǎn)量高、產(chǎn)品質(zhì)量好、自動化程度高，是當(dāng)今世界各國舊軋管機組改造和新軋管機組建設(shè)的首選機型［11-13］。同時它最適合與超高功率電爐、LF（鋼包精煉爐）、VD（真空脫氣爐）和大半徑弧形連續(xù)矯直或多點矯直高效連鑄機組匹配，組成短流程圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝。國內(nèi)天津鋼管集團(tuán)股份有限公司（簡稱天津鋼管）、攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司（簡稱攀成鋼）以及寶山鋼鐵股份有限公司（簡稱寶鋼股份）等的連軋管系統(tǒng)與連鑄系統(tǒng)都是這樣匹配的。

Ф177 mm CPE軋管機組和Ф250 mm精密軋管機組，其生產(chǎn)工藝成熟可靠，設(shè)備投資和生產(chǎn)成本比同規(guī)格連軋管機組的低［1-2］。當(dāng)熱軋鋼管連鑄圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)要求年產(chǎn)鋼管25～30萬t，鋼管最小批量合理，頻率不高，選用這兩種軋管機型是合理的。

其他熱軋鋼管機組，如自動軋管機組、擠壓機組、周期軋管機組、三輥軋管機組等［1-10］，有的是淘汰落后機組，有的適合生產(chǎn)高合金鋼管，有的適合生產(chǎn)大直徑厚壁鋼管，產(chǎn)量較低，有的適合生產(chǎn)小批量多品種鋼管。這類軋管機組，不適合采用圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)工藝流程生產(chǎn)鋼管。

2.5 圓管坯加熱爐及熱鋸切設(shè)備的選型

2.5.1 圓管坯加熱爐的選型

目前國內(nèi)各種熱軋鋼管機組的圓管坯加熱設(shè)備，幾乎全部采用環(huán)形加熱爐，并且國內(nèi)環(huán)形爐的設(shè)計制造水平、自動化程度、圓管坯加熱質(zhì)量等都達(dá)到了較高的水平。

分析圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的工藝流程可知，其圓管坯加熱爐，有時要100%加熱具有750～850℃的熱圓管坯，有時要同時加熱室溫的冷圓管坯和具有750～850℃的熱圓管坯，有時要100%加熱室溫的冷圓管坯，有時要求圓管坯最大倍尺長度約為10 000mm。要適應(yīng)上述3種不同溫度倍尺圓管坯的加熱，如果采用1座圓管坯加熱爐，不管國內(nèi)廣泛采用的環(huán)形加熱爐，還是國外20世紀(jì)70年代后期開始采用的9座步進(jìn)式加熱爐，其生產(chǎn)操作是很困難的。因此必須采用2座加熱爐，即一座為預(yù)熱加熱爐，另一座為高溫加熱爐，同時要處理好它們之間產(chǎn)量匹配和銜接。

如果選用國內(nèi)普遍使用的2座環(huán)形加熱爐，其布置比較困難，占地面積大，銜接復(fù)雜，能源消耗大，而且環(huán)形加熱爐根本不可能加熱最大長度約為10 000 mm的倍尺圓管坯。因此，環(huán)形加熱爐不適合用于圓管坯熱裝的加熱。

2座步進(jìn)式加熱爐是唯一可選擇的爐型。其中，1座是步進(jìn)式預(yù)熱爐，將室溫的冷圓管坯加熱到750～850℃；另1座是步進(jìn)式高溫爐，將750～850℃的熱圓管坯加熱到1 250～1 280℃，也可加熱最大長度約為10 000 mm的圓管坯。這2座步進(jìn)式加熱爐可以獨立操作，也可以聯(lián)動操作。即當(dāng)軋管系統(tǒng)采用第一或第二種工藝流程生產(chǎn)鋼管，連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的具有750～850℃的倍尺熱圓管坯，經(jīng)運輸輥道直接進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐加熱到1 250～1 280℃，步進(jìn)式預(yù)熱爐停爐。當(dāng)軋管系統(tǒng)采用第三種工藝流程生產(chǎn)鋼管，連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的溫度為750～850℃的倍尺熱圓管坯，直接進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐加熱到1 250～1 280℃；同時步進(jìn)式預(yù)熱爐開爐，補充的冷圓管坯預(yù)先裝入步進(jìn)式預(yù)熱爐，從常溫加熱到750～850℃后保溫，按要求補充進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐加熱到1 250～1 280℃后出爐，這樣進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐的圓管坯溫度基本一致，保證高溫爐加熱圓管坯的質(zhì)量。當(dāng)這個鋼管品種生產(chǎn)完成后，預(yù)熱爐要根據(jù)情況停爐或預(yù)熱其他尺寸圓管坯。當(dāng)軋管系統(tǒng)采用第四種工藝流程生產(chǎn)鋼管，2座步進(jìn)式加熱爐同時使用，即將圓管坯庫中的冷圓管坯裝入步進(jìn)式預(yù)熱爐，從室溫加熱到750～850℃溫度后，經(jīng)運輸輥道送入步進(jìn)式高溫爐，串聯(lián)加熱到1 250～1 280℃后出爐。2座步進(jìn)式加熱爐可以滿足上述4種不同溫度最長10 000 mm圓管坯的加熱。

在國內(nèi)大中型熱軋鋼管生產(chǎn)機組中，目前還沒有采用步進(jìn)式加熱爐加熱圓管坯的先例；但1977—1997年，國外在新建或改建的軋管機組中，有9套軋管機組（從規(guī)格最小的Φ102mm狄塞爾軋管機組，到最大的Φ426 mm連軋管機組）采用步進(jìn)式加熱爐，加熱直徑為90～360 mm、長度為1 500～12 000 mm的圓管坯［14］。近年來國內(nèi)江陰、淮安、無錫和大連等地的特殊鋼企業(yè)的棒材軋機，采用大直徑連鑄圓管坯生產(chǎn)特殊鋼圓鋼和方鋼，其加熱設(shè)備就是步進(jìn)式加熱爐。其中，江陰和大連的特殊鋼企業(yè)的步進(jìn)式加熱爐加熱連鑄圓管坯的規(guī)格為：Φ280 mm×4 000～8 000 mm、Φ350 mm×4 000～8 000 mm和Φ500 mm×4 000～8 000 mm?？梢?，采用步進(jìn)式加熱爐加熱長度3 900～10 000 mm、直徑150～450mm的連鑄圓管坯，在技術(shù)上是沒有任何問題的［15］。

與環(huán)形加熱爐比較，采用步進(jìn)式加熱爐加熱圓管坯有以下優(yōu)點。

（1）爐底面積利用率高。步進(jìn)式加熱爐加熱冷圓管坯的單位爐底面積產(chǎn)量最大為500 kg/（m2·h），而環(huán)形加熱爐加熱冷圓管坯的單位爐底面積產(chǎn)量僅為300～350 kg/（m2·h）。這就是說，在同樣小時產(chǎn)量下，步進(jìn)式加熱爐的爐底面積僅是環(huán)形加熱爐的60%～70%：因此，在相同產(chǎn)量時，步進(jìn)式加熱爐的尺寸小，投資少，熱量損失少。

（2）加熱均勻性好。圓管坯和步進(jìn)梁的接觸僅幾個點（接觸點黑印已解決），而在環(huán)形加熱爐內(nèi)的圓管坯和爐底的接觸是一個長方形的面；因此，圓管坯在步進(jìn)式加熱爐內(nèi)受熱均勻性好，斷面溫差小。

（3）加熱時間短。圓管坯在步進(jìn)式加熱爐內(nèi)四面加熱，縮短了圓管坯在爐內(nèi)的加熱時間，滿足了高產(chǎn)量的要求。

（4）燃料消耗低。圓管坯在步進(jìn)式加熱爐內(nèi)四面加熱，加上爐底利用率高，在相同條件下燃料消耗與熱量損失比環(huán)形爐低，節(jié)能10%～20%。

（5）占地面積小，便于布置。根據(jù)圓管坯直徑和質(zhì)量，步進(jìn)式加熱爐裝、出料，可側(cè)進(jìn)側(cè)出也可直進(jìn)直出，圓管坯進(jìn)、出運輸輥道與加熱爐端面平行；而環(huán)形加熱爐要用輸入輥道、橫向運輸臺架和裝料機、出料機、輸出輥道及橫向運輸臺架。相比之下，步進(jìn)式加熱爐裝、出料操作方便，設(shè)備便于布置，而且占地和廠房面積小。

（6）可以加熱長度為10 000mm的圓管坯，而環(huán)形加熱爐加熱圓管坯的長度最大約為5 000 mm。2.5.2圓管坯熱鋸切設(shè)備的選型

對于Ф159～460 mm連軋管系統(tǒng)，要求圓管坯定尺長度為1 300～5 000 mm。目前連鑄系統(tǒng)很難直接生產(chǎn)長度小于2 500mm連鑄圓管坯，即使能生產(chǎn)長度2 500mm圓管坯，也不能完全滿足軋管系統(tǒng)的要求，若由此造成連鑄系統(tǒng)設(shè)備投資大是不合理的。因此，對連鑄系統(tǒng)來說仍應(yīng)生產(chǎn)倍尺長度圓管坯。當(dāng)然不能采用舊工藝（先將倍尺熱圓管坯冷卻到室溫，再在冷鋸斷設(shè)備上切成定尺長度），只能在熱態(tài)下把它鋸切成定尺長度，以供軋管系統(tǒng)生產(chǎn)。鋸切設(shè)備的選擇及其工序位置的設(shè)置，將直接影響連鑄系統(tǒng)設(shè)備的合理性等。

將倍尺熱圓管坯鋸切成定尺，目前國內(nèi)可供選擇的設(shè)備是傳統(tǒng)的摩擦鋸，而國外許多鋼管機組（如日本新日鐵八番廠的Ф400 mm自動軋管機組、Ф187 mm半限動芯棒連軋管機組，美國費爾菲爾徳和北星Ф250 mm限動芯棒連軋管機組，俄國伏爾加Ф426mm限動芯棒連軋管機組等）都采用高速旋轉(zhuǎn)熱鋸機。與傳統(tǒng)的摩擦鋸相比，高速旋轉(zhuǎn)熱鋸機的優(yōu)點如下。

（1）切斷時間短。如熱切斷340 mm×340 mm方坯，純切時間只需0.8 s。由于切斷時間短，鋸片沒有返回行程，因此生產(chǎn)率很高。1套具有70～90萬t/a生產(chǎn)能力的軋管機組，只需配置1臺高速旋轉(zhuǎn)熱鋸機即可滿足要求。

（2）切割質(zhì)量好。切口無毛刺或流渣，切口端面和坯料軸線垂直度好。

（3）切割鋼坯斷面范圍大、品種多?？汕懈瞌?00～500 mm的熱圓管坯，還可切割750～1 200℃的大直徑鋼管、大型工槽鋼、圓鋼、鍛件等。

（4）鋸片使用壽命長。由于鋸片的鋸齒形狀特殊，并進(jìn)行了熱處理，鋸齒可重復(fù)修磨，反復(fù)使用，切割時鋸片溫度上升慢，使用壽命長。

（5）鋸切噪音小、環(huán)境好。鋸切時產(chǎn)生噪音時間很短，同時鋸片和旋轉(zhuǎn)部分有防護(hù)罩，可有效降低噪音并防止鋸屑飛濺。

（6）更換鋸片很方便。防護(hù)罩上有1個特殊的門作更換鋸片用，更換鋸片十分方便。由于沒有往復(fù)式鋸機那樣的滑座，鋸片送進(jìn)機構(gòu)簡單，修理費用也低。

（7）電耗低。鋸切相同斷面圓管坯電耗比傳統(tǒng)摩擦鋸減少1/2～2/3。

因此，采用高速旋轉(zhuǎn)熱鋸機，能滿足圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的生產(chǎn)要求。

高速旋轉(zhuǎn)熱鋸機布置在步進(jìn)式高溫爐和高壓水除鱗之間的輥道上，對連鑄系統(tǒng)圓管坯冷卻運輸臺架、運輸輥道及步進(jìn)式加熱爐來說，都是最合理的。

2.6 建設(shè)數(shù)字化生產(chǎn)過程管理體系

當(dāng)前超高功率電爐、LF/VD精煉爐、圓管坯連鑄機、步進(jìn)式加熱爐、PQF連軋管機及精整等設(shè)備，都是熱軋鋼管生產(chǎn)中非常成熟的設(shè)備；將它們集成整合成一體，統(tǒng)籌設(shè)計，充分發(fā)揮整體設(shè)備優(yōu)勢，是實現(xiàn)圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)硬件方面的基本條件。但圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)整體生產(chǎn)線，從煉鋼原料準(zhǔn)備到鋼管入庫區(qū)域大，工藝流程長，生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜；連鑄與軋管系統(tǒng)的年工作時間和更換工具時間不同，生產(chǎn)大直徑厚壁鋼管和小直徑薄壁鋼管在小時產(chǎn)量上差別大，每小時要補充冷圓管坯數(shù)量也不相同。建立從連鑄系統(tǒng)原料開始，到軋管成品入庫為止的整體生產(chǎn)設(shè)備，將生產(chǎn)過程控制計算機和生產(chǎn)管理計算機結(jié)合起來，建設(shè)數(shù)字化生產(chǎn)過程管理體系，對實現(xiàn)圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)，提高圓管坯熱裝比，以最低的能耗，平穩(wěn)有序持續(xù)的生產(chǎn)操作，確保生產(chǎn)出高質(zhì)量鋼管。

目前國內(nèi)一些大型專業(yè)化鋼管生產(chǎn)廠家，都有完善的生產(chǎn)過程控制計算機系統(tǒng)L1和生產(chǎn)管理計算機系統(tǒng)L2［16］。事實上，圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)是將軋管與連鑄兩系統(tǒng)集成整合成一體設(shè)計的；因此，兩系統(tǒng)的L1、L2級計算機也就整合成一體，再在此基礎(chǔ)上采用MES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)整體生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備基礎(chǔ)自動化、生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)管理自動化，實現(xiàn)從鋼管訂貨、合同歸并、生產(chǎn)指令下達(dá)、煉鋼原料準(zhǔn)備、煉鋼連鑄、軋制、精整、物料跟蹤、質(zhì)量管理、成品入庫到發(fā)貨的自動化管理。

從目前國內(nèi)大型專業(yè)化熱軋鋼管廠數(shù)字化控制和管理水平看，設(shè)計并建設(shè)圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)字化控制和管理體系，是完全可以做到的。

2.7 鋼管質(zhì)量

鋼管質(zhì)量主要包括化學(xué)成分、低倍組織、內(nèi)外表面及內(nèi)部缺陷、鋼種混號、尺寸公差等指標(biāo)。這些質(zhì)量指標(biāo)，對圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)生產(chǎn)的鋼管與傳統(tǒng)熱軋生產(chǎn)的鋼管是相同的。圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)生產(chǎn)的鋼管，其質(zhì)量控制貫穿于從煉鋼原料準(zhǔn)備到成品鋼管入、出庫的全過程。

當(dāng)生產(chǎn)圓管坯直徑、鋼種及化學(xué)成分確定后，煉鋼原料應(yīng)采用一級廢鋼，有色金屬和雜質(zhì)含量少，輔助材料成分及特性合格。

在生產(chǎn)過程中預(yù)先向超高功率電爐、精煉爐及連鑄機的計算機分別輸入生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)圓管坯成熟可靠的電壓、電流、冶煉時間、鋼水溫度，精準(zhǔn)的化學(xué)成分、純凈度、鋼水溫度、雜質(zhì)和氣體含量，圓管坯澆注溫度、拉坯速度及冷卻水流量、水壓、水溫等參數(shù)。當(dāng)生產(chǎn)過程中各個設(shè)備計算機實時顯示的各種參數(shù)和輸入的軟件參數(shù)一致，熱圓管坯化學(xué)成分、純凈度、氣體含量、低倍組織、非金屬夾雜物、晶粒度等內(nèi)部質(zhì)量及圓管坯幾何尺寸、外表面質(zhì)量等肯定是合格的，每根圓管坯顯示并保存爐號、批號和澆鑄號。這部分質(zhì)量合格的熱圓管坯占總產(chǎn)量的絕大部分。當(dāng)在生產(chǎn)過程中電爐實時顯示的各種參數(shù)和輸入的軟件參數(shù)不一致，應(yīng)該找出產(chǎn)生原因并解決，否則鋼水不能進(jìn)入精煉爐；如果精煉爐存在同類問題也應(yīng)找出產(chǎn)生原因并解決，否則鋼水不能進(jìn)入中間罐。因此，進(jìn)入連鑄設(shè)備的鋼水各項指標(biāo)都是合格的。當(dāng)連鑄設(shè)備實時顯示的各種參數(shù)和輸入的參數(shù)不一致，就顯示熱圓管坯外表面存在缺陷，則要將這些有缺陷熱圓管坯撥出，但不能說明其質(zhì)量就是不合格的。冷卻后對這些冷圓管坯外表面進(jìn)行檢查，其中質(zhì)量合格的或外表面有缺欠（如裂紋、結(jié)疤、折疊、耳子等）修復(fù)后質(zhì)量合格的冷圓管坯進(jìn)入管坯庫中按要求存放，作為補充冷圓管坯繼續(xù)使用。外表面質(zhì)量不合格的冷圓管坯約占圓管坯總量的1.0%，作廢品處理。因此，采用圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)生產(chǎn)的熱圓管坯的質(zhì)量是有保證的，不會因熱圓管坯的缺陷造成成品質(zhì)量問題。國內(nèi)目前傳統(tǒng)的全連鑄熱軋管機組，如天津鋼管、攀成鋼及寶鋼股份等的圓管坯也是這樣生產(chǎn)的，絕大部分冷圓管坯不進(jìn)行缺陷檢查。

連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的熱圓管坯，在每一根圓管坯端部都有鋼印，包括該熱圓管坯的熔煉號、連鑄機流號、鋼種、直徑、長度、質(zhì)量等信息，不管熱圓管坯直接進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐，還是冷卻后存放在管坯庫中，這些信息由連鑄系統(tǒng)L2級計算機系統(tǒng)上傳到MES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)。當(dāng)該熱圓管坯進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐前輥道，步進(jìn)式高溫爐的二級系統(tǒng)接收到MES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)下傳來的圓管坯信息，重新編號并保留圓管坯信息，然后進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐。當(dāng)按第三種工藝流程生產(chǎn)鋼管，需要補充管坯庫中的冷圓管坯，根據(jù)當(dāng)時生產(chǎn)的鋼管品種，優(yōu)先選用直徑、鋼級與熱圓管坯相同的冷圓管坯，也可能采用少量與熱圓管坯鋼級不同的冷圓管坯。吊車將這些冷圓管坯吊到步進(jìn)式預(yù)熱爐的入爐輥道上。預(yù)熱爐的L2級計算機系統(tǒng)接收到管坯庫MES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)下傳來的冷圓管坯信息，重新編號并保留圓管坯信息，然后進(jìn)入預(yù)熱爐中加熱，出爐后進(jìn)入高溫爐前輥道，其L2級計算機系統(tǒng)接收到MES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)下傳來的補充冷圓管坯信息。熱、冷圓管坯進(jìn)入步進(jìn)式高溫爐中加熱，鋸斷、穿孔、軋管……熱、冷圓管坯信息由MES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)全程物料跟蹤，逐級向下傳輸，直到成品鋼管進(jìn)入收集料框。圓管坯直徑、鋼級相同生產(chǎn)的鋼管與直徑相同但鋼級不同生產(chǎn)的鋼管，分別收集，分別存放在成品庫中。前者按合同要求發(fā)貨，后者繼續(xù)存放在成品庫中。鋼管質(zhì)量也是有保證的，等待新用戶要求發(fā)貨。這樣按第三種熱、冷圓管坯熱、冷裝工藝流程生產(chǎn)的成品鋼管不會發(fā)生鋼管混號問題。

鋼管軋制過程中產(chǎn)生的鋼管質(zhì)量缺陷，如尺寸公差超標(biāo)、內(nèi)外表面裂紋、結(jié)疤、折疊、耳子等，通過精整設(shè)備多層次的各種檢驗手段來保證，不再贅述。

因此，圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)生產(chǎn)的鋼管質(zhì)量是有保障的。

2.8 局部設(shè)備平面布置

Ф258 mm軋管系統(tǒng)圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的局部設(shè)備平面布置如圖2所示，是以Ф258 mm連軋管系統(tǒng)與之匹配的超高功率電爐、精煉爐、五流連鑄機整合成一體的局部設(shè)備平面布置，僅適用于Ф159～460 mm連軋管系統(tǒng)與連鑄系統(tǒng)整合成一體的生產(chǎn)線。因為軋管系統(tǒng)的機型是連軋管機組，局部平面布置的基本框架和結(jié)構(gòu)組成不會隨連軋管機型規(guī)格變化而變化的。需要注意的是：圖2所示中的3和4可以合并，小型軋管系統(tǒng)圓管坯鋸斷后要補溫。

3 經(jīng)濟與社會效益測算

現(xiàn)以Ф258 mm軋管系統(tǒng)圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)為例，測算其經(jīng)濟與社會效益。

3.1 產(chǎn)品方案及主要設(shè)備

鋼管外徑114～258 mm，壁厚5.6～30.0 mm，長度6.00～14.63 m；生產(chǎn)品種為油井管、結(jié)構(gòu)管、管線管、液壓支柱管、低中高壓鍋爐管等；年產(chǎn)量739 145 t；圓管坯直徑210 mm、250 mm、270 mm，長度1.9～4.8 m。

連軋系統(tǒng)主要設(shè)備有：①1座步進(jìn)式預(yù)熱爐，將3.8～9.6 m倍尺長度冷圓管坯從室溫預(yù)熱到750～850℃；②1座步進(jìn)式高溫爐，將3.8～9.6 m倍尺長度熱圓管坯從750～850℃加熱到1 250～1 280℃；③1臺高速旋轉(zhuǎn)熱鋸機，將3.8～9.6 m倍尺長度熱圓管坯鋸切成1.9～4.8 m定尺長度；④1套穿孔機；⑤1套Ф258mm連軋管機組。其余設(shè)備略。

圖2 Ф258mm軋管機組圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的局部設(shè)備平面布置示意

3.2 匹配的連鑄系統(tǒng)產(chǎn)品方案及主要設(shè)備

圓管坯直徑210，250，270 mm，長度3.8～9.6 m；生產(chǎn)品種為油井管、結(jié)構(gòu)管、管線管、液壓支柱管、低中高壓鍋爐管等；年產(chǎn)量803 419.2 t。

連鑄系統(tǒng)主要設(shè)備有：①1套120 t超高功率電爐；②1套120 t LF/VD精煉爐；③1臺五流連鑄機，圓管坯直徑210mm、250mm、270mm，長度3.8～9.6 m；④1套帶保溫裝置的圓管坯運輸臺架、圓管坯運輸臺架和運輸輥道。其余設(shè)備略。

3.3 經(jīng)濟與社會效益測算

2009—2010年為申報國家專利，筆者對Ф258 mm軋管機組圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)做過許多計算，并與國內(nèi)某公司傳統(tǒng)的Ф273mm連軋管機組進(jìn)行比較。Ф273 mm軋管機組圓管坯冷裝局部設(shè)備平面布置如圖3所示。雖然計算比較粗略，準(zhǔn)確性達(dá)不到預(yù)可研水平，但圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)節(jié)能減排、減少投資、降低鋼管生產(chǎn)成本等效益是不容懷疑的。主要指標(biāo)如下：

熱裝比77.4%

熱裝溫度750～850℃

年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤20 664.45 t

年減少CO2排放量59 914.73 t

圖3 Ф273mm軋管機組圓管坯冷裝局部設(shè)備平面布置示意

年減少氧化鐵皮損耗1 250.14 t

節(jié)省投資5 231.9萬元

筆者在計算節(jié)省投資金額時，對傳統(tǒng)的Ф273 mm連軋管機組從序號5～13（圖3）及Ф258 mm軋管機組圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)從序號3～4、8~13（圖2）進(jìn)行計算，僅計算兩套機組上述序號內(nèi)的設(shè)備及廠房投資，但未計算上述設(shè)備、廠房基礎(chǔ)，以及Ф258mm連軋管機組管坯庫面積減少的投資。

由于Ф258 mm軋管系統(tǒng)圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)有上述優(yōu)點，兩系統(tǒng)集成整合一體后，職工人數(shù)減少，從煉鋼原料準(zhǔn)備到軋管成品入庫的生產(chǎn)周期縮短，生產(chǎn)資金周轉(zhuǎn)加快，降低了鋼管生產(chǎn)成本。

4 結(jié)論

（1）采用創(chuàng)新設(shè)計理念，可以實現(xiàn)圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)。

（2）軋管系統(tǒng)與連鑄系統(tǒng)實際小時產(chǎn)量上的4種平衡狀態(tài)，使得圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)有4種工藝流程，這4種工藝流程可以包容軋管與連鑄兩系統(tǒng)停工生產(chǎn)的工藝流程。

（3）采用1座步進(jìn)式預(yù)熱爐和1座步進(jìn)式高溫爐，這2座加熱爐可獨立又可串聯(lián)加熱，解決了10 000 mm長度、3種不同溫度（100%熱圓管坯、100%冷圓管坯、部分熱圓管坯與部分冷圓管坯）圓管坯的加熱，可節(jié)省能源。

（4）采用1臺高速旋轉(zhuǎn)熱鋸機，布置在步進(jìn)式高溫爐與高壓水除鱗裝置之間，在熱態(tài)下將倍尺圓管坯鋸切成定尺。

（5）軋管系統(tǒng)和連鑄系統(tǒng)選用先進(jìn)、成熟可靠的設(shè)備，在L1級和L2級生產(chǎn)控制、管理計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)上，建設(shè)MES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)，是實現(xiàn)圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)最重要的硬件和軟件保證。

（6）圓管坯熱裝方法及系統(tǒng)的經(jīng)濟與社會效益較好，該方法及系統(tǒng)是可行的，有實際推廣應(yīng)用價值。

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Design Concep tand App licability Analysis of CC Round Billet Hot-charging Method and Operation System

WANG Sanyun
（MCC Capital Engineering&Research Incorporation Limited，Beijing 100176，China）

Elaborated in the paper are the hot-rolled pipe-purpose CC round billet hot-chargingmethod and the operation system，involving design concept，process flow，major equipment selection，benefit calculation and app licability analysis，etc.The design concept of the said hot-charging method and operation system is as follows. Getting the steel pipe hot-rolling system and the steel-melting/CC system integrated into one system；real-time organizing the production and billet supply activities of the steel-melting/CC system according to the requirements by the steel pipe hot-rolling system；and having the two systems to bematched to each other in terms of hourly output and yearly output.The CC round hot-charging system will feature smooth and reasonable process flow.And the multiple-length CC billetwill be heated via twowalking-beam heating furnaces，i.e.the pre-heating furnace and the hi-temperature furnace，and then cut into specified-length pieceswith the high-speed，rotary hot-sawingmachine.

hot-rolled steel pipe；steel-making/CC；round billet；hot-chargingmethod and operation system；innovative design；applicability analysis

TG307

B

1001-2311（2016）06-0025-10

2015-12-04；修定日期：2016-04-20）

王三云（1937-），男，教授級高級工程師，長期從事無縫鋼管、焊接鋼管的工廠設(shè)計工作。