國內(nèi)CPE機(jī)組生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展初探

周繼洪

（中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司鋼管事業(yè)部，重慶401122）

國內(nèi)CPE機(jī)組生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展初探

周繼洪

（中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司鋼管事業(yè)部，重慶401122）

根據(jù)國內(nèi)各CPE機(jī)組生產(chǎn)現(xiàn)狀和目前的市場情況，結(jié)合CPE機(jī)組在機(jī)組作業(yè)率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量等方面的運(yùn)行情況，分析目前CPE機(jī)組生產(chǎn)及發(fā)展所面臨的問題，提出解決方案，并為CPE機(jī)組的進(jìn)一步發(fā)展提供參考意見和建議。

CPE機(jī)組；生產(chǎn)現(xiàn)狀；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；生產(chǎn)成本；產(chǎn)品質(zhì)量；建議

CPE工藝是在傳統(tǒng)頂管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展而來，即CP斜軋穿孔（Cross Roll Piercing）+E延伸（Elongating）的組合生產(chǎn)工藝［1-6］。目前典型CPE機(jī)組工藝流程為：管坯加熱→穿孔→毛管縮口→頂管→松棒→再加熱→定（減）徑或張力減徑→冷卻→精整。

CPE機(jī)組具有產(chǎn)品表面質(zhì)量好、壁厚薄及產(chǎn)量適中等特點(diǎn)，是生產(chǎn)中小直徑中薄壁無縫鋼管、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品升級及“以熱代冷”的潛力機(jī)型之一。在目前無縫鋼管市場供大于求的市場環(huán)境下，產(chǎn)量和投資適中、產(chǎn)品質(zhì)量可與連軋管機(jī)組［7］媲美的CPE機(jī)組再次進(jìn)入人們的視野，僅在2010年以后就陸續(xù)新建投產(chǎn)了3套。

隨著國內(nèi)CPE機(jī)組投產(chǎn)數(shù)量的增多，業(yè)界對該機(jī)型的特點(diǎn)和生產(chǎn)現(xiàn)狀有了更加深刻的認(rèn)識［8-9］。本文將從國內(nèi)各CPE機(jī)組生產(chǎn)現(xiàn)狀出發(fā)，深入討論該機(jī)型生產(chǎn)應(yīng)用的優(yōu)劣勢，分析目前各CPE機(jī)組的發(fā)展“瓶頸”和所面臨的問題，為CPE機(jī)組進(jìn)一步發(fā)展提供參考意見和建議。

1 當(dāng)前市場環(huán)境對CPE機(jī)組產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響

隨著國內(nèi)外無縫鋼管市場的逐步萎縮，近年石油管的需求量達(dá)到歷史低位。而另一方面，國際油價(jià)持續(xù)走低，在很長一段時間內(nèi)，國際原油市場將以減少供給、消化過剩產(chǎn)能為主，同時國內(nèi)原油需求進(jìn)一步轉(zhuǎn)向進(jìn)口。在這種大背景下，極少有新的油田和油井開工，石油管的需求將持續(xù)低迷，在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)無縫鋼管生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由大批量、少規(guī)格的石油管轉(zhuǎn)移為小批量、多規(guī)格的鍋爐管和氣瓶管等其他品種。CPE機(jī)組的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也將如此，因此必須對其工藝、設(shè)備進(jìn)行深入研究，改進(jìn)完善，對現(xiàn)有生產(chǎn)中所面臨的問題進(jìn)行分析，尋找科學(xué)有效的改進(jìn)方案，以適應(yīng)高鋼級、小批量、多規(guī)格無縫鋼管的市場需求。

2 當(dāng)前CPE機(jī)組生產(chǎn)現(xiàn)狀及改進(jìn)方案

目前國內(nèi)CPE機(jī)組基本涵蓋了大小各種機(jī)型，對于小批量、多規(guī)格無縫鋼管的生產(chǎn)方式，現(xiàn)有各CPE機(jī)組生產(chǎn)所面臨的問題不盡相同，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 影響機(jī)組有效作業(yè)率

2.1.1 原因分析

小批量、多規(guī)格無縫鋼管的生產(chǎn)方式，意味著需要頻繁更換規(guī)格和調(diào)整生產(chǎn)線軋制變形參數(shù)。對于CPE機(jī)組而言，需要頻繁更換和調(diào)整的包括頂管機(jī)模座及張力減徑機(jī)或定（減）徑機(jī)機(jī)架。張力減徑機(jī)配置有快速換輥小車，可實(shí)現(xiàn)快速更換機(jī)架；更換頂管機(jī)模座需要使用車間起重機(jī)對新舊模座進(jìn)行依次、逐個吊運(yùn)，影響機(jī)組有效作業(yè)時間。

頂管機(jī)特點(diǎn)之一是應(yīng)用成品可調(diào)模座，在壁厚微調(diào)時，對成品可調(diào)模座進(jìn)行在線快速調(diào)整，減少對生產(chǎn)中斷的影響。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，由于生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及具體情況的不同，目前成品模座的應(yīng)用有3種方式：成品可調(diào)模座在線調(diào)整；更換成品模座，小直徑機(jī)組［10-13］更換已備好的成品模座耗時約20 min；成品模座線下調(diào)整，大直徑頂管機(jī)的成品模座因自身設(shè)計(jì)及質(zhì)量大等原因，線下對孔型［14］進(jìn)行調(diào)整，耗時約2 h，若更換芯棒規(guī)格，進(jìn)行相關(guān)模具更換及調(diào)整耗時約10 h。

2.1.2 改進(jìn)方案

目前國內(nèi)CPE機(jī)組實(shí)現(xiàn)可調(diào)模座在線調(diào)整數(shù)量較少，頻繁更換規(guī)格嚴(yán)重影響機(jī)組有效作業(yè)時間。根據(jù)不同機(jī)組的具體情況，可考慮從以下兩個方面減少更換規(guī)格時間：機(jī)組孔型系列和芯棒規(guī)格數(shù)量不宜過多，從而減少因更換芯棒規(guī)格而引起的生產(chǎn)中斷時間；總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，制定可調(diào)模座在線調(diào)整操作規(guī)范，熟練掌握成品可調(diào)模座在線調(diào)整技術(shù)。在沒有掌握好可調(diào)模座在線調(diào)整技術(shù)前，可借鑒目前小直徑頂管機(jī)組的方式，直接更換已備好模座，盡量減少模座調(diào)整和孔型校驗(yàn)對更換規(guī)格時間的影響。

2.2 影響產(chǎn)品質(zhì)量、成材率

2.2.1 原因分析

頂管機(jī)頂制荒管的產(chǎn)品質(zhì)量與芯棒的溫度和潤滑質(zhì)量息息相關(guān)。在目前小批量、多規(guī)格的生產(chǎn)方式下，頻繁更換規(guī)格是不可避免的。當(dāng)更換規(guī)格引起生產(chǎn)中斷，芯棒需在頂管機(jī)前臺架存儲等待，中斷時間越久，芯棒溫度越低，同時芯棒的潤滑效果也將受到影響，最終影響產(chǎn)品的內(nèi)表面質(zhì)量和芯棒使用壽命，嚴(yán)重時甚至影響頂管機(jī)的正常頂制，這對頂制溫度范圍窄的難變形合金鋼品種尤為不利。目前小直徑CPE機(jī)組在頂制13Cr薄壁管時，其內(nèi)表面易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，大直徑CPE機(jī)組暫不能順利頂制該鋼種，也有上述原因。

2.2.2 改進(jìn)方案

CPE機(jī)組需解決頻繁更換規(guī)格而引起的芯棒溫度下降問題，最有效的方法即考慮芯棒在線補(bǔ)溫措施。例如，在芯棒穿棒前設(shè)置感應(yīng)加熱，或在頂管機(jī)前臺芯棒臺架上設(shè)置火焰加熱等。在確保芯棒溫度的同時，還需控制毛管從穿孔機(jī)至頂管機(jī)間運(yùn)輸過程的溫降，這對頂制溫度范圍窄的難變形金屬顯得尤為重要，可從以下幾方面考慮：毛管不宜過長，從而減少穿孔時間過長而引起的溫降；穿制厚壁毛管，避免毛管壁厚偏薄造成的溫降速率過快；穿孔機(jī)至頂管機(jī)間的運(yùn)輸距離應(yīng)盡量短，運(yùn)輸速度盡量快，從而減少運(yùn)輸過程的溫降時間。

2.3 工模具準(zhǔn)備引起的不確定性影響正常生產(chǎn)

2.3.1 原因分析

目前小直徑CPE機(jī)組投產(chǎn)時間長，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富，開發(fā)了單孔型系列的多規(guī)格芯棒生產(chǎn)方式；大直徑CPE機(jī)組因產(chǎn)品規(guī)格范圍跨度大，孔型系列多，芯棒規(guī)格及模座系列多。芯棒規(guī)格數(shù)量需與模座孔型系列相匹配是頂管機(jī)的特點(diǎn)之一，芯棒數(shù)量的增加，則需要更多的模座系列與之匹配。在小批量、多規(guī)格無縫鋼管的生產(chǎn)方式下，頂管機(jī)模座數(shù)量、張力減徑機(jī)或定（減）徑機(jī)機(jī)架數(shù)量及芯棒數(shù)量明顯增加，相應(yīng)地增加了工模具準(zhǔn)備人員的工作量，由此增加了模座孔型加工不合格、芯棒直徑超差等不確定性。這在國內(nèi)CPE機(jī)組生產(chǎn)中已有所體現(xiàn)，芯棒、模座等工模具準(zhǔn)備不足或工模具加工質(zhì)量等問題引起的生產(chǎn)中斷和產(chǎn)品質(zhì)量問題的概率明顯增加。

2.3.2 改進(jìn)方案

制定嚴(yán)格的工模具加工及管理制度，加強(qiáng)對相關(guān)人員的管理及技能培訓(xùn)，使工模具準(zhǔn)備引起的不確定性影響降至最低。另外，也可借鑒國外CPE機(jī)組的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，如德國Betterment鋼管公司在Dinslaken的CPE無縫鋼管廠，為確保芯棒精度和降低工模具準(zhǔn)備帶來的不確定性，其芯棒規(guī)格僅有Φ122 mm和Φ132mm兩種，分別用于頂制厚壁和中薄壁鋼管；芯棒不進(jìn)行表面車削修復(fù)，也不進(jìn)行輾軋。由此帶來兩點(diǎn)好處：芯棒精度易于控制，有利于產(chǎn)品壁厚精度控制；芯棒及相應(yīng)的模座規(guī)格數(shù)量少，降低了工模具準(zhǔn)備所引起的不確定性。

3 當(dāng)前CPE機(jī)組主要生產(chǎn)成本差異

國內(nèi)現(xiàn)有的一套大直徑（Φ219 mm）CPE機(jī)組為改造機(jī)組，其生產(chǎn)線剛投產(chǎn)即遇到無縫鋼管市場調(diào)整，受市場沖擊較為明顯，由于一直未能達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能，其軋制成本居高不下。同樣受無縫鋼管市場沖擊，另外兩套小直徑CPE機(jī)組及時轉(zhuǎn)型，改以生產(chǎn)長尺寸熱交換器管及鍋爐管為主。

國內(nèi)現(xiàn)有典型大、小直徑CPE機(jī)組生產(chǎn)成本主要差異見表1。大直徑CPE機(jī)組因作業(yè)率不高，同時因其孔型系列及芯棒規(guī)格跨度大，在生產(chǎn)小規(guī)格無縫鋼管時，機(jī)組長期處于“大馬拉小車”的工作狀態(tài)，工業(yè)爐的熱效率也不高，是其耗電量和耗燃?xì)饬扛哂谛≈睆紺PE機(jī)組的主要原因；大直徑CPE機(jī)組芯棒單支質(zhì)量大，而且其未進(jìn)行輾軋及重新車削加工，芯棒重復(fù)利用率低，致使芯棒噸鋼消耗量也遠(yuǎn)高于小直徑CPE機(jī)組。

表1 大、小直徑CPE機(jī)組生產(chǎn)成本主要差異

由此可見，在CPE機(jī)組設(shè)計(jì)之初，機(jī)組孔型系列和芯棒規(guī)格數(shù)量不易過多，且跨度不易過大，避免頻繁更換規(guī)格而降低機(jī)組作業(yè)率，避免生產(chǎn)過程中的“大馬拉小車”現(xiàn)象，從而保證相對較高的小時噸鋼產(chǎn)量，以確保耗電量和耗燃?xì)饬吭诤侠矸秶鷥?nèi)。

4 當(dāng)前CPE機(jī)組產(chǎn)品質(zhì)量現(xiàn)狀

（1）壁厚精度控制有待改善。

CPE機(jī)組缺少在線壁厚檢測手段，這是目前制約CPE機(jī)組壁厚精度控制的原因之一，產(chǎn)品超差不能被及時發(fā)現(xiàn)和反饋，在線孔型調(diào)整和芯棒尺寸校驗(yàn)困難，進(jìn)一步增加了壁厚精度控制難度。國內(nèi)小直徑CPE機(jī)組建設(shè)時間早，經(jīng)過較長時間的發(fā)展，芯棒精度和模座孔型已有系統(tǒng)的管控制度，其產(chǎn)品壁厚精度已較為穩(wěn)定；而大直徑CPE機(jī)組投產(chǎn)時間不長，產(chǎn)品的壁厚精度波動較大，尺寸廢品率達(dá)0.74%，這與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和組織管理相關(guān)。目前大直徑CPE機(jī)組的芯棒為外協(xié)加工，芯棒直徑超差控制稍弱；另外，模座孔型磨損的控制及調(diào)整缺少經(jīng)驗(yàn)，是產(chǎn)品壁厚精度波動較大的主要原因。

對于壁厚精度控制，除需制定嚴(yán)格的芯棒及模座加工的操作規(guī)程及相應(yīng)的管控制度外，開發(fā)針對CPE機(jī)組的在線壁厚檢測手段更能有效監(jiān)測壁厚波動，可有效降低尺寸廢品率。

（2）高鋼級產(chǎn)品的生產(chǎn)有待進(jìn)一步研究。

生產(chǎn)高鋼級無縫鋼管（如13Cr及T91等）時，大直徑CPE機(jī)組因生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)不足等，暫不能順利軋制；小直徑CPE機(jī)組經(jīng)過長期摸索，雖能完成軋制，但產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性欠佳，產(chǎn)品缺陷集中體現(xiàn)為內(nèi)表面直道。如前所述，不能完成頂制或頂制有缺陷的因素較多，如芯棒的溫度過低或潤滑不好，又或者穿孔毛管溫降過快、溫度偏低，芯棒光潔度及表面缺陷等。更換規(guī)格時間過長或其他原因造成的生產(chǎn)中斷，均會影響芯棒的溫度及潤滑效果。

針對不同機(jī)組特點(diǎn)，小直徑CPE機(jī)組在目前的生產(chǎn)方式下，應(yīng)加強(qiáng)管理，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，制定嚴(yán)格的高鋼級生產(chǎn)制度，嚴(yán)格控制各工序質(zhì)量，研究更加切合高鋼級品種的變形制度，確保頂制溫度和芯棒溫度的穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。而大直徑CPE機(jī)組除借鑒小直徑CPE機(jī)組生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)外，還需不斷摸索，探索適合該機(jī)組的生產(chǎn)制度。

（3）大直徑機(jī)組產(chǎn)品外表面質(zhì)量有待提高。

大直徑CPE機(jī)組因芯棒質(zhì)量大，頂制后荒管隨芯棒橫移過程中易損傷鋼管表面，目前國內(nèi)大直徑CPE機(jī)組的表面廢品率達(dá)1.59%。這為今后大直徑CPE機(jī)組的設(shè)計(jì)提出了新的要求，即除減少芯棒與荒管的橫移運(yùn)輸外，還需考慮荒管在橫移過程中的保護(hù)問題，避免損傷鋼管外表面。

5 對CPE機(jī)組未來發(fā)展的幾點(diǎn)建議

CPE機(jī)組作為無縫鋼管生產(chǎn)的主要機(jī)型之一，其在產(chǎn)品質(zhì)量和噸鋼投資方面已得到市場的基本認(rèn)可。根據(jù)目前國內(nèi)CPE機(jī)組的實(shí)際生產(chǎn)狀況和主要存在問題，結(jié)合上述分析，對CPE機(jī)組生產(chǎn)及建設(shè)改造提出以下幾點(diǎn)建議，供今后設(shè)計(jì)改造、生產(chǎn)管理及改善產(chǎn)品質(zhì)量等參考。

（1）合理分配變形制度。在設(shè)計(jì)之初，應(yīng)合理考慮機(jī)組規(guī)格范圍，科學(xué)分配孔型系列。無論何種機(jī)型的軋機(jī)，如果其產(chǎn)品規(guī)格范圍覆蓋過大，往往會顧此失彼、得不償失，勢必造成“大馬拉小車”的不利形式。CPE機(jī)組孔型系列及芯棒規(guī)格數(shù)量，直接關(guān)系到更換規(guī)格的頻繁程度，影響機(jī)組有效作業(yè)時間，影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，影響噸鋼能耗?？紤]孔型系列時，應(yīng)充分發(fā)揮張力減徑機(jī)的能力，通常頂管機(jī)孔型系列不宜超過2套。

（2）充分發(fā)揮張力減徑軋制的大延伸率作用。CPE機(jī)組與連軋管機(jī)組相比，軋制荒管長度短25%~35%，這是CPE機(jī)組較連軋管機(jī)組成材率［15］略低的主要原因。在設(shè)計(jì)之初，若CPE機(jī)組不采用張力減徑軋制，則與連軋管機(jī)組成材率的差距會更大，因此需考慮張力減徑軋制，如受場地或冷床寬度限制，可考慮采用分段熱鋸進(jìn)行鋸切，以緩解冷床寬度不足的狀況。

（3）考慮芯棒加熱保溫措施。在穿棒前考慮芯棒加熱保溫措施，避免生產(chǎn)中斷引起的芯棒溫度過低。芯棒溫度在頂制過程中起到至關(guān)重要的作用，直接影響芯棒的潤滑效果好壞、毛管溫降速度快慢和產(chǎn)品質(zhì)量好壞，甚至影響到頂制是否順利完成。

（4）有效控制穿孔毛管溫降。毛管溫度高低直接關(guān)系到頂制是否順利完成及產(chǎn)品質(zhì)量好壞，同時也影響軋輥及芯棒的使用壽命長短，與頂管機(jī)主機(jī)負(fù)荷大小息息相關(guān)。在設(shè)計(jì)之初，可考慮從以下3個方面控制毛管溫降：減少穿孔時間過長引起的溫降，避免毛管壁厚偏薄造成的溫降速度快，減少毛管運(yùn)輸過程的溫降時間。

（5）掌握成品可調(diào)模座在線調(diào)整技術(shù)。CPE機(jī)組的成品可調(diào)模座在頂制過程中發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用，制定成品可調(diào)模座的調(diào)整規(guī)范，熟練掌握成品可調(diào)模座在線調(diào)整技術(shù)，可減少因軋輥磨損對壁厚不均的影響；減少壁厚調(diào)整的更換規(guī)格時間，提高機(jī)組作業(yè)率，減少生產(chǎn)中斷造成的芯棒溫度過低等問題發(fā)生?？烧{(diào)模座的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足調(diào)整方便、調(diào)整精度高、孔型穩(wěn)定性好等要求，同時制定嚴(yán)格、科學(xué)、有效的管理制度是確?？烧{(diào)模座正常工作的基礎(chǔ)。

（6）嚴(yán)格保證芯棒精度。對于CPE機(jī)組而言，頂管機(jī)的芯棒精度直接關(guān)系到產(chǎn)品的壁厚精度，必須有一整套行之有效的芯棒加工、檢驗(yàn)及相應(yīng)的管理制度，確保每支芯棒的精度；為避免芯棒表面質(zhì)量缺陷引起的鋼管內(nèi)表面質(zhì)量問題，需有效利用芯棒輾軋機(jī)，確保芯棒表面光潔度。

（7）注重專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)。CPE機(jī)組與連軋管機(jī)組相比，專業(yè)技術(shù)人才相對匱乏，無論是發(fā)掘現(xiàn)有CPE機(jī)組潛能、CPE機(jī)組改造及新產(chǎn)品開發(fā)，還是建設(shè)新的CPE機(jī)組，都需要有一定的專業(yè)技術(shù)人才積累。在現(xiàn)有CPE機(jī)組的基礎(chǔ)上，應(yīng)注重后續(xù)人才的培養(yǎng)及技術(shù)積累和傳承，培養(yǎng)相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人才。

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Primary Study on Current Produc tion Situation and Developm ent of Dom estic CPEMill

ZHOU Jihong
（Steel Pipe Business Division of CISDIEngineering Co.，Ltd.，Chongqing 401122，China）

Based on the current production situations and market circumstances of domestic CPEmills，and the information concerning productivity，operation cost and product quality of the m ills，problems staying with production and development of domestic CPE m ills are analyzed.Accordingly，solution is proposed，and relevant comments and suggestions for further development for themills are also put forward for consideration.

CPEmill；current production situation；productmix；operation cost；productquality；suggestion

TG333.8

B

1001-2311（2016）06-0070-04

2016-08-15）

周繼洪（1980-），男，工程師，主要從事鋼管生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)工作。