優(yōu)化大直徑無縫鋼管倍尺數(shù)提高成材率

林 震，溫 博，陳圣明，叢鋼軍

（內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司鋼管公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

2019年內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司提出“四降兩提”工程，其核心思想是：降低財(cái)務(wù)成本、制造成本、物流成本、人工成本，提高資產(chǎn)運(yùn)營效率、工作效率。該公司積極探索提高各機(jī)組成材率的措施，通過成材率的提高，實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)制造成本的目的。

1 提高成材率的一般措施

影響鋼管成材率有四方面因素：中間剔廢率、檢查廢品率、切損率、燒損率。中間剔廢是在生產(chǎn)過程中，發(fā)生工藝和設(shè)備事故導(dǎo)致剔料產(chǎn)生廢品；檢查廢品是由于產(chǎn)品質(zhì)量不符合相應(yīng)的鋼管檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致鋼管判廢，產(chǎn)生廢品；燒損是由于坯料加熱和鋼管軋制過程中產(chǎn)生氧化鐵皮，產(chǎn)生金屬損耗［1］；切頭尾是因?yàn)殇摴茴^尾端壁厚不均、端頭不規(guī)則，需要切除，從而產(chǎn)生金屬消耗。

提高鋼管成材率從影響指標(biāo)的四個(gè)方面著手。降低中間剔廢率主要通過減少設(shè)備和工藝事故的頻次，減少剔出坯料、毛管和荒管的數(shù)量。降低檢查廢品率，通過工藝改進(jìn)的方法消除內(nèi)折、壁厚偏差、結(jié)疤等質(zhì)量缺陷［2］；通過提高質(zhì)量管理人員的質(zhì)量意識(shí)，降低質(zhì)量缺陷比例；通過API Spec 5CT—2011《套管和油管規(guī)范》、API Spec 5L—2012《管線鋼管規(guī)范》及其他的鋼管質(zhì)量管理規(guī)范，保證質(zhì)量控制系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運(yùn)行［3］。降低燒損率主要通過制定合理的加熱制度，控制好加熱爐膛氣氛，執(zhí)行好待軋降溫制度。通過減少切頭尾長度，增加倍尺數(shù)量（加長鋼管軋制總長度，增加切成定尺管的倍尺數(shù)），降低切損率。

為了短期內(nèi)快速提升Φ460 mm PQF連軋管機(jī)組的成材率，選擇增加成品管倍尺數(shù)量，即增加鋼管軋制總長度，降低切損率，以提高成材率［4-10］。

2 改進(jìn)措施

2.1 改進(jìn)前存在的問題

統(tǒng)計(jì)Φ460 mm PQF連軋管機(jī)組生產(chǎn)兩個(gè)系列部分薄壁管的成材率，具體見表1，成材率為89.23%～90.80%，成材率整體偏低，切損率5.46%～6.51%。薄壁管和中厚壁管小時(shí)產(chǎn)量對比見表2，薄壁管小時(shí)產(chǎn)量偏低。

表1 Φ460 mm PQF連軋管機(jī)組部分薄壁管成材率

表2 薄壁管和中厚壁管小時(shí)產(chǎn)量對比

薄壁管小時(shí)產(chǎn)量偏低主要受以下因素影響：①受環(huán)形爐加熱條件限制，二倍尺的薄壁管與中厚壁管軋制節(jié)奏基本接近，小系列50～52 s/支，中系列54～56 s/支，薄壁管的坯料長度短，小時(shí)產(chǎn)量低，同一系列的薄壁管較中厚壁管小時(shí)產(chǎn)量低30～50 t；②由于坯料短，薄壁管二倍尺軋制，造成原料區(qū)域的運(yùn)輸鏈運(yùn)輸坯料時(shí)坯料經(jīng)常發(fā)生橫向傾斜，進(jìn)而影響生產(chǎn)［11-15］。

2.2 改進(jìn)過程

為了實(shí)現(xiàn)薄壁管成材率快速提高，選擇“增加倍尺，降低切損率”作為改善措施。薄壁管延伸系數(shù)較大，成品管由二倍尺優(yōu)化成為三倍尺生產(chǎn)。

2.2.1 改進(jìn)方案

整體改進(jìn)方案從坯料設(shè)計(jì)長度、各機(jī)組允許的最長軋制長度、工藝調(diào)整、各個(gè)機(jī)組開軋溫度對負(fù)荷的影響等幾個(gè)方面制定。

（1）各個(gè)機(jī)組軋制長度校核：穿孔機(jī)軋制的毛管長度是否超出范圍；連軋管機(jī)軋制的荒管長度是否超出范圍，即荒管能夠順利橫移到定徑入口輥道的最長距離；定徑機(jī)軋制的熱軋態(tài)成品鋼管長度是否超出范圍，鋼管能否順利地翻轉(zhuǎn)到冷床，冷床下料能否順利實(shí)現(xiàn)。

（2）延伸系數(shù)校核：主要校核穿孔機(jī)和連軋管機(jī)的延伸系數(shù)。

（3）工藝調(diào)整：調(diào)整連軋管機(jī)組芯棒限動(dòng)速度、毛管擋叉降低坐標(biāo)和插入坐標(biāo)，保證芯棒工作段長度滿足毛管變長后的要求。后延脫管機(jī)后輥道擋板的位置，優(yōu)化后的荒管長度增加，保證荒管能夠順利移到定徑機(jī)入口側(cè)。冷床有效寬度37.5 m，軋制三倍尺管冷床有效寬度需要增加到38.5 m，冷床兩側(cè)加寬1 m。

（4）各機(jī)組最低開軋溫度校核：增加毛管長度，計(jì)算穿孔機(jī)的溫降能否滿足連軋管機(jī)組最低開軋溫度的要求。連軋純軋時(shí)間增加，計(jì)算荒管能否滿足定徑機(jī)組最低開軋溫度要求。

2.2.2 典型規(guī)格進(jìn)行試驗(yàn)

根據(jù)坯料長度、延伸系數(shù)、軋制時(shí)間、設(shè)備因素考慮具體的優(yōu)化規(guī)格，選用延伸系數(shù)較大，負(fù)荷適中的規(guī)格進(jìn)行試驗(yàn)，選定的坯料規(guī)格為小系列Φ273 mm×7.0 mm和中系列Φ325 mm×8.0 mm。

（1）定尺坯料長度范圍1.48～5.00 m，Φ273 mm×7.0 mm坯料長度由1.58 m調(diào)整為2.35 m，Φ325 mm×8.0 mm坯料長度由1.75 m調(diào)整為2.55 m，坯料長度不超過設(shè)計(jì)上限。

（2）毛管允許的最大長度11 m，考慮薄壁管溫降問題，薄壁毛管最大長度10 m。Φ273 mm×7.0 mm規(guī)格的毛管8.5 m，Φ325 mm×8.0 mm規(guī)格毛管9.8 m，都在要求范圍內(nèi)。

（3）穿孔、連軋管機(jī)組軋制兩個(gè)規(guī)格鋼管的延伸系數(shù)見表3。

表3 穿孔、連軋管機(jī)組軋制鋼管校核延伸系數(shù)

對于Φ273 mm×7.0 mm規(guī)格，穿孔機(jī)組的延伸系數(shù)3.64，連軋管機(jī)組延伸系數(shù)4.04，該規(guī)格穿孔連軋延伸系數(shù)在范圍內(nèi)。

對于Φ325 mm×8.0 mm規(guī)格，穿孔機(jī)組延伸系數(shù)3.85，連軋管機(jī)組延伸系數(shù)3.32，軋制延伸系數(shù)都超出范圍。穿孔機(jī)的延伸系數(shù)超出范圍，使用原設(shè)計(jì)的熱工具軋制導(dǎo)致毛管螺旋加重、壁厚不均度增加、橢圓度增加，毛管質(zhì)量下降，影響連軋管機(jī)組的軋制。連軋管機(jī)組延伸系數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)上限，加之毛管質(zhì)量下降，導(dǎo)致成品管軋坑、撕破缺陷產(chǎn)生。針對這一問題，對穿孔機(jī)組的熱工具進(jìn)行改造，主要是頂頭和導(dǎo)板，頂頭直徑376 mm改成382 mm，并且長度變短；穿孔機(jī)導(dǎo)板出口錐度由7.5°改為 7.0°。

（4）脫管機(jī)后允許的最大長度32.5 m，兩個(gè)規(guī)格的脫管機(jī)軋后長度33.5 m再加0.5 m安全余量，脫管機(jī)后擋板需要后移1.5 m。

（5）冷床有效寬度38 m，該三倍尺定徑軋制長度38.2～38.5 m，同時(shí)考慮長短料加上0.5 m安全余量，冷床擋板需要后移1 m。

（6）連軋管機(jī)組的芯棒工作段12.5 m，安全余量1 m，可用長度11.5 m。軋制該三倍尺需要芯棒工作段14.5 m，芯棒工作段長度不夠。通過連軋數(shù)模驗(yàn)證芯棒限動(dòng)速度由860 mm/s降低到620 mm/s，芯棒工作段長度11.3 m，滿足工藝需求。

（7）連軋管機(jī)組最低開軋溫度1 000℃，定徑機(jī)組最低開軋溫度850℃。穿孔機(jī)軋制過程升溫，連軋管機(jī)開軋溫度能夠保證。連軋管機(jī)組純軋時(shí)間增加1.5 s左右，機(jī)組溫降速度15～20℃/s，最大溫降30℃。正常定徑入口溫度900～950℃，考慮軋制長度增加帶來的溫降，定徑最低入口溫度870℃左右，貼近下限，所以連軋管機(jī)組需要提高出口速度，由正常的3.5 m/s提高到4.0 m/s。

2.3 確定優(yōu)化規(guī)格

可以優(yōu)化的鋼管外徑和壁厚范圍見表4。

2.4 成材率指標(biāo)提升

將二倍尺優(yōu)化為三倍尺后，成材率提升0.3%～1.0%，平均提升0.5%，成材率對比見表5。

表4 最終確定薄壁管二倍尺改三倍尺的規(guī)格mm

表5 優(yōu)化前后成材率對比

2.5 小時(shí)產(chǎn)量提升

增加倍尺后，坯料長度增加，這些規(guī)格小時(shí)產(chǎn)量提高30～50 t；目前平均作業(yè)率75%，所以每班產(chǎn)量提高360～450 t，生產(chǎn)效率提高。優(yōu)化前后小時(shí)產(chǎn)量對比見表6。

表6 優(yōu)化前后小時(shí)產(chǎn)量對比

2.6 降低成本

2.6.1 成材率提升降低的成本

按照2018年薄壁管每月平均的軋制量和當(dāng)年鋼管市場價(jià)格及廢鋼價(jià)格計(jì)算效益。增加倍尺的同規(guī)格鋼管成材率平均提升0.5%，二倍尺改為三倍尺的同規(guī)格薄壁管每月平均產(chǎn)量16 800 t，這些鋼管的平均售價(jià)4 200元/t，廢鋼價(jià)格1 800元/t。因此，每月降低成本：16 800×0.5%×（4 200-1 800）=201 600元，每年可降低成本241.92萬元。

2.6.2 其他附帶效益

Φ460 mm PQF連軋管機(jī)組每月軋制的薄壁管占比達(dá)到60%，能夠?qū)崿F(xiàn)三倍尺同規(guī)格薄壁管每月占比30%。每班產(chǎn)量較改造前提高300～400 t。芯棒、頂頭、導(dǎo)板、軋輥同樣的軋制次數(shù)，軋制坯料的單個(gè)質(zhì)量增加，倍尺優(yōu)化項(xiàng)目降低了熱工具噸鋼制造成本。

3 結(jié) 語

Φ460 mm PQF連軋管機(jī)組原設(shè)計(jì)軋后鋼管切為單倍尺和二倍尺，切損率高；增加各工序鋼管軋制長度，部分薄壁管可以軋制三倍尺，同樣的切頭尾長度，切損率降低0.5%左右，所以對應(yīng)成材率提高0.5%。增加倍尺后，同規(guī)格坯料長度增加，在軋制節(jié)奏相同的條件下，每班產(chǎn)量提高。通過這一措施，每年為Φ460 mm PQF連軋管機(jī)組降低成本200萬元以上，提高產(chǎn)量7萬t以上。對于厚壁管，目前采用單倍尺生產(chǎn)，后續(xù)將采用優(yōu)化薄壁管倍尺數(shù)的方法，將單倍尺軋制優(yōu)化為二倍尺，以提高厚壁管的成材率。