HFW焊管活套連續供料與生產效率的關系分析

羅 勇

（中國石化集團石油工程機械有限公司沙市鋼管廠，湖北 荊州 434001）

臥式螺旋活套是HFW（高頻焊接）生產線實現連續性生產必不可少的設備之一。近年來，臥式螺旋活套作為比較先進的儲料設備在國內外得到了廣泛的應用。臥式螺旋活套連續供料既提高了高頻焊管的成材率，又延長了高頻焊接設備的壽命［1］。但在實際使用過程中，若各項參數設置不當，其連續供料的優越性不但得不到發揮，反而不能滿足生產線的生產節奏，造成不必要的經濟損失［2］。針對此情況，本文在分析HFW焊管生產過程中臥式螺旋活套的連續性供料與生產效率之間關系的基礎上，整理出臥式螺旋活套連續供料的相關參數的計算公式，供同行們在生產過程中參考。

1 臥式螺旋活套連續供料的工藝流程

中國石化集團石油工程機械有限公司沙市鋼管廠（簡稱沙市鋼管廠）于2009年投資建設了一條HFW生產線，該生產線引進了美國ABBEY公司先進的制管技術，采用比較先進的臥式螺旋活套來保證生產的連續性和可靠性。臥式螺旋活套連續供料的主要工藝流程如圖1所示。

2 鋼卷長度的計算

在開始制造鋼管之前，必須根據客戶的需求和生產工藝的要求，采購符合要求的鋼卷。鋼卷形狀如圖2所示。在生產過程中，為了保證連續供料，首先要計算出單個鋼卷的長度［3］，然后再確定其他相應的參數，如生產速度、快速充料速度等。從圖2可以看出鋼卷環繞成螺旋形，為了計算方便，將每圈帶鋼視為圓形且每層帶鋼之間均緊密貼合。

圖1 臥式螺旋活套連續供料的主要工藝流程

圖2 鋼卷形狀示意

根據鋼卷的內孔直徑d和外圓直徑D，可計算出鋼卷橫截面積，然后除以帶鋼的厚度便可得到鋼卷長度l。經整理后便可得出如下公式［4］：

式中 T—帶鋼厚度，mm。

3 活套儲料量的計算

活套儲料量是指帶鋼由滿料狀態到全部收緊再到空料狀態，在停止充料的情況下活套能向軋機提供的帶鋼總長度［5］。在設計活套時，對于同厚度的帶鋼，其儲料量是一定的。將活套的空料和滿料狀態在一張圖上表示出來，如圖3所示，從而可以計算出活套的儲料量L，計算公式如下：

式中D2——活套料盤最大直徑，mm；

D1——帶鋼收緊時的最小直徑，mm；n——活套充料圈數；

r——活套內帶鋼之間的間距，mm。

圖3 活套儲料狀態示意

4 帶鋼對接時間、鋼卷長度與生產效率關系

在高頻焊管生產線中，影響焊接質量的主要因素是軋機運行的穩定性和連續性［2］，影響生產效率的主要因素是軋機的運行速度（大直徑焊管生產線一般控制在10～30 m/min），但保證焊接質量和生產效率的關鍵在活套的連續供料。所謂連續供料是指在生產線無故障的情況下，軋機選定運行速度后，活套始終能保證有帶鋼為其供料，從而保證軋機能夠不停機連續工作［6］。在活套選型確定后，活套的儲料量也就確定，為軋機連續供料的能力也隨之確定。活套的連續供料主要受帶鋼對接時間、鋼卷長度、快速充料速度和軋機運行速度等主要參數的制約。臥式螺旋活套連續供料的運行狀態分為3種：同步充料、帶鋼對接、快速充料。在連續供料過程中，這3種狀態呈連續交替的周期性變化。

同步充料階段。活套的充料速度與軋機運行速度同步，活套內的帶鋼處于滿料或接近滿料的狀態。當開卷機上的帶鋼用完時，活套入口夾送輥停止充料，隨后活套進入帶鋼對接階段。

帶鋼對接階段。當活套停止充料后，就需要將前一個鋼卷的板尾與后一個鋼卷的板頭分別進行矯平、剪切、對齊、對焊等［5］。此時，活套仍在為軋機供料，活套內帶鋼總量在不斷減少。

快速充料階段。當帶鋼對接完畢，活套入口夾送輥開始重新工作，并以快速充料速度為活套充料，直至活套滿料，隨后減速轉為同步充料階段，如此周期性循環為軋機連續不斷地提供原料［7］。

當入口夾送輥以一定速度給活套快速充料時，軋機仍在以其運行速度從活套內拉出帶鋼，因此快速充料階段活套內帶鋼的增加量應不小于帶鋼對接時活套內帶鋼的減少量，這是活套能夠連續供料的第1個必要條件，即：

式中vc——活套的快速充料速度，m/min；

vz——軋機運行速度，m/min；tc——快速充料時間，min；th——帶鋼對接時間，min。

在式（3）中，vc是設備給定的，vz可根據帶鋼對接時間th來選取，既要滿足生產效率又要滿足活套的連續供料的要求。由式（3）可知：降低帶鋼對接時間th是滿足上述要求的唯一方法。

在快速充料階段，活套充入的帶鋼總長度為（vctc）。若鋼卷的長度小于快速充料時的長度，則活套在快速充料時會達不到滿料的狀態，經過一段時間后，活套內的帶鋼儲量將逐漸減少，最終會造成無料狀態，致使軋機停機。由此可見，鋼卷長度l應該大于快速充料階段充入活套的帶鋼長度。這是活套能夠連續供料的第2個必要條件，即：

為了保證活套能夠連續為軋機供料，應同時滿足前面兩個必要條件，即：

由式（5）可以看出：當鋼卷選定后，帶鋼對接時間th是保證連續供料的關鍵所在；特別是在生產線建設的初期，對于帶鋼對接的整個工藝流程和操作步驟不是特別熟悉的情況下，縮短帶鋼對接時間會受到一定的限制，可以采取適當降低軋機運行速度和增加鋼卷的長度來實現連續供料［8］。待帶鋼對接技術成熟后，帶鋼對接時間達到足夠短時，可逐漸適當地提高軋機運行速度來滿足生產效率的要求。

5 結 語

臥式螺旋活套已經廣泛應用于HFW焊管機組，它的優越性得到了充分的發揮。根據沙市鋼管廠這幾年的實際生產情況來看，螺旋活套的先進性也得到了進一步的證實。經過生產實踐證實，上述計算公式與生產實際情況相符，可供同行們在生產過程中使用和參考。此外，在帶有螺旋活套的HFW焊管生產線中，活套的連續供料直接影響軋機的生產效率，對于HFW生產線的連續生產也具有特別重要的意義，非常值得進一步分析和研究。

［1］王好民.螺旋活套的原理分析及其各種形式對比［J］.焊管，1994，17（2）：29-32.

［2］矯慶春，黃曉娟.臥式螺旋活套螺旋料道設計分析［J］.鋼管，2005，34（4）：21-23.

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［5］蔡德光.鋼卷對焊及鋼帶儲存活套之技術［J］.焊管，1994，17（4）：39-44.

［6］ 楊先.淺談臥式螺旋活套［J］.焊管，1993，16（4）：26-28.

［7］蘇書田.轉盤臥式螺旋活套的改進設計［J］.焊管，1999，22（5）：49-50.

［8］劉國燕.螺旋活套在高頻直縫焊管機組上的應用及分析［J］.包鋼科技，2005，32（增刊）：53-56.