提高小時產能降低軋制成本的有效措施

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，地理位置優越。天淮公司擁有全球首條Φ508 mm 三輥限動連軋無縫鋼管生產線，產品規格為Φ273～508 mm×6.35～80.0 mm 無縫鋼管，年生產能力50 萬噸以上，同時擁有20 萬噸產能的熱處理生產線、18 萬噸產能的光管生產線。

公司主要產品為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60萬噸的目標產能，每月至少繳庫量5 萬噸。從目前壁厚情況看，作為主要規格的極限薄壁管生產節奏繼續提升的難度較大，需要重新設計穿孔機各項軋制工具，以提高薄壁管小時產能。本文分析了制約公司薄壁管產能提高的主要因素，提出了改進設計思路，重新設計了軋制工具，并對改進措施實施效果進行了總結。

1 生產現狀問題分析

天淮公司使用管坯規格為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。公司每月產品的60～80%是使用Φ500 mm 坯料生產530 孔型，坯料平均單重3 t 左右，加熱節奏最快130 s，另外成材率、有效作業率，高附加值產品的生產，都影響加熱爐小時產能和天然氣消耗。

公司環形爐2019 年改造后，坯料加熱節奏提高幅度很大，小時產能也提升很多。但由于管坯斷面較大，繼續大幅度提節奏（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 改進設計思路

2.1 管坯替代

對530 和454 孔型穿孔軋制工具進行改造，使用端面Φ450 mm 管坯生產530 孔型的Φ577 mm外徑毛管；使用端面Φ380 mm 管坯生產454 孔型的Φ501 mm 外徑毛管；受設備動作的限制，原有端面Φ380 mm 坯料生產383 孔型暫時不動，如果出料節奏能夠提起來，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，采用大擴徑率時需要增大穿孔輥出口角度；原有的二段式頂頭擴徑率偏小，需要重新設計三段式頂頭；導板出口角度偏小，擴徑率偏小，出口側角度需要增大，由于頂頭二段改三段式，頭后變形區加長，導板長度和厚度也需要增加。

2.3 分壁厚排產

受厚壁管投料長度和環形爐爐膛寬度限制，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。這兩個壁厚以下的規格是公司的主力規格，可以使用優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行生產，在厚壁管合同不足時，可以排產薄壁和中厚壁管一起生產，以便形成批量，以免合同不足臨時更換穿孔輥，產生更多故障時間，同時可以消化現有軋制工具。

3 軋制工具設計

3.1 穿孔輥

受轉鼓等設備影響，輥身長度不變，在現有的穿孔輥參數基礎上進行改動。入口一段和二段角度、長度不變；為了增大擴徑率到32%，同時保證毛管橢圓度，增大出口角度，由現有的4°增大到5.8°。穿孔輥簡圖如圖1 所示。

圖1 穿孔輥參數圖

3.2 頂頭

天淮公司穿孔機原始設計擴徑率11～16%，所以頂頭采用二段式頂頭。改造后穿孔擴徑率需要達到28%～32%，這樣在頂頭設計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，現場530 孔型毛管外徑實際控制在590 mm 左右，頂頭設計按照現場實際毛管外徑進行設計，連軋需求最薄毛管按照Φ590 mm×26 mm 設計。為滿足毛管幾何尺寸，重新設計了三段式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 重新設計Φ412 mm 頂頭。Φ483 mm 頂頭簡圖如圖2 所示。

圖2 Φ483 mm 頂頭參數圖

3.3 導板

3 種孔型需要重新設計孔型導板。導板采用一段圓弧過渡，以利于毛管歸圓，同時導板寬度的設計和軋輥開度緊密結合，保證導板迎鋼側和軋輥輥面間隙控制在2 mm 以內；考慮導板調整絲杠、導板座和軋輥壓下等因素的影響，在原導板的基礎上出口角度由5.5°增大到7.5°，這樣配合軋輥出口角度變化，穿孔機橢圓度系數控制在1.18 左右，就能生產出連軋所需的毛管外徑和壁厚；同時，導板厚度增加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板的束縛，有利于歸圓，減小毛管馬蹄口。Φ450 mm 導板簡圖3 所示。

圖3 Φ450 mm 導板簡圖

4 效益分析

4.1 小時產能提升和年產能增產

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

表1 改造前后生產節奏對比

表2 改造后年產能增加情況

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92 956 支計算，母坯約30 000 支，每支母坯切割減少一刀計算，每支節省鋸口10 mm 寬，可以節省465 噸的鋸口損失。另外小直徑管坯代替大直徑管坯，每個鋸口平米數降低，鋸片的成本也會隨之下降。

隨著管坯直徑減小，節奏提升，坯料在爐時間大大降低，點爐復產時間縮短，改造前后坯料在爐時間對比如表3 所示。由表3 可以看出，薄壁和中厚壁管坯總計在爐時間（212 個料位） 可以節省444～573 小時（見表3），按照每小時3 100 標方天然氣計算，可節省天然氣1 367 400～1 776 300 標方。

表3 改造前后坯料在爐時間對比

4.3 提高實物質量和指標

軋制工具優化改造前，軋制薄壁極限管存在壁厚發散的情況，尤其是530 孔型10 mm 壁厚以下規格，壁厚發散較重。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；另外增大擴徑率改造，對降低切頭尾率、提高實物質量、提高成材率有積極作用。

5 結語

使用小坯子替代大坯子，以及軋制工具優化改造后，有效以提高了環形加熱爐出料節奏，提高了產線薄規格熱軋管小時產能。隨著加熱爐出料節奏的提高，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，刀數減少了1～2 刀，對降低鋸片成本和節省刀口金屬損失，也都有積極的作用。

雖然上述改進措施取得了很好的經濟效益，但是也有生產組織復雜和投資增大的弊端，需要今后加以完善。