HFW焊管活套连续供料与生产效率的关系分析

罗 勇

（中国石化集团石油工程机械有限公司沙市钢管厂，湖北 荆州 434001）

卧式螺旋活套是HFW（高频焊接）生产线实现连续性生产必不可少的设备之一。近年来，卧式螺旋活套作为比较先进的储料设备在国内外得到了广泛的应用。卧式螺旋活套连续供料既提高了高频焊管的成材率，又延长了高频焊接设备的寿命［1］。但在实际使用过程中，若各项参数设置不当，其连续供料的优越性不但得不到发挥，反而不能满足生产线的生产节奏，造成不必要的经济损失［2］。针对此情况，本文在分析HFW焊管生产过程中卧式螺旋活套的连续性供料与生产效率之间关系的基础上，整理出卧式螺旋活套连续供料的相关参数的计算公式，供同行们在生产过程中参考。

1 卧式螺旋活套连续供料的工艺流程

中国石化集团石油工程机械有限公司沙市钢管厂（简称沙市钢管厂）于2009年投资建设了一条HFW生产线，该生产线引进了美国ABBEY公司先进的制管技术，采用比较先进的卧式螺旋活套来保证生产的连续性和可靠性。卧式螺旋活套连续供料的主要工艺流程如图1所示。

2 钢卷长度的计算

在开始制造钢管之前，必须根据客户的需求和生产工艺的要求，采购符合要求的钢卷。钢卷形状如图2所示。在生产过程中，为了保证连续供料，首先要计算出单个钢卷的长度［3］，然后再确定其他相应的参数，如生产速度、快速充料速度等。从图2可以看出钢卷环绕成螺旋形，为了计算方便，将每圈带钢视为圆形且每层带钢之间均紧密贴合。

图1 卧式螺旋活套连续供料的主要工艺流程

图2 钢卷形状示意

根据钢卷的内孔直径d和外圆直径D，可计算出钢卷横截面积，然后除以带钢的厚度便可得到钢卷长度l。经整理后便可得出如下公式［4］：

式中 T—带钢厚度，mm。

3 活套储料量的计算

活套储料量是指带钢由满料状态到全部收紧再到空料状态，在停止充料的情况下活套能向轧机提供的带钢总长度［5］。在设计活套时，对于同厚度的带钢，其储料量是一定的。将活套的空料和满料状态在一张图上表示出来，如图3所示，从而可以计算出活套的储料量L，计算公式如下：

式中D2——活套料盘最大直径，mm；

D1——带钢收紧时的最小直径，mm；n——活套充料圈数；

r——活套内带钢之间的间距，mm。

图3 活套储料状态示意

4 带钢对接时间、钢卷长度与生产效率关系

在高频焊管生产线中，影响焊接质量的主要因素是轧机运行的稳定性和连续性［2］，影响生产效率的主要因素是轧机的运行速度（大直径焊管生产线一般控制在10～30 m/min），但保证焊接质量和生产效率的关键在活套的连续供料。所谓连续供料是指在生产线无故障的情况下，轧机选定运行速度后，活套始终能保证有带钢为其供料，从而保证轧机能够不停机连续工作［6］。在活套选型确定后，活套的储料量也就确定，为轧机连续供料的能力也随之确定。活套的连续供料主要受带钢对接时间、钢卷长度、快速充料速度和轧机运行速度等主要参数的制约。卧式螺旋活套连续供料的运行状态分为3种：同步充料、带钢对接、快速充料。在连续供料过程中，这3种状态呈连续交替的周期性变化。

同步充料阶段。活套的充料速度与轧机运行速度同步，活套内的带钢处于满料或接近满料的状态。当开卷机上的带钢用完时，活套入口夹送辊停止充料，随后活套进入带钢对接阶段。

带钢对接阶段。当活套停止充料后，就需要将前一个钢卷的板尾与后一个钢卷的板头分别进行矫平、剪切、对齐、对焊等［5］。此时，活套仍在为轧机供料，活套内带钢总量在不断减少。

快速充料阶段。当带钢对接完毕，活套入口夹送辊开始重新工作，并以快速充料速度为活套充料，直至活套满料，随后减速转为同步充料阶段，如此周期性循环为轧机连续不断地提供原料［7］。

当入口夹送辊以一定速度给活套快速充料时，轧机仍在以其运行速度从活套内拉出带钢，因此快速充料阶段活套内带钢的增加量应不小于带钢对接时活套内带钢的减少量，这是活套能够连续供料的第1个必要条件，即：

式中vc——活套的快速充料速度，m/min；

vz——轧机运行速度，m/min；tc——快速充料时间，min；th——带钢对接时间，min。

在式（3）中，vc是设备给定的，vz可根据带钢对接时间th来选取，既要满足生产效率又要满足活套的连续供料的要求。由式（3）可知：降低带钢对接时间th是满足上述要求的唯一方法。

在快速充料阶段，活套充入的带钢总长度为（vctc）。若钢卷的长度小于快速充料时的长度，则活套在快速充料时会达不到满料的状态，经过一段时间后，活套内的带钢储量将逐渐减少，最终会造成无料状态，致使轧机停机。由此可见，钢卷长度l应该大于快速充料阶段充入活套的带钢长度。这是活套能够连续供料的第2个必要条件，即：

为了保证活套能够连续为轧机供料，应同时满足前面两个必要条件，即：

由式（5）可以看出：当钢卷选定后，带钢对接时间th是保证连续供料的关键所在；特别是在生产线建设的初期，对于带钢对接的整个工艺流程和操作步骤不是特别熟悉的情况下，缩短带钢对接时间会受到一定的限制，可以采取适当降低轧机运行速度和增加钢卷的长度来实现连续供料［8］。待带钢对接技术成熟后，带钢对接时间达到足够短时，可逐渐适当地提高轧机运行速度来满足生产效率的要求。

5 结 语

卧式螺旋活套已经广泛应用于HFW焊管机组，它的优越性得到了充分的发挥。根据沙市钢管厂这几年的实际生产情况来看，螺旋活套的先进性也得到了进一步的证实。经过生产实践证实，上述计算公式与生产实际情况相符，可供同行们在生产过程中使用和参考。此外，在带有螺旋活套的HFW焊管生产线中，活套的连续供料直接影响轧机的生产效率，对于HFW生产线的连续生产也具有特别重要的意义，非常值得进一步分析和研究。

［1］王好民.螺旋活套的原理分析及其各种形式对比［J］.焊管，1994，17（2）：29-32.

［2］矫庆春，黄晓娟.卧式螺旋活套螺旋料道设计分析［J］.钢管，2005，34（4）：21-23.

［3］杨德兴.卧式螺旋活套的充料原理［J］.沈阳工业学院学报，1995，14（3）：49-53.

［4］唐日福，匡东权，杨明全.卧式螺旋活套连续供料的有关参数计算［J］.沈阳工业学院学报，1996，15（3）：59-64.

［5］蔡德光.钢卷对焊及钢带储存活套之技术［J］.焊管，1994，17（4）：39-44.

［6］ 杨先.浅谈卧式螺旋活套［J］.焊管，1993，16（4）：26-28.

［7］苏书田.转盘卧式螺旋活套的改进设计［J］.焊管，1999，22（5）：49-50.

［8］刘国燕.螺旋活套在高频直缝焊管机组上的应用及分析［J］.包钢科技，2005，32（增刊）：53-56.