提高小时产能降低轧制成本的有效措施

陶侃侃，李伯旺，陈 璐，张 浩

（天津钢管制造有限公司，天津300301）

0 引言

江苏天淮钢管有限公司（以下简称 “天淮公司”）是天津钢管制造有限公司子公司，坐落于江苏省淮安市，地处华东，市场辐射能力强，地理位置优越。天淮公司拥有全球首条Φ508 mm 三辊限动连轧无缝钢管生产线，产品规格为Φ273～508 mm×6.35～80.0 mm 无缝钢管，年生产能力50 万吨以上，同时拥有20 万吨产能的热处理生产线、18 万吨产能的光管生产线。

公司主要产品为API 5CT 系列钢级H40、J55、K55、N80-1、N80Q、R95、L80-1、P110、Q125 等，API 5L 系列所有 钢级，ASTM A106/A333/A335，ASME SA106/SA333/SA335 等。2021 年天淮公司制定60万吨的目标产能，每月至少缴库量5 万吨。从目前壁厚情况看，作为主要规格的极限薄壁管生产节奏继续提升的难度较大，需要重新设计穿孔机各项轧制工具，以提高薄壁管小时产能。本文分析了制约公司薄壁管产能提高的主要因素，提出了改进设计思路，重新设计了轧制工具，并对改进措施实施效果进行了总结。

1 生产现状问题分析

天淮公司使用管坯规格为Φ380、450、500 mm三种。其中Φ450 mm 管坯轧制454 孔型的Φ501 mm 外径毛管，Φ500 mm 管坯轧制530 孔型的Φ577 mm 外径毛管。公司每月产品的60～80%是使用Φ500 mm 坯料生产530 孔型，坯料平均单重3 t 左右，加热节奏最快130 s，另外成材率、有效作业率，高附加值产品的生产，都影响加热炉小时产能和天然气消耗。

公司环形炉2019 年改造后，坯料加热节奏提高幅度很大，小时产能也提升很多。但由于管坯断面较大，继续大幅度提节奏（尤其是极限薄壁管）必然会影响到钢坯均匀性和成品管壁厚偏差。

2 改进设计思路

2.1 管坯替代

对530 和454 孔型穿孔轧制工具进行改造，使用端面Φ450 mm 管坯生产530 孔型的Φ577 mm外径毛管；使用端面Φ380 mm 管坯生产454 孔型的Φ501 mm 外径毛管；受设备动作的限制，原有端面Φ380 mm 坯料生产383 孔型暂时不动，如果出料节奏能够提起来，也可以使用端面Φ310 mm 的坯料。因此，坯料在形成毛管过程中穿孔的扩径率由原有的11～16%提高到28～32%。

2.2 穿孔轧制工具改造

轧制工具需要改造的部分：目前穿孔辊出口长度不足，采用大扩径率时需要增大穿孔辊出口角度；原有的二段式顶头扩径率偏小，需要重新设计三段式顶头；导板出口角度偏小，扩径率偏小，出口侧角度需要增大，由于顶头二段改三段式，头后变形区加长，导板长度和厚度也需要增加。

2.3 分壁厚排产

受厚壁管投料长度和环形炉炉膛宽度限制，小坯子改造后的穿孔轧制工具可以轧制薄壁和中厚壁规格的管子，530 孔型可以轧制厚壁35 mm 以下的成品管，454 孔型可以轧制厚壁30 mm 以下的管子。这两个壁厚以下的规格是公司的主力规格，可以使用优化后的轧制工具轧制。

其他厚壁管可以使用原来的轧制工具和工艺进行生产，在厚壁管合同不足时，可以排产薄壁和中厚壁管一起生产，以便形成批量，以免合同不足临时更换穿孔辊，产生更多故障时间，同时可以消化现有轧制工具。

3 轧制工具设计

3.1 穿孔辊

受转鼓等设备影响，辊身长度不变，在现有的穿孔辊参数基础上进行改动。入口一段和二段角度、长度不变；为了增大扩径率到32%，同时保证毛管椭圆度，增大出口角度，由现有的4°增大到5.8°。穿孔辊简图如图1 所示。

图1 穿孔辊参数图

3.2 顶头

天淮公司穿孔机原始设计扩径率11～16%，所以顶头采用二段式顶头。改造后穿孔扩径率需要达到28%～32%，这样在顶头设计上要使用三段式顶头代替二段式顶头。530 孔型用Φ450 mm 坯穿Φ577 mm 外径毛管，现场530 孔型毛管外径实际控制在590 mm 左右，顶头设计按照现场实际毛管外径进行设计，连轧需求最薄毛管按照Φ590 mm×26 mm 设计。为满足毛管几何尺寸，重新设计了三段式Φ483 mm 顶头。同样454 孔型用Φ380 mm 坯穿Φ501 mm毛管，毛管尺寸按照Φ510 mm×26.1 mm 重新设计Φ412 mm 顶头。Φ483 mm 顶头简图如图2 所示。

图2 Φ483 mm 顶头参数图

3.3 导板

3 种孔型需要重新设计孔型导板。导板采用一段圆弧过渡，以利于毛管归圆，同时导板宽度的设计和轧辊开度紧密结合，保证导板迎钢侧和轧辊辊面间隙控制在2 mm 以内；考虑导板调整丝杠、导板座和轧辊压下等因素的影响，在原导板的基础上出口角度由5.5°增大到7.5°，这样配合轧辊出口角度变化，穿孔机椭圆度系数控制在1.18 左右，就能生产出连轧所需的毛管外径和壁厚；同时，导板厚度增加10 mm，长度由650 mm 增加到700 mm，这样保证毛管在抛钢前受到导板的束缚，有利于归圆，减小毛管马蹄口。Φ450 mm 导板简图3 所示。

图3 Φ450 mm 导板简图

4 效益分析

4.1 小时产能提升和年产能增产

由于小坯子替代大坯子增大穿孔扩径率后，只能生产30～35 mm 壁厚以下的管子，针对这个壁厚的管子，改造前后对应的节奏（考虑管坯外径和长度）对比如表1 所示。从表1 可以看出，通过增大扩径率改造，530 孔型小时产能可以提升20～24.9%，454 孔型小时产能可以提升9～13.2%。以2019 年吨位计算，经过改造，两个孔型可以年增产5.29～6.72 万吨（见表2）。如果合同量增加，年产能增加会更多。

表1 改造前后生产节奏对比

表2 改造后年产能增加情况

4.2 成本降低

按照2019 年530 和454 孔型薄壁和中厚壁热轧管生产92 956 支计算，母坯约30 000 支，每支母坯切割减少一刀计算，每支节省锯口10 mm 宽，可以节省465 吨的锯口损失。另外小直径管坯代替大直径管坯，每个锯口平米数降低，锯片的成本也会随之下降。

随着管坯直径减小，节奏提升，坯料在炉时间大大降低，点炉复产时间缩短，改造前后坯料在炉时间对比如表3 所示。由表3 可以看出，薄壁和中厚壁管坯总计在炉时间（212 个料位） 可以节省444～573 小时（见表3），按照每小时3 100 标方天然气计算，可节省天然气1 367 400～1 776 300 标方。

表3 改造前后坯料在炉时间对比

4.3 提高实物质量和指标

轧制工具优化改造前，轧制薄壁极限管存在壁厚发散的情况，尤其是530 孔型10 mm 壁厚以下规格，壁厚发散较重。使用小坯子替代大坯子后，管坯直径减小，管坯加热质量有所改善，有利于对毛管壁厚的控制；管坯断面温差减小，成品管管尾壁厚偏差会有所减小，这样有可能降低切头尾率；另外增大扩径率改造，对降低切头尾率、提高实物质量、提高成材率有积极作用。

5 结语

使用小坯子替代大坯子，以及轧制工具优化改造后，有效以提高了环形加热炉出料节奏，提高了产线薄规格热轧管小时产能。随着加热炉出料节奏的提高，加热炉天然气的吨钢消耗成本也会有所降低；坯料外径减小，对管坯断面加热的均匀性也会产生积极的作用，可提高成品管的成材率；管坯断面的减小，意味着所需母坯长度增加，同样长度管子的母坯切成定尺坯，刀数减少了1～2 刀，对降低锯片成本和节省刀口金属损失，也都有积极的作用。

虽然上述改进措施取得了很好的经济效益，但是也有生产组织复杂和投资增大的弊端，需要今后加以完善。