優化大直徑無縫鋼管倍尺數提高成材率

林 震，溫 博，陳圣明，叢鋼軍

（內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司鋼管公司，內蒙古 包頭 014010）

2019年內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司提出“四降兩提”工程，其核心思想是：降低財務成本、制造成本、物流成本、人工成本，提高資產運營效率、工作效率。該公司積極探索提高各機組成材率的措施，通過成材率的提高，實現降低生產制造成本的目的。

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。中間剔廢是在生產過程中，發生工藝和設備事故導致剔料產生廢品；檢查廢品是由于產品質量不符合相應的鋼管檢驗標準要求，導致鋼管判廢，產生廢品；燒損是由于坯料加熱和鋼管軋制過程中產生氧化鐵皮，產生金屬損耗［1］；切頭尾是因為鋼管頭尾端壁厚不均、端頭不規則，需要切除，從而產生金屬消耗。

提高鋼管成材率從影響指標的四個方面著手。降低中間剔廢率主要通過減少設備和工藝事故的頻次，減少剔出坯料、毛管和荒管的數量。降低檢查廢品率，通過工藝改進的方法消除內折、壁厚偏差、結疤等質量缺陷［2］；通過提高質量管理人員的質量意識，降低質量缺陷比例；通過API Spec 5CT—2011《套管和油管規范》、API Spec 5L—2012《管線鋼管規范》及其他的鋼管質量管理規范，保證質量控制系統高效、穩定運行［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，執行好待軋降溫制度。通過減少切頭尾長度，增加倍尺數量（加長鋼管軋制總長度，增加切成定尺管的倍尺數），降低切損率。

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

2 改進措施

2.1 改進前存在的問題

統計Φ460 mm PQF連軋管機組生產兩個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產量對比見表2，薄壁管小時產量偏低。

表1 Φ460 mm PQF連軋管機組部分薄壁管成材率

表2 薄壁管和中厚壁管小時產量對比

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

2.2 改進過程

為了實現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。薄壁管延伸系數較大，成品管由二倍尺優化成為三倍尺生產。

2.2.1 改進方案

整體改進方案從坯料設計長度、各機組允許的最長軋制長度、工藝調整、各個機組開軋溫度對負荷的影響等幾個方面制定。

（1）各個機組軋制長度校核：穿孔機軋制的毛管長度是否超出范圍；連軋管機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；定徑機軋制的熱軋態成品鋼管長度是否超出范圍，鋼管能否順利地翻轉到冷床，冷床下料能否順利實現。

（2）延伸系數校核：主要校核穿孔機和連軋管機的延伸系數。

（3）工藝調整：調整連軋管機組芯棒限動速度、毛管擋叉降低坐標和插入坐標，保證芯棒工作段長度滿足毛管變長后的要求。后延脫管機后輥道擋板的位置，優化后的荒管長度增加，保證荒管能夠順利移到定徑機入口側。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，冷床兩側加寬1 m。

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

2.2.2 典型規格進行試驗

根據坯料長度、延伸系數、軋制時間、設備因素考慮具體的優化規格，選用延伸系數較大，負荷適中的規格進行試驗，選定的坯料規格為小系列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調整為2.35 m，Φ325 mm×8.0 mm坯料長度由1.75 m調整為2.55 m，坯料長度不超過設計上限。

（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規格的毛管8.5 m，Φ325 mm×8.0 mm規格毛管9.8 m，都在要求范圍內。

（3）穿孔、連軋管機組軋制兩個規格鋼管的延伸系數見表3。

表3 穿孔、連軋管機組軋制鋼管校核延伸系數

對于Φ273 mm×7.0 mm規格，穿孔機組的延伸系數3.64，連軋管機組延伸系數4.04，該規格穿孔連軋延伸系數在范圍內。

對于Φ325 mm×8.0 mm規格，穿孔機組延伸系數3.85，連軋管機組延伸系數3.32，軋制延伸系數都超出范圍。穿孔機的延伸系數超出范圍，使用原設計的熱工具軋制導致毛管螺旋加重、壁厚不均度增加、橢圓度增加，毛管質量下降，影響連軋管機組的軋制。連軋管機組延伸系數達到設計上限，加之毛管質量下降，導致成品管軋坑、撕破缺陷產生。針對這一問題，對穿孔機組的熱工具進行改造，主要是頂頭和導板，頂頭直徑376 mm改成382 mm，并且長度變短；穿孔機導板出口錐度由7.5°改為 7.0°。

（4）脫管機后允許的最大長度32.5 m，兩個規格的脫管機軋后長度33.5 m再加0.5 m安全余量，脫管機后擋板需要后移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。通過連軋數模驗證芯棒限動速度由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）連軋管機組最低開軋溫度1 000℃，定徑機組最低開軋溫度850℃。穿孔機軋制過程升溫，連軋管機開軋溫度能夠保證。連軋管機組純軋時間增加1.5 s左右，機組溫降速度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 確定優化規格

可以優化的鋼管外徑和壁厚范圍見表4。

2.4 成材率指標提升

將二倍尺優化為三倍尺后，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格mm

表5 優化前后成材率對比

2.5 小時產量提升

增加倍尺后，坯料長度增加，這些規格小時產量提高30～50 t；目前平均作業率75%，所以每班產量提高360～450 t，生產效率提高。優化前后小時產量對比見表6。

表6 優化前后小時產量對比

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年鋼管市場價格及廢鋼價格計算效益。增加倍尺的同規格鋼管成材率平均提升0.5%，二倍尺改為三倍尺的同規格薄壁管每月平均產量16 800 t，這些鋼管的平均售價4 200元/t，廢鋼價格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連軋管機組每月軋制的薄壁管占比達到60%，能夠實現三倍尺同規格薄壁管每月占比30%。每班產量較改造前提高300～400 t。芯棒、頂頭、導板、軋輥同樣的軋制次數，軋制坯料的單個質量增加，倍尺優化項目降低了熱工具噸鋼制造成本。

3 結 語

Φ460 mm PQF連軋管機組原設計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，所以對應成材率提高0.5%。增加倍尺后，同規格坯料長度增加，在軋制節奏相同的條件下，每班產量提高。通過這一措施，每年為Φ460 mm PQF連軋管機組降低成本200萬元以上，提高產量7萬t以上。對于厚壁管，目前采用單倍尺生產，后續將采用優化薄壁管倍尺數的方法，將單倍尺軋制優化為二倍尺，以提高厚壁管的成材率。