兰兴昌
（北京钢铁设计研究总院）
刘卫平（天津钢管公司）
摘妻简要介绍无缝钢管生产的新进展，包括无缝钢管生产的锥形辊穿孔机、少机架限动芯棒连轧机、ＰＱＦ连轧管机、三辊可调定径机等。
关键词无缝钢管锥形辊穿孔机连轧管机三辊可调定径机
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近年来，在市场不断萎缩，生产能力过剩，竞争更加激烈的情况下，全世晃范围内的无缝钢管生产企业重组步伐加快，目前已形成无缝钢管生产的三大集团，分别为阿根廷西尔卡（Ｓｉｄｅｒｅａ）、墨西哥汤姆萨（Ｔａｍｓａ）和意大利达尔明（Ｄ吐试ｎｅ）公司组成的“ＤＳＴ”集团（无缝钢管生产超过２１０万ｔ）；德国的曼内斯曼和法国的瓦鲁来克公司合并所属无缝钢管厂组成的“Ｊｖ”集团（无缝钢管生产量１８０万ｔ）；日本国内各公司组成的“日本联盟”（无缝钢管生产量１２０万ｔ）。这三大集团控制了８０％的无缝钢管世界市场。
另外，在加紧企业重组的同时，各生产企业不断开发无缝钢管生产的新技术，使无缝钢管生产从增加产量向提高产品质量，扩大品种，降低能耗，提高金属收得率等方向发展，使产品更具竞争力。 大功率开关电源设计
无缝钢管生产技术的新进展主要表现在如下几个方面：
近年来国外新建的几套限动芯棒连轧管机采用倍尺长度连铸坯在步进式加热炉中加热，加热后在行星式旋转热锯机上锯成定尺长度，再进行穿孔、轧管。与常规定尺坯在环形炉内加热的工艺相比，采
联系人：兰兴昌．北京（１０００８１）北京铜蚨研究总院用步进式炉加热炉底面积利用率高、管坯加热均匀、加热速度快、节省燃料、占地面积小、便于炼钢连铸设备和轧管机之间的布置、减少投资等。
采用倍尺连铸坯的优越性只有在采用行星式旋转热锯机时才能充分发挥。行星式旋转热锯机具有锯切周期短、管坯断面规格范围大，单耗小等优点，与步进式加热炉组合，可以大大提高机组的生产能力，并为连铸管坯热送热装提供了有利条件。
２采用锥形辊穿孔机…
早期的锥形辊穿孔机曾在自动轧管机和狄塞尔轧管机组中使用过，但由于锥形辊是悬臂的，刚性差且不能调整角度因此没有得到推广。近年来，随着设备结构的改进，锥形辊改为双支撑以后，锥形辊穿孔机有了新发展，得到广泛采用。锥形辊穿孔机的优点如下：
（１）轧辊直径向出口方向逐渐加大，与变形区内金属流动速度逐渐增大相一致，减少了管坯的周向切应力，减少了毛管内外表面缺陷和金属扭曲； （２）采用大的喂人角和辗轧角，增大了变形程度，可使延伸系数高达６，穿孔速度达１．５ｍ／ｓ，穿孔效率达９０％，扩孔率达１．４；
（３）穿孔变形大，可减小后部轧管工序的轧件
无缝钢管生产的新进展．卯ｊ变形。
正是由于锥形辊穿孔机的采用，使得少机架限动芯棒连轧管机（Ｍ“。ＭＰＭ）得到了发展，也使Ａｓ—Ｓｅｌ轧管机、Ａｃｃｕ．Ｒｏｌｌ轧管机生产更薄更长的钢管成为可能。
３限动芯棒连轧管机得到大力发展，并开发出ＰＱＦ连轧管机
１９９０年以来，世界上新建无缝钢管生产机组主要为限动芯棒连轧管机（ＭＰＭ）、Ａｃｃｕ—Ｒｏｌｌ轧管机、ＣＰＥ顶管机及新式Ａｓｓｅｌ轧管机，其中限动芯棒连轧管机组在数量上最多，分布地域也更广，而其他型式轧管机组则主要应用于发展中国家。
近年来，连轧管机生产技术的发展有两个重要特征，即：
３．１少机架限动芯棒连轧蕾机组（Ｍｉｒａ．ＭＰＭ）得到发展
Ｍｉｎｉ—ＭＰＭ的发展是在连铸管坯质量提高、锥形辊穿孔技术取得重大进步的前提下实现的。Ｍｉ．Ｔｌｉ—ＭＰＭ是在确保限动芯棒轧翩优点的条件下，将通常采用的７－－８架连轧管机减少２－－３架。这一技术的基础是合理改变金属变形分配，也就是将连轧管机承担的纵向大延伸向横向变形的穿孔机上转移。
Ｍｉｎｉ—ＭＰＭ较典型限动芯棒连轧管机的技术改进如下：
（１）机架数量减少。机架数量的减少使得设备重量和电机容量显著减少，机组建设投资大幅降低；
（２）连轧机采用液压压下装置。采用液压压下可以实现辊缝的动态调整，提高了钢管精度，改善了表面质量；
（３）机架平立布置。将机架由４５。倾斜交叉布置改为平立交叉布置，主传动电机布置在机架同一侧等，可以减少土建工程及管线敷设费用，使连轧机结构更为合理；
（４）采用快速换辊装置：在更换产品规格时，过去用轧辊和机架整体更换的办法，换辊时间长（约１．５ｈ），备用机架多。采用新装置换辊时，只需更换轴承座和轧辊，而机架固定不动，更换全套轧辊只需１５ｍｉｎ，无需成套备用机架。
第一套少机架限动芯棒连轧管机组是１９９２年在南非托沙厂的ＣＰＳ机组改造中获得成功的，其后日本住友和歌山４０６ｒａｍ（１６”）机组和我国包钢２５０机组均采用了少机架限动芯棒连轧管机组。３．２开发出三辊可调式限动芯棒连轧管机（ＰＩＱＦ）［２】
ＰＱＦ是意大利ＩＮＮＳＥ公司为克服二辊连轧管机的固有局限性而研制开发的。ＰＱＦ连轧机由４～７架三辊可调式机架组成，所有机架均沿轴向布置在一个刚性圆筒中。机架的三个轧辊均为传动，采用限动芯棒方式轧制。其主要特点是：
（１）采用三辊孔型轧制，使得轧辊孔型各点间线速度差小，金属横向流动少，变形更加均匀，改善了钢管表面质量，提高了壁厚精度；三辊封闭孔型轧制，使金属处于更高的压应力状态，减少了缺陷的产生，提高了轧制薄壁、高钢级钢管及难变形钢管的能力，轧制钢管的径壁比可达５８；三辊轧制使得单位轧制压力分布均匀，压力峰值低，提高了轧辊及芯棒寿命，同时也为控制轧制创造了条件；另外由于三辊轧制变形均匀，减少了荒管尾端鳍状的产生，提高了金属收得率及轧制流畅程度。
（２）辊缝可调。由于三个轧辊可同时或单独调整，允许有较大的辊缝开口调节范围，且不影响钢管壁厚的同心度，因此可以采用相同直径的芯棒来轧制更多厚度规格的钢管，减少了芯棒规格、穿孔毛管规格和顶头规格，使机组生产灵活性增加，不但可实现少规格、大批量生产，也适于多品种、多规格、，Ｊ、批量轧制。
（３）每个轧辊均设有单独的液压压下装置，可以更加有效地使用自动控制模型，更加精确地控制钢管壁厚同心度，还可对进入张减机前的荒管两端适当轧薄，以减少张减机后钢管两端增厚带来的金属损失。
（４）机架间距缩短，可减少芯棒长度和建设费用。另外三辊孔型轧制及机架的紧凑式设计，使得钢管沿横断面及全长方向上温度分布更加均匀，轧制过程温度损失更少，金属流动更稳定，便于实现在线常化、在线淬火等工艺。
ＰＯｙ轧机的开发使无缝钢管连轧工艺迈上了一个新台阶。据悉某厂的新建机组中已决定采用ＰＱＦ轧机。
４张减机／定径机的三辊可调技术及快速换辊技术的开发【３ｌ
近年来张减机／定径机发展的新技术主要有：４．１三辊单独可调式定径机（Ｈ举）的开发
该技术是在每个轧辊位置上各设１套液压压下装置，可以根据不同的条件对三个轧辊进行单独调整，以实现钢管外径的精确调整及沿圆周上对椭圆
卯２提高钢材的市场竞争力——２０。２年全国轧钢生产技术会议暨中国金属学会第七届轧钢年会论文集
度进行调整，也可沿钢管长度上在线动态压下调整，以消除由于钢管沿长度上的温度不均造成的外径偏差。该技术是意大利ＩＮＮＳＥ公司开发的，已成功应用于日本住友和歌山厂新建的４０６ｍｍ（１６”）连轧管机组中。采用该技术的优点如下：
（１）由于机架内的三个轧辊均可单独动态调整，因此可以补偿在轧制过程中轧辊的磨损，以及钢管沿长度上的温度不均，使产品尺寸精度大大提高（外径公差可由±０５％提高到±０．２５％以内）；另外还可以使许多钢种进入定径机前不需要在再加热炉中加热或均热，提高了金属收得率及生产操作成本；
（２）由于轧辊辊缝可调，简化了机组管理及减少换辊频次，提高了定径机的设备利用率，同时也提高了轧辊的使用寿命（约２倍以上）；
（３）由于轧辊辊缝可调，可以使用相同的轧辊孔型生产出不同外径规格的钢管，降低了轧辊备件数量，并且在新建三辊可调式定径机组时，可以减少机架数量，降低投资额；
（４）轧辊车削可以采用普通ＣＮＣ车床，每个轧辊单独加工。无需设置专用的孔型加工机床对３个轧辊同时加工。
４．２三辊同步可调式张减／定径机的开发
采用该技术可以根据轧制钢管外径的变化，在一定范围内对轧辊辊缝进行调整，另外还可以根据轧辊磨损情况，对辊缝进行调整补偿，以保证必要的钢管外径尺寸精度。三辊可调式机架的开发，可以大幅度地减少备用轧辊及机架的数量、减少轧辊消耗、提高设备利用率以及提高设备的灵活性。
德国ＳＭＳＭＥＥＲ公司及ＫＯＣＫＳ公司均开发出自己的三辊同步可调式张减／定径机。其工作原理都是将轧辊轴装于偏心轴套之内，通过现场手动或远程电动控制三根偏心轴套同步旋转，带动轧辊辊缝同心调整。只是两者带动偏心套旋转的执行机构有所不同。该技术只能在空载条件下工作，即轧辊辊缝调整在轧制间隙时间内完成，不能进行动态调整。据悉国内某厂向ＳＭＳＭＥＥＲ公司订购了三辊可调式定径机机架，将在年底投入使用。
４．３轧辊快速拆装技术
常规张减机轧辊的拆装比较复杂费时，当需要对轧辊孔型重新加工时，普遍采用在孔型加工机床上对机架内的三个轧辊同时加工方式。这样需要配备昂贵的专用孔型加工机床（１台价值上百万美元）以及设置大量的备用机架。为此德国ＫＯＣＫＳ及ＳＭＳＭＥＥＲ公司各开发出了新式张减机轧辊组件，使得轧辊更换快速方便。这样在每次机架更换下来后，可以将轧辊快速拆卸，然后对轧辊进行逐个加工，只采用普通ＣＮＣ机床即可。由于采用了轧辊快速拆装技术，并保证其安装精度，使得张减机备用机架数量大大减少（约减少２／３～３／４，即当采用２４架张减机时，备用机架数可减少１５０架以上）。
轧辊安装时，轧辊由机架轴向侧面装入，通过液压预紧连杆夹紧２个法兰来夹紧轧辊辊环，然后用安全螺母锁紧。轧辊拆卸则使液压预紧杆放松，即可将轧辊沿机架侧面拿出。采用这种方式更换轧辊非常方便，且时间很短。
５开发节能技术
无缝钢管生产工艺复杂，工序多，生产能耗大。为仅可能节约能源，降低消耗，近年主要采取了如下的节能技术：
（１）采用连铸管坯代替轧制管坯；
（２）采用新型环形加热炉和隔热材料；
（３）采用新设备新工艺，定径时取消再加热炉工序，张力减径时采用低能耗再加热；
（４）采用在线常化工艺，以及在线直接淬火再回火工艺，取消淬火加热炉；开发低温轧制及热机轧制技术。
（５）开发连铸管坯热送热装技术。
６开发先进的钢管质量自动控制技术
近年来，为满足用户对无缝钢管质量越来越严格的要求，对钢管质量自动控制系统（特别是壁厚自动控制系统）进行了新的研发，取得了一些新成果：
６．１开发出连轧管机的ＨＧＣ控制系统
连轧管机采用液压压下技术，开发出ＨＧＣ控制系统。该系统采用高分辨率的位置传感器及压力传感器进行反馈控制，可以进行轧辊的位置闭环控制以实现高精度的辊缝调整，以控制荒管的壁厚精度。其控制模型主要包括：辊缝液压位置控制、轧制力能参数计算、自动流量增溢控制、液压压下系统位置同步控制、冲击设定补偿（减少轧件进入轧辊孔型的冲击引起的壁厚偏差）、伺服阀零位漂移调整、位置传感器自动调零等功能。
另外，对过去连轧管机的过程监控进行了发展，主要用于对连轧管机过程工艺进行管理，对整个区域进行完全的监控，以改善产品质量及对整个机组设备的使用加以优化。
６．２开发出张减机工艺系统自动控制技术
该系统主要包括如下方面：
６．２．１工艺计划
其主要功能包括孔型系统的编制、数据库管理、
无缝钢管生产的新进展５０３
金属流动状态及机架载荷计算、工艺参数设定、头尾增厚端控制功能的设定、壁厚控制功能的设定等：６．２．２工艺控制
（１）钢管头尾增厚端控制（ＣＥＣ）。通过动态调整各机架轧辊线速度来减少头尾增厚端长度，可以缩短头尾增厚端长度达５０％；
（２）钢管平均壁厚控制（ＷＴＣＡ）。根据来料的壁厚偏差测量结果，通过各机架静态轧辊线速度设定来增加或减少张减机的延伸系数，以保证得到要求的目标平均壁厚精度；
（３）钢管局部壁厚控制（ＷＴＣＬ）。根据来料荒管的沿长度方向上的各点壁厚与平均壁厚的偏差值，通过动态调整轧辊线速度来保证该处的壁厚精度；
（４）过程及控制参数的记录和读取。
６．２．３孔型计划
将轧制工艺要求的张减机孔型设计与轧辊间张减机机架加工机床之间建立起直接联系，并对之进行指导。开发的新型孔型可以有效地控制钢管内多边形的产生。
６．２．４机架管理
将工艺设计、轧辊间及张减机之间建立起直接联系，并对轧辊加工的合理化、系统化及组织系统进行管理。
另外对于ＦＱＳ三辊可调定径机，还开发了液压Ａ（冠自动辊缝控制功能、自动伺服阀流量增溢补偿功能、伺服阀漂移补偿功能、动态响应恒定化功能等，可以实现钢管外径的在线实时控制。
７开发先进的钢管在线壁厚检测技术
要实现钢管质量的自动控制，需要在生产线各主要环节设置必要的检测装置，对外径、壁厚、温度、轧制压力等各种工艺参数进行测定监控，并输送给自动控制系统，进行适时调控。
钢管壁厚参数对于以提高产品质量、降低成本为目标的自动化控制系统来说是一个关键的参数，随着轧线自动控制系统的普遍应用，特别是连轧管机液压ＡＧｃ技术的采用以及张减机工艺管理控制系统的应用，壁厚的在线测量显得越来越重要。在线热态壁厚测量以前普遍采用７射线测厚仪、同位素测厚仪等，但均存在不足，如无法带芯棒测量，难于得到测量点的绝对壁厚值等。
近年来开发的激光诱发超声波检测技术在热态壁厚测量方面是一大进步。该技术基于激光超声波原理：采用一套大功率激光装置向钢管外表面发射超短脉冲激光束，当激光束接触到钢管表面时，在极
短的时间内部分高能量激光转化为超声波。超声波在钢管内传播，碰到钢管内表面后被反射回来，反射波由另外的一套连续激光装置接收，根据测量的超声波在钢管内运行的时间即可得到钢管测量点的壁厚精确值。采用该技术的优点是：测量精度高，可以带芯棒进行钢管的壁厚测量，因此测厚仪可以设置在距离主变形设备很近的地方，及时发现出现的壁厚超差、偏心度过大或多边形严重等问题，便于自动化系统的实时壁厚控制及工具磨损情况跟踪。还可以可靠她对高达１０００℃以上的热态钢管进行壁厚测量。
８结论
近年来，在世界范围内新建的无缝钢管生产机组数量在不断减少，但无缝钢管生产技术却仍有许多新的发展。综合来看，为适应不断提高的市场要求，无缝钢管生产新技术的开发主要针对如下两个主要目标而做了大量的工作，即：
（１）以节能为目标而进行的工艺改进。如采用倍尺加热的步进式加热炉、采用在线热处理等新技术；
（２）以提高产品质量为目标而开发的新工艺及新设备。如采用锥形辊穿孔机、ＰＱＦ连轧管机、三辊可调式定径机、开发先进的质量自动控制技术和先进的检测仪表等。
参考文献
多血质
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２三辊连轧机——生产高质量无缝钢管的最佳工艺装备世界钢铁，２００１；（３）
３蹦ｆｈＤＥｅｏｎｃｌｍｄａｎｄＰｒ画鸵Ｒｏｌｌｉ璩ｏｆＳｅａｍｌ瞄Ｔｕｂｅ
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Ｓｉｚｉ豫ＭｉⅡＴｕｂｅ＆ＰｉｐｅＴ咖ｂｇｙ，２０００；（５／６）
无缝钢管生产的新进展
软件设计模式论文
作者：兰兴昌， 刘卫平
作者单位：兰兴昌(北京钢铁设计研究总院)， 刘卫平(天津钢管公司)
1.会议论文田党要重视对穿孔机轧辊转速的控制——再谈难变形钢及合金管坯的二辊斜轧穿孔问题2005
本文指出锥形辊穿孔机也要和桶形辊穿孔机一样，要重视对穿孔机轧辊转速的控制.因为，难变形钢和合金钢管坯在锥形辊穿孔机上穿孔，毛管的主要质量问题也是分层缺陷；降低轧辊转速是消除毛管分层缺陷的关键；只依靠"大辗轧角"，不能消除毛管分层缺陷；通常所说的斜轧穿孔金属扭转变形那种"连续"的不均匀变形，不是毛管分层缺陷产生的原因.
2.期刊论文刘志勇.星晓冬.王玉勃.Liu Zhiyong.Xing Xiaodong.Wang Yuboφ273mm Accu-roll无缝钢管机组工艺与设备-金属世界2008(3)
系统地介绍了黑龙江建龙φ273mmAccu-roll无缝钢管机组生产线的工艺流程、主要设备组成及技术特点.重点介绍了环形加热炉、锥形辊穿孔机、Accu-Roll轧管机、14机架微张力减径机组、矫直机组的工艺特点及性能参数.
3.期刊论文兰兴昌.刘卫平无缝钢管生产技术的新进展-钢管2003,32(5)
无缝钢管生产已逐渐从追求产量向提高质量，扩大品种，降低成本方向发展，其间不断涌现新的设备与工艺.简介了国内外生产技术的发展情况；比较了步进式与环形式管坯加热炉的应用特点；概述了锥
形辊穿孔机、少机架限动芯棒连轧管机、PQF连轧管机及半浮/在线脱棒技术、紧凑式轧管技术、张力减径机/定径机的三辊可调技术及快速换辊技术、钢管质量自动控制技术(如连轧管机的HGC控制技术、张力减径机增厚端及壁厚自动控制技术)、钢管在线壁厚检测技术等新工艺、新设备的特征.
4.期刊论文宋丽敏.韩如成.梁慧杰.李星星工业以太网在无缝钢管生产线中的应用-电气时代2007(4)
φ140无缝钢管生产线采用先进的二辊锥形辊穿孔机、新型全浮动轧制方式的Assel轧管机、14架三辊定减径机进行生产，工艺水平先进、设备一流.电气传动及控制主要完成对整个机组的过程控制和调节，完成生产线中相关设备之间的工艺联结、连锁，以保证整个机组设备能够按照生产和工艺要求正常、准确地进行相应的有序动作.针对这一要求本文提出运用工业以太网技术达到系统要求.
5.期刊论文陈洪琪.何强.袁文宽.庄钢.Chen Hongqi.He Qiang.Yuan Wenkuan.Zhuang Gang管坯缩径穿孔的实践-钢管2007,36(4)
介绍了3种不同形式的管坯穿孔工序，通过对桶形辊和锥形辊不同辊形穿孔机的管坯缩径穿孔工艺的实例剖析，运用理论知识分析了生产中所出现的问题并出了相应的解决办法.实践证明，使用管坯缩径穿孔的基本条件是变形区前移；在桶形辊穿孔机上实施管坯缩径穿孔比在锥形辊穿孔机上容易.采用管坯缩径穿孔的工具消耗以及轧机负荷比扩径穿孔要高.
6.期刊论文吴建华.WU Jian-hua钢管生产技术进步和发展趋势-工程建设与设计2005(7)
介绍了国内外无缝钢管和焊接钢管生产技术的进步及发展趋势，并对钢管生产中的连铸圆坯生产技术，步进式加热炉加热技术、锥形辊穿孔机，工艺自动控制技术，焊接钢管的新成型技术、检测技术等进行了较详细的叙述，对老厂的技术改造和钢管生产厂的建设都有参考意义.
本文链接：d.g.wanfangdata/Conference_4108361.aspx
蓝田瑶族风情园下载时间：2010年3月28日
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