包钢Φ460mm三辊连轧管机组的工艺装备特点

包钢Φ460mm三辊连轧管机组的工艺装备特点
吴明宏;李卫河
【摘要】介绍了包钢新建的Φ460 mm三辊连轧管机组的产品规格、工艺流程及其设备配置方面的特点:在线设置了液压夹钳式管坯热定心机,脱管与定(减)径间采用定位块式升降辊道,在芯棒循环区增加芯棒检查台,以及采用溴化锂余热利用装置等.上述技术改进在三辊连轧管机组的产品质量提高、设备故障率降低,节省企业投资,减少环境污染等方面成效显著.
【期刊名称】《钢管》
【年(卷),期】2013(042)001
【总页数】6页(P34-39)
【关键词】热轧无缝钢管;三辊连轧管机;锥形辊穿孔机;热定心机;余热利用装置【作者】吴明宏;李卫河
【作者单位】内蒙古包钢钢联股份有限公司无缝钢管厂,内蒙古包头014010;中冶京诚工程技术有限公司,北京100176
【正文语种】中文
【中图分类】TG333.8
为了进一步优化钢材产品结构，提高产品档次，包头钢铁（集团）有限责任公司（以下简称包钢）分别于2011年和2012年新建了Φ159 mm和Φ460 mm两条三辊连轧无缝钢管生产线，产品主要定位于高档油井管及高压锅炉管。

包钢Φ460 mm三辊连轧管机组设计年产热轧无缝钢管 62万t；产品规格为
Φ244.48～457.00 mm，壁厚为6.0～60.0 mm，长度为6 000～15 000 mm。

该机组已于2012年8月18日成功投产。

包钢Φ460 mm三辊连轧管机组的主要产品为石油套管，其产量占机组全部热轧量的50.3%，其他产品包括高压锅炉管、机械结构管、管线管、气瓶管和石化用管等。

在石油套管产品中，高合金高抗腐蚀系列套管、高抗硫系列套管、3Cr抗腐蚀系列套管、高钢级套管等高合金含量、高附加值的套管又占了主要部分。

该机组产品定位的显著特点是：着眼于生产优质高附加值系列套管，实现“以产顶进”，满足油田对深井用和高抗腐蚀系列套管日益增长的需求。

包钢Φ460 mm三辊连轧管机组的主要设备配置包括管坯锯、环形加热炉、锥形辊穿孔机、三辊式PQF高精度5机架连轧管机、脱管机、12机架定（减）径机、步进式冷床、排管锯、矫直机、吹灰装置、漏磁探伤装置及测长称重喷标装置等。

配套的辅助设施主要有电气主控室、旋流池、除尘装置等。

该机组使用Φ350，390，430 mm倍尺管坯，长度为6 000～10 000 mm。

根据生产需要，倍尺的管坯由磁盘吊车吊运到管坯准备区的上料台架上，经辊道运送并称重、测长后，运送到圆盘冷锯处切割成定尺长度，然后由辊道运送并由链式装置移送并提升至标高+6.0 m平台的辊道上，再由装料机送入环形加热炉中加热。

加热温度为1 250～1 280℃。

加热后的管坯经出料炉门、辊道、横移台架运至穿孔机前台。

管坯经尾部热定心后被拨入穿孔机入口前台，由穿孔机将管坯穿轧成空心毛管。

毛管在送往连轧管机之前，在抗氧化站内进行内部喷吹氮气和硼砂处理，然后由横移小车运送到连轧管机的前台。

毛管由拨料器拨入连轧管机入口辊道，经高压水除鳞后进入连轧管机进行轧制，毛管在此过程中减壁变形，成为基本达到成品管壁厚的荒管。

荒管在横移台架上横移输送。

在定（减）径机入口侧设置有高压水除鳞装置，荒管
先经高压水除鳞后再进行定（减）径。

荒管经12机架定（减）径机轧制成
Φ244.48～457.00 mm的成品钢管，最大长度可达37.5 m。

钢管经冷床冷却后收集成排，送至锯前输送辊道上。

通过镶齿圆盘冷锯机将倍尺钢管切割成要求的定尺长度。

切断后的定尺钢管由锯后平辊道及钢管横移装置分别送入两组钢管矫直、探伤加工生产线中。

探伤后的钢管由辊道输送至检查台，人工复查钢管的内外表面质量及尺寸精度。

将矫直、探伤、人工检查合格的钢管送至喷标机标记后收集，在成品库内存放、装车发运。

包钢Φ460 mm三辊连轧管机组可实现Φ244.48 mm钢管三倍尺轧制，与传统的Φ460 mm三辊连轧管机组采用二倍尺轧制相比，可以减少成品钢管切头、切尾
损失，提高金属收得率的同时也可以有效地提高大规格机组轧制产品大纲下限产品的效率（表 1）。

该机组设计Φ244.48 mm（Φ244.50 mm）规格钢管的年产量
为77 000 t。

从表1可以看出：Φ244.48 mm（Φ244.50 mm）规格钢管采用三倍尺轧制，与
采用二倍尺轧制相比较，减少切头、切尾损失1 967 t/a，按平均4 500元/t计算，每年可节约成本885万元，能够产生比较好的经济效益；减少轧制时间192 h/a，有效提高了连轧管机的工作效率和生产能力。

管坯定心是指在管坯端面中心钻孔或冲孔，防止穿孔穿偏，减少毛管壁厚不均，并改善斜轧穿孔的两次咬入条件，使穿孔过程顺利进行［1-2］。

在热轧钢管工艺中，为了改善钢管尾部形状、减少钢管切尾损失，降低工具消耗，保证钢管内表面质量，管坯尾定心的作用已经越来越受到生产企业的重视。

包钢Φ400 mm自动轧管机组已对原来的仅能用于管坯头部定心的液压杠杆式热
定心机进行了升级改造，可以同时实现对管坯头部与尾部进行热定心，设计为全液压驱动，结构紧凑，运行速度及定心速度可调，采用伺服控制系统，提高了穿孔质
量，保证毛管壁厚均匀，效果非常明显［3］。

新建的Φ159 mm和Φ460 mm三辊连轧无缝钢管机组中，在环形加热炉与穿孔机之间，均在线设置了液压夹钳式管坯热定心机，其安装现场如图1所示。

3.2.1 液压夹钳式管坯热定心机优点
该液压夹钳式管坯热定心机由中冶京诚工程技术有限公司设计制造，具有生产节奏快（可满足热轧线90支/h的最快轧制节奏）、自动对中、故障率低、设备质量轻及检修维护比较容易等一系列优点。

3.2.2 液压夹钳式管坯热定心机主要结构特点
（1）托辊及对齐挡板机构。

托辊及对齐挡板机构为一体式焊接结构，以键连接方式固定在传动轴上。

传动轴的转动由对齐液压缸推动摆臂控制。

当坯料接近定心机时，对齐液压缸缩回，托辊升起，同时对齐挡板退到后位。

坯料到位后，对齐液压缸伸出，将对齐挡板推至对齐位，同时托辊下降。

定心完成后对齐液压缸缩回，托辊升起，运输辊道反向旋转将坯料运走。

（2）夹钳机构。

夹钳机构是当坯料对齐到位后，闭合夹钳上下钳口，将坯料夹紧固定的机构。

工作过程中压下液压缸升起到半行程，检修及更换规格时压下液压缸升起到最顶端。

滑座由垂直导板约束在机架上，可以上下滑动。

（3）打孔机构。

打孔机构是坯料准备好后为坯料尾部打定心孔的机构。

打孔头（顶尖）根据不同管坯规格可换。

经常更换的顶尖座和顶尖都采用横向斜楔的链接方式，使检修更换更方便快捷。

（4）钳口更换机构。

由于管坯规格不同时，需要更换上下钳口，而每对钳口都有将近900 kg的质量，所以需要钳口更换机构的辅助。

压下液压缸将上钳口正确放入下钳口后，松开上钳口固定装置，压下液压缸缩回，再由钳口更换液压缸将上下钳口沿钳台面滑键槽推出，最后由专用吊具吊离。

更换下钳口时，外侧压块无需人工操作，液压缸缩回时自动压紧，液压缸推出时自然脱离。

内侧楔键松开后，卡栓
沿半圆形开槽自然倒下，钳口即可顺利被推出。

采用管坯尾定心机后减少了钢管壁厚不均现象及切头、切尾损失，成材率提高
1.50%～1.82%［4］；极大地减少了一次穿孔结束时铁屑外溢的产生，降低了管
体内外表面划伤、结疤等缺陷产生的几率，提高了钢管的质量；同时减少了对穿孔机上下导板、轧辊及连轧管机芯棒的破坏，延长了热工具的使用寿命［5］。

传统的Φ460 mm三辊连轧管机组芯棒循环上料台架处没有芯棒人工检查工位，
芯棒用吊车吊至上料台架，随后被送入预热炉中，预热至设定温度后炉门打开，将芯棒送入循环区循环参与轧制，上料区域设备布置如图2所示。

包钢Φ460 mm三辊连轧管机组芯棒上料区域设备布置情况如图3所示。

该机组
的芯棒预热炉没有在线布置，而是离线布置在标高+6.0 m平台下，这样既可以利用平台下的空间又缩小了平台面积，有效地节省了设备基础投资。

芯棒在预热炉中预热至设定温度后，由吊车将芯棒吊至芯棒上料台架上；根据需要，芯棒可以直接送入循环区参与轧制，也可以启动拨叉将芯棒拨至旋转托辊上进行人工外表面检查，合格后再送入循环区参与轧制；当轧制中发现钢管出现内表面缺陷时，可以将循环中的芯棒逐一退出到检查工位前辊道上，再拨至旋转托辊上进行芯棒外表面检查，从而迅速发现问题。

从图1～2可以看出，包钢Φ460 mm三辊连轧管机组芯棒上料区域设备布置可以节省操作平台面积，实现对上线前的芯棒进行外表面检查，尽早发现芯棒表面缺陷，避免芯棒表面缺陷对钢管内表面质量的影响，从而可以减少损失，降低废品率。

在天津钢管集团股份有限公司（简称天津钢管）Φ460 mm、烟台宝钢钢管有限责任公司（简称烟台宝钢）Φ460 mm及江苏天淮钢管有限公司（简称江苏天淮）
Φ508 mm等类似三辊连轧管机组中，脱管机与定（减）径机之间的升降辊道全
部为螺旋电动升降式，结构如图4所示。

其利用电机带动螺旋升降机来调整辊道
面的标高以适应不同外径的荒管。

由于现场工作环境通常比较恶劣，经常伴随着高
温、潮湿、氧化铁皮、油泥等，此机构容易发生胀死、调整困难等情况。

为了避免该情况的发生，在包钢Φ460 mm三辊连轧管机组中设计了一种液压定
位块式升降辊道，结构如图5所示。

由于脱管机至定径机间只有Φ307.5，388.0，467.7 mm规格荒管通过，所以设计了一套带有3种不同接触面的定位块式调整
机构。

当对辊道高度进行调整时，由定位块调整液压缸推动摆杆，通过调整升降台架下方定位块的不同接触面以满足3种规格荒管；2只液压缸背靠背安装，行程分别为S1和S2，右侧液压缸缸头固定，左侧液压缸缸头与摆杆铰接，3个定位块的摆杆通过一根长拉杆连接起来，2个液压缸通过3种行程（0、S1、S1+S2）组合对应调整定位块的3个接触面来实现调整。

每次调整之前，竖直液压缸将升降台
架及辊道托起，调整之后复位。

此结构中，液压缸不配置线性位移传感器，相应的液压系统中不安装比例阀［6］。

该定位块式调整机构具有结构简单，受工作环境影响小，操作简便，故障率低等一系列优点，可以显著降低现场维护检修人员的劳动强度。

为了能够及时发现热轧钢管表面缺陷及方便钢管热取样，在定（减）径机后、冷床入口前辊道一侧增加了钢管抽检与取样台架，如图6所示。

当需要对热轧钢管进
行外表面抽检及头尾取样时，人工启动拨叉将热轧钢管拨入台架的旋转托辊上。

旋转托辊转速预先设定为8 r/min或1 r/min（外表面检查时用8 r/min，而头尾取样时用1 r/min的转速）。

此台架的设置有利于现场及时发现热轧钢管表面的轧制缺陷，避免了以往操作人员顶着高温在冷床上检查钢管表面缺陷及在冷床两侧进行头尾取样，很大程度上改善了现场操作人员的工作条件，减少了发生工伤的可能性。

包钢Φ460 mm三辊连轧管机组穿孔机穿出的毛管在向连轧管机横移运送之前，
需向毛管内吹硼砂及氮气；连轧管机、脱管机及定（减）径机轧制时将产生含水蒸气及氧化铁皮的粉尘。

为保证含尘气体不外溢，分别在以上区域上部设置排烟罩，
将生产过程中产生的烟气收集起来，然后通过风管送到车间外除尘器内净化，净化后烟气经烟囱排放。

3.6.1 除尘罩的传统布置形式
在天津钢管Φ460 mm、烟台宝钢Φ460 mm及江苏天淮Φ508 mm等类似三辊连轧管机组中，无论是在穿孔机抗氧化站尾部、连轧管机出入口侧、脱管机及定（减）径机处的除尘罩及管道均采用了沿设备上方布置出厂房后与除尘器连接的方式。

这种布置方式具有管道布置灵活，管道不易积灰积水，维检工作量比较少等特点，但同时也存在易阻挡操作员视线，不利于管道下的设备检修吊运。

3.6.2 包钢Φ460 mm机组的除尘罩布置形式
在包钢Φ460 mm三辊连轧管机组中，除连轧管机出口、脱管机及定径机处的除尘罩仍采用设备上方布置以外，其他部位均采用在设备下方及两侧布置的方式，风管采用了沿平台下悬挂、地下直埋的布置形式，避免了除尘管道对设备检修吊运的不利影响，保证操作员视线；但也存在着平台下悬挂管道易与电缆桥架、介质管线冲突，直埋管道易与其他设备基础冲突及管道内易积灰积水且难于清理等问题，影响后续使用效果。

包钢Φ460 mm三辊连轧管机组在余热利用方面是采用了利用环形炉烟气余热的烟气型溴化锂机组。

可以直接利用环形炉烟气余热置换出采暖（制冷）用的热水（冷水），而传统采用的余热锅炉只能产生蒸汽，直接用来采暖；如果用于夏天制冷则还要额外加装一套溴化锂机组，整套余热利用设备的质量与直接采用溴化锂机组相比会大大增加，直接导致增大设备投资。

机组同等容量前提下，与传统直接利用烟气余热的锅炉相比较，包钢Φ460 mm 三辊连轧管机组采用的溴化锂余热利用装置具有如下优点：
（1）如果采用余热锅炉，其设备重量约300.0 t；而溴化锂余热利用装置的装机质量只有94.5 t，可节省2/3的设备投资。

（2）溴化锂余热利用装置主机安装在车间地平面上（标高0 m），没有深基础；而余热锅炉主机的设备安装标高为-6.8 m，安装主机约需要面积为148.5 m2（16.5 m×9.0 m）的基础坑。

所以在基建投资上，采用溴化锂余热利用装置会比采用余热锅炉少很多。

（3）采用烟气型溴化锂余热利用装置无需另设热源，冬夏季空调需求能一次满足，且一次能源均为废热利用。

（4）溴化锂余热利用装置的制冷系统的运行费用要比电制冷系统低很多。

此外，余热吸收技术已经是一项十分成熟的技术，操作也比较简单便捷，自身故障维修率也比较低。

（5）溴化锂余热利用装置的制冷系统采用水作制冷剂，是环保型冷媒；吸收剂为溴化锂溶液，对人体及环境无害。

通过对包钢Φ460 mm三辊连轧管机组的工艺流程、设备配置主要特点的介绍，
可以看出热连轧管生产线以上变化和改进不仅会对提升无缝钢管质量，提高金属收得率，节能环保方面发挥积极的作用，同时也会对三辊连轧管技术的发展起到积极的推动作用。

【相关文献】
［1］杨宗毅．实用轧钢技术手册［M］．北京：冶金工业出版社，1995．
［2］李卫河，田先涛，穆树亮.热轧管生产定心技术［J］.冶金设备，2012（特刊1）：58-60. ［3］常在晨，刘轩，李红梅．包钢无缝厂管坯双向热定心机设计与研究［J］．包钢科技，2006，32（6）：34-36.
［4］张玉宝，郭书平．无缝轧管机组管坯双向热定心机的设计［J］．冶金设备，2006（6）：
45-47．
［5］张玉宝，郭书平.双向热定心机的设计及其热定心误差分析［J］.新技术新工艺，2007（3）：81-83.
［6］徐刚．热轧管生产中升降辊道的应用［C］//中国金属学会冶金设备分会第七届压力加工设备学术研讨会论文集，2010：146-149．。