八幡厂于1977年10月投产了一套大型自动轧制不锈钢管机组,在这套机组上采用了压力穿孔机,直接用连铸方坯作为原料。为配合压力穿孔机获得高质量的产品,该机组在生产工艺和设备上作了较大的改进,如为减小不锈钢管壁厚不均和提高钢管内外径尺寸精度,车间设置了两台延伸机,首次采用了分组传动的12架三辊式定径机,在原料和成品管精整工段配有多种形式的无损探伤设备,对原料和管坯逐根检查以确保不锈钢管质量。车间具有较高的机械化自动化水平。
1. 生产产品
产品规格产量如下,不锈钢管外径:165.2~406.4mm(将来下限可达139.8mm),不锈钢管壁厚: 5.5~40.5mm,不锈钢管产量:2.5万吨/月,二期可达4万吨/月,其中石油钻采用管生产规格为Φ42~406.4mm,设备加工能力为1.7万吨/月(小规格的石油用管料来自该公司东京的ф140mm 自动轧管机组)。
2. 生产工艺流程
a. 热轧管生产工艺:
方坯→探伤→修磨→切断→加热→整形→热锯→加热保温→高压水除鳞→压力穿孔→一次延伸→二次延伸→吹入润滑剂→轧管→吹灰→均整→再加热→定径→冷却
b. 一般管精整工艺:
矫直→水压试验→无损探伤→切断→倒棱→检查→打印→涂油→干燥→打捆
c. 石油套管加工工艺:
调质处理→定径→矫直→水压试验→无损探伤→切断→倒棱→车丝→拧接手→塞棒试验→水压试验→检查→打印→涂油→干燥→打捆
d. 石油油管加工工艺:
东京厂来料→调质处理→矫直→无损探伤→车丝→拧接手→塞棒检查→水压试验→检查→打印→涂油→打捆
3. 热轧生产工艺及设备特点
a. 管坯精整
进入不锈钢管车间的六种断面方坯在管坯库存放,而后通过无损探伤检查表面缺陷、修磨、切断。表面检查用两台磁粉探伤机,一台固定,一台移动,所有坯料逐根探伤。表面打有缺陷标记的坯料在三台修磨机床上局部修磨。切断用三台冷锯机,将4~12m长的经检查修磨后的坯料锯成2.5~5.2m长的定尺。切断315mm×315mm断面时,锯切时间为2~3min/根。定尺坯在缓冲库中存放以备加热。
b. 钢管的热轧生产
方坯在步进炉中加热,炉子有效长35m,宽11.5m,端进端出,长5.2m的料可双排加热。
不锈管坯出炉后在二辊式单孔型横轧机上整形,整形时有1%~2%的变形量,定形机有倒棱调整尺寸的作用,同时可去除氧化铁皮。主传动交流电机为250kW。
定形机后设置有一台热锯机,按轧制表要求的坯料长度进行分切。锯切后的管坯因不能同时穿孔,为防止温降,设置了一座步进式保温炉,对穿孔料进行保温。250mmx250mm的方坯在步进炉中可放置14根。
出炉后的不锈管坯用180kg/c㎡的高压水除氧化铁皮,而后送去穿孔。
压力穿孔机是购买意大利的技术,完全按卡尔梅斯法设计。轧辊直径1350mm,轧制速度为0.3~0.5m/s.主传动直流电机为950kW一台。前台推杆为齿条式传动,电机550kW(意大利达尔明厂已改为液压传动),设计最大推力300t.在穿孔中250mm空心坯时实际为60t,最大使用到80~90t,空心坯并不穿透,杯底有30~50mm厚,最后在延伸机上穿透。
设置有两台延伸机,将厚壁空心坯辗轧延伸并消除壁厚不均。机组为二辊斜轧机,每个机组均由两台4000kW交流电机传动。第一台延伸机主要起消除壁厚不均的作用;第二台侧重于延伸。压力穿孔机目前存在的最大问题是穿孔后的毛管壁厚不均较大,最大壁厚不均可达25%~30%。而经过第一台延伸机后,壁厚不均可降至10%以下,与二辊斜轧穿孔相当。为提高钢管质量,减少工具消耗,方便操作,三菱制作所在原有二辊斜轧延伸机上作了如下改动;(1)由单电机传动改为双电机分别传动两个轧辊;(2)两个鼓形辊由左右水平布置改为上下立式布置,导板为左右侧向布置,采用液压装置移送更换,过去更换下导板需时几十分钟,由于磨损厉害,每个班都要更换1~2次,改为侧向导板后,10min就可更换一次,提高了轧机作业率,设计者认为,如将侧向导板改为带有传动的滚动导盘,虽有冷却效果好,使用寿命长的优点(据西德德马克的经验,导盘可使用7~10天更换一次),但由于在自动轧管机上原料规格多,品种的频繁更换带来经常更换导盘是不适宜的;(3)机架上盖改由液压缸向一侧打开,减少换辊时间;(4)顶头更换实现了机械化。在2号延伸机至轧管的斜台架上由一端用压缩空气向管内吹入含盐的润滑剂。
自动轧制不锈钢管机为单孔型轧机,每根管轧制两道,由一台3000kW直流电机传动。这种单孔型轧机的优点是减少了设备重量,保证了不锈钢管精度,孔型设计时可不考虑弹跳的影响,此外,顶头的更换也实现了机械化,轧制第二道的90°翻转由机前的可升降的盘式辊带动,推料杆为气动。
均整机两台,每台均整机由两台600kW直流电机传动,为确保钢管内表面质量,均整前用压缩空气吹去内表氧化铁皮。机架结构强度较高,以防止轧制过程的振动。顶头也实现机械更换。
均整后的不锈钢管进入步进式加热炉加热,钢管端进侧出,加热炉有效长为20m,宽15m,定径机为三辊式,12架分组传动。
这种新型定径机是保证钢管尺寸精度的一个重要措施,因为成品管的外径精度主要取决于定减径机,三式经지型是整体加工的不需要再用人工调整。机架数目由一般的5~7架增至12架,这样,扩大了定径钢管的规格范围,同时,对压力穿孔机采用规格数量较少的连铸方坯来说更具有意义。在轧制同样的减径量的钢管时,12机架由于单机减径量小,从而减少了大减径量带来内壁增厚的缺陷。该定径机的另一特点是分四组传动,每台电机带动三个机架,电机容量为740kW,直流。分组传动与集体传动相比其速度调整灵活,电机负荷小,能更好地保证钢管精度;与单独电机传动相比,具有设备少,调整维修方便的特点。定径机设有专用的换辊台车,更换品种时,7分钟就可换完机架。这种新型定径机在大型无缝钢管机组上配置显示出较大的优越性。
定径后的不锈钢管在三组链式冷床上冷却,每组长20m,冷床下设有四排风扇,不锈厚壁管强迫通风冷却。
4. 对八幡厂自动轧制不锈钢管工艺的评述
a. 从图14-1中可以看出成品管长度为5.5~18.3m,从MDM提供的轧制表看到自动轧管机轧出长度仅为10.38、16.54m,而成品管长度不大于16m。
b. MDM提出的轧制表建议采用Φ180mm、Φ260mm 、Φ300mm、ф340mm等4种圆坯轧管,但八幡厂想采用PPM这、新技术,故决定用这里提到的六种方坯作为管坯。采用连铸圆轧管这是西德各钢管公司主张,20世纪70年代西德各钢管厂就采用了Φ140~350mm连注圆坯轧管,若干年后就完全证明了这种工艺的正确性。
c. 1978年意大利在Bergamo钢管厂有一套压力穿孔机投产,接着八幡厂也采用了这一工艺,而在京浜及知多的16m自动轧管机组的平面图上,则预留了压力穿孔机(PPM)的位置,PPM工艺的主要缺点是穿孔坯壁厚不均,从八幡厂的样本来看,壁厚不均达30%,因此,八幡厂在穿孔延伸工序上就采用了三台设备,若采用连注圆坯则可减少1~2台设备。
d. 穿孔延伸阶段(第一变形阶段)可供选择的有以下4种方式即:从方坯开始采用PPM和2台延伸机从方坯开始采用PPM和1台延伸机、从圆坯开始采用斜轧穿孔机和1台延伸机和从圆坯开始只采用斜轧穿孔机。由此可看出,采用第一种方式乃八幡厂工艺的败笔。
e. 单槽式自动轧管机具有轧机刚性大、管子尺寸精确、产量较高等特点,但它消除不了自动轧管工艺成品管短、内表面质量差等短顶头轧制工艺所固有的缺点,当时日本各大钢管厂认为这种工艺具有产量高(40万~60万t/a)、工艺先进(采用连铸坯,新型穿孔机,单槽自动轧管机,大减径率的减径机)的优点是发展石油管生产的方向,但其后由于MPM轧管工艺的兴起,这种工艺的优点就显得不突出了。相反,固有的缺点就更加暴露无遗了。
f. 这种定径机属于无张力或微张力减径工艺。减径过程中壁厚略减或略增,其数量仅0.5mm左右,而可实现较大的减径率(可达30%),大轧机生产小口径不锈钢管而不降低产量,且没有像张减机那样大的切头损失。