HFW焊管活套連續(xù)供料與生產(chǎn)效率的關(guān)系分析

羅 勇

（中國石化集團石油工程機械有限公司沙市鋼管廠，湖北 荊州 434001）

臥式螺旋活套是HFW（高頻焊接）生產(chǎn)線實現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)必不可少的設(shè)備之一。近年來，臥式螺旋活套作為比較先進的儲料設(shè)備在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。臥式螺旋活套連續(xù)供料既提高了高頻焊管的成材率，又延長了高頻焊接設(shè)備的壽命［1］。但在實際使用過程中，若各項參數(shù)設(shè)置不當，其連續(xù)供料的優(yōu)越性不但得不到發(fā)揮，反而不能滿足生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏，造成不必要的經(jīng)濟損失［2］。針對此情況，本文在分析HFW焊管生產(chǎn)過程中臥式螺旋活套的連續(xù)性供料與生產(chǎn)效率之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，整理出臥式螺旋活套連續(xù)供料的相關(guān)參數(shù)的計算公式，供同行們在生產(chǎn)過程中參考。

1 臥式螺旋活套連續(xù)供料的工藝流程

中國石化集團石油工程機械有限公司沙市鋼管廠（簡稱沙市鋼管廠）于2009年投資建設(shè)了一條HFW生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線引進了美國ABBEY公司先進的制管技術(shù)，采用比較先進的臥式螺旋活套來保證生產(chǎn)的連續(xù)性和可靠性。臥式螺旋活套連續(xù)供料的主要工藝流程如圖1所示。

2 鋼卷長度的計算

在開始制造鋼管之前，必須根據(jù)客戶的需求和生產(chǎn)工藝的要求，采購符合要求的鋼卷。鋼卷形狀如圖2所示。在生產(chǎn)過程中，為了保證連續(xù)供料，首先要計算出單個鋼卷的長度［3］，然后再確定其他相應(yīng)的參數(shù)，如生產(chǎn)速度、快速充料速度等。從圖2可以看出鋼卷環(huán)繞成螺旋形，為了計算方便，將每圈帶鋼視為圓形且每層帶鋼之間均緊密貼合。

圖1 臥式螺旋活套連續(xù)供料的主要工藝流程

圖2 鋼卷形狀示意

根據(jù)鋼卷的內(nèi)孔直徑d和外圓直徑D，可計算出鋼卷橫截面積，然后除以帶鋼的厚度便可得到鋼卷長度l。經(jīng)整理后便可得出如下公式［4］：

式中 T—帶鋼厚度，mm。

3 活套儲料量的計算

活套儲料量是指帶鋼由滿料狀態(tài)到全部收緊再到空料狀態(tài)，在停止充料的情況下活套能向軋機提供的帶鋼總長度［5］。在設(shè)計活套時，對于同厚度的帶鋼，其儲料量是一定的。將活套的空料和滿料狀態(tài)在一張圖上表示出來，如圖3所示，從而可以計算出活套的儲料量L，計算公式如下：

式中D2——活套料盤最大直徑，mm；

D1——帶鋼收緊時的最小直徑，mm；n——活套充料圈數(shù)；

r——活套內(nèi)帶鋼之間的間距，mm。

圖3 活套儲料狀態(tài)示意

4 帶鋼對接時間、鋼卷長度與生產(chǎn)效率關(guān)系

在高頻焊管生產(chǎn)線中，影響焊接質(zhì)量的主要因素是軋機運行的穩(wěn)定性和連續(xù)性［2］，影響生產(chǎn)效率的主要因素是軋機的運行速度（大直徑焊管生產(chǎn)線一般控制在10～30 m/min），但保證焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵在活套的連續(xù)供料。所謂連續(xù)供料是指在生產(chǎn)線無故障的情況下，軋機選定運行速度后，活套始終能保證有帶鋼為其供料，從而保證軋機能夠不停機連續(xù)工作［6］。在活套選型確定后，活套的儲料量也就確定，為軋機連續(xù)供料的能力也隨之確定?；钐椎倪B續(xù)供料主要受帶鋼對接時間、鋼卷長度、快速充料速度和軋機運行速度等主要參數(shù)的制約。臥式螺旋活套連續(xù)供料的運行狀態(tài)分為3種：同步充料、帶鋼對接、快速充料。在連續(xù)供料過程中，這3種狀態(tài)呈連續(xù)交替的周期性變化。

同步充料階段。活套的充料速度與軋機運行速度同步，活套內(nèi)的帶鋼處于滿料或接近滿料的狀態(tài)。當開卷機上的帶鋼用完時，活套入口夾送輥停止充料，隨后活套進入帶鋼對接階段。

帶鋼對接階段。當活套停止充料后，就需要將前一個鋼卷的板尾與后一個鋼卷的板頭分別進行矯平、剪切、對齊、對焊等［5］。此時，活套仍在為軋機供料，活套內(nèi)帶鋼總量在不斷減少。

快速充料階段。當帶鋼對接完畢，活套入口夾送輥開始重新工作，并以快速充料速度為活套充料，直至活套滿料，隨后減速轉(zhuǎn)為同步充料階段，如此周期性循環(huán)為軋機連續(xù)不斷地提供原料［7］。

當入口夾送輥以一定速度給活套快速充料時，軋機仍在以其運行速度從活套內(nèi)拉出帶鋼，因此快速充料階段活套內(nèi)帶鋼的增加量應(yīng)不小于帶鋼對接時活套內(nèi)帶鋼的減少量，這是活套能夠連續(xù)供料的第1個必要條件，即：

式中vc——活套的快速充料速度，m/min；

vz——軋機運行速度，m/min；tc——快速充料時間，min；th——帶鋼對接時間，min。

在式（3）中，vc是設(shè)備給定的，vz可根據(jù)帶鋼對接時間th來選取，既要滿足生產(chǎn)效率又要滿足活套的連續(xù)供料的要求。由式（3）可知：降低帶鋼對接時間th是滿足上述要求的唯一方法。

在快速充料階段，活套充入的帶鋼總長度為（vctc）。若鋼卷的長度小于快速充料時的長度，則活套在快速充料時會達不到滿料的狀態(tài)，經(jīng)過一段時間后，活套內(nèi)的帶鋼儲量將逐漸減少，最終會造成無料狀態(tài)，致使軋機停機。由此可見，鋼卷長度l應(yīng)該大于快速充料階段充入活套的帶鋼長度。這是活套能夠連續(xù)供料的第2個必要條件，即：

為了保證活套能夠連續(xù)為軋機供料，應(yīng)同時滿足前面兩個必要條件，即：

由式（5）可以看出：當鋼卷選定后，帶鋼對接時間th是保證連續(xù)供料的關(guān)鍵所在；特別是在生產(chǎn)線建設(shè)的初期，對于帶鋼對接的整個工藝流程和操作步驟不是特別熟悉的情況下，縮短帶鋼對接時間會受到一定的限制，可以采取適當降低軋機運行速度和增加鋼卷的長度來實現(xiàn)連續(xù)供料［8］。待帶鋼對接技術(shù)成熟后，帶鋼對接時間達到足夠短時，可逐漸適當?shù)靥岣哕垯C運行速度來滿足生產(chǎn)效率的要求。

5 結(jié) 語

臥式螺旋活套已經(jīng)廣泛應(yīng)用于HFW焊管機組，它的優(yōu)越性得到了充分的發(fā)揮。根據(jù)沙市鋼管廠這幾年的實際生產(chǎn)情況來看，螺旋活套的先進性也得到了進一步的證實。經(jīng)過生產(chǎn)實踐證實，上述計算公式與生產(chǎn)實際情況相符，可供同行們在生產(chǎn)過程中使用和參考。此外，在帶有螺旋活套的HFW焊管生產(chǎn)線中，活套的連續(xù)供料直接影響軋機的生產(chǎn)效率，對于HFW生產(chǎn)線的連續(xù)生產(chǎn)也具有特別重要的意義，非常值得進一步分析和研究。

［1］王好民.螺旋活套的原理分析及其各種形式對比［J］.焊管，1994，17（2）：29-32.

［2］矯慶春，黃曉娟.臥式螺旋活套螺旋料道設(shè)計分析［J］.鋼管，2005，34（4）：21-23.

［3］楊德興.臥式螺旋活套的充料原理［J］.沈陽工業(yè)學院學報，1995，14（3）：49-53.

［4］唐日福，匡東權(quán)，楊明全.臥式螺旋活套連續(xù)供料的有關(guān)參數(shù)計算［J］.沈陽工業(yè)學院學報，1996，15（3）：59-64.

［5］蔡德光.鋼卷對焊及鋼帶儲存活套之技術(shù)［J］.焊管，1994，17（4）：39-44.

［6］ 楊先.淺談臥式螺旋活套［J］.焊管，1993，16（4）：26-28.

［7］蘇書田.轉(zhuǎn)盤臥式螺旋活套的改進設(shè)計［J］.焊管，1999，22（5）：49-50.

［8］劉國燕.螺旋活套在高頻直縫焊管機組上的應(yīng)用及分析［J］.包鋼科技，2005，32（增刊）：53-56.