連軋管技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向展望

歐陽(yáng)建，穆 東

（中冶賽迪技術(shù)研究中心有限公司，重慶 401122）

1 熱軋無(wú)縫鋼管技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

熱軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)機(jī)組主要有連軋管機(jī)組、CPE 機(jī)組、二輥斜軋管機(jī)組（Accu-Roll 機(jī)組）、三輥斜軋管機(jī)組（Assel 機(jī)組）、擠壓機(jī)組、大頂管機(jī)組、周期軋管機(jī)組（皮爾格機(jī)組）、熱擴(kuò)管機(jī)組等［1］。其中，連軋管機(jī)組以其高效、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗等突出優(yōu)點(diǎn)已成為熱軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)的主流機(jī)型［2-6］，至今已完成多次升級(jí)換代。近年來(lái)，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，熱軋無(wú)縫鋼管新建產(chǎn)能中90%以上均為連軋管機(jī)組。

連軋管機(jī)組自20 世紀(jì)80 年代誕生以來(lái)，就得到了國(guó)內(nèi)外的廣泛青睞和長(zhǎng)足發(fā)展，先后經(jīng)歷了由全浮動(dòng)到限動(dòng)、由電動(dòng)壓下到伺服壓下、由二輥到三輥的發(fā)展變化［7-9］，其產(chǎn)品的表面質(zhì)量、壁厚精度、成材率已進(jìn)一步提高，可軋制產(chǎn)品的規(guī)格、品種進(jìn)一步擴(kuò)大，相對(duì)于其他軋管機(jī)組的優(yōu)勢(shì)更加明顯。自從2003 年德國(guó)Meer 公司發(fā)明三輥連軋管機(jī)以來(lái)，三輥+限動(dòng)+伺服壓下的連軋管技術(shù)已成為發(fā)展主旋律［10］。

1.1 國(guó)內(nèi)連軋管技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)已建及在建投產(chǎn)的連軋管機(jī)組共有45 套，在建的主要包括江蘇誠(chéng)德鋼管股份有限公司1 套、江蘇常寶普萊森鋼管有限公司1 套、河南安陽(yáng)龍騰熱處理材料有限公司1 套和河北承德建龍?zhí)厥怃撚邢薰? 套，國(guó)內(nèi)連軋管機(jī)組建設(shè)情況具體見(jiàn)表1。此外，另有幾家企業(yè)也在醞釀建設(shè)新的連軋管機(jī)組。

表1 目前國(guó)內(nèi)連軋管機(jī)組建設(shè)情況

續(xù)表

從表1 可以看出，自2013 年以來(lái)，國(guó)內(nèi)已建和在建的18 套連軋管機(jī)組中，有17 套為國(guó)產(chǎn)，國(guó)產(chǎn)率高達(dá)94%；13 套為三輥+限動(dòng)+伺服壓下的主流配置，比例超70%，且大多都應(yīng)用了工藝控制模型、連軋管機(jī)削尖等前沿技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年不斷的引進(jìn)—消化吸收—升級(jí)引進(jìn)—消化吸收，國(guó)內(nèi)連軋管技術(shù)在理論認(rèn)知、設(shè)計(jì)、裝備配置和生產(chǎn)應(yīng)用方面都已經(jīng)與國(guó)外最先進(jìn)水平不分伯仲。

1.2 國(guó)外連軋管技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

連軋管機(jī)組各階段技術(shù)的發(fā)展均起源于國(guó)外，主要掌握在德國(guó)SMS Meer 公司和意大利Danieli 公司手中：德國(guó)SMS Meer 公司收購(gòu)Innse 公司，與其原有的鋼管穿孔機(jī)、定（減）徑機(jī)等產(chǎn)品相結(jié)合，為客戶提供連軋管線全線成套機(jī)械設(shè)備；意大利Danieli 公司成立Centro Tube 子公司，并與擁有減徑機(jī)成套技術(shù)的Kocks 公司合作，可為客戶提供連軋管線機(jī)電液設(shè)備總成套。德國(guó)SMS Meer 公司和意大利Danieli 公司在全球的主要連軋管機(jī)供貨業(yè)績(jī)見(jiàn)表2～3。

從表2～3 可以看出，2012 年以后，這兩家公司在國(guó)內(nèi)的供貨業(yè)績(jī)已寥寥無(wú)幾。可見(jiàn)，隨著國(guó)產(chǎn)化連軋管機(jī)組核心技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，眾多無(wú)縫鋼管企業(yè)對(duì)國(guó)產(chǎn)技術(shù)的認(rèn)可和信任也逐漸增強(qiáng)，核心技術(shù)和裝備的國(guó)產(chǎn)化市場(chǎng)正在逐漸培育和興起。

近年來(lái)，德國(guó)SMS Meer 公司和意大利Danieli公司先后開(kāi)發(fā)出了號(hào)稱更加完善的雙向側(cè)開(kāi)換輥式三輥連軋管機(jī)組（BCO）。筆者認(rèn)為，相較于常規(guī)單向側(cè)開(kāi)換輥式三輥連軋管機(jī)組，由于其液壓小倉(cāng)對(duì)稱安裝在牌坊上，理論上來(lái)講，使得軋管機(jī)主體壓下機(jī)構(gòu)穩(wěn)定、簡(jiǎn)單可靠，周向剛性更好；同時(shí)，處理軋管機(jī)內(nèi)堆鋼事故時(shí)更加簡(jiǎn)單快捷。此外，采用這種雙側(cè)大角度下傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)布置方式，可有效避免軋輥冷卻水沖刷飛濺而腐蝕下傳動(dòng)軸及減速箱，后者在單向側(cè)開(kāi)換輥式三輥連軋管機(jī)組中是普遍存在的較難解決問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)唯一一套雙向側(cè)開(kāi)換輥式三輥連軋管機(jī)組正在江蘇常寶普萊森鋼管有限公司工程建設(shè)中，2021 年有望建成投產(chǎn)。

2 連軋管技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向展望

多年的理論和實(shí)踐表明，連軋管特別是三輥連軋管技術(shù)將是淘汰落后產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鋼管行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要發(fā)展方向［11-13］，市場(chǎng)前景廣闊。但無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，連軋管技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，仍然面臨著幾大技術(shù)瓶頸，主要體現(xiàn)在以下7 個(gè)方面。

（1） 從機(jī)組大小來(lái)看，目前市場(chǎng)上成熟應(yīng)用的連軋管機(jī)組最大直徑為508 mm［14］，尚無(wú)法覆蓋超大直徑（比如Φ720 mm）無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)。生產(chǎn)無(wú)縫鋼管的機(jī)組很多，但能夠生產(chǎn)Φ508 mm 以上規(guī)格無(wú)縫鋼管的機(jī)組只局限于大頂管軋管機(jī)、擠壓機(jī)組、周期軋管機(jī)和擴(kuò)管機(jī)組等，這些機(jī)組不僅能耗和金屬消耗高，而且低下的自動(dòng)化水平及生產(chǎn)效率無(wú)法滿足未來(lái)轉(zhuǎn)型發(fā)展新需求。因此，如何充分利用當(dāng)下最先進(jìn)最現(xiàn)代化的連軋管技術(shù)來(lái)生產(chǎn)大直徑無(wú)縫鋼管無(wú)疑是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性和機(jī)遇性的課題。

（2） 從機(jī)組規(guī)格組距來(lái)看，盡管連軋管機(jī)組標(biāo)榜能生產(chǎn)的鋼管規(guī)格組距能夠適應(yīng)徑壁比D/S≤50［15］，但生產(chǎn)實(shí)踐表明，現(xiàn)有連軋管機(jī)組在生產(chǎn)壁厚4 mm 以下極薄壁鋼管時(shí)，不僅容易導(dǎo)致產(chǎn)品表面產(chǎn)生孔洞、內(nèi)直道、內(nèi)折等缺陷，金屬成材率偏低，而且軋制負(fù)荷高，參與軋制的變形工具、裝備零部件損耗大，軋制過(guò)程容易失穩(wěn)；在生產(chǎn)D/S ∧6 的特厚壁鋼管時(shí)，受連軋管孔型大小的限制，在后續(xù)變形過(guò)程中又容易出現(xiàn)明顯的內(nèi)方缺陷。連軋管機(jī)組生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格范圍受限，直接導(dǎo)致了目前市場(chǎng)上極薄壁、特厚壁這兩類無(wú)縫鋼管由其他工藝技術(shù)、環(huán)保都相對(duì)落后的機(jī)型生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。

表2 德國(guó)SMS Meer 公司連軋管機(jī)主要業(yè)績(jī)

表3 意大利Danieli 公司連軋管機(jī)主要業(yè)績(jī)

（3） 從生產(chǎn)效率來(lái)看，現(xiàn)有連軋管機(jī)組換輥過(guò)程普遍依賴人工操作，結(jié)合對(duì)不同企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)研，一次完整的換輥操作需要50～180 min 不等，耗時(shí)較長(zhǎng)；對(duì)于當(dāng)前最具代表性的限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組，全線生產(chǎn)節(jié)奏（在線穿棒）難以實(shí)現(xiàn)所有目標(biāo)規(guī)格在保證鋼管質(zhì)量的同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定軋制120根/h 的理論設(shè)定值，究其技術(shù)“瓶頸”，主要卡在芯棒限動(dòng)循環(huán)連軋階段的現(xiàn)有理論控制策略與實(shí)際生產(chǎn)控制過(guò)程無(wú)法完全匹配，限動(dòng)連軋過(guò)程控制策略有待進(jìn)一步優(yōu)化。

（4） 從生產(chǎn)質(zhì)量管控來(lái)看，現(xiàn)有產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤、決策、控制更依賴人工檢測(cè)反饋，沒(méi)有完善的信息跟蹤反饋控制策略，軋線作業(yè)率波動(dòng)較大，質(zhì)量不穩(wěn)定，消耗較高。與其他無(wú)縫鋼管生產(chǎn)機(jī)組相比，連軋管機(jī)組擁有較高的自動(dòng)化控制和監(jiān)測(cè)水平，可實(shí)現(xiàn)穿孔、連軋、定（減）徑三大變形工序的工藝模型自動(dòng)設(shè)定；配備高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能對(duì)軋制數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、監(jiān)控；采用動(dòng)態(tài)壓下軋制技術(shù)，減少切頭損失，平均金屬成材率已達(dá)到91%～92%，在眾多無(wú)縫鋼管機(jī)組中處于先進(jìn)水平；配置在線尺寸檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)熱軋過(guò)程尺寸閉環(huán)控制；精整線配置高靈敏度無(wú)損探傷+人工檢查，嚴(yán)格把控每一根下線鋼管的質(zhì)量等。但是，這些技術(shù)均局限于對(duì)熱軋、精整局部區(qū)域的分區(qū)控制，并未實(shí)現(xiàn)全線（熱軋+精整線）逐支物料跟蹤，無(wú)法對(duì)全線數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)、篩選和大數(shù)據(jù)分析，特別是不能把上述檢驗(yàn)工序與軋制工序相關(guān)聯(lián)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量缺陷的跟蹤追溯以及對(duì)質(zhì)量缺陷產(chǎn)生原因的自動(dòng)綜合評(píng)估，導(dǎo)致實(shí)際質(zhì)量管控仍然比較困難。

（5） 從環(huán)保來(lái)看，現(xiàn)有連軋管機(jī)組在軋制過(guò)程產(chǎn)生的潤(rùn)滑劑及防氧化硼砂噴射均處于開(kāi)放環(huán)境，除塵效果不理想，車間內(nèi)石墨顆粒、硼砂顆粒、氧化鐵粉濃度高，時(shí)刻威脅著操作人員的身體健康，與國(guó)家越趨嚴(yán)格的環(huán)保政策相悖。

（6） 從節(jié)能來(lái)看，現(xiàn)有的軋管工藝無(wú)論是從管坯連鑄工序到熱軋過(guò)程（通常溫度從1 300 ℃→室溫→1 200 ℃以上），還是定徑后鋼管空冷過(guò)程（通常溫度從900 ℃→100 ℃以下），都存在大量的熱能因沒(méi)有合適的技術(shù)進(jìn)行回收利用而白白損失，造成潛在的能源浪費(fèi)。因此，從煉鋼到無(wú)縫鋼管生產(chǎn)制造全流程中，研發(fā)合適技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)熱能利用是推進(jìn)節(jié)能生產(chǎn)的技術(shù)關(guān)鍵。

（7） 從生產(chǎn)產(chǎn)品的品種來(lái)看，連軋管機(jī)組在生產(chǎn)高端無(wú)縫鋼管品種（比如軸承管、高合金鍋爐管、不銹鋼管等）上具有一定的優(yōu)勢(shì)［16］，但從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，在生產(chǎn)這類品種時(shí)，無(wú)論是生產(chǎn)效率、成材率、生產(chǎn)成本還是產(chǎn)品合格率都有較大的提升空間。

綜上分析，未來(lái)圍繞著連軋管機(jī)組（尤其是三輥連軋管機(jī)組），從提效降耗、智能制造、綠色生產(chǎn)的角度出發(fā)，研發(fā)新一代高效、高品質(zhì)、綠色、智能的連軋管線技術(shù)，將是無(wú)縫鋼管領(lǐng)域順應(yīng)轉(zhuǎn)型發(fā)展需求、保持未來(lái)長(zhǎng)續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的趨勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

（1） 加快工藝技術(shù)、設(shè)備結(jié)構(gòu)、液壓及自動(dòng)化控制技術(shù)升級(jí)，開(kāi)發(fā)高效高精度軋制技術(shù)、石墨硼砂煙塵防治技術(shù)、軋制石墨廢水循環(huán)處理技術(shù)、新一代軋制工具材料及特殊涂層應(yīng)用技術(shù)、軋制工具在線自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)等，力求在長(zhǎng)壽命、綠色、高效、高精度、高品質(zhì)方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和突破，滿足國(guó)家環(huán)保政策要求以及鋼管生產(chǎn)企業(yè)對(duì)品質(zhì)和效率的追求。

（2） 大力推進(jìn)軋管工藝技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)管坯熱送熱裝工藝技術(shù)、鋼管在線控軋控冷技術(shù)、冷床區(qū)鋼管余熱回收技術(shù)、低溫露點(diǎn)煙氣余熱回收技術(shù)、燃?xì)鉄煔庾则?qū)動(dòng)深度全熱回收技術(shù)等，全面實(shí)現(xiàn)鋼管生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能減排。

（3） 在結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)理論研究，從機(jī)理上深入研究導(dǎo)致現(xiàn)有連軋管機(jī)組大小及產(chǎn)品規(guī)格范圍受限的主要原因及解決思路，有的放矢，一方面力爭(zhēng)在特大直徑、特厚壁無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)突破，另一方面提高小直徑、極薄壁和特厚壁無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量，從而在“以熱代冷”宏偉目標(biāo)上更進(jìn)一步。

（4） 圍繞著連軋管機(jī)組，加快推進(jìn)數(shù)字化、智能化發(fā)展。

中短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化和數(shù)字化，包括：軋機(jī)換輥?zhàn)詣?dòng)化、工藝模型自學(xué)習(xí)化、精整生產(chǎn)線高度自動(dòng)化，提高設(shè)備穩(wěn)定性和勞動(dòng)生產(chǎn)率；開(kāi)發(fā)鋼管在線智慧檢測(cè)技術(shù)、軋機(jī)控制技術(shù)及跟蹤標(biāo)記技術(shù)，實(shí)現(xiàn)熱軋+精整全線物料跟蹤，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建無(wú)縫鋼管生產(chǎn)工藝參數(shù)、生產(chǎn)工具、產(chǎn)品質(zhì)量相互匹配的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，形成軋線質(zhì)量保證體系，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化生產(chǎn)，提高質(zhì)量穩(wěn)定性和產(chǎn)品合格率；基于機(jī)器人、跟蹤標(biāo)記及MES 生產(chǎn)管理系統(tǒng)應(yīng)用，開(kāi)發(fā)智能熱處理線、智能探傷線、智能管加工線、智能接箍線等智能化精整線，在降本增效的同時(shí)，進(jìn)一步助力無(wú)縫鋼管終極產(chǎn)品檔次升級(jí)及高新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鋼管產(chǎn)品從量變到質(zhì)變過(guò)渡；開(kāi)發(fā)無(wú)人天車、新型運(yùn)輸裝置及立體倉(cāng)庫(kù)，打造智能管坯庫(kù)、智能中間庫(kù)、智能成品庫(kù)，實(shí)現(xiàn)管坯、鋼管轉(zhuǎn)運(yùn)少人化，推動(dòng)廠內(nèi)物流革命。

長(zhǎng)期逐步布局智能化工廠：構(gòu)建設(shè)備健康智能監(jiān)控系統(tǒng)以及完善的智能生產(chǎn)線控制模塊；普及智能立體倉(cāng)庫(kù)、無(wú)人倉(cāng)管理、智能機(jī)器人應(yīng)用等。全面打造基于生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備、物流、綠色、安全、數(shù)字化等多個(gè)維度構(gòu)建的無(wú)縫管智能工廠；從生產(chǎn)計(jì)劃編制、全廠物流控制、產(chǎn)線全自動(dòng)控制、原料及成品庫(kù)智能化管理，到質(zhì)量管理、設(shè)備健康管理、成本控制、精細(xì)化能源管理、集中管控全面實(shí)現(xiàn)少人化或無(wú)人化。

3 結(jié) 語(yǔ)

（1） 連軋管特別是三輥連軋管技術(shù)將是淘汰落后產(chǎn)能、實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鋼管行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要發(fā)展方向之一，市場(chǎng)前景廣闊。

（2） 國(guó)產(chǎn)化連軋管技術(shù)已取得長(zhǎng)足發(fā)展，目前在理論認(rèn)知、設(shè)計(jì)、裝備配置和生產(chǎn)應(yīng)用方面，都已經(jīng)與國(guó)外最先進(jìn)水平不分伯仲。

（3） 無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，連軋管技術(shù)發(fā)展到今天，已經(jīng)暴露出一些技術(shù)瓶頸，主要包括機(jī)組大小及產(chǎn)品規(guī)格范圍受限，新形勢(shì)下面臨環(huán)保壓力，在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本等方面存在一定短板。

（4） 圍繞著連軋管機(jī)組（尤其是三輥連軋管機(jī)組），從提效降耗、智能制造、綠色生產(chǎn)的角度出發(fā)，研發(fā)新一代高效、高品質(zhì)、綠色、智能的連軋管線技術(shù)，加強(qiáng)理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，使用新工藝、新裝備和智能化解決熱軋無(wú)縫鋼管的瓶頸和共性問(wèn)題，將是無(wú)縫鋼管領(lǐng)域順應(yīng)轉(zhuǎn)型發(fā)展需求、保持未來(lái)長(zhǎng)續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的趨勢(shì)。