我国热轧厚壁无缝钢管生产新技术及其特点-无锡厚壁无缝钢管

我国热轧厚壁无缝钢管生产新技术及其特点-无锡厚壁无缝钢管

一、概述
近年来，我国热轧厚壁无缝钢管产量迅猛增长，2015年共生产热轧厚壁无缝钢管8693.73万T，较2014年（6394.12万T）增长35.96％；2016年继续快速增长，1～5月生产热轧宽带4373.13万T，比去年同期（3369.35万T）增加29.8％，比钢材产量增幅高出17.3个百分点，其中5月份产量944.6万吨，同比增长31.5%，创下热轧板卷月产量的历史新高，当月日均产量也首次突破30万吨，达到了30.5万吨。2015年是我国热轧板卷产能投产比较集中的一年，包括已经投产的北台1780机组、宁钢1780机组、武钢1580机组、唐钢1580机组和邯郸新金1250机组等，全年预计将有16条热轧生产线投产，新增产能超过4500万吨。随着前期投产的生产线产量的陆续释放，以及即将投产产能的增加，后期国内热轧板卷产量增幅将继续保持在较高水平。考虑到2015年下半年新投产机组的产能将逐渐释放，全年热轧无锡厚壁无缝钢管产量将有可能达到1.13亿T。
而近几年来我国集中建设了一大批宽带钢热轧机，数量之多，建设速度之快，不仅在我国，在全世界也是空前的。与此同时，我国宽带钢热连轧技术和装备能力水平也取得巨大发展, 其特点:一是投资规模前所未有,实现的投资延伸到从铁水预处理、钢水精炼到连铸,从钢铁冶金、压力加工到精整和配送的投入；二是技术和规模上水平,不仅引进了多套当代国际最先进的机组，而且建设了多条自主集成技术、自行设计和制造的轧制线；三是热轧厚壁无缝钢管产品大纲普遍涵盖了建材、汽车、家电、机械、化工和管道输送等用途，包括低合金、高强度、薄规格、深冲板, 板形和厚度尺寸公差及表面质量俱佳的高端产品。
二、热轧厚壁无缝钢管轧机工艺装备新技术
近年来我国新建传统宽带钢热连轧机组除个别采用二手设备外有两种情况，一是引进国外技术装备的、具有当代世界最先进水平的轧机，二是由我国自主集式或国产的具有先进水平的轧机；热轧厚壁无缝钢管连轧机组在工艺设备技术上的新发展，包括如下的新技术：板坯定宽压力机、带坯边部加热器、热卷箱及带钢无头轧制、精轧机组前设置立辊（FE）轧机、精轧机板型控制（凸度和平直度控制）、精轧机架数选择、全液压卷取机等。现就其中关键设备技术做一下介绍：
1、连铸坯热送热装技术
连铸坯热送热装是指连铸坯在600℃以上高温时直接装炉或先放入保温装置，以协调连铸与轧钢生产节奏，待机装入加热炉加热，然后再把经过加热1050℃以上的高温连铸坯直接送往轧机轧制。
该项技术具有节能、缩短生产周期、减少板坯存放仓库面积等效果，集成了几工序间的系统工程技术，需要多项技术的支撑，包括炼钢、连铸和热轧三者统一的生产计划管理，计算机进行实时控制；生产线设备具有较高的作业率；无缺陷高温连铸坯的生产；连铸和热轧均具有在线调宽的手段；热轧实施“自由轧制计划”；连铸和热轧厂布置紧凑或采取保温快速运输；加热炉采用多段快速步进梁，长行程装入机及热惰性小的陶瓷纤维耐火炉衬等，以适应热装的需要；在线补热和保温措施，如连铸和粗轧机间以及精轧机前设边部加热器，中间辊道设保温罩等。
热装轧制工艺在热轧带钢轧机中已经普遍采用，日本、韩国的热轧带钢轧机热装比达到60%以上，最多可达80%，热装温度达到600℃以上，我国近年来建设的1580、1750、1780、2250机组在设计大纲中都对热装轧制比例作出了要求。 
为加热直接热装板坯，国外热带钢轧机专门用一座加热炉进行加热。例如日本JFE千叶厂3号加热炉、福山厂3号加热炉、鹿岛厂4号加热炉都专门用于直接热装炉加热。
2、直接轧制技术
直接轧制是把1050℃以上的高温连铸坯，经边部加热后直接送往轧机轧制。该技术要求炼钢、连铸能稳定生产无缺陷板坯，连铸机出料辊道和轧钢加热炉后装料辊道以辊道直接相连，输送辊道上加设保温罩等保温热坯设施，加热炉设有长行程装料机，以便于冷、热坯交叉装料时可将高温坯装入炉内深入。
为实现直接轧制工艺，无缺陷高温板坯、热送坯的保温设备，板坯边角加热炉，生产管理计算机以及区域管理计算机等硬件条件是必不可少的，且高水平的连铸和热轧操作、生产计划和各工序的协调是关键。根据日本、韩国一些厂家的经验，如解决好这些问题可以不影响轧机小时生产能力。至于直接轧制所受钢种的限制，根据日本生产厂的经验，除取向硅钢、高牌号非取向硅钢、不锈钢以及高牌号镀锡板之外，其余钢种都能直接轧制。直接热装和直接轧制是当代热轧带钢轧机的发展方向。热装的高水平即是直接热装。 
正是因为直接轧制对软、硬件要求很高，投产后的一段时间难于实现直接轧制，国外新建热轧带钢轧机一般优先考虑热装炉工艺和直接热装炉工艺的实现，预留采用直接轧制工艺余地。
直接轧制作为热轧带钢轧机的发展方向是不容置疑的。热装炉轧制工艺已有多年的生产经验，可以取得良好的节能效果；直接热装炉轧制工艺进一步提高节能效果，缩短生产周期，使连铸机和热轧机更紧密地联系在一起，同时，为实现直接轧制工艺，所采用的技术措施同样对实现直接轧制是必需的。
在新建热轧机时，直接轧制工艺要在平面布置上尽量考虑两车间紧凑布置，连铸机板坯输出辊道直接和热轧机加热炉出炉辊道相连，但设计上不应追求以高百分比直接轧制为目的，而是根据品种、规格及生产能力的要求考虑采用直接轧制的百分比，让生产厂根据今后实际操作水平来决定组织直接轧制，以期达到最佳的综合经济效益。
3、无头轧制和半无头轧制技术
无头轧制和半无头轧制技术是近年来出现的新技术。无头轧制主要应用在热轧带钢和棒线材生产中，采用传统分块轧制方式的轧机要频繁的咬钢、抛钢和变换轧制速度，造成钢材头、尾部的质量难以保证，轧机作业率较低，对产品尺寸精度的控制也较为困难。对此，有关科技工作者通过在传统的热轧生产线上设置采用钢坯对焊机及精轧后连续轧制。该方法与传统轧制方法相比，成材率可提高0.5％至1.0％；生产率可提高10％至15％；产品质量、精度也有较大的提高。此外，用传统的轧制方法轧薄板时容易出现跑偏、甩尾、浪形等问题；而无头轧制则无此现象，可提高钢带行走的稳定性，可以生产0.8毫米至1.0毫米带材。此技术由于避免了频繁的咬钢，设备的磨损和废品率也有所下降，可降低2.5％至3％的生产成本。
半无头轧制主要用于薄板坯连铸连轧生产线，主要是为生产薄规格热轧带钢设计的，虽然其设备配置与传统的薄板坯连铸连轧大体相同，但是技术有很大变化。比如，采用半无头轧制的CSP生产线，薄板坯出结晶器时的厚度为63毫米，经过液芯压下后离开连铸机时连铸坯厚度为48毫米。此时，连铸坯不剪断进入隧道式加热炉（传统CSP生产线连铸坯剪断为40余米），加热炉可达300余米（传统CSP生产线为200米）；连铸坯经均热以后进入7机架连轧机组轧制成材。该生产线的输出冷却辊道分为两段，第一段较短，为30米左右，其中快速冷却水集管为10米左右，冷却段后是超薄带卷取机（旋转卷取机）；第二段为传统的层流冷却和传统的卷取机，主要生产一般规格的热带。为对生产的成品带钢进行分卷，在每个卷取机前均设有高速飞剪。该生产线的产品以超薄规格热带为主，其中0.8毫米至3毫米的带钢占60％以上；高强度钢的最小厚度为1.2毫米，低碳钢的最小厚度可以达到0.8毫米。宽度为900毫米至1600毫米的产品如果采用半无头轧制技术，双流连铸的最大产量可达240万吨。企业采用半无头轧制技术可利用连铸坯可以较长的特点，减少穿带过程产生的带钢温度降低、厚度不易控制和生产不稳定等问题，非常有利于薄规格产品的轧制。
4、板坯定宽压力机(SSP)：
板坯宽度大侧压经历大立辊（VSB）侧压、大立辊与R1二辊轧机构成组合式轧机K1R1侧压，发展到了全新概念的板坯定宽压力机（FLYING S1ZING PRESS）。我国新建武钢、马钢、首钢、邯钢2250MM轧机、宝钢1880MM轧机、鞍钢1780MM轧机等都设有连续/ 间断式定宽压力机SSP。板坯定宽侧压机（SP）的轧制原理是靠模块步进式动作，在板坯侧面施加压力，以达到板坯的减宽目的。为实现上述要求、模块有动作和传动系统，即模块的开口调整、模块的开闭动作、模块与板坯的同步动作。定宽压力机的主要技术特点是：
宽度调整能力大。一道次最大侧压量可达350毫米，平均侧压量为200毫米，减少了连铸板坯的宽度规格，连铸板坯宽度规格与没有采用定宽压力机前相比可以减少50%以上，对于2250MM 轧机仅需6 种宽度的板坯，因而可提高连铸机产量25%,结晶器宽度变化少，铸速恒定，连铸坯表面质量良好,可提高热装比率，节省加热炉能源达29%。 
  
板坯侧压速度快。由于连续、快速侧压（40-50行程/分，400毫米/行程），一块10米长板坯只需约30秒可完成侧压提高了生产力，而且能控制板坯表面温度下降。
侧压后的板坯形状非常规整，切损少，比采用大立辊切损约减少一半，侧压板坯边部凸起量较立辊轧制小得多, 有效减少了水平轧制后的鱼尾切损, 成材率提高。
定宽压力机结构复杂，但维修时间并未比过去增加。定宽压力机设有两对上、下布置压下模块，可交换使用，更换时间每对只需30分钟。
对大批量热装和直接轧制生产十分有利，可缩短热坯的在库时间。直接热装比因此可提高1倍。
5、中间坯短行程控制和宽度自动控制
立辊轧机的辊缝在轧制过程中不断变化，使头尾部失宽量减少，短行程法可减少切头损失率，并显著提高头尾部的宽度精度。西马克- 德马格公司新开发的无镰刀弯轧制CFR(CAMBER FREE ROLLING) 技术, 通过粗轧机前的强力侧导机构, 增强的粗轧能力和液压压下以及自动化控制系统有效地防止了中间坯强力轧制后镰刀弯的产生；全液压的立辊机架具有良好的自动调宽AWC 和短行程控制SSC 功能, 提高了中间坯宽度控制精度, 改善了板坯的头尾形状, 减少了头尾切损。
加大轧机主马达功率和机架刚度，减少粗轧机架数，粗轧机1～2架即可与精轧机能力相适应，过去武钢1700MM轧机、宝钢2050MM轧机均设有4架粗轧机；新建武钢、马钢、邯钢2250MM轧机均仅设有2架粗轧机，R1 和R2 均为四辊轧机, 采用电动机械压下和液压压下，R1的轧制力由30000～40000KN 提高到45000KN , R2的轧制力达到50000KN , 有利于增大压下量, 轧制较薄、厚度均匀的中间坯，且利于增加轧制工艺与精轧机组能力匹配的灵活性；首钢、太钢2250MM轧机、宝钢集团一钢公司1780MM轧机等仅设有1架粗轧机；粗轧机架数的减少可节约投资，减少设备维修量及劳动定员，效益明显。
6、中间坯保温技术和边部感应加热技术
粗轧机出口处带坯较长，为减少头尾温差，在延伸辊道增加保温罩, 改善了中间坯温度的均匀性, 减少了头尾温差，宝钢2050MM、1580MM和鞍钢1780MM轧机、邯钢2250MM等均采用了保温罩。而采用电感应加热器提高带坯边部温度，是近十年来发展的新工艺，主要目的是改善钢坯断面温度分布和金相组织，防止薄带钢和硅钢、不锈钢、高碳钢等特殊品种的边部裂纹，减少轧辊发生不均匀磨损的几率。1套2×2000KW感应加热器对于坯温为1000℃，厚度为40MM的带坯，距边部25MM处坯温可升高45℃/分钟。
7、热卷箱
热卷箱技术过去使用的目的主要是为了减少带坯头尾温差，缩短轧线长度，提高钢卷单位宽度卷重。使用的类型主要是具有两个卷取位置的热卷箱。新型热卷箱用于满足带钢无头轧制的需要，采用三卷取位置，热卷箱出口使用强力矫直机。热卷箱除了具有使带坯保温。减少带坯头尾温差作用外，还起着活套的作用。由于采用热卷箱及带钢无头轧制技术增加设备投资和操作难度，对于500万吨以上规模的热带钢轧机采用较为合适，如日本JFE千叶厂三号热轧机设计产量45万吨/月，新日铁大分厂产量600万吨/年。由此看来，采用热卷箱及带钢无头轧制技术因其技术设备复杂、操作难度大、投资费用高，比较适用于产量高（约500万吨/年）的热带钢轧机。
8、液压下厚度控制（HAGC）和连续可变凸度CVC技术
近几年用西马克－德马格技术建设的热连轧机都采用了液压下厚度控制（HAGC）和连续可变凸度CVC技术，用三菱、日立技术建设的热连轧机除采用HAGC厚度控制技术外，采用PC轧机（交叉角为0～1.5°）控制凸度，宝钢1880MM轧机采用经过改进的第三代PC轧机，其机构维修方便，通过液压缸平衡轴承座与机架窗口间的间隙使之有更好的动态稳定性。这些措施可以使轧机得到厚度精确、凸度和平直度良好的带钢产品。
9、在线磨辊（ORG）装置
ORG技术为在线磨辊技术，ORG的各砂轮是通过接触旋转中的工作辊来带动旋转，属于非驱动型研磨。在线磨辊机里安装有在线轮廓仪（OPM），可以准确测定工作辊的表面形状。ORG技术与PC轧机结合起来，将发挥更大的效果。ORG具有控制板形、板凸度、减少边部减薄与局部高点，提高表面质量，消除工作辊的磨损差异，实现自由轧制，推迟换辊时间，增加轧制量的优点；其缺点是一旦操作维护不当时，ORG设备出现的故障增多。可消除带钢在宽度变化上的限制，延长轧辊换辊周期，提高钢带表面质量。
采用热轧油润滑工艺可降低轧制力和轧制功率消耗，提高带钢表面质量，改善轧辊表面状况，延长轧辊使用寿命，减少辊耗。
10、热连轧机层流冷却装置
新建的热连轧机层流冷却线一般分为主冷区和精冷区，根据工艺模型可精确地控制带钢的冷却强度和速率、冷却的均匀性和卷取温度，有的在主冷区前还设有强冷区，以增大冷却速率。西马克－德马格公司还开发了边部遮挡技术，在生产薄带钢（厚度小于1.8MM）时，在层流冷却区内有可控的带钢边部遮挡装置使之保温，以降低带钢冷却后的热应力，有效防止边浪的发生。
11、全液压卷取机
卷取采用全液压三助卷辊地下卷取机，具有良好的偏导对中和自动踏步控制（AJC）功能，以确保较厚轧件头几圈卷取时不产生压痕。卷取机助卷辊采用液压缸驱动和高应答性能的自动跳越控制系统，避免在卷取开始几圈及卷取结束时助卷辊对带钢头部造成冲击，引起带钢表面缺陷。西方最新的卷取机，特别是SMS卷取机，夹送辊的平衡和辊缝调节，入口侧导板开口度和短行程均用液压缸驱动，提高了机械动作的快速性和稳定性。采用这种新型全液压卷取机，钢卷塔形可控制在40毫米以内。目前，卷取机的卷筒润滑也有了改进，采用经卷筒外支承轴承自动供干油润滑。日本、德国制造的新型卷取机，卷筒更换周期均可达到卷取100万吨后才予以更换。目前，新型的热轧卷取机一般主要由卷取机前的对中导板、张力辊、助卷辊、卷筒、卷取机机架及相关的附件组成，能够代表当前热轧卷取机发展趋势的是德国SMS和日本IHI所采用的新技术。
12、交流传动技术和计算机控制技术
交流传动技术，取代了以往的可控硅整流器供电的直流主传动电动机。
三级或四级计算机控制。热连轧带钢机生产由基础自动化级（L1）、过程控制（L2）、生产控制级（L3）、生产管理级（L4）构成多级控制系统。前两级控制系统得到普遍采用，部分热连轧机采用了前三级控制系统，少数热连轧机采用了四级控制和管理系统。
13、自由轧制技术
为满足热送热装、直接热装以及直接轧制工艺要求，减少连铸板坯规格并提高连铸机产量，需要打破以往精轧机按轧制单元安排轧制计划的限制。这就要求精轧机可以由宽到窄，也可以由窄到宽逆转轧制和不同宽窄地轧制，同时要求同一宽度轧制批量增大，轧制的厚度也可以一定程度上跳越。
自由程度轧制是一个换辊单元内，钢质、厚度、宽度几乎可以不受限制地自由过渡的轧制技术，宽度可以逆转而不受宽度过渡的制约。
为保证带钢厚度精度、板形平直度、凸度及减少边部减薄，解决因轧辊热膨胀引起的轧制不稳、轧辊表面粗糙和铁皮缺陷等问题，自由程序轧制必须配合以下技术：液压AGC和高精度设定模型及AGC系统；PC轧机和板凸度、板形控制系统，工作辊横移（WRS）高速钢轧辊和在线磨辊（ORG），并增设第7机架。除此以外，还应采取润滑轧制技术，采用润滑轧辊和高速钢轧辊，以及ORG、WRS组合使用，减小轧辊磨损，并使磨损分布均匀，为自由程序轧制创造有利条件。随着PC轧机、CVC轧机的进一步发展，热轧带钢轧机自由轧制的自由度不断扩大。采用这一技术可获较高的直送率，取得实际节能的效果；同时也可减少连铸坯的规格，提高连铸机产量，实现稳定操作。
三、发展中的问题
虽然我国热连轧带钢生产的产量和技术已有极大发展，但在发展中也存在一定问题：
一是建设项目过多，分散了资金和技术力量，这是目前存在的最大问题。一些企业距离很近，但同时建设技术水平类似、规模类似、产品类似的机组。
二是对市场和需求缺乏必要的调研，产品无特色，建设较盲目，在未来的竞争中很可能处于不利地位。
三是盲目追求高起点，对实际需求没有清醒认识，如很多企业都把汽车用宽板、O5表面板作为生产目标，而这类钢板的需求量很有限。
四是地方观念和本位主义限制了按经济规律办事的原则。有的企业在选址、确定规模和选择产品种类方面，不科学、不合理，将冷轧和热轧厂区分开，增加了物流成本，因此达不到最优化。
热连轧带钢生产发展到今天，其技术已经相当成熟，国内板带钢的生产技术已代表了世界先进水平。但各个企业还要根据市场需求和本企业能力确定自己的发展方向；追求高附加值产品要量力而行，根据本企业技术水平、资金能力、市场需求、竞争中所处地位选择项目和确定产品，发挥本企业的用户群优势、地域优势、技术优势等，有力地推动国民经济快速发展。