无缝钢管的现状与前景MEER

1、无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位数字签名人朱光亚DN :cn=朱光亚，c=CN-中 国,=西姆莱斯,ou=锡钢,email=zhuguangya1971日期：2010.09.1817:12:25 +08'00'第#页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位第#页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位无缝钢管的现状及发展前景第#页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位第#页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位目录1.无缝钢管在世界钢管市场上的地位2第#页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管

2、市场上的地位第#页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位1.1 无缝钢管和焊管的产品规格及质量标准的划分 21.2 生产成本结构 31.3 无缝管和焊管的市场分配比例 31.4 发展趋势 52. 新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础 62.1 工艺控制系统和工艺自动化系统 (CARTA?) 62.2 新型的在线激光测量系统(LASUS?测量系统) 152.3 偏心率(Eccentricity Control)的方案和系统原理 212.4 轧机机械构造和轧制工艺的技术改进 242.5 微型3辊组合轧机(3RCM) 333. 发展趋势383.1 以工艺为基础进行生产计划，生产控制和质

3、量管理383.2 热轧成品管的各种质量检查 391. 无缝钢管在世界钢管市场上的地位1.1 无缝钢管和焊管的产品规格及质量标准的划分如果要想了解钢管市场上无缝管和焊管的竞争能力首先必须了解各自的技术性 能,质量标准和生产成本的消耗.除此而外当然还有许多其他因素也会导致钢管市 场分配的变化.表1示出焊管和无缝管的一些常用的产品规格.>米亠層径外壁厚（毫米）表1:无缝管和焊管的产品规格范围焊管的重心立足于薄壁管生产.在这个方面焊管显示出突出的经济性优点.至今为 止在焊管生产中,其壁厚的变形极限尚在使用1:6的直径/壁厚比.不过近年来焊管 的规格和壁厚范围在不断地扩大无缝管的重心立足于厚壁管生

4、产,也就是说具有较大的直径/壁厚比.所以一些中 厚壁的管子既可采用焊管也可采用无缝管,但是纯粹的厚壁管就只能采用无缝管， 绝不能用焊管来代替另外，还有大约400种钢种的无缝钢管是焊管不能代替的.此 外还由于一些特殊用途的无缝钢管也不能用焊管来代替,例如由于安全性要求高 的钢管.1.2 生产成本结构图1示出，在无缝钢管和焊管生产中，中等规格钢管的生产成本其中，焊管的材料 成本相对较高.通过采用热轧宽带钢可使其成本下降约12%现在通过CSP技术可以使成本再次下降,预计为22%.无缝管焊管坯料成本轧机成本精整和运输成本图1：无缝管和焊管的成本结构在无缝薄壁管的生产中,较高的切头损耗会导致材料成本增加

5、,再加上较高的检验 成本和管加工成本,最后使整个所以生产成本增加.通过使用热区在线测量系统， 通过轧制工艺的最佳化系统和工艺自动化控制等可以解决这个问题.原则上讲，中 等壁厚和薄壁焊管的生产成本较低，比相同规格的无缝管的成本低大约10%.因此对于普通的商业用管来说,焊管占据市场优势.1.3 无缝管和焊管的市场分配比例图2示出从1985到1994年之间世界各国钢管需求的市场情况,其中包括了西方各 国,东欧各国（包括俄国）以及中国.从图中看出，西方国家和中国长期以来都持上 升趋势，但上升幅度有明显的区别.况状产生 管钢_世界范围_西方国家中国一东欧国家（包括前苏联）图2:钢管生产的产量概况图3示出

6、钢管市场上世界各国对无缝管需求的比例.图中看出，在西方国家的无缝 管所占比例逐渐下降，至今只占大约25%,而中国大比例却逐年上升占大约45%. 东欧国家无缝管所占比例在50%以上.从1995年起无缝钢管市场的还在继续发展, 所以无缝管将由焊管代替的迹象越来越少,几乎没有可能.少少少辭卅少声涉淨剧少少炉少川誡涉衬神_ 世界范围西方国家-中国东欧国家（包括前苏联）第5页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位第#页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位图3:无缝管的世界市场比例分配第#页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位1.4 发展趋势在焊管生产中

7、,通过采用CSP技术使生产材料成本下降.在无缝管生产中也有很多技术措施和技术发明能促使生产成本下降,例如在轧制生产中采用连铸圆坯,另外还有一些改善无缝钢管直径和壁厚公差的措施等.提高成材率的和降低管加工成本也能相应地降低生产成本.针对这一目的本文在以下章节里较为详细地报导了这些技术措施.第6页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础2. 新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础2.1 工艺控制系统和工艺自动化系统(CARTA ?)2.1.1 目标和基本方案中小型规格的现代化无缝钢管轧机的成材率一般在大约90%到98%之间,不同的轧制工艺和轧机装备对成材率也有影响.例如材料损耗,虽然

8、其中一小部分材料损 耗来自烧割氧化,但是另一大部分的材料损耗来自钢管尺寸超差,切割损耗导致材 料成本增加,这个材料成本大约占无缝管生产成本的 50% .因此在当今钢管市场的 激烈竞争中无缝钢管面临着一个重要问题,即如何解决钢管尺寸超差的问题.钢管尺寸超差的原因有多方面：例如工具磨损，材质，摩擦以及温差等条件都会对 钢管尺寸精度产生极大影响.另外钢管尺寸超差还会出现一些特殊的缺陷,例如： 偏心率，轧槽，管端增厚，内六方及椭圆度等.在出现尺寸超差时常常还产生钢管的 材质缺陷，例如折叠,结疤和裂纹等等缺陷.在钢管市场上，用户对钢管公差精度的要求越来越高,也对钢管生产厂提出了更严 峻的考验,因此，为了

9、提高产品精度，降低成本，减少废品，只有进行技术革新,采取 各种自动化措施,才是唯一的出路.因此一种 Carta?自动化系统应运而生.通过采用Carta?自动化系统能提高钢管质量,提高经济效益,现在这种Carta?自动化系统已经在很多钢管厂投入使用.下面举例说明,如果一家年产量20万吨的钢管厂,在采用Carta?系统以后，钢管公差精度只要提高1%会节省成本 60万欧元.采 用Carta ?系统能使钢管公差精度提高10%.一言一蔽之，Carta?系统是一种先进的工艺自动化系统.通过它使钢管工艺达到最 佳状态，保证了钢管质量,减少废品率.生产计划数轧制工具 生产 经验数据库工艺室 轧制工具 生产 经

10、验，制工具生产控制系统质量保证系统Carta ? /工艺自动化系统Carta?-CPM（斜轧穿孔机）自动化系统Carta ?-MPM/PQF连轧机自动化系统Carta?-SRM张力减径机自动化系统图4:热轧生产区的Carta ?工艺系统这种工艺系统可以从头到尾地贯穿在整个轧制线上，即在穿孔机，延伸机,张力减 径机上成为一体,这三个轧机机组都存在这些工艺问题，由于一些特殊条件的限制 而导致产生钢管偏差和质量缺陷.这种实施方法是在每个轧制机组上安装该工艺 系统的主要组成部分:工艺计划，工艺过程管理和质量保证管理等系统.通过工艺计划系统能使轧机和轧制工具达到最佳化的基础调节.通过工艺过程管理系统能使

11、生产中所有的轧制过程全部保持良好的轧制状态.通过质量保证系统能将记录生产中每根钢管的有关数据并输送给工艺检测系统进 行分析评定.通过上位计算机与每个单机上的子程序进行数据连接和工艺联网，进 行各种工艺检测.2.1.2工艺计划和工艺最佳化“工艺和工艺计划“是Carta?系统的子程序,它能为主管轧制的工艺工程师提供 所有轧制工具计算方法和技术诀窍,使其能独自进行轧辊孔型设计,计算调节数据 和变形参数以及调节工艺控制系统.工艺计划系统集中包括了所有的工艺标准,这 是我们根据许多钢管厂的丰富轧制经验提炼出的工艺诀窍.在采用该系统工作的 过程中，工艺工程师也可以将实践中自己发掘的一些好经验存储在软件里面

12、,供自 己的计算工作使用.通过“最佳化计划“子程序组件能管理轧制生产中的信息，并将信息再次反馈给 轧机，不断改进，使工艺数据逐步臻于完善.在当前的钢管市场上用户对钢管质量 要求越来越高,钢管厂必须按照很小的轧制道次来划分规格范围,在这方面“最佳 化计划“子程序起到了重要作用.通过它能确保计算轧机调节数据,即使在小批量 轧制中也能保证质量,减少了废品率.2.1.3 工艺过程控制系统工艺室车间轧机操作员Carta?-张力减径自动化系统Carta?力减径自动化系统Carta?-张力减径自动化系统轧机操作员张力减径机操作1轧机操作员测量技术工艺计划/孔型设计计划机架管理过程管理JEthernet TC

13、P/IP第9页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础SPS张减机工艺自动化系统服务器和实时系统马达1,马达2壁厚直径马达3壁厚 直径 长度 温度图5:张力减径机的Carta?工艺自动化系统 通过工艺过程控制系统使工艺过程尽可能符合计划的工作数据.原则上讲该系统 是一通用性软件，适合于生产线上的每一个轧机机组.这样在轧机线上每一机组都 能达到良好的轧制条件,确保了从穿孔机开始到张减机后的成品管质量.在实际生 产中实际数据往往与设计数据相差,通过该工艺过程控制系统可消除这种设计和 实际尺寸偏差.至今为止，张力减径机

14、的工艺控制系统已逐步臻于完善,它已经由很多钢管厂投入 使用并取得了显著的效果它为提高钢管质量，降低生产成本起到了决定性的作 用，Carta?系统具有如下主要功能：-管端控制系统（CEC）:钢管在张力减径时会由于较高张力的影响而产生管端增厚,通过采用管端控制 系统能减少管端增厚现象而且通过该控制系统还是能更好地利用张力减径过 程的工艺特点,以便充分利用较高张力扩大成品管的规格,达到提高产量的目 的.这种方案也适合于小规格的钢管，同样也能达到提高质量的效果，还可以消 除已产生的钢管偏心率.米位单 >部辰耗损端管图6:减少钢管长度切头损耗- 平均壁厚控制系统(WTCA):通过该控制系统可以消除

15、钢管平均壁厚的偏差.第11页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础O钢管根数成品管的壁厚偏差 荒管的壁厚偏差e1O/差偏厚壁第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础图7:通过WTCA系统减小钢管平均壁厚偏差- 局部壁厚控制系统(WTCL):通过局部壁厚控制系统可以消除钢管沿长度方向上产生的壁厚偏差.第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础

16、荒管/钢管的长度米毫位单差偏厚壁第12页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础图8:通过WTCL的作用减小钢管局部壁厚偏差第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础-钢管长度控制系统(TLC):通过该系统能保证整根钢管在规定的不同成品管壁厚的范围内具有相同长度. 这主要适合于管子按固定长度生产并按重量进行销售的情况,这样可以充分利 用材料，减少材料损失.62.0钢管长度控制断开J J钢管长度控制接通111 JL1111 _eeoes.o w635ajoes.s钢管根数第13页无缝钢管的现状

17、及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础图9:通过TLC系统减少钢管的长度偏差-出口速度控制系统(ESC):通过该速度控制系统使钢管从张力减径机出来以后继续保持稳定的速度，以保 证位于张减机后面的飞锯能精确无误地切割钢管.>尹在度速侧料出第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础图10:通过ESC系统调节钢管出口速度第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础-切割长度最佳化：由此可以最佳分配整根钢管的长度,根据所规

18、定的技术条件进行切割.2.1.4工艺质量保证系统 通过工艺质量保证系统能将每根钢管的工艺过程数据尤其是与质量有关的各种数 据都制成文件并且保存起来.这些信息文件存放在工艺系统的数据库里可随时调 用.例如，数据库里存放了每根钢管的详细数据：-测量值-传感信号-电机额定转速值，实际转速值，电流-操作输入数据-轧制程序数据-计算结果-故障报警信号和报警提示-同其它功能系统连网的文件 根据这些记录可以了解任何一根管子的生产数据,这些记录可以说是生产工艺证书.质量保证系统一般是装在工艺自动化系统中,成为一体，这样整个生产过程中其工 艺计算和数据收集都是自动化进行.第14页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为

19、无缝钢管称霸世界奠定了基础FARTAe WM. Trrtinnlagy- HLPCIjD Isror IJS.ITf 口旳dB IMia? / WAh ImukitEM fnerir第15页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础Sisvim 呼nut CalM Ptciming I tvgin Fgiihk F»NDRRiqvtniei RTLiig SMS SMS2©SMEMELHMiilnisEMolor hUhtfjerVimesliarmpwhAlirotirl* All第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢

20、管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础图11:工艺数据记录曲线图利用一种工艺方法可以对各种数据进行处理和计算,达到以下目的: -改正测量误差-监控物料跟踪系统-分析评估各种轧制缺陷-促使生产过程最佳化 -评估产品质量-确定产生尺寸偏差的原因通过质量保证系统能提高产品的质量,现在这种质保系统已成为质量管理体系中 不可缺少的组成部分.2.1.5采用Carta ?系统的用户名单表2列出了世界各地使用Carta?系统的用户名单.其中值得一提的是,有很多用户 还不断地扩展和完善了他们的Carta?系统，形成具有多种控制功能的综合性自动 化系统.Carta for Stretch-Reduc

21、ing MillsReference ListYeaf CustomerCountyS-RMI T卿CartaPfocoss Proems M»asemcn8Planning CEC WTCA/LFPSStand Fr« Groove Adjust. Manag. Formt 百tandlE1«4HENGYANGP.R CHINA3H 1 141986BENTELERWeki.GERMANY27SI281985TOSAS. AFRICA27VI 2219S9V 弗WMUqhdmGERMANY8W A 28MAXHUTTEGERMANY27® I 2#A

22、NA BIBALGERIA275 I 18ie$iSTELPIPECANADA275 I 241991KALYANIINDIA275 I 181992v «GERMANY3S5 ill 30佃就QIQIHARP.R_ CHINA27E I 201992rtor.BRAZIL600 I 81935ILCOTUBROMANILA换I 2&1993PERVOURALSKRUSSIA275 I 321SS3VALLOURECFRANCE6700319S*0AOTOUP.R_ CHINA7&011219MJ.ACKL K AR VI NWCZECH REFh34)0A S/23

23、OA 221S94HENGYAKGP.R. CHINA275 I 241995Htor.BRAZIL33-0 A 281MIPO&BREZOVASLOVAKIA3B6 I 2S1997OVA KOSWEDEN275 I 281§97BRITISH STEELG BRITAIN240 I 241997HUTA ANDRZEJPOLANC27fi I 301997NOVA HUTCZECH REP.3BMOO/23& 1 31198BlENTELERGERMANY27B I 2&1998VISION METALSUSA275 I 241SS0WR JECTOSCP

24、OLAWD3J0 A 2019190T U BOS REUNllDOSSPAIN33D/2S4 A 甜2040TAMETRUSSIA420 1 8T275 II 142000WIRSBO STALROfiSWEDEN300I18做XHTIANJIN TPCORR.CHINAm 1142001TJANJ1U TPCOP.R CHINA310 A 242002ISCORS. AFRICA275 il 222002V & M/MulheimGERMANY330 A 262002HEKIGYANGP.R_ CHINA275II 242002BEKTEJLERGERMANYI 28第17页无缝钢

25、管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第18页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础表2:张力减径机Carta ?自动化系统的用户名单第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础继在张减机上采用Carta?以后，SMS MEER公司现在在其它轧机机组上也开发使 用了 Carta?系统,所以一些新的用户还没有列到现有的用户名单里.在高科技技术日益发达的今天,对钢管质量的要求愈来愈高,于是世界各地的钢管 生产厂普遍面临着如何提高钢管质量和降低生产成本的问题.因此采用轧制新工 艺，发展轧制新技术已经形成一个必然趋势,随着新技术新工艺的问世,一系列

26、轧 机新项目也应运而生.2.2 新型的在线激光测量系统（LASUS?测量系统）随着热轧无缝钢管生产的不断发展,对其钢管质量和经济效益的要求也越来越高， 因此钢管生产厂必须在整个生产线上配备很多测量仪器和设备，由此保证毛管和 荒管以及成品管的相同质量,提高成材率,减少材料损失，提高轧机生产能力.在钢 管热轧生产中,有一个重要工艺环节,就是对钢管壁厚的调节和控制.为了解决这 个问题，我们研制成功了一种Lasus?激光测量系统.2.2.1 L ASUS 系统的测量原理和功能结构LASUS?是一种激光超声波壁厚测量系统,采用的还是传统的超声-脉冲测量方法. 在超声脉冲两次通过钢管管壁的这段时间内根据已

27、知的声速检测到钢管壁厚值.LASUS?测量原理是在1000度高温下通过超声波来测量钢管壁厚，由于温度的原 因,所以无论在激发面还是在检波面都要求使用无接触式的光学测量方法，才能使 测量头与钢管保持安全可靠的测量距离,达到测量效果.激光-超声测量方法的原理见图12.壁厚厚壁厚的计算图12:激光-超声测量方法的原理将一个小于10ns的脉冲宽度的激光对准在要测量的钢管上，由此产生出来的一种 高能光脉冲被吸收到钢管表面.这种光能吸收作用会导致钢管表面极薄层的部分 蒸发（材料消蚀在nm-范围内）.通过蒸发脉冲会产生一种超声脉冲,它能垂直地进 入到钢管表面由此产生的超声脉冲（同传统的超声测量方法一样）首先

28、反射到钢管的内表面,然 后又返回到外表面,进行再次反射.周而复始直到钢管里面产生递减振幅的超声回 波信号.反射回来的超声脉冲在钢管外表面产生微型振动.通过两次激光的作用,进行无接 触式地光射进行测量,这就是所谓的双应效果.反射光束就是所谓的“载体“超声信号,通过一强烈的聚光透镜和一光波导体将 它传输到一光学检波器上,常见的检波器是法布里-鉑罗干涉仪（FPI）.采用常规的超声波电子计算技术对超声回波信号进行功能放大，过滤和处理.根据轧机具体情况决定测量仪的结构形式,例如采用单通道或多通道测量仪.测量系统一般由单头或多头组成，安装在轧机的相应位置，与电源元件相连操 作控制和电子计算组件装在操作室的

29、电子开关柜以及操作台计算机（例如，HMI,Human Machi ne In terface ）中，以便进行测量数据分析.图13示出一单通道测量仪的结构形式钢管等幅波激光脉冲激光光波导体光波导体系统组件测量头正向电子技术脉冲激光：Nd:YAG1064 nm等辐波激光：Nd:YAG532nm干涉仪：FPI共隹控制和计算系统：MESUS测试室图13: 一激光测量仪的结构形式激发脉冲和照射脉冲元件安装在一个结构坚实的,可调节的测量仪器中，里面还 有一些光学元件.测量仪还需要配备一些供电和冷却组件，例如激光测量头的电源供应系统.这些 组件应尽量安装在测量头的附近.测量系统的全部组件，例如，超声信号提取

30、（FPI检波），超声信号分选，功能 放大和过滤，工作时间确认和计算求出壁厚值，控制系统和稳定检波器，监控组 件系统以及激光保护锁紧线路等等全都装在一个开关柜里,放在张力减径机出料 侧的现场操作室内.LASUS?测试头，调节技术，供电系统带电视屏幕和操作 系统的仪器开关柜法布里-伯罗注入式干涉仪图14:激光测量系统的组件部分222 使用结果一年前，第一套激光测量系统在一家钢管厂的连轧机组的张力减径机上成功投入 使用.根据钢管产品大纲的要求，该系统必须测量最大壁厚为25mm的钢管，所以要将壁厚测量范围增加20%，在提高激发脉冲的能量后，基本达到要求.除此之外第二套测量系统已在一家钢管厂的定径机上正

31、式投入使用，钢管壁厚是 在两个轧制机架之间进行测量的.第三套测量系统在一顶管机组的脱棒机上进行 了实验使用,试验是成功的，当时一些恶劣的临界条件：旋转的钢管里面带着芯 棒,芯棒与钢管内表面直接接触，影响了测量的进行.尽管如此达到了非常准确 的测量结果，测量准确性几乎达到100% .223 应用范围和发展前景激光测量系统可以采用多样化方案，满足和适应各种测量任务和要求，不受测量 地点的限制，可以根据用户要求任意选择.在测量旋转的空心坯或毛管时如果芯棒还在管子里面,最好采取单通道测量头， 将其直接装在斜轧穿孔机的出口侧，或者装在顶管机组的脱棒机范围内根据下 图的螺旋形扫描图可以看出激光测量仪除了计

32、算检测平均壁厚以外还探测出了偏心度的情况.图15:激光测量仪在旋转的荒管或毛管上测量壁厚的情况在阿塞尔轧机上常常出现这种缺陷情况“循环的特征曲线“，通过采用三通道激 光测量仪可以检测出来持续的壁厚偏心情况.在这种缺陷频繁出现的情况下,可以增加测量头的通道数目这样可以达到精确的 测量效果,另外采用多通道排列式组合旋转装置也可以达到好的测量效果.前景新型的激光测量仪以其坚实的结构,精密的点状壁厚测量效果展示了超声测量技 术的优越性,为发展热轧无缝钢管新规格和新品种,提高产品质量开辟了光明前景.根据激光测量原理使测量仪具备开辟新的自动化功能的可能性.通过点状测量功 能清晰地分辨出钢管圆周上的壁厚结构

33、分配,同时及时地发现一些钢管缺陷,例 如，张力减径时的内六方或斜轧穿孔时的偏心率,可以及时米取一些人工措施和自 动化措施来减少缺陷激光测量系统可以在轧机生产线上任何一个工序中进行.而且即使钢管内部存在 轧制工具（芯棒）不会受到的影响,也能顺利地进行测量.采用激光测量仪使轧机技术状态和工艺水平得到进一步完善，实现了最佳化操作, 提高了生产能力和经济效益LASUS ?法适合适合辐射测量方法不适合 I不适合 I不适合适合关键性工艺最后还要提到的是,一种热态多功能检测头装置即将在钢管精整线上投入使用我 们坚信通过这种新设备的使用可以极大降低精整线上的测量费用和检验成本.适合于热轧钢管的全面质量检验适合

34、用于整个热轧生产范围的产品规格检验没有环境污染问题，符合安全生产规范该系统展现了热生产中产品质量保证最新水平;并且在冷生产区也极大地节省了生产成本.图16:新型激光测量系统的优越性和发展趋势2.3 偏心率(Eccentricity Control)的方案和系统原理2.3.1 症结和目标钢管的偏心率问题是无缝钢管轧机质量标准中最严重的质量问题之一.这个缺陷 大多是由于斜轧穿孔机的穿孔工艺的缺陷造成的.今天，通过对穿孔机机械结构的 改进以及穿孔工艺的继续发展,成功地将偏心率降低到最小范围，使穿孔工艺逐步 臻于完善.尽管有了这些改善数值但是它们还不能在较长的生产时间内继续保持下去.于是 为了解决这个

35、问题,还需要找出一个更可靠的方法.现在核心问题在于:所有的无 缝钢管生产厂都在抱怨偏心率过高而影响了钢管的质量.随着市场竞争的日趋激 烈,如何减小钢管的偏心率也是一个当务之急的任务.根据各轧机不同的实际生产情况,也产生其不同程度的偏心率,除了已经实现自动化操作的MPM和SRW轧机以外，一般的轧机的偏心率在8%或者更高.采取自动化 操作措施能使生产中出现的严重偏心率减少了 50% .相对地讲，钢管壁厚精度每提 高一个百分点也就意味着减少废品率,提高年产量和降低成本.-mmL率心偏10.20霍壁厚mm30怖第29页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢管的现状及发展

36、前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础图17:常见的偏心率数值和预计可达到的改善效果第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础结语：由于市场竞争的原因,减小钢管偏心率是一项迫切的任务.实践证明,通过自 动化系统能使钢管偏心率减少50%.实验证明，虽然采用优质的机器设备和先进的工艺方法可以减小钢管的偏心率,但 是，由于穿孔过程中的许多不良因素,仍然会使钢管壁厚产生极大的偏差,如果不 及时排除这些影响因素的话，就会导致钢管产生非常严重的偏心率.2.3.2解决方法根据轧机机械结构和工艺特点设计成功了一种控制系统,通过该控制系统可以更好地控制钢管的偏心率问题.该控制系统具有以下主

37、要功能：- 分析测量数据和传感信号- 诊断缺陷和故障原因- 排除缺陷和找出故障根源根据斜轧穿孔工艺过程得知大约有20种生产缺陷会导致空心坯产生严重偏心（例 如加热不均和几何形状差）,另外还要考虑到变形工具（例如轧辊，穿孔顶头.芯棒 和导板）质量精度差,轧机的前后出料侧调整精度差等缺陷也会导致钢管产生偏心 率.如果有必要的话最好根据钢管截面和沿空心坯长度方向的壁厚分布曲线详细 地对分析每一种缺陷.偏心率控制系统采用合适的方法（例如谐波分析仪）对钢管壁厚值进行分析,并针 对不同的问题进行计算处理,然后再将传感信号,其它的测量数据,工艺计算的数 据以及数据库中的数据全部综合起来进行总结分析.这样可以

38、针对壁厚偏差查找 缺陷根源,一一确诊.轧机操作员及时得到偏差的信息和如何排斥缺陷的指示,这 样就可以及时排除缺陷和预防故障.第30页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第31页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础轧机操作系统调节数据最佳化在测量数据基础上重新计算诊断和过程最佳化 测量数据自动化计算， 寻找故障，显示故障原因和采取措施工艺过程控制系统功能调节系统的自动改变干扰因素?轧辊和顶头的磨损?轧辊和导向装置的错误调节?错误功能,3辊导向装置的错误调节? 钢管纵向和横向的温度 偏差?材料流程?不准确的管坯导向? 轧辊的偏心其它工艺过程数据库 质量保

39、证 经验数据库r测量:- 直径 长度 速度 温度 壁厚图18:斜轧穿孔机的Carta?自动化系统-偏心率控制系（ECS）一壁厚平面模型谐波分析的结果60由于扭曲造成的波状由于轧辊痕迹1造成的波状0.4测量的壁厚面图19:谐波分析仪是测量数据模型的典范第32页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础通过这个控制系统能测量钢管局部壁厚的情况减小偏心率,该系统技术性能可靠, 而且可以与激光测量系统结合使用.通过该系统也可以检测出空心坯的测量误差. 另外该系统还可以在延伸机后面的其它工序中投入使用.它除了控制延伸机的故 障之外还能区别划分穿孔机和延伸机之间的不同各种因素和数据2.4

40、轧机机械构造和轧制工艺的技术改进241 FPS:张力减径机可调机架如前所述,随着钢管市场竞争日趋激烈,钢管生产厂家对产品规格的要求也越来越 高，例如对外径公差的要求,对钢管质量的要求,对产量的要求等等.这样,使用传 统的轧制工艺已远远不能满足这些要求，而且还常常使轧制机架出现严重故障，由 此产生工具修理费用高等问题.图20:张力减径机的可调式机架，外传动形式为了解决上述问题，SMS MEER公司发明了张力减径机3辊式可调式机架,从而解 决了钢管成品管区域的这一疑难问题至今为止这一新技术已经在生产中投入使 用，取得了良好的效果可调式机架的方案具有全新的特点：它的轧制机架由两半组合成一体.在三个轧

41、辊 中每任何一个都可以按径向调节几个厘米的间距进行调节.通过轴向移动功能可以排除机架轧辊之间的间隙.在轧辊轴承座上装有特殊形状 的移动轴和拉杆等部件.在换辊时，不用打开机架也可以进行换辊.可调式机架既可以装在张力减径机上,也可以作为一个单独的定径组件装在张力 减径机后面.根据不同的孔型设计原理地可以灵活使用这两个方案.Carta ?/工艺自动化系统轧辊快速更换系统及时提前准备若干机架 机架拆卸，加工,组装,和调节第35页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础机架快速更换系统第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为

42、无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础荒管成品轧机张力减径机2辊或3辊减径机生产电子调节,转换度的测量第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第36页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础图21: Carta?-FPS工艺系统第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础可调式机架方案在工艺上具有世界先进水平,通过它使钢管在轧辊的整个调节范围内能达到很高的直径精密公差,这是任何其它传统工艺绝不可能达到的可调式机架的FPS工艺系统(Flexible Precision Sizing)

43、的结构布置在图21中示出.可调式机架的软件系统包括了轧制工艺和设计诀窍，由此确保达到精密的直径公 差，减少钢管椭圆度.2.4.2 PQF: 连轧管机的3辊工艺追溯到20世纪20-30年代,当时最著名的钢管轧机就是全浮芯棒式的连轧机,简称MPM (retained multistand pipe mill),后来又采用了一种限动芯棒工艺.这是一种技术革新,改进后的新工艺具有改善钢管质量,稳定轧制过程的优点.钢管技术发展到了今天其中最引人注目的成就是 3辊连轧管机，简称PQF. PQF轧 机的问世在钢管技术发展史上又刷新纪录，PQF轧机是提高产品质量，降低成本， 提高经济效益的最新轧机.(见图22

44、).均匀成型2辊式机架3辊式机架特征:.使轧制过程臻于完善：?提高钢管质量?降低轧制成本?提高高级钢种的可轧制性图22: PQF轧机的轧制工艺特点 至今为止，在从2辊轧制工艺转换到3辊轧制工艺的过程中,已经进行了多次试验轧 制并且采用可限元分析法（FEM）对3辊轧制工艺进行了实验研究.本着去旧存新的 目的，当然也将2辊轧制工艺中的优点保留在了新工艺中.PQF轧制工艺主要具有以下优点 ，对于钢管生产厂家来说，这些优点对于改善产品 质量，提高经济效益具有特别重要的意义.-孔型中圆周速度的差动较小-轧制工具和荒管之间具有较大接触面-芯棒稳定性较高-轧制温度分配均匀-轧辊磨损小-具有高度的流体静力压力

45、-减少钢管缺陷“飞边“形成-机架之间的影响力较小-轧辊侧面产生较小拉张力-轧辊具有良好的几何形状，偏差较小-变形差别小-沿钢管圆周方向的壁厚分配均匀-管端切头损耗减少图23和图24以不同的变形过程为基础详细地介绍了 PQF轧制方法的工艺特点.一般地说，PQF轧机的结构同其他的钢管连轧机基本相似,都是采用限动芯棒运行 方式轧辊箱里有三个驱动轧辊由此组成一套轧制机架第38页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第39页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础.2机架机架#1 #2机架机架#1 #2第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础

46、第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础PQFX = 2.6NX0 JMMPMX = 2.6图23:不同的MPM和PQF轧制机架的比较第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础内半径2辊式机架3辊式机架40153302520外半径米毫位单径半1-第40页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础图24:在轧制时MPM和PQF机架的变形过程比较第#页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础轧

47、辊的摆动式轴承采用液压控制,轧制中心线是可调节的.在换辊时每个轧辊都可 以逐个地沿轴旋转.轧辊的传动装置各按120度角度装配在轧制机架周围（见图 25).轧辊刚性高 机架间距紧密 快速换辊 机架占用场地少图25: PQF轧机的设计特征一言以蔽之，PQF工艺是一种可靠的,经过实践考证的连轧管机新工艺,它的发明 展示了无缝钢管生产的新飞跃,它将作为一把尺子来衡量钢管生产工艺和成品管 的质量.对于一些旧轧机的现代化改造也可采用 PQF三辊工艺，例如对自动轧管机的改造 来说，PQF工艺就是最好的改造方案.世界上第一台PQF轧机已经问世,目前正在安装调试中.2.4.3斜轧穿孔机导向结构的改进改进斜轧穿孔

48、机的导向结构,是提高工艺水平和保证钢管质量的重要前提,改进后 的导向系统可以防止轧制初期穿孔坯产生偏心率由此使斜轧穿孔机进出料侧生 产过程最佳化.一家钢管厂对斜轧穿孔几进料侧的导向系统进行了改造,通过生产 结果表示，钢管偏心率明显地减少,极大提高了空心坯质量.图26介绍了进料侧新型导向系统的结构.通过导向系统轧件能精确地进入到工作轧辊和狄塞尔导盘中. 至今为止这种导向系统已在多家钢管厂成功地投入使用图26:斜轧穿孔机进料侧导向系统改进示意图244 FGF: 张力减径工艺的自由孔型自由孔型的定义 自由孔型是在轧辊孔型设计时利用 CNC-数控加工机床设计出来的一种轧辊孔型.通过自由孔型可以在张力减

49、径机机架的变形过程中对其施加局部影响同传统的 孔型设计方法相比，自由孔型具有较大的灵活性和最佳匹配性众所周知,椭圆孔 型可以提高钢管质量和轧辊寿命,而在传统的孔型设计中,一个机架的全部孔型参 数只有一个参数可以改成椭圆孔型.采用自由孔型后可以不再受其的限制使用范例:1.产生钢管内瘤和孔型磨损缺陷的原因一般归结为孔型边缘结构缺陷使用自由孔型后可以排除这些局部缺陷.实践经验证实自由孔型既可以用于薄壁管也 可以用于厚壁管的生产2.由于壁厚/直径比的差异，在张力减径机的最后一个机架上孔型尚未完全充 满,这样轧出的成品管会出现外径偏差（即构成多边形）.采用自由孔型可以最 佳匹配局部公差,从而减少多边形的

50、形成.工艺现状及发展前景 近年以来，这种新型的孔型设计已经在各种轧管设备上投入使用它在完善孔型外 形和提高钢管质量这两方面起到了重大的作用，由此也反证了理论根据的正确性. 在试验性的生产中（参见该主题的发表文章）精确的使用方法和结果表示自由孔型 是孔型设计工艺发展的新基础.图27:采用自由孔型对钢管内圆度的改善 在我们的Carta?工艺自动化系统中也包括了“孔型设计“的子程序,这个使用软 件还可以同Carta?的其它数据软件相连接,甚至和孔型数控加工机床相连接.至今为止，自由孔型工艺和软件程序只是在钢管厂的2辊式轧机上投入使用.自由孔型的主要优点自由孔型工艺是钢管生产中的一个重要基础,在此之前

51、由于钢管质量高要求更加 激化了市场竞争,有了它可以圆满保证当今钢管市场高超的技术要求.有了它才能 提高钢管的竞争能力，节省生产成本 主要优点：-产品精度？-产品用途？-轧制过程安全性 ？-工艺状态？-质量保证？使用传统的工艺方法虽然也可以达到以上的优点,但是由此而来的成本会激烈上 升,主要有以下方面：-轧辊加工成本？-机架数目增加b-更换机架时间增加 b-轧辊寿命降低D采用自由孔型工艺和自动化控制技术解决了钢管质量方面的许多疑难问题，它除了具有上述提及的各种优点之外,还有两大工艺成就： -扩大孔型设计使用范围-稳定工艺流程，提高质量精度 使用CNC数控轧辊车床具有以下优点:-孔型精度高，钢管精

52、度高-轧辊加工时的安全系数高-加工数据精确，文件具有保存性新型的CNC轧辊数控车床是张力减径机的发展新方向:在张力减径技术中 CNC轧 辊数控车床将是不可缺少的匹配设备.2.5 微型3辊组合轧机（3RCM）3辊式组合轧机简称3RCM ,它是在3辊穿孔机的基础上形成的一种小型轧管机组 在风云变幻的钢管市场上,这种3辊穿孔-延伸机组在激烈的竞争中应运而生.这种方案适合用于优质无缝钢管的生产，它尤其合适于年产量在35000-50000吨的地区性小厂，它具有设备投资少，生产成本低，规格覆盖范围大，钢管质量高的优点.这种新方案的特点如下:它以阿塞尔轧制工艺为基础,但是和普通的阿塞尔轧机不同的是穿孔和延伸均在同一个3辊组合轧机上进行（一般的阿塞尔轧机带有各自的 穿孔机和延伸机）.2.5.1基础理论和目标设置阿塞尔轧机通常具有以下两种变形阶段-管坯穿孔后成为空心坯-空心坯延伸后成为薄壁荒管也就是