1、 460mmPQF 限动连轧管机组工艺设备简介卢立锋 岳世斌 范立生 庄 钢摘 要 介绍 460mmPQF 连轧管机组的设计能力，生产的主要的产品规格、品种，工艺流程以及穿孔机、PQF 连轧机、定径机的工艺、技术参数和设备特点；介绍先进的工艺辅助设计系统、伺服压下控制系统、物料跟踪系统、质量检测保证系统等。关键词 连轧管机组；工艺设备 ；技术参数；工艺控制Process Equipment Abstract of 460mm PQF PlantAbstract：Briefed in the article are all the main aspects of the 460mm PQF pl
2、ant , including the capacity of design, product mix ,process types, manufacturing process flow and the processes and equipment features/technical data of the main operation units,i.e.,the cone type piercing mill, the PQF stand and the slight stretch sizing mill. The advanced technical auxiliary desi
3、gn system, the servo press controlling system, the material and supplies tracking system and the quality inspecting and ensuring system are introduced.Key words: continued pipe rolling group; Process equipment ;Technical data; Process control0 概 述天津钢管公司 460mmPQF 连轧管机组是公司为了满足市场大规格、大径壁比（D/S） 、高合金钢产品的需
4、求所建设的项目。该机组从 2006 年 7月开始设备安装，2007 年 1 月 26 日热轧线热负荷试车成功，到目前的产量是 10 万 t。并成功地轧制了 1Cr5Mo、0Cr18Ni9A 等高合金钢和不锈钢管。1 460mmPQF 机组工艺简介1.1 生产的产量、规格、品种、工艺流程460mmPQF 连轧管机组年设计能力为 50 万 t，该机组生产的无缝钢管的外径范围为 219.00460.00 mm，壁厚范围为 5.6057.00mm ，产品的主要品种是流体输送管、结构管、管线管、石油套管、油井管接箍料、高压锅炉用管、低中压锅炉用管、液压支柱管、气瓶管及高合金的无缝钢管等。三个变形机组有导
5、板锥形辊穿孔、5 机架 PQF 限动芯棒连轧、10 机架微张力定径构成，主要设备从德国 SMS Meer 公司引进。460mm 连轧管机组具有世界先进的CARTA 系统：穿孔机工艺辅助设计系统、定径机工艺辅助设计系统，连轧工艺参数设定及在线工艺数据跟踪系统（PSS） ，连轧自动辊缝控制系统（ HCCS） ，物料跟踪系统（MTS）和在线检测系统等工艺控制技术。1.2 生产工艺流程管坯库管坯上料管坯锯、冷定心管坯预热炉、环形炉定径机脱管机连轧机穿孔机大冷床管排锯矫直机、吹灰收集、入库称重、测长、喷标、涂漆漏磁探伤中管坯外径有四种：270mm、310mm、350mm、400mm。2 主要工艺设备及性
6、能参数2.1 锥形辊穿孔机从 SMS Meer 公司引进，该机组之所以选择锥形辊穿孔是因为轧辊直径由入口向出口方向逐渐增大，与穿孔时的金属流动速度逐渐增加相一致，从而减少了作用在管坯上的周向作用力，在轧制变形难度大的坯料时，锥形辊穿孔机的优势明显。理论和实践研究表明，锥形辊穿孔机改变了斜轧穿孔的变形，降低了变形过程中切向的剪切应力，控制旋转横锻效应，可穿制高合金钢和壁厚较薄的毛管，既可为连轧管机提供高质量的毛管，同时又可改变穿孔、轧管两工序间的延伸分配，为配置少机架连轧管机创造条件。穿孔机为新式的锥形辊穿孔机，轧辊为立式布置，轧辊最大直径 1500mm，导卫装置为水平布置的导板。穿孔机主传动为
7、后台传动形式，与传统的穿孔机相比，锥形辊穿孔机的延伸率更大，产量更高，尺寸更灵活，规格范围更广。锥形穿孔机轧辊布置图在锥形穿孔机上将实心管坯穿轧成空心毛管。穿孔机最大出口速度可达 0.8m/s，穿孔机后台设有六组三辊定心辊装置（其中第一组设置于穿孔机机架的出口处） ，轧制时用来支持顶杆并给毛管导向，毛管尾部出穿孔机后，顶杆小车回退将顶杆从毛管内抽出。定心辊大打开，翻料钩将毛管从轧线拨出，放到旋转盘上旋转，毛管在送往连轧机的横移之前，向毛管内部喷吹氮气和硼砂，其作用一是吹刷毛管内部的氧化铁皮；一是硼砂在高温状态下生成雾状气体，充满管内，防止随后的运行过程中空气进入，使内表面产生二次氧化，经过吹刷
8、后的毛管由高架式横移小车直接运送到连轧机预穿线。穿孔机后台设有测量系统，主要用于测量毛管表面温度、毛管的外径、毛管的长度。2.1.1 穿孔机的工艺参数、设备性能参数型式： 锥形辊穿孔机最大轧辊直径(辊喉处): 1500mm最小轧辊直径(辊喉处): 1350mm最大出口速度: 0.8m/s轧制力矩: 9000KN主传动方式: 两台电机通过减速机单独传动主电机功率: 2X6500KW AC主电机转速: max 450rpm2.2 PQF 连轧机2.2.1 PQF 工艺的优势460mm 连轧机为三辊限动芯棒连轧管机组，又称PQF（Premium Quality Finishing 高效、优质、精轧管
9、机组）机组。本机组为SMS 公司 INNSE 设计制造，是我公司继 168 新型钢管厂后引进的第二套 PQF 机组，它也是世界上最大的热连轧管机组，有多处采用新工艺、新技术。三辊连轧机有独特的轧辊压下、平衡方式，有先进的自动化控制管理系统，连轧工艺参数设定及在线工艺数据跟踪系统（PSS ） 、连轧自动辊缝控制系统（HCCS）均处在轧管领域的最前沿。该机组具有芯棒在线和离线预穿两种方式；在线预穿主要用于生产薄壁管，由于在线预穿可降低毛管与芯棒的接触时间，减小毛管的温降，使轧制温度较为均匀，可有效地降低了轧制载荷和工具消耗；离线预穿主要是为了减少在线预穿时间，提高轧制节奏。PQF 机架采用三辊式的
10、孔型设计，金属在同一截面上的变形更加均匀，轧辊采用单独传动和单独的伺服压下，可以同时或单独对每一个辊进行调整，这样就可以减小壁厚的偏差，统计数字表明，三辊的壁厚精度要比两辊的高很多，有效地降低了切头尾。PQF 机架的结构图从工艺角度讲，PQF 与传统的 MPM 比较具有以下优点：1）壁厚精度更高轧辊的三辊布置使金属变形更加均匀；芯棒在孔型中的对中性更好；轧辊的磨损更加均匀这些使得钢管的壁厚精度得到明显的提高。另外采用三辊可调技术（可同时或单独调整轧辊） ，使得用同一规格芯棒轧制多种壁厚规格时引起的壁厚偏差有明显降低。2）可轧制变形抗力更高、变形难度更大的金属由于采用三辊轧制的工艺和机架采用圆形
11、结构设计，使机架的刚性更高、受力均匀、单辊受力减小；另外三辊形成的孔型封闭，轧辊身长变短，使轧制时的轧辊横向刚度增大，弯曲力矩减小，轧制时辊缝处的金属的纵向拉应力降低、缺陷（拉裂、拉凹）大大减少，时轧制变形抗力更高、变形难度更大的金属的能力得到提高。3）可轧制更薄的钢管（更大的径壁比 D/S）由于采用了三辊孔型设计，金属变形均匀、轧制稳定，轧制压力特别是峰值压力减小，使轧制过程中因不均匀变形引起的裂孔、拉凹缺陷大大减少，这时的热轧更薄壁的钢管成为可能，径壁比 D/S 可达 50。4）具有更高的的效率及适应能力由于三个轧辊可同时调整或单独调整，即用一种芯棒可轧制更多规格，使得 PQF 轧机不但适
12、用于少规格、大批量生产，也适用于多品种、多规格、小批量轧制。减少因规格更换占用的生产时间。同时使轧制工具保有量减少，降低流动资金的占用。5）温度均匀由于三辊孔型轧制及紧凑式设计，使得钢管沿横断面及全长方向上温度分布更加均匀，轧制过程温度损失更少。2.2.2 PQF 轧机的技术参数荒管外径 231，282，355.6，437，462.9轧辊直径 9801100mm最大出口速度 4m/s最大轧制扭矩 220Kn.m电机最大功率 4000KW2.3 微张力定径机10 机架微张力定径机从 SMSMeer 公司引进。该机机架设计为三辊式矩形结构，采用的是每一个工作机架中 3 个轧辊靠机架内部的齿轮啮合传
13、动，每一个机架只有一个传动轴，共计 10 台电机，实现单机架单电机传动的方式。本厂在设计过程中没有使用从动机架。轧制过程中只是由轧辊机架和传输机架构成机架的配置形式。 对于品种各异，规格各不相同的成品钢管的要求，这两种机架配置的个数和方式随产品的规格而变化，以达到用相同外径的管材生产不同外径成品的需要，从而扩大了产品的范围。 2.3.1 微张力定径机的技术参数如下：型号： SM 850/10名义轧辊直径： 850 mm机架间距 750mm电机功率： 250 kW 电机转速： 300-600/1200 rpm成品管的外径范围 219460mmx5.6 57mm3 工艺控制系统、质量保证系统的先进
14、性3.1 物料跟踪系统（MTS）从管坯上料开始到大冷床结束，跟踪物料通过不同工序时的流水号和工艺调整参数，冷床只跟踪每批钢管的实际支数和总重量数据。若各机组测量的数据与设定的数据不相符，就会有报警提示。物料跟踪系统主要跟踪内容有：对管坯进行计数，并把数字与轧制批号、流水号、管坯重量对应起来；跟踪管坯通过加热炉；管坯出炉穿孔以后，管坯的数据记录中将增加环形炉出口管坯温度、穿孔机后毛管直径、长度、壁厚等数据；连轧后荒管的壁厚、直径、长度、温度的实际值将添加到荒管的数据记录中；从微张力定（减）径机后的测量设备中，跟踪系统取得长度、壁厚、直径、温度等参数。3.2 在线检测质量保证系统在线检测的具体内容
15、有：管坯称重，环形炉出口测温，穿孔后测径测长，芯棒润滑前测温，连轧入口测温，连轧后测厚、测长、测温；微张力定径前测温，定径后测长、测温。管坯称重的目的是控制来料超重，实现物料按支跟踪。管坯和钢管测温采用红外测温仪，目的是监测来料或出料温度是否符合工艺要求，指导炉子加热优化，确保所轧钢管的质量和性能。芯棒测温采用红外线测温仪，目的是检测芯棒温度是否在规定范围内，保证芯棒润滑满足工艺要求，提高芯棒使用寿命。穿孔后台安装两套测长、测径系统测量的毛管实际外径和长度值，工艺人员可根据测量的数据进行外径和长度的进行相应参数的调整，以便轧制出合格的毛管，实现适时监控和调整。PQF 连轧管机后安装 13 通道
16、在线检测系统，能对脱管机后出口的荒管进行最大壁厚、最小壁厚、平均壁厚以及外径、温度和长度进行精度为百万分之一的在线测量。热管沿管的中心线通过测量系统，在一个“O”型框架处在水平和垂直方向上得到不断的测量。每一根管离开“O” 型框架后，管沿长度方向的壁厚范围和偏心度被显示在显示器上，并且以下的参数是被过程优化计算机优化计算后得出。测量参数:沿管长度方向的剖面壁厚沿管长度的壁厚偏心沿管长度的平均壁厚沿管长度的平均偏心值 (相对的和绝对的) 对壁厚起作用的偏心值 (频率和振幅) 通过键盘的功能键选择可以切换到各个位置,成品管沿长度方向的壁厚剖面（最近的管）,当管离开测量位置后，壁厚和偏心距显示在屏幕
17、上,与管长度相关的偏心距曲线显示在屏幕的第二个区域。长度剖面直径、位置、温度及速度,长度剖面数据以不同的颜色，合适的背景显示,产品数据基于平均壁厚的产品数据以及相关的最大最小壁厚、壁厚偏心距和选择的公差被添加到第二个背景中。分布曲线表明与目标值相关的最大最小偏心距的壁厚的频率分布图显示在不同的屏幕上。分布频率是可以选择的。这可以通过轧制的炉批号或者产品参数进行估计，最大可以达到 16 种这样的分布曲线能被保存。这个消息用于评价整个轧钢过程的好坏，并认证在穿孔和连轧中可能发生的问题。微张力定径机后激光测长使用激光多普勒原理，通过的钢管由两束激光照亮，评估返回的散射光的频率的变化，对测量的速度进行
18、积分，求钢管的长度。3.3PQF 轧机的自动辊缝控制系统（HCCS ）HCCS 是一个闭环控制系统，能实现辊缝在轧钢过程中的自动调整，体现了带位置传感器的液压缸快速而准确定位的优势。每个机架对应每一个辊都有一个单独的液压缸控制，每一个液压缸都带有一个伺服阀。伺服液压缸的优势：（1）能从位置传感器反馈的数值与设定值比较，计算出差值，改变伺服阀的输入和输出从而达到辊缝与设定值相等。（2）每一个缸上带有一个压力传感器，可以计算出轧制力。（3）系统将使用来自压力传感器的轧制力计算补偿伺服阀的开闭。（4）液压缸的位置在轧制过程中可以自动地校正，实现负荷的冲击补偿，以便得到壁厚均匀的钢管。（5）能实现轧制
19、过程的的头尾消尖，降低头尾的增厚，达到降低切头尾的效果。（5）当轧制力超出过载设定值时，就会报警，设备会自动跳停，并且液压压下缸的辊缝会自动打开到安全位置；如果轧制力达到最大限值，辊缝会迅速打开，将事故降低到最小程度。3.4 PQF 轧机的参数设定和监控系统（PSS）PSS 能够实现工艺参数的设定和生产工艺的过程控制，操作人员和技术人员可以根据 PSS 提供的信息，调整轧制参数，达到优化产品质量的目的。PSS 具有如下功能：（1）可以采集包括电机速度、扭矩、电流，芯棒位置，钢管温度，轧辊辊缝，轧制力等工艺数据。（2）可以实时地保存各种采集的数据，可以帮助对轧制过程进行有效地的分析。（3）主要的
20、输入数据是：产品数据（外径、壁厚、钢号），轧制工具（轧辊尺寸、芯棒直径）等工艺参数。（4）自动调整功能可实现在钢管轧制结束后，PSS 系统会对收集到的数据进行分析，重新计算出合适的输出数据，并在下一根钢管轧制之前发送数据传输给自动化控制系统，操作或技术人员可以有权选择是否应用此反馈的数据，达到优化参数的目的。3.5 CARTA 系统：穿孔机工艺辅助设计系统、定径机工艺辅助设计系统穿孔机工艺辅助设计系统：主要是穿孔机的顶头等轧制工具的的设计模块和存储工具设计参数以及工艺参数设定的数据库，可以帮助工艺人员进行工具设计数据的管理和优化，便于数据的分析，为更好的实现系统管理提供了方便。定径机工艺辅助设计系统：是设计、优化、管理轧辊孔型和轧制过程数据的辅助工具，其中包括轧辊孔型设计、工艺参数的设定。结 语460mmPQF 机组是当今世界上最大的热连轧管生产机组，代表了世界上最先进的工艺设计和过程控制水平。他的成功建设，再一次证明了三辊PQF 轧机在工艺特性、产品质量、工具消耗、成材率以及难变形材料轧制等方面具有两辊轧机无可比拟的优势。必将为热轧无缝钢管的生产工艺、设备制造的发展和技术进步起到巨大的推动作用。
