冷拔无缝不锈钢管生产企业的技术改造

采用热札穿孔后毛管直接冷拔无缝不锈钢管是一种极不合理的生产工艺。针对用这种工艺生产中径以上无缝不锈钢管的企业，提出了在不改变原有设备和增设必要设备的基拙上，以节能、降耗、减少污染等为出发点，将其改造为具有“冷热结合、普优结合，产品结构的中径无缝姻管生产企业。

20世纪90年代以来，中国钢铁工业的发展非常迅速。目前，不仅成为产钢大国，而且无缝不锈钢管的产量突破千万吨大关，居于世界首位。现已拥有世界上各种类型的热轧无缝不锈钢管机组，产品规格齐全，其用途覆盖国民经济各部门;冷加工设备除有一般的链式拔管机和二辊、三辊冷轧机外，尚有旋压管机、液压冷拔机和先进快速的高效大口径冷轧管机等不锈钢焊接管。

中国无缝不锈钢管生产在向强国迈进的今天，仍存在与无缝不锈钢管生产大国不相适应的不合理的生产工艺。过去许多老的企业，特别是采用直径76 mm以下穿孔机的，都仍用热轧穿孔后毛管直接冷拔工艺来生产小口径冷拔钢管，可以说是独有的生产工艺。国家钢铁工业发展政策及相关政策明确规定，必须加快淘汰落后生产工艺，但这种钢管生产工艺并未完全被淘汰，相反，近年来又有不少民营企业仿造这种生产工艺用来生产中口径以上的无缝不锈钢管。这些生产企业要在钢管行业占有一席之地，就必须加速进行技术改造，否则，将在国家节能、降耗、保护环境政策落实及市场竞争中被淘汰。本文讨论以优化产品结构、节能、降耗、保护环境为原则，利用原有设备和增加必要设备以及尽力减少投资，将这种企业改造成“冷热结合，普优结合”的中径无缝不锈钢管生产企业的问题。

1现有生产工艺及主要设备

1.1工艺流程

外构管坯→切断→加热→穿孔‘定尺截断→锤头→酸洗→润滑→拔制→最终退火→最终矫直→切头→水压→检查→成品。若进行多道次拔制则需要重复进行上述工序。

1.2主要生产设备

煤气发生炉、斜底式加热炉、曼式穿孔机、链式拔管机、退火沪、斜辊矫直机及其辅助设备(截断、锤头、酸洗、润滑等)。

2工艺、设备分析及改造

2.1煤气发生炉

2.1.1单段式谋气发生炉 近年来所建的煤气发生炉均为单段式。单段式煤气发生炉的主要问题是技术陈旧、气化率低、污染严重。

2.1.2两段式谋气发生炉 两段式煤气发生炉与单段式煤气发生炉相比，具有气化效率高(提高7%-10%)、污染程度低、无重质焦油、易于回收利用、炉内煤层厚热容器量大、炉况稳定和抗事故能力强等优点。

2.1.3改造意见 两段式煤气发生炉制气技术已成熟。将单段式煤气发生炉改造成两段式煤气发生炉极为简单，只需在原有设备的基础上将车间厂房加高，在炉体内增设干馏段，配以相应的管道即可。改造后的炉体结构是至上而下分为加料装置、干馏段、气化段，回转炉蓖及排灰装置等。

干馏段位于炉体上半部，煤料在其内部受热由常温升至600℃左右，同时进行干燥、脱气、干馏出焦油、分解出氢气等过程，并形成半焦落人气化段。由于半焦的气化率高，反应性强，是气化的良好原料，其产气量较单段式煤气发生炉高。

在气化段内热的半焦被气化，生成温度为700-750℃的煤气，其中约有40%的煤气进人上部干馏段，对装人煤进行加热、干燥、预热和干馏，并与干馏气同时导出(上煤气);其余60%的煤气从气化段导出(下煤气)。上煤气含有一定量轻质焦油，下煤气基本不含焦油，混合煤气的热值视煤种而定。

按以上方案改造，不仅投资少，而且具有一定的经济效益，特别是减少了污染物的排放量，解决了环境保护问题。

2.2加热炉

目前，常用的管坯加热炉有斜底式加热炉，步进式加热炉和环形加热炉。

2.2.1料底式加热炉 目前，尚有一些老的钢管企业，特别是多数民营企业仍采用斜底式加热炉加热管坯。这种炉子致命弱点是劳动强度大，金属消耗多，轧管时耗电大，工具磨损快和产品质量无法保证等。若企业目前尚没有条件改造，仍继续使用斜底式加热炉，可进行以下几方面的局部改进。(1)为减轻体力劳动，可采用上料、出料机械化，在预热段采用架空炉底、并适当增加炉底斜度等措施。(2)为节约能源，可采用以下措施:①提高炉衬耐火材料隔热性能，减少炉底散热。炉衬材料由砌砖为主改为浇注料整体浇注，或以轻质隔热砖加硅钙板或纤维等组合炉衬，以提高炉子的严密性、整体性、保温性和隔热性。②提高炉膛的严密性。为减少热辐射，除生产必需的炉门外，尽量减少炉子的开口数量。另外.注重炉门和开口处的密封。③为充分利用烟气预热管坯.可适当延长不供热的预热段长度，并在炉尾设置以陶瓷纤维为内衬的热回收段。④提高热辐射和对流传热能力。减少炉体蓄热，炉膛内设置隔墙，炉衬内表面涂辐射率大的涂料或粘贴纤维制品。⑤采用换热器回收烟气余热。

以上斜底式加热炉所采取的改进措施是通过设备材料实现的。要在节能方面得到质的飞跃，应尽力采用高温空气燃烧技术(HTAC), HTAC在加热工艺、设备可靠性和运行安全性等方面均优于其他换热器。这项技术中的关键设备是蓄热式燃烧器，其蓄热体有球状陶瓷和蜂窝状陶瓷两种，以采用后者更为优越(单位时间内热回收率更高)。由于HTAC能使余热利用达到极限程度，节能效益巨大。在使用热值较低的煤气为燃料时，若采用单项预热空气，对烟气预热回收不充分;采用空气/煤气双预热节能效果十分可观。

2.2.2环形加热炉 环形加热炉是由回转炉底(炉子的移动部分)和具有炉盖的环形隧道(固定部分)所构成。固定部分和移动部分之间的缝隙用砂封或水封，管坯的装出料用机械手操作，炉子供热的烧嘴或喷嘴分布配置在炉子的内外炉墙上，炉内煤气可由装料的炉尾排除，也可同时经由炉膛长度上补充设置的中间排烟口排除，整个炉体仅设有观测孔和炉门。

环形炉可实现连续或问断操作。管坯在炉底上从装人到出料不移动。炉底为水平，在分段供热的条件下，可准确调整炉温和煤气与空气的比例，有利于加热时正压操作和气氛控制。由于采用自动调整，减少了加热制度的波动。炉料在炉底上的间隔布置，保证管坯的加热质量。

采用这种炉型不仅完全克服了斜底式加热炉一系列缺点，同时还具有可用低热值的气体燃料与轧机产量很好匹配及利用烟气余热来预热空气/煤气等优点。

2.2.3步进式加热炉 这种炉与环形加热炉相比:(1)炉底面积利用率高。单位面积产量约为300-400 kg/ (m2. h)，而环形加热炉仅为200一250 kgJ(m2. h);在同样产量的条件下，其炉底面积仅为环形加热炉的60%，相对其炉体尺寸比环形加热炉要小得多。(2)加热时间短，且加热均匀性好。管坯在炉内可四面加热，而环形炉相当于三面加热。加热时间短为提高产量创造有利条件。另外，管坯在炉内和步进梁的接触相当于点，受热均匀性好。而环形炉加热的管坯和炉底的接触相当于一个长方形的面。(3)燃料消耗低。由于炉底利用率高，且四面加热，其燃料消耗较环形加热炉低约10%, (4)占地面积小，便于在车间内的布置。这种炉子使用辊道直接装料和出料，而环形加热炉则用机械手装料和出料。相比之下步进式加热炉便于在车间内布置，且占地面积也少。(5)投资可行。从投资角度看，与环形加热炉的投资相近。

2.2.4加热炉炉型选择 两种管坯加热炉都有各自的优缺点。根据国内多数无缝不锈钢管厂长期使用环形加热炉的经验和实践，技术上较成熟，考虑产品结构，尽管其占地面积较大，还是采用环形加热炉为易，炉子的中径大小，视产量而定。

2.3穿孔机

保留现用的曼式二辊穿孔机。

2.4延伸机机型选择

延伸机是生产热轧成品管必须的设备，用于将穿孔后的毛管辗轧成接近钢管的最终尺寸。现用钢管延伸机有两种基本类型:纵轧延伸机和斜轧延伸机(狄塞尔轧管机、阿塞尔轧管机、行星式轧管机)。两类延伸机有各自的优缺点和其应用范围，也是相对的，在特定条件下都可以完成延伸任务。

综合考虑，以选用斜轧延伸最为合适。

2.4.1针扎延伸变形特点狄塞尔轧管机、阿塞尔轧管机、行星式轧管机三种斜轧延伸机的共同特点是都以芯棒为内变形工具(包括:浮动、半浮动和限动)，但所生产的不锈钢管尺寸、材质和产量范围存有差异。为保证生产钢管的质量以及适于企业产品大纲的要求，必须从三种斜轧延伸机在轧制过程中的变形特点来衡量其优劣。

(1)变形速度是否促进金属流动。阿塞尔轧管机和狄塞尔轧管机都有轧辊倾角存在，对金属的延伸是阻碍而不是促进。采用收敛式轧辊布置的狄塞尔轧管机对金属延伸阻碍减少，采用同样布置形式的阿塞尔轧管机轧辊对金属延伸有促进作用。用行星式轧机轧管时轧辊对金属延伸作用最大，但其速比变化特别大时会产生严重的剪切应力，除会使轧后钢管壁厚不均外，还会产生三角形或多边形缺陷，从而限制了其延伸作用的使用范围。

(2)芯棒和轧辊是否承受相等份额的变形功。在狄塞尔轧管机轧制中，大部分变形是通过芯棒实现的;在阿塞尔轧管机轧制中，由于轧辊相对较小，轧辊孔型又具有相当一个小轧辊的辊肩存在，而且管件又螺旋前进，意味着钢管的减壁量均匀分配在轧辊和芯棒上;行星式轧管机轧制中，轧辊和芯棒之间的变形量分配稍微均衡些。

(3)金属流动受相邻横截面牵制程度。从轧制方向看，从一个横截面到另一个横截面过渡的突变处，其金属流动与相应横截面渐变处是不一致的。在阿塞尔轧管机轧制中，在轧制尾部时，其尾部金属的凝聚力不存在，金属以变形工具的速度流动，结果使管子周向金属增多，产生尾三角效应。由于阿塞尔轧管机的轧辊有辊肩存在，在辊肩处钢管的厚壁与薄壁横截面的结合非常紧密，使其金属的流动可达到最大程度的一致。狄塞尔轧管机的导盘从根本上限制了钢管直径的增加，在其均整段开始的横截面具有明显的多边效应。用狄塞尔轧管工艺生产薄壁钢管，金属将充满变形区的每个部分。由于频繁的弯曲，加之管壁在芯棒上快速减薄，管子产生裂纹倾向增多，特别是当轧制难变形钢种更是如此，说明用狄塞尔轧管机轧制难变形钢种困难。另外，这种轧管机用导盘对轧件导向，阿塞尔轧管机轧辊辊肩的优点在这种轧管机上也不适用。三辊行星式轧管机没有导卫装置，可采用阿塞尔轧管机轧辊同样的辊肩，但其速比过大时问题依然存在，且其产量较低。

2.4.2选型 按上述理论分析和生产实践(见表1)，原则上只要设计时对钢管头尾轧制采用适当措施，以上三种斜轧轧管机都可用。综合比较三种延伸机的延伸能力、D/S值、生产钢种、产.等指标.并考虑改造后生产钢种品种和提供合格冷拔料，建议选用收敛型阿塞尔轧管机。

为克服轧制D/s≥10产生“尾三角”缺陷，应对收敛型阿塞尔轧管机配置一个无切尾损失装置(NEL装置)，并采用较短芯棒限动芯棒操作，就构成了一个高效三辊轧管机。

2.5定径机的选择

钢管定径的实质是使钢管成为最终尺寸，亦称钢管精轧工艺。

根据改造无缝不锈钢管生产车间的产品规格范围，考虑投资情况，选用二辊或三辊5机架定径机，严格按工艺要求来确定传动系统。轧辊机架的单独传动意味着最大调速的灵活性，而叠加差动传动则是一种组传动方式，是以牺牲速度调节灵活性为代价，达到减少设备投资的目的。介于这两者之间的传动形式诸如分组传动、双叠加传动等则是在特定投资条件下，取得必要的调速灵活性来满足生产工艺要求。考虑中径管的生产工艺要求和投资因素，选用分组传动的传动系统更为合适。

2.6精整设备

(1)冷床。可选用链式或步进式。(Z)轿直机。可选上辊3个，下辊3个，均为主动辊的6辊立式矫直机。(3)锯断机。选用圆盘锯或高速切管机。

2.7热处理设备

选用辊底式退火炉，采用保护气氛加热。

2.8热轧机组规格选择

产品为结构管、轴承管、地质管、液压支柱管和精密机械管。

3冷拔设备

现用冷拔设备都是吨位较大的单链式冷拔机。产品均为中等口径的碳素优质钢管，规格都属于热轧管的范围。钢管冷拔属多工序，中间处理复杂工艺特殊，主要用于生产精密无缝不锈钢管的设备。

按上述方案改造后，就可获得合理的供坯条件，为冷拔生产创造有利条件。即使有合理的供坯条件.还应在强化拔制、提高效率、改善钢管质量等方面来完善拔管工艺。冷拔钢管生产的最佳的工艺措施是:采用热轧定径管坯，以最佳的拔制道次.生产出符合质量要求的钢管，同时消耗最少，所需辅助加工次数最少，并减轻或杜绝环境污染。

3.1产品结构

产品必须从单一普通碳素优质钢管改为生产技术质量分数高和附加值高的产品，如:轴承管、液压支柱管、地质管和特殊用途的经济断面异性钢管(方矩形、椭圆，梯形和多边形等)。改变产品结构后，产量有所降低，但经济效益可观。

3.2产品检测

产品结构改变后.必须完善检侧手段，增设无损探伤设备。

3.3锤头设备

因管坯较重，为减轻劳动强度，应选用缩口机或液压挤头设备。

3.4酸洗与润滑

为改善工作环境，减少污染，应废除开口式、单工序比较落后的酸洗润滑设备，最佳的润滑方式是采用无氧化热处理和使用轧制油，以省去酸洗、润滑工序。

3.5辊底式退火炉

从炉型结构、燃烧条件和温度控制几个方面着手改造，在实现节能、降耗和改善环境污染的同时保证无缝不锈钢管的退火质量。