八幡廠于1977年10月投產了一套大型自動軋制不銹鋼管機組,在這套機組上采用了壓力穿孔機,直接用連鑄方坯作為原料。為配合壓力穿孔機獲得高質量的產品,該機組在生產工藝和設備上作了較大的改進,如為減小不銹鋼管壁厚不均和提高鋼管內外徑尺寸精度,車間設置了兩臺延伸機,首次采用了分組傳動的12架三輥式定徑機,在原料和成品管精整工段配有多種形式的無損探傷設備,對原料和管坯逐根檢查以確保不銹鋼管質量。車間具有較高的機械化自動化水平。
1. 生產產品
產品規格產量如下,不銹鋼管外徑:165.2~406.4mm(將來下限可達139.8mm),不銹鋼管壁厚: 5.5~40.5mm,不銹鋼管產量:2.5萬噸/月,二期可達4萬噸/月,其中石油鉆采用管生產規格為Φ42~406.4mm,設備加工能力為1.7萬噸/月(小規格的石油用管料來自該公司東京的ф140mm 自動軋管機組)。
2. 生產工藝流程
a. 熱軋管生產工藝:
方坯→探傷→修磨→切斷→加熱→整形→熱鋸→加熱保溫→高壓水除鱗→壓力穿孔→一次延伸→二次延伸→吹入潤滑劑→軋管→吹灰→均整→再加熱→定徑→冷卻
b. 一般管精整工藝:
矯直→水壓試驗→無損探傷→切斷→倒棱→檢查→打印→涂油→干燥→打捆
c. 石油套管加工工藝:
調質處理→定徑→矯直→水壓試驗→無損探傷→切斷→倒棱→車絲→擰接手→塞棒試驗→水壓試驗→檢查→打印→涂油→干燥→打捆
d. 石油油管加工工藝:
東京廠來料→調質處理→矯直→無損探傷→車絲→擰接手→塞棒檢查→水壓試驗→檢查→打印→涂油→打捆
3. 熱軋生產工藝及設備特點
a. 管坯精整
進入不銹鋼管車間的六種斷面方坯在管坯庫存放,而后通過無損探傷檢查表面缺陷、修磨、切斷。表面檢查用兩臺磁粉探傷機,一臺固定,一臺移動,所有坯料逐根探傷。表面打有缺陷標記的坯料在三臺修磨機床上局部修磨。切斷用三臺冷鋸機,將4~12m長的經檢查修磨后的坯料鋸成2.5~5.2m長的定尺。切斷315mm×315mm斷面時,鋸切時間為2~3min/根。定尺坯在緩沖庫中存放以備加熱。
b. 鋼管的熱軋生產
方坯在步進爐中加熱,爐子有效長35m,寬11.5m,端進端出,長5.2m的料可雙排加熱。
不銹管坯出爐后在二輥式單孔型橫軋機上整形,整形時有1%~2%的變形量,定形機有倒棱調整尺寸的作用,同時可去除氧化鐵皮。主傳動交流電機為250kW。
定形機后設置有一臺熱鋸機,按軋制表要求的坯料長度進行分切。鋸切后的管坯因不能同時穿孔,為防止溫降,設置了一座步進式保溫爐,對穿孔料進行保溫。250mmx250mm的方坯在步進爐中可放置14根。
出爐后的不銹管坯用180kg/c㎡的高壓水除氧化鐵皮,而后送去穿孔。
壓力穿孔機是購買意大利的技術,完全按卡爾梅斯法設計。軋輥直徑1350mm,軋制速度為0.3~0.5m/s.主傳動直流電機為950kW一臺。前臺推桿為齒條式傳動,電機550kW(意大利達爾明廠已改為液壓傳動),設計最大推力300t.在穿孔中250mm空心坯時實際為60t,最大使用到80~90t,空心坯并不穿透,杯底有30~50mm厚,最后在延伸機上穿透。
設置有兩臺延伸機,將厚壁空心坯輾軋延伸并消除壁厚不均。機組為二輥斜軋機,每個機組均由兩臺4000kW交流電機傳動。第一臺延伸機主要起消除壁厚不均的作用;第二臺側重于延伸。壓力穿孔機目前存在的最大問題是穿孔后的毛管壁厚不均較大,最大壁厚不均可達25%~30%。而經過第一臺延伸機后,壁厚不均可降至10%以下,與二輥斜軋穿孔相當。為提高鋼管質量,減少工具消耗,方便操作,三菱制作所在原有二輥斜軋延伸機上作了如下改動;(1)由單電機傳動改為雙電機分別傳動兩個軋輥;(2)兩個鼓形輥由左右水平布置改為上下立式布置,導板為左右側向布置,采用液壓裝置移送更換,過去更換下導板需時幾十分鐘,由于磨損厲害,每個班都要更換1~2次,改為側向導板后,10min就可更換一次,提高了軋機作業率,設計者認為,如將側向導板改為帶有傳動的滾動導盤,雖有冷卻效果好,使用壽命長的優點(據西德德馬克的經驗,導盤可使用7~10天更換一次),但由于在自動軋管機上原料規格多,品種的頻繁更換帶來經常更換導盤是不適宜的;(3)機架上蓋改由液壓缸向一側打開,減少換輥時間;(4)頂頭更換實現了機械化。在2號延伸機至軋管的斜臺架上由一端用壓縮空氣向管內吹入含鹽的潤滑劑。
自動軋制不銹鋼管機為單孔型軋機,每根管軋制兩道,由一臺3000kW直流電機傳動。這種單孔型軋機的優點是減少了設備重量,保證了不銹鋼管精度,孔型設計時可不考慮彈跳的影響,此外,頂頭的更換也實現了機械化,軋制第二道的90°翻轉由機前的可升降的盤式輥帶動,推料桿為氣動。
均整機兩臺,每臺均整機由兩臺600kW直流電機傳動,為確保鋼管內表面質量,均整前用壓縮空氣吹去內表氧化鐵皮。機架結構強度較高,以防止軋制過程的振動。頂頭也實現機械更換。
均整后的不銹鋼管進入步進式加熱爐加熱,鋼管端進側出,加熱爐有效長為20m,寬15m,定徑機為三輥式,12架分組傳動。
這種新型定徑機是保證鋼管尺寸精度的一個重要措施,因為成品管的外徑精度主要取決于定減徑機,三式經?型是整體加工的不需要再用人工調整。機架數目由一般的5~7架增至12架,這樣,擴大了定徑鋼管的規格范圍,同時,對壓力穿孔機采用規格數量較少的連鑄方坯來說更具有意義。在軋制同樣的減徑量的鋼管時,12機架由于單機減徑量小,從而減少了大減徑量帶來內壁增厚的缺陷。該定徑機的另一特點是分四組傳動,每臺電機帶動三個機架,電機容量為740kW,直流。分組傳動與集體傳動相比其速度調整靈活,電機負荷小,能更好地保證鋼管精度;與單獨電機傳動相比,具有設備少,調整維修方便的特點。定徑機設有專用的換輥臺車,更換品種時,7分鐘就可換完機架。這種新型定徑機在大型無縫鋼管機組上配置顯示出較大的優越性。
定徑后的不銹鋼管在三組鏈式冷床上冷卻,每組長20m,冷床下設有四排風扇,不銹厚壁管強迫通風冷卻。
4. 對八幡廠自動軋制不銹鋼管工藝的評述
a. 從圖14-1中可以看出成品管長度為5.5~18.3m,從MDM提供的軋制表看到自動軋管機軋出長度僅為10.38、16.54m,而成品管長度不大于16m。
b. MDM提出的軋制表建議采用Φ180mm、Φ260mm 、Φ300mm、ф340mm等4種圓坯軋管,但八幡廠想采用PPM這、新技術,故決定用這里提到的六種方坯作為管坯。采用連鑄圓軋管這是西德各鋼管公司主張,20世紀70年代西德各鋼管廠就采用了Φ140~350mm連注圓坯軋管,若干年后就完全證明了這種工藝的正確性。
c. 1978年意大利在Bergamo鋼管廠有一套壓力穿孔機投產,接著八幡廠也采用了這一工藝,而在京浜及知多的16m自動軋管機組的平面圖上,則預留了壓力穿孔機(PPM)的位置,PPM工藝的主要缺點是穿孔坯壁厚不均,從八幡廠的樣本來看,壁厚不均達30%,因此,八幡廠在穿孔延伸工序上就采用了三臺設備,若采用連注圓坯則可減少1~2臺設備。
d. 穿孔延伸階段(第一變形階段)可供選擇的有以下4種方式即:從方坯開始采用PPM和2臺延伸機從方坯開始采用PPM和1臺延伸機、從圓坯開始采用斜軋穿孔機和1臺延伸機和從圓坯開始只采用斜軋穿孔機。由此可看出,采用第一種方式乃八幡廠工藝的敗筆。
e. 單槽式自動軋管機具有軋機剛性大、管子尺寸精確、產量較高等特點,但它消除不了自動軋管工藝成品管短、內表面質量差等短頂頭軋制工藝所固有的缺點,當時日本各大鋼管廠認為這種工藝具有產量高(40萬~60萬t/a)、工藝先進(采用連鑄坯,新型穿孔機,單槽自動軋管機,大減徑率的減徑機)的優點是發展石油管生產的方向,但其后由于MPM軋管工藝的興起,這種工藝的優點就顯得不突出了。相反,固有的缺點就更加暴露無遺了。
f. 這種定徑機屬于無張力或微張力減徑工藝。減徑過程中壁厚略減或略增,其數量僅0.5mm左右,而可實現較大的減徑率(可達30%),大軋機生產小口徑不銹鋼管而不降低產量,且沒有像張減機那樣大的切頭損失。