大直径无缝钢管倍尺优化提高成材率的学习体会

文献概况

该文献由内蒙古包钢钢联股份有限公司钢管公司林震等人于2020年发表在《钢管》第49卷第1期，针对PQF（Presque Quenched Formed，近似淬火成型）连轧管机生产中切损率高的问题，提出了将成品管倍尺数从二倍尺优化为三倍尺的改进方案，并通过典型规格试验验证了方案的可行性。文献分析表明，该优化措施可使切损率降低约0.5%，成材率提高0.5%，每年可降低成本200万元以上，提高产量7万吨。

成材率与切损率的工艺分析

无缝钢管生产中的成材率是衡量生产效率和经济性的核心指标。成材率受多个因素影响，包括坯料利用率、轧制损耗、切损损耗等。在大直径无缝钢管的生产中，切损率是影响成材率的关键因素之一。

倍尺数的工艺含义

所谓"倍尺"，是指成品管的长度与坯料长度的倍数关系。二倍尺意味着一根坯料轧制成两根成品管，三倍尺则轧制成三根成品管。倍尺数的选择直接影响以下工艺参数：

切损率降低的机理

切损率降低的核心机理在于：当成品管长度增加（从二倍尺到三倍尺）时，在切头尾长度基本不变的情况下，切损长度占总长度的比例降低。假设切头尾长度固定为L_cut，二倍尺成品管长度为L_2，三倍尺成品管长度为L_3（L_3 > L_2），则：

• 二倍尺切损率 ≈ 2L_cut / (2L_2) = L_cut / L_2
• 三倍尺切损率 ≈ 2L_cut / (2L_3) = L_cut / L_3

由于L_3 > L_2，三倍尺的切损率自然低于二倍尺。这一看似简单的逻辑，在实际生产中却涉及坯料长度调整、轧制工艺参数匹配、设备能力验证等一系列复杂问题。

工艺实施的关键技术要点

坯料长度与轧制工艺匹配

将倍尺数从二倍尺优化为三倍尺，首先需要解决坯料长度的问题。三倍尺要求坯料长度相应增加，这对以下环节提出了要求：

1. 坯料准备：需要更长的管坯（圆钢），对炼钢连铸或锻造工序的坯料规格提出新要求。
2. 加热炉能力：更长的坯料在加热炉中的加热时间增加，需确保加热炉的长度和加热能力满足要求。
3. 穿孔工艺：PQF连轧管机的穿孔工序需适应更长坯料的穿入和顶出，穿孔顶杆长度和穿孔机能力需匹配。
4. 连轧工艺：连轧机架的延伸分配需重新优化，确保三倍尺长度下的轧制稳定性。

典型规格试验验证

文献中提到的"用典型规格进行试验"，体现了工程实践中"先试验验证、后批量推广"的严谨态度。在倍尺优化试验中，需要关注以下质量指标：

• 尺寸精度：三倍尺成品管的壁厚均匀性、外径偏差、长度偏差是否满足标准要求。
• 力学性能：不同长度段的力学性能（屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击韧性）是否一致。
• 无损检测：三倍尺成品管的UT（超声检测）、MT（磁粉检测）等检测结果是否合格。
• 表面质量：更长成品管的表面缺陷率是否因轧制工艺变化而改变。

生产节奏与效率分析

文献指出"增加倍尺后，同规格坯料长度增加，在轧制节奏相同的条件下，产量提高"。这一结论看似矛盾，实际上需要理解其含义：虽然单根成品管的轧制时间可能增加，但由于切损减少，每根坯料的有效产出增加，综合来看单位时间内的合格品产量提高。

从生产管理的角度来看，倍尺优化还需要考虑以下因素：

• 物流与仓储：更长成品管的运输和存储条件需满足要求，避免运输过程中的磕碰损伤。
• 下游加工：更长成品管在下游加工（如坡口加工、无损检测、防腐处理）中的适配性。
• 订单匹配：三倍尺成品管长度是否与用户订单需求匹配，避免二次切割造成浪费。

经济效益与工程启示

文献中提到的经济效益数据（年降低成本200万元以上，提高产量7万吨）具有很强的说服力。这一数据表明，通过工艺优化提高成材率，是钢管企业降本增效的重要途径。

从技术管理的角度来看，该文献体现了以下工程实践原则：

1. 问题导向：针对切损率高这一具体问题，提出针对性的改进方案。
2. 数据驱动：通过试验验证方案的可行性，用数据支撑决策。
3. 系统思维：倍尺优化不仅涉及轧制工序，还涉及坯料准备、加热、穿孔、连轧、成品检验等多个环节，需要系统协调。
4. 经济评价：对改进方案进行经济效益分析，确保技术改进具有商业价值。

在实际工程实践中，成材率优化是一个持续改进的过程。除了倍尺优化外，还可以从以下方面进一步提高成材率：

• 优化坯料尺寸，减少轧制过程中的金属损耗；
• 改进切头尾工艺，减少不必要的切除量；
• 提高轧制精度，减少因尺寸超差导致的废品；
• 加强过程质量控制，减少因质量不合格导致的返工或报废。

该文献为无缝钢管生产企业的工艺优化提供了有价值的参考，其"小改进、大效益"的实践理念，对于推动钢管行业的技术进步和降本增效具有重要的借鉴意义。