第一臺355.6mm的MPM軋管機于1978年在Dalmine 不銹鋼管(guan)廠(chang)投產。投產后不斷加以改進，終于發展成世界上生產優質無縫不銹鋼(gang)管的主流工藝設備，由于市場要求進一步提高不銹鋼管生產的效益，幾年前這種工藝發展到了它的頂峰。由于PQF工藝的發展，MPM軋管工藝的種種限制已被克服，從而將MPM軋管工藝向前推進了一大步。在中國天津鋼管有限公司（TPCO)PQF軋管機的順利投產表明這種軋管工藝將成為無縫鋼管生產的一種標準工藝。


 世(shi)界(jie)上最新(xin)型的無縫(feng)不銹鋼管軋機于2003年年底(di)在天津投產，這是世(shi)界(jie)上第一臺 PQF軋管機（圖26-5)。PQF 是 PremiumQuality Finishing 三(san)詞(ci)的縮寫。


圖 26-5.jpg


 PQF連軋管機(ji)能(neng)保證最(zui)佳的(de)產品質(zhi)量。當然，只有當軋管機(ji)在日(ri)常生(sheng)產中能(neng)保證產品優質(zhi)，它才具有真正的(de)競爭優勢(shi)。這就需要軋機(ji)在運行(xing)中即(ji)堅固可(ke)靠，又易于操作。


 早在1999年，SMS就(jiu)有發展PQF軋(ya)機的(de)(de)設想(xiang)。在穿孔和(he)張減工藝的(de)(de)優化方面(mian)，SMS-Meer 擁(yong)有多項專門(men)技術(shu)，而(er)SMS-Uemag-Innse的(de)(de)主要(yao)技術(shu)領域則在MPM連(lian)續軋(ya)管工藝方面(mian)。


 新(xin)的軋(ya)管機設(she)備的目標是使鋼管質量有一個飛(fei)躍，定量地(di)說，就是使現(xian)在常用的直徑(jing)、壁(bi)厚公差減少50%。


 世界范(fan)圍(wei)內無縫(feng)不銹鋼管(guan)設(she)備(bei)(bei)制(zhi)造的(de)(de)經(jing)驗，顯示出在設(she)備(bei)(bei)改進提高這方面具有很大(da)的(de)(de)潛(qian)力(li)，這一(yi)潛(qian)力(li)沒有被挖掘(jue)出來的(de)(de)原因(yin)是由(you)于(yu)軋管(guan)設(she)備(bei)(bei)和輔助設(she)備(bei)(bei)配(pei)置不當。對于(yu)軋制(zhi)全過程監控(kong)而言，缺少合(he)適的(de)(de)檢測技術，穿孔工藝過程難(nan)以掌握。另外，在軋制(zhi)過程中也缺乏進行適當修正(zheng)調節的(de)(de)執(zhi)行裝(zhuang)置。


 只(zhi)有(you)當(dang)所(suo)有(you)問(wen)題具有(you)一致且全面(mian)的解(jie)決辦法后(hou)，才能在實際運(yun)行中實現既定的目標。因此(ci)，在PQF這一理念中結合了一系(xi)列完整的解(jie)決方案（圖26-6),包括：


圖 26-6.jpg


  1. 輥式穿孔機，設有最優(you)化的軋輥箱和導衛裝置以及扭轉變(bian)形(xing)小的機架(jia)；


  2. 用于軋制延伸的三輥式(shi)連軋機，這種軋機容易操作，且產品質量優越(yue)；


  3. HGC輥縫液壓調(diao)節系統(tong)，使(shi)軋(ya)管延伸階段的(de)壁(bi)厚偏(pian)差減至最(zui)小值；


  4. CARTA工藝系(xi)統，可(ke)以(yi)優化生產計(ji)劃并在生產過程中進行(xing)在線調節；


  5. CARTA/FGF,即自由孔型形狀工藝系(xi)統，厚壁管的質量得(de)以優化；


  6. 張(zhang)減機(ji)采用三組疊加傳動和可調式(shi)精軋機(ji)架（FPS)以減少張(zhang)減管的直徑偏(pian)差值；


  7. LASUS壁(bi)厚測(ce)量(liang)系統(tong)，可(ke)對(dui)壁(bi)厚進行可(ke)靠的、高分辨率的測(ce)量(liang)；


  8. QAS質量保證系統，可對測得的(de)(de)數(shu)據(ju)進行(xing)智能評(ping)估(gu)，并(bing)提供(gong)有效的(de)(de)工藝過程監控。




一、三輥式連軋管機


  早在20世紀90年代(dai)初，SMS-Demag-Innse 就對(dui)三(san)輥軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機(ji)作過報(bao)道，認為(wei)(wei)這是(shi)(shi)已(yi)發(fa)展完(wan)善的(de)(de)二輥式MPM軋(ya)(ya)(ya)機(ji)進一步發(fa)展的(de)(de)方向。三(san)輥式連軋(ya)(ya)(ya)管(guan)工藝(yi)的(de)(de)優點是(shi)(shi)顯而易見(jian)的(de)(de)，因(yin)為(wei)(wei)在張減(jian)工藝(yi)領域(yu)早已(yi)實(shi)(shi)現了(le)(le)由二輥式機(ji)架向三(san)輥式機(ji)架的(de)(de)轉變(bian)，使無縫不銹鋼管(guan)的(de)(de)質量顯著提高。對(dui)這種工藝(yi)危險性的(de)(de)預測，是(shi)(shi)三(san)輥式軋(ya)(ya)(ya)管(guan)工藝(yi)應用(yong)(yong)成熟較晚(wan)的(de)(de)原因(yin)之(zhi)(zhi)一，因(yin)此(ci)要盡(jin)可(ke)能做(zuo)到不用(yong)(yong)價格昂貴的(de)(de)試驗軋(ya)(ya)(ya)機(ji)來開發(fa)與MPM軋(ya)(ya)(ya)機(ji)不同的(de)(de)新(xin)的(de)(de)孔型設計技(ji)術(shu)(shu)，特別要注意將軋(ya)(ya)(ya)件從芯棒上(shang)脫出(chu)的(de)(de)問題。SMS-Meer 和(he) SMS-Demag-Innse應用(yong)(yong)以MPM軋(ya)(ya)(ya)機(ji)操作經(jing)驗為(wei)(wei)基礎的(de)(de)FEM有限元模擬法（圖26-7),實(shi)(shi)施(shi)了(le)(le)技(ji)術(shu)(shu)安(an)(an)(an)全措施(shi)，獲得了(le)(le)為(wei)(wei)安(an)(an)(an)裝(zhuang)新(xin)的(de)(de)PQF軋(ya)(ya)(ya)管(guan)工藝(yi)所需的(de)(de)訣竅。這是(shi)(shi)一項獨立的(de)(de)技(ji)術(shu)(shu)，它可(ke)安(an)(an)(an)全、切實(shi)(shi)地(di)被引入實(shi)(shi)際應用(yong)(yong)之(zhi)(zhi)中。


圖 26-7.jpg



  與兩輥(gun)(gun)式(shi)(shi)軋(ya)管工(gong)藝(yi)相(xiang)比，三(san)輥(gun)(gun)式(shi)(shi)工(gong)藝(yi)在質量(liang)和(he)成本方面的(de)優越性(xing)在于(yu)三(san)輥(gun)(gun)式(shi)(shi)機架中(zhong)更(geng)加均勻(yun)的(de)變(bian)形(xing)過程。三(san)輥(gun)(gun)式(shi)(shi)結(jie)構使得(de)金(jin)(jin)屬(shu)流變(bian)得(de)均勻(yun)，原(yuan)因是軋(ya)輥(gun)(gun)和(he)管件(jian)間的(de)相(xiang)對速度大約(yue)降低了50%,軋(ya)制力沿(yan)周邊和(he)自(zi)由變(bian)形(xing)區的(de)分(fen)布更(geng)加合理，未加控(kong)制的(de)變(bian)形(xing)只有兩輥(gun)(gun)式(shi)(shi)軋(ya)管工(gong)藝(yi)的(de)一半。更(geng)加均勻(yun)的(de)變(bian)形(xing)意味(wei)著管件(jian)截面內的(de)壁厚偏(pian)差較(jiao)小(xiao)，與具有影響力的(de)變(bian)量(liang)的(de)關聯性(xing)較(jiao)小(xiao)，金(jin)(jin)屬(shu)變(bian)形(xing)應(ying)力就相(xiang)對較(jiao)低。


 從(cong)不銹鋼管(guan)廠的角度(du)來看，三輥式(shi)軋管(guan)機的一個(ge)主要(yao)優(you)點是軋制(zhi)過程穩定(ding)，而且易(yi)于掌握。這(zhe)個(ge)優(you)點很重要(yao)，因為(wei)確定(ding)這(zhe)種軋制(zhi)過程的先決條件就(jiu)是在日常生(sheng)產(chan)(chan)中(zhong)確保產(chan)(chan)品質量的可靠性和持久性。上述較(jiao)低(di)的金屬應力使得產(chan)(chan)品范圍(wei)得以擴大到薄壁管(guan)和合金含量較(jiao)高的鋼管(guan)。


 三輥式連軋管(guan)(guan)機可以達到無縫(feng)鋼管(guan)(guan)軋機靈活性(xing)高、在較短的(de)時間(jian)內小(xiao)批量生(sheng)產不同(tong)規格的(de)管(guan)(guan)子(zi)的(de)要求(qiu)、同(tong)時具有成本(ben)較低和尺寸偏差較小(xiao)等優點(dian)。


 為了將這些成果(guo)應(ying)用(yong)于三輥(gun)軋管(guan)工藝(yi)過(guo)程(cheng)(cheng)，PQF軋機(ji)結(jie)合(he)了以下(xia)機(ji)械設計(ji)特點：軋輥(gun)的準確定(ding)位和保(bao)持(chi)正定(ding)位置的穩定(ding)性(xing)，同時在軋制過(guo)程(cheng)(cheng)中可以調節軋輥(gun)孔型。


 軋(ya)(ya)(ya)輥裝(zhuang)在(zai)可擺動(dong)的(de)橫臂上，然后裝(zhuang)入機(ji)架的(de)機(ji)芯（圖26-8)。機(ji)芯裝(zhuang)在(zai)隧道(dao)式機(ji)座內，后者裝(zhuang)有調整(zheng)軋(ya)(ya)(ya)輥位(wei)(wei)置的(de)液(ye)壓小艙(cang)（每一個(ge)軋(ya)(ya)(ya)輥設(she)有一個(ge)液(ye)壓小艙(cang)），這(zhe)些結構(gou)均(jun)使軋(ya)(ya)(ya)機(ji)既穩定(ding)又緊湊，使得(de)軋(ya)(ya)(ya)輥定(ding)位(wei)(wei)和芯棒導向具有很高的(de)準確度，從而將變形(xing)過(guo)程設(she)計得(de)很精確。


圖 26-8.jpg


和兩(liang)輥式MPM軋(ya)機相比較，上述結構又具有(you)以下優點：


  1. 軋機總體設計(ji)緊湊，基座深度最小；


  2. 機架間距(ju)較(jiao)小(xiao)，芯棒長度(du)較(jiao)短，并具有最(zui)佳的芯棒導引系統；


  3. 在封(feng)閉固定的環狀(zhuang)機架(jia)框(kuang)架(jia)內，三股軋(ya)輥(gun)力互(hu)呈120°,可(ke)相互(hu)對稱(cheng)吸收(shou)；


  4. 由(you)于(yu)變形(xing)均(jun)勻再加上(shang)每一個(ge)軋(ya)輥機可以液壓調整，可以實現軋(ya)縫的自動調整；


  5. 軸承間距(ju)離較(jiao)短，作用在(zai)每一個(ge)軋輥上(shang)的(de)軋制(zhi)力較(jiao)小(xiao)，因(yin)此彎曲力矩較(jiao)小(xiao)，從而使孔型的(de)改變量最小(xiao)，管子(zi)公差明顯(xian)降低。



二、壁(bi)厚(hou)測量


  LASUS是設在(zai)軋(ya)機熱軋(ya)區(qu)的超聲波壁厚測(ce)量系統(tong)（圖26-9),其(qi)工藝技術原理和冷管(guan)超聲波探傷基本相同，具有同樣高的精確性(xing)、局部分辨率和可(ke)靠性(xing)。上述測(ce)量技術特性(xing)對于正確而(er)詳盡地(di)記(ji)錄熱軋(ya)管(guan)壁厚結構具有決定性(xing)意(yi)義，這樣就可(ke)以在(zai)生(sheng)產過程中進行正確的介入。


圖 26-9.jpg


 測量頭(tou)（探頭(tou)）裝(zhuang)(zhuang)在抽芯棒裝(zhuang)(zhuang)置的(de)(de)軋出區，它(ta)對PQF熱(re)軋管(guan)和(he)穿(chuan)孔坯的(de)(de)軋制(zhi)數據進行記(ji)(ji)錄。在張減(jian)機(ji)的(de)(de)輸出端(duan)則設有另一個測量頭(tou)以(yi)(yi)記(ji)(ji)錄熱(re)軋荒管(guan)的(de)(de)壁厚(hou)偏差，并對管(guan)端(duan)增厚(hou)和(he)內六(liu)角形(xing)加以(yi)(yi)確(que)認。




三(san)、質量保證系統


  穿孔機和連軋管機對壁厚形成(cheng)的(de)影(ying)響可借QAS系統中適當(dang)的(de)分(fen)(fen)析技術(shu)而(er)加以區分(fen)(fen)，從而(er)對兩個機組分(fen)(fen)別實(shi)現工藝過(guo)程最佳化。在(zai)各種情況下可由單通道測(ce)量系統來對這兩種影(ying)響進(jin)行區分(fen)(fen)，此時由機器人控制測(ce)量頭圍繞工件的(de)軸(zhou)線(xian)回轉。在(zai)QAS系統中設有(you)被(bei)測(ce)數(shu)據的(de)智能評價(jia)系統，這一系統對所測(ce)得的(de)數(shu)據沿(yan)周邊或軸(zhou)向進(jin)行正確(que)分(fen)(fen)類，然(ran)后加以分(fen)(fen)析評估。



四、CARTA工藝技術系統(tong)


  CARTA工藝技(ji)術(shu)(shu)系統為三大軋(ya)機(ji)，即(ji)穿孔機(ji)、PQF軋(ya)機(ji)和張減機(ji)提供優化操作所需的技(ji)術(shu)(shu)。借助(zhu)于CARTA工藝技(ji)術(shu)(shu)，生產計劃子系統得以(yi)(yi)確(que)定(ding)工具(ju)(ju)及(ji)其整(zheng)定(ding)數據。CARTA工具(ju)(ju)管(guan)理系統可以(yi)(yi)保證工具(ju)(ju)的正(zheng)確(que)加工以(yi)(yi)及(ji)工具(ju)(ju)機(ji)架的正(zheng)確(que)管(guan)理。CARTA過程(cheng)(cheng)管(guan)理系統完成過程(cheng)(cheng)控(kong)制(zhi)，從而修正(zheng)整(zheng)定(ding)值，使(shi)尺寸偏差減至最小。CARTA工藝技(ji)術(shu)(shu)系統包括以(yi)(yi)下6個系統：


  1. CARTA-CPM 這一系統得(de)以(yi)保證穿孔機最佳化運(yun)行所(suo)需的(de)工藝技術，即提供軋制(zhi)表所(suo)需的(de)工具數(shu)據及(ji)其整定值，而且可以(yi)在生產過程中對(dui)整定值加以(yi)修正。


  2. CARTA/EC(穿孔機壁厚不均(jun)(jun)控制系(xi)統） 采用CAR-TA-EC 對壁厚不均(jun)(jun)加以控制可(ke)獲得(de)良好的經濟效益，這(zhe)一系(xi)統由過程數(shu)據分(fen)析和故障診斷兩個(ge)系(xi)統組成，其功能是(shi)大(da)大(da)改善(shan)穿孔機壁厚不均(jun)(jun)的狀況。


  3. CARTA/PQF 借助(zhu)于CARTA/PQF的PSS過程監控系(xi)統（Process Supervision System)以及CARTA/PQF的液(ye)壓輥縫調節控制系(xi)統（HGC),可(ke)在軋制過程中對(dui)軋機調整進行修正，這樣可(ke)對(dui)管子產生(sheng)補償影響。


   更換軋制規格時，有時往往需要改(gai)(gai)變(bian)輥縫調(diao)整(zheng)或改(gai)(gai)變(bian)速度(du)系列，從而改(gai)(gai)變(bian)中(zhong)(zhong)間機(ji)架張(zhang)力(li)狀(zhuang)態或延伸系數分配以(yi)優(you)化變(bian)形過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)。這樣，可改(gai)(gai)變(bian)在軋制過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)摩擦力(li)、溫(wen)度(du)和材料(liao)性能的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)。輥縫調(diao)整(zheng)也可以(yi)在軋制過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)進(jin)行，以(yi)便使(shi)溫(wen)度(du)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)得以(yi)補償。此外，軋制過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)芯棒磨損的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)也可以(yi)采(cai)用適應性調(diao)整(zheng)而加以(yi)修正。采(cai)用這一(yi)系統也可以(yi)使(shi)管端(duan)軋得薄一(yi)些，以(yi)減(jian)少(shao)在張(zhang)減(jian)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)管端(duan)的(de)(de)增厚。


  4. CARTA/SRM 采用這(zhe)(zhe)一系統(tong)，張(zhang)減(jian)(jian)機(ji)的軋輥(gun)速度(du)可以自(zi)動(dong)適應，從而將壁(bi)厚偏(pian)差(cha)減(jian)(jian)至最小。通常所配置(zhi)的過程控制系統(tong)包(bao)括管(guan)端控制系統(tong)CEC和(he)平均(jun)壁(bi)厚控制系統(tong)WTCA/L.工(gong)件通過張(zhang)減(jian)(jian)機(ji)時，控制系統(tong)調整工(gong)件的延伸，使(shi)壁(bi)厚符合要求。與(yu)沒有設置(zhi)控制系統(tong)的張(zhang)減(jian)(jian)機(ji)相比較，壁(bi)厚偏(pian)差(cha)精度(du)和(he)收(shou)得(de)率(lv)能提高幾個(ge)百分點。從運行經濟(ji)性(xing)的角(jiao)度(du)看，有必要設置(zhi)這(zhe)(zhe)種形(xing)式的控制系統(tong)。


  5. CARTA/FPS 成品(pin)機(ji)(ji)(ji)架采用(yong)可調機(ji)(ji)(ji)架（FPS),可以減小直徑(jing)偏差，即降低平(ping)均壁厚偏差和(he)不圓度。圖(tu)26-10所示(shi)的是用(yong)于(yu)這一(yi)用(yong)途的具有可調機(ji)(ji)(ji)架的張減機(ji)(ji)(ji)。CARTA/FPS的功能是管理專用(yong)機(ji)(ji)(ji)架和(he)確定其整定值。


  6. CARTA/PL(Planning)這一(yi)系(xi)統對(dui)測(ce)得的(de)(de)(de)數(shu)(shu)據、操作臺的(de)(de)(de)輸(shu)入(ru)值和設計數(shu)(shu)據等工藝參數(shu)(shu)進行評估(gu)，其目的(de)(de)(de)在于建立經驗數(shu)(shu)據庫，優化過(guo)程(cheng)(cheng)計劃，利用(yong)從生產(chan)操作中(zhong)獲(huo)得的(de)(de)(de)經驗進行生產(chan)過(guo)程(cheng)(cheng)控制。采用(yong)這一(yi)子系(xi)統的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是使一(yi)批管子的(de)(de)(de)生產(chan)中(zhong)以最小(xiao)量的(de)(de)(de)管件生產(chan)出符合規定(ding)公差的(de)(de)(de)管子。


 所有(you)以上這些新技術(shu)的目的在(zai)于提(ti)高無縫(feng)不銹鋼管(guan)生產的靈(ling)活性，并(bing)使尺寸(cun)偏差(cha)降(jiang)為最(zui)小值(zhi)。



五、天津鋼管(guan)集團有限公司（TPCO)的PQF連軋管(guan)機(ji)


  天津鋼(gang)管集團(tuan)有(you)(you)限公司(si)的(de)(de)三輥連軋(ya)管機(ji)融合了(le)PQF軋(ya)管工藝所有(you)(you)的(de)(de)精(jing)粹功(gong)能(neng)，也是世(shi)界上(shang)首臺此類(lei)軋(ya)機(ji)。該(gai)廠所生(sheng)產的(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)管外徑為31.8~168.3mm,年產量為40萬(wan)/噸。主(zhu)要(yao)設備組成(cheng)為：環形(xing)爐；錐輥式(shi)穿孔機(ji)；5機(ji)架(jia)(jia)PQF軋(ya)管機(ji)，其前設有(you)(you)空(kong)軋(ya)機(ji)架(jia)(jia)，其后設有(you)(you)芯(xin)棒(bang)抽出機(ji)；再加(jia)熱爐；24架(jia)(jia)張減機(ji)。


  為縮短節奏時，增加產量，軋機的芯棒由抽出裝置抽出，為此芯棒抽出機設有液壓輥縫控制設施。PQF三輥軋管工藝比較容易掌握，易于達到高級產品質量水平，可軋制如304L不銹鋼(gang)等合金含量較高的鋼管，因此可以說實現了軋管工藝技術更進一步的目標。