无缝钢管的现状与前景MEER

无无缝缝钢钢管管的的现现状状及及发发展展前前景景目录1.无缝钢管在世界钢管市场上的地位.................................................21.1无缝钢管和焊管的产品规格及质量标准的划分.....................................21.2生产成本结构.......................................................................................31.3无缝管和焊管的市场分配比例..............................................................31.4发展趋势...............................................................................................52.新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础..........................................62.1工艺控制系统和工艺自动化系统(CARTA®)...........................................62.2新型的在线激光测量系统(LASUS®测量系统).....................................152.3偏心率(EccentricityControl)的方案和系统原理..................................212.4轧机机械构造和轧制工艺的技术改进.................................................242.5微型3辊组合轧机(3RCM)...................................................................333.发展趋势.......................................................................................383.1以工艺为基础进行生产计划,生产控制和质量管理.............................383.2热轧成品管的各种质量检查................................................................39第1页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位1.无缝钢管在世界钢管市场上的地位1.1无缝钢管和焊管的产品规格及质量标准的划分如果要想了解钢管市场上无缝管和焊管的竞争能力首先必须了解各自的技术性能,质量标准和生产成本的消耗.除此而外当然还有许多其他因素也会导致钢管市场分配的变化.表1示出焊管和无缝管的一些常用的产品规格.壁厚(毫米)钢管(无缝管和焊管)的规格范围外径(毫米)焊管无缝管表1:无缝管和焊管的产品规格范围焊管的重心立足于薄壁管生产.在这个方面焊管显示出突出的经济性优点.至今为止在焊管生产中,其壁厚的变形极限尚在使用1:6的直径/壁厚比.不过近年来焊管的规格和壁厚范围在不断地扩大.无缝管的重心立足于厚壁管生产,也就是说具有较大的直径/壁厚比.所以一些中厚壁的管子既可采用焊管也可采用无缝管,但是纯粹的厚壁管就只能采用无缝管,绝不能用焊管来代替.另外,还有大约400种钢种的无缝钢管是焊管不能代替的.此外还由于一些特殊用途的无缝钢管也不能用焊管来代替,例如由于安全性要求高的钢管.第2页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位1.2生产成本结构图1示出,在无缝钢管和焊管生产中,中等规格钢管的生产成本.其中,焊管的材料成本相对较高.通过采用热轧宽带钢可使其成本下降约12%,现在通过CSP技术可以使成本再次下降,预计为22%.无缝管焊管坯料成本轧机成本精整和运输成本图1:无缝管和焊管的成本结构在无缝薄壁管的生产中,较高的切头损耗会导致材料成本增加,再加上较高的检验成本和管加工成本,昀后使整个所以生产成本增加.通过使用热区在线测量系统,通过轧制工艺的昀佳化系统和工艺自动化控制等可以解决这个问题.原则上讲,中等壁厚和薄壁焊管的生产成本较低,比相同规格的无缝管的成本低大约10%.因此对于普通的商业用管来说,焊管占据市场优势.1.3无缝管和焊管的市场分配比例图2示出从1985到1994年之间世界各国钢管需求的市场情况,其中包括了西方各国,东欧各国(包括俄国)以及中国.从图中看出,西方国家和中国长期以来都持上升趋势,但上升幅度有明显的区别.第3页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位钢管生产状况(100万吨)世界范围西方国家中国东欧国家(包括前苏联)图2:钢管生产的产量概况图3示出钢管市场上世界各国对无缝管需求的比例.图中看出,在西方国家的无缝管所占比例逐渐下降,至今只占大约25%,而中国大比例却逐年上升占大约45%.东欧国家无缝管所占比例在50%以上.从1995年起无缝钢管市场的还在继续发展,所以无缝管将由焊管代替的迹象越来越少,几乎没有可能.无缝钢管的比例(%)世界范围西方国家中国东欧国家(包括前苏联)图3:无缝管的世界市场比例分配第4页无缝钢管的现状及发展前景无缝钢管在世界钢管市场上的地位1.4发展趋势在焊管生产中,通过采用CSP技术使生产材料成本下降.在无缝管生产中也有很多技术措施和技术发明能促使生产成本下降,例如在轧制生产中采用连铸圆坯,另外还有一些改善无缝钢管直径和壁厚公差的措施等.提高成材率的和降低管加工成本也能相应地降低生产成本.针对这一目的本文在以下章节里较为详细地报导了这些技术措施.第5页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础2.新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础2.1工艺控制系统和工艺自动化系统(CARTA®)2.1.1目标和基本方案中小型规格的现代化无缝钢管轧机的成材率一般在大约90%到98%之间,不同的轧制工艺和轧机装备对成材率也有影响.例如材料损耗,虽然其中一小部分材料损耗来自烧割氧化,但是另一大部分的材料损耗来自钢管尺寸超差,切割损耗导致材料成本增加,这个材料成本大约占无缝管生产成本的50%.因此在当今钢管市场的激烈竞争中无缝钢管面临着一个重要问题,即如何解决钢管尺寸超差的问题.钢管尺寸超差的原因有多方面:例如工具磨损,材质,摩擦以及温差等条件都会对钢管尺寸精度产生极大影响.另外钢管尺寸超差还会出现一些特殊的缺陷,例如:偏心率,轧槽,管端增厚,内六方及椭圆度等.在出现尺寸超差时常常还产生钢管的材质缺陷,例如折叠,结疤和裂纹等等缺陷.在钢管市场上,用户对钢管公差精度的要求越来越高,也对钢管生产厂提出了更严峻的考验,因此,为了提高产品精度,降低成本,减少废品,只有进行技术革新,采取各种自动化措施,才是唯一的出路.因此一种CARTA®自动化系统应运而生.通过采用CARTA®自动化系统能提高钢管质量,提高经济效益,现在这种CARTA®自动化系统已经在很多钢管厂投入使用.下面举例说明,如果一家年产量20万吨的钢管厂,在采用CARTA®系统以后,钢管公差精度只要提高1%,会节省成本60万欧元.采用CARTA®系统能使钢管公差精度提高10%.一言一蔽之,CARTA®系统是一种先进的工艺自动化系统.通过它使钢管工艺达到昀佳状态,保证了钢管质量,减少废品率.第6页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础生产计划CARTA®/工艺自动化系统CARTA®-CPM(斜轧穿孔机)自动化系统CARTA®-MPM/PQF连轧机自动化系统CARTA®-SRM\张力减径机自动化系统数据库工艺室轧制工具生产经验数据库工艺室轧制工具生产经验数据库工艺室轧制工具生产经验生产控制系统质量保证系统斜轧穿孔延伸张力减径图4:热轧生产区的CARTA®工艺系统这种工艺系统可以从头到尾地贯穿在整个轧制线上,即在穿孔机,延伸机,张力减径机上成为一体,这三个轧机机组都存在这些工艺问题,由于一些特殊条件的限制而导致产生钢管偏差和质量缺陷.这种实施方法是在每个轧制机组上安装该工艺系统的主要组成部分:工艺计划,工艺过程管理和质量保证管理等系统.通过工艺计划系统能使轧机和轧制工具达到昀佳化的基础调节.通过工艺过程管理系统能使生产中所有的轧制过程全部保持良好的轧制状态.通过质量保证系统能将记录生产中每根钢管的有关数据并输送给工艺检测系统进行分析评定.通过上位计算机与每个单机上的子程序进行数据连接和工艺联网,进行各种工艺检测.第7页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础2.1.2工艺计划和工艺昀佳化“工艺和工艺计划“是CARTA®系统的子程序,它能为主管轧制的工艺工程师提供所有轧制工具计算方法和技术诀窍,使其能独自进行轧辊孔型设计,计算调节数据和变形参数以及调节工艺控制系统.工艺计划系统集中包括了所有的工艺标准,这是我们根据许多钢管厂的丰富轧制经验提炼出的工艺诀窍.在采用该系统工作的过程中,工艺工程师也可以将实践中自己发掘的一些好经验存储在软件里面,供自己的计算工作使用.通过“昀佳化计划“子程序组件能管理轧制生产中的信息,并将信息再次反馈给轧机,不断改进,使工艺数据逐步臻于完善.在当前的钢管市场上用户对钢管质量要求越来越高,钢管厂必须按照很小的轧制道次来划分规格范围,在这方面“昀佳化计划“子程序起到了重要作用.通过它能确保计算轧机调节数据,即使在小批量轧制中也能保证质量,减少了废品率.2.1.3工艺过程控制系统工艺室轧机操作员轧机操作员车间轧机操作员CARTA®-张力减径自动化系统工艺计划/孔型设计计划CARTA®-张力减径自动化系统机架管理CARTA®-张力减径自动化系统过程管理张力减径机操作测量技术EthernetTCP/IP张减机工艺自动化系统服务器和实时系统马达3壁厚直径长度温度马达1,马达2壁厚直径长度温度整流器图5:张力减径机的CARTA®工艺自动化系统第8页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础通过工艺过程控制系统使工艺过程尽可能符合计划的工作数据.原则上讲该系统是一通用性软件,适合于生产线上的每一个轧机机组.这样在轧机线上每一机组都能达到良好的轧制条件,确保了从穿孔机开始到张减机后的成品管质量.在实际生产中实际数据往往与设计数据相差,通过该工艺过程控制系统可消除这种设计和实际尺寸偏差.至今为止,张力减径机的工艺控制系统已逐步臻于完善,它已经由很多钢管厂投入使用并取得了显著的效果.它为提高钢管质量,降低生产成本起到了决定性的作用,CARTA®系统具有如下主要功能:–管端控制系统(CEC):钢管在张力减径时会由于较高张力的影响而产生管端增厚,通过采用管端控制系统能减少管端增厚现象.而且通过该控制系统还是能更好地利用张力减径过程的工艺特点,以便充分利用较高张力扩大成品管的规格,达到提高产量的目的.这种方案也适合于小规格的钢管,同样也能达到提高质量的效果,还可以消除已产生的钢管偏心率.图6:减少钢管长度切头损耗管端损耗(尾部)单位米不使用CEC使用CEC成品管尺寸第9页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础–平均壁厚控制系统(WTCA):通过该控制系统可以消除钢管平均壁厚的偏差.图7:通过WTCA系统减小钢管平均壁厚偏差成品管的壁厚偏差荒管的壁厚偏差壁厚偏差(%)钢管根数–局部壁厚控制系统(WTCL):通过局部壁厚控制系统可以消除钢管沿长度方向上产生的壁厚偏差.图8:通过WTCL的作用减小钢管局部壁厚偏差荒管壁厚偏差单位毫米成品管荒管/钢管的长度第10页无缝钢管的现状及发展前景新工艺为无缝钢管称霸世界奠定了基础–钢管长度控制系统(TLC):通过该系统能保证整根钢管在规定的不同成品管壁厚的范围内具有相同长度.这主要适合于管子按固定长度生产并按重量进行销售的情况,这样可以充分利用材料