棒材無槽軋制工藝分析與實(shí)踐

孫圣剛，徐勝功，郭靜棣，程大慶，王鵬

（萊蕪鋼鐵股份有限公司，山東 萊蕪 271104）

棒材無槽軋制工藝分析與實(shí)踐

孫圣剛，徐勝功，郭靜棣，程大慶，王鵬

（萊蕪鋼鐵股份有限公司，山東 萊蕪 271104）

無槽軋制具有單架軋機(jī)軋件變形量大、工藝共用性強(qiáng)、軋輥加工簡(jiǎn)單、車削量小等優(yōu)點(diǎn)。影響無槽軋制穩(wěn)定性的因素包括軋件高寬比、道次壓下率、相對(duì)導(dǎo)板間隙、軋件脫矩程度及軋件鼓形率等。萊鋼棒材廠通過制定合理的壓下規(guī)程及控制適宜的相對(duì)導(dǎo)板間隙，采用可調(diào)組合式導(dǎo)衛(wèi)，在粗中軋9架軋機(jī)上成功實(shí)施無槽軋制工藝，減少了換輥頻次，提高月產(chǎn)量約9 000 t，降低噸鋼成本7.89元。

棒材軋制線；無槽軋制；壓下量；可調(diào)組合式導(dǎo)衛(wèi)

1 前言

無槽軋制為一種軋制形變新工藝，與孔型軋制相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：無槽軋制是降低輥耗的最佳途徑；單架軋機(jī)軋件變形量大，可減少軋機(jī)使用數(shù)量；工藝共用性強(qiáng)，可滿足不同規(guī)格坯料共用，減少換輥換槽次數(shù)，提高軋機(jī)作業(yè)率，同時(shí)減少備件庫存量；軋制橫向分布均勻，而且非穩(wěn)定變形區(qū)較窄，軋件頭尾部缺陷少；軋輥加工簡(jiǎn)單，車削量小，可減少軋輥加工機(jī)床和刀具的配備，降低維修費(fèi)用和軋制成本。萊鋼現(xiàn)有棒線材生產(chǎn)線7條，年產(chǎn)量達(dá)400萬t左右，占到總產(chǎn)量的1/3以上，然而，所有這些軋線均采用傳統(tǒng)的孔型軋制工藝。萊鋼這些棒線材軋機(jī)，均具備采用無槽軋制工藝的設(shè)備硬件條件。棒材廠第二軋鋼車間成功實(shí)施無槽軋制工藝并在其他軋線推廣，無論是工藝件消耗、機(jī)加工成本，還是能耗、成材率、生產(chǎn)率等，各項(xiàng)指標(biāo)均明顯提升，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

2 無槽軋制穩(wěn)定性影響因素分析

無槽軋制時(shí)，軋件在上、下兩個(gè)不刻槽的平輥間軋制，輥縫的高度即為軋件的高度，軋件寬度即為自由寬展后的軋件寬度，沒有軋槽側(cè)壁的夾持參與變形作用，軋制時(shí)只需改變輥縫就可調(diào)整軋件的斷面尺寸，軋制的適應(yīng)性極強(qiáng)。

影響無槽軋制軋件穩(wěn)定性的主要因素有：軋件高寬比、道次壓下率、軋件鼓形率、相對(duì)導(dǎo)板間隙等。關(guān)于無槽軋制穩(wěn)定臨界條件，張衛(wèi)剛、白光潤(rùn)的研究結(jié)果認(rèn)為[1]：考慮軋前軋件歪斜的情況下，在高寬比＜1.6的條件下，軋件的穩(wěn)定性主要依靠導(dǎo)衛(wèi)的間隙來保證，導(dǎo)衛(wèi)間隙系數(shù)確定為：

不考慮軋前軋件歪斜的情況下，滿足軋件穩(wěn)定性條件的入口導(dǎo)衛(wèi)允許間隙系數(shù)為：

式中：α為導(dǎo)衛(wèi)間隙系數(shù)，α＝（G－B）×（B/H）；G為導(dǎo)衛(wèi)開口寬度；B為軋前軋件寬度；H為軋前軋件高度；ε為道次壓下率；K為修正系數(shù)，當(dāng)H/B≥1.6時(shí)，K＝1；當(dāng)H/B＜1.6時(shí)，K＝H/1.6B；β為寬展系數(shù)；ωC為系數(shù)，取值0.055～0.060。

通過制定合理的壓下規(guī)程，同時(shí)選擇并優(yōu)化好導(dǎo)衛(wèi)，可以保證軋制過程不出現(xiàn)脫方、扭轉(zhuǎn)等軋制故障，保證軋制過程穩(wěn)定。

3 無槽軋制工業(yè)實(shí)踐

萊鋼棒材廠第二軋鋼車間于2009年7月進(jìn)行了工藝技術(shù)升級(jí)改造。主要設(shè)備有：10.8 m×27.6 m煤氣預(yù)熱空氣單蓄熱步進(jìn)梁式加熱爐1座；Ф650× 4/Ф450×2高剛度平立交替粗軋機(jī)6架；Ф430高剛度中軋平軋機(jī)4架；Ф350短應(yīng)力軋機(jī)6架，其中精軋第二架軋機(jī)為立式布置；粗中軋及中精軋之間各有1臺(tái)回轉(zhuǎn)式飛剪，成品軋機(jī)后布置1臺(tái)倍尺飛剪；精整區(qū)域有12.8 m×108 m步進(jìn)式冷床1座，850 t冷剪1座。軋線工藝設(shè)備總重1 823.6 t，電控設(shè)備總裝機(jī)容量為19 230 kW。主要生產(chǎn)φ14～φ36螺紋鋼，年設(shè)計(jì)能力為100萬t。萊鋼棒材廠第二軋鋼車間的工藝設(shè)備較為先進(jìn)，具備開發(fā)無槽軋制工藝的條件，其工藝平面布置見圖1。

3.1 無槽軋制試制方案

對(duì)于無槽軋制，目前在工藝設(shè)計(jì)上還沒有形成共識(shí)，工藝選型也基本上處于實(shí)驗(yàn)室研究和對(duì)某種軋機(jī)的開發(fā)和使用。因此，從質(zhì)量保證及開發(fā)的成功率等角度出發(fā)，萊鋼棒材廠第二軋鋼車間選擇用方矩系統(tǒng)。軋制工藝確定為：1#～9#實(shí)施無槽軋制工藝且分步實(shí)施，精軋保留原有的切分工藝（φ20及其以下規(guī)格）及單線生產(chǎn)工藝（φ22及其以上規(guī)格），10#為過渡圓孔型，以實(shí)現(xiàn)無槽工藝與精軋工藝的良好對(duì)接。

無槽軋制工藝按以下步驟實(shí)施：

1）利用現(xiàn)有的末次使用軋輥，先在粗軋機(jī)組1#、2#、3#、5#軋機(jī)上各加工1個(gè)無孔型軋槽（其他軋槽沿用原孔型），4#、6#軋槽全部繼續(xù)沿用原來的圓孔型。目的是保證與現(xiàn)工藝對(duì)接良好，減少試車費(fèi)用及保證成功率。

2）將無槽軋制推廣應(yīng)用到粗軋機(jī)組4#、6#軋機(jī)。3）將無槽軋制工藝推廣應(yīng)用到中軋機(jī)組。

圖1 萊鋼棒材廠第二軋鋼車間工藝平面布置

3.2 壓下規(guī)程與斷面尺寸確定

由于精軋沿用原有孔型導(dǎo)衛(wèi)，因此精軋前孔型斷面即為無槽控制的目標(biāo)值，采用反推的計(jì)算方法確定各道斷面尺寸。以在粗軋機(jī)組1#、2#、3#、5#軋機(jī)上實(shí)施無槽軋制工藝時(shí)的確定過程為例，壓下規(guī)程制定過程如下：

原4#、6#斷面尺寸分別為φ96、φ74，利用Z.Wusatowski（烏薩托夫斯基）寬展公式及其坯料初始條件對(duì)軋件尺寸進(jìn)行壓下量初設(shè)，然后根據(jù)實(shí)軋料形對(duì)其加以修正，得到其軋制規(guī)程如表1所示[2]。

表1 粗軋道次軋制壓下規(guī)程

3.3 軋制工藝計(jì)算與校核

為便于計(jì)算及工藝開發(fā)與優(yōu)化，利用Excel編制軋制工藝設(shè)計(jì)的程序。該程序通過建立孔型庫、計(jì)算軋件面積、根據(jù)生產(chǎn)線的布置特點(diǎn)及工藝設(shè)備情況設(shè)定各道次工藝參數(shù)、同時(shí)對(duì)各道次孔型充滿度、軋機(jī)咬入能力、電機(jī)功率等進(jìn)行校核，然后對(duì)比計(jì)算結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)，進(jìn)行自適應(yīng)修改及程序優(yōu)化，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

3.4 無槽軋制導(dǎo)衛(wèi)選取

導(dǎo)衛(wèi)是軋鋼過程中非常重要的工裝設(shè)備，尤其在無孔型軋制中，導(dǎo)衛(wèi)要能非常有效地防止軋件脫方和扭轉(zhuǎn)，保證軋制的順利進(jìn)行。因此，對(duì)導(dǎo)衛(wèi)的控制精度要求也非常高，遠(yuǎn)高于孔型軋制用的導(dǎo)衛(wèi)。萊鋼棒材廠第二軋鋼車間在無槽軋制無扭道次，出口全部采用滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)裝置，進(jìn)口全部采用可調(diào)組合式滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)。

以3#軋機(jī)進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)為例，其改進(jìn)前后結(jié)構(gòu)見圖2。3#軋機(jī)進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)的特點(diǎn)是：導(dǎo)衛(wèi)非磨損部位用高強(qiáng)度鑄鋼件為母體，磨損部位為鎳鉻合金。

可調(diào)組合式導(dǎo)衛(wèi)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）使用壽命長(zhǎng)，更換導(dǎo)衛(wèi)次數(shù)少。

2）導(dǎo)衛(wèi)尺寸控制方便，適應(yīng)性強(qiáng)，可滿足不同來料的要求；可滿足不同型號(hào)軋機(jī)、不同軋輥直徑的要求，實(shí)現(xiàn)孔型軋制與無槽軋制導(dǎo)衛(wèi)的共用（一般可滿足軋輥輥徑在200 mm范圍內(nèi)的變化）。

3）更換方便，裝卸快捷，節(jié)省材料費(fèi)用。

圖2 3#進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)改進(jìn)前后結(jié)構(gòu)

4 實(shí)施效果

1）無槽軋制工藝是一項(xiàng)實(shí)用性較強(qiáng)的軋制技術(shù)。萊鋼棒材廠第二軋鋼車間實(shí)施無槽軋制工藝后，解決了150方坯、160方坯工藝共用問題，達(dá)到提高生產(chǎn)率，降低軋輥和導(dǎo)衛(wèi)消耗、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和減少固定資產(chǎn)投入等效果，提高月產(chǎn)9 000 t左右，降低噸鋼成本7.89元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2）無槽軋制軋件穩(wěn)定性影響因素主要有：軋件高寬比、道次壓下率、相對(duì)導(dǎo)板間隙、軋件脫矩程度及軋件鼓形率等。通過制定合適的壓下規(guī)程，選擇好導(dǎo)衛(wèi)的結(jié)構(gòu)形狀、導(dǎo)衛(wèi)尺寸及導(dǎo)衛(wèi)材質(zhì)，可保證無槽軋制過程穩(wěn)定。

3）實(shí)施過程中將原固定導(dǎo)衛(wèi)改造成為可調(diào)組合式滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)，特別適用新工藝試制及新產(chǎn)品開發(fā)，保證了軋制過程穩(wěn)定，避免軋制過程產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、脫矩等軋制缺陷，其結(jié)構(gòu)合理、更換方便、共用性強(qiáng)、壽命高。

[1]張衛(wèi)剛，白光潤(rùn).無孔型軋制時(shí)軋件穩(wěn)定條件的研究[J].湖南冶金，1989（3）：11-14.

[2]李曼云.小型型鋼連軋生產(chǎn)工藝與設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999：288-300.

Analysis and Practice of Grooveless Rolling Technology for Bar Rolling

SUN Sheng-gang,XU Sheng-gong,GUO Jing-di,CHENG Da-qing,WANG Peng
（Laiwu Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

Grooveless Rolling process has many advantages such as large rolling deformation amount,sharing of rolling process, simple roll machining and less roll turning.The factors of influencing grooveless rolling stability include the ratio of roll high to width, pass reduction rate,relative plate gap,rolling off moment and rolling drum rate.Through making reasonable rolling schedule, controlling the appropriate relative guide plate clearance,and adopting the adjustable combined type guide,Laiwu Steel Bar Plant successfully implemented grooveless rolling technology in nine mills of roughing-medium rolling.Then it reduced the roll changing frequency,increased the output of about 9 000 tons per month,and reduced the cost of 7.89 Yuan per ton steel.

bar mill line;grooveless rolling;gauge reduction;adjustable combined-type guide plate

TG335.6+2

B

1004-4620（2011）04-0009-02

2011-02-14

孫圣剛，男，1970年生，1992年畢業(yè)于河北冶金工業(yè)學(xué)校金屬壓力加工專業(yè)?，F(xiàn)為萊鋼棒材廠第二軋鋼車間主任，工程師,從事軋鋼新技術(shù)新產(chǎn)品開發(fā)工作。