先進(jìn)的小棒材生產(chǎn)線工藝及設(shè)備介紹

李建宏

(西寧特殊鋼股份有限公司 青海西寧810005)

先進(jìn)的小棒材生產(chǎn)線工藝及設(shè)備介紹

李建宏①

(西寧特殊鋼股份有限公司 青海西寧810005)

介紹了西寧特鋼煉軋系統(tǒng)小棒生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝、設(shè)備組成及主要設(shè)備的特點(diǎn)與技術(shù)先進(jìn)性,是一條具有國際先進(jìn)水平、能夠生產(chǎn)高精度產(chǎn)品的軋鋼生產(chǎn)線。

生產(chǎn)工藝 設(shè)備特點(diǎn) 加熱爐 軋機(jī) 冷床

1 概述

西寧特殊鋼股份有限公司煉軋系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保工藝裝備升級(jí)改造工程精品特鋼小棒材作業(yè)區(qū)技改項(xiàng)目，是由德國西馬克和國內(nèi)共同開發(fā)總承包的項(xiàng)目。

小棒材作業(yè)區(qū)主軋線加熱爐由法孚斯坦因公司設(shè)計(jì)供貨、8～21架短應(yīng)力線軋機(jī)及PSM4架三輥高精度減定徑機(jī)組由西馬克梅爾有限公司設(shè)計(jì)供貨、2臺(tái)摩擦鋸由奧地利布朗設(shè)計(jì)供貨。后部主要設(shè)備有：1座貫通式連續(xù)退火爐，1座真空鎖氣式連續(xù)退火爐，3臺(tái)臺(tái)車式退火爐等分別由國內(nèi)公司設(shè)計(jì)供貨。聯(lián)合探傷機(jī)組包括2臺(tái)九輥矯直機(jī)(德國EJP技術(shù))、1臺(tái)拋丸機(jī)、1組倒棱機(jī)、1套探傷機(jī)(選用GE超聲加福斯特的漏磁技術(shù))。全線自動(dòng)化程度高，工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備先進(jìn)。

2 生產(chǎn)工藝流程及車間平面布置圖

2.1 原料

原料為煉鋼車間提供的合格連鑄坯和軋制坯。斷面：280mm×250mm、220mm×220mm，長度：4000～6000mm。

主要鋼種：碳素結(jié)構(gòu)鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼、彈簧鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼和不銹鋼。

2.2 產(chǎn)品

全連續(xù)小棒材生產(chǎn)線設(shè)計(jì)規(guī)模為年生產(chǎn)45萬t的φ16mm～100mm圓鋼。

產(chǎn)品交貨狀態(tài)：產(chǎn)品全部為直條捆扎交貨。定尺長度：3000～12000mm，捆重：3000～5000kg。

2.3 生產(chǎn)工藝流程

2.3.1 上料

熱連鑄坯、軋制坯和冷坯上料均采用上料臺(tái)架，由吊車將坯料直接吊運(yùn)至5.000m平臺(tái)上的上料臺(tái)架上，上料臺(tái)架步進(jìn)式前進(jìn)，當(dāng)坯料到達(dá)臺(tái)架末端時(shí)，布置在臺(tái)架另一側(cè)的取料機(jī)械手將坯料單根取放至加熱爐入爐輥道上，坯料在輥道上測長后，進(jìn)入步進(jìn)梁式加熱爐中加熱。

2.3.2 加熱

鋼坯在加熱爐內(nèi)分鋼種按不同的加熱制度進(jìn)行加熱，鋼坯在加熱爐內(nèi)通過步進(jìn)機(jī)構(gòu)邊加熱邊前進(jìn)，當(dāng)鋼坯到達(dá)加熱爐出口時(shí)，加熱至所要求的出鋼溫度(1050～1180℃)，由設(shè)置在加熱爐出口處的爐內(nèi)出爐輥道將鋼坯送到爐外出爐輥道上。

2.3.3 軋制

出爐的鋼坯首先通過高壓水除鱗裝置進(jìn)行除鱗，去除表面的氧化鐵皮，再由爐外出爐輥道送至粗軋機(jī)組進(jìn)行軋制。

本軋線采用25架軋機(jī)連續(xù)平立交替布置，鋼坯在Φ750×7粗軋機(jī)組軋制7個(gè)或6個(gè)道次，軋成Φ138mm或Φ118mm的圓斷面軋件，軋出的軋件借助于粗軋機(jī)組與中軋機(jī)組之間的帶保溫罩輥道送至中軋機(jī)組前，經(jīng)一中軋機(jī)組前擺式飛剪切去肥大且溫度較低的頭和尾端，再進(jìn)入Φ710×6一中軋機(jī)組軋制2～6個(gè)道次。軋件在粗軋機(jī)組和中軋機(jī)組之間采用脫頭軋制(不形成連軋關(guān)系)，中軋機(jī)組后設(shè)有一臺(tái)曲柄式飛剪，用于切去不規(guī)則的軋件頭部。切頭后軋件繼續(xù)進(jìn)入Φ600×4二中軋機(jī)組軋制0～4個(gè)道次，然后由中軋機(jī)組后的飛剪切頭后進(jìn)入預(yù)精軋機(jī)組軋制0～4個(gè)道次，軋出的軋件經(jīng)預(yù)精軋機(jī)組后設(shè)置的水冷箱進(jìn)行預(yù)水冷，以控制軋件精軋溫度。預(yù)水冷后的軋件經(jīng)布置于精軋機(jī)組前的飛剪切去不規(guī)則的軋件頭部后，進(jìn)入Φ380×4PSM精軋機(jī)組，軋制4個(gè)道次，軋成要求的軋件斷面。

2.3.4 冷卻

PSM精軋機(jī)組軋出的Φ16～100mm成品斷面軋件經(jīng)精軋機(jī)組后的水冷箱冷卻后，由分段飛剪前夾送輥夾住送入曲柄/回轉(zhuǎn)組合式分段飛剪，剪切成適應(yīng)冷床長度的商品材倍尺長度。速度高規(guī)格小的軋件采用回轉(zhuǎn)式剪切，速度低規(guī)格大的軋件采用曲柄式剪切。分段飛剪具有優(yōu)化剪切功能。

2.3.5 收集

對(duì)于需緩冷棒材，經(jīng)分段飛剪切成倍尺后經(jīng)冷床快速移鋼裝置運(yùn)至冷床輸出輥道，經(jīng)定尺鋸切成定尺后由緩冷材下料裝置將緩冷材快速裝入緩冷箱內(nèi)進(jìn)行緩冷。對(duì)于非緩冷棒材，經(jīng)分段飛剪分段后的倍尺長度軋件由冷床輸入輥道和上料裝置送到冷床上進(jìn)行冷卻，冷床輸出輥道將軋件送往冷鋸處，在冷鋸后的定尺機(jī)輔助下，將其鋸切成商品材長度。

鋸切后的鋼材由棒捆成型器收集成棒捆，由其后布置的液壓自動(dòng)打捆機(jī)進(jìn)行自動(dòng)打捆，捆扎好的鋼材捆經(jīng)輥道送往成品收集臺(tái)，稱重后，人工進(jìn)行掛標(biāo)牌，鋼材捆在成品收集臺(tái)架上集到一定數(shù)量時(shí)，由吊車將鋼材捆吊走，放到成品堆場堆存。

對(duì)于需要離線精整和熱處理的產(chǎn)品，在車間的熱處理和離線精整跨進(jìn)一步進(jìn)行精整和熱處理，對(duì)于不需要離線精整和熱處理的產(chǎn)品，則直接等待發(fā)貨。

2.3.6 其它

全部軋機(jī)采用機(jī)架移動(dòng)更換軋槽。粗軋、中軋機(jī)組、預(yù)精軋機(jī)組采用整機(jī)架更換軋輥，立輥軋機(jī)在換輥前用機(jī)架翻轉(zhuǎn)裝置由水平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)成立式狀態(tài)后再進(jìn)行更換。精軋機(jī)組采用專用的換輥工具換輥。

當(dāng)軋制出現(xiàn)故障時(shí)，軋線自動(dòng)事故檢測系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，事故上游點(diǎn)的飛剪啟動(dòng)，將后續(xù)軋件碎斷，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。各飛剪處設(shè)置有切頭、尾收集裝置，收集料箱集滿后由吊車吊出，傾倒于汽車上運(yùn)往廢鋼處理站處理。

圖1 小棒材生產(chǎn)線工藝平面布置簡圖

1-上料臺(tái)架; 2-步進(jìn)式加熱爐; 3-高壓水除磷裝置; 4-粗軋機(jī)組; 5-1#飛剪; 6-一中軋機(jī)組; 7-2#飛剪; 8-二中軋機(jī)組; 9-3#飛剪; 10-預(yù)精軋機(jī)組; 11-PSM前水箱; 12-4#飛剪; 13-PSM精軋機(jī)組; 14-PSM后水箱; 15-分段剪; 16-快速橫移裝置; 17-步進(jìn)式冷床; 18-摩擦鋸; 19-定尺機(jī); 20-過跨移送臺(tái)架; 21-緩冷材收集裝置; 22-打捆機(jī); 23-成品稱重及收集臺(tái)架

軋制過程中，軋件表面脫落的氧化鐵皮落入軋線下的氧化鐵皮溝內(nèi)，用水力沖至車間廠房外的旋流井中，經(jīng)沉淀后定期用抓斗吊車清理，汽車運(yùn)走。

2.4 工藝平面布置圖

生產(chǎn)線工藝平面布置如圖1。

3 主要工藝設(shè)備及特點(diǎn)

3.1 加熱爐

加熱爐為側(cè)進(jìn)側(cè)出、上下加熱、步進(jìn)梁式加熱爐，爐體尺寸：33000mm×6600mm，共有18個(gè)寬火焰扁平式燒嘴，最大裝鋼料270t，加熱鋼坯為280×250(220×220)mm×(4300～6000)mm，產(chǎn)量可達(dá)100t/h , 燃料采用高、焦混合煤氣，由法孚斯坦因公司設(shè)計(jì)。其主要特點(diǎn)如下：

1)采用了寬火焰扁平式燒嘴，克服了傳統(tǒng)燒嘴的缺陷，加強(qiáng)了火焰對(duì)坯料的輻射傳熱，降低了燃料消耗，減少了氧化燒損，大大改善了坯料的加熱質(zhì)量。

2)采用了世界上先進(jìn)的數(shù)字化燃燒技術(shù)，根據(jù)不同鋼種采用不同的加熱制度和加熱要求進(jìn)行加熱。

3)步進(jìn)梁采用錯(cuò)位布置，能夠很好地減少坯料黑印缺陷。

3.2 主軋區(qū)

1)本軋線采用25架軋機(jī)連續(xù)布置，軋機(jī)組成為：

粗軋機(jī)組7架：Φ750×7無牌坊二輥短應(yīng)力線軋機(jī)，平立交替布置。

一中軋機(jī)組6架：Φ710×6無牌坊二輥短應(yīng)力線軋機(jī)，平立交替布置。

二中軋機(jī)組4架：Φ600×4無牌坊二輥短應(yīng)力線軋機(jī)，平立交替布置。

預(yù)精軋機(jī)組4架：Φ450×4無牌坊二輥短應(yīng)力線軋機(jī)，平立交替布置。

PSM精軋機(jī)組：Φ380×4三輥軋機(jī)。

2)全部軋機(jī)均由交流變頻電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。

3)8～21#短應(yīng)力軋機(jī)是由西馬克梅爾股份有限公司(SMS)設(shè)計(jì)供貨，優(yōu)化的孔型系統(tǒng)為三輥高精度減定徑機(jī)組(PSM)提供優(yōu)質(zhì)的坯料，從而滿足了對(duì)現(xiàn)代化優(yōu)特鋼棒材軋機(jī)的所有要求。

4)PSM精軋機(jī)組(國內(nèi)第二套)即三輥高精度減定徑機(jī)是由德國西馬克梅爾股份有限公司(SMS)設(shè)計(jì)供貨，來自上游機(jī)架的棒材通過4架三輥高精度減定徑機(jī)組軋制，可實(shí)現(xiàn)全規(guī)格產(chǎn)品(φ16mm～φ100mm)的尺寸精度達(dá)到1/4DIN標(biāo)準(zhǔn)的水平。其主要特點(diǎn)如下：

(1)采用定制開發(fā)的 CARTA工藝模塊+HCCS (液壓輥縫控制系統(tǒng))，實(shí)現(xiàn)在線帶載荷輥縫調(diào)整。

(2)具有頭尾補(bǔ)償、軋機(jī)彈跳和軋件入口尺寸變化補(bǔ)償功能。

(3)能夠承受大的軋制力，適用于熱機(jī)軋制。采用西馬克梅爾CCT(控制冷卻工藝)系統(tǒng)與西馬克梅爾熱機(jī)軋制(TMR)工藝相結(jié)合，從而滿足對(duì)現(xiàn)代化優(yōu)特鋼棒材軋機(jī)的所有要求。

(4)可實(shí)現(xiàn)自由軋制，在整個(gè)自由尺寸范圍內(nèi)的尺寸公差保證值達(dá)到1/4DIN標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 步進(jìn)式冷床

冷床采用雙齒槽步進(jìn)式冷床。由冷床上料裝置、矯直板、冷床本體、對(duì)齊輥道、冷床卸料裝置組成。冷床上料裝置為雙制動(dòng)裙板，裙板升降由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。冷床本體由靜齒條和動(dòng)齒條、矯直板以及冷床傳動(dòng)裝置組成。由兩臺(tái)直流電機(jī)分別通過蝸輪減速機(jī)驅(qū)動(dòng)帶有偏心輪的縱長軸，動(dòng)齒條裝置由偏心輪支撐，在偏心輪作用下實(shí)現(xiàn)步進(jìn)移送動(dòng)作。在靠近冷床齒條末端處設(shè)有對(duì)齊輥道，輥道由交流變頻電機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)，單齒槽式，帶制動(dòng)裝置。冷床下料裝置為鏈?zhǔn)揭其撗b置，鏈子一側(cè)可液壓升降。冷床輸出輥道由交流變頻電機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)。由西馬克梅爾股份有限公司(SMS)提供初步設(shè)計(jì)。

冷床寬度：90m

冷床長度：10.5m

主齒槽齒間距：140mm

動(dòng)、靜齒條間距：600mm

3.4 定尺鋸機(jī)

定尺鋸機(jī)采用摩擦式鋸，共兩臺(tái)。兩臺(tái)摩擦鋸由奧地利BRAUN Maschinenfabrik GmbH設(shè)計(jì)供貨，1#鋸切割料長度3～18m；2#鋸切割料長度3～12m；頭尾料切割長度50～500mm。這種砂輪摩擦切割鋸適用于所有產(chǎn)品類型最終尺寸的切割，它具有如下優(yōu)勢：清潔、高質(zhì)量切割、不需要隨后的去毛刺作業(yè)、減少能源消耗、噪音小以及更大的靈活性，在小棒材生產(chǎn)過程中對(duì)質(zhì)量的提高起著非常重要的作用。

4 采用的主要新工藝和新技術(shù)

1)步進(jìn)梁式加熱爐通過時(shí)序脈沖燃燒實(shí)現(xiàn)數(shù)字化燃燒控制，具有生產(chǎn)操作靈活、鋼坯加熱溫度均勻、氧化燒損少和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

2)在粗中軋機(jī)之間采用脫頭軋制，提高了鋼坯進(jìn)入粗軋機(jī)的入口速度，可按不同鋼種提高或降低精軋機(jī)成品終軋速度而不受粗軋機(jī)組速度的影響，滿足多品種合金鋼的軋制。

3)采用了熱機(jī)軋制。PSM減定徑機(jī)組前后設(shè)有水冷箱，熱軋棒材可以實(shí)現(xiàn)控制軋制和控制冷卻，達(dá)到低溫軋制和在線淬火、奧氏體穩(wěn)定或固溶退火處理的要求，改善產(chǎn)品性能。

4)精軋機(jī)采用了西馬克PSM精軋機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了單一孔型軋制。

5 結(jié)束語

西寧特殊鋼股份有限公司煉軋系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保工藝裝備升級(jí)改造工程精品特鋼小棒材作業(yè)區(qū)技改項(xiàng)目于2013年2月20日正式啟動(dòng)，2013年9月15日熱負(fù)荷試車，現(xiàn)在處于試生產(chǎn)階段。

該生產(chǎn)線的產(chǎn)品尺寸公差可達(dá)1/8～1/5DIN標(biāo)準(zhǔn)，表面質(zhì)量達(dá)到國標(biāo)E級(jí)，并可對(duì)某些合金結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品進(jìn)行在線正火處理；產(chǎn)品組織晶粒度為ASTM8．0～10．5級(jí)。該生產(chǎn)線的建設(shè)和投產(chǎn)，標(biāo)志著西寧特殊鋼股份有限公司在合金鋼小棒軋制生產(chǎn)方面的裝備水平達(dá)到國內(nèi)乃至國際先進(jìn)水平。

注：本文中DIN標(biāo)準(zhǔn)為德國尺寸公差國家標(biāo)準(zhǔn)，與中國尺寸公差國家標(biāo)準(zhǔn)尚無對(duì)應(yīng)關(guān)系，因本文中設(shè)備為引進(jìn)國外設(shè)備，生產(chǎn)中仍習(xí)慣沿用DIN標(biāo)準(zhǔn)。

[1]崔艷.國內(nèi)棒材生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝及設(shè)備綜述[J].重型機(jī)械科技,2004(1):36-50.

[2]高偉.石鋼引進(jìn)棒材生產(chǎn)線的工藝及設(shè)備[J].河北冶金,2001(1):36-38,44.

[3]劉建恒.特殊鋼棒材軋制工藝技術(shù)的發(fā)展[J].上海鋼研,2005(2)：3-7.

[4]雍海泉等.扁火焰燒嘴的研究及應(yīng)用[J].工業(yè)加熱,2010,Vol.39(4).

[5]李曼云主編.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.

Introduction about Advanced Process and Equipment of Small Bar Rolling Line

Li Jianhong

(Xining Special Steel Co., Ltd., Xining 810005)

The production process, the composition and the characteristics of the main equipment and the advanced technique of the bar rolling line of steelmaking and rolling system in Xining Special Steel Co., Ltd., are introduces. This production line referred is the international advanced level and can produce high-precision production.

Production process Equipment characteristics Heating furnace Rolling mill Cooling bed

李建宏，男，1972年出生，畢業(yè)于青海大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)士，工程師，現(xiàn)主要從事設(shè)備工程及檢修管理工作

TG333.62

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.01.019

2014-09-04)