川威五切分軋制技術(shù)的研發(fā)

魏 星,李文鵬

(川威集團釩鈦科技軋鋼廠，四川 內(nèi)江 642469)

川威集團釩鈦科技軋鋼廠含釩高強度小型棒材生產(chǎn)線，設(shè)計生產(chǎn)能力為100萬噸/年，最高軋制速度為18 m/s。主要產(chǎn)品為Φ12～Φ40 mm規(guī)格的螺紋鋼棒材，主要鋼種包括HRB400、HRB400E、HRB500、HRB500E等。采用160 mm×160 mm×12 000 mm、170 mm×170 mm×12 000 mm的連鑄坯，采取熱送熱裝(或冷裝)方式。軋線主要設(shè)備包括一座蓄熱步進梁式加熱爐、6架粗軋機組、6架中軋機組及6架精軋機組、步進冷床、850T冷剪(2臺，預(yù)留一臺)、引進自動打捆機4臺等。全線采用基礎(chǔ)自動化PLC控制，自動化程度較高。軋線全部為平立交替布置的高剛度短應(yīng)力軋機，全線實現(xiàn)無扭軋制，粗、中軋按無孔型軋制新技術(shù)設(shè)計，粗、中軋機組采用微張力軋制，精軋機組采用活套無張力軋制。軋制工藝流程如下：

連鑄坯(驗收、編組)→加熱→粗軋軋制→1號飛剪切頭→中軋軋制→2號飛剪切頭、切尾→精軋軋制→3號倍尺飛剪倍尺分段→冷床上料→冷床冷卻→對齊輥道→冷床下料→冷剪定尺剪切→橫移臺架檢驗→打捆→稱重→掛牌→入庫。

1 五切分工藝設(shè)計

1.1 軋制設(shè)計原理

五切分軋制技術(shù)最初設(shè)想來自于兩個三切分，其原理是在精軋機中，將中軋來料軋制成所需料型后，利用設(shè)計孔型的軋輥和相配套的導(dǎo)衛(wèi)，把來料軋制成五個面積相同且并聯(lián)的軋件，最后在切分道次上將其切分為面積相同且分開的軋件。五切分軋制的關(guān)鍵是：①確保切分帶的料型尺寸；②切分速度與軋制速度匹配。

1.2 孔型系統(tǒng)

1.2.1精軋孔型系統(tǒng)

五切分的關(guān)鍵是精軋的料型控制，主要靠精軋孔型系統(tǒng)的合理設(shè)計達(dá)到。通過多次優(yōu)化，最終確定了如圖1的精軋孔型系統(tǒng)。該孔型系統(tǒng)具有合理分配各道次軋制負(fù)荷、各道次孔型共用、減少換輥架次和提高生產(chǎn)效率的優(yōu)點[1]。

圖1 精軋孔型系統(tǒng)

1.2.2孔型設(shè)計

①K7、K6 設(shè)計為平孔。主要目的是將K8來料進行壓縮，利用自由寬展、大壓下量的原理，降低K6不均勻磨損程度，避免料型沿寬度進行延伸，從而導(dǎo)致厚度不均，造成軋后成品出現(xiàn)線差。

②K5為立箱孔設(shè)計。目的是對K6來料進行規(guī)范，采用小壓下量軋制，滿足料型達(dá)到工藝設(shè)計要求。通過軋制人員現(xiàn)場的操作調(diào)整，使K4軋后料型為扁矩形，為后道次預(yù)切分提供滿足工藝要求的料型尺寸以減少成品線差。

③K4 為預(yù)切分道次，此道次壓下量極大，同時為保證軋制順行，中間三線孔型設(shè)計比兩側(cè)孔型稍大。由于此道次壓下量極大，對切分楔的間距需要合理設(shè)置，過大或過小都易對生產(chǎn)順行造成影響，比如出現(xiàn)切分楔磨損過快而導(dǎo)致?lián)Q槽頻繁或者導(dǎo)致軋槽開裂等事故。通過生產(chǎn)過程中的不斷摸索和優(yōu)化，根據(jù)自身實際控制習(xí)慣、孔型設(shè)計和料型設(shè)計等因素，最終確定了適合自身生產(chǎn)工藝的切分楔間距為6.0～7.0 mm、切分楔角度為55°～60°和切分楔圓弧半徑為1.5 ～1.6 mm等關(guān)鍵參數(shù)。

④K3 為切分道次，是整個五切分軋制中最關(guān)鍵的道次，通過對K4道次來料的切分，使得來料一分為五，成為中間稍大、兩側(cè)稍小的規(guī)整料型進入K2道次。該切分道次對來料進行最終規(guī)范，關(guān)系到成品的線差和外形尺寸，在控制過程中要隨時觀察其變化，否則對成品質(zhì)量影響極大，同時也易造成精整工序切損的大量浪費從而影響生產(chǎn)指標(biāo)。

⑤K2采用平橢孔設(shè)計，對切分后來料進行壓縮、規(guī)整；K1成品孔根據(jù)國標(biāo)要求設(shè)計。

2 技術(shù)難點

2.1 線差控制

五切分生產(chǎn)過程中五線差問題是困擾很多廠生產(chǎn)的一個難點，由于五線差的不均勻從而造成軋后五線成品的力學(xué)性能、外形尺寸產(chǎn)生不同，甚至可能造成產(chǎn)品報廢，另外在冷剪剪切倍尺頭尾的過程中產(chǎn)生大量切損而影響成材率指標(biāo)。五線差產(chǎn)生的主要原因是由于K4道次來料料型分配不均勻所造成，同時冷卻不均、導(dǎo)衛(wèi)裝配質(zhì)量等因素導(dǎo)致的軋槽磨損不均同樣也會造成五線差問題。

2.2 切分道次堆鋼

通常切分道次堆鋼表現(xiàn)為軋件經(jīng)切分架次切分后，進入切分導(dǎo)衛(wèi)的軋件未能按照該道次切分孔型所分配的料型分開，阻塞到切分輪或切分刀處將導(dǎo)衛(wèi)頂出。主要表現(xiàn)為切分后某兩線未能分開同時進入切分導(dǎo)衛(wèi)。

2.3 成品道次堆鋼

成品架次堆鋼是五切分生產(chǎn)過程中最常見的工藝事故之一，原因多種多樣，但最主要原因為K2道次來料不規(guī)范，從而在軋制過程中撞擊成品道次出口導(dǎo)衛(wèi)或?qū)Ч?，造成工藝事故?/p>

2.4 扭轉(zhuǎn)角度控制

軋件的扭轉(zhuǎn)角度設(shè)定的好壞直接關(guān)系到生產(chǎn)能否順行，是造成成品和成品前架之間產(chǎn)生工藝堆鋼事故的主要影響因素之一。合理的扭轉(zhuǎn)角度應(yīng)設(shè)定為軋件扭轉(zhuǎn)到成品架進口時，其頭部扭轉(zhuǎn)成90°的理想狀態(tài)，扭轉(zhuǎn)角控制過大或過小均會造成成品進口發(fā)生工藝堆鋼事故。扭轉(zhuǎn)角度在軋制過程中發(fā)生變化，一方面是扭轉(zhuǎn)輪出現(xiàn)故障(磨損或?qū)l(wèi)燒損)，另外最關(guān)鍵的是來料的料型尺寸未達(dá)到工藝要求導(dǎo)致。在扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)調(diào)整到滿足工藝設(shè)計要求后，如果來料料型寬度過小，經(jīng)扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)扭轉(zhuǎn)后其扭轉(zhuǎn)角越小；反之來料料型寬度過大，則經(jīng)扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)扭轉(zhuǎn)后其扭轉(zhuǎn)角越大。導(dǎo)致此故障的原因主要是輾孔換槽或大換輥換規(guī)格之后，生產(chǎn)過程控制時對全線張力控制或紅坯料型尺寸控制不當(dāng)所引起。

3 技術(shù)難點解決措施

3.1 線差控制的解決措施

結(jié)合操作人員的操作經(jīng)驗和現(xiàn)場實際跟蹤測量，制定了五切分軋制倍尺長度波動不得超過200 mm的規(guī)定，一方面是為了減小軋后力學(xué)性能和鋼材重量偏差的波動，另一方面是為了減少冷剪處的切損提高成材率。為了有效控制五切分軋制線差，通過采取以下措施進行過程控制。

(1)首先是保證中軋來料料型尺寸受控,從而滿足K5道次孔型充滿度以達(dá)到保證K4道次、K3道次料型尺寸滿足工藝設(shè)定要求，如果以上道次料型尺寸同工藝要求出現(xiàn)較大偏差(一般不超過標(biāo)準(zhǔn)料型的0.3 mm)應(yīng)首先檢查中軋來料是否受控，其次是對各道次的軋槽磨損情況或者軋機彈跳等進行檢查確認(rèn)。

(2) 預(yù)切道次的料型控制是五線差的關(guān)鍵控制點，如果預(yù)切道次出來的軋件五線差均勻則軋后成品的線差就受控，因此對預(yù)切道次影響料型線差均勻性的進口導(dǎo)衛(wèi)對中調(diào)整是關(guān)鍵點。首先要求預(yù)切道次進口導(dǎo)衛(wèi)前后導(dǎo)輪必須嚴(yán)格對稱，其開口度調(diào)節(jié)通過標(biāo)準(zhǔn)樣棒前后拉動時四個導(dǎo)輪有輕微帶動樣棒觸感為佳。同時導(dǎo)衛(wèi)在裝配過程中同軋槽必須對正，且導(dǎo)衛(wèi)中心線與軋制中心線也必須對正重合。

(3)五切分軋制對各道次料型，尤其是精軋機組各道次料型工藝要求非常嚴(yán)格，主要通過操作人員現(xiàn)場精心操作和及時更換磨損軋槽來滿足。通過現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)跟蹤，以及工藝實際設(shè)計情況， 精軋機組K6、K4、K2、K1四個道次軋槽磨損最快、最容易出現(xiàn)磨損不均，因此采用耐磨的高合金鋼軋輥替換原來的普通軋輥。同時建立標(biāo)準(zhǔn)化的工藝操作制度，按照工藝要求規(guī)定的過鋼量對各道次進行輾孔換槽，以保證各道次料型尺寸受控。

3.2 切分道次堆鋼的解決措施

五切分軋制最關(guān)鍵的設(shè)備就是切分道次的切分導(dǎo)衛(wèi)裝置，軋件經(jīng)切分孔型和切分導(dǎo)衛(wèi)后沿軋制方向被切為五條軋件并導(dǎo)向進入下一軋制道次，是軋件由一線變?yōu)槲寰€的直接道次。但在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)由于操作不當(dāng)、檢查不到位等原因，導(dǎo)致料型尺寸未能達(dá)到工藝技術(shù)要求在切分道次出現(xiàn)堆鋼工藝事故，通過不斷摸索和總結(jié)，可從以下幾方面采取措施進行解決。

(1)軋件從預(yù)切分道次出來進入切分道次時軋件頭部必須保證均勻和平直，由于切分軋槽距離切分輪還有大約280 mm的距離，如果軋件頭部不規(guī)則，在進入切分輪后會發(fā)生偏離，導(dǎo)致切不開從而造成切分導(dǎo)衛(wèi)被沖掉。因此K4預(yù)切分道次來料必須嚴(yán)格對稱，主要通過及時更換預(yù)切分道次上下軋槽來滿足；同時預(yù)切道次和切分道次進口導(dǎo)衛(wèi)必須嚴(yán)格對正，防止軋件跑偏造成頭部彎曲缺陷。

(2)為了保證軋件進入切分輪后能夠順利切分，切分導(dǎo)衛(wèi)前端鼻錐內(nèi)腔寬度和標(biāo)準(zhǔn)軋件的間隙一般控制在1～2 mm之內(nèi)，如果軋件寬度過大容易導(dǎo)致在鼻錐內(nèi)側(cè)產(chǎn)生刮鐵而改變軋件運行軌跡，造成切分輪無法切開軋件。為此對預(yù)切前道次來料必須保證充滿度受控，預(yù)切分道次和切分道次必須保證料型的高度受控，預(yù)切分道次和切分道次進口導(dǎo)衛(wèi)必須嚴(yán)格對正。

(3)制定標(biāo)準(zhǔn)化工藝檢查制度，操作人員嚴(yán)格按照三勤原則進行工藝檢查，重點對軋槽磨損情況、進口導(dǎo)衛(wèi)開口度、切分輪間隙和切分刀片粘鐵情況檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

(4)切分道次進口導(dǎo)衛(wèi)調(diào)整樣棒必須和料型形狀、大小保持一致，穩(wěn)定控制預(yù)切道次軋件寬度，并且四個導(dǎo)衛(wèi)輪的“V”型槽在同一水平面，否則軋件進入導(dǎo)衛(wèi)后容易發(fā)生擠壓變形，經(jīng)切分變形后軋件容易扭轉(zhuǎn)變形而導(dǎo)致切分導(dǎo)衛(wèi)被沖撞。

3.3 成品道次堆鋼的解決措施

(1)成品道次堆鋼主要是由于切分道次來料頭部料型尺寸不均勻所引起，軋件經(jīng)切分道次切分后五線頭部越尖，經(jīng)成品前和成品道次軋制后其頭部變形越不均勻，越容易形成彎曲。影響五線頭部形狀的主要因素為預(yù)切分后軋件頭部的弧度大小和兩邊線未充滿。弧度越大或頭部欠充滿，軋件經(jīng)切分后五線的頭部越不規(guī)則，因此中、精軋料型的調(diào)整一方面要保證軋槽充滿度，另一方面通過減小精軋機組水平軋機的壓下量來確保預(yù)切后軋件頭部規(guī)整。另外預(yù)切分進口導(dǎo)衛(wèi)中心線與軋制線偏斜，軋件頭部咬入預(yù)切軋槽時傾斜，經(jīng)切分后頭部不規(guī)則嚴(yán)重，故切分導(dǎo)衛(wèi)中心線必須與軋制線重合。

(2)對精軋機組軋機進行定期維護，重點對軋機軸承、阻尼器彈性進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時更換，要求精軋機組軋機彈跳值在0.3 mm以內(nèi)。

(3)利用生產(chǎn)間隙或大換輥換規(guī)格時對成品和成品前道次的傳動軸弧形齒進行檢查，如果有問題及時處置。

3.4 扭轉(zhuǎn)角度控制的解決措施

(1)扭轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)同軋機之間的距離有直接聯(lián)系(見圖2所示)，調(diào)節(jié)方式如下：

L為兩軋機間的距離； l為扭轉(zhuǎn)輪到本機架軋輥中心的距離； a為調(diào)整的扭轉(zhuǎn)角度；

則:a=l/L×90°

(2)要確保料型尺寸寬度嚴(yán)格受控，重點對輾孔換槽后的各道次的紅坯料型尺寸嚴(yán)格進行控制，使其滿足工藝設(shè)計要求，其它各道次料型通過合理的調(diào)節(jié)來滿足生產(chǎn)需求。

圖2 兩機架間扭轉(zhuǎn)角計算示意圖

(3)在大換輥換規(guī)格時，由于所換軋機彈跳過大造成開軋時軋制速度、張力波動大而影響正常紅坯料型尺寸的控制，最容易出現(xiàn)拉鋼現(xiàn)象引起料型寬度減小而影響軋件的扭轉(zhuǎn)角度，因此在開始軋制過程中扭轉(zhuǎn)角度需要稍大3°～5°，待過程控制穩(wěn)定后將扭轉(zhuǎn)角度再調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)角度，防止開軋前期由扭于轉(zhuǎn)角度過小而產(chǎn)生堆鋼事故。

(4)精軋機組各道次的導(dǎo)衛(wèi)安裝要與軋槽嚴(yán)格對中，減少軋件在軋制過程中出現(xiàn)線差，從而造成各線扭轉(zhuǎn)角度出現(xiàn)過大或過小現(xiàn)象而導(dǎo)致工藝堆鋼。

4 結(jié)語

小規(guī)格熱軋帶肋鋼筋五切分軋制工藝技術(shù)含量高，對生產(chǎn)過程控制和員工操作技能都提出極高要求，要達(dá)到順產(chǎn)、高產(chǎn)則必須在日常生產(chǎn)過程中大力推行精益化生產(chǎn)管理和標(biāo)準(zhǔn)化工藝操作，同時還要通過不斷的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，提高操作人員的操作技能，讓其養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的操作習(xí)慣。