無(wú)孔型軋制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

潘振華

（濟(jì)南鋼鐵股份有限公司 第一小型軋鋼廠，山東 濟(jì)南250101）

無(wú)孔型軋制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

潘振華

（濟(jì)南鋼鐵股份有限公司 第一小型軋鋼廠，山東 濟(jì)南250101）

通過(guò)3#軋機(jī)淺槽軋制試驗(yàn)，找出金屬流動(dòng)規(guī)律，依照規(guī)律進(jìn)行粗軋無(wú)孔型軋制試驗(yàn)；建立箱形軋件扭轉(zhuǎn)參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，在7#、8#機(jī)組進(jìn)行無(wú)孔型扭轉(zhuǎn)軋制試驗(yàn)。試驗(yàn)成功后，相繼在粗、中軋機(jī)組應(yīng)用，采用無(wú)孔型軋制后，軋輥壽命提高約2～3倍，電耗降低約7%，年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約1200萬(wàn)元。

棒材；無(wú)孔型軋制；變形規(guī)律；扭轉(zhuǎn)模型

1 前言

在小型材的粗軋、中軋以及部分精軋機(jī)架或機(jī)組上，使用不帶軋槽的平輥軋制稱之為無(wú)孔型軋制。無(wú)孔型軋制只需改變輥縫即可調(diào)整軋件的斷面尺寸，產(chǎn)品規(guī)格更換效率大為提高。無(wú)孔型軋制使得軋件受力簡(jiǎn)化，變形均勻，可以有效地剝落氧化鐵皮提高表面質(zhì)量；由限制寬展變?yōu)樽杂蓪捳?，可降低軋制電能消耗。無(wú)孔型軋制使用平輥，可以降低軋輥消耗和減少軋槽加工量，能為棒線材生產(chǎn)線帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。2006年9月濟(jì)鋼第一小型軋鋼廠開始了無(wú)孔型軋制技術(shù)的研發(fā)工作。

2 設(shè)備布局和工藝特點(diǎn)

濟(jì)鋼第一小型軋鋼廠采用空煤氣雙蓄熱步進(jìn)式加熱爐，150 mm×150 mm×10 m方坯，粗軋機(jī)組6架閉口式軋機(jī)平立交替布置，中、精軋機(jī)組各6架高剛度短應(yīng)力軋機(jī)全水平布置，120 m×10 m步進(jìn)式冷床。主要產(chǎn)品為φ12～φ40 mm熱軋帶肋鋼筋，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力85萬(wàn)t，目前產(chǎn)量120萬(wàn)t/a。

3 無(wú)孔型軋制試驗(yàn)及應(yīng)用

3.1 粗軋方箱孔改無(wú)孔型軋制試驗(yàn)

決定先在粗軋機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)。原粗軋孔型系統(tǒng)為箱-方-箱-方-橢圓-圓孔型系統(tǒng)（見(jiàn)圖1），選取3#箱型孔進(jìn)行淺槽軋制試驗(yàn)，原3#孔型槽深32 mm，淺槽孔型改為20 mm。為保證料型與原來(lái)基本一致，將雙斜度側(cè)壁改為單斜度側(cè)壁，將側(cè)壁角度由108.4°增加為115°（見(jiàn)圖2）。

圖1 有槽軋制粗軋6架孔型（箱-方-箱-方-橢圓-圓）

圖2 3#箱形孔及淺槽孔型結(jié)構(gòu)尺寸

淺槽軋制主要是為了驗(yàn)證降低側(cè)壁高度后，減少夾持力對(duì)軋件運(yùn)行產(chǎn)生的影響以及軋件寬展變化情況。試驗(yàn)表明：軋件寬展并無(wú)明顯變化，但在軋槽磨損一定程度后運(yùn)行的穩(wěn)定性降低，會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。針對(duì)這種情況，對(duì)3#導(dǎo)板進(jìn)行了改進(jìn)，減少夾持方向的內(nèi)腔尺寸，由比料型寬度大15 mm減為大10 mm，并將過(guò)渡段與直線段之間的比例改為21∶11，提高導(dǎo)板對(duì)軋件的扶持能力。

改進(jìn)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，效果良好，接著進(jìn)行了3#軋機(jī)無(wú)孔型軋制試驗(yàn)。由于無(wú)孔型軋制需要軋機(jī)輥縫由21 mm增大到85 mm，因此重新設(shè)計(jì)了軋輥輥徑、軋機(jī)阻尼體行程，輥徑由Φ580 mm改為Φ520 mm。改進(jìn)了出口衛(wèi)板的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，減小軋件高度方向的尺寸以增強(qiáng)夾持力，增大寬展方向的尺寸應(yīng)對(duì)無(wú)孔型軋制寬展變化的波動(dòng)性。無(wú)孔型軋制料型設(shè)計(jì)時(shí)，首先選用了筱倉(cāng)公式計(jì)算寬展，然后用烏薩托夫公式進(jìn)行校驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2個(gè)公式都與實(shí)際料型寬展有差距。在收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)筱倉(cāng)公式系數(shù)α進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)［1］，最終計(jì)算結(jié)果基本符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，建立正確寬展系數(shù)β模型，為后續(xù)的無(wú)孔型軋制打下了基礎(chǔ)。即

式中：Lc為平均接觸弧長(zhǎng)度，H0c為軋前軋件平均高度，H為軋后軋件高度，B0為軋前軋件寬度。

無(wú)孔型軋制在3#軋機(jī)試驗(yàn)成功后在2#、4#軋機(jī)推進(jìn)，利用優(yōu)化后的筱倉(cāng)公式可以較為準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出2#、4#料型。在2#、4#無(wú)孔型軋制試驗(yàn)階段，主要是試驗(yàn)多架次無(wú)孔型軋制后軋件運(yùn)行是否穩(wěn)定，架次間連軋關(guān)系的變化以及后續(xù)導(dǎo)衛(wèi)改進(jìn)。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，2#、3#、4#連續(xù) 3架次使用無(wú)孔型軋制后，軋件扭轉(zhuǎn)有加大的趨勢(shì)，導(dǎo)衛(wèi)磨損加劇。針對(duì)這種情況，改進(jìn)了滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)的材質(zhì)，采用高NiCr合金復(fù)合材料。在4#軋機(jī)滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)RE160導(dǎo)輥導(dǎo)衛(wèi)尖上加了耐磨滑塊，并縮小導(dǎo)衛(wèi)尖的尺寸，由比料型大7 mm減為大4 mm。

采取改進(jìn)措施后，2#、3#、4#無(wú)孔型軋制運(yùn)行穩(wěn)定。隨后對(duì)整個(gè)粗軋機(jī)組進(jìn)行無(wú)孔型軋制試驗(yàn)?？仔蛙堉婆c無(wú)孔型軋制料型參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 粗軋孔型軋制及無(wú)孔型軋制料型尺寸（高×寬）對(duì)比 mm

通過(guò)料型調(diào)整和導(dǎo)衛(wèi)系統(tǒng)優(yōu)化后，無(wú)孔型軋制在粗軋機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 中軋橢圓、圓孔改無(wú)孔型扭轉(zhuǎn)軋制試驗(yàn)

總結(jié)粗軋區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，在中軋區(qū)進(jìn)行了7#、8#軋機(jī)無(wú)孔型軋制試驗(yàn)。原有槽軋制時(shí)，中軋孔型系統(tǒng)（7#～12#）為橢圓-圓系統(tǒng)（見(jiàn)圖3）。

圖3 中軋有槽軋制孔型（橢圓-圓-橢圓-圓-橢圓-圓）

7#橢圓料型實(shí)施無(wú)孔型軋制時(shí)需要改為箱型料型。料型設(shè)計(jì)需要綜合考慮3個(gè)方面的問(wèn)題：為保證7#前后連軋關(guān)系穩(wěn)定，箱型料型與原橢圓料型面積要基本相等；箱型料型扭轉(zhuǎn)要求寬高比較大；為8#咬入和軋制的穩(wěn)定性以及電機(jī)軋機(jī)能力限制要求，寬高比又不能太大，寬高比過(guò)大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)咬入8#后倒鋼及8#電機(jī)超出額定功率。在平衡這3條的基礎(chǔ)上，利用優(yōu)化后的筱倉(cāng)寬展模型編制計(jì)算程序，進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，找出料型最佳尺寸。

7#實(shí)施無(wú)孔型軋制的另一個(gè)主要難點(diǎn)是中軋機(jī)組為全水平布置，需要扭轉(zhuǎn)軋制。由于無(wú)孔型軋制沒(méi)有軋槽側(cè)壁對(duì)來(lái)料軋件夾持，7#扁平軋件扭轉(zhuǎn)進(jìn)入8#軋機(jī)時(shí)很容易因?yàn)榕まD(zhuǎn)角度細(xì)微的偏差出現(xiàn)倒鋼，產(chǎn)生軋制事故。為此從以下方面進(jìn)行預(yù)防：1）7#料型設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮寬高比對(duì)扭轉(zhuǎn)和8#軋制穩(wěn)定的影響，找出二者的平衡點(diǎn)；2）對(duì)扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證扭轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性；3）建立箱型軋件扭轉(zhuǎn)參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，精確計(jì)算扭轉(zhuǎn)輥間隙等參數(shù)。

扭轉(zhuǎn)角度公式：γ=90°×C/E。其中：γ為軋件扭轉(zhuǎn)角度，C為出口架次軋機(jī)與扭轉(zhuǎn)輥軸線之間距離，E為前后兩架軋機(jī)軋輥軸線之間距離。軋件扭轉(zhuǎn)示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 軋件扭轉(zhuǎn)示意圖

扭轉(zhuǎn)間隙數(shù)學(xué)模型：

式中：D為扭轉(zhuǎn)輥兩輥之間間隙參數(shù)，θ為在扭轉(zhuǎn)棍處使軋件扭轉(zhuǎn)的角度，r為軋件頂角圓半徑。

通過(guò)扭轉(zhuǎn)數(shù)學(xué)模型精確計(jì)算出扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)參數(shù)，解決了扭轉(zhuǎn)角度偏差問(wèn)題，無(wú)孔型扭轉(zhuǎn)軋制得以順利進(jìn)行。在8#無(wú)孔型軋制料型設(shè)計(jì)中，主要考慮電機(jī)能力和壓下的穩(wěn)定性。通過(guò)7#、8#無(wú)孔型軋制試驗(yàn)的總結(jié)，用相同的方法在中軋其他架次推行，運(yùn)行效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

濟(jì)鋼第一小型軋鋼廠經(jīng)過(guò)淺槽軋制試驗(yàn)和無(wú)孔型扭轉(zhuǎn)軋制試驗(yàn)后，成功地將無(wú)孔型軋制技術(shù)運(yùn)用到粗、中軋機(jī)組。采用無(wú)孔型軋制后，軋輥壽命提高約2～3倍。降低軋制力，減少軋制能耗，電耗降低約7%。提高生產(chǎn)效率，軋槽更換時(shí)間降低一半以上。年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約1200萬(wàn)元。另外還能提高產(chǎn)品表面質(zhì)量和降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

［1］ 趙松筠，唐文林.型鋼孔型設(shè)計(jì)［M］.2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

Development and Application of Groovless Rolling Technology

PAN Zhen-hua
（The No.1 Small Section Rolling Plant of Jinan Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

The flow law of metal was found according the test results of shallow groove rolling in the No.3 mill.Based on the flow law of metal,the groovless rolling test was processed in roughing mills.Through establishing the mathematics model of torsion parameter for box rolling stock,the rolling test of groovless torsion was made in No.7 and No.8 mills.After these successful tests,the groovless rolling technology was adopted in roughing mill and intermediate mill one after the other.Applications showed that roll life increased by 2 to 3 times,the power consumption decreased by about 7%and the economic benefits per year were 12 million Yuan.

bar;grooveless rolling;deformation rule;torsion model

TG335.6+2

B

1004-4620（2010）04-0012-02

2010-02-09

潘振華，男，1981年生，2003年畢業(yè)于南方冶金學(xué)院金屬材料工程專業(yè)?，F(xiàn)為濟(jì)鋼第一小型軋鋼廠技術(shù)科工程師，從事軋鋼工藝開發(fā)工作。