無孔型軋制工藝的開發(fā)和應(yīng)用

陳興銀

【摘 要】本文對(duì)無孔型軋制技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了介紹。無孔型軋制具有節(jié)能、降耗、提高生產(chǎn)率的顯著效果。

【關(guān)鍵詞】無孔型軋制；壓下規(guī)程；工藝設(shè)計(jì)

0.前言

在沒有軋槽的平輥上軋制鋼坯的方法，叫平輥軋制，也叫圓邊矩形軋制或無槽軋制。

方坯、方鋼和圓鋼一般都是在排列有各種孔型的軋輥上軋制而成。但這種軋法軋輥消耗和儲(chǔ)備量大，換輥頻繁，不僅嚴(yán)重地影響軋機(jī)生產(chǎn)率的提高，而且使生產(chǎn)成本增加。為此，世界上許多國(guó)家研究在鋼坯和簡(jiǎn)單斷面型鋼生產(chǎn)中，用無軋槽平輥代替粗軋機(jī)組和中軋機(jī)組中全部有槽軋輥進(jìn)行無孔型軋制。目前，無孔型軋制正在較為廣泛地取代常規(guī)的孔型軋制。

1.無孔型軋制法的優(yōu)點(diǎn)

同傳統(tǒng)的孔型軋制法相比，無孔型軋制法有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1.1節(jié)約能源

采用無孔型軋制，可使軋機(jī)作業(yè)率明顯提高，因而減少停爐時(shí)間，使加熱爐的燃料消耗減少6%；無孔型軋制時(shí)軋件變形較為均勻，軋件內(nèi)部產(chǎn)生的附加應(yīng)力小，沒有軋槽側(cè)壁對(duì)軋件的作用力和軋槽周邊輥徑差對(duì)軋件引起的摩擦力的作用，因此軋制力比用常規(guī)孔型軋制減小5%～10%，可節(jié)約電能約7%。

1.2成品質(zhì)量好

無孔型軋制可避免孔型軋制時(shí)軋輥與導(dǎo)衛(wèi)裝置錯(cuò)位、軋偏和過充滿所引起的質(zhì)量缺陷；無孔型軋制可使金屬產(chǎn)生橫向流動(dòng)，有利于表面更新，因而可使表面上的發(fā)紋、裂紋等缺陷減少和表面層變化均勻，這對(duì)要求脫碳層均勻分布的產(chǎn)品非常重要；軋輥工作表面無速度差，金屬與軋輥接觸表面上的相對(duì)滑動(dòng)較孔型軋制時(shí)小得多，因而沒有軋輥的磨屑?jí)涸谲埣砻嫔?，這對(duì)生產(chǎn)作為拉絲坯料的盤條特別有利。由于拉絲盤條的質(zhì)量改善，可使細(xì)絲拉伸機(jī)的生產(chǎn)能力提高6%，成本降低5.5%。

1.3成材率高，節(jié)約金屬

無孔型軋制時(shí)軋件變形均勻，因而軋件頭部和尾部形成缺陷的長(zhǎng)度大為減小。由于切頭切尾長(zhǎng)度顯著減小，從而可使成材率提高0.1%～0.4%；由于變形均勻，無內(nèi)部缺陷的軋件所占百分比也比常規(guī)孔型軋制法要高。因此可以獲得提高成材率和節(jié)約金屬的顯著效果。

1.4節(jié)約軋輥，軋輥復(fù)修簡(jiǎn)化

無孔型軋制時(shí)所用軋輥直徑比常規(guī)孔型軋制所用輥徑小，其差值為軋槽深度的2倍，從而使軋輥重量減輕；平輥軋制時(shí)因?yàn)闆]有輥環(huán)，所以輥身長(zhǎng)度的利用率可提高5%～10%；軋件與軋輥接觸處的軋輥工作直徑相同，沒有由于軋槽所形成的輥徑差，軋件寬向沒有輥面速度差，軋輥磨損大為減少且較均勻，軋輥復(fù)修量顯著減小，軋輥壽命提高2～4倍；由于無孔型的軋輥可適用于各種規(guī)格的產(chǎn)品，相同的軋輥又可適用于不同機(jī)架，這又可使軋輥的儲(chǔ)備量大為減少（減少約1/3），從而使軋輥的管理大為簡(jiǎn)化。

1.5提高軋機(jī)的生產(chǎn)能力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度、勞動(dòng)量和生產(chǎn)成本

無孔型軋制時(shí)，因?yàn)檐堓伒墓灿眯源螅瑩Q軋產(chǎn)品時(shí)常常不用換輥，軋機(jī)調(diào)整也較為簡(jiǎn)便，從而可使軋機(jī)停工時(shí)間減少30%左右；換輥時(shí)，由于軋輥軸向無輥環(huán)阻礙，無須松退導(dǎo)板、衛(wèi)板，使換輥時(shí)間大為縮短。因此軋機(jī)的作業(yè)率大為提高，從而顯著提高軋機(jī)的生產(chǎn)能力，這對(duì)多品種小批量生產(chǎn)的軋機(jī)以及品種規(guī)格多的鋼廠，效果尤為顯著。

但是，無孔型軋制在應(yīng)用中尚有以下問題有待解決：

（1）因?yàn)闊o孔型軋制沒有側(cè)壁夾持軋件，易于造成脫方，嚴(yán)重時(shí)則不可能繼續(xù)軋制。

（2）由于軋件角部重復(fù)地進(jìn)行無槽軋制，故比較尖銳，有可能造成折疊缺陷。

（3）為使無孔型軋制用于實(shí)際生產(chǎn)，需要設(shè)計(jì)防止脫方的軋制程序和導(dǎo)衛(wèi)裝置，這種導(dǎo)衛(wèi)裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)能防止軋件前后端彎曲、扭轉(zhuǎn)脫方變形和刮傷軋件表面。

2.無孔型軋制工藝設(shè)計(jì)

2009年，軋鋼廠將無孔型軋制工藝開發(fā)列為當(dāng)年的技術(shù)改造項(xiàng)目，由于無孔型軋制存在的問題，軋鋼廠在工藝開發(fā)設(shè)計(jì)過程采取了針對(duì)性的解決方法。

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)無孔型軋制工藝道次程序表。將入口軋件的高寬比控制在小于1.5范圍，最佳壓下率控制在0.7RB和1.3RB之間（RB指變形在單鼓和雙鼓之間時(shí)的臨界壓下率）。

（2）加長(zhǎng)導(dǎo)板，使其盡量伸入軋輥中心， 以防止軋件平行四邊形現(xiàn)象。

（3）設(shè)計(jì)防止軋件產(chǎn)生折疊的孔型。由于無孔型軋制后的矩形斷面軋件是尖角的，在進(jìn)入橢圓孔型中軋制時(shí)易形成折疊。為了防止折疊必須在其軋制最初咬入階段阻止軋件角部的局部寬展， 即孔型必須設(shè)計(jì)成軋件中心位置變形程度要大。因此孔型設(shè)計(jì)為過渡孔型，以防止折疊產(chǎn)生。

3.工藝參數(shù)的確定

目前根據(jù)軋鋼廠生產(chǎn)線的實(shí)際情況，我們首先在粗軋區(qū)進(jìn)行摸索，所有的參數(shù)以粗軋為設(shè)計(jì)開發(fā)依據(jù)，具體如下：

3.1工藝和相關(guān)參數(shù)

全線18架軋機(jī)，其中粗、中軋各有6架平立交替布置，立式軋機(jī)為上傳動(dòng)。粗軋的平均延伸系數(shù)為1.323，1架箱型，2架立箱，其余采用橢圓一圓孔型系統(tǒng)。坯料為150*150*9700mm，開發(fā)鋼種：HRB335，HRB400，40Cr，45A，45，35，25，20等。

粗軋出口斷面：71圓鋼，面積3957mm2；6#軋機(jī)軋制速度：0.909——1.706m/s。參數(shù)制定時(shí)，暫時(shí)不考慮6#軋機(jī)同7#軋機(jī)的孔型接口，其計(jì)算過程如下：確定6#軋機(jī)的軋件斷面：F6=4013mm2，斷面為：63.35*63.35mm，選用64*64mm，面積調(diào)整為4096mm2；總延伸系數(shù)為：F坯/F6=5.4932，平均延伸系數(shù)為：μ平均=1.3353，根據(jù)延伸系數(shù)的分配原則，先初步分配如下：

這樣2、4、6架的軋件尺寸就設(shè)計(jì)成：113.21、84.49、63.98的方鋼，為了測(cè)量和計(jì)算，調(diào)整為：114、84和64的方鋼。

3.2寬展的確定

寬展的確定，選用Z.Wusatowski（Z-烏薩托夫斯基）公式計(jì)算確定：

式中：δ=B/H； （B為軋前軋件寬，H為軋前軋件高）

ε=H/D；（H為軋前軋件高，D為軋輥直徑）

η=h/H；（h為軋后軋件高，H為軋前軋件高）

β=b/B；（b為軋后軋件寬，B為軋前軋件寬）

當(dāng)η=0.1～0.5時(shí)，用公式（3），η≤0.1時(shí)，用公式（2）。

根據(jù)Z.Wusatowski（烏薩托夫斯基）寬展公式，計(jì)算出各道次料型尺寸如下：

基本條件：b0=150 H0=150 計(jì)算得：

經(jīng)過對(duì)各道次軋件咬入條件計(jì)算，各道次均可以順利咬入。實(shí)際生產(chǎn)中，各道次壓下量按計(jì)算設(shè)定均較合適；道次軋件斷面寬度與計(jì)算值偏差在±3mm之內(nèi)。

4.應(yīng)用情況

2009年8月14日，在粗軋開發(fā)無孔型軋制工藝獲得成功，采用該工藝生產(chǎn)過程順暢，成品鋼筋經(jīng)檢驗(yàn)，各項(xiàng)力學(xué)性能、外觀質(zhì)量均符合國(guó)標(biāo)要求。

截止2011年1月17日，該生產(chǎn)工藝在高線生產(chǎn)了近一年，總過鋼量近100萬噸，未出現(xiàn)因采用無孔型軋制工藝而引起的軋制事故和產(chǎn)品質(zhì)量異議。

5.結(jié)論

無孔型軋制工藝在全連續(xù)軋制生產(chǎn)線上的使用是成功的，對(duì)于軋制普通鋼種而言，不會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，但在使用該工藝時(shí)，應(yīng)考慮飛剪的剪切力是否滿足。

實(shí)際開發(fā)、生產(chǎn)中，需要準(zhǔn)確地確定軋件的斷面形狀、尺寸及變形參數(shù)，同時(shí)也要確定軋輥入口方向?qū)О彘g距與入口軋件寬度的差值。在采用無孔型軋制時(shí)，入口導(dǎo)板對(duì)軋件進(jìn)入軋輥和在軋輥間軋制的穩(wěn)定性起決定性的作用，必須合理確定入口導(dǎo)板與入口軋件間的間隙值。