中小圓鋼工藝系統(tǒng)兼容性設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郭 磊

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部， 山東 萊蕪 271105）

山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部（以下簡稱萊鋼）特鋼事業(yè)部中軋線年產(chǎn)30萬t優(yōu)質(zhì)圓鋼，該成材線2010年生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整：采用Φ550 mm×1/Φ300 mm×4/Φ350 mm×1工藝布局，生產(chǎn) Φ54～Φ75 mm規(guī)格圓鋼。2014年8月應(yīng)特鋼事業(yè)部要求，中型車間現(xiàn)有工藝布局不變的情況下重新進(jìn)行孔型設(shè)計(jì)，將成材規(guī)格調(diào)整為Φ50～Φ75 mm，為此實(shí)施中小圓鋼工藝系統(tǒng)整體兼容性設(shè)計(jì)與應(yīng)用項(xiàng)目。

1 優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

1）圓鋼Φ50～Φ52 mm中精軋生產(chǎn)工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)，粗軋孔型系統(tǒng)仍采用9道次箱型共扼孔型，中精軋孔型系統(tǒng)采用六角—方—橢圓—圓，大延伸、大壓下量孔型系統(tǒng),孔型設(shè)計(jì)與能力驗(yàn)算，強(qiáng)迫咬入，將原Φ300 mmK4軋機(jī)用軋輥加粗。

2）兼容性優(yōu)化合并設(shè)計(jì)粗軋Φ50～Φ75 mm粗軋工藝，局部優(yōu)化設(shè)計(jì)將原粗軋Φ54～Φ75 mm工藝孔型系統(tǒng)局部優(yōu)化設(shè)計(jì)為粗軋Φ50～Φ75 mm工藝，孔型中心線不變化，避免料形過充滿，杜絕軋制缺陷。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 Φ50～Φ52 mm中精軋生產(chǎn)工藝孔型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 孔型系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)

基于橢—圓孔型系統(tǒng)延伸系數(shù)小，來料85 mm×85 mm，經(jīng)六角—方孔型得到60 mm×60 mm的方料，限制K4、K3六角、方孔的寬展成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，既希望實(shí)現(xiàn)大壓下，又希望寬展很小，即實(shí)現(xiàn)大延伸，需創(chuàng)新設(shè)計(jì)。寬展與延伸的變化實(shí)質(zhì)上是縱向、橫向阻力比的變化，可以通過改變孔型側(cè)壁斜度來改變縱向、橫向阻力比。為了避免軋件在孔型中過充滿，出現(xiàn)耳子、折疊等缺陷，同時考慮孔型的共用性以及降低軋輥消耗，在參數(shù)設(shè)計(jì)時采取了以下措施：

1）合理確定孔型充滿度。軋件在六角孔型、方、橢圓孔型中的充滿度分別為80%～95%，80%～85%，85%～90%。

2）適當(dāng)加大孔型輥縫值（尤其是一些共用孔型），便于軋制時有調(diào)整余地。

3）對中間延伸孔型的橢圓孔，R適當(dāng)取大一些，孔型的寬高比取2.45～3.10，隨軋件的斷面減小而增大。

2.1.2 孔型系統(tǒng)延伸系數(shù)的分配與計(jì)算

方件在六角孔型中的延伸系數(shù)Ul=1.4～1.8，六角形軋件在孔型中的延伸系數(shù)Uf=1.4～1.6，方件在橢圓孔型中的延伸系數(shù)Ut=1.25～1.80，橢圓件在圓孔型中的延伸系數(shù)Uy=1.2～1.4，根據(jù)總延伸系數(shù)Ul不得小于1.4，若小于1.4，則六角孔型將充不滿，從而造成軋制不穩(wěn)定，中間方軋件為60 mm×60 mm，以軋制Φ50 mm為例：

2.1.3 小圓鋼新工藝延伸孔型設(shè)計(jì)

其設(shè)計(jì)孔型的結(jié)構(gòu)尺寸圖如下頁圖1、圖2所示。

根據(jù)烏薩托夫斯基給出了在平輥上軋制時的相對寬展公式得出：

圖1 小圓鋼六角—方孔型結(jié)構(gòu)尺寸圖（mm）

圖2 小圓鋼橢圓—圓孔型結(jié)構(gòu)尺寸圖（mm）

2.1.4 小圓鋼新工藝孔型系統(tǒng)配輥尺寸

2.1.5 軋制壓力與電機(jī)能力校核

熱軋型鋼的軋制壓力一般采用S.Ekelund公式計(jì)算，以45號鋼，正常溫度軋制計(jì)算各道次軋制壓力數(shù)值表如表1所示。

表1 各道次軋制壓力數(shù)值表

Φ300 mm軋機(jī)主機(jī)列電機(jī)型號：Y21000-16/1730，功率為1 000 kW，轉(zhuǎn)速為371 r/min，減速機(jī)的中心距A=1 000 mm，速比i=3.29，線速度V=1.9 m/s，最大軋制力為100 t，主電機(jī)能力滿足。

2.2 將原Φ54～Φ75 mm工藝粗軋孔型系統(tǒng)兼容性設(shè)計(jì)

1）孔型槽口、槽底寬度適當(dāng)調(diào)整，側(cè)壁斜度盡量小一點(diǎn)，減輕黏鋼上軋線充滿度過大，槽口磨損快尤其是上輥，容易拉絲前幾道不用加凸度，增加了最大壓下量造成咬入困難，料型尺寸較大時本身很穩(wěn)定，但是導(dǎo)衛(wèi)尺寸要嚴(yán)格。后3道考慮加凸度，增加穩(wěn)定性用上表格計(jì)算，只需調(diào)整h即可，7、9道成品高度小點(diǎn)考慮放料操作，同時應(yīng)加上凸度，孔型槽口、槽底寬度都調(diào)整，成品內(nèi)圓角小點(diǎn)穩(wěn)定。奇數(shù)道次盡量設(shè)計(jì)出方形，及時扭轉(zhuǎn)也不影響咬入和軋制，但是反面出口橫梁必須固定牢固，尺寸控制嚴(yán)一點(diǎn)。

2）重新分配壓下量，調(diào)整h即可發(fā)生充滿度的變化，減小下軋制線壓下量，增大上軋制線壓下量，料型高寬比調(diào)整合適對導(dǎo)衛(wèi)要求不高，易咬入，取消孔型凸度，增加穩(wěn)定性，增大孔型側(cè)壁斜度，壓下量均衡分配，輥縫調(diào)整，縮小壓力差等技術(shù)，增大孔型調(diào)整余地，提高軋輥使用壽命，改善軋材表面質(zhì)量。

3）將粗軋機(jī)壓上、壓下調(diào)整輪底盤厚度又65 mm減為50 mm,拓寬徑向空間，軋輥直徑由575 mm增為590 mm,材質(zhì)由鑄鋼70Mn2Mo改為鍛鋼42CrMo，中輥高度位置不變，提高軋件咬入能力。

優(yōu)化后減輕軋槽應(yīng)力集中，避免斷輥事故，減少軋輥開新數(shù)量，成套過鋼量由6 000 t增為9 000 t左右，年可節(jié)約換輥時間36 h，減輕職工勞動強(qiáng)度，降低外委堆焊軋輥費(fèi)用，其優(yōu)化前后孔型結(jié)構(gòu)尺寸圖如圖3、圖4所示，其孔型充滿度數(shù)值表如下頁表2、表3所示。

3 應(yīng)用效果

中小圓鋼工藝系統(tǒng)整體兼容性設(shè)計(jì)發(fā)與應(yīng)用項(xiàng)目，2015年3月在特鋼事業(yè)部推廣應(yīng)用，已安全運(yùn)行1年多，效果良好。

圖3 原Φ54～Φ75 mm粗軋工藝二軋輥孔型配輥尺寸圖

圖4 優(yōu)化合并后Φ50～Φ75 mm粗軋工藝軋輥孔型配輥尺寸圖

表2 設(shè)計(jì)優(yōu)化前中軋線粗軋機(jī)180 mm×220 mm坯孔型充滿度數(shù)值表

1）該技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，提高中軋線中小圓鋼生產(chǎn)線工藝系統(tǒng)工藝裝置整體穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)軋制能力匹配、節(jié)奏均衡，簡化崗位操作，減輕職工勞動強(qiáng)度，提升產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量，符合當(dāng)前轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)鋼鐵產(chǎn)業(yè)政策，投資可忽略不計(jì)，年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益1218.1萬元，社會效益顯著。

表3 設(shè)計(jì)優(yōu)化后中軋線粗軋機(jī)180 mm×220 mm坯孔型充滿度數(shù)值表

2）粗軋減道次，中軋大壓下量生產(chǎn)工藝的成功應(yīng)用。為解決軋制道次不足．料形延伸困難問題找到了有效可行方法，為國內(nèi)同類型企業(yè)解決此問題提供了范例。

[1] 趙松筠，唐文林.型鋼孔型設(shè)計(jì)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

[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.

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