提高熱軋陰極扁鋼成品尺寸精度的實(shí)踐

李強(qiáng)，宋維兆

（新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠）

1 前言

新疆是我國第二大電解鋁生產(chǎn)大省也是重要的電解鋁生產(chǎn)基地。目前新疆地區(qū)電解鋁產(chǎn)能為782.5萬t，占全國的比重為16.52%。陰極扁鋼是電解鋁廠用于陰極導(dǎo)電棒的消耗性材料,近幾年來，隨著電解鋁產(chǎn)能的不斷提升，新疆陰極扁鋼的市場需求也在不斷提升，而新疆電解鋁廠用陰極扁鋼大多從疆外采購。隨著電解鋁行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，各電解鋁廠對陰極扁鋼的高導(dǎo)電性和成品尺寸精度要求不斷提高，為滿足市場需求，八鋼公司決定對生產(chǎn)陰極扁鋼的型鋼生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，利用現(xiàn)有裝備及改進(jìn)后的工藝路線生產(chǎn)成品尺寸精度較高的陰極扁鋼產(chǎn)品。

1 陰極扁鋼產(chǎn)品的技術(shù)要求

陰極扁鋼亦稱電極扁鋼，屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，做為電解鋁廠里電解池的陰極電極使用，屬于消耗品，每年需要定期更換，需求量大，無特別力學(xué)性能要求。隨著技術(shù)的發(fā)展，陰極扁鋼趨向于大壓縮比和低碳高導(dǎo)電性方向發(fā)展，對產(chǎn)品表面尺寸精度要求較高。用戶對陰極扁鋼成品截面（見圖1）尺寸的允許偏差見表1。

圖1 陰極扁鋼截面

要求陰極扁鋼表面不得有裂紋、結(jié)疤、麻面、凹坑、凹槽、銹蝕及突起等局部缺陷，不應(yīng)有明顯的扭轉(zhuǎn)。各電解鋁廠為了提高電解槽使用壽命和降低電耗，要求陰極扁鋼側(cè)面（b）平直度必須達(dá)到70%以上。

2 八鋼型鋼生產(chǎn)線陰極扁鋼工藝流程

新疆八一鋼鐵公司型鋼生產(chǎn)線全套是國產(chǎn)設(shè)備，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量40萬t。生產(chǎn)線主要設(shè)備包括加熱爐、750 二輥可逆軋機(jī)、熱鋸、立軋軋機(jī)、軋邊機(jī)、萬能精軋機(jī)、陰極扁鋼熱矯直機(jī)、型鋼冷床、陰極扁鋼冷床、矯直機(jī)、編組、定尺冷鋸、碼垛、打捆機(jī)、陰極扁鋼切割線以及輔助設(shè)備。

八鋼型鋼生產(chǎn)線原設(shè)計(jì)陰極扁鋼熱矯直機(jī)和小冷床布置在開坯機(jī)后，只通過開坯機(jī)完成陰極扁鋼成品軋制，由于開坯機(jī)為二輥軋制，成品側(cè)面的平直度和垂直度無法滿足用戶對成品尺寸精度提升的要求。因此決定對陰極扁鋼工藝路線進(jìn)行調(diào)整改造，將陰極扁鋼熱矯直機(jī)和小冷床搬遷至精軋機(jī)組和型鋼大冷床之間。陰極扁鋼工藝流程見圖2。

圖2 調(diào)整后的陰極扁鋼工藝流程

3 開坯機(jī)孔型設(shè)計(jì)思路

3.1 孔型系統(tǒng)選擇

開坯機(jī)孔型在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到孔型系統(tǒng)的共用性，選擇箱型孔型系統(tǒng)，該孔型系統(tǒng)可以通過調(diào)整輥縫的方法軋制多種不同尺寸的軋件，滿足多種規(guī)格的尺寸要求，這樣可以減少換輥次數(shù)，提高軋機(jī)的作業(yè)率。

3.2 開坯機(jī)孔型設(shè)計(jì)要求

型鋼產(chǎn)線750 二輥開坯機(jī)在機(jī)后布置有一套翻鋼裝置，設(shè)計(jì)孔型系統(tǒng)，選擇平—立—立—平—平的軋制工藝，軋制過程通過機(jī)后的翻鋼裝置實(shí)現(xiàn)平立交替；在孔型共用性方面，第一道次平軋箱型槽底寬度按照最大坯料寬度設(shè)計(jì)；成品前所有孔型的槽深按照成品最小厚度設(shè)計(jì)，通過輥縫調(diào)整實(shí)現(xiàn)共用。為了避免軋件頭部下彎沖擊輥道損壞設(shè)備，在配輥時(shí)采用下壓力軋制，下輥直徑比上輥直徑大5mm。

為了避免開坯機(jī)成品軋件出現(xiàn)頭部彎曲，影響精軋機(jī)組的咬入和軋制，在設(shè)計(jì)孔型時(shí)需要考慮以下兩個(gè)問題：為了避免頭部側(cè)彎，成品孔按照每個(gè)規(guī)格寬度的單獨(dú)設(shè)計(jì)，保證孔型的充滿程度；為了保證頭部不發(fā)生上翹和下彎，成品孔的孔型深度設(shè)定為30mm，側(cè)壁斜度大于10°。

4 精軋孔型設(shè)計(jì)思路

4.1 孔型系統(tǒng)確定

精軋機(jī)組前三架軋機(jī)分別為φ480mm 立軋、φ480mm 平軋和φ950mm萬能軋機(jī)，因此將精軋孔型系統(tǒng)確定為：立軋軋邊-- 平軋軋角--萬能軋機(jī)定形。并采用DEFORM3D 軟件對精軋各道次軋制過程進(jìn)行三維有限元模擬，驗(yàn)證各道次的軋件的溫度、軋制力、金屬流動變形情況，通過驗(yàn)證結(jié)果對孔型進(jìn)行優(yōu)化修正，以達(dá)到最佳效果。

4.2 各道次的作用

4.2.1 立軋軋邊

主要作用是對開坯機(jī)成品側(cè)面的凹凸形和端面脫方進(jìn)行修正，立軋的壓下量△h為5～7mm，槽底寬度比開坯機(jī)成品厚度小2～3mm，圓角半徑R為20mm。

4.2.2 平軋軋角

主要作用是軋制4個(gè)圓角，保證軋件的4個(gè)圓角的充滿和對稱，如圖3所示。

圖3 平軋軋邊剖面圖

由于成品的圓角R為13mm，因此考慮到最后一道次的壓下量對圓角的變形量，孔型圓角半徑R為16mm；為了減小軋制時(shí)圓角部位的變形量，壓下量△h為2～4mm，過大的壓下量會造成軋件脫方；孔型深度設(shè)定為30mm，側(cè)壁斜度為5°。

4.2.3萬能軋機(jī)定型

主要作用是對軋件的4個(gè)面同時(shí)進(jìn)行軋制，確保成品的4個(gè)平直度達(dá)到電解鋁廠的使用要求，如圖4所示。

圖4萬能軋機(jī)剖面圖

為了防止軋件的圓角在萬能軋機(jī)中出現(xiàn)凸臺，萬能軋機(jī)水平輥的圓角半徑設(shè)計(jì)為2mm，水平輥的壓下量△h 為2～3mm，由于立輥存在彈跳，根據(jù)軋制力的不同其彈跳值約為3～4mm，由于每個(gè)規(guī)格的軋制量約為1500t，按照寬度負(fù)偏差2mm 計(jì)算，將立輥和水平輥的輥縫設(shè)定為5mm。為了防止軋件咬入吃偏造成成品4個(gè)圓角不對稱，要讓軋件頭部先接觸立輥，立輥壓下量大于水平輥壓下量50%以上。

從DEFORM3D 的后處理分析中的破壞能量中可以看出（如圖5所示），由于前一道次軋角道次壓下所帶來的側(cè)面雙鼓形，在立輥能很好的消除掉，并且萬能軋機(jī)的4個(gè)軋輥對軋件的變形能將成品圓角半徑擠壓至13mm。

圖5萬能軋機(jī)軋制破壞能量

5 軋制程序設(shè)計(jì)

以96×198（mm）規(guī)格的陰極扁鋼為例，開坯機(jī)軋輥彈跳按照7mm 設(shè)定控制程序見表2。

表2 750BD 軋機(jī)軋制程序表

精軋前兩道軋輥彈跳為2mm，萬能軋機(jī)水平輥彈跳2mm，立輥彈跳3mm，終軋速度設(shè)定為2m/s,精軋軋制程序見表3。

表3 陽極扁鋼精軋軋制參數(shù)

6 結(jié)束語

八鋼型鋼產(chǎn)線已經(jīng)開發(fā)出了疆內(nèi)某電解鋁廠所需的所有陰極扁鋼規(guī)格，尺寸公差在允許偏差內(nèi)，側(cè)面平直度和圓角尺寸要求也滿足用戶使用要求。已形成批量生產(chǎn)。按照此工藝生產(chǎn)的96×198（mm）和120×198（mm）兩種規(guī)格陰極扁鋼各1000t，已交付用戶使用，滿足用戶要求，獲得認(rèn)可。