高速線材減定徑機組的特點及應用

牟立君

本鋼板材股份有限公司，遼寧本溪，117000

0 引言

我國的線材行業(yè)在工裝水平和產(chǎn)量上都可以稱之為世界大國，然而高品質(zhì)專用材仍需要進口，仍不能達到100%自給率，距離世界線材強國仍有差距，還不能被稱為線材強國。隨著科學技術的不斷進步，高速線材生產(chǎn)工藝技術、裝備的發(fā)展日新月異，軋機裝備水平迅速提高，高速線材生產(chǎn)向高速軋制、無扭軋制、微張力控制、控制軋制、控制冷卻、高精度軋制、快速更換等方向發(fā)展，軋機小時產(chǎn)量、軋機利用系數(shù)得到顯著提升。具有世界領先水平的生產(chǎn)線主要特點是：單線軋制，盤重大，產(chǎn)品規(guī)格4.5～26mm，軋制保證速度達120m/s，采用超重型精軋機組和超重型減定徑機組，具備低溫軋制和低溫吐絲能力，全線控軋控冷，尺寸精度控制在±0.10mm以內(nèi)。減定徑機組已成為高速線材生產(chǎn)的核心設備，它可實現(xiàn)對線材尺寸精度、表面質(zhì)量、軋制溫度的控制，從而實現(xiàn)線材較高的實物質(zhì)量要求。中國具有世界最先進的工裝設備，但是品種結(jié)構(gòu)上還不能與線材軋機設備相匹配。通過研究高速線材減定徑機的技術特點和應用，能夠滿足新時代發(fā)展的相關要求，為其更加高效的投入使用奠定基礎。

1 高速線材減定徑機組的應用現(xiàn)狀

近年來，隨著高速線材生產(chǎn)工藝技術的快速發(fā)展，帶動軋制工藝裝備制造技術進一步發(fā)展和提高，線材軋機精軋機組、減定徑機組、吐絲機及其夾送輥等高速區(qū)軋制設備的裝備水平、軋制速度和小時產(chǎn)量逐漸提高，提高了高速線材生產(chǎn)的產(chǎn)能和作業(yè)率?？刂栖堉瓶刂评鋮s工藝技術的發(fā)展已要求高速減定徑機由輕型向超重型發(fā)展。在高速線材生產(chǎn)領域，國內(nèi)較多鋼企配備了減定徑機組，國際上部分企業(yè)配備了超重型精軋機組、超重型減定徑機組，具備低溫軋制、低溫吐絲能力。

高速減定徑機組主要為二輥，其型式主要有摩根（Morgon）的RSM（Reducing & Sizing Mill）和達涅利（Danieli）的TMB（Twin Module Block）和西馬克SMS。摩根RSM和達涅利TMB是目前世界上業(yè)績最多、技術最成熟的減定徑機組，這兩種機型在全球線材減定徑機組中占有90%以上，西馬克SMS應用較少。摩根RSM和達涅利TMB均為集體驅(qū)動，SMS單獨驅(qū)動是線材軋機的一種創(chuàng)新技術，其實際應用效果尚需進一步研究和驗證。近些年來，中冶賽迪研制了4機架SRSCD線材減徑機組，該機組設計最大速度140m/s，與國際先進水平相當，能有效提升高線產(chǎn)量和軋機利用率。超重型減定徑機組由2架超重型軋機及2架高精度軋機組成，可滿足最低750℃的低溫軋制及精密軋制的要求，有效提高了產(chǎn)品的機械性能，產(chǎn)品尺寸精度可達到±0.1mm。哈飛公司生產(chǎn)的雙機架減徑機，能滿足中低檔線材的精度要求，又能實現(xiàn)一定程度的低溫軋制，但其軋制能力、軋制速度和穩(wěn)定性均達不到國際領先水平。

2 減定徑機組設備特點

普通減徑機是以一臺交流電動機為動力，并將多個齒輪箱與多個齒輪箱相連，以供軋制工藝選用不同的齒輪比。減定徑機變速箱采用雙層組合齒輪箱，四軸輸出到輥箱，機械結(jié)構(gòu)復雜，工作轉(zhuǎn)速高。對高速線材軋機使用減定徑機的工藝特點和控制的研究，能夠達到新時代進步發(fā)展的相關要求，為其更加高效地投入使用奠定基礎，使得高速線材精軋工作得到高效落實[1]。

摩根RSM減徑/定徑機包括4機架的頂交型配置，每個軋機單元的布置方式為每對輥環(huán)的軸線與水平面成45°，相鄰兩對間成90°，這樣軋機在軋機間不需扭轉(zhuǎn)。減徑機可根據(jù)成品尺寸、鋼種和工藝要求輥箱總成配置2機架250mm、230mm或160mm懸臂輥箱單元，定徑機采用2機架150mm輥箱單元，還包括面板、輥軸、壓下絲桿軸、位于軋機和馬達間的外部齒輪箱、兩個單元公用的軋機保護罩、震動檢測分析儀。安裝在基礎之上的在線底座和離線底座，隨時可更換到在線/離線可橫移式機型，為了便于快速換輥作業(yè)，其也可使機組單獨移動至離線位置或直接通過運送小車移送至軋輥間。在這種情況下，位于堆鋼保護罩上的導槽將替代原機組移出后的位置，當減定徑機移回軋制中心線位置時，所有的應用介質(zhì)例如電、潤滑油、水合液壓流體將被自動連接到機組上。減徑機的輥箱和摩根頂交無扭精軋機的輥箱一樣，可完全互換而且兩種軋機之間的備件和維護工具可完全共用[2]。類似頂交無扭精軋機，減徑機輥箱同無扭精軋機輥箱可通用，這樣保證了備件和維護工具通用性而且提供了如果精軋機要求更高軋制載荷升級的可能性。減定徑機可配有帶鋼遠程輥縫調(diào)節(jié)機構(gòu)，通過每個輥軸的偏心安裝實現(xiàn)，調(diào)整絲杠旋轉(zhuǎn)使每對輥軸上的偏心套同步旋轉(zhuǎn)，使得輥縫以軋線為中心對稱調(diào)整，輥箱內(nèi)壓下絲桿上的齒輪與傳動機構(gòu)內(nèi)相配的齒輪相連，這樣操作工可在軋機保護罩關閉時，人工不帶鋼調(diào)整輥縫以確保操作的安全與簡便，該機構(gòu)帶有用于在軋制過程中動態(tài)輥縫調(diào)節(jié)的位置反饋器。該功能特別適用于不銹鋼或高合金鋼鋼廠，這些鋼廠產(chǎn)品成本高，并且訂單量小。高精度的成品公差要求其圓—圓—圓孔型設計和無導衛(wèi)軋制。為了限制軋件的扭轉(zhuǎn)力，定徑機配有調(diào)整機構(gòu)保證安裝好輥環(huán)之后軋槽正確的對中。另外，定徑機具有軸向預加載功能可消除所有軋輥軸間的間隙從而保證在軋制過程中軋輥軸的軸向?qū)χ小牡谝患艿綗o扭精軋機最末架采用單一孔型系統(tǒng)，可以改善軋機的利用率，唯一需要進行輥環(huán)更換作業(yè)的是減徑/定徑機。獨立外部齒輪箱可調(diào)整各個機架的減面率從而可以以單一進料尺寸生產(chǎn)多種尺寸的成品線材。該減徑/定徑機連接有運送小車和離線減徑/定徑機組（預留）使得各尺寸產(chǎn)品更換時間在5分鐘以內(nèi)。減徑/定徑機的齒輪箱為定徑機提供從頭到尾都一致的軋材，否則由于軋制速度高，軋機單元間距小和電機相應時間的因素，不可能使用單傳的軋制單元。

減定徑機組導衛(wèi)對中設備可以使?jié)L動入口導衛(wèi)可以精確地設置和對中。減定徑機組后設置廢品箱，檢測在堆鋼時容納線材。

3 安裝在精軋機和吐絲機之間的減徑/定徑機主要工藝優(yōu)點

（1）連續(xù)軋制技術是我國目前比較成熟的一種軋制技術，其主要特點是軋制速度快，軋件質(zhì)量好，因此近年來使用日益普遍，生產(chǎn)技術也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢，而連軋孔型又是連軋技術的核心，因此孔型設計對連軋技術的研究具有十分重要的意義。減定徑機組可實現(xiàn)線材的單一孔型軋制及自由規(guī)格軋制，自由規(guī)格軋制即同一精軋孔型系統(tǒng)通過調(diào)整輥縫就可以軋制很大范圍內(nèi)任意規(guī)格的、高精度的產(chǎn)品。通過簡化了軋制工藝并通過降低換輥時間提高了軋機效率，提高線材生產(chǎn)的靈活性。與沒有減定徑機組的產(chǎn)線相比，可減少孔型系統(tǒng)，減少了預精軋機組、精軋機組軋機的軋輥、輥環(huán)和導衛(wèi)庫存[3]。

（2）帶離線軋機單元（預備）的快速更換小車可在 5 分鐘內(nèi)更換軋制尺寸。這和單一孔型系統(tǒng)一起增加軋機的運行時間，保持了軋機較高的運行效率。

（3）高速軋制：以120m/s的最高軋速，確保110m/s的軋制速度，對提高單位產(chǎn)量是有利的。 最大終軋速度5.0mm產(chǎn)品為105m/s，5.5mm產(chǎn)品為110m/s。雖然最大保證速度120m/s，但從經(jīng)濟運行速度考慮不建議按最大終軋保證速度軋制，因為速度越高，對裝備要求也高。

（4）全尺寸范圍產(chǎn)品的公差保證在±0.1mm，橢圓度0.12mm。

（5）可進行熱機軋制，根據(jù)鋼種和工藝要求入口溫度可低至750℃。20mm以上直徑規(guī)格低溫軋制和低溫吐絲能力仍然受設備能力影響而受限。吐絲溫度越低、輥環(huán)和吐絲管磨損越嚴重，相應消耗也大，可根據(jù)盤條相應品種及規(guī)格產(chǎn)品實物質(zhì)量對晶粒度及產(chǎn)品質(zhì)量設置適當?shù)慕K軋溫度和吐絲溫度。

（6）通過橢圓—圓—圓—圓孔型系列改善了成品的表面質(zhì)量和氧化層的一致性。

（7）擴展了成品的尺寸范圍至4.75mm到26.0mm。

（8）最小軋制規(guī)格為4.5mm時，精軋機組和減定徑機組為“10+4”，最小軋制規(guī)格為5.5mm時，精軋機組和減定徑機組為“8+4”。

（9）可通過減徑/定徑機軋制公稱直徑為6mm到16mm的細晶和淬火回火螺紋鋼。減定徑技術使線材制品具有與微合金化相當?shù)男阅?，因此，一些技術甚至可以取代微合金化技術來降低生產(chǎn)成本，改善產(chǎn)品的品質(zhì)。

（10）因為改進了產(chǎn)品的尺寸精度，使尺寸精度更均勻，從而降低了頭部和尾部不均勻部位的剪切損失，從而有效地提高了金屬成材率。

4 采用智能自動控軋系統(tǒng)和自動控制冷卻技術

在軋制速度達到10 m/s以上時，軋件的溫度會上升，為確保最終的軋制溫度，降低水冷段的事故，應采取控制軋制工藝。為有效地控制軋件的最終軋制溫度，在精軋機組機架間、精軋機組和減定徑機組之間設置若干個水冷箱，并且在這兩個軋機組間內(nèi)也單獨設有了一個自動水冷裝置，采用摩根增強型溫度控制系統(tǒng)，根據(jù)所儲存的軋制程序或溫度設置，自動地對軋機冷卻水控制開、關，對軋機溫度進行閉環(huán)控制，以控制在精軋機入口、精軋機組間、精軋機組和減定徑機組后的軋件溫度相差±10℃。通過對不同品種的控制軋制和控制冷卻，可以得到最優(yōu)的金相組織和機械性能。

在高速線材生產(chǎn)過程中，線材的內(nèi)部組織、機械性能以及表面氧化層的數(shù)目都是由軋制后的溫度和軋后冷卻速率所決定的，當前使用最廣泛、技術最成熟、使用最可靠的是斯太爾摩控冷卻技術，斯太爾摩冷卻線其功能是將搭接在一起的線圈從吐絲機運送到集卷站。在對線材按以下描述的標準或延遲冷卻方式操作時，使特定鋼種能夠得到所希望的冶金和機械性能。標準冷卻：輥道以較快速度運行并且線圈散開布放。在這種模式下，保溫罩打開并且進行強制風冷，輸送輥道速度更快，卷筒布置稀松，鼓風機都是開滿風量供風，最大冷卻速度可達10～20℃/S，適應于高碳鋼盤條的冷卻工藝可以得到具有優(yōu)良拉拔性能的索氏體組織；延遲冷卻：輥道以較慢的速度運行并形成密集布放的線圈。輥道主體有保溫罩，按照要求，可以進行緩冷模式。保溫罩關閉并且不使用風冷，輥道速度慢，線圈布放致密，冷卻速度最低達1℃/S，適應于低碳鋼的冷卻，可以得到強度低、塑性好、延伸大、接近單一的鐵素體組織。此控制冷卻線可滿足各種鋼種的不同冷卻技術，為提高線材的品質(zhì)提供了可靠的保障。

5 軋機調(diào)整與產(chǎn)品的尺寸精度控制

5.1 采用減定徑機組的軋線對粗、中軋機組的料型尺寸精度要求較高

預精軋機、精軋機、減定徑機入口軋件精度對最終產(chǎn)品的精度有很大的影響，中軋機機架張力過大會導致軋件頭中尾尺寸不均，調(diào)整控制系統(tǒng)不穩(wěn)都會導致產(chǎn)品尺寸的變化。如果預精軋機的入口段精度誤差超過±1%，必須對軋機入口的軋件進行調(diào)整，卡尺或抽樣檢測，以確保軋件的尺寸精度。

為保證軋件尺寸偏差，降低通條尺寸偏差，要盡可能確保坯料加熱均勻，減少頭中尾溫差，防止加熱爐水梁導致坯料表面產(chǎn)生的水冷黑斑。出爐輥道要有保溫罩，減少坯料溫降，避免坯料中后部分溫降過大，導致軋制溫度不同影響通條尺寸偏差。要有一個穩(wěn)定、可靠的微張力控制系統(tǒng)和活套控制系統(tǒng)，調(diào)整控制參數(shù)，以保證軋件頭、中尾尺寸的穩(wěn)定[4]。

5.2 軋機及導衛(wèi)裝置安裝

若軋機和導衛(wèi)裝置安裝不當，軋制線不對中，會造成軋件不對稱或單邊耳子；導輥松動或脫離軋制線，則會導致軋件倒鋼和扭轉(zhuǎn)，從而降低產(chǎn)品的精度。所以必須按照標準安裝導衛(wèi)裝置，定期檢查軋槽和導衛(wèi)工藝件的磨損狀況。

5.3 精軋機組和減定徑機間的張力調(diào)整

利用微張力原理在精軋機和減定徑機組連續(xù)進行長期穩(wěn)定均勻的高精度軋制，所以對張力的控制很重要。在換輥或換規(guī)格后，在主控臺按照軋制程序要求分別在精軋機組和減定徑機組之間要適當提前設置2%～3%的張力。

5.4 減定徑機的輥縫設定

在調(diào)試結(jié)束后，一系列的標準輥縫設置表在每一次更換輥縫時都要根據(jù)標準輥縫的大小來設置，請注意在相同的爬行速度下，用相同的材料在邊輥環(huán)軋制，檢測輥縫大小，在邊輥環(huán)進行軋輥縫時，應該先上后下（如果要壓下0.1mm，則先抬0.2mm，然后再壓下0.1mm），以避免因齒縫產(chǎn)生的錯誤。

6 減定精機組在線材控軋控冷工藝中的布置

減定徑機組布置在精軋機組和吐絲機之間，減定徑機組要遠離精軋機，精軋機組后設置水箱（3個）和均溫段，在減定徑機組后面設置2個水箱，可以實現(xiàn)對進減定徑機組溫度控制和終軋溫度的控制。按不同品種的實際需要，對各種工藝參數(shù)進行設置，如軋制溫度等，以保證產(chǎn)品的綜合性能。

7 生產(chǎn)組織管理

7.1 產(chǎn)品計劃的制定

由于減定徑機的使用，減定徑機前是一個單一孔型系統(tǒng)，這就為生產(chǎn)組織提供了更大的彈性,可以按照市場需求安排小批量多規(guī)格的產(chǎn)品生產(chǎn)，只需要更換和卸下減定徑機組就可以了。采用快速更換裝置可以減少減定徑機組的更換時間，提高軋機的工作效率。為了便于輥環(huán)加工和配輥工作，在組織大規(guī)模生產(chǎn)時，應該采用專用的輥環(huán)。

7.2 定修和換輥管理

由于全線有30架軋機，換槽換輥次數(shù)多，時間長，在生產(chǎn)前期按照規(guī)定的軋輥和輥環(huán)進行換槽換輥，時間不確定，對設備維修造成困難，可采用日、周、月定修或換輥的生產(chǎn)管理制度：每天早晨1～1.5h進行換輥換槽和設備維修，每周1次4h定修，用于大設備隱患和故障處理，并盡量與換規(guī)格合并使用；每月根據(jù)設備情況安排一次8h定修，用于更大設備隱患和故障處理。系統(tǒng)實施后，設備維修工作可按計劃進行。為了確保日定修換輥制度的實施，對國內(nèi)外各種型號輥環(huán)進行了跟蹤比較實驗，對輥環(huán)單槽軋制進行了改進，并考慮了使用耐磨輥環(huán)，以進一步減少了更換輥的數(shù)量。

8 結(jié)語

綜上所述，減定徑機機組的應用是我國高速線材生產(chǎn)工藝技術的最新發(fā)展方向，與現(xiàn)有常規(guī)的高速線材軋機生產(chǎn)相比，采用新型減定徑機工藝將為高速線材軋機設備制造生產(chǎn)的技術和管理、產(chǎn)品應用開發(fā)、備件加工制造的使用開發(fā)等帶來著許多新時代的重要課題，因此本文從高速線材使用減定徑機組的應用現(xiàn)狀出發(fā)，探討了高速線材生產(chǎn)使用減定徑機的工藝特點和控制，希望能夠促進我國高速線材生產(chǎn)技術的發(fā)展。