棒材生产线无孔型轧制的探究与应用

张江涛

湖南华菱湘潭钢铁集团公司棒材厂 湖南 湘潭 411101

1 前言

传统的孔型轧制是在带轧槽的轧辊上进行轧制。而无孔型轧制则就是将轧件放在上下两个平辊辊缝中进行轧制,此工艺也称之为平辊轧制工艺。是一种棒材以及线材轧制的新工艺。无孔型轧制只需要改变辊逢就可是实现断面尺寸调整,尺寸调整自由度大;由限制宽展变为自由宽展,氧化铁皮容易掉落,能有效的防止氧化铁皮压入基体,同时可以轧制电耗;变形均匀,可以有效减少头尾部产生的鱼嘴现象,提高成材率;角部温降低条件优于心部,角部温度与中心温度低,对温度敏感的合金钢生产带来不利影响。

2 设备布局与工艺特点

湘钢棒材厂一棒生产线2012年进行复产改造,轧线由18架次平立交替轧机构成,产品规格涵盖圆钢Φ20-Φ55,螺纹钢Φ12-Φ32规格,是一条典型的螺、圆混合生产线。改造后开始了无孔型轧制技术的研究与应用工作,同时兼顾档次相对比较高的圆钢与螺纹钢生产,在粗轧区域采用无孔型系统。目前形成了月产2.5万吨品种圆钢以及3.5万的建筑用螺纹钢的生产格局。棒材一棒生产线轧制工艺流程图如下：

3 无孔型轧制在棒材厂的应用

3.1 各道次压下确定 无孔型轧制不受到孔型侧壁的约束与影响,属于自由宽展的状态,如宽展计算误差较大,则轧件在各个机架上的延伸是不精准的,则无法获得预期的堆拉关系失调等问题,这样就会出现轧钢事故问题,因此其是较为关键的因素。

对无孔型轧制而言,现艾克隆德宽展模型,乌萨托夫斯基宽展模型以及筱仓公式都是适合的,但无孔型轧制系统宽展受到温度、轧制速度、轧辊材质、轧件材质、高宽比影响均非常大,相对来说乌萨托夫斯基充分考虑到上述方面影响,宽展模型与现场最为贴近。

乌萨托夫公式如下：

β正＝acdeη-wβ——相对宽展系数,β＝b/B(b,B为轧后和轧前宽度);

η——压下系数倒数,η＝h/H(h,H 为轧后和轧前轧件的高度),η＝0.1-0.5时,求W 用公式2);

W——相对额宽展指数;δ——轧件断面形状系数δ＝B/H;ε——辊径系数ε＝H/D;a——温度修正系数;c——轧制速度修正系数;d——轧件钢种修正系数;e——轧辊材质和加工修正系数;根据该公式校核,满足6架次出71圆,前五架次料型号设定为：

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料型设计过程中考虑到棒材厂一棒生产线开坯轧辊选择为550 短应力线轧机,辊径比较小,故首架次压下偏小为便于咬入。为满足出71圆要求,3＃轧机压下偏大,延伸也偏大,轧机负荷较高。校核后理论尺寸与生产实际基本一致,堆拉关系合理。

同时由于无孔型特征,该套料型具备“柔性轧制”特征,即可以不换辊不动料型高只需要主控台更换各机架延伸率实现不同坯料生产同一规格,如我厂轧制原料来料从125方——150方均适采用该料型表中的高度设计,不需要对轧机料型做出任何调整就可以实现换原料断面生产。

3.2 导卫装置设计以及稳定性问题解决 轧件在无孔型轧制变形区中因未受孔型侧壁限制,容易造成脱方现象,脱方极易产生折叠甚至会造成堆钢。该现象与轧件来料宽高比以及相对压下量有关,可以近似用下经验公式判断：

m＝Φ3Ψ-2m——钢稳定系数; Φ——来料宽高比,(来料宽h/来料高b)反应来料形状;Ψ——相对压下量(本道次压下hk/来料高度h),反应料型相对压下量;

m 值越大,越难出现倒钢钢以及脱方现象,m 值大于1,说明钢在此压下条件下非常稳定,无倒钢风险,导卫只需要对钢头部加以引导,不需要起夹持作用;小于0.5证明有倒钢风险,需要对来料予以适当夹持轧制放可顺利进行下去,值越小,倒钢风险越大,如mm＜0.3,则必须考虑用滚动导卫夹持以消除倒钢风险。粗轧各道次稳定系数如下：

根据m 值,1架次考虑用滑动导卫,且控制开口度,使导卫存在一定夹持作用,2,4,6架次采用滚动导卫夹持以增加轧件稳定性,杜绝轧件发生脱方扭转现象。

由于无孔型对轧件头部制约,轧件在轧制过程中自由度比较高,头部运行轨迹难于控制,为防止出现带出口导卫现象,将出口导卫设计成喇叭口形式,喇叭口顶端宽度比轧件尺寸大50—60mm以保证轧制的稳定性。

3.3 对质量的影响 无孔型轧制中翻平宽展的影响导致其四个棱角位置的道次会出现变化;同时因为翻平宽展以及鼓形宽展作用影响,通过平辊轧制处理的轧件,其角部则就会变成圆形的钝角,其压下量越大则就会产生越大的作用,产生的圆边钝角则也就会越明显,此种圆角可以有效的避免应力集中以及裂纹问题的产生。但压下如太大,一方面受设备方面限制无法实现,另一方面压下过大容易出现双鼓现象,双鼓现象在下一道中容易出现耳子等现象。

但是无论何种压下制度,棱角现象均会存在,在棱角位置降温速度也相中间位置快,很容易出现轧辊与角接触部分异常磨损而形成折叠、发纹等缺陷。同时对于温度敏感、塑性低的钢种,棱角处会因为超出加工温度范围而产生裂纹等缺陷,针对这一情况需要提高轧制温度甚至需要在无孔型中间道次增加轧制角部孔型以避免角部温度超出钢材可加工温度范围。

无孔型轧制变形均匀,不存在轧槽底部与轧辊面速度差,不会产生钢撕裂现象,无孔型轧制对钢头尾鱼嘴现象改善非常明显,能减少头尾缺陷长度。

4 结语

华菱湘钢棒材厂成功的将无孔型轧制应用到螺、圆混合生产线上,无孔型轧制不光可以满足螺纹钢生产要求,通过合理压下分配以及温度控制,也能满足要求比较高的特殊用钢生产要求。无孔型轧制轧共用性高,轧机调整灵活,对轧机轴向相对位置无严格要求,便于调整,可有效缩短换辊槽时间,提高轧机作业率,同时可降低轧辊消耗50%以上,降低轧制电耗5%以上。