『技术文献』小规格棒材多线切分技术的应用

财富 2024-12-09 14:41 河北

ABSTRACT

摘要

多线切分轧制工艺技术逐渐成为现代棒线材轧机生产小规格棒材、特别是热轧带肋钢筋的主要方法,并为现有轧机扩大产品规格范围提供了有效途径。切分轧制还为连铸与轧钢生产之间的匹配创造了条件，充分发挥出生产能力，并达到了节能降耗、降低生产成本的目的。切分轧制技术未来的发展方向，朝着切分的线数越来越多、轧制速度越来越块、切分产品规格范围越来越宽的方向发展。在设计和生产过程中应充分考虑到每一个细节，都必须做到充分完善，这样才能达到理想的轧制效果。

关键词：切分轧制；节能降耗

近年来，切分轧制技术发展迅速，日趋成熟广泛应用于棒线材生产，代表着热轧加工技术的一个重要发展方向。棒材作为小型材的重要组成部分，在我国的钢铁生产中占有着要的位置。现代棒材切分轧制方法主要有二切分，三切分，四切分，甚至五切分。切分轧制技术作为一项新技术,具有生产率高、节约能源等优点，因此切分轧制技术是很多国家大力发展的新工艺,成为轧钢领域推行增产节能的有效手段。所谓切分轧制技术就是指在轧制过程中利用轧辊孔型、导卫装置中的切分轮或其他切分装置将轧件沿纵向切成两线或多线的轧制技术。目前切分轧制广泛采用的都是带切分轮的专用导卫切分法，即利用带有切分孔型系统的轧槽，首先将轧件加工成由薄而窄的连接带相连的几个并联轧件,然后再利用安装在该架次轧机出口的带切分轮的专用切分导卫将切分带撕开，从而获得几个截面积相同的相互独立的轧件，最后经后续道次轧制成成品。

1、

切分轧制技术是现代棒材生产中重要的工艺技术,它是把加热后的坯料先轧制成扁坯,然后再利用孔型系统把扁坯加工成两个以上断面相同的并联轧件并在精轧道次上延纵向将并联轧件切分为断面面积相同的独立轧件的轧制技术。要求切分过程必须满足下列要求:

(1)切分带表面质量要有保证，不能形成成品折叠、耳子等缺陷，轧件通长尺寸精确，不需要额外的修理或加工;

(2)切分设备使用方便、工作稳定、投资小性价比高:

(3)切分轧件温度均匀，切分的速度与轧制速度相同。

(4) 对轧辊材质，导卫材质，冷却水的压力有要求。

1.1 棒材生产工艺流程：

棒材生产工艺流程包括原料准备、加热、粗轧、中轧、精轧、精整、检验等工序(如图1)。

1.2 棒材生产工艺特点

(1)轧线采用全连续轧制工艺，轧机平立交替布置，轧制线固定，对轧件进行无扭、微张(或活套)连续轧制，确保生产高效率。

(2)全线轧机采用高刚度短应力线轧机，产品精度高，操作维护方便。

(3)轴承座能够自动调节位置以补偿轧辊弯曲，防止轧辊辊颈轴承的边缘负荷。

(4)轴承座与支撑座配合公差紧凑，确保轧机整体横移达到快速换辊提高作业率。

(5)轴承座液压平衡装置提供良好的轧制条件，保证轧件从头至尾尺寸波动小。

(6)采用切分轧制，较少轧制道次，均衡轧机小时产量，提高轧线设备利用率。

(7)轧制线固定不动，减少导卫、导槽磨损和生产事故，缩短换孔时间。

(8)粗轧机采用无孔型轧制，轧辊磨损均匀，降低辊耗，简化导卫。

(9)解决了棒材生产中轧件头尾温差大的问题，坏料单重得以增大，使机时产量和金属收得率均有很大提高。

(10)切分后单支轧件变短可显著降低能耗，节约能源。

2、切分方法简介

目前剖分并联轧件的方法有多种，主要的方法有切分轮切分法、圆盘剪切分法、轧辊切分法和火焰切分法等。

(1)切分轮法:利用一对从动切分轮(图2a)和特殊的导卫装置，将轧出的并联轧件从连接带处沿纵向剖分的切分方法。即利用带有切分孔型系统的轧槽，首先将轧件加工成由薄而窄的连接带相连的几个并联轧件,然后再利用安装在该架次轧机出口的带切分轮的专用切分导卫将切分带撕开，从而获得几个面积相同的相互独立的轧件，最后经后续孔型轧成成品。

(2)圆盘剪切分法:与切分轮切分法相似，它是利用圆盘剪将轧出的并联轧件从连接带处沿纵向剖分成单根轧件的切分方法(图2b)。这种切分方法可用在粗轧机组进行较大断面轧件的切分，也可用在较小断面轧件切分。圆盘剪上下剪刃重合，切分时轧件易产生扭转和切偏，安装调整也不方便。道次轧制成成品。这种方法连轧机上普遍采用，是目前切分轧制主要方法。

(3)轧辊辊切法:简称辊切法，它是依靠轧辊上的特殊孔型(切分孔型)使并联轧件在变形过程中自行分开的切分方法(图2c)。这种方法可用于一切为二或多根切分的场合，既可用在连续式轧机上，也可用于横列式轧机上:既可用于粗轧机较大断面轧件的切分，也可用于精轧机较小断面轧件的切分。该法无需增设辅助的剪切装置,除切分孔导卫装置外,其他孔型的导卫装置均可按常规方法设计。其缺点是对孔型设计要求严格，切分孔磨损快，对轧辊材质要求高。

(4 )火焰切分法:先把钢坯轧成并联轧件，再利用火焰切割器从连接带处把并联轧件沿纵向剖分成单根轧件的切分方法。这种方法可以同时切分多根轧件，生产率高，但需要装设火焰切割器，金属和燃料消耗大并且在切割过程中造成中心缺陷的暴露和氧化，导至轧件表面质量恶化。

2.1切分轧制的优缺点

(1)切分轧制与传统的单根轧制相比，可以缩短轧制时间和部分间隙时间，缩短了轧制节奏时间，大幅度提高轧机生产率，一般小时产量可提高20%~30%;

(2)与传统多线轧制比，采用切分轧制时，被切分后的轧件同时进入后续机架进行轧制，轧辊弹跳值稳定，轧件短头尾温度差小，因而产品的精度可提高10%~20%;切分的深入有利于充分破坏铸态组织，成品内部质量好;

(3)由于切分轧制缩短轧制周期时间和减小轧件长度，适当加大坯料断面或减小产品规格，不会受到温降和设备间距与尺寸的限制，所以在设备能力允许的条件下，工艺上灵活用小轧机轧大坯，大轧机轧小材来扩大轧机的用坏和轧材的规格范围;

(4)项目筹建时采用切分轧制不仅可以减少机架，而且所需电机功率小，剪切机数量少，冷床尺寸可缩短，厂房长度也可减小，因此投资减少;在原有轧机上采用切分轧制时由于能源消耗和轧辊消耗的减少,产品质量和生产能力的提高，生产成本可大幅度降低;

(5)当轧机与连铸配合时，不经开坯，可以热装炉或直接轧制，因此可以显著节约燃料，减少能耗在现有的轧机上采用切分轧制，可以直接用大坯轧小材，避免二次开坯，或由于轧制周期短、可降低加热温度，从而明显地节省能源:由于切分轧制总变形量小，因而电能消耗也少。综合能耗可降低5%~20%;

(6)在条件相同时，采用切分轧制可降低钢坯温度加热炉40℃左右，燃料消耗减少10%，电耗可降低18%，轧辊消耗降低15%，生产总费用降低10%~15%。因此，切分轧制对于小规格占较大比重的车间是比不可少的先进生产工艺。

切分轧制的缺点:对料型要求更为严格，切头量要增加0.3-0.5%:切分带处容易形成毛刺，处理不易，轧后易形成折叠，影响轧材表面质量:不适于轧制表面质量要求高的型线材。方坯缺陷切分后暴露，形成表面缺陷:切分后需扭转，需配备扭转导卫。

2.2 切分轧制原理

切分轧制技术发展到现在，通过对热轧状态下纵向切分轧件的方法进行研究,最终确定破坏并联轧件连接带的最佳方法是在连接带上建立足够的拉应力。用拉应力的方法对连接带进行破坏的过程包括三个阶段:首先随着变形区的充满，轧制力的水平分力增大，钢料顶部单面承受压力:其次压力增大到极限后，并联轧件的连接带上产生金属的塑性流动，并联轧件分离后横向移动，最后连接带完全破坏，形成分离开的独立轧件。因此，切分轧件的充要条件为:

∑Fσ≥S·σb 式1

式中∑Fσ---各横向拉力之和

S---连接带的微小面积

σb---金属强度极限

从式中可以看出，切分轧制稳定生产的条件是:在产生薄且窄的连接带的同时，还得有足够大的横向张力来撕开轧件。目前采用拉应力破坏连接带的方式有辊切法和切分轮法。对比辊切法和切分轮法的轧辊孔型,可以发现他们十分类似都带有切分楔,而轮切法是将辊切轧制中只需轧辊切分的工序改为由轧辊和切分轮共同完成，增加了工艺设备的复杂程度。

采用辊切法时，切分轧制切分效果与切分楔的角度有关，而且在切分轧制中还有一个不可忽视的现象，就是切分后轧件在水平面内发生横向弯曲，切分后的试样易产生镰刀弯。这个现象说明，切分轧制是一个不均匀变形的过程。由于切分楔的存在，轧件中部连接带受切分楔相对压下大，必然造成中部纵向的延伸比两侧的纵向延伸率要大，也就是说轧件每经过一次带切分的道次，其左右两部分就会受到宽度方向上的拉应力。这种拉应力达到足以满足上述公式条件时，就不可避免的出现镰刀弯现象。为了克服切分后轧件镰刀弯造成的导向困难，最佳的方案就是轧件在切分道次加工后，保持一定厚度的连接带，使轧件保持纵向体，然后用切分轮来切开它。经过大量的实验室实验和工业试验，目前能够满足上述公式的最佳的切分方法是采用切分孔型和轮式切分导卫的组合。

3、五切分轧制技术的生产应用

3.1五切分轧制工艺

根据设备条件设计出了ɸ12 mm 规格螺纹钢筋五切分孔型，共有 18 个道次，因考虑到孔型配置的需求，12 号架轧机空过处理，ɸ12 mm 规格螺纹钢筋五切分选用 17 个道次轧制，切分轧制的最后 4 架轧机均为水平布置。为轧制出精准的扁平料型，11 号架与 13 号架设计为平辊;14 号架立式设计为整型孔型，主要为切分孔型提供精确的料型尺寸。15号架轧机采用“预切分孔”，16 号架轧机采用“切分孔”，轧件从 16 号架轧机出来后被特殊导卫采用分切法，由前后两组导轮组成，实现五线切开。钢料从一变五，再经17号架轧机压下后由18号架轧机螺纹成品架轧制成直线螺纹钢。其中在 16号与17号轧机之间17 号与18号轧机之间采用五线导槽和五线活套导引，五切分轧制孔型系统见下图 3。

3．2 五切分轧制的几个重要控制环节

3．2．1料型控制

五切分轧制对各架钢料的变化非常敏感，规格越小切分的线数越多，影响就会越明显。控制各架钢料的尺寸和及时调整因轧槽磨损而造成的尺寸变化，才能保证生产的顺利进行。根据生产实际情况，规范调整工的料型操作，要求料型尺寸高度精确，中轧料型波动不超过 0．5 mm，精轧料型不超过0．3 mm。形状要规矩，具有高对称性，料型不扭不错，要求每次换孔开轧坚持试小样制度，以确保料型的正确性。

3．2．2导卫调整和安装

五切分轧制对导卫质量的要求非常苛刻，生产统计表明，约有60%以上的轧制工艺故障是由导卫装置引起的。为了确保全线导卫安装的准确性，要求各架轧机的轧制线要对中，每架轧机的进口、轧槽出口，尤其是16号架轧机的切分出口导卫的对中; 14 号、15 号、16号 3架轧机的进出口的对中; 对各架轧机的进出口开口度也制定了严格的要求，中、粗轧控制在2 ～ 3 mm，精轧区域要严格用标准样调整，尤其是对14 号、15 号、16 号3 架轧机的进出口间隙的调整，确保 16 号架轧机切分之后的料型对称，保证 15 ～ 18 号 4 架轧机的五线轧槽的对正性。

3．2．3 轧辊装配应用及管理

为确保预切分辊、切分辊楔子的耐磨性、抗热性，重新选择轧辊的材质，同时改进了冷却水管设计布置。轧槽使用寿命得到了有效延长，料型得到有效保证。装配上，要求轧机径向刚性要高，弹跳小于 0.2 mm; 轧机轴向刚性要高，轴窜小于0.05 mm;轧机进出口横梁要牢固，横纵向位置始终如一。15～18号轧槽加工的精度要高，横向位置偏差小于0.05 mm，轧辊的端跳值、径跳值和同轴度均小于0.05 mm。

3．2．4速度调节

在生产过程中，调整工和主控台的操作工的配合非常重要。主控台的操作工掌握相应的切分基本原理，了解和掌握速度控制系统及其运行原理，有效地监视轧制控制过程，合理选择级联和非级联方式，调整轧机间的张力关系。同时规范调整工和主控台操作工的信息交流制度。

3.2.5活套控制

五切分轧制在生产中为保证成品质量，对轧件的控制就更为重要，针对切分轧制活套控制的特殊性，对活套控制信号的采集、轧机级联控制、轧件咬钢信号的采集等都做了有效改进。如: 为提高活套起套的灵敏度，在活套扫描器上安装一根气体吹扫管，并加辅助风扇吹走轧辊冷却水带来的水汽; 标定活套时，测试棒亮度适当调暗; 严格执行交接班擦拭现场检测元件的制度; 检测器安装防水罩等，从而提高了活套的灵敏度。同时，根据五切分轧制起套时的五线高度差并结合活套扫描仪工作特点，确定设定值，确保了产品的质量。

4、五切分轧制技术的应用效果

4．1提高轧机机时产量

采用五切分生产Ф12 mm 螺纹钢筋与先前的四切分相比，延伸系数小及轧制道次少，缩短总的轧制时间和部分间隔时间，因而缩短轧制时间，轧机产量提高了20% 。

4．2 节省备件降低成本

原先四切分生产 Ф12 mm 螺纹钢筋共用18个道次，五切分选用了17个道次轧制，减少了轧制道次和导卫备件，同时随着生产效率的提高，吨钢轧辊消耗也降低了，达到了降低生产成本的目的。

4．3 节约能源

由于轧制周期短，又可降低加热温度，因此明显节省了热能。同时由于五切分轧制总变形量小，因而电能消耗也少。

5、总结

切分轧制随着切分线数的增加，工艺控制难度越大。但是无论切分线数的多少，切分轧制的技术核心如下:

(1)选择合适的切分孔型系统在切分道次得到符合要求的并联轧件;

(2)通过安装在切分机架出口的专用切分导卫顺利实现并联轧件的切分，得到几根横截面相等独立的并联轧件。

(3)选择高速钢等高强度轧辊和高强度切分设备有利于提高作业率，稳定生产。

(4)生产过程保证轧件温度均匀，坯料烧透是关键，同时对于轧辊及导卫必须采用0.8MPa以上冷却水来降温，提高工件服役寿命。

某钢厂在高棒线引进五切分轧制 Ф 12 mm 螺纹钢筋技术后，经过不断改进和创新，在试用一年多后，生产逐步稳定，给公司带来了可观的经济效益。因此开发 Ф 12mm 规格螺纹钢筋五切分生产具有一定的成本竞争优势和市场竞争力。

内容来源：李玉良，钱猛，李坤，张金友，郭飞

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