高速轧机线材生产

1、 线材生产的主要工艺装备手段：全连轧高速无扭线材轧机和控制冷却技术。 2、 高速线材轧机：美国摩根公司的侧交45度；英国阿希洛公司的顶交45度；德国德马克公司的侧交15度/75度；意大利达涅利公司的平立交替高速线材轧机。 高速线材轧机的发展 1.1线材轧机的发展与高速线材轧机的诞生 A、横列式、半连续式、连续式、高速轧机 B、二战结束时具有代表性的连续轧机：美国摩根公司为代表研制的精轧机组集体传动的二辊水平式轧机，德国施罗曼公司为代表研制的精轧机组单独驱动的平立交替式轧机，前者进行多线轧制时，椭圆轧件进入下一道必须扭转翻钢，最初为6架次，轧制速度为25.5m/s，当进一步提高速度是，首先受到进入精轧机活套的速度限制，当活套出口速度太高时甩尾、打结的故障频繁，后来改为8架次，速度提高到35m/s，活套入口速度则有14.1m/s降到13.8m/s，并且活套轧件的断面增大了，降低活套事故。后者避免了扭转而且实现了单线轧制，但电机传动的速度精度低，不能控制在1%以内，达不到齿轮传动时相临轧机速比绝对不变的水平，结构高大，轧机高速运转震动大，速度不如前者，设备费用较前者贵近一倍，产品尺寸精度提高了20%，速度基本相同。 C、线材断面尺寸精度达到正负0.3mm时，若再提高精度对于低碳钢丝的拉拔就毫无意义了。 D、张力是造成线材同条尺寸差的主要原因之一。轧件在未进入下一架之前，和后尾脱开前一架之后，头尾都建立不了张力，与中间有张力段比较头尾尺寸大。理想的办法是无张力轧制，但在高速轧制的情况下，细小轧件的活套控制很难。如采用微张力轧制再尽可能缩短轧机间距，则能将张力的危害减到最小。实现微张力轧制必须提高传动精度，只有机组集体传动能达到这种要求。 1.2高速线材轧机的发展 1.2.1高速线材轧机机型 高速轧机：一般是最大轧制速度高于40m/s的轧机。 特点：高速、单线、无扭、微张力、组合结构、碳化钨辊环和自动化，产品特点是盘重大、精度高、质量好。 机型：按轧辊分：大辊径（∮250-∮290），小辊径（∮152-∮210）；按轧辊中心线相对于地面布置的角度分：15度/75度，45度，平立交替二辊式；按轧机支撑状况分：双支点（三辊式和框架式），悬臂式。其中45度按轧机间轧辊交汇位置不同又分侧交和顶交，按传动方式又分为外齿轮和内齿轮（克虏伯型）。 1.2.2高速线材轧机的发展与成熟 1.2.2.1轧制速度的发展 提高轧制速度的目的是提高产量，增加盘重。 1.2.2.2坯重与盘重 成品轧制速度为43m/s时，盘重通常为600Kg左右，50—75m/s时，盘重1000—2000Kg，个别甚至能达到2500Kg。 增加盘重就必须增加坯重，即增加坯料长度或增大坯料的断面。 1.2.2.3品种与质量 1、∮5.5—∮13mm，∮14—∮18mm，∮22mm，∮30—∮40mm，∮44—∮60mm， 2、碳素结构钢、碳素钢筋钢、优质碳素结构钢、焊条用钢、碳素弹簧钢、碳素工具钢等非合金钢，低碳合金钢及合金结构钢、合金弹簧钢、滚珠轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐蚀和耐热等合金钢，主要是非合金钢和低碳钢。 3、产品质量：外形、尺寸精度、表面质量、化学成分、金相组织、力学性能 4、∮5.5尺寸精度可达正负0.1mm，个别能达到正负0.05mm，表面不得有裂缝、折叠、结疤、夹层，允许有轻微的划痕，含碳量在0.3%以上的线材，应严格控制表面脱碳，否则表面变软，疲劳强度降低 5、单线无扭轧制，完善的孔型系统、合理的延伸分配、滚动导卫装置、避免线材产生折叠、耳子和划痕等缺陷，轧出线材采用快速水冷和散卷控制冷却新工艺，使线材表面形成薄和易于清除的二次氧化铁皮及轻微的二次脱碳层。轧制的冷却对金相组织和力学性能有着重要的影响。 1.2.2.4主轧机机型 粗轧：摆锻式轧机、三辊行星轧机（PSW）、三辊式Y型轧机、45度轧机、平立交替二辊轧机、紧凑式二辊轧机、水平二辊式粗轧机。 中精轧：三辊式Y型、45度无扭、水平二辊式、双支点平立交替无扭、悬臂平立交替无扭。 1.2.2.5控制与自动化 1、不采用计算机控制的常规控制系统 2、常规自动控加计算机进行部分或大部分控制的自动控制系统。 1.2.2.6现代高速轧机技术的新发展 1、无扭精轧机组改进：A、降低机组重心，降低传动轴高速，减少机组的震动，B、强化轧机，增加精轧机组的大辊径轧机数量，C、改进轧机调整性能。 2、采用控温轧制与低温轧制。当速度低于75m/s是基本上采用轧后控冷工艺，当速度达到75m/s时，为了保证终轧温度，不得不在精轧机前设水冷箱，当轧制速度进一步提高时在精轧机各架间也增设了冷却喷嘴，这一措施能有效地降低终轧温度，从而减少了水冷段的事故。当轧制速度大于10m/s时，轧件是升温的，由于轧件温升随轧制速度的提高而增快，为了保证终轧的温度，保证轧件在各机座按要求的组织状态加工，轧速提高后强制水冷区有扩大到中轧的趋向，以实现中轧机在950度以下的Y相非再结晶区对轧件进行变形量不小于70%的轧制，以获得小晶粒的产品。开轧温度太高对实现中轧机的细化晶粒的控温轧制非常不利。所以进一步发展了低温轧制，将开轧温度降到950度，这样会增加轧制能耗，但可以节省燃料消耗。由于加热节能大于电耗的增加故低温轧制仍为节能措施，低温轧制还可以减少加热时产生的氧化铁皮、并可以改变氧化铁皮中FeO、Fe2O3、Fe3O4的比例，使氧化铁皮容易脱落，有利于改善线材表面质量，最主要的是控制加热温度使Y晶粒不过分粗大，并可以实现精轧在Ar3与Ar1之间的双相区终轧，获得细小的铁素体晶粒，从而实现全过程的控轧。 3、提高产品精度：减少轧制张力、提高轧机精度、减少扭转、改善导卫。 1.2.3高速轧机线材生产的建设 摩根、德马克、阿希洛、达涅利、摩哥斯哈玛 高速线材轧机生产的工艺及平面布置 2.1高速轧机线材生产工艺 2.1.1高速线材轧机的产品及原料 2.1.1.1产品 1、一些带有盘条作业的高速轧机还生产直径为20—60mm的盘条。在产品品种上，不但能生产碳素结构钢盘条，还能生产几乎所有钢种的盘条，除生产圆断面光面盘条外，还能生产相应的螺纹盘条，边长为5—16mm的方断面和内切圆直径为5—16mm的六角盘条。 2、高速线材轧机以其精确的孔型设计，合理的张力及活套控制，单线无扭高速连续轧制方式，以及足够的轧机钢性结构和耐磨的轧辊材质，保证了产品具有普通轧机所难以保持的断面尺寸精度。通常产品断面尺寸精度能达到正负0.1mm（对∮5.5—8mm）及正负0.2mm（对∮9—16mm），断面不圆度不大于断面尺寸总偏差的80%。近年来又出现了成圈前的规圆设备，能把断面尺寸偏差控制到正负0.05mm。但尽管高速线材轧机能够生产高精度的产品，由于社会需求的线材并不要求有这样高的断面尺寸精度，实际生产中为合理使用轧辊轧槽和分别满足各种断面尺寸精度的需要，通常把产品断面尺寸精度控制在正负0.1mm—正负0.3mm。 3、目前普遍同根线材抗拉强度波动不大于正负2.5%，同牌号抗拉强度波动不大于正负4%。 2.1.1.2原料 1、普遍采用(120mm×120mm)—(160mm×160mm)，长度6—24m 2、钢坯断面尺寸的确定必须考虑下列因素：A，在全连续轧制的条件下保持各轧制道次的金属秒流量相等，第一架轧机轧出速度不低于0.1m/s，或第一架轧机轧入速度不低于0.07m/s，否则由于轧制速度过低，轧件与轧辊在变形区接触时间过长，轧辊急剧升温，而转过变形区后遇冷却水急剧降温，轧辊产生热应力将导致轧槽金属疲劳龟裂甚至掉块。 轧制速度、盘重、坯料断面是高速线材轧机的三个相关的基本工艺参数。在连续式线材轧机中，当第一架轧制速度不低于0.1m/s时，在成品规格与轧制速度确定后，最大原料断面就已经由总延伸系数确定。下面是不同产品、坯料的总延伸系数。 产品直径 坯料断面面积，mm2 200×200 150×150 145×145 140×140 136×136 130×130 125×125 120×120 110×110 90×90 ∮5 2037 1146 1071 999 942 860 800 735 615 412 ∮5.5 1684 950 884 824 778 710 660 607 510 340 ∮6 1415 790 744 695 654 600 550 510 427 286 ∮6.5 1205 680 632 590 557 510 472 435 365 242 ∮7 1039 580 546 512 481 440 406 374 314 210 ∮8 796 427 418 390 368 336 311 286 240 161 ∮9 629 353 330 309 291 266 246 226 190 127 ∮10 509 286 268 250 236 215 198 183 154 103 ∮11 421 236 221 206 195 177 164 151 127 85 ∮12 354 198 186 173 164 149 138 127 107 71 ∮13 301 170 158 148 139 127 118 109 91 61                       B，在非连续式轧机中，轧件进入精轧机前的温度及进口精轧机的头尾温差，是选择坯料所必须考虑的条件。过多穿梭轧制和小轧件的大活套都是不可取的。 C，当碳素结构钢及低碳合金钢连铸坯断面小于120mm×120mm时，连铸的拉速过快，拉漏率增高，而且连铸坯的中心非金属夹杂周期性偏析严重，当优质碳素钢及低碳合金钢连铸坯断面小于150mm×150mm时，无法实现封闭式浇注，钢流暴露在空气中产生二次氧化，化学成分稳定性差。 2.1.2高速轧机线材生产的工艺特点 2.1.2.1高速线材轧机的高速轧制 1、在工艺上保证高速的主要条件是原料质量、轧件精度、轧件温度。高精度、高质量的轧件是保证不产生轧制故障的最根本条件。通常应保证进入精轧机的轧件偏差不大于正负0.3mm。当成品精度小于正负0.15mm是，进口精轧的轧件偏差不应大于成品尺寸偏差的2倍。轧件偏差值是指轧件全长（包括头尾），特别是头部的最大偏差。头部不良引起的故障多。要保证轧件精度，必须严格控制钢坯尺寸精度。钢坯尺寸的波动会影响轧件尺寸及机座间的张力，特别对粗轧前几道次影响较大。为此近几年粗轧机组都采用单独传动，以便及时灵活地调节轧制速度，保证微张力轧制。轧件温度也是影响高速轧制的重要因素，要保证轧件精度，必须保证轧件温度均匀稳定，所以要求加热温度均匀、控冷设施灵敏。 2、轧机的工装导卫是工艺的重要保证。导卫的精度与轧件头部的质量关系很大，要保证轧件头部的尺寸及形状必须从导卫入手。 3、轧机间的张力对轧件精度影响极大，应尽可能实现无张力和微张力轧制。在预精轧必须实现无张力，在中轧和粗轧通常认为设置3个活套即可。这要看粗、中轧的控制水平。如果各道次张力都不大，活套少些也足以保证轧件精度。 4、椭圆——立椭，椭圆——圆孔型系统消差作用很好，所以近几年粗、中轧也尽可能地采用椭圆——圆孔型系统。 2.1.2.2控轧及轧后控制冷却 1、高速度轧制必须实行控轧，这是人们对高线的又一认识。轧件在高速轧机精轧机组的总延伸系数约为10，轧件出口速度如达140m/s，其进口速度也不过14m/s左右。14m/s——16m/s仍属低速范围，通常小型轧机轧制速度达18m/s。高速轧机精轧以前都是低速轧机。但是当轧制速度达到10m/s时轧温度不再下降，超过10m/s时轧件温度升高。高速轧机多道次逐次升温给生产工艺造成重大影响。当轧制速度超过75m/s时，由于成品温度高，水冷段事故增多。轧制速度过高还会出现水冷段的冷却达不到控冷要求。所以在精轧前增加水冷箱，甚至全线增加水冷，实现控轧，降低开轧温度实行低温轧制。轧制中的大幅度降温与低温开轧温度，为在轧制过程中实现控制中、低碳钢线材的金相组织创造了非常有利的条件，开轧温度低，奥氏体晶粒小，还可使部分道次在未再结晶区轧制。低温轧制又是节能措施。控轧既是高速轧机的客观要求，又是它突出优点和特点。低温轧制目前实行得不多，主要受原来轧机强度和电机能力的限制。