蔣子龍，夏洪林，吳 豪

（張店鋼鐵總廠，山東 淄博 255007）

1 前 言

張鋼軋鋼廠100 萬(wàn)t 棒材生產(chǎn)線產(chǎn)品設(shè)計(jì)定位是φ12～φ40 mm 的帶肋鋼筋80 萬(wàn)t，φ16～φ50 mm圓鋼20萬(wàn)t。隨著煉鋼系統(tǒng)產(chǎn)能的不斷提升，軋鋼系統(tǒng)的產(chǎn)能越來(lái)越與煉鋼系統(tǒng)產(chǎn)能不相匹配。φ12 mm熱軋帶肋鋼筋的四切分軋制是軋鋼產(chǎn)量突破的一個(gè)瓶頸，突破這一瓶頸，軋鋼產(chǎn)品的種類和產(chǎn)量都會(huì)得到很大提升，才能實(shí)現(xiàn)軋鋼系統(tǒng)與煉鋼系統(tǒng)生產(chǎn)能力相匹配；應(yīng)用四線切分技術(shù)生產(chǎn)φ12 mm 熱軋帶肋鋼筋，機(jī)時(shí)產(chǎn)量可達(dá)160 t/h，成材率可達(dá)101%以上，不僅可提高作業(yè)率、成材率，還可降低制造成本，節(jié)約能耗，增強(qiáng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。為此對(duì)現(xiàn)有技術(shù)裝備進(jìn)行分析，確定開發(fā)方案，實(shí)現(xiàn)了φ12 mm熱軋帶肋鋼筋的四切分軋制。

2 生產(chǎn)工藝基本條件

切分軋制的技術(shù)關(guān)鍵在于切分設(shè)備的可靠性，孔型系統(tǒng)及孔型設(shè)計(jì)的合理性，切分后軋件形狀的正確性以及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。生產(chǎn)線主要由步進(jìn)梁式加熱爐、軋線、冷床、精整收集等組成。最大軋制線速度18 m/s。車間平面布置如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)線平面布置

從穩(wěn)定軋制及生產(chǎn)效果分析，φ12 mm 熱軋帶肋鋼筋更適合于四切分，但它對(duì)設(shè)備及工藝技術(shù)要求也非常高。φ12 mm 熱軋帶肋鋼筋四切分，國(guó)內(nèi)外精軋機(jī)組電機(jī)功率均采用1400 kW和1600 kW；步進(jìn)齒條式冷床齒節(jié)距均為100～120 mm。而張鋼軋鋼廠精軋機(jī)組電機(jī)功率是1000 kW和1200 kW；齒節(jié)距為80 mm。

3 技術(shù)方案的確定及實(shí)施

3.1 產(chǎn)品開發(fā)存在的問題

1）步進(jìn)齒條式冷床齒節(jié)距小。軋件切分成4線上冷床，軋件4線在冷床的同一齒條中，冷床的1個(gè)動(dòng)作周期同時(shí)移動(dòng)4條鋼。由于φ12 mm熱軋帶肋鋼筋軋件斷面積小，切分線條多，極易產(chǎn)生較大的4線差，出現(xiàn)疊鋼、彎鋼、拱鋼及掛鋼，在小的齒節(jié)距移動(dòng)中，相互咬合、纏繞，導(dǎo)致無(wú)法生產(chǎn)。軋件4 線在對(duì)齊輥道上對(duì)不齊，如果強(qiáng)行對(duì)齊，會(huì)造成軋件彎曲，形成亂鋼。為了保證定尺率，軋件頭部必須多切，形成較大的剪切廢品，影響成材率。

2）18H/V 成品主電機(jī)功率不足。棒材精軋機(jī)18H/V 主電機(jī)采用1200 kW 交流變頻調(diào)速電機(jī)，為了滿足電機(jī)要求，可大幅度降低精軋速度，而粗軋區(qū)速度會(huì)低于允許軋制速度的現(xiàn)象；1200 kW交流變頻調(diào)速電機(jī)，級(jí)數(shù)為6 級(jí)，基速為750 r/min，基速以下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，是恒扭矩輸出，轉(zhuǎn)速越低，功率輸出也越小。若大幅度提高成品機(jī)線速度，提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，受熱剪及冷床等設(shè)備的制約，也行不通。

3.2 技術(shù)方案確定

在目前軋制設(shè)備狀況下，要進(jìn)行φ12 mm 熱軋帶肋鋼筋四切分軋制，必須對(duì)成品軋機(jī)和冷床設(shè)備進(jìn)行改造。為確保軋制成功，設(shè)定了3套方案：

1）更換18H/V軋機(jī)的電機(jī)，加大功率，將現(xiàn)有的1200 kW的電機(jī)改為1600 kW；主電機(jī)由6級(jí)改為8級(jí)，使主電機(jī)基速由1000 r/min 改為750 r/min。如果電機(jī)基座號(hào)更改，土建也較困難。改造冷床設(shè)備，改造冷床步進(jìn)齒，齒節(jié)距改為120 mm。

2）更換18H/V軋機(jī)減速機(jī)，增加速比，提升電機(jī)轉(zhuǎn)速。改造冷床步進(jìn)齒，齒節(jié)距改為120 mm。

3）調(diào)整減速機(jī)，增加速比，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速；高精度設(shè)計(jì)孔型系統(tǒng)，保證最小4線差；小幅度改造冷床設(shè)備，確保冷床的穩(wěn)定性。

經(jīng)過分析論證，由于前2套方案投資大見效慢，生產(chǎn)實(shí)際不允許。在目前軋制設(shè)備狀況下，從第3套方案入手展開研究工作。結(jié)合實(shí)際，同時(shí)考慮與其他產(chǎn)品規(guī)格的匹配，制定出一套適合本廠四切分生產(chǎn)要求的工藝［1-2］。

3.3 方案實(shí)施

由于φ12 mm 鋼筋四切分生產(chǎn)工藝的獨(dú)特性，技術(shù)要求高，調(diào)整難度大，對(duì)溫度控制、孔型設(shè)計(jì)、料型尺寸的控制、軋制設(shè)備的要求都非常高。

1）根據(jù)鋼坯鋼種加熱制度、軋制制度、設(shè)備承受能力、產(chǎn)品性能質(zhì)量要求，確定各階段溫度：開軋溫度1030～1070 ℃；中軋控冷后溫度1020～1050℃；精軋控冷后溫度770～800 ℃。

2）中軋機(jī)組由4 架軋機(jī)軋制，壓下量分配到6架軋制，加設(shè)橢圓孔，優(yōu)化壓下量分配。為減小K6孔軋制電流，優(yōu)化了K7孔型，將K7孔由圓孔改變成橢圓孔。圓孔的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)該孔軋出的軋件能順利進(jìn)入精軋機(jī)組K6 孔，且K6 孔只需安裝滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)即可；缺點(diǎn)是軋機(jī)負(fù)荷大，軋制電流過高。為保證K7橢圓孔軋件順利進(jìn)入精軋機(jī)組K6孔，不發(fā)生對(duì)角咬入，在K6 孔入口安裝了特殊的滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)來(lái)扶持，以保證軋件平穩(wěn)咬入。K7 孔型優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 K7孔型優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)

3）預(yù)切分孔型和切分孔型采用不同等效圓設(shè)計(jì)，控制4線差。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的四切分軋制，對(duì)孔型設(shè)計(jì)的要求很高，必須保證各切分軋件的面積相等，否則難于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制。而實(shí)際生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)中間圓與邊圓軋件面積相等是很困難的。四切分軋制時(shí)，在預(yù)切分和切分孔型中，整個(gè)軋制部分變形不均勻，兩邊是自由寬展，軋件中部是強(qiáng)迫寬展和限制寬展的綜合。因此，在軋件4 個(gè)部分壓下量相同的情況下，軋件中部應(yīng)有較大的延伸，軋件兩邊由于是自由寬展，自然延伸應(yīng)小于軋件中部。由于軋件是一個(gè)整體，中部的較大延伸形成軋件兩邊的附加延伸，造成兩邊面積被拉縮，軋件切分后，兩邊的面積小于中間軋件的面積。軋件成品4線內(nèi)徑尺寸雖然相同，但縱筋尺寸有差別，線差越大，生產(chǎn)軋制越不穩(wěn)定。為了保證軋制過程穩(wěn)定，預(yù)切分孔型和切分孔型采用不同等效圓設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 不同等效圓切分孔型結(jié)構(gòu)

根據(jù)成品孔K1的名義直徑，用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法確定切分孔K3的不同等效圓直徑，再設(shè)定壁角、楔角、楔尖距、楔尖寬、輥縫等值。

在上述設(shè)計(jì)參數(shù)已定的條件下，在一定的變形區(qū)間內(nèi)和約束條件下，計(jì)算出預(yù)切分K4孔所有的軋件尺寸。中間圓由于受到附加拉伸作用面積變小，使以后的軋制不穩(wěn)定。為解決此問題，確定預(yù)切分K4孔的不同等效圓直徑，調(diào)整預(yù)切分孔邊部橢圓高度的界面，在（1.03～1.13）倍中間高度的范圍內(nèi)調(diào)高邊部橢圓高度，再按調(diào)整后的高度構(gòu)成新的預(yù)切孔不同等效圓。

4）改變精軋區(qū)精軋機(jī)組13#～18#軋機(jī)減速機(jī)的速比，提高電機(jī)轉(zhuǎn)速。把18H/V 減速機(jī)與16H/V 減速機(jī)互換，提高成品機(jī)架電機(jī)轉(zhuǎn)速。根據(jù)模擬計(jì)算，設(shè)定合理的終軋速度（14 m/s）。

5）定性扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)改為定量扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)，統(tǒng)一4 線扭轉(zhuǎn)角度，增加導(dǎo)衛(wèi)的穩(wěn)定效果。4 線切分軋件是否運(yùn)行暢通，扭轉(zhuǎn)角度的設(shè)計(jì)較為關(guān)鍵。二切分和三切分都是平面扭轉(zhuǎn)輪，扭轉(zhuǎn)角度是計(jì)算出來(lái)的，每次調(diào)整，需要長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行校正，對(duì)生產(chǎn)組織非常不利。因沒有固定的參照物，每個(gè)扭轉(zhuǎn)角度不盡相同，對(duì)軋件運(yùn)行不利，一線或二線扭轉(zhuǎn)不好，后道次軋制經(jīng)常出故障。

為避免φ12 mm四切分時(shí)出現(xiàn)由于扭力過大或過小形成的不均勻，造成堆鋼現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了梯形扭轉(zhuǎn)輪。梯形扭轉(zhuǎn)輪由兩個(gè)梯形導(dǎo)輪組成，扭轉(zhuǎn)角度設(shè)計(jì)加工好，只調(diào)整兩輪間隙。定性扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)改為定量扭轉(zhuǎn)導(dǎo)衛(wèi)，簡(jiǎn)化了調(diào)整，統(tǒng)一了4 線扭轉(zhuǎn)角度，改變了扭轉(zhuǎn)狀況。

6）采用連體4 通道喇叭口設(shè)計(jì)替換4 通道活套，保證軋件的穩(wěn)定運(yùn)行。由于軋件切分后4 通道活套通道空間狹窄，碰撞點(diǎn)多，高速行進(jìn)的4線軋件易失控，機(jī)架間堆鋼比例較高。因此，甩掉了6#、7#活套，使用連體4通道喇叭口導(dǎo)槽。

7）精軋區(qū)應(yīng)用沖擊動(dòng)態(tài)速降補(bǔ)償補(bǔ)償軋制咬入瞬間形成的速度降。當(dāng)軋件頭部進(jìn)入軋機(jī)時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)會(huì)形成瞬間的速度降。為在咬鋼瞬間維持各機(jī)架間金屬秒流量相等，以及在有活套的機(jī)架間順利形成套量，采用沖擊速降補(bǔ)償控制。沖擊速降補(bǔ)償值在咬鋼前疊加在機(jī)架速度給定值，作為咬鋼時(shí)的速度值，速降補(bǔ)償值為本機(jī)架速度的1%～2.5%。咬鋼動(dòng)態(tài)速度結(jié)束后，從給定值中撤除該補(bǔ)償值。

8）對(duì)齊輥道主動(dòng)輥電機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速，解決軋件的冷床對(duì)齊問題。對(duì)齊輥道電機(jī)變頻改造，對(duì)齊輥道主動(dòng)輥電機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速，控制軋件對(duì)齊過程中的撞擊力和輸送力；對(duì)齊輥道的U 型槽由80 mm加寬到90 mm，放松軋件在輸送過程中的約束力。解決了對(duì)齊過程中的拱鋼、亂鋼和對(duì)不齊的問題。

4 實(shí)踐效果

經(jīng)過周密組織，2012年2月7日，試軋HRB400、φ12 mm熱軋帶肋鋼筋1382 t。根據(jù)試驗(yàn)跟蹤及取樣測(cè)量結(jié)果，產(chǎn)品全部合格下線，設(shè)備數(shù)據(jù)一切正常，各孔咬入順利。成品幾何尺寸波動(dòng)在標(biāo)準(zhǔn)（GB 1499.2—2007）范圍內(nèi)（見表1）；力學(xué)性能各項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目也在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)（見表2）。

表1 φ12 mm熱軋帶肋鋼筋外形尺寸及重量偏差

表2 φ12 mm熱軋帶肋鋼筋力學(xué)性能

2012年2—8 月累計(jì)生產(chǎn)φ12 mm 熱軋帶肋鋼筋6.9653 萬(wàn)t，合格率達(dá)到99.86%，成材率達(dá)到101.4%，噸鋼電耗58 kW·h，噸鋼煤氣消耗362 m3。

5 結(jié)束語(yǔ)

此次四切分軋制的成功，既均衡了不同規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)能力，又大幅度提高了軋制小規(guī)格產(chǎn)品的機(jī)時(shí)產(chǎn)量，匹配了軋鋼與煉鋼的產(chǎn)能。采用切分軋制，縮短了軋件長(zhǎng)度，從而縮短了軋制周期，提高了軋機(jī)生產(chǎn)率，使鋼筋產(chǎn)能大幅度提高。φ12 mm 熱軋帶肋鋼筋四切分軋制的開發(fā)實(shí)踐，方案選擇合理，投資少，見效快，適應(yīng)目前的實(shí)際情況，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和一定的社會(huì)效益。

四切分軋制工藝技術(shù)是目前提高小規(guī)格產(chǎn)品產(chǎn)量的一種有效途徑。但由于四切分軋制對(duì)生產(chǎn)工藝、軋制設(shè)備、各點(diǎn)控制的精細(xì)化要求高等，在生產(chǎn)過程中應(yīng)充分考慮每一個(gè)細(xì)節(jié)，才能達(dá)到理想的軋制效果。

［1］趙松筠.型鋼孔型設(shè)計(jì)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

［2］小型型鋼連軋生產(chǎn)工藝與設(shè)備編寫組.小型型鋼連軋生產(chǎn)工藝與設(shè)備［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.