彭定軍 馮仁杰
(中鋼設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)部/產(chǎn)品監(jiān)造部 北京100080)
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大規(guī)格圓棒生產(chǎn)線裝爐加熱及粗軋開(kāi)坯防倒鋼研究
彭定軍①馮仁杰
(中鋼設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)部/產(chǎn)品監(jiān)造部 北京100080)
結(jié)合三家大圓棒生產(chǎn)線(簡(jiǎn)稱XC、DY、HY)及五家大圓棒生產(chǎn)線(簡(jiǎn)稱XT、BG、DL、WX、SJZ)和某新建大圓棒生產(chǎn)線(簡(jiǎn)稱RC)情況,對(duì)大規(guī)格優(yōu)特鋼圓棒生產(chǎn)線裝爐加熱制度和可逆粗軋開(kāi)坯軋機(jī)防倒鋼措施作了相應(yīng)探討。
優(yōu)特鋼大圓棒 坯料選擇 裝爐加熱制度 孔型系統(tǒng)及軋制規(guī)程 開(kāi)坯防倒鋼措施
先進(jìn)裝備制造業(yè)不僅對(duì)優(yōu)特鋼大圓棒內(nèi)部性能要求越來(lái)越高,而且對(duì)尺寸精度和表面質(zhì)量要求也越來(lái)越高,這不僅要求連鑄坯具有優(yōu)良的潔凈度和成份均勻性、軋機(jī)具有良好的性能及大壓下量的開(kāi)坯,而且要從鋼坯的合理加熱和高溫?cái)U(kuò)散、粗軋可逆開(kāi)坯軋制的穩(wěn)定性(孔型系統(tǒng)、軋制規(guī)程及導(dǎo)衛(wèi)方面)等方面做好優(yōu)化,以確保產(chǎn)品的尺寸精度和表面質(zhì)量。
從坯料選擇及裝爐加熱制度、粗軋開(kāi)坯孔型系統(tǒng)及軋制規(guī)程兩方面進(jìn)行探討及實(shí)例介紹。RC大圓棒生產(chǎn)線采用在主軋跨布置牌坊開(kāi)坯軋機(jī)加無(wú)牌坊連軋機(jī)的半連軋方式,軋線設(shè)計(jì)年產(chǎn)量100萬(wàn)噸,主要鋼種為軸承鋼、齒輪鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、管坯鋼、優(yōu)碳鋼及錨鏈鋼等,面向汽車、石油、鍋爐及工程等行業(yè)。產(chǎn)品規(guī)格Ф45~220mm直條圓鋼棒材,定尺長(zhǎng)度4~12m,捆重2000~5000kg(直條捆狀交貨),最大軋制速度~5m/s。
2.1 坯料選擇
目前國(guó)內(nèi)各廠家所用連鑄坯大部分采用矩形坯,少數(shù)采用圓坯。矩形坯由于其斷面為矩形,自身始終處于穩(wěn)定狀態(tài),不易發(fā)生傾翻和滑動(dòng),便于軋制和輸送,因此受到各廠家的青睞。圓坯則是目前正在興起的一種坯料形式,由于其在凝固冷卻過(guò)程中溫度場(chǎng)比較均勻,斷面各點(diǎn)的組織狀態(tài)均處于對(duì)稱分布狀態(tài),因此也得到了一些廠家的應(yīng)用,但由于圓坯自身的凝固特點(diǎn),如何把夾雜物均勻分布在材料斷面的不同區(qū)域,是目前連鑄技術(shù)需要解決的問(wèn)題[1]。早期20世紀(jì)80年代以前建設(shè)的用于合金鋼開(kāi)坯的軋機(jī)完全以鋼錠為原料;近些年改造或新建的開(kāi)坯機(jī)(如XC、XT、HY),主要以大斷面的方坯、矩形坯或圓坯為原料,少數(shù)廠家(如BG、DY、DL)在用連鑄坯為原料的同時(shí),還用一部分鋼錠[2]。
從鋼坯銷售的市場(chǎng)考慮及RC廠區(qū)自身軋鋼系統(tǒng)鋼坯的適應(yīng)性出發(fā),此生產(chǎn)線經(jīng)論證后決定采用圓坯。從軋制角度講,保證產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量主要是保證產(chǎn)品的壓縮比,不同鋼種最低壓縮比的要求不同,選擇坯料時(shí)即要考慮滿足壓縮比的要求,本生產(chǎn)線定位軸承鋼、齒輪用鋼等高附加值產(chǎn)品,工藝水平高而且覆蓋面廣,需采用高倍壓縮比來(lái)保證產(chǎn)品的使用性能,如生產(chǎn)Ф110mm軸承鋼時(shí)壓縮比≥15(作為套圈使用時(shí)),生產(chǎn)Ф140mm齒輪鋼時(shí)壓縮比≥10,經(jīng)計(jì)算后使用煉鋼連鑄Ф450mm斷面圓坯。
2.2 裝爐加熱制度
鋼坯加熱的目的不僅是為了提高鋼的韌性、降低變形抗力以滿足軋制需求,還要起到改善鋼坯表面裂紋及內(nèi)部組織和性能的作用,通過(guò)高溫加熱的擴(kuò)散作用使組織均化,消除疏松及成份偏析,因此合理的裝爐加熱制度是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低耗的首要條件。合金鋼冷裝時(shí),需升溫速度慢、保溫時(shí)間長(zhǎng),一般情況下,加熱產(chǎn)量比普通鋼種低20%~30%。特別是軸承鋼,為使其枝狀晶內(nèi)的碳化鉻均勻化,高溫?cái)U(kuò)散加熱溫度高、時(shí)間長(zhǎng)、加熱爐的小時(shí)產(chǎn)量至少比普通鋼種降低50%。實(shí)踐表明常規(guī)軸承鋼連鑄坯冷裝時(shí)如加熱速度過(guò)快,容易引起坯料斷裂或軋制時(shí)產(chǎn)生橫向開(kāi)裂,故一般在600℃以下時(shí),要進(jìn)行緩慢加熱,即降低加熱速度,當(dāng)加熱到較高溫度時(shí)(700℃以上),此時(shí)塑性提高,便可快速加熱,提高加熱速度以便提高產(chǎn)能,同時(shí)還可減少氧化和脫碳,防止晶粒度過(guò)大等缺陷??傊?,裝爐加熱制度必須充分考慮軸承鋼的特殊要求。
針對(duì)上述情況,RC大棒軋線采用“加熱爐+保溫爐(預(yù)熱爐)”的裝爐及加熱方式。通常情況下,熱送連鑄坯通過(guò)入爐輥道實(shí)現(xiàn)熱裝,入爐輥道一側(cè)設(shè)置鋼坯上料兼卸料臺(tái)架,另一側(cè)還設(shè)置1座鋼坯保溫爐(預(yù)熱爐),當(dāng)熱送的連鑄坯暫時(shí)有富余時(shí),可將其從保溫爐爐一端托入進(jìn)行保溫緩沖,最晚在該爐次輸送結(jié)束前,將其托出隨該爐次正常進(jìn)入加熱爐。在保溫爐中的坯料輸出時(shí),上游熱送的連鑄坯可利用鋼坯上料兼卸料臺(tái)架卸下暫時(shí)堆放。另外,常規(guī)冷坯通過(guò)上料兼卸料臺(tái)架步進(jìn)機(jī)構(gòu)逐支放到入爐輥道,輸送到加熱爐實(shí)現(xiàn)冷裝;對(duì)于堆冷至室溫的個(gè)別敏感性鋼種的冷坯,如軸承鋼或彈簧鋼等,為保證高溫?cái)U(kuò)散時(shí)間及小時(shí)產(chǎn)能要求,則通過(guò)保溫爐(預(yù)熱爐)另一端入爐輥道側(cè)上料臺(tái)架步進(jìn)機(jī)構(gòu)逐支放到入爐輥道,輸送到保溫爐(預(yù)熱爐)實(shí)現(xiàn)冷裝,冷坯被快速預(yù)熱到500~650℃后,保溫爐步進(jìn)機(jī)構(gòu)將其逐支托到加熱爐入爐輥道,最終輸送到加熱爐實(shí)現(xiàn)熱裝。為配合上述缺陷敏感性鋼種的堆冷,在坯料跨鋼坯上料兼卸料臺(tái)架旁設(shè)置了連鑄坯緩冷坑,具備存儲(chǔ)幾個(gè)爐號(hào)的連鑄坯的能力,可將鋼坯在800℃持續(xù)保溫,緩冷坑的長(zhǎng)×寬×深為8.5×3.2×2m,數(shù)量8個(gè),每個(gè)緩冷坑可裝載一個(gè)爐號(hào)(或約150t)連鑄坯,對(duì)高品質(zhì)下線連鑄坯進(jìn)行緩冷,以減輕冷卻過(guò)程出現(xiàn)的缺陷。
另外有最新研究表明,生產(chǎn)軸承鋼時(shí),只要在連鑄時(shí)采用二次電磁攪拌、輕壓下等技術(shù),能分別減輕成分偏析、消除中心疏松,使碳化物充分均勻和破碎,從而在開(kāi)坯加熱時(shí),無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間高溫?cái)U(kuò)散加熱,采用普通的加熱工藝即可[2]。
近年新建的開(kāi)坯機(jī)多是單機(jī)架,主要有Φ850mm、Φ1000mm兩種規(guī)格,半連軋采用Φ850mm開(kāi)坯機(jī)加6~8架連軋機(jī),圓鋼和管坯產(chǎn)品主要有Φ50~180mm;或采用Φ1000mm開(kāi)坯機(jī)加6~8架連軋機(jī),圓鋼和管坯產(chǎn)品主要有Φ90~300mm。某新建的RC生產(chǎn)線產(chǎn)品規(guī)格Ф45~220mm,跨度較大,粗軋中間坯斷面的需求數(shù)較多,進(jìn)而開(kāi)坯系統(tǒng)所選的孔型數(shù)和粗軋輥輥身長(zhǎng)度需求量也較大,故采用Φ950mm開(kāi)坯機(jī)加12架連軋機(jī),鋼坯出爐后進(jìn)入粗軋機(jī)進(jìn)行9~13道次往復(fù)軋制(根據(jù)鋼種變形抗力大小可靈活選定),采用機(jī)前翻鋼的軋制工藝。
生產(chǎn)中小規(guī)格圓棒時(shí),粗軋開(kāi)坯機(jī)將圓坯軋制成方坯190×190mm2斷面的中間方坯,生產(chǎn)較大規(guī)格圓棒時(shí),粗軋開(kāi)坯機(jī)將圓坯軋制成方坯200×200~260×260mm2斷面的中間方坯。由于中間方坯種類較多,所以配置有6個(gè)孔槽(見(jiàn)圖1),第1、2和3孔槽充分考慮了前6個(gè)道次軋件的斷面尺寸,第4、5和6孔槽充分考慮了中間方坯斷面的需求數(shù)及中間坯的尺寸,上述粗軋開(kāi)坯系統(tǒng)所選用的孔槽數(shù)量盡量精簡(jiǎn),進(jìn)而使得粗軋輥輥身長(zhǎng)度需求量少,輥身剩余空間可用來(lái)布置備用孔槽。合理的孔型系統(tǒng)及軋制規(guī)程是粗軋開(kāi)坯過(guò)程中軋件不易出現(xiàn)倒鋼、扭轉(zhuǎn)等情況的前提,另外還需輔以必要的防倒鋼措施。
圖1 RC生產(chǎn)線粗軋開(kāi)坯機(jī)配輥圖
倒鋼是大壓下量開(kāi)坯軋制的普遍難題,特別是使用圓坯的情況下,更容易倒鋼。圓坯在首道次(或未翻鋼情況下軋制兩道次)軋制后,軋件截面呈鼓形,由于鼓形圓弧邊立起來(lái)不穩(wěn)定,通常情況下可在推床的倚靠下順利實(shí)現(xiàn)翻鋼,并使用推床靜態(tài)夾持但存在局限性,在軋制過(guò)程中,軋件不穩(wěn)定的狀態(tài)還是會(huì)明顯暴露出來(lái),極易發(fā)生扭轉(zhuǎn)或倒鋼,輕的情況是先有輕微的扭轉(zhuǎn),隨著軋制的往復(fù)進(jìn)行,扭轉(zhuǎn)越來(lái)越顯著,最終倒鋼,情況嚴(yán)重時(shí)立即倒鋼。另外,開(kāi)坯軋制孔型系統(tǒng)或軋制規(guī)程的局部不精確、鋼坯加熱的不均透都增加了軋制時(shí)的不穩(wěn)定型。結(jié)合RC試生產(chǎn)階段的跟蹤情況,就開(kāi)坯軋制防倒鋼措施方面作如下實(shí)例列舉及總結(jié):
1)制定完善的開(kāi)坯軋制規(guī)程,合理分配各道次壓下量,才能防止因軋件變形不均勻引起的扭轉(zhuǎn)。試生產(chǎn)軋制Φ400mm→方坯190×190mm2中間坯時(shí),在不改變槽深及側(cè)壁傾角情況下,首先采用11道次軋制,但效果較差,倒鋼比例較高,現(xiàn)場(chǎng)分析后首先從軋制規(guī)程中軋件通過(guò)孔槽的“1~6”次序進(jìn)行調(diào)整,倒鋼比例略有下降,但仍偏高;于是改從壓下量分配上進(jìn)行調(diào)整,嘗試采用13道次和15道次軋制。綜合軋件通過(guò)孔槽次序和道次壓下量?jī)煞矫娴男拚?,最終確定效果明顯改觀的13道次軋制規(guī)程;
2)優(yōu)化孔型系統(tǒng),特別是針對(duì)粗軋開(kāi)坯機(jī)前翻鋼后第三道次前圓弧截面軋件,設(shè)計(jì)具備合理孔槽深度和側(cè)壁傾角的箱型孔,才能使軋件受到良好的夾持作用,有效防止倒鋼。正式投產(chǎn)約三個(gè)月后,結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累和理論分析,在將原設(shè)計(jì)“1~6”孔槽深度相應(yīng)增大5~30mm不等、側(cè)壁傾角減小約10°后,很快實(shí)現(xiàn)了將之前Φ400mm→方坯190×190mm2穩(wěn)定軋制的13道次的軋制規(guī)程簡(jiǎn)化為軋制9道次;在連鑄坯斷面由Φ400mm增大至Φ450mm后,Φ450mm→方坯190×190mm2也實(shí)現(xiàn)了11道次軋制,目前兩者合計(jì)的穩(wěn)定過(guò)鋼量已達(dá)萬(wàn)噸;
3)推床推鋼面設(shè)置自由側(cè)立輥,并在咬鋼、穩(wěn)定軋制和拋鋼階段實(shí)施動(dòng)態(tài)側(cè)壓力,對(duì)軋件始終保持有效引導(dǎo)及夾持,見(jiàn)圖1。粗軋開(kāi)坯機(jī)導(dǎo)衛(wèi)原始設(shè)計(jì)為固定式,下導(dǎo)板和下衛(wèi)板為固定組合式,即7塊導(dǎo)板與衛(wèi)板為整體鑄造而成,形成與粗軋配輥相對(duì)應(yīng)的6個(gè)通道,見(jiàn)圖2。
圖2 固定組合式導(dǎo)衛(wèi)
圖3 分體組合式導(dǎo)衛(wèi)
在固定組合式導(dǎo)衛(wèi)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)深入討論后作出部分調(diào)整,改為下導(dǎo)板和下衛(wèi)板分體組合式,即取消原固定在衛(wèi)板上的7塊導(dǎo)板,而采用可拆卸的導(dǎo)板系統(tǒng),在機(jī)前和機(jī)后推床端部(靠近軋機(jī)側(cè))焊接舌形延伸導(dǎo)板,實(shí)現(xiàn)軋件隨推床/下導(dǎo)板系統(tǒng)同步移動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)導(dǎo)入,見(jiàn)圖3和4。
圖4 分體式下導(dǎo)板
在上述型式的導(dǎo)衛(wèi)情況下,粗軋順利投產(chǎn),現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景見(jiàn)圖5和6,但在后續(xù)試生產(chǎn)過(guò)程中反映出導(dǎo)板強(qiáng)度不足的情況。
圖5 固定組合式導(dǎo)衛(wèi)實(shí)景
圖6 固定組合式導(dǎo)衛(wèi)實(shí)景
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算,重新設(shè)計(jì)了下導(dǎo)板,加高加厚了舌形延伸導(dǎo)板,同時(shí)取消了粗軋上導(dǎo)衛(wèi),見(jiàn)圖7和圖8。
加固后的下導(dǎo)板與推床端部推板高度基本達(dá)到平齊,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景見(jiàn)圖9和10。
在咬鋼階段,推床/下導(dǎo)板系統(tǒng)對(duì)軋件施加較小的側(cè)壓力,保證順利咬鋼;穩(wěn)定軋制階段,保持相對(duì)較大的側(cè)壓力并鎖定;臨近拋鋼階段,則需降低側(cè)壓力,以避免推床靠近軋機(jī)端偏載造成“八字形”永久變形,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景見(jiàn)圖11。
圖7 分體組合式導(dǎo)衛(wèi)
圖8 分體式下導(dǎo)板
圖9 固定組合式導(dǎo)衛(wèi)實(shí)景
圖10 固定組合式導(dǎo)衛(wèi)實(shí)景
圖11 推床引導(dǎo)及夾持軋件實(shí)景
1)大規(guī)格連鑄坯通過(guò)熱送熱裝和冷裝兩種方式送進(jìn)加熱爐,以鋼種按不同要求采取不同的加熱制度加熱至開(kāi)軋溫度,出爐后被送往粗軋二輥可逆開(kāi)坯機(jī)往復(fù)軋制,為優(yōu)特鋼大圓棒連軋階段提供多品種、多規(guī)格的中間坯料,此主體裝爐加熱制度及半連軋工藝流程,是目前先進(jìn)、靈活的生產(chǎn)技術(shù)。
2)RC生產(chǎn)線在粗軋孔型系統(tǒng)及軋制規(guī)程優(yōu)化的基礎(chǔ)上,注重往復(fù)軋制過(guò)程中的引導(dǎo)及夾持環(huán)節(jié),軋件在軋制過(guò)程中變形均勻,變形滲透性好,孔槽對(duì)軋件側(cè)壁的扶持性好,軋件不易出現(xiàn)倒鋼、扭轉(zhuǎn)等情況,保證了合格的中間方坯的生產(chǎn),最終輸送至連軋機(jī)組生產(chǎn)出優(yōu)良內(nèi)部性能、外形尺寸和表面質(zhì)量的圓鋼,以滿足市場(chǎng)需求,目前該工程已經(jīng)順利投產(chǎn),正在達(dá)產(chǎn)中,車間生產(chǎn)工藝和裝備成熟可靠,達(dá)到先進(jìn)水平,主要特點(diǎn)如下:
(1)采用Φ450mm大斷面圓坯,最小成品規(guī)格Φ45mm,產(chǎn)品壓縮比大、組織均勻;產(chǎn)品規(guī)格Φ45~220mm范圍大,生產(chǎn)線具有廣泛的適用性;
(2)爐區(qū)采用“加熱爐+保溫爐(預(yù)熱爐)”的裝爐及加熱方式, 軋線采用Φ950mm粗軋二輥可逆軋機(jī)加連軋機(jī)的半連軋技術(shù),可靈活適應(yīng)多品種、多規(guī)格的生產(chǎn)要求。
[1]徐旭東,滕濤.關(guān)于大棒材粗軋開(kāi)坯軋制工藝的研究[A].第八屆(2011)中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集[C].北京:冶金工業(yè)出版社,2011.
[2]李新林,彭兆豐.我國(guó)長(zhǎng)材軋制技術(shù)與裝備的發(fā)展[J].軋鋼,2011(5):33-40.
Research on Charging & Heating and Rough Rolling Billet Anti-tipping Measures of the Big Round Bar Production Line
Peng Dingjun Feng Renjie
(Engineering Department & Product Supervising Department of SINOSTEEL Equipment & Engineering Co., Ltd. ,Beijing 100080)
Combined with conditions of three big round bar production line with the actual investigation, five big round bar production line with theoretical understanding and a certain new big round bar production line, Corresponding researches have been made on charging & heating system and rough rolling anti-tipping measures of high-quality & special steel big round bar production line.
High-quality & special steel big round bar Billet selection Charging & heating system Pass & rolling schedule Rough-rolling anti-tipping measures
彭定軍,男,1979年出生,2006年畢業(yè)于北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料加工工程,碩士,工程師,一直從事軋鋼工藝設(shè)計(jì)、工廠設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)
TG335
B
10.3969/j.issn.1001-1269.2014.01.019
2013-11-04)