黃韶堅(jiān)

（寶武集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司，廣東韶關(guān) 512123）

0 引言

某鋼廠棒材生產(chǎn)線是2012 年投產(chǎn)的進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)組合式設(shè)備，設(shè)計(jì)產(chǎn)能60 萬(wàn)噸/年。后經(jīng)過(guò)電控改造和冷床的裙板上鋼系統(tǒng)等改造成為80 萬(wàn)噸/年的平臺(tái)。而后設(shè)備故障高，電機(jī)、減速機(jī)等故障頻發(fā)，而一臺(tái)減速機(jī)故障處理時(shí)間10～32 h 不等，燒一臺(tái)電機(jī)4～6 h。2016 開(kāi)始完善設(shè)備點(diǎn)檢定修制管理，對(duì)短板設(shè)備進(jìn)行攻關(guān)、技術(shù)改進(jìn)等措施使設(shè)備故障逐年降低，如2#、4#、6#、10#減速機(jī)擴(kuò)容改造；12#、14#減速機(jī)二級(jí)軸齒輪軸徑從160 mm改造為180 mm，軸與孔的配合也加大了0.02 mm 的過(guò)盈量，解決了每年都斷一次軸的故障。成品機(jī)架減速機(jī)高速軸半年燒軸承的突出問(wèn)題，從軸承的選型和定位方式的改進(jìn)也解決了燒軸承的問(wèn)題。設(shè)備故障時(shí)間從月均18.79 h 下降至目前的2.74 h，達(dá)到國(guó)內(nèi)同類型產(chǎn)線的先進(jìn)水平。本文以該棒材生產(chǎn)線為例，重點(diǎn)介紹該生產(chǎn)線的工藝藝術(shù)和裝備特點(diǎn)。

1 原料及產(chǎn)品方案

（1）原料。合金鋼對(duì)壓縮比的要求比較高，為了提高成品鋼材的性能，車間使用大斷面鋼坯作為合格坯料，規(guī)格為240 mm×240 mm×4～6 m，坯重為2064～2641 kg。坯料主要由熱坯和冷坯組成，熱坯通過(guò)提升機(jī)構(gòu)直接運(yùn)往加熱爐內(nèi)。

（2）產(chǎn)品方案。生產(chǎn)鋼種有合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、易切鋼、優(yōu)質(zhì)碳結(jié)鋼和不銹鋼等，產(chǎn)品規(guī)格有直條圓鋼20～80 mm、定尺長(zhǎng)度4～11 m。

2 生產(chǎn)工藝

該生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)科學(xué)合理，能有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低其運(yùn)行成本。該鋼廠棒材生產(chǎn)對(duì)加熱質(zhì)量提出了更高的要求，應(yīng)把斷面溫差控制在15 ℃左右，熱加工的范圍相對(duì)較小，有些鋼材熱加工的溫度波動(dòng)應(yīng)控制在70～100 ℃，在軋制過(guò)程中仍需中間加熱[1]。不同鋼種加熱工藝存在很大差異性，需要使用專門的室式爐進(jìn)行加熱。在高溫情況下，其變形抗力比較大，通常它的熱強(qiáng)度約是普通鋼的2～3 倍，可塑性相對(duì)較差，在軋制過(guò)程中的難度較高，有些鋼種需要進(jìn)行小變形軋制[2]。同時(shí)，各鋼種之間的寬展系數(shù)浮動(dòng)范圍較大，軋制變形制度制定起來(lái)比較困難，難以進(jìn)行孔型設(shè)計(jì)。產(chǎn)品通常應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域，這對(duì)成品性能、平直度及表面質(zhì)量等的要求比較高，且應(yīng)配備完整的熱處理設(shè)備。坯料經(jīng)由吊車上運(yùn)至上料臺(tái)架，并由步進(jìn)機(jī)構(gòu)送至爐前上料輥道，在這個(gè)過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量稱重，篩選出合格的坯料送至加熱爐并予以精確定位[3]。加熱后的鋼坯經(jīng)過(guò)高壓水除磷后送往粗軋制組實(shí)施軋制，如鈦合金、奧氏體不銹鋼等無(wú)需除磷而直接送至粗軋機(jī)組實(shí)施軋制。然后經(jīng)擺式飛剪切頭尾后置于隧道爐內(nèi)實(shí)施補(bǔ)熱[4]。在有些產(chǎn)品的生產(chǎn)中，方坯應(yīng)進(jìn)行分段處理，長(zhǎng)度約3～5 m，經(jīng)收集臺(tái)架收集后由跨車現(xiàn)運(yùn)往鋼坯跨，然后再運(yùn)往精整跨。按照生產(chǎn)要求應(yīng)進(jìn)行加熱處理，然后再進(jìn)入連軋組進(jìn)行軋制。軋件通過(guò)無(wú)扭轉(zhuǎn)微張力軋制，先實(shí)施微張力軋制，后經(jīng)無(wú)扭轉(zhuǎn)無(wú)張力軋制，最后行無(wú)張力軋制，從而提高產(chǎn)品的精度[5]。按照相關(guān)要求實(shí)施時(shí)效處理，經(jīng)過(guò)冷剪、砂輪鋸進(jìn)行定尺切斷，定尺范圍約在3～7 m。

主要工藝流程：冷坯上料→測(cè)長(zhǎng)稱重→加熱→高壓水除磷→脫頭→二中軋→預(yù)水冷→精軋→切頭尾→測(cè)徑探傷→水冷→倍尺分段→冷床冷卻→計(jì)數(shù)→稱重掛牌→入庫(kù)。

3 主要技術(shù)裝備和特點(diǎn)

3.1 使用熱送熱裝工藝

通過(guò)應(yīng)用連鑄坯，避免初軋開(kāi)坯，能提高金屬收得率10%左右，節(jié)能減耗約35%，還能減少鑄坯的加熱時(shí)間，將耗損降到最低，介于坯貯存中的生產(chǎn)費(fèi)用。使用兩座雙蓄熱式進(jìn)梁加熱爐，其生產(chǎn)能力為130 t/h 和150 t/h。雙排布料，側(cè)進(jìn)側(cè)出，燃料為高爐煤氣。應(yīng)用分散轉(zhuǎn)向控制方式，爐頂隔斷設(shè)置壓下，爐底各段設(shè)置擋墻，降低高溫爐間的輻射傳熱影響[6]。

3.2 脫頭軋制

粗軋和中軋組間應(yīng)用跟蹤式的方法，粗軋組能對(duì)速度進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，保證高速軋制，從而滿足不同鋼種對(duì)軋制溫度的要求。因產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，應(yīng)結(jié)合車間鋼種、坯料及產(chǎn)品規(guī)格等，選擇適合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的半連軋生產(chǎn)工藝，也就是粗軋是可逆軋制，中精軋使用連續(xù)軋制。這能有效控制軋件溫度、表面質(zhì)量及機(jī)械性能等，其在技術(shù)層面比較合理。同時(shí)，粗軋組的入口咬入速度應(yīng)為0.2 m/s 左右，確保符合棒材生產(chǎn)的工藝要求[7]。加熱爐主要應(yīng)用步進(jìn)梁加熱爐，其平均加熱能力為20 t/h，因考慮供坯長(zhǎng)度和加熱能力，使用單排布料方式，操作比較方便，加熱效果較好，確保鋼坯粗軋溫度符合設(shè)計(jì)要求[8]。粗中扎設(shè)計(jì)隧道式加熱爐，能保證軋件的補(bǔ)熱均溫，降低軋件的頭尾溫差，有助于保證產(chǎn)品性能的均勻性。主軋線配備有兩座步進(jìn)室式加熱爐，能滿足二火成材中間坯的加熱要求。

3.3 使用高剛度全線無(wú)扭微張力軋制技術(shù)

多相變的鋼鐵材料，其工藝過(guò)程、相變組織比較復(fù)雜，傳統(tǒng)上通常應(yīng)用試錯(cuò)法進(jìn)行開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)精度比較差。所以，因此需要開(kāi)展鋼鐵材料的集成設(shè)計(jì)[9]。在這個(gè)過(guò)程中應(yīng)使用第一性原理，并和晶體塑性、相場(chǎng)模型等結(jié)合起來(lái)，借助熱力學(xué)與相變動(dòng)力學(xué)計(jì)算，探究組織演化規(guī)律，以此制定相關(guān)定量計(jì)算模型。為滿足汽車、機(jī)械等制造行業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求，并降低機(jī)件的彈跳，粗、中、精軋應(yīng)使用高剛度的無(wú)牌坊短應(yīng)力線軋機(jī)。22 架軋機(jī)實(shí)施（750×6+550×6+450×6+350×4）mm 立交替布置，粗軋機(jī)組使用微張力進(jìn)行控制，中軋精軋機(jī)組實(shí)施無(wú)張力軋制，從而提高軋件尺寸的精度和通條的穩(wěn)定性。

3.4 高精度軋制技術(shù)

精軋機(jī)組通過(guò)安裝370 式三輥式減徑定徑機(jī)，軋件變形時(shí)能承受三向壓應(yīng)力，取得良好的縱向延伸，這時(shí)的受力狀態(tài)比較好，能制成高精度的棒材，將實(shí)際公差控制在DIN 標(biāo)準(zhǔn)的25%以內(nèi)，這能真正實(shí)現(xiàn)低溫溫控軋制，最大限度提高產(chǎn)品的機(jī)械性能，同時(shí)能縮短孔型調(diào)整和軋輥的更換時(shí)間，提高軋機(jī)的制作效果，節(jié)約生產(chǎn)成本[10]。

3.5 在線控溫軋制

為實(shí)施低溫控制軋制，合理控制機(jī)組的軋件溫度，在精軋入口設(shè)置預(yù)水冷裝置。正火處理時(shí)，鋼要加熱到稍高于AC3 轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，在此溫度下短時(shí)間停留，然后在靜止空氣中冷卻，所以?shī)W氏體化的鋼是細(xì)晶粒的和未硬化的。為了在正火軋制時(shí)保持相應(yīng)的奧氏體狀態(tài)，已變形的奧氏體需進(jìn)行晶粒細(xì)化再結(jié)晶。為此必須針對(duì)要軋制鋼的再結(jié)晶特性來(lái)確定終軋溫度。正火軋制實(shí)際是通過(guò)更準(zhǔn)確的控溫軋制（含終軋變形量）來(lái)獲得正火熱處理的組織、性能效果。在精軋機(jī)組后設(shè)計(jì)水冷段，水冷管為套管型式，水壓為0.6 MPa，對(duì)軋件的冷卻速度進(jìn)行控制，并對(duì)軋件進(jìn)行在線熱處理，結(jié)合產(chǎn)品的化學(xué)成本，使用不同的控制冷卻工藝，確保鋼材的形變強(qiáng)化與相變強(qiáng)化等的有機(jī)結(jié)合，從而提高其強(qiáng)韌性，以此提高其綜合力學(xué)性能。

3.6 飛剪和冷床

在軋線設(shè)置5 臺(tái)飛剪，其中有4 臺(tái)應(yīng)用啟停工作制，主要是在正常連軋過(guò)程中的事故碎段和切頭尾；另外1 臺(tái)應(yīng)用連續(xù)工作制，主要在倍尺分段和優(yōu)化剪切中應(yīng)用。冷床主要是以步進(jìn)梁偏心齒條式為主，尺寸為12.5 m×108 m，齒條傾斜布置且齒距約130 mm。

3.7 高效定尺剪切方案

通過(guò)使用砂輪鋸、冷停剪組合的方式，能滿足各種規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，并提高了鋼材端頭的質(zhì)量。1300 t 冷剪的寬度約1500 mm，主要在中小規(guī)格棒材的生產(chǎn)中應(yīng)用。18 mm 以上使用孔型剪刃，以此提高剪切斷面的質(zhì)量。兩臺(tái)砂輪鋸的鋸切能力約1300 mm2/s，通常適用于鋸切較大的規(guī)格產(chǎn)品。

3.8 精整-矯直探傷作業(yè)線

為了滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的要求，車間內(nèi)設(shè)置有連續(xù)精整線，針對(duì)1490 mm 熱處理后的棒材實(shí)施拋丸矯直探傷。

3.9 在線測(cè)徑和渦流探傷

渦流指的是當(dāng)金屬導(dǎo)體處在變化著的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用而在金屬導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的旋渦狀流動(dòng)電流。由于渦流檢測(cè)的基本原理是電磁感應(yīng)，渦流檢測(cè)只適用于能產(chǎn)生渦流的導(dǎo)電材料。渦流檢測(cè)線圈激勵(lì)后所形成的電磁場(chǎng)實(shí)質(zhì)是一種電磁波，具有波動(dòng)性和粒子性，所以檢測(cè)時(shí)傳感器不需要接觸工件，也不必在線圈與試件之間填充耦合劑，因此檢測(cè)速度較快，對(duì)管、棒材的探傷每分鐘可檢查幾十米，對(duì)絲、線材的探傷每分鐘可達(dá)幾百米甚至上千米，因此，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)。通過(guò)設(shè)置動(dòng)態(tài)在線測(cè)徑和渦流探傷裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)棒材的尺寸精度和表面情況，并予以及時(shí)調(diào)整，能有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量及成材率。

4 線束語(yǔ)

總之，該生產(chǎn)線使用了國(guó)際上比較先進(jìn)的生產(chǎn)裝備和技術(shù)，特別是在線控溫軋制技術(shù)，有效提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。熱處理精整線的配備，有助于產(chǎn)品外觀質(zhì)量的提高，在某種程度上增加了產(chǎn)品的附加值，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。