王代文，杜健

（攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司軌梁廠，四川 攀枝花617000）

310乙字鋼屬于大型熱軋型材，用于制作火車(chē)底部中梁，每年需求量在4萬(wàn)～5萬(wàn) t。隨著鐵路向高速化、重載化發(fā)展，以及用戶(hù)對(duì)310乙字鋼的質(zhì)量要求不斷提高，為更好地滿(mǎn)足用戶(hù)要求，攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司軌梁廠決定在裝備水平先進(jìn)的萬(wàn)能線(xiàn)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)310乙字鋼。在開(kāi)發(fā)初期，軋件兩端規(guī)格波動(dòng)大，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，須將端部規(guī)格尺寸不合格的部位切除，兩端切除總長(zhǎng)度達(dá)8.5 m以上，極大影響了其成材率。本文擬通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物斷面尺寸測(cè)量與計(jì)算機(jī)仿真分析，找出310乙字鋼端部規(guī)格波動(dòng)的原因，進(jìn)一步采取改進(jìn)措施。

1 端部規(guī)格尺寸波動(dòng)原因分析

310乙字鋼采用360 mm×450 mm鑄坯生產(chǎn)，在BD1（該軋機(jī)配置有兩個(gè)箱形孔和兩個(gè)蝶式孔共四個(gè)孔型）軋制11道次，BD2軋機(jī)軋制3道次，U1、U2和UF軋機(jī)各軋制1道次，共計(jì)軋制17道次。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物測(cè)量分析

為了找到兩端規(guī)格尺寸波動(dòng)原因，用延伸系數(shù)計(jì)算成品規(guī)格波動(dòng)位置，對(duì)應(yīng)不同道次軋件出現(xiàn)的理論位置，并對(duì)BD1、BD2軋機(jī)軋制后的軋件進(jìn)行取樣，然后用輪廓儀掃描軋件的輪廓并測(cè)量其規(guī)格尺寸，BD1、BD2軋件東西頭腿長(zhǎng)波動(dòng)理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)量位置結(jié)果如表1所示，BD1、BD2軋件東西頭腿長(zhǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表1 BD1、BD2軋件東西頭腿長(zhǎng)波動(dòng)理論計(jì)算和測(cè)量位置Table 1 Theoretical Calculation and Measuring Positions of Fluctuation of Head Length and Leg Length in Terms of BD1 and BD2 Rolling Pieces m

表2 BD1、BD2軋件東西頭腿長(zhǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Table 2 Measured Data of Head Length and Leg Length in Terms of BD1 and BD2 Rolling Pieces mm

從表1和表2可以看出，成品兩端規(guī)格波動(dòng)與BD1、BD2軋件均具有對(duì)應(yīng)性，說(shuō)明規(guī)格波動(dòng)在BD1軋機(jī)已經(jīng)造成。為了驗(yàn)證BD1軋件東西頭金屬量是否缺失，對(duì)東西頭每隔200 mm測(cè)量一次軋件總寬度，測(cè)量結(jié)果顯示，長(zhǎng)腿和短腿總金屬量沒(méi)有問(wèn)題，只是在長(zhǎng)、短腿金屬量分配上出現(xiàn)了問(wèn)題。

由于軋件中間部位金屬量分配正常，而端部金屬分配則發(fā)生了變化。通過(guò)對(duì)BD1、BD2軋件東西頭彎曲度進(jìn)行觀察、測(cè)量，發(fā)現(xiàn)進(jìn)鋼端和出鋼端均發(fā)生了彎曲，BD1、BD2軋件東西頭彎曲度見(jiàn)表3。

表3 BD1、BD2軋件東西頭彎曲度Table 3 Degree of Curvature Heads in Terms of BD1 and BD2 Rolling Pieces

從表1～3可以看出，310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)與BD軋機(jī)軋件端部彎曲狀態(tài)有較強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1.2 軋件出鋼彎曲、扭轉(zhuǎn)對(duì)規(guī)格尺寸影響數(shù)值仿真分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)與BD軋機(jī)軋件端部彎曲狀態(tài)有較強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用MARC軟件進(jìn)行仿真分析，以便為工藝優(yōu)化和導(dǎo)衛(wèi)系統(tǒng)改進(jìn)提供支撐。

1.2.1 建立有限元模型

分別設(shè)計(jì)兩種BD1第三孔和第四孔的軋制規(guī)程方案，方案1為BD1第3孔軋制4道次、第4孔軋制1道次，方案2為BD1第3孔軋制5道次、第4孔軋制1道次,并對(duì)每道次編號(hào)、建模，各模型對(duì)應(yīng)軋制道次參數(shù)見(jiàn)表4。對(duì)建立的模型進(jìn)行對(duì)比，BD1第3孔、第4孔孔型及壓下工藝見(jiàn)圖1，分析軋件在模型中軋制時(shí)孔型中的充滿(mǎn)情況、彎曲情況、扭轉(zhuǎn)情況和軋件扭轉(zhuǎn)、彎曲對(duì)其孔型充滿(mǎn)情況的影響。

圖1 BD1第3孔、第4孔孔型及壓下工藝Fig.1 Pass Patterns for 3rd and 4th Passes of BD1 and Screwdown Process for Rolling

表4 各模型對(duì)應(yīng)軋制道次參數(shù)Table 4 Parameters for Each Model Corresponding to Rolling Passes

1.2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

（1）模型1在計(jì)算中有-7.16°/m的扭轉(zhuǎn)，但是計(jì)算結(jié)果中軋件頭、中、尾的形狀一致，表明軋件的扭轉(zhuǎn)不會(huì)對(duì)頭、中、尾的尺寸造成直接影響。

最難的莫過(guò)于打破自身的虛榮，敢于承認(rèn)自身的不足。雖然我在前一份崗位取得了驕人的成績(jī)，但是隔行如隔山，榮耀已成過(guò)眼云煙，一切都要從頭再來(lái)。仔細(xì)分析了自身知識(shí)的缺陷之后，通過(guò)自學(xué)初步建立了知識(shí)體系。同事們各有所長(zhǎng)，但性格不同，如何尋找到雙方的利益共同點(diǎn)，建立良好的合作關(guān)系并能得到指導(dǎo)就成為了難點(diǎn)。日常的閑聊，部門(mén)的聚會(huì)，公司的活動(dòng)都是良好的契機(jī)，了解到每個(gè)人的興趣愛(ài)好人生目標(biāo)，積極實(shí)現(xiàn)求同存異，通過(guò)設(shè)定共同的目標(biāo)使得同事積極主動(dòng)對(duì)我的詢(xún)問(wèn)答疑解惑。

（2）軋件的水平彎曲在碰到擋板 （相當(dāng)于軋件前后的推床）后，其端部和中部（穩(wěn)定軋制區(qū)）的形狀與頭部的形狀發(fā)生了顯著變形，與實(shí)際生產(chǎn)情況吻合，說(shuō)明出鋼彎曲會(huì)影響軋件規(guī)格尺寸。因此，控制軋件的彎曲對(duì)控制乙字鋼的頭、中、尾尺寸一致具有重要的意義。

綜上，通過(guò)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物規(guī)格尺寸、端部彎曲度和計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證，310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)的原因是BD軋機(jī)出鋼彎曲。

2 改進(jìn)措施

根據(jù)上述分析結(jié)果，造成310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)的主要原因是BD軋機(jī)出鋼彎曲，為了解決該問(wèn)題，一是對(duì)軋制工藝進(jìn)行優(yōu)化，主要包括孔型和軋制規(guī)程優(yōu)化兩方面，首先對(duì)軋制規(guī)程進(jìn)行優(yōu)化，此方法最經(jīng)濟(jì)、快捷；二是導(dǎo)衛(wèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保證進(jìn)鋼位置正確，并通過(guò)導(dǎo)衛(wèi)改善BD軋機(jī)出鋼彎曲狀態(tài)。

2.1 BD1軋機(jī)軋制規(guī)程優(yōu)化

為防止軋件彎曲，長(zhǎng)腿和短腿的壓下系數(shù)應(yīng)保持相等。軋件在孔型中的不均勻變形程度愈小，軋制愈穩(wěn)定。目前有兩種確定軋件不均勻變形程度的方法：一種是用相似系數(shù)K來(lái)確定，另一種是用長(zhǎng)、短腿的壓下系數(shù)λ來(lái)確定。在工藝設(shè)計(jì)中采用長(zhǎng)腿和短腿的壓下系數(shù)漸近相等的方法對(duì)BD1軋機(jī)軋制規(guī)程進(jìn)行優(yōu)化。

式中，λ為壓下系數(shù)；h'為所求各孔短腿厚度；h'為已知各孔短腿厚度；h為所求各孔長(zhǎng)腿厚度；h為已知各孔長(zhǎng)腿厚度。

優(yōu)化規(guī)程：減少箱形孔軋制道次，增加蝶式孔軋制道次，使蝶式孔不均勻變形程度減輕，優(yōu)化前后的BD1軋機(jī)軋制規(guī)程見(jiàn)表5。

表5 優(yōu)化前后的BD1軋機(jī)軋制規(guī)程Table 5 Rolling Schedule for BD1 Mill before and after Optimization

2.2 BD軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)改進(jìn)

在BD1、BD2軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)上增加活動(dòng)側(cè)導(dǎo)板，入口側(cè)導(dǎo)板主要作用是保證軋件進(jìn)入孔型位置正確，用于控制出鋼彎曲程度，同時(shí)還能調(diào)整規(guī)格尺寸。

3 實(shí)施效果

通過(guò)采取優(yōu)化軋制規(guī)程和增加側(cè)導(dǎo)板措施，能夠有效抑制軋件的出鋼彎曲程度，從而提高了310乙字鋼的頭、中、尾規(guī)格尺寸精度，其東、西頭長(zhǎng)、短腿腿長(zhǎng)波動(dòng)長(zhǎng)度由優(yōu)化前的0～5 m減少到了0～3 m。同時(shí)，優(yōu)化后西頭長(zhǎng)腿9～11 m處的波動(dòng)也得到了消除，310乙字鋼的成材率提高到82.5%，優(yōu)化前后腿長(zhǎng)波動(dòng)情況對(duì)比如圖2所示。

圖2 優(yōu)化前后腿長(zhǎng)波動(dòng)情況對(duì)比Fig.2 Comparison of Leg Length Fluctuation before and after Optimization

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物規(guī)格尺寸測(cè)量和計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真分析發(fā)現(xiàn)，造成310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)大的主要原因是BD軋機(jī)出鋼彎曲。通過(guò)優(yōu)化BD1軋機(jī)規(guī)程，保證長(zhǎng)短腿壓下系數(shù)近似相等，以及改進(jìn)整體導(dǎo)衛(wèi)結(jié)構(gòu)，改善BD軋機(jī)出鋼彎曲程度，可以緩解310乙字鋼端部規(guī)格尺寸波動(dòng)大的問(wèn)題，其東、西頭長(zhǎng)、短腿腿長(zhǎng)波動(dòng)長(zhǎng)度由優(yōu)化前的0～5 m減少到0～3 m，同時(shí)優(yōu)化后西頭長(zhǎng)腿9～11 m處的波動(dòng)消除，310乙字鋼成材率由75%提高到82.5%。