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        控軋控冷技術(shù)在棒材生產(chǎn)線上的應(yīng)用

        2021-12-26 06:08:18李順奎黃承飛
        中國(guó)金屬通報(bào) 2021年16期
        關(guān)鍵詞:閥門(mén)工藝

        李順奎,黃承飛,金 梁,王 浩

        (廣西鋼鐵棒線廠,廣西 防城港 538003)

        新國(guó)標(biāo)(GB/T 1499.2-2018)標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定鋼材組織不得有影響使用性能的其它組織(如基圓上出現(xiàn)的回火馬氏體組織), 鋼筋宏觀金相不能出現(xiàn)截面基圓外圍有明顯不同于內(nèi)部區(qū)域襯度的封閉環(huán)。我廠新國(guó)標(biāo)前采用的是傳統(tǒng)的軋后穿水生產(chǎn)工藝以保證產(chǎn)品性能。而為滿足新國(guó)標(biāo)新要求,必須取消強(qiáng)穿水工藝,取而代之的是通過(guò)大量增加Mn、Si、V等合金實(shí)現(xiàn)合金強(qiáng)化,以當(dāng)前合金成本必然導(dǎo)致鋼坯成本大幅上升。因此為滿足新國(guó)標(biāo)要求,進(jìn)一步提高產(chǎn)品品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本、提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,對(duì)三、四棒進(jìn)行控軋控冷技術(shù)升級(jí)改造,最終實(shí)現(xiàn)新舊國(guó)標(biāo)平滑過(guò)渡,實(shí)現(xiàn)坯料成本不增加。

        1 控軋控冷工藝技術(shù)原理

        通過(guò)控制軋制、控制冷卻等方式控制高溫狀態(tài)的奧氏體形態(tài),以及控制奧氏體向低溫狀態(tài)的鐵素體+珠光體轉(zhuǎn)變的溫度、路徑、轉(zhuǎn)變時(shí)間[1]。嚴(yán)格控制晶粒長(zhǎng)大,使最終產(chǎn)品得到細(xì)小而均勻的晶粒,達(dá)到高強(qiáng)度和高韌性的高品質(zhì)鋼材性能。在軋線最后兩個(gè)道次前增加控制冷卻,并設(shè)置回復(fù)段,控制軋件進(jìn)K2軋機(jī)前的溫度,實(shí)現(xiàn)在再結(jié)晶溫度以下或雙相區(qū)軋制。通過(guò)設(shè)計(jì)最后兩個(gè)道次的變形量,使晶粒破碎形變誘導(dǎo)鐵素體相變[1],軋后增加控冷段和恢復(fù)段,完成均勻分級(jí)控冷,最終達(dá)到細(xì)化晶粒提高鋼材性能的目的。

        2 控軋控冷改造前現(xiàn)狀

        柳鋼棒線型材廠共6條棒材、2條高線以及1條型材生產(chǎn)線,其中棒材生產(chǎn)線主要軋制螺紋鋼。本次改造涉及的是三、四棒,基本情況如下:三、四棒16架與17架間距離為5m,三棒進(jìn)精軋前無(wú)預(yù)穿水,軋后K1至3#飛剪30m,四棒進(jìn)精軋前設(shè)有預(yù)穿水,距離22.5m,軋后K1至3#飛剪30m。因三、四棒軋工藝距離較短,無(wú)法滿足K2、K3之間增加控冷和回復(fù)段需求,需要對(duì)三、四棒控軋控冷項(xiàng)目進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。

        3 控軋控冷工藝設(shè)計(jì)

        3.1 鋼坯成分設(shè)計(jì)

        三、四棒HRB400E抗震鋼筋成分設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

        表1 三、四棒HRB400E成分設(shè)計(jì)(%)

        3.2 控軋控冷工藝距離設(shè)計(jì)

        圖1中(a)、(b)分別為φ12mm螺四切分、φ25mm螺單線K3到K2間冷卻曲線模型,結(jié)合軋件速度,根據(jù)圖示模擬出φ12mm螺K3后控冷距離最短需要40m,規(guī)格越大,需要回復(fù)時(shí)間越長(zhǎng),根據(jù)四棒產(chǎn)品規(guī)格定位為φ12mm~φ18mm螺多線切分,因此四棒K3至K2距離設(shè)計(jì)46m。而φ25mm螺K3至K2間距則需要達(dá)到56m,根據(jù)三棒產(chǎn)品定位為φ18mm~φ25mm螺兩切分,因此設(shè)計(jì)三棒K3至K2間距為58m。

        圖1 不同規(guī)格控軋冷卻曲線模型

        3.3 軋機(jī)布置

        根據(jù)工藝距離布置情況,盡可能降低投資成本,廠部決定設(shè)備以利舊為主,在原有廠房基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。前16架軋機(jī)保持不變,為能拉開(kāi)K3至K2距離,將原17架、18架軋機(jī)拆除,新增19、20架軋機(jī),同時(shí)拆除3#飛剪,新增4#飛剪。為保證冷床裙板拋鋼正常,4#飛剪至冷床第一塊動(dòng)齒長(zhǎng)度與原3#飛剪至冷床第一塊裙板長(zhǎng)度一致,即冷床整體往后挪,騰出工藝距離。

        4 生產(chǎn)工藝情況

        4.1 溫度參數(shù)控制

        為實(shí)現(xiàn)兩相區(qū)軋制,需對(duì)軋件進(jìn)K2溫度進(jìn)行控制,同時(shí)為滿足新國(guó)標(biāo)所要求的鋼材組織不得有影響使用性能的其它組織(如基圓上出現(xiàn)的回火馬氏體組織), 鋼筋宏觀金相不能出現(xiàn)截面基圓外圍有明顯不同于內(nèi)部區(qū)域襯度的封閉環(huán),對(duì)上冷床溫度進(jìn)行調(diào)整,如表2。

        表2 三、四棒各項(xiàng)溫度控制表(℃)

        4.2 成品性能

        表3 三、四棒各規(guī)格成品性能

        按照預(yù)先設(shè)計(jì)坯料成分以及溫度控制參數(shù)進(jìn)行批量生產(chǎn),成品各項(xiàng)力學(xué)性能均滿足新國(guó)標(biāo)要求,并且性能持續(xù)穩(wěn)定。

        4.3 成品金相組織

        圖2 成品宏觀金相和金相組織

        5 生產(chǎn)問(wèn)題分析

        5.1 頭部咬鋼狀態(tài)變化

        在新國(guó)標(biāo)前,K3與K2軋機(jī)間距僅有5m,軋件頭部即使出現(xiàn)不規(guī)則,咬入角也能滿足咬入條件,并且軋件頭部仍處于完全奧氏體化狀態(tài),變形抗力較小[1],不易出現(xiàn)頭部打滑造成堆鋼事故。但通過(guò)控軋控冷工藝升級(jí)后,K3至K2軋機(jī)間距變長(zhǎng),并且設(shè)計(jì)有控冷段,軋件頭部經(jīng)控冷段后溫度變低,變形抗力變大,經(jīng)常出現(xiàn)咬不進(jìn)K2,嚴(yán)重影響成材率和作業(yè)率。

        通過(guò)對(duì)控冷段控制閥門(mén)進(jìn)行改造,編譯程序?qū)崿F(xiàn)頭部不冷段功能,軋件頭部不控冷,可以解決頭部咬入問(wèn)題。但因閥門(mén)響應(yīng)時(shí)間影響,投入頭部不冷段后造成成品頭部不冷段接近5m性能不合,按要求被迫丟廢,影響成材率。為減少金屬流失,對(duì)不冷段閥門(mén)進(jìn)行調(diào)試,投入超前系數(shù),減少不冷段長(zhǎng)度。另外,考慮到K1與K2的延伸問(wèn)題,軋后成品長(zhǎng)度仍有3米左右不冷段長(zhǎng)度,利用軋后控冷調(diào)節(jié)上冷床溫度,解決頭部不冷段性能不合問(wèn)題。

        5.2 工藝備件影響變化

        投入控軋控冷技術(shù)后,K2、K1兩道次軋制溫度變低,軋輥消耗明顯增加,軋輥過(guò)鋼量較原工藝相比減少30%左右,增加K1輥換槽次數(shù),影響作業(yè)率。為提高作業(yè)率,針對(duì)控軋控冷技術(shù),K1、K2兩道次采用材質(zhì)更好的軋輥以減少換槽次數(shù)及改善成品質(zhì)量。

        另外,采用控軋控冷技術(shù)后,因鋼頭上下側(cè)溫度存在差異,K1出口夾板舌尖易被頂斷,造成軋件頭部“勾頭”直接在K1出口導(dǎo)衛(wèi)堆鋼,或“勾頭”經(jīng)過(guò)軋后控冷區(qū),堵在控冷段內(nèi)造成堆鋼事故。通過(guò)分析,可將K2前控冷段殘余水清清除,避免因軋制間隔短,控冷段內(nèi)殘余水造成下一軋件頭部出現(xiàn)上下溫度不均勻。同時(shí)改善K1出口夾板舌尖材質(zhì),改善舌尖開(kāi)口角度。

        5.3 設(shè)備備件對(duì)工藝順行的影響

        控軋控冷技術(shù)的實(shí)現(xiàn),依賴于控軋區(qū)的控冷設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定以及軋后控冷設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定。在控軋控冷技術(shù)中,能否在兩相區(qū)內(nèi)軋制即控軋溫度將主導(dǎo)成品性能的關(guān)鍵[1],而控制控冷段的閥門(mén)無(wú)疑是重中之重,本次升級(jí)采用的閥門(mén)是進(jìn)口角座閥。角座閥在實(shí)際控制過(guò)程中,通過(guò)壓縮空氣和彈簧控制閥門(mén)啟停,因控制頭部不冷段,閥門(mén)啟停頻繁,閥門(mén)備件損壞率增加。角座閥本身工作原理,對(duì)閥門(mén)控制元件內(nèi)部工作環(huán)境要求極高,水霧、雜質(zhì)將直接影響角座閥的工作狀態(tài)。以上多重因素的影響,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,因角座閥故障造成成品性能不合日益增多,同時(shí)更換角座閥造成作業(yè)率降低。

        通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察及結(jié)合角座閥工作原理分析,首要條件是申報(bào)充足備件,保證生產(chǎn)需求;其次,優(yōu)化角座閥氣源清潔度,減少壓縮空氣的水分及雜質(zhì)含量,以及制作閥門(mén)保護(hù)罩,減少外部水氣及雜質(zhì)進(jìn)入閥門(mén)內(nèi)部,提高閥門(mén)工作環(huán)境;最后重新設(shè)計(jì)控冷段水、氣控制方式,降低故障點(diǎn),實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)生產(chǎn)。

        6 結(jié)語(yǔ)

        柳鋼三、四棒控軋控冷工藝升級(jí)改造經(jīng)過(guò)半年的生產(chǎn),通過(guò)廠部各類(lèi)技術(shù)人員持續(xù)攻關(guān),各項(xiàng)指標(biāo)已回歸正常,班產(chǎn)量屢創(chuàng)新高,在企業(yè)降成本工作中日益顯現(xiàn)。

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