張歡,劉磊剛,尚俊男,安繪竹,李建龍,李凱
(1.鞍鋼股份有限公司線材廠,遼寧 鞍山 114042;2.鞍鋼集團鋼鐵研究院,遼寧 鞍山 114009;3.鞍鋼股份有限公司制造管理部,遼寧 鞍山 114021)
鞍鋼股份有限公司線材廠 (以下簡稱 “線材廠”)2#線于2010年投產(chǎn),設(shè)計產(chǎn)能60萬t,產(chǎn)品規(guī)格為Φ5.0~Φ25.0 mm,每月?lián)Q規(guī)格達40余次,受工藝路徑、生產(chǎn)組織、品種結(jié)構(gòu)和設(shè)備維修的影響,嚴重降低了軋機的有效作業(yè)率。因此有必要研究各規(guī)格產(chǎn)品的不同軋制工藝路徑,找出最佳工藝路徑和最優(yōu)的生產(chǎn)組織方式。從鞍鋼線材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比例來看,Φ6.5 mm規(guī)格占比大約35%,也是各高速線材廠都具有穩(wěn)定生產(chǎn)能力的規(guī)格,因此,本文對Φ6.5 mm產(chǎn)品規(guī)格工藝路徑進行研究。
線材廠2#線有1座140 t/h步進梁式加熱爐、32架軋機、卷心架集掛卷系統(tǒng)以及與之相配套的飛剪、夾送輥、吐絲機、PF線等。線材廠2#線工藝流程示意圖如圖1所示。
圖1 2#線工藝流程示意圖Fig.1 Schematic Diagram for Process Flow of Line 2#
32架軋機中,1架至精軋28架共用一套孔型,粗中軋和精軋孔型共用有助于提高作業(yè)效率。原設(shè)計中各規(guī)格產(chǎn)品都經(jīng)過雙模塊4架軋機生產(chǎn),根據(jù)各規(guī)格減定徑延伸系數(shù)變化選擇不同的檔位組合。
各機架受孔型以及機械傳動比限制,尺寸控制范圍具體如下:
(1)預(yù)精軋1組18#軋機的出鐵產(chǎn)品規(guī)格為Φ20.5~Φ22.0 mm;
(2)預(yù)精軋2組20#軋機的出鐵產(chǎn)品規(guī)格為Φ16.5~Φ17.3 mm;
(3)精軋28#軋機的出鐵產(chǎn)品規(guī)格為Φ6.6~Φ7.2 mm。
(1)單線生產(chǎn)時,如果是某架軋機出現(xiàn)故障,整條線都得停產(chǎn);
(2)換規(guī)格頻繁,生產(chǎn)組織效率低,如Φ5.5 mm換Φ6.5 mm需要換精軋全線軋輥;精軋至雙模塊導(dǎo)衛(wèi)備件由于Φ12 mm內(nèi)孔換為Φ18 mm內(nèi)孔,勞動強度大,工作量大;
(3)軋制規(guī)格范圍廣,設(shè)計規(guī)格為Φ5.0~Φ25.0 mm,精軋產(chǎn)品有Φ5.5 mm、Φ6.5 mm、Φ7.0 mm系列,Φ8.0~Φ11.0 mm系列,雙模塊各規(guī)格都有不同的孔型系統(tǒng),軋輥貯備量大;
(4)產(chǎn)線32架軋機裝機容量大,電耗大,浪費多。其中,預(yù)精軋2個機組的額定功率為2 200 kW;精軋機組的額定功率為6 800 kW;雙模塊包含2個機組,分別由2臺電機帶動,雙模塊1的額定功率為3 600 kW,雙模塊2的額定功率為1 200 kW。
柔性軋制技術(shù)是指能夠使軋制過程具有較大靈活性和適應(yīng)性的軋制技術(shù),本文主要是通過挪軋機采用不同的工藝路徑實現(xiàn)線材柔性軋制。初始Φ6.5 mm設(shè)計工藝路徑為粗中軋 (1#~14#)、預(yù)精軋 1 組(15#~18#)、預(yù)精軋 2 組(19#~20#)、精軋機組(21#~26#)、雙模塊 1(29#~30#)和雙模塊 2(31#~32#),精軋 27#和 28#空過,一共 30道次。
單線生產(chǎn)的問題是某架軋機出現(xiàn)故障,整條線都得停產(chǎn),線材廠2#線高速段由1臺電機單獨傳動機組包括預(yù)精軋2組 (2架)、精軋機組(8架)、雙模塊 1(2 架)、雙模塊 2(2 架)。 因此,存在甩機組(挪軋機)的可行性,研究各規(guī)格柔性軋制技術(shù)非常重要。
預(yù)精軋和精軋各架次傳動比見表1,其中19#和20#機械延伸系數(shù)為1.260,27#和28#機械延伸系數(shù)為1.248,雙模塊機組的各架次傳動比見表2,其中,雙模塊1AH~DH檔位延伸系數(shù)為1.154~1.302。
表1 預(yù)精軋和精軋機組各架次傳動比Table 1 Transmission Ratios for Each Stand of Pre-finishing and Finishing Mill Units
表2 減定徑(雙模塊機組)傳動比組合Table 2 Combination of Transmission Ratios for Tube-sizing and Tube-reducing (Double-module Mill Unit)
綜上軋機布置和傳動比對比,通過挪架次可以實現(xiàn)軋機空過,存在兩種空過軋機的方案,表3為三種工藝具體方案:
表3 Φ6.5 mm規(guī)格三種不同的工藝路線表Table 3 Table for Three Different Process Routes of Producing Products with Specification of Φ6.5 mm
(1)方案一:雙模塊1空過,將29#和 30#挪至精軋27#和28#。
(2)方案二:預(yù)精軋2組空過,將19#和20#挪至精軋,精軋各架依次向后挪。
根據(jù)Φ6.5 mm規(guī)格三種不同的路線表設(shè)定工藝參數(shù)和選定備品備件,具體情況見表4,內(nèi)容包括鐵型高度設(shè)定、速度參數(shù)設(shè)定及備品尺寸選擇等,并進行質(zhì)量穩(wěn)定性和生產(chǎn)穩(wěn)定性方面數(shù)據(jù)搜集。
表4 不同工藝路線的導(dǎo)衛(wèi)安裝具體要求Table 4 Specific Requirements for Guide Installation for Different Process Routes
綜合考慮挪機架后傳動比變化,軋制穩(wěn)定性以及成品尺寸精度控制要求,不同工藝路徑各架次鐵型高度見表5。
表5 不同工藝路徑各架次鐵型高度Table 5 Swage Height for Each Stand by Different Process Routes mm
控制系統(tǒng)設(shè)計機組首架軋機參與計算,作為調(diào)整速度因子的依據(jù)。針對三種不同的工藝路徑首先確保18#出鐵產(chǎn)品尺寸一定,根據(jù)秒流量相等原理[1],速度比或者截面積比作為設(shè)定的理論速度因子,考慮軋件前滑的影響,不同工藝路徑速度因子初始設(shè)定見表6,試軋后可根據(jù)實際控制狀態(tài)進行微量調(diào)整。
表6 不同工藝路徑速度因子初始設(shè)定Table 6 Initial Setting for Velocity Factors for Different Process Routes
預(yù)精軋空過,18架出鐵到精軋張力釋放的距離增加,精軋21#壓下量減少,精軋的速度因子會有所降低;雙模塊1空過,精軋28#出鐵相比26#出鐵速度摩擦系數(shù)增加,前滑值增加,鐵型高度小,軋制速度越快,摩擦系數(shù)越高[2];同樣方案二采用精軋28#出鐵經(jīng)雙模塊軋制方式同樣會增加雙模塊1的速度因子。
空過機組首先設(shè)計空過導(dǎo)衛(wèi),考慮軋制線標高以及導(dǎo)衛(wèi)備件的緊固方式,預(yù)精軋空過已經(jīng)有原始設(shè)計,預(yù)精軋空過帽頭及導(dǎo)衛(wèi)實物圖見圖2,其中包括組塊軸帽頭、墊片和空過導(dǎo)衛(wèi)。雙模塊1空過方式需要重新設(shè)計,設(shè)計時考慮防止密封進水,安裝空過導(dǎo)衛(wèi)的間距,安裝導(dǎo)衛(wèi)復(fù)雜性等對軋制穩(wěn)定性非常關(guān)鍵。 TMB1(29#、30#)空過導(dǎo)衛(wèi)實物圖見圖3。
圖2 預(yù)精軋空過帽頭及導(dǎo)衛(wèi)實物圖Fig.2 Pictures of Shallow Pass Dome Cap in Pre-finishing and Guide
圖3 TMB1(29#、30#)空過導(dǎo)衛(wèi)實物圖Fig.3 Pictures of Shallow Pass Guide for TMB1 (29#、30#)
根據(jù)上述設(shè)計的兩種方案,對鐵型參數(shù)、速度參數(shù)以及備件使用情況進行生產(chǎn)實踐跟蹤,不斷摸索優(yōu)化工藝,評價不同工藝路徑的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和生產(chǎn)穩(wěn)定性。
質(zhì)量指標主要包括產(chǎn)品尺寸精度、頭尾修剪量以及表面質(zhì)量等,兩種方案尺寸精度實際控制情況對比見表7。按照GB/T14981-2009標準規(guī)定,C級精度的尺寸偏差為±0.15 mm,不圓度≤0.24 mm,因此,方案一明顯優(yōu)于方案二;同等速度條件下,壓下量越大軋槽磨損越大[3],需及時進行補償調(diào)整。此外,從生產(chǎn)實踐中也可以看出方案一軋槽磨損要優(yōu)于其他兩種工藝,且補償調(diào)整空間大一些。
表7 兩種方案尺寸精度實際控制情況對比Table 7 Comparison of Actual Control of Dimensional Accuracy for Two Kinds of Schemes
關(guān)于軋件頭部斷水長度控制方面,精軋8架軋機連軋軋制溫升必然高于6架,而且方案二預(yù)精軋空過,入精軋溫度高于正常約20℃,因此方案二的頭部斷水最長,控制難度也最大。
生產(chǎn)穩(wěn)定性主要考慮堆鋼風(fēng)險以及備件磨損,由于精軋和雙模塊1以及雙模塊1和雙模塊2之間沒有活套,主要通過扭矩或手動測試方式控制張力,機組間存在一定微張力,因此張力釋放主要在雙模塊和吐絲機之間,備件磨損較大,更換頻次高;方案一空過TMB1,精軋和模塊2之間張力控制單一,因此方案一磨損方面要優(yōu)于原設(shè)計和方案二。
方案二預(yù)精軋空過,預(yù)精軋19#和20#變形轉(zhuǎn)移到精軋21#和22#,中間有兩個水箱冷卻,入精軋溫度要格外控制,避免由于溫度低造成組塊軸承受力過大,此外精軋8架連軋軋件溫升大前滑大;方案一采用空過TMB1,TMB2變形量小,咬入和張力狀態(tài)控制非常關(guān)鍵,此外導(dǎo)衛(wèi)裝置間間距大存在軋制不穩(wěn)定;方案二需要考慮精軋至模塊的張力,根據(jù)鋼質(zhì)變化做出更精細調(diào)整。
方案一和方案二與原設(shè)計工藝路徑最大的變化在于精軋,精軋多2架軋機,8架軋機連軋。方案一可消除原始工藝中精軋和雙模塊之間張力狀態(tài)變化影響;方案二同時預(yù)精軋變?yōu)?8#出鐵,可以更好監(jiān)控出鐵狀態(tài)。
將方案一和方案二與原設(shè)計工藝路徑從軋制穩(wěn)定性,成材率控制,電能損耗等方面進行對比,三種不同的工藝路徑優(yōu)劣性見表8。
表8 三種不同的工藝路徑優(yōu)劣性Table 8 Advantages and Disadvantages of Three Kinds of Different Process Routes
每種工藝路徑都有存在必要性,在常規(guī)生產(chǎn)方面,從節(jié)能、質(zhì)量以及生產(chǎn)穩(wěn)定性方面方案一要優(yōu)于原設(shè)計和方案二;在生產(chǎn)組織方面,近一年品種比例中,其中Φ5.5 mm規(guī)格產(chǎn)品比例大約30%,Φ6.5 mm規(guī)格大約35%,Φ7.0 mm規(guī)格為1%,Φ8.0~Φ11.0 mm規(guī)格接近10%,方案一更換Φ5.5 mm規(guī)格更為便捷,比原設(shè)計尾部修剪量少5環(huán),有利于提高成材率,降低成本。方案二更換Φ7.0~Φ11.0 mm更為便捷;而Φ6.5 mm規(guī)格生產(chǎn)量小,且后續(xù)更換Φ7.0~Φ11.0 mm規(guī)格時可以選擇原設(shè)計,方案二在預(yù)精軋故障時可以選擇使用。
(1)通過理論計算以及生產(chǎn)實踐,Φ6.5 mm規(guī)格已具備多種軋機空過方式的生產(chǎn)模式,原設(shè)計精軋6架+TMB1+TMB2,方案一精軋8架+TMB2(空過TMB1),方案二,預(yù)精軋空過+精軋 8架+TMB1+TMB2。
(2)綜合對比來看,方案一精軋8架+TMB2(空過TMB1)是目前的最佳工藝,不但可以優(yōu)化生產(chǎn)組織,還降低電能損耗;原設(shè)計可根據(jù)生產(chǎn)組織適當選擇,方案二可在設(shè)備檢修或故障下選擇。
(3)采用方案一可節(jié)能約2 100 kW/h,成品尾部修剪量減少5環(huán),并且能夠有效提高更換產(chǎn)品規(guī)格的效率,降低軋輥備輥的庫存量。