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        雙高速棒材軋鋼生產(chǎn)線新工藝技術(shù)的應(yīng)用研究

        2024-01-07 13:45:06崎,唐
        山西冶金 2023年11期
        關(guān)鍵詞:熱機軋件棒材

        榮 崎,唐 輝

        (安徽諾泰工程技術(shù)有限公司,重慶 401120)

        0 引言

        山西通才工貿(mào)有限公司雙高速棒材生產(chǎn)線是由現(xiàn)有老棒材生產(chǎn)線改造成的雙高棒生產(chǎn)線,是全國首例由棒材生產(chǎn)線改造的雙高棒生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線采用了當(dāng)前該領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù),包括連鑄-直接軋制技術(shù)、熱送熱裝技術(shù)、模塊化軋機、無孔型軋制技術(shù)及獨立旋轉(zhuǎn)底座導(dǎo)衛(wèi)、控軋控冷技術(shù)、零間隔軋制技術(shù)、高速上鋼技術(shù),生產(chǎn)線最高軋制速度45 m/s,為世界上最高軋制速度。該生產(chǎn)線采用全新一代熱機軋制工藝技術(shù),裝備制造高端,生產(chǎn)自動化水平高,為當(dāng)前高速棒材領(lǐng)域最先進(jìn)的生產(chǎn)線。

        1 主要工藝技術(shù)參數(shù)

        軋線為全連續(xù)式生產(chǎn)線,設(shè)計年產(chǎn)量180 萬t。主要產(chǎn)品為規(guī)格Φ12.0~Φ40.0 mm 的熱軋帶肋鋼筋,鋼種為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼等。其中,Φ12.0~Φ25.0 mm 由兩邊高棒軋機生產(chǎn),采用轉(zhuǎn)轂上鋼;Φ28.0~Φ40.0 mm 采用中間裙板通道上鋼,為進(jìn)一步提高大規(guī)格產(chǎn)品產(chǎn)量,Φ28.0 mm 采用兩切分軋制。為考慮優(yōu)鋼轉(zhuǎn)型升級,在中間通道位置預(yù)留有優(yōu)特鋼生產(chǎn)的減定徑機位置,用于軋制尺寸精度更高的優(yōu)特圓鋼,主要包括優(yōu)特鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等工程用鋼。規(guī)格為Φ16.0~Φ60.0 mm 產(chǎn)品定位以普為主,普優(yōu)兼并。

        改造完成后,主要采用鑄坯直軋工藝生產(chǎn),規(guī)格為165 mm×165 mm×12 000 mm 的鋼坯通過輥道從連鑄設(shè)備直接送往粗軋機進(jìn)行軋制,實現(xiàn)最大限度節(jié)能,降低生產(chǎn)成本,提高經(jīng)濟效益,同時減少坯料庫存、庫容,大大縮短煉鋼到熱軋產(chǎn)品的生產(chǎn)周期,提高產(chǎn)品競爭力。保留現(xiàn)有加熱爐,為熱送坯料加熱使用。軋線產(chǎn)品方案如表1 所示,生產(chǎn)工藝流程如圖1 所示。

        圖1 生產(chǎn)工藝流程

        表1 軋線產(chǎn)品方案

        2 多級熱機軋制技術(shù)

        熱機軋制工藝主要通過控制軋制與冷卻獲得理想的相變組織[1],是一種通過軋鋼手段既可降低合金成分,又可以提高產(chǎn)品性能的工藝技術(shù),是目前最為有效的降成本手段。

        熱機軋制工藝或稱為兩相區(qū)軋制工藝[2]。粗中軋為常規(guī)軋制,開軋溫度約950~1 050 ℃,通過精軋前水冷將軋件溫度冷卻至兩相區(qū)溫度區(qū)間(780~850 ℃),精軋道次施以足夠的總變形量,通過形變誘導(dǎo)鐵素體相變[3]和形變強化相變機制[4]來實現(xiàn)細(xì)晶軋制。在精軋機和成品軋機,選擇在應(yīng)變誘導(dǎo)奧氏體相變溫度(Ad3溫度)范圍內(nèi)軋制,在變形同時發(fā)生誘導(dǎo)鐵素體相變。為了控制鋼材溫度,在機組間設(shè)置水冷裝置,特別是在升溫軋制條件下,利用水冷控制恒定的Ad3溫度更為重要;軋后快冷可防止超細(xì)鐵素體晶粒長大,以及防止細(xì)化的第二相組織和彌散的碳、氮化物析出。

        新一代熱機軋制工藝技術(shù)最大的特點是在高速區(qū)施加多級控軋控冷,軋件在未再結(jié)晶區(qū)反復(fù)變形,最大程度細(xì)化晶粒。再配合精準(zhǔn)控制冷卻速率,獲得理想的金相組織,使鋼材晶粒更細(xì)小、更均勻,強度更高,性能更優(yōu)。細(xì)晶強化是一種使鋼鐵材料強度和韌性同時增加的強化機制[5],多級控軋控冷可以很好地實現(xiàn)這個目標(biāo)。

        3 模塊軋機

        該高速棒材生產(chǎn)線采用了中鋼設(shè)備公司及其子公司安徽諾泰公司的全新一代熱機軋制工藝技術(shù)及核心裝備。高速線棒材模塊軋機以兩架軋機作為1 個模塊,每個模塊由2 臺電機集中驅(qū)動或者由1 臺電機獨立驅(qū)動。模塊軋機具有以下特點:工藝布置靈活,車間適應(yīng)性強;模塊標(biāo)準(zhǔn)化互換;承載力大,可實現(xiàn)低溫軋制;配合水冷裝置可實現(xiàn)控溫控軋;備件量少;電機獨立驅(qū)動,降低設(shè)備空轉(zhuǎn)率,節(jié)能減排。在近年的新建和改建項目中,模塊軋機已逐漸取代傳統(tǒng)的集中傳動精軋機。

        安徽諾泰公司在研究熱機軋制工藝的同時,配套開發(fā)適用的機械設(shè)備。模塊軋機在設(shè)計開發(fā)過程中充分考慮了控制軋制需求,在箱體結(jié)構(gòu)、傳動軸強度、軸承載荷壽命、齒輪彎曲和疲勞強度等方面均進(jìn)行優(yōu)化和加強設(shè)計,旨在提高齒輪箱承載負(fù)荷,增強軋機軋制能力。經(jīng)過多年發(fā)展,模塊軋機形成了系列化產(chǎn)品,如表2 所示。

        表2 模塊軋機系列化

        高速區(qū)軋機全部采用最新研發(fā)的RVM330 模塊軋機,是世界上規(guī)格最大的45°頂交懸臂式模塊軋機,專為大規(guī)格棒材開發(fā)設(shè)計。

        RVM330 模塊軋機在結(jié)構(gòu)上主要有以下特點[6]:

        1)相鄰機架互成90°布置,實現(xiàn)無扭軋制。

        2)機組采用頂交45°布置,既增加了機組的穩(wěn)定性,又降低了設(shè)備重量,操作維護(hù)也更加方便。

        3)軋輥箱采用插入式結(jié)構(gòu),懸臂輥環(huán),箱體內(nèi)裝有偏心套機構(gòu)用來調(diào)整輥縫。偏心套內(nèi)裝有油膜軸承與軋輥軸,在懸臂的軋輥軸端用錐套漲緊固定輥環(huán)。

        4)錐齒輪箱由箱體、傳動軸、螺旋傘齒輪副、斜軸齒輪副、輸入齒輪副組成,全部齒輪均為硬齒面磨削齒輪,齒面修形,齒頂修緣,保證齒輪高速平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。

        5)通過軋輥軸末端的止推軸承,有效解決了軋輥軸軸向竄動問題,保證了軋件的尺寸精度。

        6)輥縫的調(diào)節(jié)是旋轉(zhuǎn)1 根帶左、右絲扣和螺母的絲桿,使兩組偏心套相對旋轉(zhuǎn),兩軋輥軸的間距隨偏心套的偏心相對軋線對稱移動而改變輥縫,并保持原有軋線及導(dǎo)衛(wèi)的位置不變。

        7)輥環(huán)采用碳化鎢硬質(zhì)合金,通過錐套連接在懸臂的軋輥軸上,用專用液壓換輥工具更換輥環(huán),換輥快捷方便。

        8)減速機設(shè)兩檔速比,以適應(yīng)更大規(guī)格產(chǎn)品范圍。

        4 控制冷卻技術(shù)

        為控制軋件在生產(chǎn)過程各階段的溫度,預(yù)精軋后利舊原有水箱,以控制軋件進(jìn)入精軋機組的溫度為800~880 ℃;精軋后設(shè)置2×2 個水箱,保證軋件進(jìn)入成品軋機的溫度為780~850 ℃;成品軋機后設(shè)置2×4 個水箱,控制上冷床溫度為780~830 ℃,限制晶粒長大的同時避免產(chǎn)生回火組織。水箱結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

        圖2 水箱結(jié)構(gòu)

        5 軋機布置及生產(chǎn)線特點

        5.1 軋機布置

        軋線共有24 個機架,共分5 個機組:粗軋機組6架(4 架Φ650 mm 軋機+2 架Φ450 mm 軋機)、中軋機組6 架(4 架Φ450 mm 軋機+2 架Φ350 mm 軋機)、預(yù)精軋機組4 架(4 架Φ350 mm 軋機)。

        高速區(qū)軋機包含精軋機組4 架(分為A、B 兩線,每線2 架RVM330)及成品機組4 架(分A、B 兩線,每線2 架RVM330)。

        5.2 生產(chǎn)線特點

        1)高棒軋制速度最大達(dá)45 m/s 以上。

        2)連鑄鋼坯熱送直軋工藝,可節(jié)省燃料消耗,降低生產(chǎn)成本。

        3)采用無間隔軋制技術(shù),將粗軋機入口坯料間隔時間由5 s 縮短到3 s 左右,減少了軋機空轉(zhuǎn)時間,節(jié)能降耗。

        4)利用HRB400 的成分即可生產(chǎn)HRB500(E)產(chǎn)品;極大降低了生產(chǎn)成本,同時可滿足下一代國家標(biāo)準(zhǔn)升級需要。

        5)HRB400(E)系列盤螺產(chǎn)品不添加釩或鈮,錳含量低。Φ12.0 mm 螺紋鋼w(Mn)低至0.90%,Φ25.0mm螺紋鋼w(Mn)低至1.25%,屈服強度≥420 MPa,表面沒有激冷層及異常組織,完全符合國標(biāo)GB/T 1499.2—2018 要求。

        6)Φ12.0~Φ25.0 mm 規(guī)格采用模塊軋機生產(chǎn),碳化鎢輥環(huán)軋制,產(chǎn)品精度高。

        7)采用RVM330 單獨傳動減徑機,實現(xiàn)多級控軋控冷,產(chǎn)品性能好。

        8)采用雙夾尾制動裝置和四通道雙轉(zhuǎn)轂上鋼裝置,將高速運行的軋件降速并輸送到冷床矯直板上。高速上鋼最高設(shè)計速度50 m/s。

        6 生產(chǎn)情況

        山西通才雙高棒生產(chǎn)線經(jīng)投產(chǎn)后,生產(chǎn)狀況良好,完全實現(xiàn)了建設(shè)目標(biāo):

        1)Φ12.0 mm 實際穩(wěn)定軋制速度45 m/s。

        2)采用多級控軋控冷軋制工藝,所有規(guī)格均不加釩,生產(chǎn)Φ25.0 mm 的HRB400E 螺紋鋼w(Mn)低至1.1%~1.2%,Φ12.0 mm 螺紋鋼w(Mn)低至0.7%~0.8%;生產(chǎn)Φ25.0 mm 的HRB500E 的化學(xué)成分為w(Mn)=1.3%~1.4%、w(V)=0.03%;無論生產(chǎn)HRB400E 還是HRB500E,均為最優(yōu)化學(xué)成分。

        3)RVM330 模塊軋機工作穩(wěn)定可靠,極大減少了生產(chǎn)事故的發(fā)生。

        4)模塊軋機輥環(huán)軋制精度高,Φ12.0 mm 負(fù)差可控制在-5.5%以上,產(chǎn)品尺寸均勻、穩(wěn)定。

        5)借助半自動換輥機械手,輥環(huán)更換時間在15 min 以內(nèi),極大提高了生產(chǎn)效率。

        7 結(jié)論

        1)山西通才雙高棒生產(chǎn)線是首套由老棒材生產(chǎn)線改造而成的雙高棒生產(chǎn)線。采用全新一代熱機軋制工藝技術(shù)(多級控軋控冷技術(shù)),配備重型RVM330 系列模塊軋機和在線閉環(huán)控冷設(shè)備。

        2)通過降低合金含量,能夠生產(chǎn)出符合新國標(biāo)要求的細(xì)晶粒產(chǎn)品。投產(chǎn)后產(chǎn)品性能穩(wěn)定、負(fù)公差控制準(zhǔn)確、合金成分低、生產(chǎn)成本低,進(jìn)一步增強了其產(chǎn)品的競爭力。

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