李慶效 馬艷杰 王麗娜 李力

(1 安徽首礦大昌金屬材料有限公司;2 華北理工大學(xué) 遷安學(xué)院)

0 前言

某鋼廠棒材使用150 mm ×150 mm 的方坯，采用平立交替的軋機(jī)布置的工藝，粗中軋壓下量較大，速度慢，精軋壓下量小，速度快，精軋前后通常有穿水冷卻裝置。在棒材軋制過(guò)程中，由于種種原因軋制鋼坯會(huì)出現(xiàn)翹曲，平軋機(jī)翹曲多發(fā)生在軋制線垂直方向上(即上下翹曲)，立軋機(jī)翹曲多發(fā)生在軋制線的水平方向上(即左右彎曲)。鋼坯翹曲對(duì)軋制的穩(wěn)定性產(chǎn)生了影響，翹曲的鋼坯與軋機(jī)、導(dǎo)位等設(shè)備或者檢測(cè)儀器發(fā)生撞擊，增大了設(shè)備損耗，嚴(yán)重者造成鋼坯無(wú)法正常進(jìn)入軋機(jī)，影響軋制效率和產(chǎn)品成材率。

1 鋼坯翹曲原因分析

軋制過(guò)程中，造成鋼坯翹曲的原因很多，其主要原因是軋制過(guò)程中，鋼坯處在非對(duì)稱軋制條件下進(jìn)行軋制，即軋件上下表面的金屬流量不同，變形程度不同，從而產(chǎn)生翹頭或扣頭［1～2］。

棒材生產(chǎn)中，粗中軋機(jī)組完成對(duì)軋件大壓下量的同時(shí)，由于鋼坯表面溫度分布不均勻、軋輥損耗、軋制線偏移、軋制線速度的變化等因素，鋼坯易產(chǎn)生翹曲。

1．1 溫度的影響

在軋制過(guò)程中，軋件溫度不斷降低。加熱爐對(duì)軋件加熱不均勻，或者由于工藝要求對(duì)設(shè)備(如軋輥冷卻水、除鱗等)進(jìn)行冷卻，會(huì)造成軋件上下表面散熱不均勻，隨著軋件延伸、金屬變形程度不同，導(dǎo)致軋件發(fā)生翹曲現(xiàn)象。軋件在軋制線上停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)造成軋件的翹曲。

以軋件扣頭為例，在其他工藝條件相同條件下，鋼坯存在斷面溫差，上表面溫度高于下表面溫度，變形如圖1 所示。由于在變形區(qū)軋制力相等，金屬的變形抗力受變形溫度影響，溫度高的區(qū)域變形抗力小，變形速度快，變形程度大，必然會(huì)使L1＞L2，即ΔH1＞ΔH2。軋件上表面的前滑值比軋件下表面前滑值大，在將軋件從中性層分為上、下兩半部分的情況下，上軋輥從變形區(qū)軋出的金屬體積比同一時(shí)間下軋輥從變形區(qū)軋出的金屬體積大，結(jié)果形成圖1所示的翹曲形狀。

圖1 軋件上下表面存在溫度差時(shí)軋出的軋件形狀

1．2 軋制線高度的影響

軋制線高度是指軋機(jī)下輥的表面與機(jī)架輥的上表面之間的高度差。當(dāng)軋輥與平軋機(jī)機(jī)架輥的垂直(立軋機(jī)水平)距離調(diào)整不當(dāng)時(shí)，軋件不能水平進(jìn)入軋機(jī)輥縫，則軋輥會(huì)將軋件爬坡咬入或者下傾咬入，這樣非對(duì)稱的咬入引起了非對(duì)稱的軋制。而且當(dāng)進(jìn)口導(dǎo)位安裝偏離軋制線時(shí)，也會(huì)引起軋件非對(duì)稱咬入，當(dāng)出口導(dǎo)位安裝偏離軋制線，也會(huì)引起軋件在一個(gè)方向受力，從而出現(xiàn)軋件翹曲現(xiàn)象。

1．3 摩擦力的影響

軋件和軋輥表面的摩擦力的大小及分布與接觸弧長(zhǎng)度和軋件平均厚度的比值以及摩擦系數(shù)有關(guān)。由于軋件表面的氧化鐵皮、軋輥表面粗糙、冷卻水、油污等，使摩擦系數(shù)發(fā)生變化，影響軋件和軋輥表面的摩擦力。摩擦系數(shù)大的一側(cè)受到摩擦力增大，金屬的塑形流動(dòng)受到抑制，使軋件發(fā)生不同程度的翹曲。

1．4 軋制線速度的影響

軋制線速度與軋輥直徑和溫度有密切關(guān)系。溫度對(duì)軋制線速度的影響，主要是影響金屬塑性變形，溫度越高金屬變形抗力越小，軋制線速度越高，使金屬塑形流動(dòng)變大。在軋機(jī)轉(zhuǎn)速一定情況下，軋輥直徑越大，軋制線速度越大，線速度較大一側(cè)的金屬塑形流動(dòng)較大，前滑值較大，所以軋件會(huì)向軋制線速度較小的一側(cè)彎曲。

2 生產(chǎn)對(duì)策

1)生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)減少軋件斷面尺寸的溫差，即降低軋件上下表面溫差，提高軋件溫度均勻性，保證軋件表面延伸和變形的均勻性，從而降低軋件翹曲的發(fā)生可能性。主要措施有:首先，加熱爐保證加熱節(jié)奏，提高加熱效率，保證軋件出爐溫度的均勻性;其次，控制軋制節(jié)奏，避免軋件停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng);最后，控制軋制過(guò)程中冷卻水，合理安排冷卻水分布，保證上下輥的冷卻效果，保證軋制過(guò)程中軋件的斷面溫度均勻性。

2)生產(chǎn)過(guò)程中，保證軋制線高度的一致性，避免出現(xiàn)非對(duì)稱軋制，進(jìn)而減少軋件翹曲發(fā)生的可能性。主要措施有:軋機(jī)、導(dǎo)位等設(shè)備安裝要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，保證生產(chǎn)線軋制線高度一致;軋制過(guò)程中，固定好軋機(jī)、導(dǎo)位等設(shè)備底座，保證設(shè)備的穩(wěn)定性，以避免由于震動(dòng)、撞擊等因素造成軋制線的偏移。

3)生產(chǎn)過(guò)程中，減少摩擦系數(shù)的變化，能夠有效避免軋件翹曲的發(fā)生。主要措施為:減少軋件表面氧化鐵皮;合理布置軋機(jī)間冷卻水管;通過(guò)軋輥磨削、刻痕等增加軋輥表面摩擦力。

4)生產(chǎn)過(guò)程中，合理控制軋制線速度，保證軋件表面金屬流動(dòng)的均勻性，從而有效避免軋件翹曲的發(fā)生。主要措施有:合理調(diào)節(jié)軋機(jī)轉(zhuǎn)速;改善軋輥材質(zhì)，減小軋輥磨損率;定期檢查軋輥磨損帶來(lái)的輥徑變化。

3 改進(jìn)效果

上述措施實(shí)施后，某鋼廠棒線材軋制穩(wěn)定性得到較好控制，軋制作業(yè)率提高至90%以上，車間綜合成材率提高0．9%，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)顯著提高，有效的預(yù)防和減少了棒材軋制過(guò)程中，鋼坯翹曲現(xiàn)象的發(fā)生。

4 結(jié)論

軋制過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程，影響因素多，各因素之間又互相影響。通過(guò)以上分析，不難看出在熱軋生產(chǎn)過(guò)程中，影響棒材鋼坯翹曲的因素是多方面的，主要體現(xiàn)在鋼坯加熱溫度不均、軋制線的高低、摩擦力分布和軋制線速度等問(wèn)題上。根據(jù)以上影響因素提出了合理的生產(chǎn)對(duì)策，而且實(shí)施措施后，有效的預(yù)防和減少了棒材生產(chǎn)過(guò)程中鋼坯翹曲現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

［1］孫薊泉，張海濱，于全成． 熱軋帶鋼頭部翹曲原因分析［J］． 鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2006，18(7):31 －34．

［2］龐玉華，劉長(zhǎng)瑞，王伯建 等． 板帶材軋制頭部翹曲的影響因素［J］． 鐵研究學(xué)報(bào)．2007，19(5):35 －36．

［3］王廷溥，《軋鋼工藝學(xué)》［M］． 冶金工業(yè)出版社，1989:218 －220．

［4］李亮，杜鳳山，郭振宇 等．非對(duì)稱板帶熱軋頭部翹曲分析與有限元模擬［J］．冶金設(shè)備，2003(4):4 －7．

［5］李學(xué)通，杜鳳山，王敏婷 等． 熱軋帶鋼頭部翹曲有限元研究［J］．重型機(jī)械，2004(3):41 －45．