柳志堅 劉立國 王旭

摘要：日照鋼鐵有限公司（以下簡稱日鋼）高線繼模塊內(nèi)頭部碎頭堆鋼之后最主要的堆鋼為導(dǎo)槽磨損造成的堆鋼，經(jīng)過近一年的實踐摸索，并通過大量的技術(shù)攻關(guān)，確定了其主要根源，進(jìn)而對癥下藥，為生產(chǎn)的高效批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)槽磨損;穿水冷卻;堆鋼;導(dǎo)槽改進(jìn)

前言

日鋼高速線材廠近年來根據(jù)市場需求，陸續(xù)開發(fā)了5.5規(guī)格的焊線和硬線，此種規(guī)格的產(chǎn)品需要使用雙模塊軋制。該廠建有三條高速線材生產(chǎn)線，其中兩條配備雙模塊設(shè)備，但在軋制其它規(guī)格產(chǎn)品時并沒有使用雙模塊，因此也沒有相關(guān)的生產(chǎn)經(jīng)驗可循，開發(fā)5.5規(guī)格產(chǎn)品也就必然會面臨攻克模塊上線使用方面的一系列問題。

用模塊軋制小規(guī)格產(chǎn)品是行業(yè)頂尖的生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過長時間摸索，該廠在模塊使用技術(shù)上漸趨成熟，先后決了模塊內(nèi)部堆鋼問題、孔型改進(jìn)難題、料型規(guī)范問題，然而模塊后水箱及緩冷段導(dǎo)槽磨損堆鋼始終時斷時續(xù)，隨著其它問題的陸續(xù)解決而成為該廠最尖銳的技術(shù)課題。

1.設(shè)備描述

以該廠第二條生產(chǎn)線為例，雙模塊后面為第4水箱，水箱長度6110mm，內(nèi)部有設(shè)有12個噴嘴，材質(zhì)為2Cr13，每個噴嘴長度為601mm，孔徑為Φ12mm。雙模塊與4#水箱之間用一個450mm的過度導(dǎo)槽銜接;水箱與夾送輥之間有27副緩冷導(dǎo)槽，材質(zhì)為2Cr13，尺寸為480*80*45mm，孔徑為Φ12mm。夾送輥和吐絲機(jī)為原裝達(dá)涅利設(shè)備，布置如圖1所示。

2.堆鋼現(xiàn)象

從堆鋼現(xiàn)象上來看，大部分堆鋼都表現(xiàn)為吐絲3～6圈，拉斷后在模塊成品架后面的廢品箱堆鋼。在時間段上，新上線的水箱后面的緩冷導(dǎo)槽不容易出現(xiàn)堆鋼，堆鋼多發(fā)生在軋制500噸以后或中間更換部分導(dǎo)槽或噴嘴之后。堆鋼之后發(fā)現(xiàn)導(dǎo)槽和噴嘴或多或少有非正常磨損，如圖2所示。

緩冷段導(dǎo)槽的異常磨損多發(fā)生在水箱后前四個導(dǎo)槽，磨損程度為第一個導(dǎo)槽最嚴(yán)重，往后依次遞減。磨損部位為導(dǎo)槽喇叭后根部往后延伸，多為半邊磨偏，且為左右側(cè)的單側(cè)磨損，嚴(yán)重者磨出40～80mm長的深溝;水箱內(nèi)噴嘴多發(fā)生在中間幾個噴嘴，磨損部位除前端喇叭口處外，導(dǎo)管尾部也有磨偏現(xiàn)象。

3.堆鋼原理

3.1、基本原理

鋼坯出模塊之后以106m/甚至更高的速度穿過水箱及緩冷導(dǎo)槽，頭部然后經(jīng)過夾送輥后彎管改變方向進(jìn)入吐絲機(jī)成型，在此過程中必然受到導(dǎo)槽的摩擦阻力、頭部撞擊導(dǎo)槽喇叭口邊緣的撞擊阻力、夾送輥后彎管的摩擦力以及吐絲管變形區(qū)的阻力。這些阻力加和超過一定限值時，必然會在預(yù)設(shè)堆鋼的成品架后的廢品箱拱起，拱起后在廢品箱處堆鋼，而前面自廢品箱到吐絲機(jī)的鋼借助慣性和吐絲機(jī)的甩力把鋼自廢品箱后拉斷。

3.2、主要原因

上述各種阻力實際上不可避免，少量的阻力并不影響Φ5.5mm鋼坯在Φ12mm的導(dǎo)槽中前行，關(guān)鍵是其中的某些阻力由于其它原因成倍增長。從堆鋼發(fā)生在吐絲3-6圈和導(dǎo)槽有不同程度磨損的現(xiàn)象分析，造成堆鋼的主要原因為頭部3-6圈以內(nèi)在行進(jìn)過程中嚴(yán)重脫離直線造成阻力增大所致。這如同一根直桿，直徑越細(xì)，剛性越差，可以借助數(shù)學(xué)模型分析：把直桿應(yīng)用“無限縮小”的概念來理解，無限減徑后鋼如同一條細(xì)軟線，頭部受阻力，后面必然會彎曲，彎曲程度小時不會超出拱起上限，加上經(jīng)過這段時間后就有夾送輥、吐絲機(jī)在前面的拉力幫助其運行，但超過拱起上限后堆鋼也就不可避免。

3.3、阻力形成機(jī)理

為充分發(fā)揮金屬潛能，現(xiàn)代線材生產(chǎn)中普遍用控制軋制和控制冷卻工藝，提高其力學(xué)性能。目前，國內(nèi)高速線材普遍采用MORGAN或DANELI公司產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式，以環(huán)形噴射冷卻結(jié)構(gòu)為主，但是這種噴嘴結(jié)構(gòu)會造成軋件運行阻力較大，以及冷卻效果較差，特別是盤螺的生產(chǎn)時，需要在水冷箱之間加設(shè)夾送輥進(jìn)行輸送。高速線材的軋件水量和水壓的約束，超過臨界水壓和水量就會失穩(wěn)，像細(xì)長桿一樣。因而產(chǎn)生亂鋼現(xiàn)象。軋件的速度、直徑、水量、水壓都是穩(wěn)定的因素，水量的增加會增加運行成本而水壓的增加同樣增加了鋼材的運行阻力。

在軋制過程由專用的微處理器通過水流量調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)各個水冷段入口水流量的連續(xù)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到軋件溫度的實時控制、保證不同控制軋制所需的軋件溫度。從長期統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，磨損主要在水箱內(nèi)部噴嘴及其后面的幾個導(dǎo)槽。其它導(dǎo)槽也偶有磨損，但都為導(dǎo)槽安裝不正所致，因此分析異常磨損的原因還得從水冷系統(tǒng)著手。

日鋼高線水冷系統(tǒng)為國內(nèi)某廠家設(shè)計制造，4#水箱閥臺水量的控制為人工手動控制，設(shè)有4段4個調(diào)節(jié)閥，因此水量的控制不均勻，加上水壓不穩(wěn)定，必然會造成水箱內(nèi)各段水量不一致，軋制一段時間后噴嘴兩端會有一定磨損。另外噴嘴入口段喇叭口根據(jù)水冷需求設(shè)計時 ?開口偏大，使得兩噴嘴之間鋼坯懸空長度達(dá)到12-15cm，這也是導(dǎo)致磨損加大的原因。

現(xiàn)行使用的導(dǎo)槽入口喇叭口偏大，縱深長度達(dá)到70mm，如圖3所示。4#水箱與水箱后第一個導(dǎo)槽有30-40mm長的間隙，直接導(dǎo)致鋼坯在此位置懸空100-110mm，鋼坯在正常通過時在水柳橫向力的作用下對水箱出口反撲風(fēng)、反撲水導(dǎo)槽磨損加劇，直接導(dǎo)致水箱后第一個導(dǎo)槽入口處磨損加劇。

3.4、次要原因

3.4.1、導(dǎo)槽、噴嘴材質(zhì)硬度不夠，不耐磨。

3.4.2、導(dǎo)槽段底座剛性不夠，過鋼過程中左右震動值達(dá)到0.6mm，也是磨損加大、形成無關(guān)阻力的一個因素。

4、解決方案

4.1、因為原導(dǎo)槽的喇叭口并沒有撞擊的痕跡，說明開口度沒有必要很大。因此改進(jìn)導(dǎo)槽喇叭口開口度，開口錐度由原來的30°改為60°，深度由原來的70mm縮減為25mm。如圖4所示。

4.2、第一個反撲水導(dǎo)槽前端和反撲風(fēng)導(dǎo)槽后端加長，減小對水箱出口段的凈磨損量。

4.3、改進(jìn)噴嘴，由原來的直噴式水冷噴嘴改為新型的水冷噴嘴，噴嘴如圖5所示^[1]。

改進(jìn)后的噴嘴使得水流對軋件的壓差減小，進(jìn)而大大減小對導(dǎo)槽的異常磨損。

4.4、對緩冷段導(dǎo)槽底座進(jìn)行加固，或更換長期使用腐蝕嚴(yán)重的支柱。

4.5、水箱閥臺改進(jìn)，設(shè)置穩(wěn)壓閥，保證水壓0.6MPa左右的穩(wěn)定值。

5、應(yīng)用效果

前期日鋼高線對導(dǎo)槽喇叭口進(jìn)行了改進(jìn)、導(dǎo)槽底座加固、導(dǎo)槽和噴嘴材質(zhì)進(jìn)行了更換，也取得了一定的效果，后期陸續(xù)進(jìn)行水箱及閥臺的改造，預(yù)期效果良好。

6、結(jié)論

（1）、導(dǎo)槽卡鋼課題的研究基本概括了大部分此類問題的解決方法，為其它產(chǎn)品的開發(fā)或其它部位事故的處理提供參考，解決此類問題一定要用理論結(jié)合實際的方法。

（2）、水箱的改進(jìn)與控冷效果的完美結(jié)合需要高端技術(shù)產(chǎn)品作為支撐，通過了解事故形成的原因，尋求解決問題的方法需要技術(shù)人員仔細(xì)觀察總結(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1]、梁鴻等.新型高效穿水冷裝置的研究.北京：中冶京誠瑞信長材工程公司，2010.

作者簡介：栁志堅愛（1984-），男，山東曲阜人，本科學(xué)歷，工程師，主要從事長、型材售前生產(chǎn)工藝技術(shù)方面及售后質(zhì)量問題的工作。

（作者單位：日照鋼鐵有限公司長材技術(shù)處）