靳海生 曹喜軍 張覺靈 劉軍川 余光光

1.前言

敬業(yè)集團棒材生產線配備了無頭焊接軋制，消除了傳統(tǒng)軋制工藝中坯料在進入軋機時的等待時間，以減少軋制過程中粗軋區(qū)的切頭和精軋前的切尾，使產品收得率有所提高。隨著無頭焊接技術不斷推廣和發(fā)展，敬業(yè)集團又引進了意大利第三代無頭焊接軋制技術，于2019年1月5日熱試成功，2019年3月正式投入使用。

敬業(yè)集團5號、6號、7號軋鋼線，每條線產能100萬噸。該套無頭軋制焊機安裝在6號線，主要生產?8～20mm的盤螺。2000年左右，國內鋼廠曾經引進過達涅利無頭焊機，NKK的無頭焊機，但是都不太成功。據報道，主要原因是鑄坯端面不平整，焊機存在去毛刺不干凈，絕緣不理想等問題。

目前，無頭軋制焊接機有NKK公司EBROS和達涅利公司EWR，設備焊接方式都是閃光無頭焊機。達涅利公司在開發(fā)無頭焊機起步較早，業(yè)績相對較多。無頭焊機的優(yōu)點有：坯料在軋制過程中，因鑄坯頭尾焊接，沒有坯間間隔等待，無需切除頭部、尾部，消除了短尺，減少了廢品。因為焊接過程中設備載荷均勻，使用該技術可以提高軋機、減速機等主要設備和導衛(wèi)的壽命，降低零備件成本。

2.工藝原理

鋼坯在進粗軋前，焊機在焊機升降輥道上將前后兩根鋼坯焊合在一起，焊接過程開始于小方坯加熱爐出口輥道，在高壓除鱗機后。出加熱爐的小方坯首先要進行高壓水除鱗，通過高壓水將鑄坯表面的氧化鐵皮清理，然后其前端與已經在粗軋機中（首次焊接即將進入1號軋機）軋制的小方坯尾端實施閃光對焊。焊接周期從焊接本體小車靜止位置開始，出、入口夾緊裝置先夾緊小方坯，使將要焊接的2支方坯保持相同的運行速度，焊接作業(yè)開始后將出口夾鉗方坯尾部和入口夾鉗方坯頭部焊接在一起。

夾鉗裝置系統(tǒng)通過液壓系統(tǒng)對正方坯的頭、尾四個側面，鉗口和坯料充分接觸，確保機載變壓器輸出的電流穩(wěn)定。在焊接過程中，首先使用機載變壓器提供瞬間大電流將兩個坯料的端部熔化，而后由上下成對液壓缸驅動壓緊裝置，將兩個熔化斷面擠壓融合在一起。壓合的過程可以排除焊渣，毛刺機分別沿上、下2個水平方向和左右2個垂直方向，將高于坯料表面的金屬部分切除。焊機夾鉗裝置打開、減速、返回到焊接初始等待位置，通過紅外線檢測坯料，將信號傳遞給焊機后，再開始下一個焊接過程，完成焊接的兩根鋼坯，進入粗軋機開始軋制過程。焊接設備安裝于移動小車上，可對100mm～200mm的方坯或圓坯進行焊接，能焊接的鋼種包括中低碳鋼和部分低合金鋼。

普通軋鋼線需要對一根鋼坯進行切頭、切尾和切短尺的操作，焊機將鋼坯焊接后，成為一根鋼坯，避免了切頭、切尾、減少短尺，提高軋鋼的金屬收得率，成材率。運輸輥道、焊機本體非夾鉗接觸位和鋼坯絕緣后，焊接在作業(yè)時，直流電流只能通過鑄坯端部對鋼坯實行熔化焊接。無頭軋制和普通常規(guī)軋制工藝相比，生產效率可提高10%～12%，生產成本降低2.5%～3.0%，棒材定尺率接近100%，金屬收得率提高約1%，能明顯減少軋制縱向尺寸和性能不均現象。

3.效益核算和質量情況

按年產100萬噸棒材計算，無頭焊機可減少切頭、切尾、短尺和堆鋼損耗，創(chuàng)造1300萬元效益，加上提高軋機作業(yè)率和減少軋機、備件、維護創(chuàng)造的間接效益900萬元。見表1。

噸鋼效益計算，按成品價格和廢鋼價格的差值推算，焊機的運行成本在426萬元，焊機一年綜合效益為1818萬元左右。見表2。

敬業(yè)集團對生產軋制后的產品取樣測試，焊接部位抗拉強度和屈服強度，分別比母材低10MPa～12MPa和低13MPa～15MPa。閃光焊接是用大電流將金屬熔化并擠壓重新融合在一起，因此熔化的金屬再凝固后的組織性能比母體組織晶粒稍大、性能略低。研究表明，延伸率在100以上，由焊縫脫碳引起的斷面強度下降，則可以忽略不計。

4.項目施工情況

4.1敬業(yè)集團棒材事業(yè)部無頭焊接軋制設備布置

由于該工藝為舊線升級改造，焊機設備布置在加熱爐和1號軋機之間，按工藝要求修改了出爐絕緣輥道；配置了除鱗裝置；焊機、升降輥道和毛刺機由達涅利原廠供貨；液壓系統(tǒng)由焊機和毛刺機共用1個液壓站。軋機區(qū)之后的設備使用情況：除調整活套的高度外，其余未做改變。

表1 無頭焊接軋制效益計算 元

表2 無頭焊接軋制焊機生產成本 元

4.2敬業(yè)集團完成無頭焊接軋制設備安裝工作

土建詳細設計和施工、高壓水除鱗系統(tǒng)安裝調試、出爐絕緣 輥道、緊急收集臺架裝置設備的制作安裝、液壓系統(tǒng)的設計和設備安裝、水冷配管、焊機本體的安裝調試等，都由敬業(yè)集團完成。為不影響產線的產量，整個項目在安裝焊機本體時停產13.5天完成安裝和冷調試。

5.無頭焊接系統(tǒng)主要設備

坯料焊接操作方案根據高、低碳等鋼種特點、軋機速度及產品的規(guī)格尺寸，分為3個（高、中、低速）速度區(qū)間。主要技術參數：工作溫度950oC～1150oC；焊機行程：8.0米～9.5米；最大焊接速度0.24m/s；焊機返回速度：0.3m/s；額定功率2000kVA。

6.無頭焊機生產存在的問題和解決方案

6.1絕緣問題

升降和出加熱爐的輥道因坯料在運行中撞擊、摩擦導向裝置，造成連接、固定位絕緣出現漏電。坯料運輸輥道系統(tǒng)要做好絕緣，否則影響連續(xù)焊接。

棒線廠生產節(jié)奏快，生產線連續(xù)性強，無論哪部分設備或操作不正常，都會影響連續(xù)焊接作業(yè)。由于軋輥壽命有限，需定期停機更換軋輥。正在焊接時，如果出現毛刺機卡坯、軋機堆鋼、冷床亂鋼等情況，需要終止焊接。

無頭軋制穩(wěn)定運行的前提條件要求軋線設備運行狀態(tài)穩(wěn)定、前后工序協調性好，加熱爐步進周期要穩(wěn)定、軋機調速均勻、精整區(qū)單、雙收集鏈床設備保持運行穩(wěn)定。因此設備維護人員需做好備件管理。

6.2系統(tǒng)漏水問題

機載變壓器、固定夾鉗水冷系統(tǒng)因漏水，造成焊接系統(tǒng)報警，進入保護狀態(tài)，使焊接失敗。解決辦法是在開始焊接前，確認該水系統(tǒng)液位在正常范圍。由于機載變壓器和夾鉗漏水點主要在機體內不容易發(fā)現。另外夾鉗常因坯料頭部頂、撞、摩擦鉗口，也會引起漏水?？稍诤笝C入口前輥道設置導向裝置來解決這個問題。機載變壓器需要補水用來排除冷卻系統(tǒng)內的空氣，避免冷卻系統(tǒng)因內部的氣體而降低冷卻效果，造成設備局部過熱。操作人員要經常檢查焊機本體入口水分流器接口連接位。

7.總結

（1）無頭軋制技術消除了傳統(tǒng)軋制工藝中的坯料間隔，減少了軋制品頭、尾剪切的材料浪費、消除了軋機間的沖擊載荷，提高了設備使用壽命，減少了設備維護費用，提高了軋制節(jié)奏和成材率，是目前長材軋鋼技術中的熱點。

(2)無頭焊接軋制技術設備精巧，如果運行順利，投資1年左右就可以收回成本。

(3)無頭焊接軋制技術適合傳統(tǒng)軋線的改造，但是在設備管理、維護、備件管理上的要求很高，軋鋼廠要高度重視。

（4）國內軋鋼廠要求生產運行穩(wěn)定、產量高、停機時間少，這就要合理對焊機進行保養(yǎng)。

（5）焊接過程中要保證絕緣部位的狀態(tài)良好，避免局部漏電影響焊接質量和焊機正常作業(yè)。

（6）今后考慮該技術能適用更多的鋼種研發(fā)。

通過消化引進技術，追求更低成本、更低消耗，生產性能綠色的、優(yōu)良的、可循環(huán)的鋼鐵產品，敬業(yè)集團實施項目的過程中，提高生產和設備管理水平。

參考文獻略