摘 要：分析本鋼特鋼中棒材頭部彎曲產(chǎn)生的原因，通過優(yōu)化加熱工藝、新增定徑軋制工藝、改進(jìn)出入口導(dǎo)衛(wèi)固定方式與出口導(dǎo)衛(wèi)內(nèi)堂尺寸，有效降低了中棒材頭部彎曲度及彎曲比例，顯著提升鋼材外觀質(zhì)量，減少金屬損失，降低了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：頭部彎曲；加熱；軋機(jī)；導(dǎo)衛(wèi)；定徑軋制

Abstract：This article analyze the reasons for the bending of the head of the bars in Benxi special steel. By optimizing the heating process， adding a fixed diameter rolling process， improving the fixing method of the inlet and outlet guide and the size of the outlet guide， the bending degree and proportion of the head of the bar have been effectively reduced， significantly improving the appearance quality of the steel， reducing metal loss， and lowering production costs.

Key Words： head bending; heating; rolling mill; guide and guard; fixed diameter rolling

0 引 言

本鋼特鋼事業(yè)部中棒產(chǎn)線始建于2007年，于2019年進(jìn)行升級改造，改造后主要裝備有2座步進(jìn)梁式加熱爐，1架φ1 150 mm二輥可逆式開坯機(jī)，3架850無牌坊高剛度軋機(jī)、1臺液壓剪，4架480與5架576短應(yīng)力線精軋機(jī)，1座編組臺架，3臺磨切鋸，1座齒條式步進(jìn)冷床。原料使用390 mm × 480 mm連鑄坯，能夠軋制規(guī)格φ85 mm ～ 200 mm圓鋼及某些規(guī)格方、扁鋼，主要生產(chǎn)軸承鋼、齒輪鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、石油用鋼、氣瓶鋼等鋼種。

通過與國內(nèi)先進(jìn)特鋼企業(yè)對標(biāo)，我們發(fā)現(xiàn)棒材頭部彎曲是國內(nèi)棒材廠面臨的質(zhì)量難題，鋼材頭部彎曲長度大部分在0.5 ～ 1.5 m范圍內(nèi)，特別是對于φ150 ～ 200 mm的特殊鋼種頭部彎曲，因壓力矯直機(jī)存在矯直盲區(qū)，出現(xiàn)嚴(yán)重的頭部彎曲后很難通過矯直給予消除，為保證鋼材平直度，在精整工序只能將頭部彎曲切除掉，不僅影響精整正常生產(chǎn)秩序與工序成本，增加了工序處理周期，而且還增加金屬消耗，降低成材率0.2%～0.5%，可見棒材的頭部彎曲已經(jīng)成為軋鋼產(chǎn)線亟待解決的問題。

1 原因分析

結(jié)合中棒材生產(chǎn)線工藝、設(shè)備情況，從加熱爐的鋼坯溫度均勻性、定徑軋制、導(dǎo)衛(wèi)固定方式及導(dǎo)板尺寸等方面對棒材頭部彎曲進(jìn)行分析。

1.1 鋼坯加熱溫度不均勻

1）中棒產(chǎn)線加熱爐采用的是雙排布料空氣單蓄熱步進(jìn)梁式加熱爐，因爐內(nèi)部分燒嘴磚出現(xiàn)積渣與裂紋，爐底渣清理不及時(shí)，造成火焰噴射角度偏移，火焰長度縮短到2 ～ 3m（鋼坯長3.6 ～ 4.1m），影響鋼坯長度方向上的均勻性。

2）同時(shí)加熱爐采用端進(jìn)端出的裝出料方式，在取鋼機(jī)出鋼過程中，靠近爐子一側(cè)的溫度高，輥道側(cè)溫度低，造成鋼坯左右兩側(cè)溫度不均勻。

3）爐內(nèi)水梁的墊塊與耐材出現(xiàn)局部脫落現(xiàn)行，在產(chǎn)線出現(xiàn)熱?；蜷L時(shí)間待溫的情況下，鋼坯下表面出現(xiàn)黑印，造成上下表面溫度不均勻。

在軋制過程中，因鋼坯各面溫度不均，導(dǎo)致軋制力不均與摩擦系數(shù)異常，造成圓鋼在軋制過程頭部向溫度低的一側(cè)彎曲[1]。

1.2 定徑軋制工藝不成熟

中棒產(chǎn)線原始設(shè)計(jì)中將12Ha設(shè)定為φ85 ～ 200 mm定徑機(jī)組，對鋼材尺寸精度、彎曲度進(jìn)行精密控制。但因7架軋機(jī)與12Ha距離較長，在軋制φ150 ～ 200mm時(shí)，兩架軋機(jī)之間形成了“脫頭軋制”，造成12Ha咬入效果不佳，沒有起到真正意義上的精密軋制。

同時(shí)定徑軋機(jī)孔型采用的是成品孔型，但受成品來料頭部彎曲度的影響，經(jīng)過定徑軋制后，軋件頭部出現(xiàn)單側(cè)沖擊耳子，不僅沒有改善頭部彎曲，同時(shí)造成表面缺陷。

1.3 導(dǎo)衛(wèi)框架松動

中棒軋機(jī)采用意大利VAI Pomini公司設(shè)計(jì)、制造的短應(yīng)力線軋機(jī)，此類型軋機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是軋機(jī)剛度大、軋制精度高、設(shè)備重量輕、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)導(dǎo)衛(wèi)框架與機(jī)芯采用分體方式，二者之間可隨意更換，職工操作方便[2]。但也因其導(dǎo)衛(wèi)框架及導(dǎo)衛(wèi)固定方式的自由度大，隨著過鋼量的增加以及日常維護(hù)不到位，框架固定螺絲與橫梁、壓蓋螺絲的預(yù)緊力失效，也容易造成框架及導(dǎo)衛(wèi)出現(xiàn)松動現(xiàn)象，特別是軋制φ150 ～ 200 mm一些大規(guī)格圓鋼時(shí)，在咬入瞬間沖擊作用下，導(dǎo)衛(wèi)無法把持住軋件，導(dǎo)致軋件在成品孔型中受力不均，出現(xiàn)頭部彎曲。

1.4 出口導(dǎo)衛(wèi)結(jié)構(gòu)不合理

中棒軋機(jī)出、入口導(dǎo)衛(wèi)全部采用ASHLOW設(shè)計(jì)，國內(nèi)分交的方式，出口導(dǎo)衛(wèi)采用分體結(jié)構(gòu)，包括 ：出口鼻錐、出口導(dǎo)筒兩部分。此類導(dǎo)衛(wèi)的優(yōu)點(diǎn)在于更換規(guī)格時(shí)只需要更換專用的出口鼻錐，出口導(dǎo)筒可以共用，降低了運(yùn)行成本；缺點(diǎn)是多個(gè)規(guī)格共用同一個(gè)出口導(dǎo)筒，造成出口導(dǎo)筒對軋件的扶持作用減弱，鋼材頭部彎曲易出現(xiàn)彎曲。下表為φ170 ～ 200 mm成品出口導(dǎo)衛(wèi)作業(yè)指導(dǎo)卡，鼻錐內(nèi)堂尺寸為190 ～ 230 mm，而出口導(dǎo)筒內(nèi)堂尺寸卻為統(tǒng)一254 mm。

2 改進(jìn)措施

2.1 強(qiáng)化加熱爐日常維護(hù)與工藝改進(jìn)

充分利用加熱爐單雙爐轉(zhuǎn)換與爐內(nèi)清渣時(shí)間，對爐內(nèi)燒嘴磚進(jìn)行排查，清理下側(cè)燒嘴磚表面的積渣，更換出現(xiàn)裂紋的燒嘴磚，確?；鹧鎳娚浣嵌扰c長度。對步進(jìn)梁各加熱段上磨損超標(biāo)、脫落的墊塊進(jìn)行更換，對脫落耐材進(jìn)行重新砌筑與噴涂，減少鋼坯下表面熱量損失。與電氣人員對取鋼機(jī)動作周期進(jìn)行優(yōu)化，由原來的2.5 min縮短到2 min，有效降低了熱量損失，縮小了鋼坯兩側(cè)溫差。

通過采取以上措施，鋼坯各面溫度差控制在25±5 ℃范圍內(nèi)。

2.2 改善定徑軋制工藝

1）在正常成品軋機(jī)后再安裝一架平輥軋機(jī)，替代原始12Ha定徑軋機(jī)功能，即在生產(chǎn)φ170 ～ 200 mm圓鋼時(shí)，在成品V5軋機(jī)后增加H6軋機(jī)充當(dāng)定徑軋機(jī)，這樣可實(shí)現(xiàn)成品軋機(jī)與定徑軋機(jī)的連續(xù)軋制，強(qiáng)化定徑效果。

2）結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對定徑孔型進(jìn)行“變異處理”，在原成品孔型基圓尺寸不變的情況，將軋槽的槽口適當(dāng)擴(kuò)大，防止或減小頭部彎曲在定徑孔型中產(chǎn)生沖擊耳子的現(xiàn)象。圖3為φ180 mm定徑孔型優(yōu)化前后對比，槽口寬度Bk由183 mm，增加到198 mm。

2.3 優(yōu)化導(dǎo)衛(wèi)固定方式

1）為減少資金投入，在原導(dǎo)衛(wèi)框架的基礎(chǔ)上，利舊現(xiàn)有導(dǎo)衛(wèi)橫梁，將其翻轉(zhuǎn)90°后焊接在導(dǎo)衛(wèi)框架上，固定螺栓可在導(dǎo)槽內(nèi)自由移動，降低了安裝難度，穩(wěn)固性得到強(qiáng)化，如圖4所示。

2）重新設(shè)計(jì)了上導(dǎo)衛(wèi)壓蓋，通過上壓蓋將導(dǎo)衛(wèi)與導(dǎo)衛(wèi)橫梁由之前的點(diǎn)接觸變成面接觸，增加了導(dǎo)衛(wèi)的固定強(qiáng)度，能夠消除軋制過程中導(dǎo)衛(wèi)晃動，如圖4所示。

2.4 優(yōu)化出口導(dǎo)衛(wèi)尺寸

通過與國內(nèi)先進(jìn)企業(yè)對標(biāo)考察，我們結(jié)合特鋼現(xiàn)場實(shí)際情況，聯(lián)合導(dǎo)衛(wèi)廠家對出口導(dǎo)衛(wèi)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，主要是將ASHLOW組合導(dǎo)衛(wèi)替換成一體成型導(dǎo)衛(wèi)，縮小軋機(jī)出口導(dǎo)衛(wèi)導(dǎo)板內(nèi)徑、增加直線段長度。以φ180 mm出口導(dǎo)衛(wèi)為例，優(yōu)化前內(nèi)堂尺寸254 mm，直線段長度940 mm；優(yōu)化后內(nèi)堂尺寸208 mm，直線段1 350 mm。

由于縮小了出口導(dǎo)衛(wèi)的內(nèi)徑，首次試驗(yàn)生產(chǎn)將導(dǎo)板和導(dǎo)衛(wèi)盒體進(jìn)行焊接加固，防止軋件將導(dǎo)板帶出造成生產(chǎn)事故，在入口處澆冷卻水，防止導(dǎo)衛(wèi)內(nèi)存留氧化鐵皮。過鋼時(shí)軋件頭部經(jīng)過出口導(dǎo)衛(wèi)過程中對導(dǎo)板無明顯沖擊，且無干涉未造成劃傷，目視觀察成品熱軋件頭部彎曲較以前有明顯改善。

3 改善效果

從2024年1月份開展棒材頭部彎曲攻關(guān)以來，中棒產(chǎn)線φ150 ～ 200 mm鋼材無論是彎曲比例還是每米彎曲度都得到有效控制，特鋼材外觀質(zhì)量得到較大幅度提升，提高綜合成材率，減少了非計(jì)劃產(chǎn)品庫存，縮短了工序周期。

3.1 表面質(zhì)量提升

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2024年1月到2024年4月份中棒φ150 ～ 200 mm共生產(chǎn)1.37萬t，鋼材頭部彎曲比例缺陷比例3.7%，與改造前相比，降低5.6%；頭部彎曲度控制在3 ～ 5 mm/m，基本滿足國標(biāo)要求。圖6為改造前后φ180 mm圓頭部彎曲對比，可以看出中棒鋼材頭部彎曲得到明顯改善。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

除了棒材外觀質(zhì)量明顯改善外，隨著頭部彎曲比例降低及每米彎曲度改善，減少了精整切頭數(shù)量以及磨切鋸條消耗，同時(shí)縮短了交貨周期。

1）根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際統(tǒng)計(jì)，切頭用磨切鋸條噸鋼成本22.3元，隨著彎曲改善，每月可降低成本為13 700 t/4×（5.6%-3.7%）×22.3元/t=1 451元。

2）改善前，中棒φ150 ～ 200 mm鋼材頭部彎曲全部要經(jīng)壓力矯直機(jī)進(jìn)行處理，矯直效果不佳的鋼材要將其彎曲部分進(jìn)行切除，切除長度一般為0.5 ～ 1.2 m。彎曲得到控制后，切頭量大幅降低，成材率提升0.2 ～ 0.4%。

3）因?yàn)榫蓄^量減少，提高了鋼材在精整現(xiàn)場的周轉(zhuǎn)效率，縮短工序周期1 ～ 2天。

4 結(jié) 語

改善措施實(shí)施后，中棒材頭部彎曲問題得到有效解決，特鋼材外觀質(zhì)量得到較大幅度提升、噸鋼成本降低，交貨期得到明顯縮短，降低了余料比例超標(biāo)等非計(jì)劃鋼材庫存，提高了用戶滿意度與特鋼材的市場競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1] 李德剛，劉澤田，董瑞峰，等.中厚板軋制過程中頭部彎曲原因及其控制[J].上海金屬，2013，35（6）：48-52.

[2] 本鋼800/650軋機(jī)改造工程 POMINI技術(shù)規(guī)格書：45-47.

第一作者：王東，男，40歲，工程師

收稿日期：2024-04-22