八钢切分轧制工艺试验研究

八钢切分轧制工艺试验研究

1圆钢3、4线切分轧轧制目前，我国两、四线分段压裂脱轨技术得到广泛应用，部分生产线具有五段现场生产区的生产技术也得到了广泛应用。但切分轧制工艺仅用于生产热轧带肋钢筋(俗称螺纹钢),圆钢的切分轧制工艺尚未应用于实际生产。相对于螺纹钢的切分轧制,圆钢切分轧制对精度控制具有更高的要求,与螺纹钢切分轧制的不同之处是椭圆度公差范围窄、表面切分带痕迹难以消除,易产生折叠、包线废品,其孔型设计和导卫控制技术也相应有所不同。圆钢轧制一般采用单线轧制工艺,小规格直条产品由于成品断面及轧制速度的因素,存在不同规格的产能差别较大,由此带来与炼钢不匹配、影响热装率的提高及不能充分发挥轧机能力等不利状况。八钢原小型生产线于1998年成功开发出Φ12mm、Φ14mm二线圆钢轧制工艺,形成连续批量生产。新建棒材连轧生产线在Φ12mm、Φ20mm螺纹钢实现4、2线切分工艺稳定轧制的基础上,开展了圆钢3、4线切分轧制工艺的开发试验,在经过首次少量试轧后,对存在的表面缺陷问题进行工艺改进,表面缺陷得到消除,已转入连续批量生产。应用Φ12mm四切分工艺和Φ14mm、Φ16mm三切分工艺分别连续生产上千吨,经对Ф12、Ф14mm、Ф16mm三个规格圆钢的批量轧制,经检验产品各项性能指标及表面质量均符合产品标准要求,满足正常生产条件。2u2004工艺设计八钢新建棒材连轧生产线,全线16架轧机,粗轧6架、中轧4架,精轧6架,其中14#、16#架轧机为平立可换轧机,粗、中轧采用微张力轧制,精轧间设有活套控制,满足无张力轧制条件,以保证成品精度的稳定控制。150mm×150mm×12m连铸坯;加热炉为步进梁三段式,有效长度21m;中轧机组和精轧机组后分别设置有预穿水和穿水冷却线,最高轧制速度18m/s;锯齿形冷床面积为10.6m×96m,齿距110mm;定尺剪为6500kN固定剪,剪刃宽度1200mm,剪切速度1.0~1.5m/s;剪后配有6~12m电动横移、气动挡板形式的定尺机;在三段链上设置了图像识别自动计数装置,收集框为双臂交替接钢液压驱动形式,配有2台森德斯打捆机。14#、16#轧件为平立可换式,满足Φ25~Φ36mm圆钢、带肋钢筋的单线轧制和Φ10~Φ22mm圆钢、带肋钢筋的切分轧制。切分轧制通过15#出口扭转导卫翻转90°进入成品道轧制,16架次的工艺设计能满足所有规格的生产需求。新棒线工艺流程见图1。3切分工艺设计圆钢生产切分轧制易在光圆钢筋表面形成明显的切分带折叠缺陷,同时圆钢椭圆度要求高,控制难度大。在切分原理和效果上,多线切分与二线切分成品表面质量及尺寸波动应该是接近的。要使切分轧制圆钢表面及尺寸精度符合标准要求,关键是考虑切分辊锲角与锲尖圆弧半径等参数,使轧件撕开部位的切分带形状短而钝,并控制14#进入15#椭圆孔时切分带与轧槽的接触位置,在预切和切分孔型设计上准确计算中间槽与边槽的变形特点,保证3根或4根轧件断面积一致。所有规格的平均延伸系数能够满足所选择总轧制道次设计要求,但机架数量的确定应考虑棒材生产线的产品规格划分,如Φ18~Φ20mm光圆钢筋不适宜采用切分轧制工艺,应与其他机组合理分配。国内钢厂为提高轧机生产效率,一般采取缩小规格范围,例如切分工艺的广泛应用,可划分为将小规格和大规格放在一条生产线轧制,3~4个规格最为理想,有利于提高与炼钢连铸车间的产能匹配以及机组的作业率。各规格总延伸系数见表1。依据连轧理论,各道次轧制的变形条件要符合体积不变定律,即F0υ0=F1υ1=······Fnυn=V=C(常数)。F、υ、V--分别为轧件的截面积、水平速度和秒流量体积计算出各规格切分道次延伸系数,见表2。4孔型和预切型孔型设计如图2所示,粗中轧除6#、10#分别为圆孔型和立槽孔型外,其余全部采用无槽轧制,预切分之前孔型尽可能有大的延伸,同时要保证12#即预切前立槽轧件断面尺寸符合精度需求,对成品尺寸公差尤为重要。4.1孔型对轧件磨损的影响相对于螺纹钢切分轧制成品精度,圆钢成品公差及椭圆度范围更窄,切分轧制时的控制难度较大。预切来料料型决定切分后的几根轧件断面的均分精度,面积一致。矩形断面的高度和宽度尺寸必须满足使中间孔型充满且防止边条断面偏小或过充满。根据16道次轧制工艺,3×Φ14mm圆钢切分孔型系统设计,2#剪前的10#孔型设计为圆孔有利于避免因轧件扭转带来的堆钢事故。10#轧机若采用圆孔型,则11#需采用大压下设计,压下率达45%,以满足12#来料的轧件宽度具备一定的压下量条件,但不利之处是会影响切分道次的轧制稳定性,11#平槽磨损太快,造成预切和切分横向轧件断面的变化和不均状况。以4×Φ12mm精轧孔型为例,12#轧件的宽高比达到29.7,10#应设计为立箱孔,便于保证12#轧件的充满程度。4.21mmsp模型K6为平辊,箱型孔来料尺寸为18×52mm扁矩形,见图3。保证15%以上的压下率,否则负荷电流过小对连轧信号的显示及调整会有不利影响。4.31预切分孔型设计预切分孔型的形状为狗骨形,见图4。预切分孔型的作用是使切分楔完成对扁方轧件的压下定位,并精确分配对称轧件的断面面积,尽可能地减少切分孔型的负担。预切分孔型的设计要点是:切分楔完成压下定位,必须压入一定深度,切分楔处的压下系数1/η切>2,槽底的压下系数1/η底>1;延伸系数的取值范围μ=1.15~1.25;轧件断面收缩率ψ应控制在13%以上;侧壁要限制轧件的宽展,侧壁斜度的角度ψ取值小于30°;切分楔的形状和尺寸要设计合理,耐磨损,顶部要有圆角过渡。4.41孔型设计及变形条件确定K3切分孔是关键孔型,见图5。切分孔型中轧件的不均匀变形加剧,切分楔的受力和磨损严重,轧槽接触面的压下系数不均衡,轧制过程中中间孔始终处于充满状态,其磨损量大于两侧孔型,因此在设计上考虑将中间孔型断面设计的稍小,以保证随着孔型的磨损4个轧件断面基本相同,两侧孔型不能完全充满要预留磨损不均造成的料型断面平衡量,便于四线轧件断面的灵活调整。切分孔中间槽和边槽槽底压下系数1/η分别为14.3和13.9。切分楔处的压下系数1/η为7.84。由于切分孔中间槽孔型封闭状况,轧件无宽展,故设计压下量极小。中槽和边槽的压下分别为Δh1=1.1mm,Δh2=2.2mm,需计算边槽宽展量确定预切孔的参数。根据埃克伦德宽展公式计算:式中:m=(1.6ubl-1.2Δh)/(h0+h1)变形区长度,摩擦系数ub=0.8(1.05-0.0005t)(冷硬铸铁辊)。式中:R-轧辊半径;t-轧件温度。反推确定预切边槽槽宽b0=14.9mm15#的孔型设计与单线轧制的孔型设计基本相同,只是切分轧制时,15#孔型要具有一定的压下系数,使轧件的侧面形成充分的鼓形宽展,以减少切分带撕开后产生毛刺的高度,消除切分带留在成品表面的折叠的缺陷。15#轧件变形状况如图6所示。具体设计中,压下变形量要在40%以上,宽展变形量要在20%以上。16#的孔型设计与圆钢单线轧制的孔型设计相同。5数确定加工工艺工艺制定的各道红条尺寸按理论延伸系数和经验宽展系数确定,实际生产中由于钢温、槽面、辊径、张力和导卫状况等因素影响,需在实践中调整和修订,摸索出切合实际的轧制参数,再对工艺进行完善和改进。6该项目改进要点6.1#切分孔改进三切14#孔型改进前后左右对比见图7:轧件经过第13道次预切,在第14道次被切分轮撕开,其辊楔形状和间隙值决定切分带状况,并直接影响成品表面质量,通过实验,辊楔顶端半圆取R,虽然有利于增加强度,但会使轧件在切分轮作用之前切分带形成较宽,撕开后尖而长,很容易在第14道次压下时被折叠,成品表面形成包线。楔顶端半圆按r设计,使得楔顶变尖,同时楔角加大。改进后切分带由原先细长的桃尖形变为短而钝的三角形,加之14#大的压下,使切分带趋于园钝,有利于成品包线的消除。14#切分孔改进见图8。圆钢应用切分轧制比螺纹钢难度明显增加。因圆钢表面要求光圆,椭圆度标准范围较窄,最主要是切分轧制中不允许有可见的切分带折叠。针对关键影响因素的预切分和切分道次孔型参数进行改进,保证使14#切分连接带分离时呈现为短而钝状态,减少毛刺产生,经16#槽底压下时不形成折叠。Ф14mm圆钢切分孔,轧辊锲角设计为60°,锲顶圆弧半径定位r,确保撕开后的切分带短而钝,不会形成折叠。6.2切分轮对轧件的调整在14#出口装有切分导卫,轧件由此变为三根和四根平行轧件,根据三线、四线切分孔型特点,在原切分轮设计基础做了改进。原设计切分轮在轧制3×Φ14mm圆钢时,中间轧件产生明显的折叠,将切分轮园角弧度半径由R改为r,解决了中线产生折叠的问题。改进前后三切分轮如图9所示。Ф14mm三线切分轮尺寸参数,根据切分孔型设计参数,双刃切分轮边条锲角α定为48°,双刃中心距距为21.6mm,锲顶宽1.8mm。外锲角形成的水平分力以及改大的外圆角有利于避免处咬入轧件时出现连接带的垂直挤压,会增加切分带高度,从而后续压下时易形成折叠。切分轮楔角过小则起不到对并联轧件的水平分力作用;楔角过大会增加垂直压力并造成堆钢事故,不同之处是三切、四切分轮中槽具有定位作用,靠外单侧楔角挤压切分,从取样分析看外侧楔角合适,问题在定位槽内圆弧偏小,中间条断面控制不好会造成对切分带挤压增加毛边高度而形成折叠,如图10所示。由改进后的切分轮与轧件的切分状况可见,两切分楔内侧与中间条处于最佳接触状态,即保证切分楔将两侧条依靠外侧坡度产生侧压力将其挤压撕开,又避免了原先弧度对切分带的正向挤压变形而增加耳子高度产生包线。切分楔外侧角度的设计应保证与边条的最先接触面处于45°角以下位置,避开撕开前切分楔挤压到切分带部位产生较长的桃尖,形成短而钝的最佳形状。15#轧件形状及扭转情况如图11所示,螺纹钢轧制由于孔型槽底的平行段作用,其扭转导论设计为柱状导轮,其扭转角可根据α=90°×l/(L-L1)设定。式中:α--导轮扭转角;L--扭转导轮前后轧辊间距;l--轧件进入夹板处距下游轧辊间距;l1--扭转导轮距上游轧辊间距。轧件进入K1夹板时呈90°状态稳定运行,但圆钢轧制时K2轧件与导轮夹持效果模拟如图11所示。15#为椭圆轧件,在扭转导轮中虽然扭转角度按照理论计算出进入16#夹板时为垂直状况,但从图11(a)中可见,同样在0.6mm的间隙条件下,轧件转动自由转角达到12°,在此范围内轧件有可能以小于水平夹角45°进入夹板,必然出现倒钢现象。将导轮设计为椭圆槽形(如图11(b)所示),圆弧半径小于轧件14.8mm的圆弧半径,R7mm圆弧扶持轧件四个对角,相同间隙下夹持效果较好,使轧件扭转角度得到有效控制,避免倒钢影响成品椭圆度。根据连续轧制情况看,孔型和导卫装置稳定性良好,可保证连续正常生产,有利于作业率的提高。轧件表面状况及酸洗后表面存在的切分带问题经过切分孔和切分轮的改进得到彻底消除。6.3活套控制试验粗轧机组采用微张力控制,在连轧过程中,轧件的温度,槽孔速度的变化等都会使两个轧机的金属秒流量发生偏差,当偏差值达到一定程度后会在轧机之间产生堆钢或拉钢,从而造成轧制事故或影响产品质量,金属秒流量差使轧材中产生张力,因而微张力自动控制在轧制过程中显得非常重要。中精轧机组采用无张力活套控制,在精轧机组中轧件的断面比较小,微小的张力都可能导致质量超出公差,或者在轧机之间产生堆钢,为避免张力对产品质量的影响,在精轧机组采用活套控制,实现无张力轧制。控制方法是由控制人员通过计算机设置活套的高度(0~500mm),活套扫描器检测到轧机的头部,并确定轧件头部已咬入下游轧机后起套并检测活套实际高度。控制系统中,把活套高度设定值和检测值转换成套量,系统将按照恒定套量来进行控制。活套控制的极联与微张力调节极联相同,活套控制的极联作用也是逆轧制方向的,活套高度范围0~500mm,相应得活套扫描器输出信号0~10V,系统将采集到的模拟量信号0~10V经过转换单元后进行处理。设计中将10#轧机设计为立槽孔型,有利于减少2#剪切头量,并能保证预切前来料轧件头部尺寸和形状精确。切分轧制时,12#孔型必须设计为立槽孔,所有切分规格的轧制在预切前只需12#和10#2道立槽孔型,其余全部为平辊轧制。6.4产品力学性能14#、15#及成品切分带部位切面状况如图12所示。部分切分轧制产品力学性能:跟踪2011年5月生产的HPB235,采用3、4切分轧制,其抗拉强度、屈服强度、伸长率与国标对比见表3。显示均高于标准要求。金相组织检验结果显示,其组织正常(图略)8研制数量—结论(1)新棒材连轧机组特点是能与连铸形成短流程,钢坯直接采用热装节能工艺,减少轧钢生产工序能耗,对降低吨钢成本具有重要意义。不同规格断面的差异使不同规格小时产量相差较大,与连铸稳定的小时产量严重不匹配,势必影响热装效率。双切分工艺在一定程度上得到改善,但随着轧钢水平的不断提高和降本增效的要求,仅用双切分轧制工艺已不能够适应高效生产特点,Φ12mm双切分轧制,最高日产1800t,Φ14mm双切分轧制,最高日产1950t。而采用多线切分轧制,Φ12mm和Φ14mm圆钢最高小时产量分别达到了125t和135t,平均班产比双切分工艺提高近30%。原工艺每天约有40%热坯不能热装要落地变为冷坯存放,按冷热装不同燃料单耗计算,全热装比冷装吨钢多耗40%煤气用量,吨钢多耗14.8kg标煤,折合吨钢成本15.6元。三线、四线切分轧制工艺大幅度提高轧机产量,实现不同规格产品的