高速棒材生產線工藝及設備的應用

吳 杰，宋端陽

（1.首鋼長治鋼鐵有限公司設備處，山西 長治 046031；2.首鋼長治鋼鐵有限公司軋鋼廠，山西 長治 046031）

隨著軋鋼設備的更新，高速上鋼系統在高速棒材生產線得到了應用。高速上鋼系統的轉轂裝置取代了原有的冷床托架，棒材生產線的軋制速度突破了36 m/s，極大地提高了棒材生產線的生產率，降低了棒材軋制廢品的產生率，提高了產品的質量，減輕了工人的勞動強度，同時減少了能源消耗，實現了集中化操作和節約化生產，為行業的技術進步起到了很好的示范作用[1]。

1 高速棒材生產線

首鋼長治鋼鐵有限公司高速棒材生產線主軋線共有22架軋機，其中粗軋機組6架、中軋機組6架、預精軋機組6架、精軋機組4架，呈連續布置。高速棒材主軋線工藝布置如圖1所示。

圖1 高速棒材主軋線工藝布置圖

2 高速上鋼系統

2018年8月首鋼長治鋼鐵有限公司棒材生產線增加了高速上鋼系統，實現了高速成品倍尺上冷床的目標，同時具有倍尺優化功能，并成功填補了國內全連續式36 m/s高速棒材軋制系統關鍵技術依賴進口的空白。高速上鋼系統由剪前的夾送裝置、伺服擺桿、高速飛剪、剪后的制動裝置和轉轂裝置等設備組成。軋件由夾送裝置夾持并保持穩定速度向冷床輸送，高速飛剪配合伺服擺桿對軋件進行倍尺剪切并且對尾鋼進行優化。倍尺剪切后的軋件交替進入高速飛剪后的A、B兩條管式通道，制動裝置對軋件尾部制動，使軋件速度降低到5 m/s后自由滑動到轉轂的A、B槽內。高速上鋼系統結構示意圖如圖2所示。

圖2 高速上鋼系統結構示意圖

2.1 夾送裝置和制動裝置

高速上鋼系統的夾送裝置布置在高速飛剪前，用于夾持軋件，使軋件保持一定的張力并穩定地向冷床輸送；制動裝置布置在冷床的落料槽前，用于夾持軋件并控制軋件減速。夾送裝置和制動裝置結構示意圖如圖3所示。

圖3 夾送裝置和制動裝置結構示意圖

2.1.1 技術參數

夾送裝置和制動裝置的技術參數：最大夾送斷面為Φ10～20 mm；夾送材質為普碳鋼、優質碳結鋼和低合金鋼等；夾送速度為36 m/s，可調速；夾送軋件溫度為不大于850℃；夾送輥中心距為310 mm；夾送輥最大開口為40 mm；夾送輥直徑為300 mm；夾送輥寬度為38 mm；電動機型號為Z4-200-31；電動機功率為90 kW；電動機轉速為1700 r/min；鼓型齒式聯軸器型號為GⅡCL8。

2.1.2 工作原理

夾送裝置和制動裝置分別由上、下兩個夾持輥片組成，輥片安裝在一對懸臂軸上，可方便拆卸磨損后的舊輥片。由一臺直流電機通過齒輪分配箱和萬向聯軸器帶動夾送裝置與制動裝置輥片的轉動；由一個氣缸通過連桿機構完成夾送裝置和制動裝置輥片的夾緊與打開，上、下輥片同步動作以保證其中心線的固定。夾送裝置和制動裝置可以根據棒材的規格與表面溫度采用比例閥對其壓力進行調整，既能保證棒材質量，又能靈敏設置夾送裝置壓力；由氣壓系統施加足夠的壓力將棒材降速，又可避免其產生壓痕和變形。

2.2 伺服擺桿

2.2.1 技術參數

伺服擺桿的技術參數：伺服擺桿型號為TYSC110-L100-B20E-H1K1；伺服電機型號為SMH2-50C30CD-U231Y；伺服電缸行程為372.5 mm；伺服電缸長度為782.5 mm。

2.2.2 工作原理

伺服擺桿位于高速飛剪前，可水平左右擺動，由伺服電機驅動伺服電缸對擺桿作推拉的往復運動。伺服擺桿工作時有兩個工位，當高速飛剪剪切軋件后伺服擺桿被推動到另一個工位，此時高速飛剪再進行剪切，周而復始。

2.3 高速飛剪

高速飛剪布置在精軋機組后，由電動機、鼓型齒式聯軸器、飛剪箱體、剪刃和圓盤、出口分鋼導槽等設備組成。高速飛剪為回轉式結構，其結構示意圖如圖4所示。

圖4 高速飛剪結構示意圖

2.3.1 技術參數

高速飛剪的技術參數：最大剪切斷面為Φ10～20 mm；金鋼等；剪切速度為不大于40 m/s；剪切溫度為不小于450℃；刀軸中心距為812 mm；兩剪刃上下重合量為0.5～1 mm；兩剪刃側隙為0.2～0.25 mm；圓盤回轉半徑為406 mm；剪刃寬度為45 mm；電動機型號為ZFQZ-315-32；功率為360 kW；轉速為1200 r/min。飛剪減速機構速比為1；鼓型齒式聯軸器型號為GⅡCL10。

2.3.2 工作原理

高速飛剪的剪刃安裝在回轉刀架上，由一臺直流電機通過齒輪傳動裝置進行傳動。高速飛剪為連續運轉，電機軸末端裝有編碼器，用于電機的加速和減速，以及剪刃位置與倍尺精度的控制。高速飛剪上下剪刃的重合量和側向間隙可進行調整。為了防止軋件剪切彎曲，設計時剪刃的剪切速度（水平分速度）必須大于或等于軋件速度。高速飛剪前后設有出口分鋼導槽，其上下軸的齒輪嚙合實現同比減速，并驅動上下圓盤反向旋轉以剪切軋件。

高速飛剪通過背墊片調整上下剪刃之間的間隙，通過底墊片調整上下剪刃之間的重合量，并在調整好后用楔形塊壓緊剪刃。高速飛剪出口分鋼導槽上有A、B兩條管式通道，當不同速度的軋件通過時可通過分鋼導槽管式通道上的導板來調節軋件通過的位置。

2.4 轉轂裝置

高速上鋼系統的轉轂裝置布置在冷床輸入側，主要由支架、旋轉機構、減速機和電機等設備組成。轉轂裝置包括多個首尾銜接的轉轂，轉轂具有空心軸和外側的連接端，空心軸中具有水冷通道，帶孔圓柱銷連接在相鄰的兩個轉轂之間，鎧裝金屬軟管密封連接在相鄰轉轂的空心軸之間并且連通相鄰轉轂的水冷通道。圓柱銷尾部通過彎折開口銷鎖死，軸向預留有受熱膨脹的余量。轉轂裝置與冷床位置如下頁圖5所示。

圖5 轉轂裝置與冷床位置示意圖

2.4.1 技術參數

轉轂裝置的技術參數：軋件規格為不小于Φ20mm；轉轂長度為108 m；軋件速度為12～40 m/s；轉轂直徑為230 mm；轉轂機構數量為兩套；轉轂鼓溜鋼槽內徑為35 mm；轉動角度為90°/次；轉動頻次為60次/min；每次轉動時間為1 s；減速器速比為9；電動機型號為Z4-180-11；功率為16.5 kW；轉速為670 r/min；垂直安裝鼓形齒式聯軸器型號為WGC255×112-II。

2.4.2 工作原理

兩套轉轂裝置分別由4臺直流電機帶4臺減速機驅動轉轂心軸，轉轂心軸帶動旋轉導槽轉動。為方便旋轉導槽轉動，更換為剖分式結構。為防止轉轂心軸及橫梁受熱變形，對部分轉轂進行水冷，軸承為油氣潤滑。兩個平行轉轂懸掛于冷床輸入側，每個轉轂由單獨的減速機和電機驅動，交替動作，以將經過倍尺的軋件輸送到冷床上。每個轉轂上均勻分布4個受料槽，間隔90°。轉轂旋轉90°，軋件即從轉轂落入冷床，然后轉到準備接鋼位置，等待下一個經過倍尺的軋件進入轉轂。工作時軋件交替向兩個轉轂輸送。轉轂落料通道順序依次為A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4。兩個平行轉轂4個受料槽接送軋件情況如圖6所示。

圖6 平行轉轂接送軋件情況示意圖

3 應用效果

首鋼長治鋼鐵有限公司高速棒材生產線設計生產能力為4.6萬t/月，隨著高速上鋼系統的投入使用，該條生產線設備的作業率達到83%，Φ12 mm的圓鋼和螺紋鋼的軋制速度超過36 m/s，最高產量達到6.2萬t/月；熱軋帶肋鋼筋頭、中、尾縱肋質量的偏差控制在0.3 mm以內；熱軋圓鋼不圓度質量的偏差控制在0.15 mm以內，負差控制穩定，實際成材率達到98%，高于傳統切分軋制的成材率。同時，冷床周期步進及棒材定位的精確保證了每個齒槽只下一支倍尺鋼筋，可靠的軋件計數減輕了軋鋼生產線操作人員的勞動強度，同時為生產管理和設備維護提供了便利。

4 結語

高速上鋼系統極大地提高了棒材生產線的生產率，提高了產品的質量，減輕了工人的勞動強度，為行業的技術進步起到了很好的示范作用。