高速棒材生產線的開發及應用

何琴琴

高速棒材技術是為增加產品的多樣性及生產靈活性，新建以小規格棒材為主的生產線，利用高速精軋機組及高速上鋼系統來生產棒材的新工藝、新技術。通常高速棒材產品范圍確定為（Φ6～Φ14）mm，Φ16mm以上可以采用輥道加裙板制動上冷床。

小規格棒材高速軋制工藝一般是使用1組精軋機組，或者是雙線帶切分的2組精軋機組生產小規格棒材，同時保留傳統的裙板上鋼裝置生產大規格棒材，實現多品種交叉生產，因此其產線產品范圍可以擴大到（Φ6～Φ50）mm。

1.高速棒材軋制工藝及產線布置

高速棒材生產線的工藝布置與常規棒材生產線沒有本質區別，只是在常規棒材軋機后增加一組高線精軋機組及高速上鋼系統（水冷裝置、高速分段飛剪、夾尾制動裝置、高速上冷床裝置等設備）。軋機由粗軋機組、中軋機組、精軋機組以及高線精軋機組組成，各企業引入的高線精軋機組數量不盡相同。

高速棒材典型的布置形式有兩種：單線高速棒材、雙線帶切分的高速棒材。

1.1 單線高速棒材

單線高速棒材通常與大規格棒材單線軋制工藝相結合來布置，這種工藝布置將棒材的產品范圍擴大到（Φ6～Φ50）mm，年產量在60萬噸左右。

棒材單線軋制在連續布置的粗、中、精軋機組（高速精軋機組）完成軋制后。對于軋制速度小于等于18m/s的（Φ16～Φ50）mm規格棒材，采用裙板制動上冷床，低速倍尺飛剪分段。對于軋制速度小于等于50m/s的（Φ6～Φ14）mm規格棒材，采用雙通道（雙導槽）高速上冷床系統生產，通過轉轍器將軋件導入到剪切位，倍尺剪切采用高速圓盤飛剪（連續運行制），圓盤剪后，作業線變為雙線，夾尾制動器使棒材制動之后準確進入轉轂或“C”型輸送器，落入冷床。

部分高速棒材產線則是利用原有高線的軋線設備新增棒材生產所需精整、收集設備。保留原高線的生產能力，根據需要可以選擇生產高線、高棒或者普棒。當生產直條棒材時，生產線采用單線軋制，根據產品規格的不同從精軋機或高線精軋機組出成品，然后進入不同的上冷床系統。這種產線也被稱作高速棒線材復合生產線。

酒泉鋼鐵公司及馬鋼二鋼軋的高速棒材生產線均是利用原高速線材軋機改造的，軋制Φ8mm棒材最大速度達到40m/s。

1.2 雙線帶切分的高速棒材

雙線帶切分的高速棒材布置形式采用小規格棒材高速軋制工藝與切分軋制工藝相結合的布置工藝。這種工藝布置適用于生產（Φ6～Φ50）mm的棒材,年產量在100萬噸左右。見圖1。

圖1 雙線帶切分的生產線布置示意圖

（Φ6-Φ14）mm規格棒材兩線切分軋制，在預精軋機架最后一架完成小規格棒材切分軋制后，再在獨立設置的4～10道次高速精軋機組上完成雙線，然后分別通過兩套獨立的雙通道（雙導槽）系統高速輸送到冷床。通過這種方式，可大幅度提高設備生產能力。

這種方式全線軋機在22架以上，具體數量根據坯料及成品規格確定。對于軋制速度小于等于18m/s的（Φ16～Φ50）mm規格棒材及軋制速度小于等于50m/s的（Φ6～Φ14）mm規格棒材采用與上述單線高速棒材同樣的方式上冷床。

這種工藝布置的特點是小時產量高, 但與傳統工藝布置相比設備投資偏高，此外由于軋件切分后為雙線軋制，因此對設備的操作調整及控制難度較大。

2.高速棒材關鍵設備組成

高速棒材關鍵設備組成為：高速棒材精軋機、夾送輥、分段飛剪、冷床高速上鋼系統。

軋制速度的提高給軋件的倍尺剪切、上冷床等工序帶來一系列困難。因此，需要在水冷裝置后配備高速上鋼系統，以實現小規格直條棒材單根高速軋制后的準確分段、快速制動以及順利卸料上冷床。

國內外針對棒材冷床高速上鋼瓶頸問題采用了多種方法，最成功的是上個世紀70年代，達涅利開發的“高速雙通道”輸送系統HTC（High-speed Twin Channel）和西馬克雙轉轂高速上鋼系統HSD(Hihg Speed Delivery），軋件的最高速度可達50m/s，代表著世界最高水平的高速棒材生產技術。兩者的技術原理和設備組成基本相同，主要由碎斷剪、高速飛剪、夾尾裝置、雙通道卸料裝置組成。既適用新建棒材軋機，也可以方便地用于現有軋機改造和擴建。

該系統特別適用于高效棒材軋機，從高速精軋機組出來的棒材，通過平穩制動，可將（Φ6～Φ40）mm直徑棒材以高達50m/s的精軋速度平穩地輸出；既適用于單線軋制，也適用于雙線切分軋制。在雙線軋制Φ8mm直徑小規格棒材時，小時生產能力超過100t/h。

3.國內外高速棒材生產線的典型應用

3.1 國外高速棒材生產線現狀

目前，小規格棒材生產技術在希臘、西班牙、土耳其、英國等世界各地得到了很好應用。如安塞樂米塔爾高棒、阿爾及利亞綜合鋼廠高棒、韓國東國制鋼Incheon鋼廠高棒、泰國泰龍高棒等。見表1。

表1 國外已建成的部分高速棒材生產線

3.2 國內高速棒材生產線現狀

我國小規格高速棒材工程建設始于21世紀，目前尚屬起步階段，在國內的建設較少，已經建成的產線僅十余條。

21世紀初期建設的馬鋼、酒鋼、三安鋼鐵等高速棒材生產線，其關鍵設備均引進國外技術。

近幾年，雖然國內中冶京誠、中傳首高、中鋼設備、中冶華天等相關企業開展了高速棒材相關技術和裝備的研究，開發了“中冶京誠全套柔性化高速棒材技術及裝備”、“中傳首高具有完全自主知識產權的棒材單線高速生產裝備與技術”等，但應用不多。

2017年，中冶京誠全套柔性化45m/s高速棒材技術與裝備在山西晉城福盛鋼鐵有限公司得到首次應用。后續，本鋼北營、玉昆鋼鐵、新余鋼鐵、泰國Millcon鋼鐵等企業均成功應用了該技術成果。

同年中傳首高開發的棒材單線高速生產裝備與技術也在盛隆冶金順利投產，采用單線高速生產工藝，最高設計速度40m/s。坯料規格為160mm×160mm×10500mm，主要產品為（Φ12～Φ16）mm螺紋鋼。

2020年中鋼設備為漣鋼設計的雙高棒生產線順利投產，屬于全國首條已投產的國產化雙高棒生產線。此前，中鋼設備已為阿爾及利亞綜合鋼廠安裝了兩條切分雙線高速棒材生產線。

隨著工藝技術的成熟和產線裝備國產化的推進，近幾年，我國高速棒材的建設明顯增多。據不完全統計，我國已建成和正在建設的部分高速棒材生產線見表2。

表2 我國已建成、正在建設、擬建的高速棒材生產線

4.結語

棒材生產技術發展到今天已經非常成熟，切分軋制由于成倍提高了軋機的輸入斷面，大大提高了軋機生產能力，在棒材生產中被廣泛應用。切分軋制可用于生產（Φ10～Φ22）mm直徑圓鋼和螺紋鋼棒材。在目前國內外的棒材標準中，規定棒材產品規格下限為Φ6mm。

高速棒材生產線是市場針對小規格棒材的需求，針對當前小規格螺紋鋼生產存在的問題而推出的一種工藝路線。隨著我國建筑業的快速發展和鋼材強度的顯著提高，低強度的鋼筋正逐漸淘汰，小規格熱軋鋼筋逐漸取代冷軋鋼筋，Φ12mm以下的小規格鋼筋需求量越來越大，應其實用范圍也越來越廣泛。

利用高速線材精軋機的高軋制速度，以及其后的高速上鋼系統的快速制動（包括高速飛剪，尾部制動器及其后的高速上冷床機構），用來生產小規格直條棒材的高速棒材生產線，其最大終軋速度可達50m/s，可以生產最小規格Φ6mm的直條棒材。同時，高速棒材技術也較好地彌補了切分軋制及高線盤卷在生產小規格螺紋鋼時兩種軋制工藝的缺點，避免了使用高線盤圓引起的麻煩及浪費，減少了切分軋制引起的表面質量不高以及故障偏多、成材率偏低的缺陷，擴大了棒材產品的生產范圍，使產量得到均衡，實現了控軋控冷，降低了事故率，提高了材料金屬收得率，改善了產品質量，提高了設備MUF(軋機利用系數），降低了備件消耗等，很好地滿足了市場對小規格直條棒材的需求，提高了產品的市場競爭力，是長材裝備技術的重大突破。