棒線材無頭焊接軋制系統

洪榮勇

（福建省三鋼（集團）有限責任公司 福建三明365000）

1 前言

棒線材生產工藝雖然已有上百年的歷史，但是其在現代社會發展中仍占據著相當重要的位置。隨著棒線材生產技術不斷地發展，其生產工藝已經日趨完善。雖然軋制設備持續更新換代且已經廣泛地使用短應力軋機［1］，但是軋制工藝大多數還是采用單坯機理進行軋制［2］。這就會導致軋制過程中出現：一是軋線堆鋼現象，其需要一定時間進行堆鋼清理，從而影響產能；二是由于軋制是一個間斷的坯料進給過程，從而會對軋機造成重復的頭尾沖擊，降低了消耗件（軋輥，輥環，導向裝置，剪刃）的使用壽命以及增大了機械設備（齒輪、軸承、聯軸器）承受的應力，使得非計劃維護所需的軋制停機時間明顯增加；三是因為軋制的是間斷坯料，需要去除坯料頭尾，因此降低了材料收得率?；谶@些情況，國內外學者進行了深入研究，開發出了無頭焊接軋制系統進行生產工藝的更新換代，從而提高了產線產能與管理效率［3，4］。

無頭焊接軋制（EndlessWelding Rolling，簡稱EWR）是在加熱爐出口和第一架軋機之間將兩根坯料頭尾進行焊接，實現無間斷地連續軋制。這個系統可以在完全自動化模式下運行，與上、下游設備同步，減少人為干預，因此能夠使產能最大化，具有高度可重復性，極大地提高了整個工藝的效率［5］，同時生產方面節能減排效果顯著［6］，有巨大的推廣前景［7］。因此，本文針對EWR的工作時序、主要機械設備、坯料外形要求及其經濟效益進行了重點概述。

2 EWR機械設備單元

2.1 工作時序

EWR主要的機械設備布置于加熱爐出爐爐門至1＃軋機機列之間，EWR的區域布置如圖1所示。由圖1可知，EWR機械設備主要包括：高壓除磷機、對焊機本體、升降輥道、去毛刺機，全長共38.29m。根據不同工廠的生產需求，EWR機械設備的布置可進行適當地調整規劃。

圖1 無頭焊接軋制系統布置圖

EWR工作周期如圖2所示。焊接時，焊機啟動后加速直至達到進入軋機第一根坯料的速度；當第一根坯料的尾部與下一根坯料的頭部靠近時，夾具夾緊坯料；焊接開始和完成的整個周期內，都需將兩根坯料壓緊；夾具打開，焊機減速；焊機回到初始位置等待下一個焊接周期；單獨的去毛刺站可去除焊接區域的所有毛刺，而不影響整個焊接系統的運行速度。

圖2 坯料焊接工作時序圖

2.2 機械設備

而減小軋件頭尾部之間的溫度差。

2.2.1 爐子出口輥道

爐子出口輥道為帶保溫罩的輥道，如圖3所示，位于加熱爐出口區。輥道臺架為焊接鋼結構，輥道安裝在滾柱軸承上，內部采用水冷方式進行單獨驅動。保溫罩通過液壓驅動開啟與閉合，從

圖3 加熱爐出口輥道結構圖

2.2.2 除鱗機

除磷機主要作用于紅鋼表面，去除其四周的氧化鐵皮，軋制時防止氧化鐵皮被帶入造成成品表面形成凹凸痕跡。高壓除鱗系統采用泵內卸荷方式，在不除磷可做到完全卸荷，節約電能。

2.2.3 升降輥道

升降輥道如圖4所示，布置于沿焊機操作區域，用于焊接過程中方坯支撐及運輸。輥道臺架為焊接鋼結構，支撐擺動輥；每一個輥子均為單一結構，鉸鏈連接在框架上，支撐輥子自身平衡。輥子安裝在滾柱軸承上進行單獨驅動，通過焊機架上的凸輪進行下壓，一旦從機架松開，靠反平衡作用即可實現自動上升。

圖4 自動升降輥道結構圖

2.2.4 方坯焊機系統

方坯焊機系統如圖5所示，位于加熱爐和第一架軋機之間，用于方坯焊接，主要由方坯焊機、軌道、焊機保護罩、焊機小車走道、焊機機架、水冷系統、收集框、去毛刺系統組成。

圖5 方坯焊機系統結構圖

方坯焊機用于焊接熱態坯料及擠壓控制，焊接過程中的參數由電氣控制?？刂圃惭b在地面柜上，與焊機分離。車架為鋼結構，用于在焊接過程中支撐和橫移夾緊裝置、擠壓裝置和導衛；同時裝有減速箱和電動馬達。機架在軌道上與坯料移動速度相同，移動速度由第一架軋機確定；異形鋼軌組成的凸輪安裝在機架上，焊接中壓下擺動輥；移動通過齒條和齒輪系統完成。擠壓裝置的固定裝置由夾鉗裝置、導衛、擠壓缸及閥組成；擠壓功能由焊接系統控制，配有兩個伺服閥。

控制系統配有：全過程自動控制（驅動，焊接和處理），與現有控制系統相兼容，可人工控制；監視器和控制元件，能夠顯示、存儲和測繪焊接過程。

焊機機架用于在不需要焊接或檢修時，將坯料焊機移到離線位置。焊機結構架通過液壓缸在基礎軌道上實現橫移動作。

去毛刺系統位于焊機出口處，用于清除焊接區域表面毛刺。

2.2.5 緊急收集臺架

緊急收集臺架位于輪式焊機旁，用于在緊急情況下，將方坯從升降輥道上推出。坯料通過由液壓缸驅動的升降臂從輥道上實現移除，升降臂安裝在基礎架軌道支撐的小車上，小車橫移運動由鏈子和帶傳動軸的齒輪馬達傳動。坯料在軌道上成排收集，軌道安裝在基礎架上，通過天車進行吊運。

2.2.6 夾送輥

夾送輥如圖6所示，位于軋機處，主體為焊接機加工鋼。水冷懸臂上裝有輥子（采用集中干油潤滑系統），上輥的開啟與閉合由液壓驅動，下輥由電機驅動。驅動單元安裝在滾柱軸承上的齒輪箱內，齒輪用熱處理的優質合金鋼制成。

圖6 夾送輥結構圖

3 坯料外形尺寸要求

坯料良好的外形尺寸是確保焊接成功的前提條件之一，也是保證焊接區域質量符合要求的重要條件之一。坯料的外形尺寸要求如表1所示。

表1 坯料外形尺寸要求表

4 經濟效益

無頭焊接軋制系統將坯料進行頭尾對接，實現產品無間斷地生產。這就使得無頭焊接軋制工藝具有提高市場占有率［8］、降低生產成本、便于工廠管理等優點。針對2020年度某120萬噸棒材生產線測算所得的無頭焊接軋制工藝經濟效益如表2所示。

由表2可知，通過安裝使用EWR進行棒材產品生產，可以節省生產成本1019.15萬元，產量增加帶來收益2229.05萬元，年盈利額達到2500.45萬元。由此可知，通過使用該系統可以大幅度的降低成本，提高企業的經濟效益。

表2 無頭焊接軋制工藝經濟效益總結表

（續表）

5 結論

無頭焊接軋制系統布置于加熱爐出口至1＃軋機之間，前后通過輥道即可分別與加熱爐和軋機對接起來，簡單便捷，因此可使得多數傳統棒線材的生產設備和技術得以更新換代。在符合坯料外形尺寸要求和全自動化情況下進行生產操作，通過結合無頭焊接軋制系統進行生產工藝的優化，能夠使傳統生產工藝的產能得到顯著提高，有利于提升工廠的自動化水平，可進一步改善企業的管理現狀，提高企業的經濟效益。