高速線材多模塊軋機工藝技術改造與質量提升

摘要：因多模塊軋機設計具有設備結構緊湊化，生產組織靈活化，工藝適應能力更強，大大降低了生產成本的優勢，廣西鋼鐵棒線廠高速線材生產線采用多模塊軋機工藝設計路線，也出現了一些問題，對此提出了解決方案，并對產品質量進行了提升。

關鍵詞：高速線材；多模塊；吐絲機；技術改造

0 引言

隨著國家“十四五”規劃提出的核心內容，走高質量發展道路，直接推動鋼鐵制造業走高質量發展道路，主動淘汰落后產業和產能，推進高速、高產、低能耗工藝的生產模式。傳統的高速線材生產中，精軋區域所采用的軋機均為集中傳動，即一臺電機帶動十臺軋機傳動，集中傳動存在設備傳動鏈長、錐箱更換時間長、通過機架軋制時空載電耗高、連軋溫升高不能實現低溫軋制、孔型系統復雜、輥環儲備量高等諸多問題。為響應鋼鐵工業節能減排以及國家“碳達峰”、“碳中和”的要求，廣西鋼鐵棒線廠高速線材生產線采用多模塊軋機工藝設計路線，即一臺電機帶動一臺軋機或兩臺軋機的方式，同時對多模塊軋機之間的距離有嚴格的要求。相比集中傳動而言，設備結構緊湊化，生產組織靈活化，工藝適應能力更強，大大降低了生產成本，更能適用現代鋼鐵行業高品質、高質量、短流程、智能化和節能環保方向發展，創造更大的經濟效益，也是響應國家在鋼鐵行業的政策要求。隨著技術的不斷發展，高速線材模塊軋機調整方式也將會更加智能化和自動化，為現代工業用材的生產提供更好的支持。

1 產線存在的技術、質量問題

１.1 高速線材模塊化分級熱機軋制技術要解決技術問題

（1）模塊軋機使用過程中成品尺寸頭尾會因為失張出現超差問題，需要優化程序控制，完善料型。

（2）控軋控冷溫度過低導致軋制電流、扭矩偏大，超出設備能力，增加成品道次設備負荷，提高電耗及生產維修費用。

（3）免加熱直軋過程中，坯料頭部溫度920℃附近，尾部溫度在1000℃附近，頭尾溫差可達100℃左右。且經研究，Nb微合金加熱溫度在920℃內，因C、Si和Mn元素得不到充分擴散，固溶強化效果降低，導致屈服強度和抗拉強度存在下降趨勢，產品通條性能波動最大可達20 MPa。

（4）微合金高強鋼筋生產過程中易出現成品性能低，時效大，對產品性能不穩定，降低了使用穩定性。

（5）軋制速度快，軋制溫度低，成品輥、導衛導輥、軸承易磨損、抱死、變形等，生產穩定性降低，備件成本升高。

2.2 高速線材吐絲狀態不穩定、質量不佳

廣西鋼鐵高速線材自投產開始生產抗震盤螺以來，小規格φ8.0 mm和φ6.0 mm規格的盤螺出現整體吐絲亂圈、圈形不規則、吐絲狀態不穩定及吐斷絲等吐絲質量不佳的現象。該現象的主要特征是吐絲機吐絲口火花較大，吐絲后地輥處圈型排列不整齊且有吐斷絲的現象，需要人工干預才能勉強在上集卷處進行落料集卷見圖1、圖2。吐絲后線材在斯太爾摩風冷輥道不平齊見圖3。經過打包后鋼卷呈突起不平整狀態見圖4。

2 解決技術問題擬采用的方案

為此開展軋制工藝和共性關鍵技術系統研發，通過以下攻關措施，解決了相關行業難題。

（1）模塊精軋、減徑機輥環材質選用碳化鎢，孔型磨損量小，可提高產品外觀質量。同時，通過優化電氣系統程序，將現有的熱檢測信號及軋機咬鋼信號相結合跟蹤軋件運行，通過提升高強鋼筋的共性關鍵技術，優化電氣系統程序投入自適應的動態速降補償技術、尾部速降技術，軋制在頭部、尾部通過模塊軋機時，控制模塊軋機的運行狀態，在特定的時間節點降低上游模塊軋機道次的速度，增加頭尾張力，來調節頭尾尺寸差，以此來縮減頭尾尺寸，提高通條尺寸均勻性，實現高尺寸精度長材產品集成軋制技術。

（2）柔性化生產，可以實現孔型統一，工藝布置靈活，適應能力強。生產過程中任何模塊軋機都可以由相鄰的軋機替代，生產組織靈活，設備利用率高，設備共用性強，錐箱、輥環機架間可以共用。輥環由整體分化成多個節點，每一個節點都可以單獨更換輥環，且切換規格時共用孔型無需更換，只需甩掉部分道次、機架即可滿足生產要求，大幅減少換輥時間和工序能耗。車削量也可根據生產需要靈活調節，打破輥環的輥徑整體性限制，降低輥環、導衛等貴重備件的庫存量，降低成本風險。

（3）針對免加熱直軋頭尾溫差大問題，與上游工序聯動，提高拉坯速度從原3.0 m/min左右提到3.3 m/min，縮短拉坯時間；優化二冷區水量，減少溫度消耗；采用階梯出坯，減少坯料等待時間；優化塞棒技術，保證流與流之間拉速穩定；在拉坯輥道和直送輥道增加保溫罩，減少溫降；增設預水冷分段控冷程序等，目前已將成品頭、中、尾溫度控制在30℃以內，保證最終成品負偏差和性能穩定。

（4）分級熱機軋制技術。采用多模塊軋機，全線分段設置了三段穿水冷卻裝置，第一段設置在精軋機組前，用于控制進入精軋的溫度；第二段設置在精軋機組后，用于軋后余熱淬火芯部熱回火處理。第三段設置在減定徑機組后，用于控制軋件軋后的冷卻速度。水冷裝置采用閉環控制，共計7個水箱以及配套的緩冷導管，以冷卻不同規格的產品。水流量最大可達1050 m3/h，水壓最大可達1.6 MPa，可以滿足低合金鋼種的溫降要求，防止奧氏體晶粒快速長大，增加晶核的形成量來達到細晶強化的目的，同時，確保成品表面不進入馬氏體和貝氏體轉變區域，基圓不出現回火馬氏體和異于基體的閉環組織，滿足國標要求。具備 780～820℃低溫軋制能力。

（5）生產提速過程中出現部分機架電流值超負荷現象，基于現有設備的額定能力參數，在現有工藝基礎上重新設計了各道次的料型，并優化了部分孔型，分配過載架次的軋制負荷，將各道次之間的負載值均勻化，維持設備在工作范圍內運行，保證生產穩定性。

（6）基于高強鋼筋未再結晶調控與過冷奧氏體相變耦合區間，開發出不加硅鐵的高強鋼筋形變誘導高效軋制新技術，解決微合金高強鋼筋生產無法實現低溫控軋問題，產品晶粒度達11級及以上，組織均勻、性能穩定，實現綠色高效制造。

（7）摸索成品輥，導衛備件的材質，將導衛固定底座結構更改為雙套固定型式，改造冷卻水管水嘴的大小和噴射角度，改淺商標深度，增加商標刻字間隙等，改善軋制過程中應力集中問題，降低輥環崩孔、起絲。

（8）盤螺出現整體吐絲亂圈、圈形不規則、吐絲狀態不穩定及吐斷絲等吐絲質量不佳的現象解決措施：1）由設備廠家根據吐絲機情況進行返廠維修或更換滿足間隙要求、質量過硬的吐絲機。2）檢查夾送輥夾持壓力是否在標準范圍0.4～0.6 MPa，其次2#主控臺調整吐絲機超前率過小造成線圈過大。3）風冷輥道入口段高度過低，吐絲機吐出的線圈下落到地輥的距離太大時，也容易出現橢圓狀，影響圈形質量，直接調整風冷輥道入口段升降開關，調整到最高位。4）加熱溫度均勻性保證通條溫度相差在30 ℃范圍，同時2#主控臺各規格系列產品軋機張力控制好，確保線圈頭中尾尺寸均勻性，即保證：一溫二料三調整，保證了圈形的通條均勻性。5）嚴格執行穩電流、穩延伸操作方法，保證吐絲機與模塊軋機間的速度匹配關系，通過調節吐絲超前率來解決。通條大圈就相應減小吐絲機超前率，反之增加超前率。6）吐絲管、吐絲片安裝的質量及檢測冷卻水是否正常供給，防止吐絲盤摩擦吐絲機保護罩，造成吐絲機震動值大影響吐絲狀態不好，停機檢查緊固或更換磨損吐絲片。7）在線檢查吐絲管的吹掃功能是否正常，避免吐絲管積渣影響頭部圈形變大或不規則。

3 結論

通過實踐證明，高速線材的技術質量問題解決措施確實行之有效。高速線材多模塊軋機顛覆了傳統集中傳動的調整方式，通過引入獨立調整、數控技術、自動調整和可追溯性等創新調整方式，實現了對線材尺寸的精確控制，使得高速線材模塊軋機在現代工業用材中的應用更加廣泛。在現階段鋼鐵行業效益下滑的大背景下，模塊化分級熱機軋制技術、微合金高強鋼筋的超細晶粒鋼控軋控冷技術、免加熱直軋技術、高精度自動化控制等綠色智能制造技術的開發和應用勢在必行。