国内大规格棒材半连轧生产工艺特点-g.doc

国内半连轧大规格棒材生产工艺特点

陈志强

(中冶华天工程技术有限公司 马鞍山 243005)

摘要：随着世界制造业向我国转移，以轧代锻的产品大增，特别是大规格棒材需求量剧增，催生了以半连轧方式来生产大规格合金棒材的轧钢工艺。本文以国内新建的部分半连轧棒材生产线为例介绍了这种生产工艺的特点和优势。
关键词：半连轧，大规格棒材，初轧开坯
1.前言
随着国内汽车零部件制造、发电设备生产和工业机械制造等行业的迅猛发展，国内大规格棒材产品的需求也与日俱增。过去，我国大规格棒材产品的生产主要集中在传统特钢行业通过锻造方式生产，而锻造生产在在成本和效率等方面都与轧制生产无法相比。因而大规格棒材的生产方式的转变就迫在眉睫。应运而生的就是以轧代锻的大规格棒材半连轧轧制生产。
从表1可以看出，目前，这种生产方式轧机的布置形式多为二辊或三辊初轧机加上数架连轧机组。初轧开坯、大压缩比、大坯型和多坯型是其主要特点。
表 1 国内近年新建和改造的半连轧大规格棒材生产线
序号
轧机名称
原料规格
产品规格
（mm）
轧机组成
投产时间
改造时间
1
湘潭750初轧[1]
240×240
Φ50～150
(Φ160～200)
Φ750二辊可逆+Φ650×8连轧
1958
2002
2
大冶850初轧[1]
连铸坯：460×350
钢锭：3.6t、5.6t
Φ70～250
(300)
Φ850二辊可逆+Φ750×6连轧
1956
2001
3
大冶特钢三轧厂650机组[2]

Φ38～130

Φ650三辊可逆+Φ550×4连轧+Φ400×2连轧+Φ350×4连轧+3架精轧机

4
宝钢1300初轧[1]
连铸坯：320×425mm
钢锭：10.3t、13.5t、19.8t、28.0t
140、160、75～160
175～230（90）
Φ1300双机架串列初+Φ800×2+Φ700×4连轧
1985
2005
5
兴澄大棒轧机[1]
370×490
Φ120～250
1002～1802
Φ1000二辊可逆+Φ760×3+Φ670×3

2006年新建
6
淮阴大棒轧机[1]
Φ380mm、
Φ450mm、
Φ500mm
Φ50～250
Φ1000二辊可逆+Φ900×3+Φ750×3+Φ500×4

2006年新建
7
大连钢厂大棒轧机[1]
380×490
钢锭：2.1t、3.6t、5.6t
Φ60～300
150×150
Φ1000二辊可逆+Φ850×4+Φ650×4

2007年新建
8
大连钢厂750初轧[3]
钢锭： 3.5t
Φ42～180
30～90mm×350～450mm工模具扁钢
Φ1000二辊可逆+Φ850×4+Φ650×4
1984
2003
9
本溪特钢[3]

Φ50～200

Φ800二辊可逆+Φ650×4

10
西宁特钢[3]

Φ140～250

750+6架平立联合

11
南京钢铁中型厂
150×220
180×240
320×480
Φ40～180mm
Φ850/750二辊可逆+Φ750/650×4+Φ610/530×4+Φ480/420×2

2008
12
新兴铸管厂
350×450
Φ120～220mm
Φ1100/950二辊可逆+Φ750/650×4

2009新建
注：空白处为不祥。
2.典型生产工艺介绍
大规格棒材半连轧生产主要以优质钢(优质碳素钢、合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、冷镦钢)的大矩形连铸坯(或方坯或圆坯)为原料。少数合金钢厂同时以钢锭和连铸坯为原料。这种工艺生产任务主要有二个：一是一火成材直接生产Φ70—250mm(经过开坯后的连轧机)的大圆钢；二是为线材轧机和棒材轧机提供部份的轧制坯(有特殊性能要求的产品)。兴澄特钢的二轧分厂的大棒生产线是这一生产工艺的典型代表，其生产工艺流程如图l所示。

连铸坯

步进炉加热

高压水除鳞

二辊轧机可逆轧制

火焰清理

切头切尾(钢坯切定尺)

连轧机组连轧

钢坯收集
冷床冷却

锯切定尺

步进冷床冷却

收集

收集

缓冷坑缓冷

图1 兴澄特钢二轧分厂的大棒生产线生产工艺流程图
2.1加热
2.1.1坯料
大规格棒材半连轧轧制工艺，主要使用的坯料为连铸坯和钢锭。具体见表1。可以看出，大断面和多断面连铸坯是其主要特点。这是由产品规格范围宽，钢种以高合金钢为主，并且要求大压缩比决定的。压缩比是为了保证最终产品的组织结构和机械性能所需要的最小变形量，是保证内在质量所需的一个经验数据，其数值与钢水和连铸的质量密切相关，因此，压缩比随着炼钢和连铸水平的提高产生一定的变化,但是随着含碳量和合金含量的升高，最小压缩比要求也逐渐增大。目前不同钢种要求的最小压缩比的参考值见表2。
表2　不同钢种要求的最小压缩比[4]

钢　　种
最小压缩比
低碳钢和低碳合金钢
6∶1
中碳钢和中碳合金钢
6∶1
高碳钢和高碳合金钢
(8～12)∶1
轴承钢(非滚动体)和不锈钢等高合金钢
(12～15)∶1
滚珠轴承钢(滚动体)
(30～50)∶1
2.1.2加热设备
以连铸坯为原料的几条新建的大规格棒材半连轧生产线，加热设备采用步进式加热炉，同时采用钢锭和连铸坯的生产线，加热设备既有均热炉，又有步进式加热炉[1]。
同时有均热炉和步进式加热炉的工厂，炉子能力的选择和操作方式的配合都是问题[1]。对于连铸坯用量占主导的生产线，为保证轧机的均衡生产，步进式加热炉的小时产量要与轧机机时产量相匹配。均热炉的加热能力按其年能力与年轧制的钢量平衡。实际生产时，只能一个均热坑加热好后集中出炉，此时步进炉不出钢，待一个或二个均热坑的钢锭轧完后，再由步进炉出钢。
2．2 轧制
2.2.1开坯轧制
二辊可逆轧制，每道次调整压下量，机前移钢翻钢。现在压下量的控制改程序控制，移钢、翻钢可以程序控制，但人工操作仍比自动操作显示出巨大的优势。
表3 国内新建粗轧开坯机性能表[1]
厂名
轧机名称
辊径×辊身长mm
辊颈直径
电机功率kW
转数r/min
电机型式
兴澄
Φ1000两辊可逆轧机
Φ1100/Φ890×2500
570
4800
0/50/120
AC
淮阴
Φ1000两辊可逆轧机
Φ1100/Φ890×2500
570
4800
0/50/120
AC
大连
Φ1060两辊可逆轧机
Φ1060/Φ940×2500
571
5000
0/60/120
AC

轧机的规格和性能如上表所列。同以前的初轧机相比有以下变化。
1）只用连铸坯为原料的开坯机，因原料比较长可以取消传统的机架辊，需要求兼轧钢锭者仍需要机架辊，上辊的提升高度减小了，只有700mm。
2）现在的初轧—开坯机产量在100万吨左右，30年前相同规格的初轧机产量在150—200万吨以上，产量和效率都远不如旧时高，因此，不需要那么高的电机功率和传动效率。旧时的初轧机是每一根轧辊由一个电机(或二个三个电机)单独传动，中间不设齿轮机座。现在则由一台4800kw(或5000 kw)交—交变频电机，通过齿轮机传动上下两个轧辊。
3）机前机后设有推床，前后推床的移动和开合同步操作，在设计上除电气同步外还设有机械同步，以确保前后推床的操作绝对同步。机前设有钩式的翻钢机，只在机前翻钢，机后不设翻钢机(只是在轧制H型钢时机前机后都设翻钢机)。辊式抱紧半环旋转的翻钢机在以前用可逆式轧机轧制圆式用过，如苏州钢厂引进英国80年代的二手设备(810二辊轧机)，其它新老初轧机用的都是翻钢钩提升式翻钢机[1]。
4）机前机后的工作辊道由过去的集体传动，现改为每个辊由一个电机单独传动，提高了工作的可靠性。由于锭重减小，加热均匀，轧制过程中轧件对辊道的冲击相对减少，辊子的结构也由过去的实心锻钢辊改为厚壁钢管的空心辊。
2.2.2 火焰清理
2005年新建的江阴兴澄大棒生产线，在可逆轧机后安装了火焰清理机，据现场观察，使用火焰清理后的中间坯表面如镜面光滑。火焰清理对表面质量确有好处，代价是金属消耗大大增高。以370mm×490mm坯料轧至180mm×180mm后进行清理，清理深度以2mm计算，金属损耗4.4％。
2.2.3 剪切设备
中间坯切头和分段的剪切设备，考虑中间坯料断面尺寸较大，主要有热剪剪切和火焰切割机切割两种方式。国内大多数半连轧棒材生产线都采用热剪剪切。因为相对与热剪剪切使剪切部位的变形，火焰切割对切割部分性能的影响更大。
2.2.4 连轧机
现在连轧机的功能主要是轧制大规格圆钢。因为现在下游的线材或棒材轧机用的坯料规格已扩大至150mm×150mm～160mm×160mm，除少数高速钢等热硬型钢种外已不需要规格更小的钢坯。连轧机一般为6架或8架，平／立交替布置，单独电机传动。除宝钢的连轧机仍是老式的闭口式机架外，大部分改造或新建都采短应力线轧机。主要产品为大圆钢，换孔槽和换辊的次数增多，整体机架更换的短应力线轧机更适合频繁更换。
小规格的棒线材为实现无张力轧制，机架间设置活套，机架间的立式活套在设计和操作上更方便，采用椭圆—圆孔型系统，这样要在水平机架出椭圆，其机架的布置型式为平／立布置。在大棒的轧制中由于规格大，不能设置活套。因此就不一定需要平／立布置，有的厂家提出立／平布置更好，因为从平辊出圆的精度比立辊要好。但是这种方式却需要在精轧机组前设计一台翻钢机和一个夹送辊用于将轧件准确顺利的进入第一架精轧机。日本公司比较喜欢立／平布置，如采用日本技术的宝钢、兴澄都是立／平布置，而Danieli、Pomini等欧洲的公司仍坚持平／立布置，淮钢和大连就还是平／立布置。
表4宝钢连轧机组性能[1]

连轧 机组
轧辊尺寸 mm
辊颈mm
电机kW
转速rpm
速比
V1
Φ800×1300
460
1100
0/400/800
44.5
H2
Φ800×1200
460
1100
0/400/800
34.5
V3
Φ700×1200
440
1300
0/400/800
23.5
H4
Φ700×1200
440
1300
0/400/800
17.5
V5
Φ700×1200
440
1400
0/400/800
13.6
H6
Φ700×1200
440
1400
0/400/800
10.3

表5 大连金牛750初轧车间连轧机组性能[2]

机组
序号
轧辊尺寸 mm
电机kW
转速rpm
速比
最大轧制力
最大轧制力矩
中轧机组
1H
Φ700/620×800
600
480/1200
55.20
4500
450
2V
Φ700/620×800
600
480/1200
42.60
3500
420
3H
Φ700/620×800
600
480/1200
33.00
4500
350
4V
Φ700/620×800
600
480/1200
25.80
3500
270
精轧机组
5H
Φ430/360×750
600
480/1200
20.37
1200
145
6V
Φ430/360×750
500
480/1200
16.88
1200
145
7H
Φ430/360×750
600
480/1200
13.29
1200
95
8V
Φ430/360×750
500
480/1200
11.30
1200
95
9H
Φ430/360×750
600
480/1200
9.15
1200
60
10V
Φ430/360×750
500
480/1200
7.22
1200
60

2．3 精整
2.3.1锯切定尺
轧制成成品尺寸的圆钢或者轧制方坯切成定尺长度，可以用剪，也可以用锯。轧制方坯一般用热剪。冷剪定尺剪切的规格一般在Ф80mm左右，>80～90mm的产品需要用锯切断。锯切可以用冷锯或热锯。冷锯的优点是：锯切的精度高，切口的质量好；冷锯缺点是：锯切的噪声大，容易出现锯切毛刺；锯片的消耗大，据现场反馈的信息，冷锯锯片消耗是热锯的3～5倍。而热锯各个厂家根据自己的情况，既可选择无齿砂轮锯也可以选择金属锯，只是无齿砂轮锯锯切断面整齐，毛刺少，但是成本高，因而普遍选择金属锯，并且在后续精整工序中采用倒棱工艺来提高断面质量。
而且在连轧机后还设置了飞剪，主要用于较小规格(Ф70—90)产品的倍尺剪切或者定尺剪切轧制方坯。兴澄特钢采用了3台热金属锯，2台固定，1台移动。另外，考虑锯切的效率，在锯机前面增加一个编组台架，用于Ф150以下成品的成组剪切。
2.3.2 冷却
一般的优质碳素结构钢、低碳合金结构钢在步进式冷床上冷却。对中碳以上的合金结构钢、含Ni、Cr的合金结构钢、弹簧钢、轴承钢等都不能上冷床冷却，需要在锯切后立即收集成捆，装入缓冷坑中缓冷。入坑温度≥650℃，缓冷要视钢种规格而定，一般需要32～36小时。因而在开坯机后和精轧后都需设缓冷坑，来满足以上缓冷要求。
3.主要技术特点和优势
1）以连铸坯为原料的生产线，加热设备采用步进式加热炉，同时采用钢锭和连铸坯的生产线，加热设备有均热炉，又有用步进式加热炉[1]。
2）轧机的组成形式为二辊或三辊初轧机加上数架连轧机组的半连轧轧制工艺。
3）这类生产线的产品规格的跨度都很大，这样就需要考虑多个坯型。
4）由于大规格棒材的产品主要是轴承钢、齿轮钢等高合金钢种，需要大的压缩比，而且成品的规格主要在Φ70—250mm，从而坯料普遍为大规格方坯或圆坯。如兴澄特钢原料规格：370mm×490mm×4500～6800mm。
5）这种大规格棒材生产线也可为小规格棒材和线材提供原料。对于一些高档的小棒材和线材产品，如钢绞线和钢帘线等，能够进一步保证提高产品的品质的要求。
6）如果为产品质量要求较高的小规格棒材和线材产品提供原料，则需对初轧坯进行缓冷、探伤和修磨等处理。根据不同钢种和用户的要求，大部分产品大规格棒材产品都需要进行精整处理，包括抛丸、矫直、倒棱、探伤和扒皮等处理，部分钢种还需要热处理交货。因而常常需要在这类生产线后增加精整处理线。
7）适用炼钢转炉和电炉不断扩大的炉容要求，并且大断面连铸坯为提高铸坯自身质量提供保证。

4.结束语
随着世界制造业向我国转移，以轧代锻的产品大增，特别是大规格棒材需求量剧增，催生了以半连轧方式来生产大规格合金棒材的轧钢工艺。国内多家钢铁企业已经开始着手这种大棒生产线的建设。相信这将带来棒材生产格局的改变和技术的进步，也为我国的工业装备技术的提高提供坚实的材料基础。

参考文献：
[1] 　彭兆丰 王莉. 初轧-开坯机的复活 [ J ]. 2008年全国轧钢生产技术会议论文集: 601～607.
[2] 　何军. 大钢Ф750mm特钢初轧车间的技术改造 [ J ]. 轧钢,2005, 22 (3) : 33～35.
[3] 　赵洪涛 李艳平 刘建. 我国大规格棒材行业分析 [ J ]. 首钢科技,2007, 4 : 1～7.
[4] 陆　波. 特殊钢棒线材轧制工艺的发展趋势[ J ].特殊钢，1999，20(6): 1～7